DE3017900C2

DE3017900C2 - Verfahren zur genauen automatischen Einstellung des Fehlererwartungsbereiches von Ultraschall-Rohr-Prüfanlagen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach dem Impuls-Echo-Verfahren

Info

Publication number: DE3017900C2
Application number: DE19803017900
Authority: DE
Inventors: Reinhard Ing.(grad.) 5205 St Augustin Prause
Original assignee: Krautkraemer GmbH and Co
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1982-12-16
Also published as: JPS576357A; DE3017900A1; GB2075678B; GB2075678A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen automatischen Einstellung des zeitlichen Fchlcrerwartungsberciches von Ultraschall-Rohrprüfanlagcn zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, nach dem Impuls-Echo-Verfahren mit relativ zueinander rotierenden Prüfköpfen und Teslrohren, bei dem für das Testfehler aufweisende Testrohr Näherungswerte des Anfangs I₄ und Endes /, des Fehlererwartungsbereiches aus den vorgegebenen Werten für Außen- und Innendurchmesser des Testrohres bestimmt werden.

Bei bekannten Rohrprüfanlagen werden die Fchlererwartungsbereichc in der Regel mit Hilfe von elektronischen Blenden per Hand eingestellt. Hierzu vergleicht der Ultraschallprüfer auf dem Bildschirm eines Monitors die Lage der Fehlerechos des Teststückes und stellt die Fehlererwartungsbereichc. die in Form eines Striches ebenfalls auf dem Monitorbildschirm sichtbar sind, ein.

Aus den deutschen Offenlegungsschriften 23 21699. 24 22 439. 2610457 und 26 20 590 sind Ultraschallprüfanlagen zur Prüfung von Blechen bekannt, bei denen die Fehlcrerwartungsbereiche automatisch eingestellt werden. Allerdings ist bei diesen bekannten Verfahren die gesamte Blechdicke als Fehlererwartungsbereich definiert. Daher ist es lediglich erforderlich, mit Hilfe eines Teststückes bekannter Dicke und bekannter Schallgeschwindigkeit zunächst die Strecke zwischen dem jeweiligen Ultraschallschwinger und der Teststückoberfläche (Prüfkopfvorlauflänge) zu ermitteln und abzuspeichern. Der Fehlererwartungsbereich für ein /li prüfendes Blech kann dann aus dem entsprechenden Rückwandecho abgeleitet werden, indem von dem entsprechenden Laulzeitwert für dieses Echo die Prüfkoplvorliuiflänge abgezogen wird.

Bei der Prüfung an Rohren ist dieses Verfahren nicht ohne weiteres übertragbar. Zum einen mißt man aufgrund der schrägen Einschaltung in diesen Fällen kein zur Blechprüfung vergleichbares Rückwaiidecho, zum anderen interessieren bei der Rohrprüfung vor allem Fehler im Außen- und Inneribereich des Rohres. Dementsprechend sollen auch nur diese Bereiche als Fehisrerwartungsbereiche definiert werden. Außerdem ändern sich die Einschallwinkel und damit die Fehlererwartungsbereiche beim Einlegen von Rohren unterschiedlicher Wanddicken-Durchmesserverhältnisse.

Aus der DE-PS 26 13 799 ist ferner ein Verfahren zur automatischen Einstellung verschiedener Prüfparameter, wie Prüfempfindlichkeit. Einschallwinkel. Laufzeit etc.

bei Ultraschall-Rohrprüfanlagen bekannt. Hierzu ist es erforderlich, daß diese Prüfparameter zunächst mit Hilfe sowohl einer Testprobe als auch eines Eichnormals in einem vom Beiriebscrt getrennten Meßraum eingestellt werden. Anschließend wird dann die Prüfanlage wieder am Betriebsort montiert und die Prüfempfindlichkeit sowie der Anzeigen- bzw. Fehlererwartungsbereich mit Hilfe des Eichnormals auf die im Meßraum voreingestellten Werte eingestellt. Aufgrund des Auf- und Abbaus der Anlage ist dieses Verfahren sehr zeitaufwendig und hat sich in der Praxis nicht bewährt.

Ein Eichnormal zur Einstellung von Rohrprüfanlagen ist beispielsweise aus der DE-AS 26 35 981 bekannt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzuge-

)o bcn. mit dem es möglich ist. automatisch sehr genau die Feiilererwartungsbereiche für eventuell auftretende Rohraußen- oder Rohrinnenfehler zu ermitteln.

Diese Aulgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst.

Der Unleranspruch gibt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wieder.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des neuen Verfahrens werden im folgenden mit Hilfe von Figuren an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 a und 1 b den Querschnitt eines Rohres mit Innen- und Außenfehlcrn;

Fig. 2a und 2b die den Fig. 1 a und I b entsprechenden Ultraschallechos: und

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 isl mit 1 ein Ultraschallprüfkopf, mit 2 ein sich drehendes Testrohr und mit 3 bzw. 3' ein Testfehler bezeichnet. Der Ultnischallprüfkopf 1 sendet eine Ultru-Schallwelle 4 aus, die in das Testrohr 2 gelangt, an dem Testfehler 3 reflektiert wird und wieder von dem L'ltraschallprüfkopf 1 empfangen wird. Die entsprechende Echofolge zeigt Fig. 2a. Dabei bedeuten 5 der Sendeimpuls. 6 das beim Auflreffen des Schalls auf die Oberfläche des Rohrs erzeugte Eintrittsecho und 7 das durch Reflexion an dem Testfehler 3 entstehende Fehlerecho. Nachdem sich das Rohr soweit gedreht hat. daß die an der Rohrinnenwand und an der Rohraußenwand reflektierte Ultraschallwelle 4 auf den Testfehler 3' trifft, erscheint

bo wiederum ein Echo T (Fig. 2a).

Fig. Ib und Fig 2b geben die entsprechenden Verhältnisse für Rohraußenfehler 8 und 8' (Fig. 1 b) wieder. Die entsprechenden Fehlerechos sind mit 9 und 9 (Fig. 2b) bezeichnel.

oi Die in Fig. 2a und 2b sirichliert eingezeichneten Bereiche 10 und 11 sind die Fchlererwartungsbereiche. Bei bekannten Ullraschallrohrprüfanlagcn werden diese Bereiche in Form von Blendensignalen auf dem Bildschirm

sichtbar gemacht. Die Erwartungsbereiche können dann vom Ultraschallprüfer so verändert werden, daß die ebenfalls auf dem Bildschirm dargestellten Testfehlerechos 7 und 9 in diese Bereiche fallen.

Fig. 3 zeigt das Testrohr 2 mit dem Innentestfehler 3 "> und dem Außentestfehler 8 zusamme, mit einer Schaltungsvorrichtung zur automatischen Fehlererwartungsbereichsmessung.

Die Schaltungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Sender 12. der den Prüfkopf 1 erregt; einem Empfangsverstärker 13, der die den Echos entsprechenden elektrischen Signale verstärkt sowie einem A/D-Wandler 14. einer Blendenerzeugungsvorrichtung 15 und einer Auswerteeinheit 16.

Der A/D-Wandler 18 digitalisiert nur solche Echosi- '5 gnale. die in den durch die Blendenerzeugungsvorrichtung 15 vorgegebenen Fehlererwartungsbereich fallen. Die digitalen Echowerte werden anschließend in der Auswerteeinheit 16 weiten erarbeitet.

Die Blendenerzeugungsvorrichtung 15 besteht aus 2 Digital-Rückwärtszählern 151 und 152. Die jeweils 8 Eingänge dieser Zähler sind über die Leitungen 17 und 18 mit der Auswerteeinheit 16 verbunden, während die Ausgänge über die Leitungen 19 und 20 mit dem A/D-Wandler 14 verbunden sind.

Mit 30 ist ein Positionsgeber bezeichnet, der der Auswerteeinheit 16 die genaue Position des Rohres angibt.

Die genaue Ermittlung der Fehlererwartungsbereiche wird im folgenden für die Innenfehler (und zwar für Längsfehler) im einzelnen beschrieben. Nach Vorgabe der jeweiligen Testrohrdicke /) und der mittleren Schallgeschwindigkeit C des Teslrohres und eines geschätzten F.inschallwinkels α (z.B. 45°) ermittelt die Auswerieeinheit 16 zunächst einen Grobwert für den Fehlererwartungsbereich. Beispielsweise soll der Fehlererwartungsbe- J5 reich zwischen den Laufzeitwerten i_A * D (C cos 2) und /, 5:3 D (C cos 3) liegen (ein idealer Innenfehlcr läge bei 2 D (C cos 2).

Da die Messung in der Regel mit Transversalwellen erfolgt, muß das Wanddicken-Außendurehmesserverhällnis kleiner als 0,2 sein, damit sich in dem Rohr zusätzlich keine Longitudinalwellen ausbreiten.

Der Rückwärlszähler 151 wird automatisch auf einen Wert vorgesetzt, der dem Anfang des Grobwertes des Fehlererwartungsbereiches I_A entspricht. Der Rückwärtszähler 152 hingegen wird auf einen Wert t_B vorgesetzt, der wesentlich kleiner ist als die Breite des grob vorgegebenen Fehlererwartungsbereiches ;.. B. kann /„= 1 5(/₄-i,) gewählt werden.

Löst nun der mit dem Taktgenerator 21 verbundene Trigger 22 sowohl den Sender 12 als auch den ebenfalls mit dem Taktgenerator 21 verbundene Rückwärtszähler 152 aus. so läuft folgender Prozeß ab: nach dem Abzählen der vorgesetzten Zähirate wird an dem Ausgang des Zählers 151 ein Impuls erzeugt. Dieser Impuls gibt über die Leitung 19 einerseits den A/D-Wandler frei, d.h.. jetzt eintreffende elektrische Echosignale werden digitalisiert. Andererseits wird über die Leitung 23 der Zähler 152 gestartet. Nach dem Abzählen der entsprechenden vorgesehenen Zähirate dieses Zählers erscheint an dem Ausg.n.g des Zählers 152 ein Signal, das den A/D-Wandler stoppt. Neu eintreffende Echosignale werden nicht mehr digitalisiert. In der Auswerteeinheit wird der Maximalwert der Echosignale ermittelt, die in die so vorgegebene Blende fallen. In dem Speicher 161 wird dann eine Tabelle angelegt, in der die ermittelten digitalen maximalen Echowerte als Funktion der jeweiligen Blende erscheinen. Der gesamte Vorgang wird dann bei der nächsten Umdrehung wiederholt, wobei allerdings der jeweilige Blendenanfang I_A sich um die Blendenbreite i_B verschiebt. Die Tabelle hat daher folgenden Aufbau:

Um	konst
drehung	konst
I	konsl
τ	konst
3	koniil

5

-'β

Echoamplitude

10
30
40
20

Nach Fertigstellung der o.e. Tabelle werden die maximalen Echoamplituden z. B. mit Hilfe eines Rechners 162 verglichen und als Mittel /_M des korrigierten Fehlererwartungsbereiches derjenige Wert t'_A verwende:, bei dem die größte maximale Echoamplitude gemessen wurde. In dem vorliegenden Beispiel ist dieses der Fall für i_A + 2 l_B. Der um diese Mitte herumliegende Erwartiingsbereich kann beispielsweise + D 2 C gewählt werden.

L^:s hat sich als vorteilhaft erwiesen, den gesamten Justiervorgang mehrere Male hintereinander zu wiederholen. Durch Vergleich der einzelnen Fehlererwartungsbereichsmitten kann dann bestimmt werden, ob zufällige Fehler (beispielsweise Wasserblasen zwischen Prüfkopf und Teststück) die zu ermittelnde Mitte des Fehlererwartungsbereichs verfälschen. Dieses wird z. B. dann vermutet, wenn die Differenz zwischen zwei nacheinander ermittelten Werten der Mitten des Fehlererwartungsbereiches größer ist als ein vorgegebener Grenzwert.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Prüfung von Rohren beschränkt, sondern kann ebenfalls bei der Prüfung von Stangen auf Außen- und Kernfchler mit gleichem Erfolg verwendet werden.

Hier/u 3 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur genauen automatischen Einstellung des zeitlichen Fehlererwartungsbereichs von Ultraschall-Rohrprüfanlagen zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, nach dem Impuls-Echo-Verfahren mit relativ zueinander rotierenden Prüfköpfen und Teslrohren, bei dem für das Testfehler aufweisende Testrohr Näherungswerte des Anfangs /., und Endes i_e des Fehlererwartungsbereiches aus den vorgegebenen Werten für Außen- und Innendurchmesser des Testrohres bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet.

daß ein Teilfehlererwartungsbereich mit konstanter Breite l„ gebildet wird, wobei l_B<t: {ι, -i_A) ist. - daß der Teil fehlererwartungsbereich takt weise vom Anfang des Fehlererwartungsbereiches {!_A) bis zum Ende des Fehlererwartungfbereiches [i_r) verschoben und die pro Takt im Teilfehlererwartungsbereich auftretende maximale Echoamplitude gemessen und gespeichert wird.

daß anschließend die Lage des Teilfehlererwartungsbereiches mit der größten maximalen Echoamplitude bestimmt und.

daß dieser Teilfehlererwartungsbereich als Mittel des einzustellenden Fehlercrwaruingsbcreichs verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ein Takt der Dauer einer vollen Umdrehung der relativ zueinander rotierenden Prüfköpfe (1) oder Teslrohrc (2) entspricht.