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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung
von großflächigen Prüfobjekten, bei dem ein Prüfkopf von einem Anfangs- bzw. Nullpunkt
aus in reproduzierbarer Weise an verschiedene Prüfstellen auf dem Prüfobjekt gebracht
wird und an den Prüfstellen jeweils Prüffunktionen durchgeführt werden. Gegenstand
der Erfindung ist auch eine entsprechene Vorrichtung, d. h. eine Vorrichtung zur
zerstörungsfreien Prüfung von großflächigen Prüfobjekten, mit einem auf dem Prüfobjekt
von einem Anfangs- bzw. Nullpunkt aus in reproduzierbarer Weise an verschiedene
Prüfstellen bringbaren Prüfkopf und einem den Prüfkopf in seiner Lage auf dem Prüfobjekt
reproduzierbar bestimmenden, elektronischen Orientierungssystem.
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Zur Überprüfung von Prüfobjekten in zerstörungsfreier Weise sind
eine Vielzahl von Verfahren bekannt, beispielsweise Durchstrahlungsprüfverfahren,
Ultraschallprüfverfahren, Magnetprüfverfahren usw. Für die unterschiedlichen Prüfverfahren
dienen unterschiedliche Prüfköpfe, beispielsweise Meßsender oder Meßempfänger, optische
oder im Infrarotbereich arbeitende Kameras, Magnetköpfe od. dgl. Ohne Beschränkung
des Anwendungsbereichs der vorliegenden Erfindung soll diese zur Vereinfachung nachfolgend
dort, wo dies notwendig erscheint, stets nur in Verbindung mit einem Ultraschallprüfverfahren
und einem entsprechenden Prüfkopf beschrieben werden.
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Großflächige Prüfobjekte wie beispielsweise Stahlwände von Tanks,
insbesondere von Tankschiffen.
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od. dgl. müssen von Zeit zu Zeit auf Korrosion, Rißbildung usw. untersucht
werden. Dies geschieht mit zerstörungsfrei arbeitenden Prüfverfahren. Bei derartigen
Prüfverfahren, beispielsweise bei der Ultraschallprüfung, kann man mitunter einem
an einer Prüfstelle aufgenommenen Bild für sich nicht sofort ansehen, ob hier eine
Rißbildung oder Ansätze von Korrosion vorliegen.
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Bei einem Vergleich eines solchen Bildes mit einem an derselben Stelle
zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommenen Bild ist dies vielfach jedoch ohne weiteres
möglich. Deshalb ist es für Verfahren und Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Prüfung
von großflächigen Prüfobjekten notwendig, daß immer wieder an denselben Prüfstellen
Prüffunktionen durchgeführt werden.
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Die örtliche Reproduzierbarkeit der Prüfstellen ist von entscheidender
Bedeutung.
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Bei den bekannten Verfahren und bekannten Vorrichtungen wird dann,
wenn es die räumlichen Voraussetzungen zulassen, mit Prüfköpfen gearbeitet, die
an X/Y-Verschiebegestängen befestigt sind. Diese X/Y-Verschiebegestänge werden auf
eine Anfangs- bzw.
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Nullpunktsmarkierung am Prüfobjekt justiert und dann können vorher
festgelegte Prüfstellen mit großer Genauigkeit "angefahren" werden. Diese X/Y-Verschiebegestänge
haben jedoch den großen Nachteil, daß sie sehr aufwendig zu konstruieren und insbesondere
vor Ort einzusetzen sind. Bei vielen zu prüfenden Prüfobjekten sind aus räumlichen
Gründen diese X/Y-Verschiebegestänge überhaupt nicht verwendbar. Das gilt beispielsweise
für Rohrleitungen od. dgl.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien
Prüfung von großflächigen Prüfobjekten und eine zur Durchführung eines
solchen
Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben, bei dem bzw. bei der die vorgesehenen
Prüfstellen mit großer Genauigkeit reproduzierbar "angefahren" werden können, bei
dem bzw. bei der jedoch komplizierte X/Y-Verschiebegestänge nicht notwendig sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe
gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der jeweiligen Prüfstelle auf
dem Prüfobjekt in Relation zum Anfangs- bzw. Nullpunkt durch eine auf dem Prüfobjekt
in allen Richtungen frei bewegbare "Maus"Orientierungseinheit bestimmt wird. Die
"Maus"-Orientierungseinheit ist ein aus dem Bereich der Computertechnik bekanntes
Gerät, das auf einer Fläche ohne jedes Gestänge, also völlig frei, in jede Richtung
bewegt werden kann. Den Kern dieses Gerätes bildet eine im Gerät in jeder Richtung
drehbar gelagerte, an der Fläche zur Anlage kommende Kugel, deren Drehbewegung durch
zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Sensoren aufgenommen wird. Bewegt sich
die "Maus"-Orientierungseinheit in "XtRichtung über die Fläche, so wird nur vom
"X"-Sensor ein Meßsignal abgegeben. Entsprechendes gilt für eine reine Bewegung
in der "Y-Richtung Jede andere Bewegungsrichtung auf der Fläche wird durch die Überlagerung
der Signale des X" Sensors und des "Y"-Sensors eindeutig meßbar wiedergegeben (vgl.
den in Kopie beigefügten Prospekt, dessen Offenbarungsgehalt zum Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Patentanmeldung gehört).
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Geht man von einem Anfangs- bzw. Nullpunkt auf einem großflächigen
Prüfobjekt aus, so kann mit der "Maus"-Orientierungseinheit jeder beliebige Punkt
auf dem Prüfobjekt vollständig reproduzierbar angefahren werden. Die "Maus"-Orientierungseinheit
ist in Verbindung mit einer Auswertungselektronik jederzeit darüber "informiert':
wo sie sich gerade auf dem Prüfobjekt befindet. Die Lage jeder Prüfstelle auf dem
Prüfobjekt ist damit eindeutig bestimmbar. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß
sich die auf dem Gebiet der Computertechnik als vereinfachte Eingabeeinheit für
Bildschirmgeräte bekannte "Maus"Orientierungseinheit überraschend gut dazu eignet,
bei Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von großflächigen Prüfobjekten als Orientierungseinheit
für den Prüfkopf eingesetzt zu werden.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß der Schreibtisch, der der
"Maus"-Orientierungseinheit in der Computertechnik lediglich als Hilfsmittel für
die einfache Bewegung eines Orientierungssymbols auf einem Bildschirm dient, im
Rahmen eines Verfahrens zur zerstörungsfreien Prüfung von großflächigen Prüfobjekten
das Prüfobjekt selbst darstellen kann. Erfindungsgemäß wird also die lediglich als
Hilfsmittel für ein Bildschirmgerät eines Computers gedachte "Maus"-Orientierungseinheit
zum Kern eines auf einem völlig anderen Gebiet liegenden Prüfungsverfahrens.
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Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich dadurch,
daß die "Maus"Orientierungseinheit Teil eines elektronischen Datenverarbeitungssystems
- "Maus"-Orientierungssystem - ist und daß vom "Maus"-Orientierungssystem ein Raster
von Prüfstellen auf dem Prüfobjekt vorgegeben und mit Hilfe der "Maus"-Orientierungseinheit
vom Prüfkopf abgefahren wird. Dabei empfiehlt es sich, daß die "Maus"-Orientierungseinheit
anfänglich an den Anfangs- bzw. Nullpunkt des Prüfobjekts gebracht und das "Maus"-Orientierungssystem
auf den Anfangs- bzw.
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Nullpunkt eingestellt wird.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs erläuterten Art ist
dadurch gekennzeichnet, daß das Orientierungssystem eine auf dem Prüfobjekt in allen
Richtungen frei bewegbare "Maus"-Orientierungseinheit aufweist und daß die jeweilige
Lage der "Maus"Orientierungseinheit auf dem Prüfobjekt in Relation zu einer Anfangs-
bzw. Nullpunktsmarkierung als Prüfstelle des Prüfkopfs im "Maus"-Orientierungssystem
auswertbar ist. Die "Maus"-Orientierungseinheit kann zunächst von Hand und für sich
auf dem großflächigen Prüfobjekt bewegt werden. Dann, wenn von der "Maus"-Orientierungseinheit
die jeweils gewünschte Prüfstelle erreicht ist, kann dann der Prüfkopf herangeführt
und die Prüffunktion ausgeführt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich weiter verbessern, wenn
man den Prüfkopf und die "Maus"-Orientierungseinheit als Baueinheit ausführt.
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Dann ist immer dort der Prüfkopf wo sich die "Maus"-Orientierungseinheit
gerade befindet.
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Für die Verbindung der "Maus"-Orientierungseinheit und ggf. des Prüfkopfs
mit dem "Maus"Orientierungssystem und ggf. einem damit integrierten elektronischen
Prüfsystem dient zweckmäßigerweise eine flexible, nachgezogene Leitung. Will man
eine noch weitere Unabhängigkeit und freie Bewegbarkeit der "Maus"-Orientierungseinheit
und ggf. des Prüfkopfs erreichen, so läßt sich auch eine drahtlose Verbindung verwirklichen.
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Weiter oben ist erläutert worden, daß es für die "Maus"-Orientierungseinheit
von entscheidender Bedeutung ist, daß die der Orientierung dienende Kugel, die in
der Orientierungseinheit allseitig drehbar gelagert ist, stets auf der Oberfläche
des Prüfobjekts abrollt.
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Hier darf kein "Schlupf" auftreten, da ein solcher die Messung natürlich
verfälschen würde.
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Um den zuvor erläuterten Zusammenhängen optimal Rechnung tragen zu
können, empfiehlt es sich, die "Maus"-Orientierungseinheit als auf dem Prüfobjekt
in alle Richtungen verfahrbaren Wagen auszubilden. Verfahrbar heißt dabei rollend
verfahrbar oder gleitend verfahrbar, u. U. auch schwebend verfahrbar. Wichtig ist
jedenfalls, daß der vertikale Abstand der "Maus"-Orientierungseinheit von der Oberfläche
des Prüfobjekts möglichst genau eingehalten wird, damit der zuvor erläuterte "Schlupf"
nicht auftritt. Alternativ bzw. zusätzlich ist natürlich auch denkbar, daß die der
Orientierung dienende Kugel in einem stets an die Oberfläche des Prüfobjekts angedrückten
und eventuellen Unebenheiten flexibel folgenden Käfig od. dgl. angeordnet ist.
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Zweckmäßigerweise sollte die "Maus"-Orientierungseinheit, die als
verfahrbarer Wagen ausgebildet ist, auf Rädern oder, noch zweckmäßiger, Kugeln verfahrbar
sein. Die Verfahrbarkeit auf Kugeln entspricht der allseitigen Verfahrbarkeit der
"Maus"-Orientierungseinheit auf der Oberfläche des Prüfobjekts am besten. Handelt
es sich bei dem Prüfobjekt um ein Prüfobjekt aus entsprechend geeignetem Material,
so können die Räder bzw. die Kugeln aus magnetischem Material bestehen. Derartige
Magneträder bzw. Magnetkugeln, die zumeist aus permanentmagnetischem Material bestehen,
sind für sich bekannt. Sie halten die "Maus"-Orientierungseinheit fest an dem Prüfobjekt
(das beispielsweise aus Stahlblech besteht), erlauben aber gleichwohl eine Verfahrbewegung
auf dem Prüfobjekt. Besteht das Prüfobjekt aus einem nicht-ferromagnetischen Material,
so läßt sich der entsprechende Effekt u. U. auch dadurch erzielen, daß auf der "Rückseite"
des Prüfobjekts den Rädern bzw. Kugeln des Wagens entsprechende Gegenhalteräder,
-Kugeln od. dgl. aus ferromagnetischem Material abrollen bzw. -gleiten.
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Das Optimum an komfortabler zerstörungsfreier Werkstoffprüfung von
großflächigen Prüfobjekten ergibt sich dann, wenn die "Maus"-Orientierungseinheit,
ggf. gemeinsam mit dem Prüfkopf, selbstfahrend und, vorzugsweise, fernsteuerbar
ausgebildet ist. Nach Ansetzen der "Maus"-Orientierungseinheit und des Prüfkopfs
an ein Prüfobjekt am Anfangs- bzw. Nullpunkt kann dann die gesamte zerstörungsfreie
Prüfung des Prüfobjekts ferngesteuert von einem Steuerpult aus erfolgen. Dieses
Verfahren ist dann mit Hilfe eines entsprechend programmierten Computers vollständig
automatisierbar.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
der Vorrichtung darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt Fig. 1 ein großflächiges
Prüfobjekt mit einer daran angesetzten Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung,
Fig. 2 in schematischer Darstellung in Seitenansicht eine "Maus"-Orientierungseinheit
der Vorrichtung aus Fig. 1, Fig. 3 die "Maus"Orientierungseinheit aus Fig. 2 an
einem stationären Tank als großflächigem Prüfobjekt und Fig. 4 die "Maus"-Orientierungseinheit
aus Fig. 2 an einer Rohrleitung als großflächigem Prüfobjekt.
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Die in Fig. 1 in schematischer Weise dargestellte Vorrichtung 1 dient
zur zerstörungsfreien Prüfung eines großflächigen Prüfobjekts 2, hier der aus Stahl
bestehenden Wand eines Tanks. Diese Vorrichtung 1 weist zunächst einen auf dem Prüfobjekt
2 von einem Anfangs- bzw. Nullpunkt 3, d. h. einer Anfangs- bzw. Nullpunktsmarkierung
3 aus in reproduzierbarer Weise an verschiedene Prüfstellen 4 bringbaren Prüfkopf
5 auf.
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Die Prüfstellen 4 sind auf dem Prüfobjekt 2 in Fig. 1 durch Kreuzchen
angedeutet, diese Kreuzchen sind natürlich auf dem Prüfobjekt 2 nicht körperlich
vorhanden.
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Neben dem Prüfkopf 5 weist die Vorrichtung 1 natürlich auch noch
ein den Prüfkopf 5 in seiner Lage auf dem Prüfobjekt 2 reproduzierbar bestimmendes,
elektronisches Orientierungssystem 6 auf. Daß und wie die vom Prüfkopf 5 abgegebenen
Prüfsignale ausgewertet werden, ist in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt,
da es darauf bei der Erläuterung der Erfindung nicht ankommt. Erfindungsgemäß weist
das Orientierungssystem 6 der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung eine
auf dem Prüfobjekt 2 in allen Richtungen frei bewegbare "Maus"-Orientierungseinheit
7 auf. Die in alle Richtungen freie Bewegbarkeit der "Maus"-Orientierungseinheit
7 ist durch ein Pfeilsymbol angedeutet.
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Die jeweilige Lage der "Maus"Orientierungseinheit 7 auf dem Prüfobjekt
2 in Relation zu der Anfangs- bzw.
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Nullpunktsmarkierung 3 ist als Prüfstelle 4 des Prüfkopfs 5 im "Maus"-Orientierungssystem
6 auswertbar.
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Wie Fig. 1 deutlich zeigt und wie Fig. 2 noch deutlicher erkennen
läßt, sind im hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Prüfkopf 5 und die "Maus"-Orientierungseinheit
7 als Baueinheit ausgeführt. Die "Maus"-Orientierungseinheit 7 und der Prüfkopf
5 sind dabei mit einem Bildschirmgerät 8 des "Maus"-Orientierungssystems über eine
flexible, nachgezogene Leitung 9 verbunden.
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Fig. 1 macht sehr deutlich, daß auf einem Bildschirm 10 des Bildschirmgeräts
8 ein Raster von Prüfstellen 4 vorgegeben ist, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Punkt für Punkt abgefahren werden kann. Die derzeitige Stellung des Prüfkopfs 5
mit der "Maus"-Orientierungseinheit 7 wird durch ein Lagesym-
bol 11 in Form eines
Pfeils auf dem Bildschirm 10 angedeutet.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Konstruktion der "Maus"-Orientierungseinheit
7 etwas deutlicher. Zunächst ist nochmals deutlich zu erkennen. daß im hier dargestellten
Ausführungsbeispiel der Prüfkopf 5 mit der "Maus"-Orientierungseinheit 7 als Baueinheit
ausgeführt ist. Deutlich erkennbar ist, daß die "Maus"-Orientierungseinheit 7 als
auf dem Prüfobjekt 2 in alle Richtungen verfahrbarer Wagen ausgebildet ist, an dessen
einer Stirnseite auslegerartig der Prüfkopf 5 angeordnet ist. Wie Fig. 2 deutlich
zeigt, ist die als Wagen ausgebildete"Maus"-Orientierungseinheit 7 hier auf Kugeln
12 in alle Richtungen auf dem Prüfobjekt 2 verfahrbar. Da es sich bei dem Prüfobjekt
2 um eine Wand aus Stahlblech handelt, bestehen im hier dargestellten bevorzugten
Ausführsbeispiel die Kugeln 12 aus magnetischem - permanentmagnetischem - Material.
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Dadurch wird die "Maus"-Orientierungseinheit 7 mit dem Prüfkopf 5
fest am Prüfobjekt 2 gehalten, ohne daß die Verfahrbarkeit in alle Richtungen auf
dem Prüfobjekt 2 behindert wird.
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Deutlich erkennbar ist in Fig. 2 die der "Maus"-Orientierungseinheit
7 zur Orientierung auf dem Prüfobjekt 2 dienende Orientierungskugel 13. Diese Orientierungskugel
13 rollt in alle Richtungen auf dem Prüfobjekt 2 ab. Die Drehbewegung der Orientierungskugel
13 wird über nicht dargestellte Sensoren (X-Sensor und Y-Sensor) in elektronisch
verarbeitbare Signale umgesetzt.
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Dadurch "weiß" das "Maus"-Orientierungssystem 6 stets, wo sich die
"Maus"-Orientierungseinheit 7 mit dem Prüfkopf 5 auf dem Prüfobjekt 2 relativ zu
der Anfangs-bzw. Nullpunktsmarkierung 3 befindet.
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Nicht dargestellt ist in den Figuren, daß die "Maus"-Orientierungseinheit
7 selbstfahrend und fernsteuerbar ausgebildet sein kann. Daß dies der Automatisierung
des Prüfverfahrens zuträglich ist, liegt jedoch auf der Hand.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere bevorzugte Anwendungsfälle für die
"Maus"Orientierungseinheit 7 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Insbesondere läßt
Fig. 4 deutlich erkennen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders zweckmäßig
auch dort einsetzbar ist.
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wo bislang mit X/Y-Verschiebegestängen für einen Prüfkopf nicht oder
nur mit sehr hohem Aufwand gearbeitet werden konnte, beispielsweise an und in Rohrleitungen.