DE3622500C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Ungänzen an zylindrischen Rohren und Stangen gemäß dem Gattungsbegriff und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 05 405 ist ein Verfahren bekannt, von dem der gegenwärtige Vorschlag ausgeht und den dieser weiterentwickelt. Bei allen Vorteilen dieser bekannten Anordnung hinsichtlich der Schallerzeugung im Prüfling speziell durch elektrodynamische Wandler, die in verschiedener Lage um den Prüfling angeordnet sein können und keine Flüssigkeitsankopplung erfordern und die Vermeidung von Rotationsbewegungen vom Prüfling oder den Ultraschallerzeugern erweist sich doch die Auswertung der Anzeigen innerhalb eines Sendetaktes allein durch eine Quotientenbildung wie in der Vorveröffentlichung beschrieben ist als nicht zuverlässig.

An den Prüflingsenden kommt es nämlich zu Reflexionen und Interferenzen, was sich auf die Empfangssignale so auswirkt, daß sie nicht monoton abnehmen und damit kein Maß für die Prüflingsbeschaffenheit sind; außerdem erweist sich die Quotientenbildung von nur zwei Amplitudenmaxima als sehr empfindlich gegen statistische Störungen. Eine vollständige Digitalisierung des Empfangssignals, das Aufsuchen der einzelnen Amplitudenmaxima und die anschließende Bewertung ist für die praktischen Verhältnisse zu zeitaufwendig.

Schließlich ist aus der US-PS 44 81 824 ein Detektor zum Auffinden von Schweißnähten bei geschweißten Rohren bekannt, wobei ein elektrodynamischer Wandler Transversalwellen senkrecht in die Prüflingsoberfläche einstrahlt und die reflektierten Impulse von einem Empfänger aufgenommen werden. Mit Hilfe eines Peakdetektors wird in einem Zeitfenster das Impulsmaximum ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen. Bei Unterschreiten des Schwellenwertes kann auf eine Schweißnaht geschlossen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erfassung von Ungänzen an langgestreckten zylindrischen Werkstücken anzugeben, mit dem insbesondere beim Einsatz elektrodynamischer Wandler des Werkstück mit einer hohen Prüfgeschwindigkeit bei einem ausreichenden Signal-Rauschverhältnis geprüft werden kann und das gleichermaßen für die Prüfung von Rohren und Stangen auch im Bereich der Enden geeignet ist.

Die Lösung der Aufgabe wird erreicht durch die Merkmale des Hauptanspruchs und in Fortentwicklung durch die zusätzliche Maßnahme des Unteranspruchs. Mit den Mitteln des Vorrichtungsanspruchs ist das Verfahren ausführbar.

Durch die synchrone Erzeugung von Burstsignalen entfällt die voll­ ständige Digitalisierung des Empfangsignals in herkömmlichen Anlagen zum Auffinden der Amplitudenmaxima. Vielmehr steht nach dem gegen­ wärtigen Vorschlag zur Digitalisierung im Peakdetektor je Periode nur ein Digitalwert entsprechend der Maximalamplitude in der Periode an. Damit ist der Anfall an Werten je Sendetakt derart reduziert, daß eine ausführliche Bewertung der Peakfolge vorgenommen werden kann. Insbesondere können Gruppen von Peakfolgen innerhalb eines Sendetak­ tes gebildet und bewertet werden.

Das Verfahren ist allein durch die Wahl der Frequenz der Burstsig­ nalfolge und ggf. der Impulsverzögerung und der Impulsdauer auf viele mögliche Prüfanordnungen und Prüflinge einzustellen.

Besonders einfache Ergebnisse ergeben sich, wenn der Sendewandler nach Erregung des umlaufenden Wellenimpulses im Prüfling zum Em­ pfangswandler umgeschaltet wird. Ebenso kann auch mit zwei am Prüf­ ling übereinander angeordneten Wandlerspulen gearbeitet werden. Ein­ fache Verhältnisse liegen auch dann vor, wenn die Wandler einander gegenüberstehend am Prüfkörper angeordnet sind. Bei allen diesen Anordnungen entstehen Interferenzen der in beiden Richtungen im Prüf­ ling umlaufenden geführten Wellen, die je Umlauf zum Empfang von ge­ nau einem Peak führen und die Peakfolge bis zum Abklingen des umlau­ fenden Wellenimpulses innerhalb des Taktes ist mit einfachen Mitteln auswertbar. Ebenso entsteht eine einheitliche Peakfolge innerhalb des Taktes, wenn die Sende- oder Empfangswandler um eine halbe Wellen­ länge der erzeugten geführten Wellen gegenüber den vorstehenden An­ ordnungen versetzt angeordnet sind. Eine einfache Struktur der Peak­ folge ergibt sich ferner bei Anordnung von Sende- und Empfangswand­ lern in 90 Grad-Position bezüglich des Prüflingsumfangs. Dann treffen die Wellen aus beiden Umlaufrichtungen alternierend beim Empfangs­ wandler ein und bewirken eine Peakfolge mit exakt gleichen Zeitab­ ständen.

Das Verfahren arbeitet, wenn durch die vorstehend beschriebenen An­ ordnungen eine Empfangssignalfolge mit gleichem Zeitabstand inner­ halb des Taktes vorliegt, wie folgt: Mit Hilfe einer Signalquelle wird ein Burstsignal erzeugt, dessen Frequenz mit der Peakfrequenz inner­ halb des Taktes übereinstimmt, dessen Länge in etwa der Länge der meßbaren Peakfolge entspricht. Die Form und das Tastverhältnis des Burstsignals ist den Erfordernissen anzupassen. In der Regel ist ein einfaches Rechtecksignal erwünscht. Damit Meßsignal und Burstsignal synchron sind, wird der Sender, der den Sendewandler treibt und die Signalquelle, die das Burstsignal erzeugt, von dem gleichen Takt­ impuls angesteuert, der von einem Taktgeber oder von dem Auswerte­ rechner erzeugt wird, wobei noch eine einstellbare zeitliche Ver­ schiebung von Meßsignal und Burstsignal vorgesehen ist. Ein derarti­ ges Empfangssignal zeigt Fig. 1a mit der Zeitachse 19. Über dersel­ ben Zeitachse ist in Bild 1b das Burstsignal eingetragen. Die ein­ stellbare zeitliche Verschiebung erfolgt so, daß sich die im Bild dargestellte Synchronisation ergibt. Dabei wird durch das Burstsignal der Peakdetektor jeweils in einem Zeitfenster aktiviert, in dem ein Empfangssignal zu erwarten ist. Der Peakdetektor hält den im Zeit­ fenster ermittelten Spitzenwert so lange bis im nächsten Zeitfenster ein neuer Maximalwert ermittelt wird. Ein vom Burstsignal abgeleite­ tes Triggersignal, im einfachsten Fall ein Signal, das durch zeitliche Verschiebung des Burstsignals entsteht, wird einem Analogdigital­ wandler zugeführt, der das Ausgangssignal des Peakdetektors digita­ lisiert. Die Folge der Digitalwerte wird schließlich in einen Rechner eingelesen, wo die Bewertung der gesamten Folge stattfindet. Das vom Peakdetektor abgegebene Signal ist in Fig. 1c dargestellt.

Das Verfahren ist aber auch anwendbar bei unsymmetrischer Anordnung der Wandler am Prüfling, so daß eine Peakfolge mit verschiedenen Zeitabständen entsteht. Die unterschiedlichen Zeitabstände entstehen dabei dadurch, daß eine vom Sendewandler im Prüfling erzeugte Ultra­ schallwelle sich sowohl links wie rechts umlaufend im Prüfling aus­ dehnt und beide Wellenzüge nicht gleichzeitig den Empfangswandler erreichen, bzw. einer der beiden Wellenzüge den Empfänger nicht exakt jeweils eine halbe Umlaufzeit nach dem anderen Wellenzug erreicht, wie bei der 90 Grad-Position (s. o.). Diese allgemeine Verfahrensweise wird an einem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbei­ spiel näher erläutert.

Fig. 3 zeigt die Ausstattung der Vorrichtung und die Anordnung des Sendewandlers 4 und des Empfangswandlers 6 am Prüfling 5. Hierbei handelt es sich um elektrodynamische Wandler, die vom Sendewandler 4 aus rechtsdrehend einen Winkel zwischen 90 und 180 Grad einschließen. In einer solchen Anlage gibt der Rechner 1 zu Beginn eines Taktes das Triggersignal für einen Prüfschuß an die Signalquelle 2, die über den Sendeverstärker 3 die Spule des Sendewandlers 4 ansteuert. Der Sendewandler erzeugt im Prüfling 5 die geführte Welle, die sich rechts und links herum gleichmäßig an der Prüflingsoberfläche aus­ breitet. Der Empfangswandler 6 empfängt zuerst das Signal der im Prüfling 5 rechts umlaufenden Welle, welches im Bild 2a auf der Zeit­ achse 20 bei 21 dargestellt ist. Danach wird das Signal von der linksumlaufenden Welle von dem Empfangswandler 6 empfangen, das in Fig. 2a mit 22 dargestellt ist. Durch weitere Umläufe der Wellen werden die Signale 23, 25 bis 35 und die Signale 24, 26 bis 36 em­ pfangen. Die Signale werden im Vorverstärker 7 und im Verstärker 8 schmalbandig verstärkt und können auf ein Sichtteil 9 gegeben werden. Das verstärkte Signal wird über einen Gleichrichter 10 und einen Tiefpaß 11 dem Peakdetektor 12 zugeführt.

Das vom Rechner erzeugte Triggersignal für den Prüfschuß gelangt außerdem über ein Verzögerungsglied 13 zur Signalquelle 14, die dem Peakdetektor das zur Auswertung benötigte synchronisierte Burstsig­ nal, was in Fig. 2b dargestellt ist, liefert. Dieses Burstsignal wird über ein weiteres Verzögerungsglied 15 als Triggersignal dem Analogdigitalkonverter 16 zugeführt, der das Ausgangssignal des Peakdetektors digitalisiert (siehe Bild 2c). Die digitalen Daten werden in den Rechner eingelesen und dort bewertet. Die Ergebnisaus­ gabe erfolgt an eine Markierungseinheit 17 und an eine Protokoll- oder Speichereinheit 18.

Der Rechner 1 kann zusätzlich die benötigten Geräte programmieren, um bei einem Abmessungswechsel die Elektronik innerhalb kurzer Zeit an­ zupassen.

Die rechnerische Bewertung hat erfindungsgemäß die Wertefolge und nicht nur einen oder zwei Werte zu berücksichtigen. Vom Standpunkt einer schnellen und zuverlässigen Bewertung wird zunächst die Summe mehrerer Peaks zu Beginn der Peakfolge gebildet, wobei hier auch al­ lein der erste Wert zulässig sein soll. Beispielsweise hat sich die Bildung der Summe aus den Amplituden der ersten beiden Peaks bewährt. Anschließend wird die Summe der Amplituden mehrerer nachfolgender Peaks nach einigen Umläufen gebildet. Sind 20 Peaks meßbar, so kann diese Summe beispielsweise die Amplituden der Peaks 8-20 umfassen. Aus den beiden Summenwerten wird anschließend der Quotient gebildet und steht als Maßzahl für die Prüflingsqualität im geprüften Ab­ schnitt zur Verfügung. Besondere Vorteile dieser Bewertungsart sind: Der Rechen- und damit Zeitaufwand ist besonders gering, da lediglich einige Summationen und eine Quotientenbildung durchzuführen sind. Die Geschwindigkeit der Prüfung wird damit nicht durch den Auswerteauf­ wand bestimmt, sondern durch die Zeit, die der Ultraschall benötigt, um sich im Prüfbereich "totzulaufen". Durch die Quotientenbil­ dung werden Ankoppelschwankungen vom Sendewandler oder vom Empfangs­ wandler eliminiert, da solche Ankoppelschwankungen die gesamte ge­ messene Amplitude beeinflussen, aber die Kurvenform der Peakfolge nicht verändern. Durch die Summenbildung, insbesondere der Amplituden nach mehreren Umläufen, werden Strukturen der Peakfolge durch den bereits erwähnten Randeffekt, der am Prüflingsende durch Reflexion und Interferenz entsteht, weitgehend ausgeglichen und das statistische Rauschen des Empfängersignals wird drastisch vermindert.

Die beschriebene Maßzahl wird im Rechner mit einem Schwellenwert verglichen; bei Überschreitung der Schwelle kann ein Signal zur Feh­ lermarkierung ausgegeben werden. Durch Vergleich der Summe der ersten beiden Peaks mit einem vorgegebenen Grenzwert kann ferner eine Ab­ hebekontrolle der Wandler durchgeführt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erfassung von Ungänzen verschiedener Lage an langgestreckten, zylindrischen Werkstücken, indem der Prüfling in axialer Richtung ohne Drehung an feststehenden Sende- und Empfangswandlern vorbeigeführt wird und im Prüfling geführte tangential umlaufende Wellenimpulse im Takt erzeugt, empfangen und die Amplitude der in einem Takt nacheinander empfangenden Signale durch Quotientenbildung zur Fehlerbestimmung in einem Rechner benutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Signale mit Burstsignalen derselben Frequenz, geeigneter Zeitdauer und Startverzögerung synchronisiert werden, und beide Signale einem Peak-Detektor zugeführt werden, so daß durch das Burstsignal der Peakdetektor jeweils in einem Zeitfenster aktiviert ist, in dem ein Empfangssignal innerhalb der Empfangssignalfolge eines Taktes zu erwarten ist, und die Amplituden digitalisiert an den Rechner übertragen werden.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der/die feststehenden längs der Förderbahn des Prüfgutes (5) angeordneten Sendewandler (4) und ein Burstsignalgeber (14) von dem Triggersignal eines Rechners (1) beaufschlagt und der/die Empfangswandler (6) und der Burstsignalausgang mit einem Peakdetektor (12) verbunden sind, der seinerseits an dem Rechner (1) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- und der Empfangswandler elektrodynamische Wandler sind.