DE4126618A1

DE4126618A1 - Ultrasonic thickness measuring and imaging system - useful for assessing corrosion damage of steam generator tubes

Info

Publication number: DE4126618A1
Application number: DE4126618A
Authority: DE
Inventors: Paul Joseph Bylenok; William Martin Patmos; Thomas Arthur Wagner; Francis Henry Martin
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1991-08-12
Publication date: 1992-02-13
Also published as: USH1084H

Abstract

The system comprises: (i) scanning an object in a predetermined pattern; (ii) ultrasonically inspecting the object in the predetermined pattern and generating an analogue signal proportional to the object thickness in the predetermined pattern; (iii) converting the analogue signal into a digital signal which is then quantified in a number of thickness points in the pattern, each point falling in one range of a number of different thickness ranges; and (iv) using the quantified digital signals to construct an image map of the object thickness in the predetermined pattern, each quantified thickness point on the map being obtained from a minute area of the object and representing a pixel of the image map. A similar process and system for ultrasonic thickness measuring and imaging of a tube is also claimed. USE/ADVANTAGE - The process is useful for measuring the thickness and thus the corrosion of steam generator tubes in nuclear power stations. It provides automated data collection and reduction and supplies a permanent accurate recording of corrosion damage suitable for comparison with previous and/or future inspection results.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Dickenmeß- und Abbildsystem sowie auf ein Verfahren zur Dickenmessung wie auch zur Abbildung.The invention relates to an ultrasonic thickness and Imaging system and a method for thickness measurement such as also for illustration.

Auf die in der Anlage beigefügte Kopie eines Mikrofiche wird hingewiesen. Das in dem erfindungsgemäßen System sowie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Computerprogramm ist hier zwar beigefügt, aber ein ins einzelne gehendes Verstehen dieses Computerprogramms ist für das Verständnis der vorlie genden Erfindung nicht notwendig. Das Computerprogramm hat die Form eines Mikrofiche mit 80 Bildern, wobei Kopien davon, wie gesagt, beigefügt sind.On the attached copy of a microfiche pointed out. That in the system according to the invention and in the Computer program used method according to the invention attached here, but a detailed understanding this computer program is for understanding the present Invention not necessary. The computer program has that Form a microfiche with 80 pictures, copies of which, like said are attached.

Allgemein bezieht sich die Erfindung auf die Korrosionstestung von Dampfgeneratorrohren und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein nicht-destruktives Ultraschallsystem sowie ein Verfahren zur Messung und zur Abbildung der Dicke von Dampfgeneratorrohren zur Bestimmung der Dicke von Korrosions attacken.In general, the invention relates to corrosion testing of steam generator tubes and in particular relates to Invention on a non-destructive ultrasound system as well a method for measuring and mapping the thickness of Steam generator tubes for determining the thickness of corrosion attacks.

Die durch Spaltung in einem Kernreaktorcore erzeugte Wärme einer Kernreaktoranlage wird auf ein primäres Reaktorkühlmit tel übertragen, welches durch den Reaktorcore fließt. Das primäre Reaktorkühlmittel fließt sodann durch die Dampfgenera toren der Kernreaktoranlage, wo die Wärme auf ein sekundäres Speisewasser übertragen wird, welches dadurch in Dampf umge wandelt wird. Der Dampf wird zur Erzeugung von Elektrizität verwendet, und zwar dadurch, daß man konventionelle Dampftur binen-Generatoren verwendet.The heat generated by fission in a nuclear reactor core of a nuclear reactor plant is based on primary reactor cooling tel transmitted, which flows through the reactor core. The primary reactor coolant then flows through the steam genera gates of the nuclear reactor plant where the heat is secondary Feed water is transferred, which is thereby converted into steam is changed. The steam is used to generate electricity used, namely by using conventional steam door bine generators used.

Jeder Dampfgenerator hat ein großes Bündel an Rohren. Das eine hohe Temperatur besitzende primäre Reaktorkühlmittel fließt durch das sekundäre Innere der Rohre in Wärmeaustauschbezie hung mit dem Speisewasser, welches längs des Äußeren der Rohre fließt. Das durch die Dampfgeneratorrohre fließende primäre Reaktorkühlmittel ist eine Korrosionsquelle für die Wände der Rohre, was die Wandstärke reduziert und schließlich zu Löchern in der Wand führt.Each steam generator has a large bundle of tubes. The one high temperature primary reactor coolant flows through the secondary interior of the tubes in heat exchange relation hung with the feed water that runs along the outside of the pipes flows. The primary flowing through the steam generator tubes Reactor coolant is a source of corrosion for the walls of the Pipes, which reduces the wall thickness and eventually to holes leads in the wall.

Infolgedessen werden Langzeitkorrosionstests an Dampfgenera torrohren durchgeführt, um den Korrosionserzeugungsmechanismus zu verstehen und typische Dampfgeneratorrohrkorrosionsraten zu bestimmen. Diese Tests haben ergeben, daß die Tiefe des Korro sionsschadens von Rohrmustern normalerweise 0,003 bis 0,005 Zoll beträgt. Es wurden verschiedene Testverfahren verwendet, um die Korrosionsattackentiefen zu messen, und zwar sowohl destruktive als auch nicht-destruktive hinsichtlich des der Inspektion unterworfenen Rohrmusters.As a result, long-term corrosion tests on steam genera Tor tubes performed to the corrosion generation mechanism to understand and typical steam generator tube corrosion rates determine. These tests have shown that the depth of the Korro damage from tube samples is usually 0.003 to 0.005 Inches. Various test procedures were used to measure the corrosion attack depths, both destructive as well as non-destructive in terms of the Inspection of pipe samples.

Ein destruktives Testverfahren, welches in der Vergangenheit verwendet wurde, ist die Oberflächenprofilometrie zur Messung der Korrosionsattackentiefe. Dieses Verfahren der Schadensbe stimmung ist von dem Standpunkt aus zufriedenstellend, daß seine minimale Empfindlichkeit gegenüber der Attackentiefe von 0,001 Zoll kleiner ist als die typischen Korrosionstiefen von 0,003 bis 0,005 Zoll, wie sie auftreten. Dabei ist es jedoch unerwünscht, daß die destruktive Zerteilung des Rohrs erfor derlich ist, und zwar insofern als die Rohrproben oder -muster auf eine Größe zugeschnitten werden müssen und Abscheidungen müssen entfernt werden, bevor die Profilometrie ausgeführt werden kann. Die Zerstörung der Testproben bedeutet, daß es nicht möglich ist, Langzeittests dann wieder aufzunehmen, nachdem in der Zwischenzeit Überprüfungen an einem bestimmten Testmuster vorgenommen wurden. Somit wurde die Rate oder Ge schwindigkeit des Schadenswachstums in Langzeitkorrosionstests nicht gemessen, vielmehr wurden Schlüsse gezogen, und zwar durch Vergleich der Profilometrieergebnisse von unterschiedli chen Proben, die unterschiedliche Zeitperioden lange betrieben wurden. Dies wird als nicht zufriedenstellend angesehen, da Schadensraten nicht an sämtlichen Proben innerhalb eines Tests reproduzierbar sind.A destructive test that has been done in the past surface profilometry was used for the measurement the corrosion attack depth. This procedure of damage mood is satisfactory from the standpoint that its minimal sensitivity to the attack depth of Is 0.001 inches smaller than the typical corrosion depths of 0.003 to 0.005 inches as they occur. However, it is undesirable that the destructive fragmentation of the pipe is so insofar as the pipe samples or samples must be sized and deposited must be removed before the profilometry is performed can be. The destruction of the test samples means that it it is not possible to restart long-term tests, after in the meantime checks on a particular one Test samples were made. Thus the rate or Ge Damage growth rate in long-term corrosion tests not measured, rather conclusions were drawn by comparing the profilometry results from differ Chen samples that operated for different periods of time for a long time were. This is considered unsatisfactory because Damage rates not on all samples within one test are reproducible.

Bislang wurden zwei nicht-destruktive Testverfahren zur Be stimmung der Attackentiefen während Zwischenprüfungen in Lang zeittests verwendet. Diese Inspektionsverfahren umfassen das Wirbelstromtesten (ET = eddy current testing) und das Ultra schalltestmeßverfahren (UTM). Das ET-Verfahren ist deswegen für Labortests nicht zufriedenstellend, weil die typischen auftretenden Attackentiefen von 0,003 bis 0,005 Zoll kleiner sind als die minimale Empfindlichkeit dieses Verfahrens von 0,005 bis 0,010 Zoll oder 10% der Wandstärke. Das ET-Verfah ren sieht daher eine brauchbare Detektion vor, liefert aber keine brauchbare Größeninformation hinsichtlich früher Stufen der Korrosion. Im Gegensatz dazu ist das UTM-Verfahren in der Lage, die normalerweise beobachteten Attackentiefen von 0,003 bis 0,005 Zoll zu bestimmen, da seine minimale Empfindlichkeit 0,001 Zoll beträgt, und mit fokussiertem Strahl messen die Proben eine Fläche von annähernd 0,010 Zoll × 0,010 Zoll.So far, two non-destructive test methods have been used attack depth during intermediate tests in Lang time tests used. These inspection procedures include that Eddy current testing (ET) and the Ultra sound test measurement method (UTM). That's why the ET process is unsatisfactory for laboratory tests because the typical attack depths from 0.003 to 0.005 inches smaller are considered the minimum sensitivity of this method by 0.005 to 0.010 inches or 10% of the wall thickness. The ET process ren therefore provides usable detection, but delivers no useful size information regarding early stages of corrosion. In contrast, the UTM method is in the Location, the normally observed attack depths of 0.003 to determine 0.005 inches because of its minimal sensitivity Is 0.001 inches, and measure with a focused beam Samples an area of approximately 0.010 inches x 0.010 inches.

Das UTM-Verfahren wird dadurch ausgeführt, daß man eine Ultra schallprobe oder Sonde innerhalb des Rohrs anordnet. Das Rohr ist mit Wasser gefüllt, um den Lauf der Ultraschallwelle von der Sonde durch das Wasser und in die Rohrwand zu ermöglichen. The UTM process is carried out by using an Ultra arranges sound sample or probe within the pipe. The pipe is filled with water to run the ultrasonic wave from to allow the probe through the water and into the pipe wall.

Die reflektierte Ultraschallwelle wird durch die gleiche Sonde überwacht. Die für die Ultraschallwelle erforderliche Zeit zur Vollendung einer "Rundfahrt" in der Rohrwand ist proportional zur Rohrwanddicke. Die Beziehung zwischen der Wellenlaufzeit und der Rohrdicke ist folgende:The reflected ultrasonic wave is transmitted through the same probe supervised. The time required for the ultrasonic wave Completion of a "round trip" in the pipe wall is proportional to the pipe wall thickness. The relationship between the wave travel time and the pipe thickness is as follows:

T=(vt)/2T = (vt) / 2

Dabei ist:
T=die Rohrwanddicke (Zoll)
v=die Geschwindigkeit von Ultraschall in Inconel (0,23 Zoll/Mikro-sec, eine Materialkonstante)
t=die Laufzeit (Mikrosekunden).Here is:
T = the pipe wall thickness (inches)
v = the speed of ultrasound in Inconel (0.23 inch / micro-sec, a material constant)
t = the running time (microseconds).

Da das nicht-destruktive Ultraschalltestverfahren in der Lage ist, die normalerweise beobachteten Attackentiefen zu bestim men, ist sein Gebrauch zweckmäßig. Dieses Inspektionsverfahren wird derzeit jedoch manuell betätigt, und die zugehörige Da tenreduktion wird ebenfalls manuell ausgeführt. Wegen der großen Arbeitsaufwendigkeit bei der Durchführung und Auswer tung von Ultraschallrohrinspektionen ist die effektive Verwen dung dieses erwünschten Verfahrens nicht möglich.Because the non-destructive ultrasound test procedure is capable is to determine the attack depths normally observed its use is appropriate. This inspection process is currently operated manually, and the associated Da Reduction is also carried out manually. Because of the great effort in the implementation and evaluation The use of ultrasonic pipe inspections is effective This desired procedure is not possible.

Es besteht das Bedürfnis, die Datenkollektion und Reduktion bei dem UTM-Verfahren zum Testen von Rohren zu automatisieren, um so das Verfahren einsatzfähig zu machen.There is a need for data collection and reduction to automate the UTM procedure for testing pipes, to make the process operational.

Summary of the invention

Die vorliegende Erfindung sieht ein Ultraschalldickenmeß- und -abbild (UTMI = ultrasonic thickness measuring and imaging)-System vor und ferner ein Verfahren derart ausgelegt, daß die oben erwähnten Bedürfnisse befriedigt werden. Das UTMI-System und das Verfahren der vor liegenden Erfindung automatisiert die Datensammlung und Reduk tion und liefert eine permanente, genaue Aufzeichnung der Kor rosionsschädigung, die zu Vergleichszwecken mit frühreren und/oder zukünftigen Inspektionsergebnissen geeignet ist.The present invention provides an ultrasonic thickness measurement and image (UTMI = ultrasonic thickness measuring and imaging) system before and further Process designed so that the needs mentioned above being satisfied. The UTMI system and the procedure of the lying invention automates data collection and reduc tion and provides a permanent, accurate record of the cor corrosion damage, for comparison purposes with previous and / or future inspection results.

Gemäß der Erfindung verwendet das UTMI-System grundsätzlich Inspektionsmittel mit einer Ultraschallsonde zur Messung der Dicke eines Objekts, wie beispielsweise einer Wand eines Rohrs, Mittel, gekuppelt mit den Inspektionsmitteln zur Steu erung der Bewegung der Sonde in einem Abtastmuster bezüglich des Objekts und zum Empfang und zur Verarbeitung eines Analog signals, erzeugt durch die Sonde, welches proportional ist zur Objektdicke in dem Abtastmuster, und Bilderzeugungsmittel in der Form eines Zeilenabtastrekorders, gekuppelt mit den Steuer- und Verarbeitungsmitteln zur Erzeugung eines aufge zeichneten Bildes der Objektdicke, gemessen durch die Sonde in dem Abtastmuster. Die Sonde wird in dem Abtastmuster bewegt, um sequentiell das Objekt an mit Abstand angeordneten benach barten Stellen abzutasten.According to the invention, the UTMI system basically uses Inspection equipment with an ultrasound probe for measuring the Thickness of an object, such as a wall of a Rohrs, Mittel, coupled with the inspection means for tax of the movement of the probe in a scan pattern of the object and for receiving and processing an analog signals generated by the probe, which is proportional to the Object thickness in the scan pattern, and imaging means in in the form of a line scan recorder, coupled with the Control and processing means to generate a plotted image of the object thickness measured by the probe in the scan pattern. The probe is moved in the scan pattern to sequentially place the object at a distance apart beard to scan places.

Die Steuer- und Verarbeitungsmittel sind ein Computer, der die Sonde positioniert, das Analogsignal einfängt, das Analogsig nal in ein Digitalsignal umwandelt, und sodann das Digitalsig nal in eine Vielzahl von Dickenpunkten quantifiziert, wobei jeder in einen Bereich aus einer Vielzahl von Dickenbereichen fällt, der einer Grauschattierung aus einer Vielzahl von Grau schattierungen entspricht. Aus der Vielzahl von quantifizier ten Dickenpunkten erzeugt der Linienabtastrekorder eine Bild darstellung der Objektdicken mit jedem quantifizierten Dicken punkt, der somit erhalten wurde aus einer winzigen Fläche oder einem winzigen Gebiet des Objekts und ein Pixel der bildlichen Darstellung (der Bildkarte) repräsentiert.The control and processing means are a computer that the The probe is positioned, the analog signal is captured, the analog signal nal converted into a digital signal, and then the digital signal nal quantified in a variety of thickness points, where each in a range of a variety of thickness ranges falls that of a shade of gray from a variety of grays corresponds to shades. From the multitude of quantif The line scan recorder creates an image at th thickness points representation of the object thickness with each quantified thickness point that was obtained from a tiny area or a tiny area of the object and a pixel of the pictorial Representation (the picture card) represents.

In der Bildkarte der Objektdicken repräsentieren die Pixel, die die schwärzeste Grauschattierung besitzen, Objektgebiete mit minimaler Dicke, wohingegen die Pixel mit der hellsten Grauschattierung Objektgebiete mit maximaler Dicke repräsen tieren. Die anderen Pixel in Grauschattierungen erstrecken sich von den schwärzesten zu den weißesten und repräsentieren Objektgebiete, die inkremental ansteigen von der minimalen zur maximalen Dicke.In the image map of the object thicknesses, the pixels represent that have the blackest shade of gray, object areas with minimal thickness, whereas the pixels with the brightest Gray shading Represent object areas with maximum thickness animals. The other pixels extend in shades of gray from the blackest to the whitest and represent Object areas that increase incrementally from the minimum to the maximum thickness.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung erge ben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigtOther advantages, goals and details of the invention ben from the description of exemplary embodiments the drawing; shows in the drawing

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ultraschalldickenmeß- und -abbild (UTMI)-Systems gemäß der Erfindung; Fig. 1 is a block diagram of a Ultraschalldickenmeß- and -abbild (UTMI) system according to the invention;

Fig. 2 eine Darstellung einer Bildkarte der Rohrwanddicken, erzeugt durch das UTMI-System der Fig. 1; Fig. 2 is an illustration of a map of tube wall thicknesses generated by the UTMI system of Fig. 1;

Fig. 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen UTMI-Verfahrens. Fig. 3 is a flowchart of the UTMI method of the invention.

Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen beschrieben. In dieser Beschreibung bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende Teile in den verschiedenen Figu ren. Die im folgenden verwendeten Ausdrücke, wie "vorwärts", "rückwärts", "links", "rechts" und "aufwärts" und "abwärts" und dergleichen Worte sollen nicht einschränkend verstanden werden.The invention is described in detail below. In this description, the same reference numerals denote the same or corresponding parts in the different figu ren. The terms used below, such as "forward", "backwards", "left", "right" and "upwards" and "downwards" and such words are not meant to be limiting will.

Es sei nunmehr auf die Figuren, und zwar insbesondere auf die Fig. 1 Bezug genommen, wo man ein Ultraschalldickenmeß- und -abbild (UTMI)-System erkennt, welches im ganzen mit 10 be zeichnet ist und die vorliegende Erfindung bildet. Es sei be merkt, daß das UTMI-System 10 zur Ultraschallmessung verwendet werden kann, und zur Erzeugung von einem aufgezeichneten Bild der Dicke von Objekten verschiedener Konfigurationen. Das hier beschriebene System 10 wird im Zusammenhang mit der Ultra schallmessung und -erzeugung eines aufgezeichneten Bildes der Dicken eines (nicht gezeigten) Rohres verwendet, wie bei spielsweise eines Dampfgeneratorrohrs, befestigt an einem (nicht gezeigten) Rohrbogen. Was seine Grundkomponenten an langt, so weist das UTMI-System 10 Ultraschallinspektionsmit tel 12 auf, Antriebsmittel 14, Steuer- und Verarbeitungsmittel 16 und Bilderzeugungsmittel 18.Reference should now be made to the figures, in particular to FIG. 1, where an ultrasonic thickness measuring and imaging (UTMI) system can be recognized, which is designated 10 as a whole and forms the present invention. It should be noted that the UTMI system 10 can be used to measure ultrasound and to generate a recorded image of the thickness of objects of various configurations. The system 10 described herein is used in the context of ultrasound measurement and generation of a recorded image of the thickness of a pipe (not shown), such as a steam generator pipe, attached to a pipe bend (not shown). As far as its basic components are concerned, the UTMI system 10 has ultrasound inspection means 12 , drive means 14 , control and processing means 16 and image generation means 18 .

Insbesondere weisen die Ultraschallinspektionsmittel 12 des UTMI-Systems 10 eine Ultraschallsonde 20, eine Sondenantriebs anordnung 22 und einen Ultraschalldickenmesser 24 auf, um das Dampfgeneratorrohr ultraschallmäßig zu inspizieren und ein Analogsignal zu erzeugen, welches proportional ist zur Wand dicke des Rohres. Die Sondenantriebsanordnung 22 weist erste und zweite Mechanismen in der Form von Schrittmotoren 26 und 28 zum Antrieb der Sonde 20 auf und zur entsprechenden Erzeu gung einer Axialbewegung der Sonde 20 zu dessen Positionierung an aufeinanderfolgenden mit Abstand angeordneten Axialstellen, wobei ferner eine Drehbewegung der Sonde 20 vorgesehen ist, um das Innere der Rohrwand in einem vorbestimmten Muster umfangs mäßig an jeder der Axialstellen abzutasten. Der Ultraschall dickenmesser 24 ist mit der Ultraschallsonde 20 gekuppelt, um ein Meßsignal von der Sonde 20 zu empfangen und das Analogsig nal zu erzeugen. Die Ultraschallsonde 20, die Sondenantriebs anordnung 22 und der Ultraschalldickenmesser 24 sind an sich bekannte konventionelle Komponenten und sind somit nur in Form von Blockdiagrammen dargestellt. Beispielsweise kann die Ul traschallsonde 20 und der Dickenmesser 24 Komponenten sein, die vom Hersteller Panametrics als Modell Nr. 3522 und 5215 bezeichnet sind. Die Sondenantriebsanordnung 22 kann eine im Handel verfügbare Komponente sein, die von dem Hersteller Velmex als Modell-Nr. 85144 identifiziert wird.In particular, the ultrasound inspection means 12 of the UTMI system 10 have an ultrasound probe 20 , a probe drive arrangement 22 and an ultrasound thickness meter 24 in order to ultrasonically inspect the steam generator tube and to generate an analog signal which is proportional to the wall thickness of the tube. The probe drive assembly 22 has first and second mechanisms in the form of stepper motors 26 and 28 for driving the probe 20 and for generating a corresponding axial movement of the probe 20 for its positioning at successive spaced axial locations, further providing a rotational movement of the probe 20 is to circumferentially scan the inside of the tube wall in a predetermined pattern at each of the axial locations. The ultrasonic thickness gauge 24 is coupled to the ultrasound probe 20 receive a measurement signal from the probe 20 to and to generate the Analog Sig nal. The ultrasound probe 20 , the probe drive arrangement 22 and the ultrasound thickness meter 24 are conventional components known per se and are therefore only shown in the form of block diagrams. For example, the ultrasound probe 20 and the thickness gauge 24 can be components which are designated by the manufacturer Panametrics as model numbers 3522 and 5215. The probe drive assembly 22 may be a commercially available component that is manufactured by Velmex as Model No. 85144 is identified.

Die Antriebsmittel 14 des UTMI-Systems 10 sind mit der Sonden antriebsanordnung 22 der Inspektionsmittel 12 gekuppelt, um die Sonde 20 über Schrittmotoren 26 und 28 anzutreiben, um das Innere des Rohrs entlang seiner Achse und um seinen Umfang herum in einem vorbestimmten Muster abzutasten. Die Antriebs mittel 14 weisen eine Leistungsversorgung 30 und Antriebskar ten 32 auf, deren jede an sich bekannte konventionelle Kompo nenten sind, die aus diesem Grunde nur als Blockdiagramm in Fig. 1 dargestellt sind. Beispielsweise können die Antriebs mittel 14 eine Komponente sein, die im Handel von der Firma Superior Electric verfügbar ist und als Modell SKDY-112, DRDOO2A und PSD 048B identifiziert werden.The drive means 14 of the UTMI system 10 are coupled to the probe drive assembly 22 of the inspection means 12 to drive the probe 20 via stepper motors 26 and 28 to scan the interior of the tube along its axis and around its circumference in a predetermined pattern. The drive means 14 have a power supply 30 and Antriebsskar th 32 , each of which are known conventional components, which are therefore shown only as a block diagram in Fig. 1. For example, the drive means 14 can be a component that is commercially available from the company Superior Electric and can be identified as models SKDY-112, DRDOO2A and PSD 048B.

Die Steuer- und Verarbeitungsmittel 16 des UTMI-Systems 10 sind mit den Antriebsmitteln 14 gekoppelt, um daran eine vor bestimmte Sequenz von Signalen abzugeben, und zwar zur Steu erung der Antriebsmittel 14 beim Antrieb der Sonde 20 der In spektionsmittel 12 zur Abtastung des Rohrinneren in dem ge wünschten, vorbestimmten Muster. Die Mittel 16 sind ebenfalls mit den Inspektionsmitteln 12 gekoppelt, und zwar zum Empfang des Analogsignals von dem Ultraschalldickenmesser 24. Die Steuer- und Verarbeitungsmittel 16 sind vorzugsweise ein Mi kroprozessor oder ein Computer 16, der die in Fig. 1 in Block diagrammform gezeigten Komponenten aufweist: eine Anzeige 36, eine Tastatur 38 und eine Leistungsversorgung 40; eine zen trale Verarbeitungseinheit (CPU) 42 (einschließlich eines RAM); Eingangs- und Ausgangsports 44; einen Analog-zu-Digital (A/D)-Umsetzer 46; eine Motorsteuervorrichtung 48 und eine Interfaceeinheit 50. Ein diese Komponenten aufweisender Com puter 16 ist an sich eine bekannte konventionelle Einheit und braucht somit im einzelnen nicht beschrieben und dargestellt zu werden. Beispielsweise kann die Anzeige 36 eine Komponente sein, die im Handel von dem Lieferanten Deco erhältlich ist und als Modell M2400 bezeichnet wird. Die Tastatur 38 kann ein im Handel verfügbare Komponente sein, die von dem Lieferanten Microswitch erhältlich ist und dort als Modell Nr. 16CTI-1 bezeichnet wird. Die CPU 42 und die I/O-Ports oder Anschlüsse 44 können Komponenten sein, die von der Firma Prolog erhält lich sind und als Modell-Nr. 7801 und 7604A identifiziert wer den. Die Motorsteuervorrichtung 48 kann eine im Handel verfüg bare Komponente von der Firma Matrix sein, und zwar wird die ses Bauteil als Modell-Nr. 7911 bezeichnet.The control and processing means 16 of the UTMI system 10 are coupled to the drive means 14 in order to emit a predetermined sequence of signals therefor, namely to control the drive means 14 when driving the probe 20 of the inspection means 12 for scanning the inside of the pipe the desired ge pattern. The means 16 are also coupled to the inspection means 12 , specifically for receiving the analog signal from the ultrasonic thickness meter 24 . The control and processing means 16 are preferably a microprocessor or a computer 16 which has the components shown in block diagram form in FIG. 1: a display 36 , a keyboard 38 and a power supply 40 ; a central processing unit (CPU) 42 (including a RAM); Input and output ports 44 ; an analog-to-digital (A / D) converter 46 ; an engine control device 48 and an interface unit 50 . One of these components Com puter 16 is in itself a known conventional unit and therefore need not be described and shown in detail. For example, display 36 may be a component that is commercially available from Deco and is referred to as model M2400. The keyboard 38 can be a commercially available component available from Microswitch, where it is referred to as Model No. 16CTI-1. The CPU 42 and the I / O ports or connections 44 can be components that are available from Prolog and are available as model no. 7801 and 7604A identified. The motor control device 48 may be a commercially available component from the Matrix company, namely this component is model number. Designated 7911.

Die Motorsteuervorrichtung 48 des Computers 16 gibt die Sig nalfolge oder Signalsequenz ab, um die Antriebsmittel 14, wie oben erwähnt, zu steuern. Der A/D-Umsetzer 46 des Computers 16 empfängt und wandelt das Analogsignal in ein Digitalsignal um und die CPU 42 des Computers 16 quantifiziert, geleitet durch ein im ROM gespeichertes Programm,das Digitalsignal in eine Vielzahl von Dickenpunkten in dem vorbestimmten Muster, wobei jeder Punkt in einen Bereich aus einer Vielzahl von unter schiedlichen Dickenbereichen fällt. Das gespeicherte Programm, welches in der Anlage enthalten ist, leitet die verschiedenen Komponenten des Computers in Koordination und zur Ausführung der entsprechenden zugewiesenesn Operationen.The motor controller 48 of the computer 16 outputs the signal sequence to control the drive means 14 as mentioned above. The A / D converter 46 of the computer 16 receives and converts the analog signal to a digital signal, and the CPU 42 of the computer 16 quantifies, guided by a program stored in the ROM, the digital signal into a plurality of thickness points in the predetermined pattern, each Point falls in a range from a variety of different thickness ranges. The stored program, which is contained in the system, directs the various components of the computer in coordination and for the execution of the corresponding assigned operations.

Die Bilderzeugungsmittel 18 des UTMI-Systems 10 sind vorzugs weise ein Zeilenabtastrekorder 18, gekoppelt mit dem Computer 16 über Eingangs- und Ausgangsports 44 zur Erzeugung eines Bildes der Rohrwanddicke oder -stärke in dem vorbestimmten Muster in Form einer bildlichen Darstellung oder einer Bild karte 51, wie man dies in Fig. 2 erkennt, und zwar aus der Vielzahl von quantifizierten Dickenpunkten. Jeder quantifi zierte Dickenpunkt der Bildkarte 51 wird aus einer winzigen Fläche oder einem winzigen Gebiet der Rohrwand erhalten und repräsentiert ein Pixel der Bildkarte. Wahlweise kann das UTMI-System 10 auch einen Diskantrieb 52 und einen X-Y-Re korder 54, gekuppelt mit dem Computer 16 verwenden. Der Disk- oder Plattenantrieb 52 ist vorgesehen zur Speicherung der di gitalisierten Repräsentation oder Darstellung des Analogsig nals auf einer (nicht gezeigten) Floppydisk. Der X-Y-Rekorder 54 ist vorgesehen zur Erzeugung einer Darstellung der Dicke, abhängig vom Axialabstand, wenn die Probe 20 axial an einer gegebenen Umfangsstelle bewegt wird.The image generating means 18 of the UTMI system 10 are preferably a line scan recorder 18 , coupled to the computer 16 via input and output ports 44 for generating an image of the tube wall thickness or thickness in the predetermined pattern in the form of an image or an image card 51 , as can be seen in FIG. 2 from the large number of quantified thickness points. Each quantified thickness point of the image map 51 is obtained from a tiny area or a tiny area of the pipe wall and represents a pixel of the image map. Optionally, the UTMI system 10 can also use a disk drive 52 and an XY recorder 54 , coupled to the computer 16 . The disk or disk drive 52 is provided for storing the digitized representation or representation of the analog signal on a floppy disk (not shown). The XY recorder 54 is provided to generate a representation of the thickness depending on the axial distance when the sample 20 is moved axially at a given circumferential location.

Jeder der die Bildkarte 51 bildenden Pixel - vgl. Fig. 2 - be sitzt eine Grauschattierung oder Grautönung aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Grautönen, beispielsweise einer von sechzehn. Jeder unterschiedliche Grauton entspricht einem der unterschiedlichen Dickenbereiche, die jeden Dickenpunkt ent halten. Die Pixel 56 im schwärzesten Grauton repräsentieren Rohrwandgebiete von minimaler Dicke, wie beispielsweise von 0,025 Zoll oder weniger, wohingegen die Pixel 58 in dem weißesten Grauton Rohrwandgebiete von maximaler Dicke, wie beispielsweise 0,050 Zoll repräsentieren. Die Pixel 60 in Grautonbereichen im Bereich vom schwärzesten bis zum weißesten repräsentieren Rohrwandgebiete, die inkremental ansteigen von der minimalen zur maximalen Dicke.Each of the pixels forming the image card 51 - cf. Fig. 2 - be a shade of gray or shade of gray from a variety of different shades of gray, for example one of sixteen. Each different shade of gray corresponds to one of the different thickness ranges that contain each thickness point. Pixels 56 in the blackest shade of gray represent tube wall areas of minimal thickness, such as 0.025 inches or less, whereas pixels 58 in the whitest gray tone represent tube wall areas of maximum thickness, such as 0.050 inches. The pixels 60 in gray tone areas in the range from the blackest to the whitest represent tube wall areas that increase incrementally from the minimum to the maximum thickness.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm 62 des UTMI-Verfahrens der Erfin dung. Zur Durchführung des UTMI-Verfahrens unter Verwendung des Systems 10 wird als erstes gemäß Block 64 des Flußdia gramms 62 das Innere eines Rohrs abgetastet und ultraschall mäßig durch die sequentielle Bewegung der Ultraschallprobe 20 längs der Rohrachse abgetastet und ferner um den Rohrumfang herum in dem gewünschten Muster. Gemäß Block 66 des Flußdia gramms 62 erzeugt der Ultraschalldickenmesser 24 in Verbindung mit der Abtastsonde 20 ein Analogsignal proportional zu den Wandstärken des Rohrs in dem vorbestimmten abgetasteten Mu ster. Gemäß Block 68 des Flußdiagramms 62 wird das Analogsig nal, welches die Dicke der Rohrwand, abgetastet in dem vorbe stimmten Muster, durch den Computer 16 empfangen, wo das Sig nal von einem Analogsignal in ein Digitalsignal unter Verwen dung des A/D-Umsetzers 46 des Computers umgewandelt wird. Ge mäß Block 70 des Flußdiagramms 62 quantifiziert sodann die CPU 42 des Computers 16 das Digitalsignal in eine Vielzahl von Dickenpunkten in dem vorbestimmten Muster, wobei jeder Punkt in einem Bereich aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Dickenbereichen, wie beispielsweise sechzehn Dickenbereichen, fällt. Aus der Vielzahl von quantifizierten Dickenpunkten im abgetasteten Muster erzeugt gemäß Block 72 des Flußdiagramms 62 der Linienabtastrekorder 18 eine Bildkarte 51 der Wand dicken des Rohrs in dem Muster. Jeder quantifizierte Dicken punkt der Bildkarte 51 wird aus einer winzigen Fläche oder einem winzigen Gebiet (wie beispielsweise 0,004 Zoll × 0,004 Zoll) der Rohrwand erhalten und repräsentiert ein Pixel der Bildkarte. Wie oben unter Bezugsnahme auf Fig. 2 beschrieben, besitzt jeder der die Bildkarte 51 bildenden Pixel eine aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Grauschattierungen oder Grautönen, wie beispielsweise einem Grauton aus sechzehn. Fig. 3 is a flowchart 62 of the method of the UTMI OF INVENTION dung. In order to carry out the UTMI method using the system 10 , the inside of a tube is first scanned and ultrasonically scanned by block 64 of the flow diagram 62 by the sequential movement of the ultrasonic sample 20 along the tube axis and further around the tube circumference in the desired pattern . According to block 66 of the flow diagram 62 , the ultrasonic thickness meter 24 in conjunction with the scanning probe 20 generates an analog signal proportional to the wall thickness of the tube in the predetermined sampled pattern. According to block 68 of flowchart 62 , the analog signal, which is the thickness of the tube wall, sampled in the predetermined pattern, is received by the computer 16 where the signal is converted from an analog signal to a digital signal using the A / D converter 46 the computer is converted. Then, according to block 70 of flow chart 62, CPU 42 of computer 16 quantifies the digital signal into a plurality of thickness points in the predetermined pattern, each point falling within a range of a plurality of different thickness ranges, such as sixteen thickness ranges. From block 72 of flow chart 62, line scan recorder 18 generates an image map 51 of the wall thicknesses of the tube in the pattern from the plurality of quantified thickness points in the pattern being scanned. Each quantified thickness point of the image card 51 is obtained from a tiny area or area (such as 0.004 inch × 0.004 inch) of the pipe wall and represents one pixel of the image card. As described above with reference to FIG. 2, each of the pixels forming the image card 51 has one of a variety of different shades of gray or shades of gray, such as a shade of sixteen.

Die Sonde 20 kann speziell innerhalb des mit Wasser gefüllten Rohres bewegt werden, und zwar auf verschiedenen Höhen und Winkelpositionen. In dem vorbestimmten Abtastmuster wird die Sonde 20 stufenweise mit 0,005 Zoll in Axialrichtung längs dessen Achse beim Betrieb des Schrittmotors 26 bewegt und sodann um 360° in Umfangsrichtung um die Achse durch den Betrieb des Schrittmotors 28 verdreht. Die Dickendaten werden automatisch aufgezeichnet, während sich die Sonde 20 dreht. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis die gesamte interessierende Rohrwandlänge in dem vorbestimmten Muster ab getastet ist, und zwar gesteuert durch den Computer 16 über die Antriebsmittel 14.The probe 20 can be moved specifically within the tube filled with water, at different heights and angular positions. In the predetermined scan pattern, the probe 20 is gradually moved 0.005 inches in the axial direction along the axis thereof during the operation of the stepping motor 26 and then rotated 360 ° in the circumferential direction around the axis by the operation of the stepping motor 28 . Thickness data is automatically recorded as probe 20 rotates. These steps are repeated until the entire length of tube wall of interest is scanned in the predetermined pattern, controlled by the computer 16 via the drive means 14 .

Abwandlungen liegen im Rahmen der Erfindung.Modifications are within the scope of the invention.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Ein Ultraschalldickenmeß- und -abbildsystem verwendet eine Ultraschallsonde zur Messung der Dicke eines Objekts, wie beispielsweise einer Wand eines Rohrs. Ein Computer dient zur Steuerung der Bewegung der Sonde in einem Abtastmuster inner halb des Rohrs und ferner zur Verarbeitung eines Analogsig nals, erzeugt durch die Sonde, welches proportional zur Rohr wanddicke oder -stärke in dem Abtastmuster ist und ein Linien- oder Zeilenabtastrekorder dient zur Erzeugung einer Aufzeich nung der durch die Sonde in dem Abtastmuster gemessenen Rohr wanddicken. Die Sonde wird in dem Abtastmuster bewegt, um se quentiell das Innere der Rohrwand abzutasten, und zwar an mit Abstand angeordneten benachbarten axialen Stellen. Der Compu ter verarbeitet das Analogsignal durch Umwandlung in ein Digi talsignal und quantifiziert sodann das Digitalsignal in eine Vielzahl von Dickenpunkten, wobei jeder in eine Vielzahl von Dickenbereichen fällt, die einer Vielzahl von Grauschattie rungen oder Grautönen entsprechen. Aus der Vielzahl von quan tifizierten Dickenpunkten erzeugt ein Zeilenabtastrekorder, verbunden mit dem Computer, eine Bildkarte der Rohrwanddicken, wobei jeder quantifizierte Dickenpunkt, der auf diese Weise von einer winzigen Fläche der Rohrwand erhalten wurde, ein Pixel der Bildkarte repräsentiert. In der Bildkarte der Rohr wanddicken repräsentieren die Pixel unterschiedliche Wanddic ken mit unterschiedlichen Grauschattierungen.In summary, the invention provides the following:
An ultrasonic thickness measurement and imaging system uses an ultrasonic probe to measure the thickness of an object, such as a wall of a pipe. A computer is used to control the movement of the probe in a scan pattern within the tube and also to process an analog signal generated by the probe which is proportional to the tube wall thickness or thickness in the scan pattern and a line or line scan recorder is used to generate it a record of the tube wall thicknesses measured by the probe in the scan pattern. The probe is moved in the scan pattern to sequentially scan the interior of the tube wall at spaced adjacent axial locations. The computer processes the analog signal by converting it into a digital signal, and then quantifies the digital signal into a plurality of thickness points, each falling within a variety of thickness ranges corresponding to a variety of shades of gray or shades of gray. From the plurality of quantified thickness points, a line scan recorder, connected to the computer, generates an image map of the tube wall thicknesses, each quantified thickness point thus obtained from a tiny area of the tube wall representing one pixel of the image card. In the image map of the tube wall thicknesses, the pixels represent different wall thicknesses with different shades of gray.

Claims

1. Ultrasonic thickness measuring and imaging system, which has the following:

a) means for ultrasound inspection of an object and the generation of an analog signal proportional to the thickness of the object;
b) means coupled to the inspection means for driving the inspection means for scanning the object in a predetermined pattern;
c) means coupled to the drive means for generating and outputting the drive means from a drive signal to control the drive means when driving the inspection means to scan the object in the predetermined pattern;
d) means coupled to the inspection means for receiving the analog signal from there, namely representing the thickness of the scanned object in the predetermined pattern and for converting the analog signal into a digital signal and quantifying the digital signal into a plurality of thickness points in the scanned pattern, each point falling in a range from a plurality of different thickness ranges; and
e) means coupled to the conversion and quantifying means for receiving the quantified digital signal and for generating an image map of the wall thicknesses of the object in the predetermined pattern from the plurality of quantified thickness points, each quantified thickness point on the image card being obtained from a small number Area of the object and a pixel of the picture card re presented.

2. System according to claim 1, wherein the inspection means by the drive means are driven to the object to measure the spaced locations to determine the thickness of the object.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the inspection means have the following: an ultrasound probe, and a probe drive assembly with first and second mechas nisms to drive the probe and to generate it against the movement of the probe to position the probe successive, spaced locations for Scanning the object in the predetermined pattern.

4. System according to claim 3, characterized in that the Inspection means have an ultrasonic thickness gauge, namely coupled to the ultrasound probe for generation of the analog signal.

5. System according to claim 3, characterized in that the first and second drive mechanisms stepper motors are.

6. System according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the face card generating means Line scan recorders are.

7. System according to claim 1, characterized in that the pixels composing the image card have a shade of gray zen, and from a variety of different Shades of gray, each different shade of gray one Range of different thickness ranges that each Thickness point included.

8. System according to claim 7, characterized in that the Pixels in the blackest shade of gray or the blackest Gray shading represent object areas of minimal thickness while pixels with the whitest shade of gray or the whitest shade of gray object areas maximum Represent thickness.

9. System according to claim 8, characterized in that the Pixels with shades of gray ranging from blackest to white represent the largest object area, the incremental of increase from minimum to maximum thickness.

10. Ultrasound thickness measuring and imaging system, the following being provided:

a) Means for ultrasound inspection of a tube and for generating an analog signal, proportional to the wall thickness of the tube, the inspection means having an ultrasound probe and a probe drive arrangement with he first and second mechanisms for driving the probe and for correspondingly generating an axial movement of the probe for positioning the same at successive axial positions arranged from and for the rotary movement of the probe to scan the pipe wall at each of the axial positions;
b) means coupled to the inspection means for driving the inspection means for scanning the interior of the tube along the axis and around the circumference of the tube in a predetermined pattern;
c) a computer, coupled to the drive means for generating and outputting a predetermined signal sequence or sequence to the drive means for controlling the same with respect to the drive of the inspection means for scanning the tube interior in the predetermined pattern;
d) wherein the computer is also coupled to the inspection means for receiving the analog signal from the sem, which represents the thickness of the pipe wall, sampled in the predetermined pattern and for processing the analog signal by converting it into a digital signal and quantifying the digital signal nals into a plurality of thickness points in the predetermined pattern, each point falling within a range from a plurality of different thickness ranges; and
e) a line scan recorder, coupled to the computer for receiving the quantified digital signal and generating an image map of the tube wall thickness in the predetermined pattern from the plurality of quantified thickness points, each quantified thickness point on the image card being obtained from a tiny area of the tube wall and one Represented pixels on the image card.

11. The system of claim 10, wherein the inspection means flat if have an ultrasonic thickness gauge, namely coupled with the ultrasound probe to generate the Ana log signals.

12. System according to claim 10, characterized in that a X-Y recorder is paired with the computer, specifically for Generation of a representation of the thickness, depending on the axial distance when the probe is axially at a given circumference place is moved.

13. System according to claim 10, characterized in that the pixels composing the picture card a shade of gray tion from a multitude of different gray shades tations, each with different shades of gray one of the different thickness ranges that contain every thickness point.

14. The system of claim 13, wherein the pixels are black gray shading the pipe wall areas or surfaces represent minimum thickness, whereas the pixels with the whitest shade of gray the tube wall areas with ma represent ximal thickness.

15. The system of claim 14, wherein the pixels are shaded in gray in the range from the blackest to the whitest Represent tube wall areas that incrementally from mini Painters rise to maximum thickness.

16. Ultrasonic thickness measurement and imaging method, the following steps being provided:

a) scanning an object in a predetermined pattern;
b) ultrasonically inspecting the object in the predetermined pattern and generating an analog signal proportional to the thickness of the object in the predetermined pattern;
c) receiving the analog signal, which represents the thickness of the object, sampled in the predetermined pattern and converting the analog signal into a digital signal;
d) quantifying the digital signal into a plurality of thickness points in the predetermined pattern, each point falling within a range of a plurality of different thickness ranges; and
e) receiving the quantified digital signal and generating an image map of the thicknesses of the object in the predetermined pattern from the plurality of quantified thickness points, each quantified thickness point on the image card being obtained from a tiny area of the object and representing a pixel of the image card.

17. The method of claim 16, wherein the card generation Generation of the pixels that make up the image card includes Art that each one from a variety of different Chen shades of gray, with different Shades of gray an area from a variety below of different thickness ranges corresponding to each thickness point included.

18. The method of claim 17, wherein the card generation the Generation of pixels includes, the object areas minimal Represent thickness in the blackest shade of gray and generating the pixels representing object areas with maximum thickness in the whitest shade of gray.

19. The method of claim 18, wherein the card generation Generation of pixels includes which object areas represent animals that incrementally increase from minimum to maximum thickness in shades of gray, starting from blackest to whitest.

20. Ultrasonic thickness measurement and imaging method, the following steps being provided:

a) scanning the inside of a tube along its axis and around its circumference in a predetermined pattern;
b) ultrasonic inspection of the tube in the predetermined pattern and generation of an analog signal, proportional to the wall thickness of the tube in the predetermined pattern;
c) receiving the analog signal, which represents the thickness of the tube wall, sampled in the vorbe certain pattern and converting the analog signal into a digital signal;
d) quantifying the digital signal into a plurality of thickness points in the predetermined pattern, each point falling within a range of a plurality of different thickness or strength ranges; and
e) receiving the quantified digital signal and generating an image map of the wall thicknesses of the tube in the predetermined pattern from the plurality of quantified thickness points, each quantified thickness point on the image map being obtained from a tiny area or a tiny area of the tube wall and a pixel of the Image card represents.

21. The method of claim 20, wherein the card generation is Generation of the pixels that composes the image card zen, so that each one of a variety of different shades of gray, whereby each different shade of gray one of the below corresponds to different thickness ranges, each thickness point included.

22. The method of claim 21, wherein the card generation is Generation of the pixels includes the tube wall areas minimal thickness in the blackest shade of gray right presents and generates the pixels that make up the pipe wall offer maximum thickness in the whitest shade of gray represent.

23. The method according to claim 22, characterized in that the map generation includes the generation of the pixels which represent the pipe wall areas, which incrementally increase from the minimum to the maximum thickness in gray shades ranging from blackest to whitest.