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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Prüfgerät nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Ultraschall-Prüfung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
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Bei
der Ultraschall-Prüfung
von Werkstücken werden
die erhaltenen Prüfergebnisse
aufgezeichnet. Sofern die Prüfergebnisse
in digitaler Form vorliegen, erfolgt die Aufzeichnung entsprechend
digital, zumeist erfolgt auch eine Speicherung. Teilweise werden
die Prüfergebnisse
auch analog erhalten und in analoger Form aufgezeichnet.
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Ultraschall-Prüfgeräte sowie
Verfahrung zur Ultraschall-Prüfung
der eingangs genannten Art sind vielfältig bekannt, nur beispielsweise
wird auf das DE-Buch "Werkstoffprüfung mit
Ultraschall", Autoren J.
Krautkrämer
und H. Krautkrämer,
4. Aufl., hingewiesen.
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Beim
praktischen Prüfbetrieb
erfolgt die Prüfung
manuell oder automatisch. In beiden Fällen muß nach dem Stand der Technik
die Zuordnung des Prüfergebnisses
zum geprüften
Werkstück
manuell erfolgen, beispielsweise durch Eingabe einer Werkstückidentifizierung,
zum Beispiel einer Teilnummer, teilweise auch durch Eintragung in
Zeichnungen, Logbücher
und Prüfberichte.
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Damit
ist aber das Risiko verbunden, daß das Prüfergebnis und das geprüfte Werkstück nicht verwechslungssicher
beziehungsweise eindeutig zugeordnet werden können. Menschliche Fehler sind nicht
ausgeschlossen. Es ist möglich,
daß bei
einer Prüfung
eine Werkstückidentifizierung
fehlerhaft abgelesen, eingetragen oder gar übersehen wird. Dies kann aber
zu erheblichen Nachteilen, in manchen Fällen sogar zu einer Gefährdung führen. Prüft man nämlich bei
einer falschen Werkstückidentifizierung im Rahmen
einer Nachprüfung
das falsche Werkstück,
weil aus dem Prüfprotokoll
ein Fehler hervorgeht, wobei diese Nachprüfung zwar auch mit Ultraschall,
aber üblicherweise
auch durch ein anderes Verfahren, beispielsweise Röntgen, erfolgen
kann, so wird man den aufgezeichneten Fehler nicht wieder nachweisen
können,
weil er bei dem nachgeprüften Werkstück eben
nicht vorliegt. Er liegt aber bei dem tatsächlich bei der ersten Prüfung erfassten
Werkstück
vor und kann dort früher
oder später
zu Problemen Anlass geben, die je nach Einsatz des Werkstücks auch
relativ große
Folgen haben können,
man denke an Werkstücke
in einem Atomreaktor, einer chemischen Anlage usw.
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Hier
setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht,
das Ultraschall-Prüfgerät der eingangs
genannten Art und das Verfahren zur Ultraschall-Prüfung der
eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine
zwangsweise Zuordnung zwischen einer Werkstückidentifizierung und dem Prüfungsergebnis
für ein
Werkstück vorliegt.
Ein geprüftes
Werkstück
wird damit eindeutig dem ihm zugehörigen Prüfergebnis zugeordnet, die Zuordnung
ist so, dass menschliche Fehler ausgeschlossen werden können. In
einer Weiterbildung kann sogar erreicht werden, dass bewusste Fehlzuordnungen
erkannt und ausgeschlossen werden. Vorrichtungsmässig wird diese Aufgabe gelöst durch ein
Ultraschall-Prüfgerät mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1. Verfahrensmäßig wird die Aufgabe gelöst durch
ein Ultraschall-Prüfverfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Erfindungsgemäß wird dem
Ultraschall-Prüfgerät ein Lesegerät zugeordnet,
das eine bereits auf dem zu prüfenden
Werkstück
angebrachte Werkstückidentifizierung
erfasst und diese zwangsweise in das Prüfprotokoll übernimmt. Das Prüfprotokoll
wird nur dann erstellt, abgespeichert oder ausgegeben, wenn die
Werkstückidentifizierung
erfasst ist. Eine Ultraschall-Prüfung wird
als erfolglos abgebrochen, wenn nicht spätestens bei Abschluss der Prüfung die Werkstückidentifizierung
vom Lesegerät
erfasst wurde, so dass sie dem Prüfergebnis zugeordnet werden kann.
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Zwar
ist aus JP 02-134561 (mit Patent Abstracts of Japan) ein Ultraschall-Prüfgerät der eingangs
genannten Art bekannt, bei dem das Ultraschall-Prüfgerät ein Lesegerät für das Erfassen
einer Identifizierung aufweist, es handelt sich dabei aber um ein
Lesegerät
für die
Identifizierung des verwendeten Prüfkopfes. Mit diesem vorbekannten
Ultraschall-Prüfgerät ist eine
eindeutige Zuordnung des Prüfergebnisses
zu dem geprüften
Werkstück
nicht möglich.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Prüfvorgang erst dann gestartet
werden, wenn das Lesegerät
die Werkstückidentifizierung
erfasst hat. Als noch günstiger
hat es sich erwiesen, den Ultraschall-Prüfungsvorgang nur dann durchführen zu können, solange
die Werkstückidentifizierung
ständig
erfasst wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass zu einem anderen
Prüfort,
also einem anderen Werkstück, übergegangen
wird, ohne beim Übergang
die neue Werkstück-Identifizierung einzugeben Das
Lesegerät
ist entweder unmittelbar mit dem Ultraschall-Prüfkopf verbunden, beispielsweise
ist es in demselben Gehäuse
(eines Handgeräts)
wie letzterer angeordnet, oder es ist separat vom Prüfkopf. Am Basisgerät des Ultraschall-Prüfgerätes ist
ein Eingang für
das Lesegerät
vorgesehen.
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Im
Fall eines vom Prüfkopf
separaten Lesegerätes
ist durch die notwendigen elektrischen Verbindungen zwischen dem
Basisgerät
und dem Prüfkopf
einerseits sowie zwischen dem Lesegerät und dem Basisgerät andererseits
der maximale Abstand vorgegeben, der zwischen der Werkstückidentifizierung
und dem Prüfort
vorliegen kann, falls die Steuerung so geschaltet ist, dass eine
Ultraschall-Prüfung nur
dann durchgeführt
werden kann, wenn zu gleicher Zeit auch die Werkstückidentifizierung
erfasst ist.
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In
einer Weiterbildung dieser Vorrichtung wird zusätzlich noch vom Lesegerät oder vom
Prüfkopf
ein Körperschallimpuls
in das Werkstück
ausgesandt, der sich im zu prüfenden
Werkstück
fortpflanzt und von einem Empfänger
im jeweils anderen Teil, also Prüfkopf
oder Lesegerät,
aufgenommen wird. Dann ist auch ausgeschlossen, dass das Lesegerät einem
anderen Werkstück
zugeordnet werden kann als demjenigen, an demjenigen die tatsächliche
Ultraschall-Prüfung
durchgeführt
wird. In einer anderen Ausbildung sind Lesegerät und Prüfkopf drahtlos direkt miteinander
verbunden, z.B. über
Luftultraschall, eine Funkverbindung etc.
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Zwar
ist aus
DE 695 13
416 T2 grundsätzlich eine
Steuereinrichtung mit einem bewegbaren Steuerelement bekannt, bei
dem das Steuerelement einen Wandler aufweist, der ausgelegt ist,
die Signale eines Satzes von wenigstens drei Signalquellen zu empfangen,
um auf diese Weise die Position und/oder Orientierung des Steuerelementes
zu erfassen, eine Verbindung mit einem Ultraschall-Prüfgerät und den
Merkmalen der Patentansprüche
1 und 8 ist aber nicht gegeben. Zwar ist aus
DE 28 24 800 C2 eine Vorrichtung
zum Bestimmen der Lage eines Ultraschall-Prüfkopfes
zur zerstörungsfreien
Prüfung bekannt,
bei der für
die Schweißnahtprüfung von
im Querschnitt kreisförmigen
Körpern
am Ultraschall-Prüfkopf
eine Sendeeinrichtung angebracht ist und am zu prüfenden Körper Empfangseinrichtungen zur
Lagebestimmung des Ultraschall-Prüfkopfes
angebracht sind, diese Vorrichtung ist aber nicht allgemein für jeden
zu prüfenden
Körper
einsetzbar und ist auch nicht mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und
8 ausgestattet.
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In
einer vorzugsweisen Weiterbildung hat das Lesegerät eine Haltevorrichtung,
die es ermöglicht,
das Lesegerät
permanent am zu prüfenden Werkstück zu fixieren.
Bei der Prüfung
von Stangen und Rohren kann die Haltevorrichtung einen Gurt oder
ein Band aufweisen, das das Rohr umfängt. Bei der Prüfung von
Eisen- oder Stahlwerkstücken
kann auch die magnetische Eigenschaft ausgenutzt werden, indem das
Lesegerät
mit einem Permanentmagneten ausgestattet ist. Bei Kennzeichnung
von Werkstücken
durch Schilder können
Haltevorrichtungen vorgesehen sein, die auf die Schilder angepasst sind,
beispielsweise einen Schlitz haben, in den das Schild eingesteckt
wird.
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Die
Werkstückidentifizierung
erfolgt typischerweise durch einen sogenannten Strichcode, auch
Barcode genannt. Andere Identifizierungen, beispielsweise in Klarschrift,
sind ebenso möglich. Das
Lesegerät
ist auf die jeweilige Art der Identifizierung des Werkstücks eingestellt.
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In
einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Entfernungsmesser vorgesehen,
der jeweils die Entfernung des momentanen Prüfortes vom Ort der Werkstückidentifizierung
erfaßt
und dem Prüfergebnis
zuordnet. Die Entfernungsmessung kann über den oben schon erwähnten Körperschall
erfolgen, nämlich
durch Messung der Laufzeit eines Körperschallimpulses vom Sendeort
zum Empfänger.
Die Entfernungsmessung kann aber auch rein mechanisch durchgeführt werden,
beispielsweise über
ein dehnbares Band, dessen jeweilige Länge aufgrund der Federkraft, über ein
nicht dehnbares Band, dessen jeweilige Länge aufgrund des Abrollwegs
oder dergleichen ermittelt wird. Weiterhin ist auch eine Abstandsmessung über Luftschall
möglich,
hierbei wird vom Lesegerät
oder Prüfkopf
ein Schallimpuls ausgegeben, der von dem jeweils anderen Teil (Prüfkopf oder
Lesegerät) über eine
dortige Aufnahmevorrichtung empfangen wird. Die Erfassung des Abstandes von
der Werkstückidentifizierung
beziehungsweise Werkstückkennung
hat den Vorteil, daß diese
als Nullpunkt der Ortskoordinate für die Prüfergebnis-Aufzeichnung verwendet
werden kann. Dadurch erfüllt
sie neben der Identifizierung eine zusätzliche Funktion.
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In
einer Weiterbildung ist das Lesegerät zugleich mit einer Aufzeichnungsvorrichtung
ausgerüstet,
diese kann beispielsweise ein Tintenstrahldruckkopf, eine Farbspritzdüse oder
dergleichen sein. Aufgezeichnet werden kann auf diese Weise in unmittelbarer
Nähe der
Werkstückidentifizierung
in einfachster Form die Tatsache, daß und gegebenenfalls wann eine
Prüfung
durchgeführt
wurde, in einer Weiterentwicklung kann aber auch eine Information
zur Durchführung
einer eventuellen Zweit- oder Ersatzprüfung aufgebracht werden, schließlich kann
ein Prüfprotokoll
aufgebracht werden, es können
Einstellparameter des Ultraschallmeßgerätes aufgezeichnet werden etc..
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüche sowie
der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die unter Bezugnah me auf die Zeichnung näher erläutert werden.
In dieser zeigen:
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1 eine Darstellung einer
erfindungsgemäßen Ultraschall-Prüfvorrichtung
beim Einsatz auf einem zu prüfenden
Rohr,
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2 eine teilweise perspektivische
Darstellung einer Ultraschall-Prüfvorrichtung ähnlich 1, bei der jedoch zusätzlich über geeignete
Vorrichtungen Körperschall
in das zu prüfende
Werkstück
eingeschallt beziehungsweise vom zu prüfenden Werkstück empfangen
werden kann,
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3 eine Prüfanordnung ähnlich 1 mit einem flachen Werkstück als zu
prüfendes
Teil, bei dem zusätzlich
beim Lesegerät
ein Luftultraschallsender und beim Prüfkopf ein Luftultraschallempfänger, beide
mit Rundumcharakteristik, vorgesehen sind und
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4 eine perspektivische Darstellung
eines Prüfkopfs
und eines Lesegrätes,
die in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebracht sind.
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Aus 1 ist ein Ultraschall-Prüfgerät ersichtlich,
das aus einem Basisgerät 20,
einem Anzeigegerät 22,
mindestens einem Prüfkopf 24 und
einem Lesegerät 26 besteht.
Prüfkopf 24 und
Lesegerät 26 sind
elektrisch mit Eingängen
des Basisgeräts 20 verbunden.
Dieses nimmt sowohl die Ultraschallsenderteile und entsprechenden
Empfängerteile
für den
mindestens einen Prüfkopf 24 auf,
als auch ein Steuerteil, das die Abläufe steuert. Mit letzterem
ist das Lesegerät 26 verbunden.
Ausgangsseitig ist am Basisgerät 20 das
Anzeigegerät 22 angeschlossen, es
ist im allgemeinen mit einer Druckvorrichtung ausgestattet, ermöglicht jedenfalls
die Ausgabe der erhaltenen Prüfergebnisse
in lesbarer Form, wozu auch maschinenlesbare Darstellung (z.B. Diskette) gehört. Ganz
rechts ist in 1 noch
ein Protokollblatt 28 gezeigt, auf dem vom Anzeigegerät 22 ein Prüfprotokoll
aufgedruckt ist.
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Die
praktische Durchführung
der Prüfung
erfolgt im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
an einem Rohr 30. Zur Durchführung der Prüfung wird
zunächst
das Lesegerät 26 auf
dem Ort des Rohres 30 plaziert, wo sich eine Werkstückkennung
(Werkstückidentifizierung)
befindet. Im Ausführungsbeispiel soll
sie als aufgedruckter Barcode vorliegen. In einem ersten Schritt
der Prüfung
wird abgefragt, ob das Lesegerät 26 zutreffend
positioniert ist, ob also die Werkstückkennung korrekt vom Lesegerät 26 erfaßt wird.
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Liegt
dies vor, kann die eigentliche Ultraschall-Prüfung durchgeführt werden.
Während
der Ultraschall-Prüfung
bleibt das Lesegerät 26 an
seinem Ort und erfaßt
ständig
die Werkstückkennung. Mit
dem Prüfkopf 24 wird
das zu prüfende
Werkstück, hier
also das Rohr 30, in an sich bekannter Weise abgefahren.
Die eigentliche Ultraschall-Prüfung
unterscheidet sich nicht von der Ultraschall-Prüfung nach dem Stand der Technik,
insofern muß auf
sie hier nicht speziell eingegangen werden.
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Entscheidend
ist nur, daß aufgrund
der vorgegebenen Längen
der Zuleitungen zwischen Lesegerät 26 und
Basisgerät 20 sowie
Prüfkopf 24 und Basisgerät 20 der
Prüfkopf 24 nur
um eine vorgegebene Maximalstrecke vom Ort des Anzeigegerätes 22 entfernt
werden kann. Dadurch ist ausgeschlossen, daß Prüforte geprüft werden, die einer anderen Werkstückkennung
zugeordnet sind.
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Im
Anzeigegerät 22 wird
auch die Dauer der Prüfung
und/oder die Anzahl der einzelnen Prüfschüsse, bei denen ausreichende
Ankopplung am Werkstück
vorlag, erfaßt.
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Nach
Abschluß der
Prüfung
wird das Prüfprotokollblatt 28 ausgedruckt,
es enthält
zusätzlich zum
sonst üblichen
Protokoll nach dem Stand der Technik auch noch die Werkstückkennung.
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Das
Lesegerät 26 ist über eine
Haltevorrichtung 32 mit dem Werkstück verbunden, im gezeigten Ausführungsbeispiel
nach 1 handelt es sich
um eine Schlaufe, die geöffnet
werden kann und elastisch das Lesegerät 26 gegen das zu
prüfende
Werkstück,
also das Rohr, zieht.
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Als
Lesegeräte 26 werden
handelsübliche Geräte eingesetzt,
wie sie beispielsweise in größeren Kaufhäusern zur
Erfassung einer standardisierten Warenkennzeichen-Nummer und damit
zum Ausdruck einer Rechnung bei gleichzeitiger Überwachung des Lagers usw.
eingesetzt werden. Für
derarti ge Lesegeräte
gibt es auch bereits Interfaces zur Ankopplung an einen Personal
Computer. Als Steuergerät
im Basisgerät 20 kann
ein derartiger Personal Computer eingesetzt werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 2 liegen zunächst dieselben
gerätemäßigen Voraussetzungen
vor wie im Ausführungsbeispiel
nach 1 vor, zusätzlich aber
sind Lesegerät 26 und
Prüfkopf 24 noch
mit einer Vorrichtung ausgerüstet,
die es gestattet, ein Körperschallsignal
in das zu prüfende
Werkstück
einzuleiten und zu empfangen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Lesegerät 26,
das ein Lesefenster 27 hat, mit einem Sender 29 für Körperschall
ausgerüstet,
beispielsweise in Form einer elektromagnetischen Spule, die über einen
Zwischenkörper
starr an das Werkstück
angekoppelt ist und mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt
wird. Das damit erzeugte akustische Signal kann im Hörbereich
eines Menschen oder aber vorzugsweise darüber liegen.
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Der
Prüfkopf 24 ist
mit einem Mikrophon 36 versehen, das für die Aufnahme der vom Sender 34 ausgesandten
Schallwellen geeignet ist. Es befindet sich neben einer Öffnung 31 für den Ultraschallwandler
des Prüfkopfes 24.
Das Mikrophon 36 kann beispielsweise ein Tauchspul- oder
ein Piezo-Mikrophon sein.
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Im
Basisgerät 20 ist
ein Generator für
die Ansteuerung des Schallsenders 34 vorgesehen, ebenfalls
ist dort eine geeignete Elektronik für die Aufnahme der Signale
des Mikrophons 36 angeordnet. Das Steuerteil im Basisgerät 20 überwacht,
ob auf Befehl des Steuerteils vom Schallsender 34 ausgesandte Schallwellen
vom Mikrophon empfangen werden und ermittelt zudem die Laufzeit
dieser Schallwellen im Werkstück.
Auf diese Weise wird einerseits sichergestellt, daß das Anzeigegerät 22 am
selben Werkstück angekoppelt
ist, an dem auch die eigentliche Ultraschallmessung durchgeführt wird.
Andererseits wird zusätzlich
der Abstand zwischen der Werkstückidentifizierung,
an der sich das Lesegerät 2G befindet, und
dem jeweiligen Prüfort
ermittelt. Der gemessene Abstand wird dem jeweiligen Prüfergebnis
zugeordnet. Er wird darüber
hinaus verwendet, um sicherzustellen, daß der Prüfort keinen zu weiten Abstand vom
Lesegerät 26 haben
kann. Oberhalb eines Schwellenwertes der Entfernung blockiert das
Steuergerät
eine Ultraschall-Prüfung,
weil dann die Ultraschallprüfung
an einem falschen Prüfort
erfolgt.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 3 sind wiederum
apparativ ähnliche
Voraussetzungen gegeben wie im Ausführungsbeispiel nach 1, wiederum befindet sich
das Lesegerät 26 auf
der Werkstückkennung
des nunmehr im Wesentlichen plattenförmigen Werkstücks. Dieses
ist im konkreten Ausführungsbeispiel
aus Eisen, das Lesegerät 26 hat
Permanentmagnete, mit denen es auf dem Werkstück haftet. Im Ausführungsbeispiel
nach 3 wird nun nicht
durch das Werkstück
ein Körperschall
geschickt, sondern ist das Lesegerät 26 mit einem Ultraschallsender 34 für Luftschall
ausgerüstet,
ein für Luft-Ultraschallwellen
geeignetes Mikrophon 36 ist am Prüfkopf 24 angeordnet.
Beide, nämlich
Schallsender 34 und Mikrophon 36, sind auf Rundum-Charakteristik ausgelegt.
Wie im Ausführungsbeispiel nach 2 sendet der Schallsender 34 periodisch oder
kontinuierlich Schallwellen aus, die vom Mikrophon 36 empfangen
werden. Durch geeignete Maßnahmen,
beispielsweise Modulation einer kontinuierlichen Ausstrahlung oder
geeignete Zeitabstände kurzer
Impulse wird sichergestellt, dass die Entfernung zwischen Schallsender 34 und
Mikrophon 36 messbar ist. Die Messung erfolgt wiederum über das Steuerteil
im Basisgerät 20 in
an sich bekannter Weise.
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Auf
diese Weise wird wie im Ausführungsbeispiel
nach 2 sichergestellt,
dass der Abstand zwischen Prüfkopf 24 und
Anzeigegerät 22,
das sich auf der Werkstückkennung
befindet, für
jeden einzelnen Prüfort
bekannt ist. Ebenso wie im Ausführungsbeispiel
nach 2 wird bei zu großer Entfernung des
Prüfortes
von der Werkstückkennung
die Ultraschall-Prüfung
vom Steuergerät
unterbunden.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 4 ist ein an sich
bekannter Prüfkopf 24 mechanisch
fest mit einem Lesegerät 26 verbunden.
Beide sind über
eine gemeinsame Zuleitung an ein (hier nicht dargestelltes) Basisgerät 20 angeschlossen.
Dessen Steuerteil ist nun so ausgelegt, dass eine Prüfung nur
dann begonnen werden kann, wenn zunächst das Lesegerät 26 der
Einheit aus Prüfkopf
und Lesegerät über die Werkstückkennung
gebracht wird, bis die Werkstückkennung
tatsächlich
erfasst ist. Anschließend
kann nun die eigentliche Ultraschall-Prüfung durchgeführt werden,
die nach dem Stand der Technik erfolgt. Soll sie abgeschlossen werden,
muss wiederum das Lesegerät über die
Werkstückkennung
gebracht werden, erst wenn dies erfolgt ist, wird die Messung (die aus
einer Vielzahl von einzelnen Ultraschall-Prüfungen besteht) freigegeben.
Insbesondere kann erst dann ein Protokoll erstellt werden. Wird
die Messung nicht wie vorgesehen abgeschlossen, geht sie verloren.
Der Prüfer
erhält
eine entsprechende Anzeige beziehungsweise Warnung, die vom Steuergerät ausgegeben
wird.