DE69128414T2

DE69128414T2 - Rohrprüfvorrichtung

Info

Publication number: DE69128414T2
Application number: DE69128414T
Authority: DE
Inventors: Dennis H Gilbert
Original assignee: Sandvik Special Metals LLC
Current assignee: Alleima Special Metals LLC
Priority date: 1990-11-07
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2011-10-15
Also published as: EP0485352A2; JPH04265887A; ATE161101T1; DE69128414D1; EP0485352B1; KR920010257A; US5125274A; EP0485352A3; KR100201501B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, die unter Verwendung von Wellenenergie für das Testen von Gegenständen zweckmäßig sind. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen, die unter Verwendung von Ultraschallwellenenergie für das Testen von Rohren zweckmäßig sind.

Beschreibung des Standes der Technik

Es sind im Stand der Technik verschiedene Einrichtungen bekannt, die dafür ausgelegt sind, unter Verwendung von Wellenenergie Rohre zu testen. Konventionelles Ultraschalltesten von Rohren beinhaltet eine Hochgeschwindigkeitsdrehung des Rohres, d.h. eine Drehung mit näherungsweise 2500 Upm. Der Nachteil einer Vorrichtung, welche ein solches Verfahren verwendet, liegt darin, daß ein mechanisches Antriebssystem einer solchen Vorrichtung normalerweise darunter leidet, daß sowohl ein Verrutschen des Rohres auftritt, was in erheblichem Maße die Genauigkeit der Überprüfung vermindert, und daß der Durchsatz von Rohrmaterial durch die Vorrichtung gering ist, was die Kosten erhöht und die Effizienz des Testens vermindert.
Andere Testvorrichtungen sind bekannt, die keine Drehung eines Testgegenstandes beinhalten, die jedoch die Drehung eines Satzes von Wandlern beinhalten. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4,562,738, welches für Nagayama et al. erteilt wurde, eine automatische Fehlererfassungseinrichtung, die einen Trägerrahmen, einen Drehrahmen, der sich frei innerhalb des Trägerrahmens dreht und Ultraschallsucheinheiten umfaßt, die an dem sich drehenden Rahmen montiert sind und die ein Material, welches durch die Einrichtung hindurchläuft untersuchen, wobei Signale von den Sucheinheiten und zu den Sucheinheiten durch einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt geschickt werden. In ähnlicher Weise ist ein System bekannt, bei welchem mehrere Wandler auf einem großen Kopf montiert sind, der sich mit einigen Tausend Umdrehungen pro Minute dreht, um ein Rohr zu überprüfen, welches sich nicht dreht.
Der Nachteil derartiger Vorrichtungen liegt darin, daß das Erfordernis der elektrischen Verbindung der sich drehenden Wandler mit einem stationären Sensor oder Speicher die Ausgestaltung dieser Vorrichtungen in erheblichem Maß verkompliziert, wie es bei der Vorrichtung nach Nagayama et al. offensichtlich ist, die einen Rotorabschnitt und einen Statorabschnitt für eine elektrische Verbindung vom sich drehenden zum stationären Teil einschließt. Die komplizierte Ausgestaltung dieser Vorrichtungen macht sie notwendigerweise teurer und ausfallempfindlich.
Weitere Arten von Vorrichtungen, die nicht rotierende Testgegenstände und stationäre Wandler beinhalten, sind für das Testen von Rohren unter Verwendung von Wellenenergie bekannt. Das US-Patent Nr. 3,121,324, welches für Cowan erteilt wurde, offenbart eine Ultraschalluntersuchungsvorrichtung für das Untersuchen von zylindrischen Stäben, welche zwei stationäre Wandler und einen rotierenden Reflektor aufweist, der gepulsten Ultraschall von einem der Wandler durch einen zylindrischen Stab auf den anderen der Wandler richtet. Das US-Patent Nr. 4,089,227, welches für Falgan et al. erteilt wurde, offenbart eine Ultraschallvorrichtung für das Messen der radialen Maße eines zylindrischen Rohres, welche zwei stationäre Wandler aufweist, die gepulsten Ultraschall aussenden, sowie eine sich drehende Scheibe, die zwei Öffnungen hat, durch welche die Pulse hindurch verlaufen, und einen konisch geformten Spiegel, der die Pulse auf das Rohr reflektiert und Echos von dem Rohr zurück durch die Öffnungen auf die Wandler reflektiert. Das US-Patent Nr. 4,361,044, welches für Kupperman et al. erteilt wurde, offenbart einen abtastenden Ultraschallprüfaufbau, der in ein Rohr hineinpaßt, um verschiedene geometrische Messungen an dem Rohr vorzunehmen, wobei der Aufbau zwei sich nicht drehende Wandleraufbauten einschließt, sowie zwei sich drehende Spielgel, die Ultraschallsignale von den Wandleraufbauten auf das Rohr reflektieren und von dem Rohr zurück zu den Wandleraufbauten.
Diese Arten von Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß sie nur einen einzigen Typ einer Überprüfung an einem Testobjekt durchführen können und/oder daß sie immer noch hinsichtlich ihrer Ausgestaltung ziemlich kompliziert sind.
Das für Miwa et al. erteilte US-Patent Nr. 4,580,451 offenbart eine Ultraschallsektorabtastsonde für das Beobachten von lebendem Gewebe, welche ein lineares Feld von Ultraschallwandlerabschnitten aufweist, die auf einem kreisförmigen Bogen angeordnet sind, sowie ein Fenster, welches eine Konvergenzlinse oder eine Divergenzlinse aufweist, um einen Ultraschallstrahl von dem linearen Zelt auf das lebende Gewebe zu fokussieren. Die Sonde nach dem Patent von Miwa et al. ist jedoch für einen gegebenen Zeitpunkt nur für eine stationäre Sektorabtastung verwendbar und ist hinsichtlich ihrer Brauchbarkeit für Anwendungen, in welchen große Längenabschnitte von Rohren schnell getestet werden müssen, begrenzt.

Ziele und Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme nach dem Stand der Technik zu vermeiden oder zu erleichtern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, die in einfacher Weise in der Lage ist, Rohre unter Verwendung von Wellenenergie zu testen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für das Testen von Rohren bereitzustellen, welche es ermöglicht, daß Rohre mit einer relativ hohen Rate bzw. Geschwindigkeit und mit einem relativ geringen Schlupf der Rohre hindurchzuführen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für das Testen von Rohren bereitzustellen, die relativ einfach, im Aufbau preiswert ist, die relativ selten zusammenbricht und ein relativ geringes Auftreten von Verschleiß hat.
Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für das Testen von Rohren bereitzustellen, welche in der Lage ist, eine Vielfalt von unterschiedlich bemessenen Längenabschnitten von Rohren mit einer minimalen Einstellung zu testen.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für das Testen von Rohren bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Mehrzahl von Tests an den Rohren auszuführen.
Schießlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung für das Testen von Rohren bereitzustellen, die in der Lage ist, große Längenabschnitte der Rohre schnell zu testen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Testvorrichtung für das Testen von Rohren durch Verwendung von einem bezüglich Drehung fixierten Wandler bereitgestellt, welcher Wellenenergie aussendet, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler zylindrisch und koaxial zu dem Rohr ist, wobei das Rohr durch den Wandler entlang der Längsachse des Rohres hindurchgeführt wird, und eine Linse aufweist, durch welche emittierte Wellenenergie hindurchläuft, um die emittierte Wellenenergie während der Bewegung des Rohres entlang seiner Längsachse auf das Rohr zu fokussieren, und mit Einrichtungen für das Drehen der Linse um die Längsachse des Rohres, wobei reflektierte Wellenenergie von dem sich bewegenden Rohr durch die Linse hindurch verläuft und zurück auf den Wandler fokussiert wird, und wobei der Wandler die reflektierte Wellenenergie empfängt und die reflektierte Wellenenergie in ein Ausgangssignal umwandelt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Testvorrichtung für das Testen von Rohren durch Verwendung eines bezüglich Drehung fixierten Wandlers bereitgestellt, der Wellenenergie emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler zylindrisch und koaxial zu dem Rohr ist, der Wandler durch das Rohr entlang der Längsachse des Rohres hindurchbewegbar ist, und mit einer Linse, durch welche emittierte Wellenenergie hindurchläuft, um die emittierte Wellenenergie während der Bewegung des Wandlers entlang der Längsachse des Rohres auf das Rohr zu fokussieren, und mit Einrichtungen zum Drehen der Linse um die Längsachse des Rohres, wobei reflektierte Wellenenergie von dem Rohr durch die Linse hindurch verläuft und zurück auf den Wandler fokussiert wird, und wobei der Wandler die reflektierte Wellenenergie empfängt und die reflektierte Wellenenergie in ein Ausgangssignal umwandelt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden genauer unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Teile gleiche Bezugszeichen aufweisen und wobei:
Figur 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 3 eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 4 eine Längsschnittansicht einer vierten Ausführungsform der Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 5 eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der Testvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist und
Figur 6 eine Querschnittsansicht mit einem Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 5 ist.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Gemäß Figur 1 wird eine erste Ausführungsform der Testvorrichtung, welche die hauptsächlichen Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwirklichen, nachstehend beschrieben. Eine Testvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine erste feste, zylindrische Trägerhülse 12 auf sowie eine zweite drehbare zylindrische Trägerhülse 14. Die erste Trägerhülse 12 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die zweite Trägerhülse 14 herum, und beide Trägerhülsen 12, 14 erstrecken sich in Umfangsrichtung um ein Testobjekt herum, wie z. B. einen Abschnitt eines Rohres 1. Ein an seinem Umfang gezahnter Ring 16 ist an einem Ende der zweiten Trägerhülse 14 starr befestigt. Der Zahnring 16 steht mit einem Zahnriemen 18 in passendem Eingriff, welcher sich um einen Umfangsabschnitt der zweiten Trägerhülse 14 herum erstreckt, und der Zahnriemen 18 steht in Antriebsverbindung mit einem Motor (nicht dargestellt), so daß die zweite Trägerhülse 14 gedreht werden kann.
Ein zylindrischer, blattförmiger Wandler 22 ist in einer festen Position an der Innenwand 20 der ersten Trägerhülse 12 montiert, so daß er bezüglich der ersten Trägerhülse 12 stationär gehalten wird. Auch eine Linse 24 ist in einem Linsenträgerrohr 25 fest montiert, weiches in der Wand der zweiten Trägerhülse 14 montiert ist, so daß es mit der zweiten Trägerhülse 14 drehbar ist. Die Linse 24 kann in einer festen Position in dem Trägerrohr 25 montiert sein, oder, was mehr bevorzugt ist, sie kann derart montiert sein, daß sie in radialer Richtung der zweiten Trägerhülse 14 bewegbar ist, um zu ermöglichen, daß ihr Fokuspunkt zu einem Punkt auf dem äußeren Durchmesser des Rohres 1 bewegt werden kann.
Mit dem Wandler 22 ist eine Mehrzahl von elektrischen Anschlüssen (nicht dargestellt) verbunden, welche elektrische Eingangssignale zu dem Wandler 22 transportieren, und welche elektrische Ausgangssignale von dem Wandler 22 transportieren. Der Wandler 22 ist vorzugsweise von demjenigen Typ, welcher Ultraschallwellenenergie erzeugt, wenn elektrischer Strom durch ihn hindurchfließt, und welcher einen elektrischen Strom erzeugt, wenn er Ultraschallwellenenergie ausgesetzt ist. Ein bevorzugtes Material, aus welchem der Wandler 22 hergestellt werden kann, ist gepoltes bzw. polarisiertes Polyvinylidenfluorid (PVDF), auch wenn irgendein anderes geeignetes Material verwendet werden kann. Die Linse 24 kann aus irgendeinem Material hergestellt sein, welches für Ultraschall durchlässig ist, auch wenn Polystyrol oder ein thermoplastisches Material vom Poly(methylmethacrylat)-Typ besonders bevorzugt ist. Die zweite Trägerhülse 14 und das Linsenträgerrohr 25 sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches in hohem Maße Ultraschall absorbiert, wie z. B. Polytetrafluorethylen. Das besondere Material, welches für die erste Trägerhülse 12 verwendet wird, hängt von den gewünschten Dämpfungs- und Vibrationsabklingeigenschaften ab, sowie von der Mode bzw. Betriebsart, in welcher der Wandler 22 wünschenswerterweise vibrieren soll. Bevorzugte Materialien schließen Messing und nicht polarisiertes PVDF ein. Es versteht sich, daß die bevorzugten Materialien für die Verwendung in der ersten Ausführungsform auch für die Verwendung in den anderen, im folgenden offenbarten Ausführungsformen bevorzugt sind.
Während des Betriebs sind die Testvorrichtung 10 und der Längenabschnitt des Rohres 1 in Wasser eingetaucht, um zu ermöglichen, daß Ultraschallwellenenergie zu dem Rohr 1 und von dem Rohr 1 geleitet wird. Das Rohr 1 wird in axialer Richtung und nicht drehbar durch die Testvorrichtung hindurchgeführt, während die erste Trägerhülse 12 in einer festen Position gehalten wird und die zweite Trägerhülse 14 durch den Zahnriemen 18 mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von einigen Tausend Umdrehungen pro Minute gedreht wird.
In periodischen Abständen werden elektrische Eingabesignale über die zuvor erwähnten elektrischen Verbindungen durch den Wandler 22 geschickt, und diese elektrischen Eingangssignale bewirken, daß der Wandler 22 periodisch Ausbrüche von Ultraschallwellenenergie emittiert. Während sich die Linse 24 dreht, fokussiert sie die Ausbrüche von Ultraschall von dem Wandler 22 auf das Rohr 1 und fokussiert den Ultraschall, der von dem Rohr 1 reflektiert wird, zurück auf den Wandler 22. Wenn die reflektierte Ultraschallwellenenergie auf den Wandler 22 trifft, so bewirkt sie, daß der Wandler 22 elektrischen Strom erzeugt, der von dem Wandler 22 als elektrisches Ausgangssignal über die zuvor erwähnten elektrischen Verbindungen transportiert wird.
Während sich also das Rohr 1 in axialer Richtung durch die Testvorrichtung 10 hindurch bewegt, laufen die Ausbrüche an Ultraschall, der von dem Wandler 22 emittiert und durch die Linse 24 fokussiert wird, entlang eines schraubenförmigen Weges auf dem Rohr 1. Ein bestimmter Ausbruch an Ultraschall wird auf das Rohr 1 durch die Linse 24 fokussiert, und nachdem die Linse sich etwas bezüglich der zweiten Trägerhülse 14 gedreht hat, werden die reflektierten Ultraschallwellenenergien, welche von der äußeren Oberfläche des Rohres 1, der Innenfläche des Rohres 1 sowie jeglichen Fehlern dazwischen reflektiert werden, durch die Linse 24 zurück auf den Wandler 22 fokussiert. Die verschiedenen reflektierten Wellenenergien bewirken dann, daß der Wandler 22 resultierende elektrische Ausgangssignale erzeugt, und diese Signale können verwendet werden, um die Maße des Rohres 1 zu erfassen und um die Anwesenheit von Fehlern in dem Rohr 1 zu detektieren, wie im folgenden unter Bezug auf die zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden wird.
Gemäß Figur 2 ist eine Testvorrichtung 110 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speziell für das Durchführen eines vollständigen Maßtestes an einem Testgegenstand wie z.B. einem Rohrabschnitt 1 ausgelegt. Die Testvorrichtung 110 ist ähnlich der Testvorrichtung 10, jedoch weist die Testvorrichtung 110 ein Paar von ersten, halbzylindrischen Trägerhülsen 150, 152 auf, die durch Lücken bzw. Spalte 151, 153 voneinander getrennt sind und die jeweils halbzylindrische, blattartige Wandler 154, 156 haben, die daran jeweils in festen Positionen montiert sind. Zusätzlich weist die Testvorrichtung 110 eine zweite drehbare Trägerhülse 114 auf, die ein Paar von zylindrischen Linsenträgerrohren 160, 162 hat, die darin montiert sind, sowie ein Paar von Linsen 164, 166, die im Inneren der Trägerrohre 160 bzw. 162 montiert sind. Wie bei der ersten Ausführungsform kann die zweite Trägerhülse 114 durch einen Zahnriemen gedreht werden, und die Linsen 164, 166 können in festen Positionen montiert werden, sind jedoch vorzugsweise derart montiert, daß sie in radialer Richtung der zweiten Trägerhülse 114 bewegbar sind, so daß ihre Fokuspunkte zu Punkten bewegt werden können, die gerade an der äußeren Oberfläche des Rohres 1 liegen.
Die Testvorrichtung 110 arbeitet sehr ähnlich wie die Testvorrichtung 10. Bei der Testvorrichtung 110 werden jedoch zwei Ausbrüche von Ultraschall gleichzeitig auf das Rohr 1 abgeschickt, und zwei Sätze von reflektiertem Ultraschall werden erzeugt, da die Testvorrichtung 110 zwei getrennte Wandler 154, 156 und zwei rotierende Linsen 164, 166 aufweist. Daher erzeugt die Testvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiederholt zwei Sätze von elektrischen Ausgangssignalen, die durch Reflektionen von Ultraschallwellenenergie sowohl von der äußeren als auch von der inneren Oberfläche des Rohres 1 erzeugt werden. Da die Zeitverzögerung zwischen der anfänglichen Erzeugung von Ultraschall durch die Wandler 154, 156 und der Rückkehr des zu den Wandlern 154, 156 reflektierten Ultraschalls unmittelbar mit dem Abstand verknüpft ist, über welchen der Ultraschall gelaufen ist, zeigen die Ultraschallausgangssignale von der Testvorrichtung 110 den Abstand zwischen dem Wandler 154 und der äußeren Oberfläche des Rohres 1, den Abstand zwischen dem Wandler 154 und der inneren Oberfläche des Rohres 1, den Abstand zwischen dem Wandler 156 und der äußeren Oberfläche des Rohres 1, und den Abstand zwischen dem Wandler 156 und der inneren Oberfläche des Rohres 1 an. Dementsprechend sind, da der Gesamtabstand zwischen den Wandlern 154, 156 bekannt ist, der äußere Durchmesser, der innere Durchmesser und die Wandstärke des Rohres 1 entlang jedes durch die Testvorrichtung 110 getesteten Durchmessers aus den elektrischen Ausgangssignalen erhältlich. Die Testvorrichtung 110 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt damit ein relativ einfaches Verfahren zum Durchführen eines vollständigen Maßtestes an einem Rohrabschnitt bereit.
Gemäß Figur 3 ist eine Testvorrichtung 210 entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sehr ähnlich der Testvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform aufgebaut, jedoch ist die Testvorrichtung 210 besonders dafür ausgelegt, einen Fehler bzw. Fehlerstellentest in Längsrichtung an einem Testgegenstand, wie z. B. einem Abschnitt eines Rohres 1, durchzuführen.
Die Testvorrichtung 210 weist wie die Testvorrichtung 10 eine erste stationäre Trägerhülse 212, eine zweite drehbare Trägerhülse 214, die durch einen Zahnriemen (nicht dargestellt) drehbar ist, einen blatt- bzw. bahnenförmigen Wandler 222, der auf der Innenseite der ersten Trägerhülse 212 in einer festen Position montiert ist, ein Linsenträgerrohr 225, welches in der Wand der zweiten Trägerhülse 214 montiert ist, und eine Linse 224 auf, die in der Linsenträgerhülse 225 montiert ist, entweder in einer festen Art und Weise oder vorzugsweise in einer radial bewegbaren Weise. Die Testvorrichtung 210 unterscheidet sich von der Testvorrichtung 10 jedoch dadurch, daß die Linsenträgerhülse 225 in einer winkelmäßig einstellbaren Befestigung 230 montiert ist, so daß die Linsenträgerhülse 225 und dementsprechend auch die Linse 224 relativ zu der zweiten Trägerhülse 214 um eine Achse drehbar sind, die parallel zu der Längsachse der zweiten Trägerhülse 214 verläuft.
Dementsprechend werden vor dem Beginn eines Tests und bevor die Drehung der zweiten Trägerhülse 214 beginnt, die Position und der Winkel der Linse 224 in der Linsenträgerhülse 225 und der Befestigung 230 derart eingestellt, daß die Linse 224 Ultrachallwellenenergie von dem Wandler 222 in etwa tangential zu dem Rohr 1 fokussiert. Wenn das Rohr 1 getestet wird, dann läuft Ultraschall, der auf das Rohr 1 fokussiert wird, in dem Rohr 1 um dessen Umfang herum. Wenn der in dem Rohr laufende Ultraschall auf eine Fehlstelle in dem Rohr 1 trifft, so wird ein Teil der Ultraschallwellenenergie von der Fehlstelle zurück reflektiert und wird durch die Linse 224 auf den Wandler 222 fokussiert, so daß ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt wird. Aufgrund des Weges entlang dessen der Ultraschall in dem Rohr 1 läuft, ist also die Testvorrichtung 210 besondes empfindlich auf in axialer Richtung verlaufende Defekte in dem Rohr 1, und sie stellt deshalb ein relativ einfaches Verfahren zum Erfassen axialer Defekte in Längenabschnitten von Rohren bereit.
Gemäß Figur 4 ist eine Testvorrichtung 310 nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so konstruiert und funktioniert sehr ähnlich wie die Testvorrichtung 210 nach Figur 3. Wie die Testvorrichtung 210 weist auch die Testvorrichtung 310 eine erste stationäre Trägerhülse 312, eine zweite drehbare Trägerhülse 314, die durch einen Zahnriemen (nicht dargestellt) drehbar ist, einen zylindrischen, blatt- bzw. bahnenförmigen Wandler 322, der innerhalb der ersten Trägerhülse 312 in einer festen Position montiert ist, eine in Winkelrichtung einstellbare Befestigung 330, die in der Wand der zweiten Trägerhülse 314 montiert ist, ein Linsenträgerrohr 325, welches in der Befestigung 330 montiert ist, und eine Linse 324 auf, die in der Linsenträgerhülse 325 entweder fest oder in einer radial beweglichen Weise montiert ist.
Der Unterschied zwischen der Testvorrichtung 310 und der Testvorrichtung 210 liegt darin, daß die Befestigung 330 der Testvorrichtung 310 es ermöglicht, daß das Linsenträgerrohr 325 und die Linse 324 bezüglich der zweiten Trägerhülse 314 um eine Achse gedreht werden kann, die senkrecht zur Längsachse der zweiten Trägerhülse 314 verläuft. Vor dem Testen eines Längenabschnittes des Rohres 1 und vor dem Drehen der zweiten Trägerhülse 314 werden also die Position und Winkelausrichtung der Linse 324 in dem Linsenträgerrohr 325 und die Befestigung 330 derart eingestellt, daß der Fokuspunkt der Linse 324 ein Punkt in Längsrichtung oberhalb oder unterhalb (bzw. vor oder hinter) dem Zentrum der Linse 324 liegt. Wenn das Testen eines Längenabschnittes des Rohres 1 begonnen hat, so läuft Ultraschall, der von der Linse 324 auf das Rohr 1 fokussiert wird, in dem Rohr 1 entlang dessen Länge. Wenn der Ultraschall auf eine Fehlstelle in dem Rohr 1 trifft, so wird ein Teil der Ultraschallwellenenergie zurück zu der Linse 324 reflektiert und erzeugt damit ein elektrisches Ausgangssignal in dem Wandler 322. Dementsprechend stellt aufgrund des Pfades, entlang welchem der Ultraschall in dem Rohr 1 läuft, die Testvorrichtung 310 ein relativ einfaches Verfahren zum Erfassen von in Umfangsrichtung verlaufenden Defekten in einem Abschnitt eines Rohres 1 bereit.
Unter Bezug auf die Figuren 5 und 6 wird im folgenden eine Testvorrichtung 410 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Testvorrichtung 410 arbeitet in vieler Hinsicht ebenso wie die Vorrichtungen nach den anderen Ausführungsformen, jedoch ist die Testvorrichtung 410 dafür ausgelegt, ein hohles Testobjekt, wie z.B. einen Längenabschnitt eines Rohres, von der Innenseite des Objektes her zu testen.
Dementsprechend weist die Testvorrichtung 410 eine erste, bezüglich Drehung fixierte, zylindrische Trägerhülse 412, eine zweite drehbare Trägerhülse 414, einen zylindrischen, blattförmigen Wandler 422, der in einer festen Position an einer äußeren Oberfläche 413 der ersten Trägerhülse 412 montiert ist, eine in Winkelrichtung einstellbare Befestigung 430, die in der Wand der zweiten Trägerhülse 414 montiert ist, ein Linsenträgerrohr 425, welches in der Befestigung 430 montiert ist, und eine Linse 424 auf, die in dem Linsenträgerrohr 425 montiert ist, und zwar entweder fixiert oder in einer Art und Weise, daß die Linse 424 entlang eines Radius der zweiten Trägerhülse 414 bewegbar ist. Wie man in Figur 5 erkennt, ist die Testvorrichtung 410 in dem Rohr 1 angeordnet, wobei die zweite Trägerhülse 414 sich um die erste Trägerhülse 412 und den Wandler 422 herum erstreckt.
Eine Zahnstangen- und Ritzelanordnung 440, die an einem Stab 442 angebracht ist, wobei der Stab 442 mit der ersten Trägerhülse 412 starr verbunden ist, dient dazu, die Testvorrichtung 410 innerhalb des Rohres 1 abzusenken und anzuheben. Die zweite Trägerhülse 414 ist um die erste Trägerhülse 412 drehbar montiert und wird in einer in etwa zentralen Lage in dem Rohr 1 durch ein Paar von Abstandhaltern 444, 446 gehalten, die sich um jene herum erstrecken. Die zweite Trägerhülse 414 wird vorzugsweise durch einen (nicht dargestellten) Motor gedreht, der in einem oberen Abschnitt der Testvorrichtung 410 liegt und der die zweite Trägerhülse 414 über ein Getriebe (nicht dargestellt) und einen Zahnring (nicht dargestellt) antreibt, der auf der Innenfläche der zweiten Trägerhülse 414 angeordnet ist.
Wie man in den Figuren 5 und 6 sieht, ermöglicht die bezüglich des Winkels einstellbare Befestigung 430, daß das Linsenträgerrohr 425 und die Linse 424 um eine Achse gedreht werden, die parallel zu der Längsachse der zweiten Trägerhülse 414 ist, und um eine Achse, die senkrecht zu der Längsachse der zweiten Trägerhülse 414 ist. Die Testvorrichtung 410 ist daher in der Lage, entweder einen Test bezüglich in Längsrichtung verlaufender Fehlstellen oder einen Test bezüglich in Umfangsrichtung verlaufender Fehlstellen auf einem Rohrabschnitt 1 durchzuführen, wenn die Position und Winkelausrichtung der Linse 424 in passender Weise eingestellt sind. Zusätzlich kann die erste Trägerhülse 412 zwei getrennte halbzylindrische Wandler haben, die um jene herum angeordnet sind, falls gewünscht, um zu ermöglichen, daß die Testvorrichtung 410 eine vollständige Maßüberprüfung ähnlich der durch die Testvorrichtung der zweiten Ausführungsform durchgeführten Überprüfung durchführt.
Man kann leicht erkennen, daß jede der oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Vorteile der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Beispielsweise ist es möglich, da das Rohr durch jede der Vorrichtungen ohne Drehen des Rohres getestet wird, Rohre mit relativ großer Geschwindigkeit zu testen, wobei ein relativ minimaler Schlupf an dem Rohr auftritt. Außerdem sind, da die Wandler in jeder der Vorrichtungen in bezüglich Drehung festen Positionen gehalten werden, elektrische Verbindungen vom drehenden zum stehenden Teil nicht erforderlich, um Eingangssignale für die Wandler vorzusehen und um Ausgangssignale von den Wandlern zu empfangen. Die Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind also relativ einfach und preiswert aufzubauen, sind viel weniger ausfallgefährdet und haben im allgemeinen längere Standzeiten als andere Vorrichtungen. Zusätzlich sind die Vorrichtungen, da die Linsen der Vorrichtungen radial und/oder winkelmäßig einstellbar sind, jeweils verwendbar, um eine breite Vielfalt von unterschiedlich bemessenen Rohren mit nur einer minimalen Einstellung zu testen.
Es versteht sich, daß verschiedene Modifikationen an den Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können und daß man daraus Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten kann. Beispielsweise kann die von dem Wandler emittierte Wellenenergie von einem anderen Typ als Ultraschall sein, und die Eingangs- und Ausgangssignale können andere als elektrische Signale sein, d.h. sie können Licht- oder Schallsignale sein. Auch Einrichtungen, wie z. B. ein Zahnradantrieb oder ein Wellenantrieb können für das Drehen der zweiten Trägerhülse in irgendeiner der Vorrichtungen verwendet werden, und man kann Vorteile daraus erzielen. Zusätzlich können die Linsen von jeder der Vorrichtungen manuell oder automatisch innerhalb der Linsenträgerrohre und der winkelmäßig einstellbaren Befestigungen bewegbar sein.
Falls gewünscht, kann die winkelmäßig einstellbare Befestigung der dritten oder vierten Ausführungsformen ähnlich der Befestigung der fünften Ausführungsform aufgebaut sein, so daß eine einzige Vorrichtung so eingestellt werden kann, daß sie entweder einen Test für in Umfangrichtung verlaufende oder für in Längsrichtung verlaufende Fehlstellen durchführt, und man kann entsprechende Vorteile erzielen. Außerdem kann die erste Trägerhülse der fünften Ausführungsform stattdessen als ein massiver Trägerzylinder ausgebildet sein, und es werden dabei die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten.

Claims

1. Testvorrichtung (10, 110, 210, 310) zum Testen von Rohren (1) durch Verwendung eines bezüglich Drehung fixierten Wandlers (20, 154, 156, 222, 322), welcher Wellenenergie aussendet, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (20, 154, 156, 222, 322) zylindrisch und koaxial zu dem Rohr ist, wobei das Rohr entlang seiner Längsachse durch den Wandler hindurchbewegt wird, und mit einer Linse (24, 164, 166, 224, 324), durch welche die emittierte Wellenenergie hindurchläuft, um die emittierte Wellenenergie auf das Rohr zu fokussieren, während es sich entlang seiner Längsachse bewegt, und mit Einrichtungen (18) zum Drehen der Linse um die Längsachse des Rohres, wobei von dem sich bewegenden Rohr reflektierte Wellenenergie durch die Linse hindurchläuft und zurück auf den Wandler fokussiert wird, und wobei der Wandler die reflektierte Wellenenergie empfängt und diese in ein Ausgangssignal umwandelt.

2. Testvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wandler (20, 154, 156, 222, 322) an einer ersten Trägerschale bzw. -Hülse (12, 152, 212, 312) montiert ist, und daß die Linse auf einer zweiten Trägerschale bzw. Hülse (14, 114, 214, 314) montiert ist.

3. Testvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Trägerhülse (12, 152, 212, 312) sich um die zweite Trägerhülse (14, 114, 214, 314) herum erstreckt, wobei der Wandler (20, 154, 156, 222, 322) an einer Innenwand der ersten Trägerhülse montiert ist und die Linse (24, 164, 166, 224, 324) in der Wand der zweiten Trägerhülse montiert ist.

4. Testvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten Trägerhülsen aus Materialien hergestellt sind, welche die emittierten und reflektierten Wellenenergien absorbiert, und wobei die erste Linse aus einem Material hergestellt ist, welches die emittierten und reflektierten Wellenenergien hindurchläßt.

5. Testvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Paar von Wandlern (154, 156) und ein Paar von rotierenden Linsen 164, 166) aufweist, wobei die Wandler (154, 156) jeweils an Innenwänden eines Paares von ersten Trägerhülsen (150, 152) montiert sind, und wobei die Linsen (164, 166) in einer Wand einer zweiten Trägerhülse (114) in einander diametral gegenüberliegenden Positionen montiert sind, wobei die ersten Trägerhülsen (150, 152) sich um die zweite Trägerhülse (114) herum erstrekken und die ersten Trägerhülsen durch Lücken bzw. einen Spalt (151, 153) dazwischen getrennt sind.

6. Testvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Trägerhülse zylindrisch ist und wobei die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen (25, 160, 162, 225, 325) aufweist, um die Linse in radialer Richtung der zylindrischen zweiten Trägerhülse zu bewegen.

7. Testvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Trägerhülse zylindrisch ist und wobei die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen (230) zum Drehen der Linse relativ zu der zweiten Trägerhülse um eine Achse parallel zu einer Längsachse der zweiten Trägerhülse aufweist.

8. Testvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Trägerhülse zylindrisch ist und wobei die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen (330) zum Drehen der Linse relativ zu der zweiten Trägerhülse um eine Achse senkrecht zur Längsachse der zweiten Trägerhülse aufweist.

9. Testvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite Trägerhülse (114) zylindrisch ist, und wobei die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen (160, 162) für das Bewegen der Linsen (164, 166) in radialer Richtung der zweiten Trägerhülse aufweist.

10. Testvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die emittierten und reflektierten Wellenenergien Ultraschall sind.

11. Testvorrichtung (410) zum Testen von Rohren unter Verwendung eines bezüglich Drehung fixierten Wandlers (422), welcher Wellenenergie ausstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (422) zylindrisch und koaxial zu dem Rohr ist, wobei der Wandler durch das Rohr entlang dessen Längsachse bewegbar ist, und mit einer Linse (424), durch welche abgestrahlte Wellenenergie hindurch verläuft, um die abgegebenen Wellenenergie auf das Rohr zu fokussieren, und zwar während der Bewegung des Wandlers entlang der Längsachse des Rohres, und mit Einrichtungen für das Drehen der Linse um die Längsachse des Rohres, wobei reflektierte Wellenenergie von dem Rohr, welches durch die Linse (424) verläuft und zurück auf den Wandler (422) reflektiert wird, und wobei der Wandler die reflektierte Wellenenergie empfängt und in ein Ausgangssignal umwandelt.

12. Testvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Wandler (422) auf einer ersten Trägerhülse (412) montiert ist und die Linse (424) auf einer zweiten Trägerhülse (414) montiert ist.

13. Testvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Trägerhülse (414) sich um die erste Trägerhülse (412) herum erstreckt, wobei der Wandler (422) an einer äußeren Wand der ersten Trägerhülse (412) montiert ist und die Linse (424) in einer Wand der zweiten Trägerhülse (414) montiert ist.

14. Testvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Testvorrichtung weiterhin Einrichtungen (440) für das axiale Bewegen der ersten und zweiten Trägerhülsen entlang eines inneren Längsabschnittes des Rohres aufweist.

15. Testvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen (430) für das Drehen der Linse (424) relativ zu der zweiten Trägerhülse (440) um eine Achse, die senkrecht zur Achse der zweiten Trägerhülse ist, einschließt.