DE69524553T2

DE69524553T2 - Hochauflösende Dickenmessung mit Ultraschall

Info

Publication number: DE69524553T2
Application number: DE69524553T
Authority: DE
Inventors: John Michael Cuffe
Original assignee: Krautkramer Branson Inc
Current assignee: Krautkramer Branson Inc
Priority date: 1994-12-07
Filing date: 1995-06-15
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2015-06-16
Also published as: JP3719740B2; CA2152102A1; JPH08193986A; EP0716301A1; DE69524553D1; EP0716301B1; CA2152102C; US5596508A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die zerstörungsfreie Prüfung und insbesondere die Verwendung von Ultraschall zur Durchführung einer extrem hochauflösenden Prüfung der Eigenschaften eines Materials.
Die zerstörungsfreie Prüfung von Materialeigenschaften ist in der Technik wohlbekannt. Ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung ist die Verwendung von Ultraschallwellen. Das Verfahren wird zum Beispiel zur Prüfung der Dicke des Materials und zur Erkennung von Fehlern im Material verwendet. Bei dem Ultraschallprüfverfahren wird eine Ultraschall-Wellenform erzeugt, die Wellenform in das Material überführt, eine zurückkehrende, reflektierte Wellenform bzw. ein Echo erfaßt und die Echo-Wellenform verarbeitet, um parametrische Werte zu bestimmen.
Aus US-A-3930404 ist eine Ultraschallvorrichtung zur Messung der physikalischen Eigenschaften eines Objekts gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
Aus DE-A-4103808 und US-A-4254660 sind jeweils weitere bekannte Ultraschallvorrichtungen zur Messung der Wandstärke eines Rohres bekannt.
Bei bisherigen Verfahren zur Ultraschallprüfung wurde eine bestimmte Kenngröße der Ultraschall-Wellenform gemessen. Zu diesen gehört die Erfassung eines Nulldurchgangs der Wellenform oder die Erfassung, wann die Amplitude der Wellenform eine gewisse vorbestimmte Schwelle überschreitet, oder die Erfassung, wann die Wellenformamplitude einen Spitzen- oder Maximalwert erreicht. Verschiedene Verfahren wurden zur Durchführung von Messungen unter Verwendung von Ultraschallwellen verwendet. Bei einem dieser Verfahren wird ein stabiler freilaufender Oszillator mit einer bekannten und genauen Frequenz verwendet. Impulse aus dem Oszillator werden von einem Zähler gezählt, der als Reaktion auf eine gemessene Kenngröße der Ultraschall- Wellenform gestartet und gestoppt wird. Der resultierende Zählwert stellt zum Beispiel die Laufzeit (TOF - Time of Flight) des Ultraschallsignals dar; d. h., die Transitzeit, in der die Wellenform in das Prüfobjekt überführt und das zurückkehrende Echo erfaßt wird. Dieses "Einzelimpuls"-Prüfverfahren ist zufriedenstellend, aber trotzdem mit einigen Nachteilen behaftet. Die Auflösung ist auf Messungen von ungefähr 2,54·10&supmin;³ cm (0,001 Zoll) bzw. eine Laufzeit von ungefähr 8 Nanosekunden (8·10&supmin;&sup9; s) beschränkt. Da nur eine einzige Probe verwendet wird, ist die Genauigkeit der Messung begrenzt. Die Genauigkeit kann um einen Faktor 10 verbessert werden, indem mehrere Proben genommen werden und ein arithmetischer Mittelwert für die genommenen Proben entwickelt wird. Dies kann jedoch mehr Zeit in Anspruch nehmen, als für die Messung zur Verfügung steht.
Ein Ansatz verwendet eine Reihe von analogen Messungen. Dabei akkumuliert ein Integrierer eine Spannung über ein gegebenes Zeitfenster hinweg. Der integrierte Spannungswert wird dann mit einem Digitalvoltmeter gemessen. Das Ergebnis ist eine genaue Messung, die aber durch das Ausmaß des Driftens in den analogen Schaltungen beeinflußt wird. Andere alternative Ansätze verwenden andere Kombinationen von digitalen und analogen Schaltungen und Techniken. Im allgemeinen liefert die Verwendung analoger Techniken eine gewisse Interpolation direkter digitaler Techniken, um die Genauigkeit der Messungen zu verbessern.
Weiter ist es in bezug auf derzeitige Verarbeitungstechniken üblich, die Laufzeit zu einem festen Schwellenniveau der Wellenform zu messen; zum Beispiel zu 50% des Ausgangssignals eines Schirms, auf dem die Wellenform beobachtet wird. Es entstehen Probleme, da normale Schwankungen der Amplitude der Wellenform diesen 50%-Punkt aufgrund von Änderungen der Steigung der Wellenform verschieben. Dadurch wird wiederum die Laufzeitberechnung beeinflußt. Wenn die Laufzeit auf dem Bezug auf einen Nulldurchgang der Wellenform basiert, wirken sich geringfügige Schwankungen der Wellenform, die durch ihre niedrigeren Frequenzkomponenten verursacht werden, ebenfalls auf die Genauigkeit der Laufzeitberechnungen aus.
Trotz der Meßgenauigkeit, die mit bestehenden Techniken erzielbar ist, besteht eine praktische Grenze, über die hinaus Verbesserungen nur schwer erzielt werden können. Die stellt ein großes Problem dar, wenn sehr kleine Messungen erforderlich sind und wenn ein hoher Genauigkeitsgrad benötigt wird. Zum Beispiel werden in Kernreaktoren Rohre aus einer Zirkonlegierung verwendet. Dieses Material ist nicht nur kostspielig, sondern die Rohre sind außerdem sehr klein, mit einer Wandstärke, die mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 2,54·10&supmin;&sup5; cm (10 Mikrozoll (10·10&supmin;&sup6; Zoll)) gemessen werden muß. Wegen der Menge an Zirkon- Rohren, die in einer Reaktoreinrichtung verwendet wird, stellt dies einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Außerdem müssen sie aufgrund der Beschaffenheit der Einrichtung präzise gemessen werden, um ihre Eignung für die Installation sicherzustellen. Wenn der Durchmesser der Rohre nicht präzise gemessen werden kann, wenn ihre Innen- und Außendurchmesser und die Exzentrizität nicht genau bestimmt werden können, können ansonsten annehmbare Rohre unnötigerweise zurückgewiesen werden. Durch eine präzise Meßtechnik und ein präzises Meßverfahren, durch die die physikalischen Kenngrößen der Rohre während der Massenproduktion präzise bestimmt werden können, könnte die Zurückweisungsrate der Rohre herabgesetzt werden. Dadurch würde wiederum nicht nur sichergestellt, daß geeignete Rohre zur Verwendung in der Einrichtung angenommen werden, sondern auch, daß die Gesamtherstellungskosten der Rohre herabgesetzt werden.
Schließlich gibt es in bezug auf die erwähnten, durch die Schwellen- und Nulldurchgangsschwankungen verursachten Probleme Bedarf für eine Technik, durch die etwaige Schwankungen ohne weiteres berücksichtigt werden, ohne daß die Geschwindigkeit, mit der genaue Daten bestimmt werden, beeinträchtigt wird.
Dieser Bedarf wird gemäß der Erfindung durch die Meßvorrichtung und das Meßverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 10 gedeckt. Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Allgemein gesagt liefert die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Objekts; die Bereitstellung einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens zur Verwendung von Ultraschalltechniken zur präzisen Messung der physikalischen Kenngrößen von Rohren oder dergleichen, die in kritischen Installationen verwendet werden, in denen Sicherheit von äußerster Wichtigkeit ist; zum Prüfen großer Längen von Rohren auf Produktionsbasis und zur Bereitstellung schneller und genauer Meßwerte der physikalischen Eigenschaften der geprüften Rohre; zur Bereitstellung von Meßgenauigkeiten in der Größenordnung von 2,54·10&supmin;&sup5; cm (10 Mikrozoll) unter Verwendung von Ultraschallimpulsen, deren Laufzeiten mit einer Genauigkeit von 100 Pikosekunden (100·10&supmin;¹² s) gemessen werden; zur Durchführung der Ultraschallprüfung mit einer Rate von mindestens 10 kHz; zum Erzeugen und Senden einer Ultraschall- Wellenform, zum Empfangen und Speichern einer zurückkehrenden, reflektierten Wellenform für jede gesendete Wellenform und zum anschließenden Verarbeiten der gespeicherten Wellenforminformationen, um die gemessenen physikalischen Kenngrößen zu bestimmen, und um zu bestimmen, ob die gemessenen Werte in vorbestimmte Prüfgrenzen fallen; zur mathematischen Rekonstruktion der Laufzeit jeder Wellenform und ihres Echos, und um die relevanten Meßinformationen aus der Rekonstruktion zu bestimmen; zur Verwendung von Techniken der linearen Interpolation und endlicher Impulsantworten (FIR), um Nulldurchgänge der Antwortwellenform präzise zu bestimmen und diese Information zu verwenden, um präzise Laufzeitwerte zu bestimmen, die mit den gemessenen physikalischen Kenngrößen zusammenhängen; zur Kalibration vor dem Anfang jedes Prüfzyklus, um die Prüfumgebung während des Prüfens unabhängig zu überwachen, und um die Daten in bezug auf gemessene Umgebungsänderungen zu kompensieren, um die Genauigkeit der Testergebnisse aufrechtzuerhalten; zur Bereitstellung einer Anzeige, ob die Verletzung einer Toleranzbedingung gemessen wird; die Bereitstellung eines solchen Verfahrens und einer solchen Vorrichtung, um einen Ausdruck aller gemessenen Parameter bereitzustellen, so daß eine permanente Aufzeichnung der gemessenen Eigenschaften für jedes geprüfte Rohr besteht; wodurch die für jede separate verarbeitete Wellenform und ihr begleitendes Echo die Punkte des wahren Spitzenwerts und Nulldurchgangs ohne weiteres bestimmt werden, so daß genaue Schwellenvergleichsnulldurchgangsbezüge zur Verwendung bei der Bestimmung der durch die konkrete Prüfung gemessenen Werte verfügbar sind; und ein Verfahren und eine Vorrichtung, die leicht zu verwenden sind.
Allgemein ausgedrückt wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der physikalischen Eigenschaften eines Objekts, wie zum Beispiel eines Rohrs, unter Verwendung einer Ultraschall-Prüftechnik bereitgestellt. Es wird zunächst eine Ultraschall- Wellenform in einer vorbestimmten Menge von Wellenformkenngrößen erzeugt. Die Wellenform wird gleichzeitig aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen auf die Rohre überführt, und jeweilige rückkehrende, reflektierte Antwortwellenformen aus den Rohren werden erfaßt. Die Wellenform wird separat an einem Bezugsobjekt überführt, und eine rückkehrende Bezugswellenform wird erfaßt. Die rückkehrende Bezugswellenform wird mit jeder der beiden anderen Antwortwellenformen kombiniert. Die beiden resultierenden kombinierten Wellenformen werden separat gespeichert. Ein mehrkanaliger Prozessor rekonstruiert gleichzeitig und separat jede kombinierte Antwortwellenform und bestimmt aus jeder separaten Rekonstruktion einen Wert, der eine physikalische Kenngröße des Rohrs darstellt. Dies erfolgt durch Techniken der linearen Interpolation und FIR-Techniken, um Nulldurchgangspunkte der Antwortwellenform präzise zu bestimmen, um Laufzeitwerte zu bestimmen, die mit den gemessenen Rohrkenngrößen zusammenhängen. Die resultierenden Werte werden einem separaten Prozessor zugeführt, der einen Bestandteil zur mathematischen Kombinierung der jeweiligen, aus den Rekonstruktionen abgeleiteten Werte enthält, um noch eine weitere physikalische Kenngröße des Rohrs als Funktion der verarbeiteten Wellenformwerte zu bestimmen. Ein anderer Teil des Prozessors vergleicht jeden der Werte der physikalischen Kenngröße mit einer vorbestimmten Menge von Grenzen für jeden der Werte, um zu bestimmen, ob die gemessenen Werte in die Grenzen fallen.
Als Verfahren umfaßt die vorliegende Erfindung die folgenden Schritte: Erzeugen einer Ultraschall- Wellenform mit einer vorbestimmten Menge von Wellenformkenngrößen, gleichzeitiges Überführen der Wellenform am Rohr aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen und Erkennen von jeweiligen reflektierten Antwortwellenformen oder Echos von dem Rohr, wobei jede Antwortwellenform Echos der jeweiligen überführten Wellenform darstellt. Die Wellenform wird weiterhin an einem Bezugsobjekt überführt, und das resultierende Echo wird als Bezugs-Antwortwellenform erfaßt. Die Bezugs-Antwortwellenform wird separat mit jeder der anderen Antwortwellenformen kombiniert. Das Verfahren umfaßt weiterhin die folgenden Schritte: separates Speichern jeder kombinierten Antwortwellenform, gleichzeitiges und separates Rekonstruieren jeder kombinierten Wellenform und Bestimmen eines Werts, der eine physikalische Kenngröße des Rohrs darstellt, aus jeder separaten Rekonstruktion; und mathematisches Kombinieren der jeweiligen, aus den separaten Rekonstruktionen abgeleiteten Werte, um weitere physikalische Kenngrößen des Rohrs als Funktion der anderen Werte zu bestimmen. Dies erfolgt teilweise unter Verwendung von Techniken der linearen Interpolation und FIR-Techniken, um Nulldurchgangspunkte der Antwortwellenform präzise zu bestimmen, um die Laufzeitwerte zu bestimmen, die mit den gemessenen Rohrkenngrößen zusammenhängen. Als letztes umfaßt das Verfahren den Schritt des Vergleichens aller physikalischen Kenngrößenwerte mit einer vorbestimmten Menge von Grenzen für jeden der Werte, um zu bestimmen, ob die gemessenen Werte in die Grenzen fallen. Andere Aufgaben und Merkmale werden im folgenden teilweise offensichtlich und teilweise besonders hervorgehoben sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B sind eine vereinfachte Darstellung einer Prüfeinrichtung für die vorliegende Erfindung zur Prüfung der physikalischen Kenngrößen eines Rohrs;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Signalverarbeitungsteils der Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine Darstellung einer kombinierten reflektierten Antwortwellenform bzw. eines kombinierten Echos, wie sie bzw. es durch die Vorrichtung verarbeitet wird;
Fig. 4 ist eine Darstellung eines Gatterteils eines Wellenformsignalprozessors zur Durchführung einer ersten Wellenformbewertung;
Fig. 5A stellt benachbarte Datenpunkte der Antwortwellenform dar;
Fig. 5B zeigt eine lineare Interpolation, die an den Datenpunkten von Fig. 5A durchgeführt wird; und
Fig. 5C zeigt eine beste Kurvenanpassung, die durch eine Technik der endlichen Impulsantwort an den Daten von Fig. 5B durchgeführt wird.
In allen Zeichnungen zeigen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile an.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug auf die Zeichnungen dient eine Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der zerstörungsfreien Prüfung eines Objekts, um bestimmte physikalische Kenngrößen des Objekts zu messen. Obwohl die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung in Bezug auf die Messung der physikalischen Kenngrößen eines hohlen Rohrs T beschrieben werden, versteht sich, daß die Vorrichtung und das Verfahren auch bei anderen Prüfanwendungen nützlich sind, bei denen eine äußerst präzise Messung sehr kleiner Werte erforderlich ist; insbesondere in dem Bereich der Produktion oder Herstellung. Zum Beispiel ist in Fig. 1B das Rohr T mit einem Außendurchmesser o.d., einer Seitenwand S der Dicke t und einem Innendurchmesser i.d. gezeigt. Bei bestimmten Anwendungen kann es notwendig oder wünschenswert sein, den o.d. des Rohrs mit einer Genauigkeit von 2,54·10&supmin;&sup4; cm (100·10&supmin;&sup6; Zoll), und die Wandstärke mit einer Genauigkeit von 2,54·10&supmin;&sup5; cm (10·10&supmin;&sup6; Zoll) zu messen. Es ist bekannt, daß die Wandstärke als Funktion der Laufzeit einer auf die Seitenwand des Rohrs überführten und sich durch diese ausbreitenden Ultraschallwelle bestimmt werden kann. Die Laufzeit einer solchen Welle liegt jedoch in der Größenordnung von 100·10&supmin;¹² Sekunden. In einem solchen Fall ergeben herkömmliche Meßtechniken nicht den gewünschten Genauigkeitsgrad, der erforderlich ist, um die Eignung des Rohrs zu bestimmen. Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung liefern diese Genauigkeit.
Das Rohr T wird geprüft, während es durch eine Kammer 12 gezogen wird, die mit einem flüssigen Medium L, wie zum Beispiel Wasser, gefüllt ist. Ein Ende Te des Rohrs ist mit einem entsprechenden Antriebsmechanismus 14 verbunden, durch den das Rohr mit einer gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit durch die Kammer gezogen wird. Während es durch die Kammer gezogen wird, wird das Rohr außerdem gedreht. Durch Ziehen des Rohrs durch das Medium auf gesteuerte Weise können genug Informationen über das Rohr entwickelt werden, so daß nicht nur Informationen wie zum Beispiel i.d., o.d. und Wandstärke gewonnen werden können, sondern auch Informationen bezüglich der Kreisförmigkeit oder Ovalität oder Exzentrizität des Rohrs um seine Längsachse.
Mit Bezug auf Fig. 1A enthält die Vorrichtung 10 ein Mittel 16 zur periodischen Erzeugung eines elektrischen Impulses mit einer vorbestimmten Menge von Impulskenngrößen. Das Impulserzeugungsmittel arbeitet mit einer Frequenz von beispielsweise 10 kHz. Das Ausgangssignal des Impulserzeugungsmittels wird einem Verstärkermittel 18 zugeführt. Jeder von dem Mittel 16 erzeugte elektrische Impuls wird einem Wandlermittel 20 zugeführt, das den Impuls in eine Ultraschall- Wellenform umwandelt. Wie in Fig. 1A und 1B gezeigt, enthält das Wandlermittel 20 einen ersten und einen zweiten Ultraschallwandler 20a bzw. 20b. Diese Wandler befinden sich in einer Kammer 12, die in das flüssige Medium eingetaucht ist. Die Wandler sind voneinander und außerdem um einen bekannten Abstand von einer äußeren Seitenwandoberfläche des Rohrs beabstandet. Vorzugsweise sind die Wandler um 180º voneinander auf gegenüberliegenden Seiten des Rohrs positioniert. Vor dem Beginn einer Prüfung wird eine Kalibrierungsprozedur ausgeführt, während der ein exakter Abstand z (siehe Fig. 1B) zwischen den gegenüberliegenden Seiten 22 der Wandler bestimmt wird. Die Kalibrierung wird gemäß den Lehren der eigenen US-Patente 3,554,014 und 3,848,460 durchgeführt. Die als Teil der Kalibrierung abgeleiteten Abstandsinformationen werden in einen Speicherteil der Vorrichtung eingegeben, um auf die unten beschriebene Weise verwendet zu werden. Zusätzlich wird ein Abstand x bestimmt, wobei es sich um den Abstand zwischen jeder Wandlerseite 22 und der äußeren Oberfläche der Rohrseitenwand S handelt. Diese Informationen werden wiederum zur Verwendung bei der nachfolgenden Verarbeitung gespeichert.
Die Ultraschallwandler 20a, 20b überführen gleichzeitig eine Ultraschall-Wellenform W von entgegengesetzten Seiten des Rohrs auf das Rohr T. Wenn eine Ultraschallwelle auf einer äußeren Oberfläche eines Objekts auftrifft, wird bekanntlich eine rückkehrende reflektierte Wellenform bzw. ein Grenzflächenecho E1 erzeugt. Wenn sich die Wellenform W dann durch die Seitenwand S des Rohrs T ausbreitet, werden immer dann nachfolgende Echos erzeugt, wenn eine Unstetigkeit angetroffen wird. Das Rohr T ist, wie bereits erwähnt, ein hohles Rohr und wird nur von Luft gefüllt. Zusätzliche Echos E2, E3, die als Rückwandechos bezeichnet werden, werden nachfolgend erzeugt, wenn sich die Wellenform durch die Seitenwand des Rohrs hindurch bis zur inneren Oberfläche der Seitenwand ausbreitet. An den jeweiligen Wandlern 20a, 20b werden die Echos E1-E3 von Ultraschallwellen in elektrische Antwortwellenformen umgewandelt. Die Antwortwellenformen werden als Ausgangssignale der Wandler der Verarbeitung zugeführt.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, die Prüfergebnisse in bezug auf Umgebungsänderungen, die während der Prüfung stattfinden, zu kompensieren. Die Signalkenngrößen der Ultraschall-Wellenformen werden zum Beispiel durch Temperaturänderungen in dem flüssigen Medium beeinflußt, in das die Wandler 20a, 20b eingetaucht sind. Das heißt, wenn sich die Temperatur der Flüssigkeit ändert, kann sich die Geschwindigkeit, mit der sich Ultraschallwellen in der Flüssigkeit ausbreiten, wesentlich ändern. Wenn während der Signalverarbeitung durch die Vorrichtung keine entsprechende Kompensation erfolgt, können Ungenauigkeiten entstehen. Das Kompensationsmittel 24 der Vorrichtung enthält einen Ultraschallwandler 24a, der sich in der Kammer 12 befindet und ebenfalls in das flüssige Medium eingetaucht ist. Der Wandler 24a befindet sich in einem festen Abstand w von einem festen Bezugsobjekt B. Der Abstand w ist kleiner als der Abstand x. Die den Wandlern 20a, 20b zugeführten elektrischen Impulse werden auch dem Wandler 24a zugeführt. Das rückkehrende Echo der Ultraschall- Wellenform, die durch den Wandler 24a auf das Objekt B überführt wird, wird in einen elektrischen Rückkehrimpuls umgewandelt und zusammen mit den Rückkehrimpulsen aus den beiden Prüfwandlern wieder zu der Vorrichtung zurückgeführt. Das Signal aus dem Wandler 24a wird dann in die Rückkehrsignale aus den beiden anderen Wandlern integriert. Dies ist in Fig. 3 gezeigt. Dort ist zu sehen, daß eine kombinierte Rückkehrantwort für jeden Wandler 20a, 20b als erste Komponente die Rückkehr-Bezugsantwort aus dem Wandler 24a aufweist. Sie erscheint zuerst, da, wie erwähnt, der Wandler 24a näher am Bezugsobjekt B angeordnet ist als beide Wandler 20a, 20b am Rohr T angeordnet sind. Als nächstes kommt der Teil des elektrischen Impulses, der das Grenzflächenecho E1 darstellt. Diesem folgt der Teil des elektrischen Impulses, der die Echos E2, E3 darstellt. Der Rest des Impulses sind Rück-Reflexionen der Ultraschall-Wellenform. Dieser Teil verschwindet, wenn die Wellenformenergie umgesetzt wird.
Mit Bezug auf Fig. 2 enthält die Vorrichtung 10 als nächstes ein Empfangsmittel 26. Das Mittel 26 enthält eine erste Digitalisierungsvorrichtung 28a und eine zweite Digitalisierungsvorrichtung 28b. Einer der kombinierten Rückkehrimpulse wird einem der Digitalisierungsvorrichtungen als Eingangssignal zugeführt; und der andere kombinierte Rückkehrimpuls wird der anderen Digitalisierungsvorrichtung als ein Eingangssignal zugeführt. Die Wellenformen werden über jeweilige Eingangsleitungen 29a, 29b zugeführt. Jede Digitalisierungsvorrichtung führt zwei Funktionen aus. Erstens besitzt jede Digitalisierungsvorrichtung einen Analog/Digital-Umsetzerteil 30 zum Umsetzen des analogen Eingangssignals der Digitalisierungsvorrichtung in ein umgesetztes Digitalsignal. Zweitens besitzt die Digitalisierungsvorrichtung einen Speicherteil 32, in dem jedes der umgesetzten Signale an eindeutigen Adressen in dem Speicher gespeichert wird. Der Speicherteil 32 ist zum Beispiel ein Direktzugriffsspeicher (RAM). Ein 200-MHz-Oszillator 34 liefert jeder Digitalisierungsvorrichtung Taktsignale. Bei einem 10-kHz-Signal liefert eine Taktung mit der Rate von 200 MHz eine Auflösung von 5 Nanosekunden (5·10&supmin;&sup9; s). Somit stellen die in benachbarten Speicheradressen gespeicherten Daten Punkte der Antwortwellenformkurve dar, die 5 Nanosekunden auseinanderliegen.
Die Vorrichtung 10 enthält weiterhin ein allgemein mit 36 bezeichnetes Verarbeitungsmittel zur gleichzeitigen und separaten Rekonstruktion jeder umgesetzten Wellenform. Das Verarbeitungsmittel besitzt parallele Kanäle 36a, 36b. Die umgesetzte Wellenform aus einem Wandler 20a oder 20b wird in einem Kanal verarbeitet, und die umgesetzte Wellenform aus dem anderen Wandler wird gleichzeitig in dem anderen Kanal umgesetzt. Jeder Kanal enthält ein Gatter 38a bzw. 38b, digitale Signalprozessoren 40a bzw. 40b, einen EPROM 42a, 42b, einen Adreßbus 44a bzw. 44b und einen Datenbus 46a bzw. 46b. Das 200-MHz-Ausgangssignal des Oszillators 34 wird einem Dividierer 48 zugeführt, der ein 100-MHz- Ausgangssignal für jedes der Gatter 38a, 38b erzeugt. Der Signalfluß über den jeweiligen Steuer- und Datenbus wird durch jeweilige Arbitrierungseinheiten 50a, 50b überwacht; wobei jedem jeweiligen Verarbeitungskanal eine Einheit zugeordnet ist. Die jeweiligen EPROMs werden so programmiert, daß der Datenfluß zwischen den Digitalisierungsvorrichtungen, dem Gatter und den digitalen Signalprozessoren über die jeweiligen Datenbusse mit Befehlen, die über die jeweiligen Steuerbusse zu jedem dieser Elemente gesendet werden, gesteuert wird. Das Verarbeitungsmittel 36 dient als Schnittstelle mit einem Ruhebus an einer Ruhebusschnittstelle 52. Eingangssignale für das Verarbeitungsmittel und Ausgangssignale aus dem Verarbeitungsmittel werden über diese Schnittstelle über einen Ruhebus geführt. Die Funktionsweise eines Ruhebusses wird in dem eigenen US-Patent 5,287,291 beschrieben, auf das hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Dementsprechend wird die Funktionsweise eines Ruhebusses nicht beschrieben.
Während jede kombinierte Wellenform als ein analoges Eingangssignal über eine Eingangsleitung 29 einer Digitalisierungsvorrichtung 28 zugeführt wird, wird sie im Betrieb gleichzeitig als ein Eingangssignal dem Gatter 38 dieses Verarbeitungskanals zugeführt. Das Gatter wirkt als ein Filter, um zu bestimmen, ob die durch die umgesetzte Wellenform dargestellten Daten gültige Daten sind. Dazu führt es einen anfänglichen TOF-Vergleich der Eingangswellenform mit einem voreingestellten Schwellenwert durch. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die auf der Leitung 29 eingegebene Antwortwellenform jedem von drei separaten Komparatoren R1-R3 als ein Eingangssignal zugeführt. Es werden drei Komparatoren verwendet, da die separaten Reflexionen oder Echos E1-E3 für diese anfängliche Bestimmung verwendet werden. Eine Bezugsschwelleneinheit 100 enthält separate Schwellenwerte, die als ein zweites Eingangssignal für jeden der Komparatoren verwendet werden. Jeder Schwellenwert ist ein fester Wert, der kontinuierlich einem bestimmten Komparator als ein Eingangssignal zugeführt wird. Somit wird ein Bezugseingangssignal REF1 dem Komparator R1 zu einem Zeitpunkt zugeführt, an dem das Echo E1 einen Nulldurchgang aufweisen sollte, ein Bezugssignal REF2 zu dem Zeitpunkt zugeführt, an dem das Echo E2 einen Nulldurchgang aufweisen sollte, und das Bezugssignal REF3 dem Komparator R3 zu dem Zeitpunkt zugeführt, wenn das Echo E3 einen Nulldurchgang aufweisen sollte.
Aus jedem Komparator wird einer Steuerlogik 102 des Gatters ein entsprechendes Ausgangssignal zugeführt. Die Funktionsweise der Steuerlogik ist dergestalt, daß sie nur dann für den Empfang eines Eingangsignals aus den jeweiligen Komparatoren nur dann aktiviert ist, wenn ein Schwellenwert in der Antwortwellenform erscheinen sollte. Andernfalls empfängt die Steuerlogik keine Ausgangssignale aus den Komparatoren und reagiert auch nicht auf solche Ausgangssignale. Die Steuerlogik 102 enthält ein Gatter-Einrichtungsregister 104 und ein Gatter-TOF-Register 106. Daten- und Adresseninformationen aus den Bussen 44 und 46 werden diesen jeweiligen Registern zugeführt. Während der Speicherung der digitalisierten Antwortwellenformdaten liefert die Digitalisierungsvorrichtung 28 dem Gatter 38 sowohl die Datenwerte als auch die Speicheradressen- Speicherstellen für jeden der jeweiligen Nulldurchgänge. Die Logikeinheit 102 führt dem digitalen Datenerfassungssignalprozessor 40 dann zusammen mit einem Gültigkeits- oder Annahmesignal die jeweilige erste, zweite und dritte Speicheradressen- Speicherstelle zu. Dadurch wird der Prozessor angewiesen, daß die umgesetzte Antwortwellenform weiter durch den Prozessor 40 verarbeitet werden soll.
Die digitalen Signalprozessoren rekonstruieren nun jede umgesetzte Wellenform und bestimmen aus jeder separaten Rekonstruktion Werte, die die Dicke der Seitenwand des Rohrs auf gegenüberliegenden Seiten des Rohrs darstellen. Dies sind die in Fig. 1B gezeigten Werte t1, t2. Um die gewünschte Genauigkeit zu erzielen, verwenden die digitalen Signalprozessoren sowohl eine Technik der linearen Interpolation als auch eine Technik der endlichen Impulsantwort, um die Antwortwellenform insbesondere in dem Bereich eines Nulldurchgangs der jeweiligen Reflexionen zu rekonstruieren. Die erste "Echtzeit"-Verarbeitung in dem Gatter 38 gibt dem Signalprozessor Start- Speicherstellen für diese Rekonstruktion an. Da in bezug auf jede Nulldurchgangsrekonstruktion derselbe Prozeß verwendet wird, wird nur eine Rekonstruktion ausführlich beschrieben.
Mit Bezug auf Fig. 5A nehme man an, daß die erste Verarbeitung in dem Gatter 38 anzeigt, daß ein Nulldurchgang an einer Speicherstelle P10 stattfindet. Der vorherige Datenpunkt wird als PS bezeichnet; und, wie bereits bemerkt, der Abstand zwischen den von diesen Punkten dargestellten Daten beträgt 5 Nanosekunden. Wegen der Genauigkeitsanforderungen der durchgeführten Prüfung muß der tatsächliche Nulldurchgangspunkt mit einer Genauigkeit von 1 Nanosekunde bekannt sein. Wenn der Prozessor 40 seine Wellenformrekonstruktion beginnt, wertet er dementsprechend zunächst den Datenpunkt P10 aus, um zu bestimmen, ob er der Nulldurchgangspunkt ist. Für das gezeigte Beispiel hat der Datenpunkt P10 einen Wert von +5. Da dies keinen Nulldurchgangspunkt wiedergibt, greift der Prozessor 40 dann auf die Speicheradresse PS für den vorherigen Datenpunkt zu und bestimmt seinen Wert. In dem Beispiel ist dies ein Wert -5. Der Prozessor weiß nun, daß der Nulldurchgangspunkt an einer bestimmten Stelle in dem 5-Nanosekunden-Intervall zwischen PS und P10 stattgefunden hat. Wenn der Punkt PS ebenfalls einen positiven Wert gehabt hätte, wäre der Prozessor 40 zu dem vorherigen Datenpunkt gegangen. Oder, wenn der Punkt P10 einen negativen Wert gehabt hätte, wäre der Prozessor zu dem nachfolgenden Datenpunkt gegangen.
Nach der Feststellung, daß der Nulldurchgang in dem 5- Nanosekunden-Intervall zwischen PS und P10 stattfindet, führt der Prozessor 40 als nächstes eine lineare Interpolation zwischen den beiden Punkten durch, um eine ungefähre Form der Wellenform zwischen diesen Punkten zu konstruieren. Die Ergebnisse der linearen Approximation sind in Fig. 5B gezeigt. Wie in Fig. 5B gezeigt, werden vier neue Datenpunkte P6-P9 erzeugt, sowie ihre jeweiligen Werte -3, -1, +1 und +3. Und auf der Grundlage dieses Interpolationsprozesses zeigt sich, daß der Nulldurchgang zwischen den Punkten P7 und P8 stattgefunden hat. Da diese erzeugten Punkte 1 Nanosekunde auseinanderliegen, ist der Nulldurchgangspunkt nun genauer bestimmt.
Zur Messung der Rohrdurchmesser liefern die Ergebnisse der linearen Interpolation eine ausreichende Genauigkeit, um die Prüfanforderungen zu erfüllen. Die Messung der Rohrwandstärke t ist tatsächlich eine Differenzmessung auf der Grundlage der jeweiligen TOFs für zwei verschiedene Echos. Um die Wandstärke mit der gewünschten Genauigkeit von 2,54·10&supmin;&sup5; cm (10·10&supmin;&sup6; Zoll) zu messen, ist es notwendig, den Nulldurchgang sogar noch genauer als in Fig. 5B gezeigt zu messen. Obwohl die lineare Interpolation eine genauere Position des Nulldurchgangs liefert als durch die erste Auswertung des Gatters 38 bestimmt wurde, versteht sich ferner, daß die Antwortwellenform tatsächlich keine gerade Linie, sondern eine gekrümmte Wellenform ist. Bei Betrachtung auf einem Oszilloskop oder einer Streifenaufzeichnung in einem entsprechenden Maßstab wäre ersichtlich, daß die Antwortwellenform tatsächlich eine gekrümmte Wellenform ist. Bei der Wandstärkemessung wird der Nulldurchgang mit einer Genauigkeit von 30·10&supmin;¹² Sekunden gemessen. Um diesen Genauigkeitsgrad zu erzielen, wird die aufabgetastete Antwortwellenform von Fig. 5B mit einem Filter mit endlicher Impulsantwort neu berechnet. Dies ist ein digitaler Filtrierungsprozeß, der eine "aufabgetastete" Wellenform mit höherer Auflösung erzeugt (siehe Fig. 5C). Unter Verwendung der FIR-Technik werden die beiden Datenpunkte PS und P10 neu berechnet (um die Datenwerte zum Beispiel in bezug auf Zufallsrauschen zu korrigieren). Die Technik führt ferner eine optimale Anpassung zwischen den Datenpunkten aus, um die Datenwerte auf eine Kurve einzustellen, die sich zwischen den eingestellten ursprünglichen Datenpunkten erstreckt. Als Teil dieses Prozesses werden die Probendaten um einen Faktor 5 aufabgetastet, um die zusätzlichen Datenpunkte zu erzeugen. Zum Beispiel ist das Ergebnis des FIR-Prozesses in Fig. 5C eine Einstellung des Datenwerts des Punkts P5 von -5 auf -6 und die Anpassung der Punkte P6-P9 auf eine Kurve, die sich zwischen den Punkten PS und P10 erstreckt. Als Ergebnis zeigt sich, daß sich der Nulldurchgang der Rückkehrwellenform nun so verschoben hat, daß er am Punkt P7 stattfindet.
In bezug auf den Bezugsteil der Antwortwellenform mittelt der Prozessor 40 die durch diesen Teil der Antwortwellenform dargestellte TOF über eine große Antwortzahl hinweg. Zum Beispiel wird der Mittelwert über die letzten 500-1000 Antwortwerte genommen. Dies ist möglich, weil das Bezugsobjekt B fest ist und der Abstand zwischen dem Objekt und dem Wandler 24a nicht variabel ist. Die einzige Änderung der TOF der Antwort ist dementsprechend auf Temperaturänderungen in dem flüssigen Medium zurückzuführen, die sich auf die Wellenformgeschwindigkeit durch das Medium auswirken. Durch Verfolgen jeder Änderung der TOF kann außerdem die Temperatur der Flüssigkeit verfolgt werden.
Es ist wichtig, zu beachten, daß die Wellenformverarbeitung, die durchgeführt wurde, nicht in "Echtzeit", sondern durch Speichern und Abrufen erfolgt ist. Obwohl eine erste Bewertung der kombinierten Wellenform durchgeführt wurde, als die Wellenforminformationen von dem Verarbeitungsmittel empfangen wurden, wurden die tatsächlichen TOF-Werte nämlich auf der Grundlage einer Rekonstruktion der Wellenform bestimmt. Außerdem findet diese Rekonstruktion und der Rest der Wellenformverarbeitung, der später beschrieben wird, vollständig in der 10-kHz- Zykluszeit der Vorrichtung statt. Dementsprechend gehen keine Daten verloren und die Prüfergebnisse stehen der Bedienungsperson ohne weiteres zur Verfügung.
Das Verarbeitungsmittel 36 enthält als nächstes einen dritten und separaten digitalen Signalprozessor 54, dem die aus den Prozessoren 40a, 40b gewonnenen Ergebnisse zugeführt werden. Jeder Prozessor 40a, 40b führt seine Ergebnisse über jeweilige serielle Datenbusse 56a, 56b dem Prozessor 54 zu. Während die Prozessoren 40a, 40b die Antwortwellenformen auf einer Zeitbasis ausgewertet haben, d. h. Bestimmung der TOF-Werte für verschiedene Teile der Antwortwellenform, verwendet der Prozessor 54 diese Ergebnisse, um Werte zu entwickeln, die physikalische Kenngrößen des Rohrs darstellen. Der Betrieb des Prozessors 54 wird von einem in einem EPROM 58 gespeicherten Programm gesteuert. Der Prozessor 54 enthält zunächst ein Rechenmittel 60 zum mathematischen Kombinieren der TOF-Werte, die den jeweiligen Rohrstärkenwerten entsprechen, um den i.d. des Rohrs T zu bestimmen. Wie bereits erwähnt, wird während einer ersten Kalibrierung der Vorrichtung ein Abstand z zwischen den Wandlern bestimmt sowie ein Abstand x zwischen jedem Wandler und der äußeren Oberfläche des Rohrs. Das Rechenmittel bestimmt nun den tatsächlichen Abstand zwischen einem Wandler und der äußeren Oberfläche der Rohrseitenwand S aus dem entsprechenden Laufzeitwert. Außerdem werden durch die Berechnung die Werte bestimmt, die die Rohrseitenwandstärken t1, t2 auf gegenüberliegenden Seiten des Rohrs darstellen. In jedem Fall wandelt das Rechenmittel den Zeitwert als Funktion der bekannten Ausbreitungszeiten der Wellenformen durch das flüssige Medium und das Material, aus dem das Rohr besteht, in einen Abstandswert um. Der TOF-Wert für die Bezugswellenform ermöglicht Einstellungen auf der Grundlage etwaiger Temperaturänderungen in dem flüssigen Medium. Durch Subtrahieren der jeweiligen Werte x von dem bestimmten Abstandswert z berechnet der Prozessor 54 den o.d. des Rohrs T. Als nächstes wird durch Subtrahieren der Werte t1, t2 von dem o.d.-Wert der i.d. des Rohrs T berechnet.
Der Prozessor 60 enthält außerdem ein Mittel 62 zum Vergleichen der jeweiligen Rohrseitenwandstärke und der berechneten Werte des Außen- und Innendurchmessers des Rohrs mit einer vorbestimmten Menge von Grenzen. Diese Grenzen werden für jeden der Werte bestimmt. Auf der Grundlage der Vergleiche kann der Prüfbedienungsperson eine Anzeige bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 10 mehrere Statuslampen 64 enthalten (eine für jeden gemessenen Parameter). Wenn ein Wert außerhalb seiner vorgeschriebenen Grenzen fällt, kann sich die Farbe der Statuslampe ändern. Oder es kann eine hörbare Warnung ertönen. Ausgangssignale aus dem Prozessor 54 werden durch einen Zweiport-RAM 66 der Ruhebusschnittstelle 52 zugeführt. Außer den Statuslampen können die gemessenen Werte auch einem Aufzeichnungsmittel, wie zum Beispiel einem Streifenrekorder 68 oder einem ähnlichen Gerät, zugeführt werden, um eine permanente Aufzeichnung zu erhalten. Die Vorrichtung kann außerdem ein Oszilloskop 70 enthalten, so daß eine Wellenform angezeigt werden kann. Für Aufzeichnungszwecke wird dem Prozessor 54 ein Eingangssignal (TACHO in Fig. 2) aus der Antriebseinheit 14 zugeführt, durch das die Position am Rohr, an der eine bestimmte Messung genommen wird, vermerkt werden kann.
Wie bereits erwähnt, wird das Rohr T gedreht, während es durch die Kammer 12 gezogen wird. Aus diesem Grund erfolgen aufeinanderfolgende Wandstärkenmessungen des Rohrs durch verschiedene Wandteile. Durch Speichern aufeinanderfolgender Werte des o.d., der Wandstärke und des i.d. kann das Rechenmittel 60 die Ovalität oder Exzentrizität (ecc) des Rohrs berechnen. Diese Informationen können ebenfalls mit einer Menge von Grenzen verglichen und die Ergebnisse angezeigt oder auf die bereits beschriebene Weise aufgezeichnet werden.
Es wurden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von in Kernreaktoren oder dergleichen verwendeten Rohren beschrieben. Das Verfahren und die Vorrichtung verwenden Ultraschall- Wellenformen zur präzisen Messung der physikalischen Kenngrößen der Rohre. Gemäß der obigen Beschreibung werden das Verfahren und die Vorrichtung verwendet, um Abschnitte von Rohren bei der Produktionsbasis zu prüfen und schnelle und genaue Meßwerte der physikalischen Eigenschaften der geprüften Rohre bereitzustellen. Das Verfahren und die Vorrichtung prüfen mit Genauigkeiten von 2,54·10&supmin;&sup5; cm (10 Mikrozoll) unter Verwendung von Ultraschallimpulsen, deren Laufzeiten mit einer Genauigkeit von 100 Pikosekunden gemessen werden. Dies erfolgt mit einer Rate von 10 kHz. Während der Prüfung gemäß dem Verfahren erzeugt und sendet die Vorrichtung eine Ultraschall-Wellenform und empfängt und speichert dann das zurückkehrende Echo. Die gespeicherte Wellenform wird dann anschließend verarbeitet, um die physikalischen Kenngrößen des geprüften Rohrs zu bestimmen, und um zu bestimmen, ob die gemessenen Werte in vorgeschriebene Prüfgrenzen fallen. Gemäß dem Verfahren wird die Laufzeit jedes Impulses und seines Echos mathematisch rekonstruiert, um die relevanten Meßinformationen zu bestimmen. Die Vorrichtung wird vor dem Anfang jedes Prüfzyklus kalibriert. Außerdem überwacht die Vorrichtung unabhängig die Prüfumgebung während der Prüfung, und die Prüfdaten werden in bezug auf gemessene Umgebungsänderungen kompensiert. Dies erfolgt, um die Genauigkeit der Prüfergebnisse aufrechtzuerhalten. Wenn ein Verlassen der Toleranz gemessen wird, wird eine Anzeige gegeben. Außerdem liefert die Vorrichtung einen Ausdruck aller gemessenen Parameter, so daß eine permanente Aufzeichnung der gemessenen Eigenschaften für jedes geprüfte Rohr besteht. Die Vorrichtung ist leicht zu verwenden und gibt dem Benutzer vielfältige Prüfoptionen.
Schließlich liefern das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung eine Prüftechnik, die auf vielfältige Prüfumgebungen anwendbar ist. Indem zunächst jede Prüfwellenform und ihr resultierendes Echo gespeichert wird und die Ergebnisse später verarbeitet werden, können ohne weiteres Punkte wahrer Spitzenwerte und Nulldurchgangspunkte bestimmt werden. Dadurch können genaue Schwellenvergleiche und Nulldurchgangsbezüge gewonnen werden, und Schwankungen der Prüfergebnisse, die sich bei herkömmlichen Prüfmethoden ergeben, werden beseitigt.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß die zahlreichen Aufgaben der Erfindungen gelöst und weitere vorteilhafte Ergebnisse erhalten werden.
Da verschiedene Abwandlungen der obigen Konstruktionen vorgenommen werden könnten, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, ist beabsichtigt, daß alles in der obigen Beschreibung enthaltene oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigte nicht als einschränkend, sondern als beispielhaft interpretiert werden soll.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der physikalischen Eigenschaften eines Objekts mit Ultraschall, umfassend:

ein Mittel (12) zur Erzeugung eines elektrischen Impulses mit einer vorbestimmten Menge von Kenngrößen;

ein Übertragungsmittel (20a, 20b, 20c) zum Umsetzen des Impulses in eine Ultraschall- Wellenform, zum gleichzeitigen Überführen der Wellenform auf das Objekt aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen und zum Erfassen jeweiliger reflektierter Antwortwellenformen aus dem Objekt; und

ein Mittel (26) zum Speichern jeder Antwortwellenform, das außerdem ein erstes Umsetzungsmittel (26a) und ein zweites Umsetzungsmittel (26b) zum jeweiligen Umsetzen jeder Antwortwellenform von einem analogen Signal in ein digitales Signal und ein Speichermittel (32) zum Speichern der resultierenden digitalen Inhalte jeder umgesetzten Wellenform enthält;

gekennzeichnet durch

ein Verarbeitungsmittel (36) zum gleichzeitigen und separaten Rekonstruieren jeder Antwortwellenform und zum Bestimmen eines Werts, der eine erste physikalische Kenngröße des Objekts darstellt, aus jeder separaten Rekonstruktion, wobei das Verarbeitungsmittel (36) ein Mittel (40a, 40b) zum mathematischen Kombinieren der jeweiligen, aus den separaten Rekonstruktionen abgeleiteten Werte, um einen weiteren Wert zu erzeugen, der eine zweite physikalische Kenngröße des Objekts darstellt, enthält, und wobei das Verarbeitungsmittel weiterhin ein Mittel (R4-R3) zum Vergleichen der Werte für jede der physikalischen Kenngrößen mit einer vorbestimmten Menge von Grenzen für jede Kenngröße, um zu bestimmen, ob die Kenngrößenwerte in die Grenzen fallen, einen ersten Verarbeitungskanal (36a) zum Verarbeiten einer der umgesetzten Wellenformen und einen zweiten und separaten Verarbeitungskanal (36b) zur Verarbeitung der anderen umgesetzten Wellenform, wobei jeder Verarbeitungskanal als Dateneingabe die digitalen Inhalte der umgesetzten Wellenform erhält, die in einem der jeweiligen Umsetzungsmittel (26a, 26b) gespeichert sind, enthält, wobei jeder Kanal (36a, 36b) ein Gattermittel (38) zur Durchführung eines Echtzeitvergleichs der Antwortwellenform mit vorbestimmten Schwellenkriterien für die Antwortwellenform enthält, um zu bestimmen, ob die umgesetzte Antwortwellenform durch das Verarbeitungsmittel (36) und einen Prozessor (40), dem ein Ausgangssignal aus dem Gattermittel (38) zugeführt wird, verarbeitet werden soll, wobei das Ausgangssignal aus dem Gattermittel (38) dem Prozessor die Position von Daten in dem Speichermittel (32) liefert, die bei der Rekonstruktion der umgesetzten Wellenform verwendet werden sollen, um Laufzeiten zu messen, wobei jeder Prozessor (40) eine Technik der linearen Interpolation und eine Technik der endlichen Impulsantwort an umgesetzten Wellenformdaten anwendet, um die Wellenform zu rekonstruieren und genaue Laufzeitwerte zu bestimmen, und wobei das Verarbeitungsmittel (36) weiterhin einen dritten Prozessor (54) enthält, dem die Ergebnisse der Operationen jedes Kanalprozessors (40) zugeführt werden, wobei die Ergebnisse jeden der beiden jeweiligen dargestellten Kenngrößenwerte umfassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Übertragungsmittel (20a, 20b, 20c) einen ersten Ultraschallwandler (20a), der an einer Stelle neben dem Objekt positioniert ist, und einen zweiten Ultraschallwandler (20b), der an einer zweiten und separaten Stelle neben dem Objekt positioniert ist, enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der eine Wandler in einem Winkel von 180º gegenüber dem anderen Wandler positioniert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Erzeugungsmittel (12) ein Mittel (16) zum periodischen Zuführen eines elektrischen Impulses zu dem Übertragungsmittel (20) enthält, wobei das Übertragungsmittel jedem Wandlermittel (20a, 20b) gleichzeitig den Impuls zuführt und jedes Wandlermittel den elektrischen Impuls in eine Ultraschall-Wellenform mit der Menge von Kenngrößen umwandelt, die Wellenform zu dem Objekt überführt, die reflektierte Antwortwellenform empfängt und die Antwortwellenform wieder in einen elektrischen Rückkehrimpuls umwandelt und den Rückkehrimpuls zu dem Speichermittel (26) überträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin mit einem Mittel (24) zum Kompensieren der Antwortwellenformen in bezug auf Änderungen der Umgebungsbedingungen in einem Bereich, in dem sich das Objekt und der erste und der zweite Wandler befinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Kompensationsmittel (24) einen dritten Wandler (24a) enthält, der der Umgebung in dem Bereich ausgesetzt wird und ein Bezugsimpulsausgangssignal aufweist, das dem Verarbeitungsmittel (36) zusammen mit dem Rückkehrimpuls aus jedem der anderen Wandler (20a, 20b) als Eingabe zugeführt wird, wobei das Verarbeitungsmittel (36) den Bezugsausgangsimpuls zusammen mit den jeweiligen Rückkehrimpulsen, die durch den ersten und den zweiten Wandler (20a, 20b) erzeugt werden, verarbeitet, um einen aus den Rückkehrimpulsen bestimmten Wert einzustellen, alle Umgebungsänderungen, die Laufzeiten einer durch die Wandler erzeugten Ultraschall-Wellenform bewirken können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Verarbeitungskanal (36a, 36b) ein Busmittel enthält, durch das der Prozessor für den Kanal auf die digitalen Inhalte seines zugeordneten Speichermittels (32) zugreifen kann, um die Inhalte abzurufen und einen Wert einer physikalischen Eigenschaft des Objekts zu bestimmen, die dadurch dargestellt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der dritte Prozessor (54) ein Mittel (60) zum Kombinieren der von jedem der Kanalprozessoren zugeführten Werte, um einen dritten Wert zu erzeugen, der eine physikalische Eigenschaft des Objekts darstellt, und zum Vergleichen der jeweiligen Werte mit oberen und unteren Wertgrenzen, um zu bestimmen, ob die jeweiligen Werte in die jeweiligen Grenzen fallen, enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin mit einem Ausgabemittel zum Zuführen einer Anzeige der jeweiligen Werte und einer Anzeige, ob die Werte in ihre jeweiligen Grenzen fallen oder nicht.

10. Verfahren zur Messung der physikalischen Eigenschaften eines Objekts mittels der Vorrichtung von Anspruch 1 unter Verwendung von Ultraschall, mit den folgenden Schritten:

Erzeugen einer Ultraschall-Wellenform mit einer vorbestimmten Menge von Wellenform-Kenngrößen;

gleichzeitiges Überführen der Wellenform an das Objekt aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen und an ein separates Bezugsobjekt;

Erfassen jeweiliger reflektierter Antwortwellenformen aus dem Objekt und dem Bezugsobjekt, wobei jede reflektierte Antwortwellenform ein Echo der jeweiligen überführten Wellenform darstellt;

Kombinieren der reflektierten Antwortwellenform aus dem Bezugsobjekt mit jeder reflektierten Antwortwellenform aus dem Objekt und separates Speichern jeder kombinierten reflektierten Antwortwellenform;

Bewerten jeder kombinierten reflektierten Antwortwellenform mit einer Menge von Schwellenkriterien, um zu bestimmen, ob eine kombinierte reflektierte Antwortwellenform verarbeitet werden soll, um Werte abzuleiten, die eine erste physikalische Kenngröße des Objekts darstellen, einschließlich des Durchführens eines Echtzeit-Vergleichs der Laufzeit für Teile der reflektierten Antwortwellenform mit vorbestimmten Schwellenkriterien, die gewünschte Laufzeiten für diese Teile darstellen, und, wenn die Schwellenwerte erreicht werden, Zuführen von Adressen in dem Speichermittel zu einem Verarbeitungsmittel, damit das Verarbeitungsmittel die digitalen Antwortwellenformdaten in diesen Adressen verarbeiten kann, um die umgesetzte Wellenform zu rekonstruieren;

Umsetzen jeder Antwortwellenform von einem Analogsignal in ein Digitalsignal und ein Speichermittel zum Speichern der resultierenden digitalen Inhalte jeder umgesetzten Wellenform;

gleichzeitiges und separates Rekonstruieren jeder kombinierten reflektierten Antwortwellenform und Bestimmen eines Werts, der die physikalische Kenngröße des Objekts darstellt, aus jeder separaten Rekonstruktion;

Verarbeiten der digitalen Inhalte jeder jeweiligen umgesetzten Wellenform in einem separaten Verarbeitungskanal durch Durchführen einer linearen Interpolation und einer endlichen Impulsantwort an den umgesetzten Wellenformdaten, um die Wellenform zu rekonstruieren und genaue Laufzeitwerte zu bestimmen;

mathematisches Kombinieren der jeweiligen, aus den separaten Rekonstruktionen abgeleiteten Werte, um eine zweite physikalische Kenngröße des Objekts zu bestimmen;

Vergleichen aller physikalischen Kenngrößenwerte mit einer vorbestimmten Menge von Grenzen für jeden der Werte, um zu bestimmen, ob die gemessenen Werte in die Grenzen fallen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erzeugen der Ultraschall-Wellenform das periodische Erzeugen eines elektrischen Impulses mit einer vorbestimmten Menge von Kenngrößen und das Umsetzen des elektrischen Impulses in die Ultraschall-Wellenform umfaßt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Überführen der Wellenform an das Objekt das Zuführen des elektrischen Impulses gleichzeitig zu jedem eines ersten und eines zweiten Ultraschallwandlers, die jeweils den elektrischen Impuls in eine Ultraschall-Wellenform umwandeln und die Wellenform an das Objekt senden, und zu einem dritten Wandler, der den elektrischen Impuls in eine Ultraschall-Wellenform umwandelt und die Wellenform an das separate Bezugsobjekt sendet, umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Überführen der Wellenform weiterhin das Positionieren des ersten und des zweiten Wandlers neben dem Objekt 180º auseinander umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Erfassen der jeweiligen reflektierten Antwortwellenformen aus dem Objekt das Umsetzen der reflektierten Wellenformen in elektrische Antwortwellenformen durch die Ultraschallwandler umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das mathematische Kombinieren der jeweiligen, von den separaten Rekonstruktionen abgeleiteten Werte das Subtrahieren der durch jede der separaten Rekonstruktionen dargestellten Werte von einem vorbestimmten Wert umfaßt, wobei das Ergebnis eine weitere physikalische Kenngröße des Objekts darstellt.