EA016934B1

EA016934B1 - Способ контроля геометрии испытуемых предметов при помощи ультразвука

Info

Publication number: EA016934B1
Application number: EA201000420A
Authority: EA
Inventors: Андреас Грос; Штефан Нитше
Original assignee: Ф Унд М Дойчланд Гмбх
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2012-08-30
Also published as: AR068166A1; EP2185893B1; ES2437848T3; CN101796373B; EA201000420A1; EP2185893A1; CN101796373A; DE102007043004A1; WO2009030187A1

Abstract

Изобретение относится к способу полного учёта геометрии, в частности диаметра испытуемых предметов, таких, к примеру, как круглые стальные заготовки или трубы, посредством ультразвука, при котором с помощью по меньшей мере одного щупа на расстоянии при прохождении ультразвука через водную среду наружная поверхность испытуемого предмета за счёт относительного движения между щупом и испытуемым предметом полностью сканируется и при этом с учётом участка подвода воды точно по месту определяется диаметр. При этом производится полное сканирование профиля испытуемого предмета посредством измерения участка подвода воды с помощью перпендикулярной подачи ультразвука, на основании которого рассчитывается условный диаметр, и за счёт по меньшей мере одного дополнительного точного оптического измерения диаметра, по меньшей мере в одном измеренном посредством ультразвука или предназначенном для измерения том же самом месте испытуемого предмета производится калибровка или перекалибровка измеренных значений условного диаметра ультразвуковой дефектоскопии и на основании этого рассчитывается точный диаметр в каждом месте испытуемого предмета.

Description

Изобретение относится к способу контроля геометрии испытуемых предметов при помощи ультразвука, в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.

Под испытуемыми предметами в данной связи понимаются любые обрабатываемые изделия, которые могут подвергаться проверке при помощи ультразвука. Данное изобретение относится, в частности, к длинномерным испытуемым предметам из стали, таким, к примеру, как заготовки из круглой стали или трубы. Под геометрией в данном случае понимается, в частности, диаметр заготовок из круглой стали, а также наружный и внутренний диаметр труб.

Под термином диаметр понимается далее диаметр заготовок из круглой стали, а также наружный и внутренний диаметр труб.

Способ ультразвуковой дефектоскопии для учёта диаметра заготовок из круглой стали или диаметра и толщины стенки труб давно известен и оправдал себя. Он используется, к примеру, и в трубах из стали для сопутствующего производственному процессу контроля соблюдения требуемой толщины стенки.

Ультразвуковая дефектоскопия используется далее для определения возможных нарушений целостности в заготовке из круглой стали или в стенке трубы, таких, к примеру, как расслоения, трещины, надрывы, развальцовки или другие дефекты поверхности.

При осуществлении контроля труб в соответствии с пульс-эхо-методом возбуждаются исходящие от наружной поверхности в стенку трубы ультразвуковые импульсы и регистрируются отражаемые от внутренней поверхности трубы сигналы. На основании времени распространения сигнала и скорости звука в подвергаемом контролю материале можно рассчитать толщину стенки трубы, а также обнаружить имеющиеся в стенке трубы дефекты.

Обычно этот способ используется как сопутствующий производственному процессу и выполняемый автоматически как для материалов труб, способных к намагничиванию, так и для материалов труб, не способных к намагничиванию.

Всё чаще со стороны покупателей предъявляются требования в отношении того, что диаметр испытуемых предметов должен быть в полной мере подтверждён документально. В частности, у заготовок из круглой стали должен быть произведён полный учёт диаметра, у труб - диаметра и толщины стенки, то есть внутреннего и наружного контуров.

Данная информация важна, к примеру, для тех труб, которые в процессе работы подвергаются высоким сжимающим нагрузкам и должны иметь лишь небольшую овальность (так называемые Ыдй со11арке р1ре5). Для труб, из которых изготавливаются высококачественные детали вращения или кольца подшипников, эта информация также важна для осуществления полного контроля качества.

В принципе, для определения диаметра испытуемых предметов могут использоваться различные методики измерений.

Механическое/оптическое измерение

В данном случае по принципу раздвижного калибра диаметр механически определяется по винтовой линии и расстояние между механическими направляющими оптически измеряется посредством триангуляции.

Недостатком является при этом то, что при регулярных зазорах необходима калибровка. Диаметр измеряется при этом только по винтовой линии, что делает полный учёт поверхности испытуемого предмета очень затратным. К тому же, износ механических деталей оказывает непосредственное влияние на точность измерений.

Оптическое измерение

Для непрерывного измерения используется оптическая измерительная система с большим количеством осей или контурная измерительная система (30-триангуляция). Эти способы требуют очень больших инвестиционных затрат и лишь с трудом могут быть интегрированы в имеющиеся установки.

Измерение с помощью замера участка подачи воды при ультразвуковой дефектоскопии

В этом способе для непрерывного описания внутренней и наружной геометрии труб используются работающие с водой ультразвуковые дефектоскопы, которые работают с участками подвода воды и сканируют всю поверхность трубы. В принципе, работающие с водой ультразвуковые дефектоскопы известны, к примеру, из ΌΕ 199 31 350 А1.

Дефектоскопы, которые посредством измерения участка подвода воды определяют наружный и внутренний диаметр труб известны, к примеру, благодаря фирме ΟΕ ИъресНоп Тесйпо1о§1е8 (КгаШкгашег Текйпд МасЫпек, основной принцип - ультразвуковая бесшовная дефектоскопия, \\л\лу.деш5рес1юп1ес11по1още5.сот).

Известны установки, в которых ультразвуковой дефектоскоп бесконтактно или с контактом вращается вокруг трубы.

Наконец, посредством геометрически определённых точек соприкосновения и измерения участков подвода воды с помощью ультразвука определяется дуга окружности, посредством которой, с допущением о том, что круг является идеальным кругом, можно рассчитать диаметр.

Недостатком в данном случае является то, что износ механических конструктивных элементов оказывает непосредственное влияние на точность измерения. Также необходима механическая калибровка в

- 1 016934 постоянных зазорах

К объектам применения ультразвуковой дефектоскопии таких изделий, как, например, трубы, относятся, в частности, ротационные установки, в которых испытуемый предмет транспортируется линейно, а ультразвуковой (И8) щуп с приведением в действие механическим или электронным образом (рйакеб аггау) вращается вокруг испытуемого предмета.

Далее известны сканирующие устройства, в которых испытуемый предмет постоянно вращается, а ультразвуковой щуп линейно перемещается над испытуемым предметом, и при этом поверхность сканируется.

Известны также так называемые НеИх-установки с; винтообразной траекторией подачи испытуемого предмета относительно стационарно расположенного ультразвукового щупа.

Измерение диаметра испытуемого предмета производится в установках посредством измерения участка подвода воды в различных положениях по периферии испытуемого предмета.

Геометрическое положение ультразвуковых щупов и - в случае их наличия - мест соприкосновения к началу каждого измерения должны быть точно определены и во время измерения должны оставаться постоянными. Это, во-первых, требует больших затрат, а, во-вторых, тем не менее, за счёт изменений температуры воды, а, тем самым, скорости звука в воде, могут возникать неточности, которые, правда, в настоящее время посредством измерения температуры и корректуры частично могут быть скомпенсированы, однако, получаемая точность измерения оказывается невелика.

Задача изобретения состоит в дальнейшем усовершенствовании известного способа ультразвуковой дефектоскопии с прохождением ультразвука через водную среду и измерении участка подвода воды для учёта геометрии испытуемых предметов, с целью предотвращения описанных недостатков.

В соответствии с изобретением эта задача решается в соответствии с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты усовершенствования изобретения являются предметом последующих зависимых пунктов формулы изобретения.

При использовании способа в соответствии с изобретением производится полное сканирование испытуемого предмета посредством измерения участка подвода воды с помощью перпендикулярной подачи ультразвука, причём на основании измеренных величин рассчитывается условный диаметр.

Посредством дополнительного точного оптического измерения диаметра на измеренном ранее или измеряемом с помощью ультразвука том же месте испытуемого предмета производится калибровка или перекалибровка измеренных значений условного диаметра ультразвуковой дефектоскопии, на основании чего рассчитывается точный диаметр в каждом месте испытуемого предмета.

Преимущество данного способа состоит в том, что, с одной стороны, точность измерения явно повышается, а, с другой стороны, затраты на калибровку, в сравнении с известной методикой измерения участка подвода воды, явно снижаются.

Возможный износ механических конструктивных элементов или изменения температуры воды не оказывают более влияния на точность измерения, так как измеренные величины во время или после измерения ультразвуком «перекалибруются» посредством точных значений оптического измерения.

Перекалибровка производится следующим образом: по известной линии измерения на испытуемом предмете или в измеренном посредством ультразвука месте измеренный посредством ультразвука условный диаметр испытуемого предмета корректируется с помощью оптически определённого с высокой точностью значения диаметра. Это значение используется затем для корректировки всех остальных значений диаметра.

На основании измерения зазора и посредством возможной калибровки известных геометрических соотношений может быть полностью и детально описана наружная геометрия испытуемого предмета.

Для полых корпусов, таких как трубы, может затем посредством измеренной в том же месте толщины стенки простым способом точно описываться и внутренняя геометрия испытуемого предмета.

В предпочтительном варианте, как ультразвуковое измерение, так и оптическое измерение встроено в одну линию контроля, что также предпочтительным образом может производиться посредством дооснащения уже имеющихся ультразвуковых линий контроля.

В случае если измерения должны быть произведены, однако, на различных линиях контроля, испытуемые предметы в предпочтительном варианте осуществления изобретения маркируются посредством согласованной нулевой точки в системе координат для того, чтобы на последующей линии контроля было возможно корректное размещение мест измерений.

Другие признаки, преимущества и детали изобретения выявляются на основании последующего описания.

Представлено на фиг. 1 - принципиальный чертёж первого варианта способа в соответствии с изобретением для измерения диаметра в соответствии с изобретением посредством обширного ультразвукового измерения и линейного прохождения материала, на фиг. 2 - принципиальный чертёж второго варианта осуществления способа измерения диаметра посредством сканирующей установки на трубе.

Фиг. 1 демонстрирует первый вариант способа в соответствии с изобретением для измерения диа

- 2 016934 метра испытуемого предмета, которым в данном примере является массивная круглая стальная заготовка

1.

Измерение диаметра круглой стальной заготовки 1 производится методом прохождения ультразвука через водную среду, при помощи измерения участка подвода воды.

Направление прохождения круглой стальной заготовки 1 через контрольное устройство обозначено стрелкой, однако в случае необходимости оно может осуществляться и в обратном направлении.

Стальная круглая заготовка 1 в соответствии с направлением стрелки сначала линейно поступает в ультразвуковой дефектоскоп 3. Ультразвуковой дефектоскоп 3 состоит из нескольких, расположенных по периферии круглой стальной заготовки 1, ультразвуковых щупов 2а-21, которые жёстко позиционированы в направлении вертикальной подачи звука на расстоянии от круглой стальной заготовки 1. Ультразвуковые щупы 2а-21 могут располагаться при этом по дуге окружности, однако могут располагаться и на различном расстоянии от поверхности круглой стальной заготовки 1.

В качестве альтернативы жёсткому расположению, один или несколько ультразвуковых щупов могут также посредством механического или электронного управления (рйакеб аггау) вращаться в ультразвуковом дефектоскопе 3 вокруг испытуемого предмета.

Посредством измерения участков подвода воды на соответствующих ультразвуковых щупах (здесь представленных стрелками) на основании измеренных значений в определённом месте рассчитывается условный диаметр 4.

Преимущество данного ультразвукового дефектоскопа 3 состоит в том, что ультразвуковые щупы 2а-21 не имеют механического контакта с поверхностью круглой стальной заготовки 1. Износ традиционных скользящих опор или подшипников скольжения, используемых в известных установках, соответственно негативным образом воздействующих на точность измерения, в данном случае исключён.

Такого рода дефектоскопы используются обычно для обнаружения дефектов в испытуемом предмете или дополнительно для определения толщины стенок труб, в которых затем участок подвода воды не измеряется.

Способ в соответствии с изобретением имеет преимущество в том, что уже имеющиеся ультразвуковые дефектоскопы могут использоваться для проверки дефектов и толщины стенки, а также для точного определения диаметра.

Для дополнительного использования имеющегося дефектоскопа с целью осуществления полного учёта диаметра испытуемых предметов предусмотрена, поэтому в соответствии с изобретением возможность калибровки или перекалибровки определённых в различных местах по периферии круглой стальной заготовки 1 участков подвода воды, с целью компенсации погрешностей при измерении участков подвода воды по периферии круглой стальной заготовки 1.

Калибровка или перекалибровка происходит при этом с помощью дополнительного оптического измерительного устройства 5, через которое круглая стальная заготовка 1 проходит после ультразвуковой дефектоскопии.

Оптическое измерительное устройство 5 определяет диаметр испытуемого предмета в определённом месте измерения ультразвуковой дефектоскопии предельно точно, причём посредством этой измеренной величины непрерывно калибруются или перекалибруются измеренные величины условного диаметра участка подвода воды, полученного при ультразвуковой дефектоскопии. Это, определённое с помощью оптического измерительного устройства 5, точное значение диаметра используется затем для корректировки всех остальных значений ультразвуковой дефектоскопии.

Фиг. 2 демонстрирует второй вариант способа в соответствии с изобретением для измерения диаметра испытуемого предмета, которым в данном случае является труба.

Измерение диаметра трубы 6 происходит в данном случае, как в известных установках, методом измерения участка подвода воды посредством ультразвука.

Посредством осуществляемого в соответствии с изобретением дополнительного (не представленного здесь) оптического измерения диаметра, по меньшей мере, в одном определённом месте трубы 6, как представлено в описании к фиг. 1, определённый посредством ультразвука условный диаметр в соответствующем месте калибруется или перекалибруется.

Чтобы иметь возможность определить диаметр трубы 6 полностью или в определённом месте по длине трубы 6, трубу 6 перемещают по винтовой линии под неподвижно установленным ультразвуковым дефектоскопом 7. При этом труба 6 вращается и одновременно перемещается в продольном направлении вперёд, как показано посредством стрелок.

Как и в известных ультразвуковых дефектоскопах, ультразвуковой щуп 8 прочно располагается на фиксированном расстоянии от трубы 6 в подковообразном держателе 9 щупа, который посредством расположенных на соответствующих концах подковообразного держателя 9 скользящих опор 11, 11' герметичным образом располагается на трубе 6.

Образованная при этом с поверхностью трубы камера при осуществлении ультразвуковой дефектоскопии заполнена водой.

Расстояние до поверхности трубы 6 соответствует участку 10 подвода воды, посредством которого определяется условный диаметр трубы.

- 3 016934

Для определения условного диаметра, к началу каждого измерения точно определяется геометрическое положение ультразвукового щупа 8 и скользящих опор 11, 11' и во время измерения удерживается на постоянном уровне.

Здесь, как и в известном варианте измерения диаметра посредством измерения участка подвода воды, с помощью геометрически определённых точек контакта скользящих опор 11, 11' и измерения участка подвода воды определяется дуга окружности, с помощью которой можно вычислить условный диаметр.

Возможные погрешности измерения, к примеру, за счёт изменений температуры воды, а, тем самым, и скорости звука в воде, или за счёт износа скользящих опор 11, 11', которые отражаются на определяемом условном диаметре, затем снова компенсируются в соответствии с изобретением посредством калибровки или перекалибровки измеренных величин посредством оптически измеренного точного диаметра.

Перечень ссылочных позиций

- круглая стальная заготовка;

2а-21 - ультразвуковые щупы;

- ультразвуковой дефектоскоп;

- условный диаметр;

- оптическое измерительное устройство;

- труба;

- ультразвуковой дефектоскоп;

- ультразвуковой щуп;

- держатель щупа;

- участок подвода воды;

11, 11' - скользящая опора.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ контроля геометрии испытуемых предметов, преимущественно диаметра круглых стальных заготовок или труб, посредством ультразвука, при котором на участке подвода воды с помощью по меньшей мере одного ультразвукового щупа, установленного на расстоянии от поверхности испытуемого предмета, сканируют наружную поверхность испытуемого предмета при относительном перемещении щупа и испытуемого предмета и точно по месту определяют диаметр, а у - труб наружный диаметр и дополнительно толщину стенки и внутренний диаметр, отличающийся тем, что полное сканирование испытуемого предмета осуществляют посредством измерений на участке подвода воды при вертикальной подаче ультразвука, на основании которого рассчитывают относительный диаметр, при этом посредством по меньшей мере одного дополнительного точного оптического измерения диаметра по меньшей мере в одном измеренном или предназначенном для измерения посредством ультразвука том же месте испытуемого предмета осуществляют калибровку или перекалибровку измеренных значений для относительного диаметра ультразвуковой дефектоскопии и на основании этого рассчитывают точный диаметр в каждом месте испытуемого предмета.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное оптическое измерение осуществляют перед, во время или после ультразвуковой дефектоскопии.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что ультразвуковую дефектоскопию и оптическое измерение осуществляют по проверочной линии.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительное оптическое измерение после ультразвуковой дефектоскопии осуществляют по отдельной проверочной линии.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед оптическим измерением испытуемый предмет по проверочной линии для ультразвуковой дефектоскопии маркируют посредством идентифицирующей соответствующее место измерения нулевой точки в системе координат, с помощью которой становится возможным точное размещение места измерения при калибровке посредством оптического измерения.
6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что при проверке труб, наряду с определением наружного диаметра, в том же месте определяют и толщину стенки.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что на основании точного определения по месту наружного диаметра и соответствующей толщины стенки точно по месту определяют внутренний диаметр.