EP3602029A1 - Verfahren zur erstellung einer bewertungstabelle für eine ultraschallprüfung sowie verfahren zur ultraschallprüfung - Google Patents

Verfahren zur erstellung einer bewertungstabelle für eine ultraschallprüfung sowie verfahren zur ultraschallprüfung

Info

Publication number
EP3602029A1
EP3602029A1 EP18730303.7A EP18730303A EP3602029A1 EP 3602029 A1 EP3602029 A1 EP 3602029A1 EP 18730303 A EP18730303 A EP 18730303A EP 3602029 A1 EP3602029 A1 EP 3602029A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
defect
ultrasound
reflectivity
simulation
defect size
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18730303.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Goldammer
Hubert Mooshofer
Alexander SEEBER
Johannes Vrana
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3602029A1 publication Critical patent/EP3602029A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G01N29/069—Defect imaging, localisation and sizing using, e.g. time of flight diffraction [TOFD], synthetic aperture focusing technique [SAFT], Amplituden-Laufzeit-Ortskurven [ALOK] technique
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G01N29/4427—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison with stored values, e.g. threshold values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042—Wave modes
    • G01N2291/0428—Mode conversion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Definitions

  • the evaluation table is created by means of assigning the ermit ⁇ telten reflectivity at the specified defect size of Defek ⁇ tes.
  • the reflectivity, determined by means of the simulation is correlated with the ver ⁇ used in the simulation defect size.
  • the evaluation table is to be understood as a correlation between the reflectivity and the defect size. In other words, a fixed given reflectivity results in exactly one defect size.
  • the rating table may be tabulated, wherein a column of the table of reflectance and a white ⁇ tere column is associated with the table, the defect size.
  • the amplification corresponds to the detected reflectivity of an ultrasound reflected at the defect.
  • the reflected at the De ⁇ fect ultrasound is recognized as a time-dependent Amplitu ⁇ de.
  • an evaluation of an ultrasound examination of an object can take place.
  • Is ⁇ example for a sensed time-varying amplitude of a Ultra ⁇ sound signal requires a gain of about 83 dB, this corresponds, according to the illustrated diagram of an exemplary defect size of about 1 mm.
  • the evaluation table can correspond in their graphi ⁇ rule representation of the diagram shown, detected defects having a defect size below the wavelength of the ultrasound used and their size relationship ⁇ as spare defect size can be determined.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erstellung einer Bewertungstabelle für eine Ultraschallprüfung eines Objektes vorgeschlagen, das die folgenden Schritte umfasst: - Simulation einer Streuung von Ultraschall an wenigstens einem Defekt mit einer festgelegten Defektgröße mittels einer computerimplementierten zweidimensionalen oder dreidimensionalen Simulation, wobei die Defektgröße kleiner oder gleich der Wellenlänge des Ultraschalls ist, und die Simulation eine Modenumwandlung des Ultraschalls durch den Defekt berücksichtigt; - Ermitteln der Reflektivität des Defektes aus der Simulation; und - Erstellen der Bewertungstabelle mittels eines Zuordnens der ermittelten Reflektivität zur festgelegten Defektgröße des Defektes. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Objektes, bei dem eine erfindungsgemäße Bewertungstabelle verwendet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erstellung einer Bewertungstabelle für eine Ultraschallprüfung sowie Verfahren zur Ultraschallprüfung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Bewertungstabelle für eine Ultraschallprüfung eines Objektes, insbesondere eines Bauteils. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Objektes, bei dem eine erfindungsgemäß erstellte Bewertungstabelle zur Bewer¬ tung von bei der Ultraschallprüfung erfassten Anzeigen, insbesondere Defekten, verwendet wird.
Gemäß des Standes der Technik erfolgt die Bewertung kleiner Anzeigen bei einer Ultraschallprüfung mittels eines Vergleiches einer von einem der Anzeige zugrundeliegenden Defektes oder Fehlstelle reflektieren Ultraschallamplitude (auch als Amplitude oder Echo bezeichnet) mit einer Anzeige eines künstlich hergestellten Defektes. Hierbei wird eine Anzeige als klein bezeichnet, falls ihre Größe kleiner als das
Schallbündel des eingeschallten Ultraschalls ist. Die künst¬ lich hergestellten Defekte können als Flachbodenbohrungen, Seitenbohrungen oder Kreisscheiben ausgebildet sein. Durch den genannten Vergleich kann einer Anzeige beziehungsweise einem Defekt innerhalb des Objektes ein als Ersatzfehlergröße bezeichneter Wert zugeordnet werden. Hierbei gibt die Ersatz¬ fehlergröße an, wie groß ein vergleichbar reflektierender künstlich hergestellter Defekt ist. Aus der Ersatzfehlergröße kann demnach nicht zwingend auf die tatsächliche geometrische Größe oder Ausdehnung des Defektes innerhalb des Objektes ge¬ schlossen werden.
Eine exemplarische Bewertung eines Defektes ist daher bei¬ spielsweise durch folgende Aussage gegeben: Die Anzeige be- ziehungsweise der Defekt reflektiert wie eine Kreisscheibe mit einem Durchmesser von 4 mm. Eine Verwendung bekannter Verfahren zur Bestimmung von Ersatzfehlergrößen ist mit ausreichender Genauigkeit nur bis zu einer minimalen Defektgröße möglich, wobei die minimale Defektgröße im Wesentlichen durch die Wellenlänge des
eingeschallten Ultraschalls festgelegt ist. Bei kleineren De¬ fektgrößen, das heißt bei Defektgrößen, die kleiner als die Wellenlänge des verwendeten Ultraschalls sind, können bekann¬ te Ersatzfehlergrößen, die beispielsweise auf Bohrungen basieren, nur unzureichend verwendet werden.
Das ist deshalb der Fall, da solche Bohrungen mit kleinem Durchmesser, in ihrer jeweiligen Bohrrichtung, typischerweise deutlich größer als die Wellenlänge des eingeschallten Ultraschalls sind. Dadurch können diese nicht als brauchbare Refe- renz, das heißt als Ersatzfehlergröße herangezogen werden. Darüber hinaus ist die Herstellung und Präparation solch kleiner Bohrungen problematisch. Dadurch ist nur für große Defektgrößen, die jedoch in der Praxis kaum von Relevanz sind, die Herstellung definierter Ultraschallreflektoren und somit die Bereitstellung von Ersatzfehlergrößen möglich.
Weiterhin basieren bekannte Ersatzfehlergrößen auf mathematischen Modellen. Allerdings setzen die bekannten mathematischen Modelle eine Skalierung der Reflektivität proportional zur reflektierenden Fläche des Defektes voraus. Da die ge¬ nannte Proportionalität ausschließlich für Defektgrößen oberhalb der Wellenlänge annehmbar ist, sind bekannte mathemati¬ sche Modelle bei Defekten mit einer Defektgröße kleiner als die Wellenlänge nicht anwendbar.
Zur Auflösung kleinerer Defektgrößen könnten höhere Frequenzen verwendet werden. Dies führt jedoch zu einer erhöhten Absorption des verwendeten Ultraschalls (Schallschwächung) , sodass Defekte schwieriger zu detektieren sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Erkennen von kleinen Defekten in einem Objekt, insbesondere in einem Bauteil, bei einer Ultraschallprüfung zu verbessern. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung einer Bewertungstabelle für eine Ultraschallprüfung eines Objektes, ins¬ besondere eines Bauteils, umfasst wenigstens die folgenden Schritte :
- Simulation einer Streuung von Ultraschall an wenigstens einem Defekt mit einer festgelegten Defektgröße mittels einer computerimplementierten zweidimensionalen oder dreidimensionalen Simulation, wobei die Defektgröße kleiner oder gleich der Wellenlänge des Ultraschalls ist, und die Simulation eine Modenumwandlung des Ultraschalls durch den Defekt berücksichtigt;
- Ermitteln der Reflektivität des Defektes aus der Simulati¬ on; und
- Erstellen der Bewertungstabelle mittels eines Zuordnens der ermittelten Reflektivität zur festgelegten Defektgröße des Defektes . Als Defektgröße wird die geometrische Größe eines Defektes, insbesondere eines in der Simulation verwendeten und ausge¬ stalteten Defektes, senkrecht zur Einschallrichtung des Ultraschalls bezeichnet. Ein Defekt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist klein, falls seine Defektgröße kleiner oder gleich der Wellenlänge, insbesondere kleiner oder gleich der halben Wellenlänge, des verwendeten Ultraschalls ist. Mit anderen Worten weist der Defekt wenigstens in einer Richtung eine geometrische Ausdeh- nung auf, die kleiner oder gleich der Wellenlänge des verwendeten Ultraschalls ist. Die Simulation kann mittels einer Rechenvorrichtung, insbesondere mittels eines Computers, implementiert werden. Die weiteren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können ebenfalls mittels einer Rechenvorrichtung ausgeführt werden.
Bei Objekten, die keine räumliche Symmetrie aufweisen, er¬ folgt eine dreidimensionale Simulation. Eine zweidimensionale Simulation kann bei Objekten mit einer räumlichen Symmetrie, beispielsweise bei einem als Rotationskörper ausgebildeten Objekt, vorgesehen sein. Durch die zweidimensionale Simulati¬ on kann Rechenzeit eingespart werden. Die zweidimensionale sowie dreidimensionale Simulation können weiterhin einen zeitlichen Ablauf des Streuvorgangs umfassen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Reflektivität des Defektes mit einer Defektgröße unterhalb der Wellenlänge des Ultraschalls mittels der Simulation ermittelt. Hierbei um- fasst die Simulation eine numerische Berechnung der Streuung des Ultraschalls an dem verwendeten Defekt. Erfindungsgemäß berücksichtigt die Simulation eine Modenumwandlung des Ultra¬ schalls durch seine Streuung am Defekt. Somit wird der ge¬ nannte Streuvorgang physikalisch möglichst vollständig durch die Simulation abgebildet. Die Simulation stellt im Ergebnis wenigstens eine am Defekt reflektierte zeitabhängige Amplitude des Ultraschalls (Echo) bereit, aus welcher die Reflektivität ermittelt werden kann.
Die erfindungsgemäße Bewertungstabelle wird durch das Zuord- nen der ermittelten Reflektivität zur festgelegten Defektgröße des Defektes erstellt. Mit anderen Worten wird der ermit¬ telten Reflektivität eine Ersatzfehlergröße zugeordnet. Da¬ durch kann vorteilhafterweise eine Defektgrößenbewertung von grundsätzlich beliebig kleinen Anzeigen oder Defekten erfol- gen.
Wird bei einer Ultraschallprüfung eines Objektes eine be¬ stimmte experimentelle Reflektivität eines Defektes im Objekt erfasst, so kann diese experimentell erfasste Reflektivität mit der ermittelten beziehungsweise berechneten Reflektivität innerhalb der erfindungsgemäßen Bewertungstabelle verglichen werden. Der ermittelten Reflektivität ist erfindungsgemäß ei- ne Defektgröße beziehungsweise eine Ersatzfehlergröße zuge¬ ordnet, sodass durch den genannten Vergleich auch der experimentell erfassten Reflektivität und somit dem realen Defekt eine Ersatzfehlergröße zuordenbar ist. Dadurch kann kleinen Defekten eine ausreichend genaue Ersatzfehlergröße zugeordnet werden.
Das ist zum einen deshalb der Fall, da die Simulation des er¬ findungsgemäßen Verfahrens die Modenumwandlungen des Ultraschalls an dem Defekt berücksichtigt. Mit anderen Worten er- folgt typischerweise aufgrund der Streuung des Ultraschalls am Defekt eine Veränderung der Polarisation des
eingeschallten Ultraschalls, welche die Simulation berücksichtigt. Beispielsweise können am Defekt gestreute Longitu- dinalwellen (Ultraschall longitudinal polarisiert) in Trans- versalwellen (Ultraschall transversal polarisiert) und umge¬ kehrt gewandelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Objektes umfasst wenigstens die folgenden Schritte:
- Einschallen von Ultraschall auf wenigstens ein Volumenele¬ ment des Objektes;
- Erfassen wenigstens eines aufgrund wenigstens eines Defek¬ tes vom Volumenelement reflektierten Ultraschalls;
- Bestimmen der Reflektivität mittels des Betrages einer zeitabhängigen Amplitude des reflektierten Ultraschalls für das Volumenelement; und
- Ermitteln einer zur bestimmten Reflektivität zugehörigen Defektgröße des Defektes mittels einer gemäß der vorliegen¬ den Erfindung oder einer ihrer Ausgestaltungen erstellten Bewertungstabelle.
Es ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren zur Erstellung der Bewertungstabelle gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ultraschallprüfung eines Objektes.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ultraschallprüfung ist es besonders bevorzugt, wenn beim Bestimmen der Reflek- tivität eine SAFT-Auswertung ( Synthetische-Apertur-Fokus- Technik; abgekürzt SAFT) verwendet wird. Mit anderen Worten basiert das Ermitteln der Reflektivität auf einer SAFT-Aus¬ wertung (englisch: Synthetic-Aperture-Focusing-Technique ; ab- gekürzt SAFT) .
Dadurch wird vorteilhafterweise die Genauigkeit und die Be¬ wertung von Defektgrößen verbessert. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Simulation eine auf finiten Differenzen basierte Simulation, insbesondere eine elastodynamische finite Integrations¬ methode (englisch: Elastodynamic Finite Integration
Technique, abgekürzt: EFIT) , verwendet.
Die genannte Simulationsmethode ist besonders vorteilhaft um eine physikalisch möglichst vollständige Streuung des Ultra¬ schalls an einem kleinen Defekt zu simulieren beziehungsweise zu berechnen. Weitere gitterbasierte Simulationsmethoden kön- nen alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, beispielsweise eine Finite-Elemente-Methode (abgekürzt: FEM).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Auldsche Reziprozitätstheorem zum Bestimmen der Reflektivität verwendet.
Hierbei wird beispielsweise mittels einer EFIT Simulation die Ausbreitung des Ultraschalls (Schallausbreitung) für seinen Hinweg zum Defekt und seine Reflektion am Defekt simuliert, und weiterhin die Ausbreitung des Ultraschalls für seinen
Hinweg zur räumlichen Position des Defektes ohne eine Reflektion am Defekt berechnet. Ist das Ultraschallfeld auf einer den Defekt umschließenden Fläche bekannt, so kann mittels des Auldschen Reziprozitätstheorem die reflektierte Amplitude beziehungsweise die Reflektivität des Ultraschalls - ohne sei¬ nen Rückweg zu simulieren - bestimmt werden. Dadurch kann vorteilhafterweise die Rechenzeit der Simulation reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Simulation ausschließlich in einem dem Defekt umgegebenen Teilbereich des Objektes.
Vorteilhafterweise ist es dadurch nicht erforderlich das Vo¬ lumen des gesamten Objektes dreidimensional zu simulieren. Dadurch kann vorteilhafterweise die Rechenzeit der Simulation weiter reduziert werden ohne an Genauigkeit einzubüßen.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Simulation der Ausbreitung des Ultraschalls von einer Einschallposition zum Teilbereich mittels einer elastodynamischen Punktquellensynthese erfolgt.
Mit anderen Worten wird die Ausbreitung des Ultraschalls aus¬ schließlich in einer Umgebung des Defektes simuliert. Die Schallausbreitung von der Einschallposition (Prüfkopf) zum simulierten Teilbereich wird mittels der elastodynamischen Punktquellensynthese berechnet. Hierdurch kann vorteilhafter¬ weise die Rechendauer der Simulation weiter reduziert werden.
Weitere strahlenbasierte Simulationsmethoden können vorgese¬ hen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Reflektivität R mittels
ermittelt oder gefittet, wobei x = Df/λ ist, und Df die De- fektgröße, D einen Schwingerdurchmesser eines Prüfkopfes, λ die Wellenlänge des Ultraschalls, Q den Fitparameter sowie s den Schallweg bezeichnen. Das Symbol i bezeichnet die imagi¬ näre Einheit.
Mit anderen Worten gilt für einen Maximalwert der reflektierten Amplitude
wobei AQ einen Referenzwert des Maximalwertes bezeichnet. Die Reflektivität ist durch das Verhältnis |^/^0I gegeben, sodass R = \A/AQ\ gilt.
Typischerweise wird der obenstehende Formelausdruck für die Reflektivität in Beziehung zu einer bei der Ultraschallprü¬ fung verwendeten Verstärkung V (englisch: Gain) mittels V = 20■ log10(7?) gebracht. Mit anderen Worten wird die Reflektivität in der Einheit Dezibel angegeben. Vorteilhafterweise wird dadurch das Ergebnis der Simulation, das heißt insbesondere die Reflektivität , mittels einer Glei¬ chung oder eines Formelausdruckes beschrieben und gefittet. Dadurch kann eine Interpolation der Ergebnisse der Simulation erfolgen. Weiterhin kann dadurch vorteilhafterweise die Be- wertungstabelle durch nicht simulierte Datenpunkte ergänzt werden. Zudem ist der obenstehende Formelausdruck effizient implementierbar, sodass bei einer Ultraschallprüfung eine unmittelbare Abfrage und somit eine unmittelbare und schnelle Bewertung erfolgen kann.
Weitere Gleichungen oder Formelausdrücke, die vergleichbar und/oder mathematisch äquivalent sind, und die Ergebnisse der Simulation möglichst präzise wiedergeben, können vorgesehen sein. Insbesondere kann ein Fit der Reflektivität anhand die- ser weiteren Gleichungen oder Formelausdrücke erfolgen. Typi- scherweise wird nicht die Reflektivität direkt, sondern die Verstärkung, das heißt die in Dezibel angegeben Reflektivität gefittet. Dies ist äquivalent zu einem Fit der Reflektivität .
Beispielsweise kann der obenstehende Formelausdruck für die Verstärkung V wie folgt umgeformt werden:
Weiterhin können vorteilhaftweise näherungsweise gegebenen¬ falls Resonanzeffekte vernachlässigt werden, was zur Näherung führt, wobei die Variablen und Parameter wie obenstehend de finiert sind. Insbesondere ist x = 4Df/Ä. Mit anderen Worten wird die Reflektivität näherungsweise mittels ermittelt .
Die genannte Näherung ist unabhängig vom Fitparameter Q, so dass innerhalb der Näherung kein Fit erforderlich ist.
Die obenstehenden Gleichungen können als theoretisches Modell der Reflektivität des Ultraschalls am Defekt bezeichnet wer¬ den .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Validierung der Simulation mittels einer Vergleichsultraschallprüfung an wenigstens einem hergestellten Defekt, wobei die Defektgröße des hergestellten Defektes größer als die Wellenlänge des bei der Vergleichsultraschallmessung verwendeten Ultraschalls ist.
Vorteilhafterweise erfolgt dadurch eine Kalibrierung und/oder Validierung beziehungsweise Überprüfung der Simulation an großen Defekten und somit an noch herstellbaren Defekten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Bewertungstabelle als Diagramm oder Formelausdruck ermittelt wird.
Dadurch kann eine verbesserte Bewertung eines Defektes basie¬ rend auf der als Diagramm oder als Formelausdruck ausgebildeten Bewertungstabelle erfolgen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert :
Figur 1 ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens zur Erstellung einer Bewertungsta¬ belle für eine Ultraschallprüfung; und Figur 2 ein Vergleichsdiagramm einer Simulation mit einem
Formelausdruck .
Gleichartige, gleichwertige oder gleichwirkende Elemente kön¬ nen in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
Die Figur 1 zeigt das schematische Flussdiagramm des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung einer Bewertungstabelle. In einem ersten Schritt Sl erfolgt eine Simulation einer
Streuung von Ultraschall an wenigstens einem Defekt mit einer festgelegten Defektgröße mittels einer computerimplementierten zweidimensionalen oder dreidimensionalen Simulation. Hierbei ist die Defektgröße kleiner oder gleich der Wellenlänge des Ultraschalls. Weiterhin wird durch die Simulation eine Modenumwandlung des Ultraschalls durch den Defekt be¬ rücksichtigt. Mit anderen Worten erfolgt eine physikalisch möglichst vollständige Simulation der Streuung des Ultra¬ schalls an dem innerhalb der Simulation vorhandenen Defekt.
In einem zweiten Schritt S2 wird die Reflektivität des Defek¬ tes aus der Simulation, beispielsweise basierend auf einem zum Defekt zugehöriger Maximalwert des Betrages einer zeitab¬ hängigen Amplitude des am Defekt reflektierten Ultraschalls, ermittelt. Hierbei kann die Ermittlung der Reflektivität ins¬ besondere auf einer SAFT-Auswertung der berechneten zeitabhängigen Amplituden (A-Bilder) erfolgen.
In einem dritten Schritt S3 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bewertungstabelle mittels eines Zuordnens der ermit¬ telten Reflektivität zur festgelegten Defektgröße des Defek¬ tes erstellt. Mit anderen Worten wird die mittels der Simula- tion ermittelte Reflektivität mit der in der Simulation ver¬ wendeten Defektgröße korreliert. Im Allgemeinen ist die Be¬ wertungstabelle als Korrelation zwischen der Reflektivität und der Defektgröße zu verstehen. Mit anderen Worten ergibt sich aus einer festen vorgegeben Reflektivität genau eine De- fektgröße. Die Bewertungstabelle kann tabellarisch vorliegen, wobei eine Spalte der Tabelle der Reflektivität und eine wei¬ tere Spalte der Tabelle der Defektgröße zugeordnet ist. Mit¬ tels der erfindungsgemäß erstellten Bewertungstabelle kann eine Bewertung und Defektidentifikation bei der Ultraschall- prüfung des Objektes erfolgen. Insbesondere können unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bewertungstabelle Defekte mit einer Defektgröße unterhalb der Wellenlänge des verwendeten Ultraschalls erkannt und bewertet werden. Dadurch kann Defek¬ ten mit einer Defektgröße unterhalb der Wellenlänge des bei der Ultraschallprüfung verwendeten Ultraschalls vorteilhafterweise eine Ersatzfehlergröße zugeordnet werden. In Figur 2 ist ein Vergleichsdiagramm einer Simulation mit einem theoretischen Modell der Reflektivität des Ultraschalls dargestellt . An der Abszisse 100 des dargestellten Vergleichsdiagramms ist die Defektgröße in der Einheit Millimetern (mm) logarithmisch aufgetragen. Hierbei ist der Defekt exemplarisch als Kreisscheibe ausgebildet. An der Ordinate 101 ist die Verstärkung (englisch: Gain) des Ultraschallsignals in der Einheit Dezi- bei (dB) aufgetragen. Mit anderen Worten ist die Abhängigkeit der normierten Amplitude |.A/.A0| von der Defektgröße Df dop¬ pelt-logarithmisch aufgetragen.
Hierbei entspricht die Verstärkung der erfassten Reflekti- vität eines am Defekt reflektierten Ultraschalls. Der am De¬ fekt reflektierte Ultraschall wird als zeitabhängige Amplitu¬ de erfasst.
Eine gestrichelte Linie 121 bezeichnet eine klassische Ab- stand-Verstärkung-Größe-Bewertung (abgekürzt: AVG-Methode) . Diese erstreckt sich bei der dargestellten doppelt- logarithmischen Auftragung im Wesentlichen linear. Die gestrichelte Linie korrespondiert somit zu einer Abhängigkeit der Amplitude, die proportional zum Quadrat der Defektgröße ist, das heißt AoaDj.
Weiterhin ist eine gepunktet-gestrichelte Linie 112 darge¬ stellt, die auf einer Abhängigkeit der Amplitude proportional zur dritten Potenz der Defektgröße basiert, das heißt AoaD . Somit weißt die gepunktet-gestrichelte Linie 112 eine größere Steigung als die gestrichelte Linie 121 auf. Weiterhin er¬ streckt sich die gepunktet-gestrichelte Linie 112 ebenfalls linear . Der simulierte Verlauf der Reflektivität beziehungsweise der Verstärkung in Abhängigkeit der Defektgröße ist durch die Da¬ tenpunkte 142 einer Simulation des Defektes mit der jeweili¬ gen Defektgröße gegeben. Aus Gründen der Übersicht ist nur einer der Datenpunkt mit dem Bezugszeichen 142 gekennzeichnet. Es ist ein Knick innerhalb des genannten Verlaufes zu erkennen. Der Knick entspricht einem Übergang der Abhängigkeit der Amplitude von A oc D für kleine Defektgrößen zu AoaDj für große Defektgrößen. Die Linien 121, 112 korrespondieren somit jeweils zu einem asymptotischen Bereich der Datenpunkte 142.
Die ermittelten Datenpunkte 142, die den Verlauf der Verstär kung V punktuell wiedergeben, können mittels (siehe auch in der Beschreibung genannte Formelausdrücke)
gefittet werden, wobei x = Df/λ ist, und Df die Defektgröße, D einen Schwingerdurchmesser eines Prüfkopfes, λ die Wellen länge des Ultraschalls, Q den Fitparameter sowie s den
Schallweg bezeichnen. Das Symbol i bezeichnet die imaginäre Einheit .
Der Fit ist durch die durchgezogene Linie 124 verdeutlicht und zeigt eine sehr gute Übereinstimmung mit den numerisch mittels der Simulation ermittelten Datenpunkten 142.
Mittels des dargestellten Diagramms kann eine Bewertung einer Ultraschallprüfung eines Objektes erfolgen. Wird beispiels¬ weise für eine erfasste zeitabhängige Amplitude eines Ultra¬ schallsignals eine Verstärkung von etwa 83 dB erfordert, so entspricht dies gemäß des dargestellten Diagramms einer exemplarischen Defektgröße von etwa 1 mm. Mit anderen Worten können mittels der Bewertungstabelle, die in ihrer graphi¬ schen Darstellung dem gezeigten Diagramm entsprechen kann, Defekte mit einer Defektgröße unterhalb der Wellenlänge des verwendeten Ultraschalls erkannt und ihre Größe beziehungs¬ weise Ersatzfehlergröße ermittelt werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch offenbarten Beispiele einge¬ schränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erstellung einer Bewertungstabelle für eine Ultraschallprüfung eines Objektes, umfassend die Schritte: - Simulation einer Streuung von Ultraschall an wenigstens einem Defekt mit einer festgelegten Defektgröße mittels einer computerimplementierten zweidimensionalen oder dreidimensionalen Simulation, wobei die Defektgröße kleiner oder gleich der Wellenlänge des Ultraschalls ist, und die Simulation eine Modenumwandlung des Ultraschalls durch den
Defekt berücksichtigt;
- Ermitteln der Reflektivität des Defektes aus der Simulati¬ on; und
- Erstellen der Bewertungstabelle mittels eines Zuordnens der ermittelten Reflektivität zur festgelegten Defektgröße des
Defektes .
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem als Simulation eine auf finiten Differenzen basierte Simulation, insbesondere eine elastodynamische finite Integrationsmethode, verwendet wird .
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Auldsche Reziprozitätstheorem zum Ermitteln der Reflektivität verwen- det wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Simulation ausschließlich in einem dem Defekt umgebenen Teilbereich des Objektes erfolgt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Simulation der Ausbreitung des Ultraschalls von seiner Einschallposition zum Teilbereich mittels einer elastodynamischen Punktquellensynthese erfolgt.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reflektivität mittels ermittelt wird, wobei x = Df/λ ist, und Df die Defektgröße, D einen Schwingerdurchmesser eines Prüfkopfes, λ die Wellenlänge des, Q einen Fitparameter sowie s den Schallweg bezeich- nen .
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reflektivität näherungsweise mittels
ermittelt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Validierung der Simulation mittels einer Vergleichsultraschallprüfung an wenigstens einem hergestellten Defekt erfolgt, wobei die Defektgröße des hergestellten Defektes größer als die Wellenlänge des bei der Vergleichsultraschall¬ messung verwendeten Ultraschalls ist.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bewertungstabelle als Diagramm oder Formelausdruck ermittelt wird.
10. Verfahren zur Ultraschallprüfung eines Objektes, umfassend die Schritte:
- Einschallen von Ultraschall auf wenigstens ein Volumenele- ment des Objektes;
- Erfassen wenigstens eines aufgrund wenigstens eines Defek¬ tes vom Volumenelement reflektierten Ultraschalls;
- Bestimmen der Reflektivität mittels des Betrages einer zeitabhängigen Amplitude des reflektierten Ultraschalls für das Volumenelement; und
- Ermitteln einer zur bestimmten Reflektivität zugehörigen Defektgröße mittels einer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, erstellten Bewertungstabelle.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Bestimmen der Reflektivität auf einer SAFT-Auswertung basiert.
EP18730303.7A 2017-06-27 2018-06-04 Verfahren zur erstellung einer bewertungstabelle für eine ultraschallprüfung sowie verfahren zur ultraschallprüfung Withdrawn EP3602029A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017210755.3A DE102017210755A1 (de) 2017-06-27 2017-06-27 Verfahren zur Erstellung einer Bewertungstabelle für eine Ultraschallprüfung sowie Verfahren zur Ultraschallprüfung
PCT/EP2018/064578 WO2019001902A1 (de) 2017-06-27 2018-06-04 Verfahren zur erstellung einer bewertungstabelle für eine ultraschallprüfung sowie verfahren zur ultraschallprüfung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3602029A1 true EP3602029A1 (de) 2020-02-05

Family

ID=62567640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18730303.7A Withdrawn EP3602029A1 (de) 2017-06-27 2018-06-04 Verfahren zur erstellung einer bewertungstabelle für eine ultraschallprüfung sowie verfahren zur ultraschallprüfung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210364471A1 (de)
EP (1) EP3602029A1 (de)
DE (1) DE102017210755A1 (de)
WO (1) WO2019001902A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112905702A (zh) * 2021-02-25 2021-06-04 福州大学 一种设备缺陷评价系统及方法
US12413913B2 (en) * 2021-07-30 2025-09-09 Neptune Technology Group Llc Method and system for transducer validation
CN116183726A (zh) * 2023-02-22 2023-05-30 山东丰汇工程检测有限公司 一种不锈钢小径管焊缝的超声波检测能力评价方法及系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013211616A1 (de) * 2013-06-20 2014-12-24 Bundesanstalt für Materialforschung- und prüfung (BAM) Verfahren und Vorrichtung zur Defektgrößenbewertung
DE102013110969A1 (de) * 2013-10-02 2015-04-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Objekts, Prüfsystem zum Prüfen eines Objekts und Programm

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017210755A1 (de) 2018-12-27
WO2019001902A1 (de) 2019-01-03
US20210364471A1 (en) 2021-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19617917C2 (de) Verfahren zum Bewerten eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffes und Verwendung eines neuronalen Netzwerks
EP2992321B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur defektgrössenbewertung mittels saft (synthetic aperture focussing technique)
EP3298360B1 (de) Verfahren, computerprogrammprodukt und vorrichtung zur ermittlung einer charakteristischen grösse zur bewertung einer messanordnung umfassend ein clamp-on-ultraschall-durchflussmessgerät und ein messrohr
Pavlović et al. Probability of detection as a function of multiple influencing parameters
EP3146325B1 (de) Simulationsgestützte defektbewertung mit ultraschall
EP3602029A1 (de) Verfahren zur erstellung einer bewertungstabelle für eine ultraschallprüfung sowie verfahren zur ultraschallprüfung
DE112009002702T5 (de) Automatischer Analysator
DE102010010285A1 (de) Probenuntersuchung mittels Terahertz-Spektroskopie
US20200393347A1 (en) Imaging Method of Internal Defects in Longitudinal Sections of Trees
Espinosa et al. Ultrasound computed tomography on standing trees: Accounting for wood anisotropy permits a more accurate detection of defects
WO2019201493A1 (de) Überprüfung von blitzableitern für windenergieanlagen
DE112019006092T5 (de) Lose gekoppeltes inspektions- und metrologiesystem zur überwachung eines produktionsprozesses mit hohem volumen
DE102012112121B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines rotationssymmetrischen Werkstücks, welches Abschnitte verschiedener Durchmesser aufweist
DE60305072T2 (de) Optisches verfahren zur untersuchung von reliefs einer struktur
DE102011011530A1 (de) Verfahren zur Reduktion von Ultraschalldaten
Leymarie et al. Comparisons of ray and finite element simulations of ultrasonic wave fields in smoothly inhomogeneous austenitic welds of thick-walled components
EP2525188A1 (de) Justage einer zu prüfenden optischen Fläche in einer Prüfvorrichtung
Sander et al. Investigations on fatigue crack growth under variable amplitude loading in wheelset axles
DE102011111091A1 (de) Verfahren und system zum auswerten des zustandes einer ansammlung von ähnlichen länglichen hohlen objekten
DE102007036822B4 (de) Verfahren zur Modifikation fertiger Maschinenkomponentenschmiedeteile für die Ultraschallprüfungs-Erfassung
Jacob et al. Modeling and simulation of austenitic welds and coarse-grained specimens: part II
DE102014104914A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung eines Prüflings mittels Ultraschall nach der Vergleichskörpermethode
LU504674B1 (de) Ein verfahren zur abbildung komplexer strukturen in drei dimensionen auf der grundlage von inversionsnetzwerken mit parallelzerlegung
EP3535573B1 (de) Verfahren zur detektion von materialinhomogenitäten
DE4416829A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Erstellung eines Ultraschall-Tomogramms für einen Querschnitt eines Prüfkörpers

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20191031

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20220804

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20221215