WO2005012941A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur zerstörungsfreien prüfung von gegenständen mittels ultraschallwellen - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur zerstörungsfreien prüfung von gegenständen mittels ultraschallwellen Download PDF

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Michael Strauss
Walter De Odorico
Roman Koch
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    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Definitions

  • the invention relates to a method for processing signals according to the features of the preamble of claim 1 and to a circuit arrangement with features of the preamble of claim 16.
  • a method for processing signals which correspond to reflected waves which have been transmitted or refracted by a structure in order to be able to undertake an exploration and analysis of the structure of this material is described in EP 0 825 453 B1.
  • the described method takes advantage of the fact that each point of an object to be checked leads to a reflected wave, which is then stored in positions of the memories, which are distributed in the form of parabolic arcs, the characteristics of which range from the point to the probe and from the radiation pattern of each Depend on the element.
  • a test head is used, which is linear and is composed of a plurality of transmit / receive elements with small dimensions. The same probe is used for sending and receiving. First, a wavefront is sent into the object to be tested and those waves are received that are reflected by the structure.
  • the information that is emitted by the sensor elements is then digitized and stored in a memory element that has a line for each sensor element.
  • the structure of the object is then reconstructed and / or analyzed using the information stored in the storage elements.
  • the position of the storage element is calculated, which contains the signals that have been located by the sensor elements and correspond to the waves that have been reflected or transmitted from this point. This position is calculated using an addressing law, the parameters of which depend on the position of this point in relation to the sensor elements.
  • the lines of the field memory at the respective positions which were previously calculated for this point are read, and a mathematical operation is applied to the values read for this point in order to obtain a result which corresponds to the circumference of the wave is representative. For the calculation, all cells of the memory field are read in parallel for this point at the positions which are specified for this point in the respective assigned addressing memories.
  • the present invention addresses the problem of developing a method and a circuit arrangement of the known type in such a way that defects in the structure of an object can be detected at high speed and with an improved signal-to-noise ratio.
  • the method should also be insensitive to possible misalignment of the test head.
  • the method is u. a. solved by the characterizing features of claim 1.
  • a defect is determined by adding the stored amplitude values received at the same transit times in a phase-locked manner.
  • This takes advantage of the fact that when an object is irradiated by means of a test head designed as a phased array transducer, i. H. when a complete wavefront is transmitted, echoes are received in each of the reception elements of the test head which are switched to reception at the same time, the amplitude values of the received echoes being received at the same transit times.
  • the method according to the invention is distinguished on the one hand by a very high speed of error detection, since the sequential method customary in the prior art is avoided due to the transmission of a complete wavefront, and on the other hand an improved signal-to-noise ratio is achieved compared to the prior art.
  • the method is also robust against, for example, misalignment of the test head, since location information is not included in the method.
  • the amplitude values stored in the memory are not added along the same transit time, but in a direction that is perpendicular or substantially perpendicular to interference patterns of the received amplitude values of the point waves of the external errors AF.
  • Defects can generally be recognized by the phase-rigid addition of the amplitude values over a transit time, although a statement as to whether it is an external error or an internal error cannot be derived from the sum signal.
  • external errors can be recognized by adding amplitude values perpendicularly or substantially perpendicularly to interference patterns of the point waves emanating from the external error.
  • a coincidence circuit finally compares the signal determined during the phase-rigid addition of the stored amplitude values over a period of time with the signal determined during the addition of the amplitude values of the interference pattern, an external error being present when both signals indicate a defect.
  • the individual transmission elements of the phased array transducer can be triggered with a time delay (phasing) in order to set an angle of incidence ⁇ adapted to the measurement conditions, such as type of error (longitudinal error, oblique error), material quality and the shape of the object to be tested.
  • a sound exposure can be carried out depending on an error position (oblique error, longitudinal error) either in the longitudinal direction or in the circumferential direction.
  • a runtime-dependent amplitude correction of the sum signal determined during the addition is carried out, the sum signal received being compared with a reference value.
  • the received signals are filtered immediately after digitization, preferably by means of a wavelet filter.
  • the invention relates to a method for the non-destructive testing of a contour such as an edge, bending or trimming an object.
  • contours of the type mentioned above are checked in the form of edges by sonicating them with an essentially planar wavefront.
  • An interference pattern which corresponds essentially to the contour of the object to be tested is received, but is unsuitable for evaluating defects in the structure of the object.
  • the invention is based on the problem of providing a method for the non-destructive testing of a contour of an object by means of ultrasound waves, which enables improved detection of defects in the structure of the object in the region of the contour.
  • the contour of a surface of the portion of the object to be tested is recorded and stored, that the independent transmission elements are triggered with a time delay such that the outgoing wavefront runs parallel or approximately parallel to the surface contour and that the surface contour Subject reflected waves are received with a time delay and generate a substantially planar interference pattern.
  • the contour of the object is determined by emitting a wavefront that is planar with respect to a transmitter level to the contour to be tested, that the waves reflected by the contour of the object are generated by means of the plurality of mutually independent receiving elements received, digitized and the digitized signals are stored in the memory element at least after their running time and that the contour of the object is calculated from the defined distance A of the test head from the object and the different running times of the received signals.
  • the method is characterized in that a time-delayed actuation of the independent transmission elements emits a wavefront in such a way that it runs parallel or essentially parallel to a surface of the structure of the object to be tested.
  • the contour of the object is preferably online, ie. H. is determined during a measurement process.
  • a planar wavefront is emitted onto the contour to be checked, that the waves reflected by the contour of the object are received, digitized by means of the plurality of mutually independent receiving elements, and that the digitized signals are stored in a memory element in the memory element at least after runtime and that the contour of the object is calculated from the defined distance between the test head and the object and the different transit times of the signals received.
  • the online tracking or adaptation to the changing contour of the object enables an always equivalent evaluation for defects.
  • the tracking is made possible by comparing the received interference pattern, which runs parallel or essentially parallel to the contour of the surface of the object, with a desired pattern, wherein if the received interference pattern deviates from the desired pattern, a wavefront which is parallel or essentially parallel with respect to the plane of the transmission elements is transmitted to calculate the current contour of the object to be tested from the reflected waves.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a wavefront emanating from a test head (phased array transducer) through a medium such as water onto an object to be tested such as a steel plate,
  • FIG. 2 shows a representation of amplitude values of the amplitudes received by the individual receiving elements ELI -ELN of a test head with different transit times (typical B-scan),
  • FIG. 3 shows a representation of selected beam paths of the ultrasonic wave front according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a representation of the amplitude profile over the transit time of an individual receiving element ELX according to FIG. 2,
  • 5 shows a representation of the amplitude profile of the sums of amplitude values of different reception elements that have the same duration for evaluating an error location
  • 6 shows a basic measurement setup for the non-destructive testing of a pipe
  • FIG. 7 shows a schematic block diagram of a circuit arrangement for processing the received signals
  • 10a is a schematic representation of a wavefront emanating from a test head for determining the contour of an object to be tested
  • B SCAN received interference pattern
  • 11 a shows a schematic illustration of a wavefront emanating from the test head, which runs parallel or essentially parallel to the surface of the contour of the object to be tested and
  • 1 lb is a schematic representation of an essentially flat interference pattern for simple evaluation of defects.
  • the test head 14 comprises a multiplicity of transmission / reception elements ELI to ELN, which are each preferably switched simultaneously or out of phase as transmission elements and preferably simultaneously as reception elements.
  • the wavefront emitted on the object 12 was generated by simultaneously switching on all the transmission elements.
  • the individual receiving elements ELI-ELN are plotted on the horizontal axis, the signals received by the individual receiving elements being shown one after the other in the vertical direction according to their transit time, which is plotted on a vertical axis.
  • the intensity of the signals shown is defined by their brightness. It can be seen from the B-scan according to FIG. 2 that different structures of the object generate different signal patterns.
  • the surface of the object 12 thus generates surface echoes OE, which are shown in FIG. 2 as oblique continuous lines.
  • the error echoes FEI-FEI 2 assigned to the individual receiving elements ELI-ELN are shown as horizontal lines.
  • the error echoes FEI to FE4 are represented by a receiving element ELX
  • the error echoes FE5 to FE8 or the error echoes FE 9 to FE 12 are displayed by further receiving elements ELX1, ELX2.
  • interfering echoes IE can be seen, which arise due to interference between wave fronts of the individual transmission elements of the phase array transducer.
  • the B-scan shown in FIG. 2 further shows that false echoes from a plurality of reception elements, such as the false echoes FE2, FE5 and FE3, FE6, FE9 and FE4, FE7 and FE10, are received at the same transit times.
  • the same run Times of, for example, the false echoes FE2 and FE5 and error echoes FE3 and FE6 will be explained with reference to FIG. 3.
  • FIG. 3 shows the structure according to FIG. 1, signal paths a to i being shown purely schematically.
  • the thickness of the steel sheet is denoted by s and the beam path within the object 12 by t.
  • the running time of the false echo FE2 from the sections d + 2t + e and the running time of the false echo FE5 from the sections or running times e + 2t + d each have an identical running time.
  • the transit times of the false echo FE3 and the false echo FE6 are also identical, with the note that these are received in different receiving elements.
  • the signals received by a receiving element ELX can also be represented in their amplitude over time.
  • a corresponding representation (A-scan) is shown in FIG. 4.
  • the individual echoes OE, FEI to FE4 are shown as amplitude excursions at different transit times.
  • the amplitude values of the signals received at the same transit times for example FE2 and FE5, FE3, FE6, FE9, or FE4, FE7 and FE10, are added up along their transit time, the signal shown over time being obtained in FIG. 5, which characterizes information about the field location 20 in the object 12 very clearly by increasing the amplitude in the region of an order of magnitude.
  • each element transmitting / receiving element ELI -ELN can be switched both as a transmitter and as a receiver.
  • the test heads 26, 28, which are also referred to as phased array transducers, are each connected via data lines 34, 36 to a first signal processing unit 38, 40 which controls the transmit / receive elements EL of the test heads 26, 28 and amplifies the received signals and digitized.
  • the signal processing units 38, 40 are each connected to a signal evaluation unit 46, 48 via a data connection 42, 44, which is designed, for example, as an FSL (Fast Serial Link).
  • the circuit arrangement comprises an interface 50 for connection to an external personal computer 52 and a microprocessor unit 54 for processing and evaluating (sorting, marking) the information of the units 46 and 48.
  • FIG. 7 shows a detailed block diagram of the components of the circuit arrangement 22 according to FIG. 6.
  • the signal processing unit 38 comprises a pulse unit PE for controlling the transmit / receive elements ELI-EL128, which in the present example comprise 128 elements.
  • the transmission elements are controlled according to a fixed time pattern (phasing).
  • the receiving elements are switched to simultaneous reception and the received analog signals are then passed to corresponding A / D converters AD, in this example to 32 A / D converters, respectively, via a multiplexer MUX.
  • the received analog signals are digitized by the A / D converter AD and stored in a storage element SP as a so-called A-picture or A-scan.
  • The, for example, 32 A scans stored in the memory element SP according to FIG.
  • the signal shown in FIG. 5 is thus available as an A-scan, which is fed via an interface I to the further signal evaluation device 46, which also has an interface I.
  • the B-scan is then fed to one or more evaluation modules F1, F2 for further signal processing.
  • the individual components of the circuit units 38, 46 are controlled via a digital signal processor DSP, which is connected to the personal computer 52 and to the microprocessor unit 54 via a bus coupler BK and the interface 50.
  • DSP digital signal processor
  • the method described so far is generally used for the quick and effective detection of defects in an object. Since the location information of the fault location is lost during the summation of the amplitude values along the same transit times, further measures are necessary in order to enable a detection of an external fault. For this purpose, it is proposed that the point wave signals reflected by an external defect of the object during sonication with an ultrasonic wave are evaluated.
  • FIG. 8 shows, purely schematically, the beam paths when the tube 24 is irradiated, which has a defect AF in an outer surface 56.
  • FIG. 9 shows the beam paths when the tube 24 is irradiated, which has a defect IF on an inner surface 58.
  • the point wave signals emanating from the external error AF in FIG. 8 can also be recognized in the B-scan shown in FIG. 2, namely as error echoes FEI to FE4 and their interference pattern.
  • an "oblique" addition ie not along a certain transit time, but perpendicular or approximately perpendicular to the interference patterns of the received amplitude values, so that an amplitude maximum results in this direction, which contains an indication of an external error AF.
  • a coincidence method for example in one of the evaluation modules F1, F2, evaluates the sum signal via the amplitude values of the same transit times with the sum signal of the amplitude values in the direction perpendicular or approximately perpendicular to the Interference patterns of the amplitude values received by the point wave signals, an external error then being present if both signals show an error location. If, however, an error location is detected during the phase-rigid addition of the amplitude values along a transit time, but without an error location being determined when the amplitude values are added perpendicularly or approximately perpendicularly to the interference patterns, then there is an internal error.
  • the signals obtained for evaluating the defects have an improved signal-to-noise ratio compared to the prior art and can therefore be better automatically evaluated. Due to the surface acoustic irradiation of the object to be tested due to the use of a test head with phased array technology, i. H. By simultaneously emitting a wave front and simultaneously reading in the signals, a considerable time advantage is achieved in comparison with methods known from the prior art with sequential technology.
  • phase-rigid addition also results in data reduction, so that the subsequent signal processing is also accelerated and simplified.
  • FIG. 10 a shows a schematic illustration of a test head 60 which corresponds in structure to the test head 14 described above.
  • a wave front 64 running parallel or essentially parallel to a plane 62 spanned by the transmission elements is emitted by the test head 60.
  • the wavefront 64 strikes an object 66 having a contour such as an edge, bend or curvature, which in the present exemplary embodiment has a first surface 68 which extends at an angle ⁇ with respect to a second surface 70.
  • the waves reflected by the surfaces 68, 70 are received, digitized and stored in a memory element SP in accordance with the circuit arrangement according to FIG.
  • the contour of the object 66 can then be calculated on the basis of a defined distance A from a reference point of the object 66 and the determined and stored transit times of the signals.
  • a corresponding interference pattern (B-scan) 72 which essentially corresponds to the contour of the object 66, is shown in FIG. 10b.
  • the transmitter elements ELI -ELN are then triggered with a time delay during the actual measurement process in such a way that a wavefront 74 emanating from the test head 60 is parallel or essentially parallel to the contour, i.e. H. the surfaces 68, 70 of the object 60 to be tested.
  • the waves reflected by the object 66 are also received with a time delay and an interference pattern 76 shown in FIG. 11b is generated from the signals thus received, the wave front of which lies in one plane.
  • the received interference pattern 76 is compared with a target pattern and that if the received interference pattern 76 deviates from the target pattern, the current contour of the object 66 is determined again by - also during a measurement process - starting from the test head 60, a planar wavefront 64, for example, is sent to the object 66 in order to carry out a new contour measurement, which is then used as the basis for the further measurement.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen (12, 24) wie Rohren oder Blechen durch Reflexion von Ultraschallwellen an Fehlstellen (20, AF) der Struktur des Gegenstandes (12, 24) erzeugt werden mit folgenden Verfahrensschritten: Aussenden einer kompletten Wellenfront auf zumindest einen zu prüfenden Abschnitt des Gegenstandes (12, 24) mittels einer Vielzahl unabhängiger Sendeelemente (EL1 - ELN), Empfangen einer von der Struktur des Gegenstandes reflektierten Welle mittels einer Vielzahl voneinander unabhängiger Empfangselemente (EL1 - ELN), Digitalisieren der von den Empfangselementen (EL1 - ELN) empfangenen Signalen, Speichern der digitalisierten Signale nach Amplitude und Laufzeit in einem Speicherelement (SP). Damit Fehlstellen der Struktur eines Gegenstandes bei hoher Geschwindigkeit und einem verbesserten Signal-/Rauschverhältnis erfasst werden können, ist vorgesehen, dass die Fehlstellen (20) durch eine phasenstarre Addition der gespeicherten Amplitudenwerte längs einer Laufzeit erkannt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Schaltungsanordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen mittels Ultraschallwellen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von Signalen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 sowie auf eine Schaltungsanordnung mit Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 16.
Ein Verfahren zur Verarbeitung von Signalen, die reflektierten Wellen entsprechen, die von einer Struktur übertragen oder gebrochen wurden, um eine Erkundung und Analyse der Struktur dieses Materials vornehmen zu können, ist in der EP 0 825 453 Bl beschrieben. Bei dem beschriebenen Verfahren wird ausgenutzt, dass jeder Punkt eines zu überprüfenden Gegenstandes zu einer reflektierten Welle führt, die sodann an Positionen der Speicher gespeichert wird, die in Form von Parabelbögen verteilt sind, deren Charakteristiken von der Entfernung des Punktes zur Sonde und vom Strahlungsdiagramm jedes Elementes abhängen. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Prüfkopf verwendet, der linear ausgebildet ist und sich aus einer Mehrzahl von Sende- Empfangselementen mit geringen Abmessungen zusammensetzt. Der gleiche Prüfkopf wird dabei zum Senden und Empfangen verwendet. Zunächst wird eine Wellenfront in den zu prüfenden Gegenstand abgesendet und diejenigen Wellen empfangen, die von der Struktur reflektiert werden.
Anschließend erfolgt eine Digitalisierung und Speicherung der Information, die von den Sensorelementen abgegeben werden, und zwar in einem Speicherelement, welches für jedes Sensorelement eine Zeile aufweist. Anschließend erfolgt eine Rekonstruktion und/oder Analyse der Struktur des Gegenstandes anhand der Informationen, die in den Speicherelementen abgelegt wurden. Dabei wird für jeden Punkt des Gegenstandes die Position des Speicherelementes berechnet, die die Signale enthalten, die von den Sensorelementen geortet worden sind und den Wellen entsprechen, die von diesem Punkt reflektiert oder übertragen worden sind. Diese Position wird mit Hilfe eines Adressierungsgesetzes berechnet, dessen Parameter von der Position dieses Punktes im Verhältnis zu den Sensorelementen abhängen. Ferner werden für jeden Punkt die Zeilen des Feldspeichers an den jeweiligen Positionen gelesen, die zuvor für diesen Punkt berechnet worden sind, wobei auf die für diesen Punkt gelesenen Werte eine mathematische Operation angewendet wird, um ein Ergebnis zu erhalten, das für den Umfang der Welle repräsentativ ist. Für die Berechnung werden alle Zellen des Speicherfeldes parallel für diesen Punkt an den Positionen gelesen, die für diesen Punkt in den jeweiligen zugeordneten Adressierungsspeichern angegeben sind.
Da die Berechnung jedes Lesegesetzes zum Auslesen des Speichers zu lange dauern würde, um dies in Echtzeit auszuführen, erfolgt diese Berechnung im Voraus und die Ergebnisse werden in spezifischen „Adressenspeichern" gespeichert, die jeder Zeile des „Feldspeichers" zugeordnet sind.
Daraus folgt, dass das beschriebene Verfahren nur zur Erkennung bestimmter, d. h. vorher definierter Strukturen geeignet ist. Der Inhalt des Feldspeichers wird nach Ausführung der mathematischen Operation in einen Bildspeicher hinterlegt, wobei Orts- und Laufzeitinformationen berücksichtigt werden. Bei dem Verfahren werden berechnete B- Bilder ausgewertet, wie dies beispielsweise in der medizinischen Diagnostik üblich ist. Für die automatische Werkstofrprüfung sollten B-Bilder jedoch nicht herangezogen werden, da für die Auswertung lange Auswertezeiten benötigt werden.
Des Weiteren ist zu bemerken, dass bei senkrechter Einschallung Einschränkungen in der Fehlerdetektion gegeben sind, da nur eine Fehlerlage erkennbar ist. Ferner treten Unsicherheiten in der Fehlerauswertung auf, da feste geometrische Beziehungen zwischen dem Prüfkopf und dem Prüfling vorausgesetzt werden, da Ortsinformationen bei der Fehlerbestimmung notwendig sind. Daher ist das bekannte Verfahren gegen übliche Dejustagen des Prüfkopfes sehr empfindlich.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der bekannten Art dahingehend weiterzubilden, dass Fehlstellen der Struktur eines Gegenstandes bei hoher Geschwindigkeit und einem verbesserten Signal-/Rauschverhältnis erfasst werden können. Ferner soll das Verfahren gegen mögliche Dejustagen des Prüfkopfes unempfindlich sein.
Das Verfahren wird erfindungsgemäß u. a. durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Dabei ist vorgesehen, dass eine Fehlstelle durch ein phasenstarres Addieren der zu gleichen Laufzeiten empfangenen gespeicherten Amplitudenwerte ermittelt wird. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei Bestrahlung eines Gegenstandes mittels eines als Phased Ar- ray Transducer ausgebildeten Prüfkopfes, d. h. bei Absendung einer kompletten Wellenfront, Echos in jedem der gleichzeitig auf Empfang geschalteten Empfangselemente des Prüfkopfes empfangen werden, wobei die Amplitudenwerte der empfangenen Echos zu denselben Laufzeiten empfangen werden. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, die Amplitudenwerte der empfangenen Signale längs einer Laufzeit zu addieren, mit dem Vorteil, dass die die Fehlstelle in der Struktur kennzeichnenden Amplitudenmaxima verstärkt und sich die weiteren durch die einzelnen Empfangselemente empfangenen Signale gegenseitig nahezu aufheben.
Dadurch zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren einerseits durch eine sehr hohe Geschwindigkeit der Fehlererkennung aus, da aufgrund der Aussendung einer kompletten Wellenfront die aus dem Stand der Technik übliche sequenzielle Methode vermieden wird und andererseits ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Signalrauschverhältnis erreicht wird. Das Verfahren ist auch robust gegen beispielsweise eine Dejustage des Prüfkopfes, da Ortsinformationen nicht in das Verfahren einfließen. Zur Erkennung von auf einer äußeren Oberfläche des Gegenstandes liegenden Fehlstellen (Außenfehler), insbesondere bei der zerstörungsfreien Prüfung von Rohren mittels Ultraschall, erfolgt eine Auswertung von Punktwellensignalen, welche von Reflexionen an Außenfehlern des Gegenstandes ausgehen. Dabei erfolgt eine Addition der in dem Speicher hinterlegten Amplitudenwerte nicht längs ein und derselben Laufzeit, sondern in einer Richtung, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu Interferenzmustern der empfangenen Amplitudenwerte der Punktwellen der Außenfehler AF verläuft.
Durch die phasenstarre Addition der Amplitudenwerte längs einer Laufzeit können Fehlstellen allgemein erkannt werden, wobei jedoch eine Aussage darüber, ob es sich um einen Außenfehler oder einen Innenfehler handelt, aus dem Summensignal nicht ableitbar sind. Wie zuvor erläutert, können Außenfehler dadurch erkannt werden, indem eine Addition von Amplitudenwerten senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu Interferenzmustern der von dem Außenfehler ausgehenden Punktwellen erfolgt. Durch eine Koinzidenzschaltung erfolgt schließlich ein Vergleich des bei der phasenstarren Addition der gespeicherten Amplitudenwerte längs einer Laufzeit ermittelten Signals mit dem bei der Addition der Amplitudenwerte der Interferenzmuster ermittelten Signal, wobei ein Außenfehler vorliegt, wenn beide Signale eine Fehlstelle anzeigen.
Zur Einstellung eines an die Messbedingungen, wie beispielsweise Fehlerart (Längsfehler, Schrägfehler), Materialbeschaffenheit sowie der Form des zu prüfenden Gegenstandes angepassten Einstrahlwinkels α können die einzelnen Sendeelemente des Phased Array Transducers zeitverzögert angesteuert werden (Phasing). Bei der Prüfung beispielsweise eines Rohres kann eine Einschallung in Abhängigkeit einer Fehlerlage (Schrägfehler, Längsfehler) wahlweise in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung erfolgen.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des Fehlerortes eine laufzeitabhängige Amplitudenkorrektur des bei der Addition ermittelten Summensignals durchgeführt wird, wobei das empfangene Summensignal mit einem Referenzwert verglichen wird. Zur weiteren Datenreduktion ist vorgesehen, dass die empfangenen Signale unmittelbar nach der Digitalisierung gefiltert werden vorzugsweise mittels eines Wavelet-Filters.
Das Problem wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 16 gelöst, wobei ein Summierer zur phasenstarren Addition der in dem Speicherbaustein hinterlegten Amplitudenwerte vorgesehen ist.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Kontur wie Kante, Biegung oder -riimmung eines Gegenstandes.
Nach dem Stand der Technik werden Konturen der oben genannten Art in Form von Kanten geprüft, indem diese mit einer im Wesentlichen planaren Wellenfront beschallt werden. Dabei wird ein im Wesentlichen der Kontur des zu prüfenden Gegenstandes entsprechendes Interferenzmuster empfangen, welches jedoch zur Auswertung auf Fehlstellen in der Struktur des Gegenstandes ungeeignet ist.
Davon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zu Grunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von einer Kontur eines Gegenstandes mittels Ultraschallwellen zur Verfügung zu stellen, welches eine verbesserte Erkennung von Fehlstellen in der Struktur des Gegenstandes im Bereich der Kontur ermöglicht.
Zur Lösung des Problems wird vorgeschlagen, dass die Kontur einer Oberfläche des zu prüfenden Abschnittes des Gegenstandes erfasst und abgespeichert wird, dass die unabhängigen Sendeelemente derart zeitverzögert angesteuert werden, dass die ausgehende Wellenfront parallel oder in etwa parallel zu der Oberflächenkontur verläuft und dass die von dem Gegenstand reflektierten Wellen zeitverzögert empfangen werden und ein im Wesentlichen planares Interferenzmuster erzeugen.
Bei einer bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass die Kontur des Gegenstandes ermittelt wird, indem eine bezogen auf eine Senderebene planare Wellenfront auf die zu prüfende Kontur ausgesendet wird, dass die von der Kontur des Gegenstandes reflektierten Wellen mittels der Vielzahl voneinander unabhängigen Empfangselemente empfangen, digitalisiert und die digitalisierten Signale zumindest nach ihrer Laufzeit in dem Speicherelement gespeichert werden und dass aus dem definierten Abstand A des Prüfkopfes zum Gegenstand und den unterschiedlichen Laufzeiten der empfangenen Signale die Kontur des Gegenstandes berechnet wird.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch zeitverzögerte Ansteuerung der unabhängigen Sendeelemente eine Wellenfront derart ausgesendet wird, dass diese parallel oder im Wesentlichenparallel zu einer Oberfläche der Struktur des zu prüfenden Gegenstandes verläuft.
Beim Empfangen der von der Kontur des Gegenstandes reflektierten Welle erfolgt e- benfalls ein zeitverzögerter Empfang mittels der ansteuerbaren Empfangselemente, wodurch Signale empfangen werden, welche ein parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Kontur des Gegenstandes verlaufendes Interferenzmuster erzeugen. In diesem Interferenzmuster können sodann Fehlstellen der Struktur des Gegenstandes auf einfache Weise ermittelt werden.
Aufgrund von Herstellungsschwankungen kann es in der Kontur des zu prüfenden Gegenstandes zu Unregelmäßigkeiten kommen, so dass gemäß einer weiter bevorzugten Verfahrensweise vorgesehen ist, dass die Kontur des Gegenstandes vorzugsweise online, d. h. während eines Messvorgangs ermittelt wird. Hierzu ist vorgesehen, dass eine planare Wellenfront auf die zu prüfende Kontur ausgesendet wird, dass die von der Kontur des Gegenstandes reflektierten Wellen mittels der Vielzahl voneinander unabhängigen Empfangselemente empfangen, digitalisiert und die digitalisierten Signale zumindest nach Laufzeit in einem Speicherelement in dem Speicherelement gespeichert werden und dass aus dem definierten Abstand des Prüfkopfes zum Gegenstand und den unterschiedlichen Laufzeiten der empfangenen Signale die Kontur des Gegenstandes berechnet wird.
Durch die Online-Nachführung bzw. Anpassung an die sich ändernde Kontur des Gegenstandes ist eine stets gleichwertige Auswertung auf Fehlerstellen möglich. Die Nachführung wird ermöglicht, indem das empfangene parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Kontur der Oberfläche des Gegenstandes verlaufende Interferenzmuster mit einem Sollmuster verglichen wird, wobei bei Abweichung des empfangenen Interferenzmusters von dem Sollmuster eine bezogen auf die Ebene der Sendeelemente parallele oder im Wesentlichen parallele Wellenfront ausgesendet wird, um die aktuelle Kontur des zu prüfenden Gegenstandes aus den reflektierten Wellen zu berechnen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer von einem Prüfkopf (Phased Array Transducer) ausgehenden Wellenfront durch ein Medium wie Wasser auf einen zu prüfenden Gegenstand wie Stahlplatte,
Fig. 2 eine Darstellung von Amplitudenwerten der von den einzelnen Empfangselementen ELI -ELN eines Prüfkopfes empfangener Amplituden mit unterschiedlichen Laufzeiten (typischer B-Scan),
Fig. 3 eine Darstellung ausgewählter Strahlenwege der Ultraschallwellenfront gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Darstellung des Amplitudenverlaufs über die Laufzeit eines einzelnen Empfangselementes ELX gemäß Fig. 2,
Fig. 5 eine Darstellung des Amplitudenverlaufs der Summen laufzeitgleicher Amplitudenwerte verschiedener Empfangselemente zur Auswertung einer Fehlerstelle, Fig. 6 einen prinzipiellen Messaufbau zur zerstörungsfreien Prüfung eines Rohres,
Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der empfangenen Signale,
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung der Strahlenwege einer an der äußeren Oberfläche liegenden Fehlstelle,
Fig. 9 eine Prinzipdarstellung der Strahlenwege einer an der inneren Oberfläche liegenden Fehlstelle,
Fig. 10a eine schematische Darstellung einer von einem Prüfkopf ausgehenden Wellenfront zur Bestimmung der Kontur eines zu prüfenden Gegenstandes,
Fig. 10b eine schematische Darstellung eines empfangenen Interferenzmusters (B SCAN) der Kontur des zu prüfenden Gegenstandes,
Fig. 11 a eine schematische Darstellung einer von dem Prüfkopf ausgehenden Wellenfront, welche parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Kontur des zu prüfenden Gegenstandes verläuft und
Fig. 1 lb eine schematische Darstellung eines im Wesentlichen ebenen Interferenzmusters zur einfachen Auswertung von Fehlstellen.
Fig. 1 zeigt rein schematisch eine Anordnung 10 zur zerstörungsfreien Prüfung eines Gegenstandes 12, welche im dargestellten Ausf-ihrungsbeispiel als Stahlplatte dargestellt ist, mittels einer von einem Prüfkopf 14 ausgehenden Ultraschall- Wellenfront 16, welche durch ein flüssiges Medium 18 wie Wasser in den Gegenstand 12 eingekoppelt wird. Durch die Prüfung sollen Fehlstellen 20 in der Struktur des Gegenstandes 12 erfasst werden. Der Prüfkopf 14 umfasst eine Vielzahl von Sende-/Empfangselementen ELI bis ELN, die jeweils vorzugsweise gleichzeitig oder phasenversetzt als Sendeelemente und vorzugsweise gleichzeitig als Empfangselemente geschaltet werden.
Fig. 2 zeigt anhand eines Graustufenbildes einen üblichen B-Scan einer äußeren Fehlstelle eines ebenen Gegenstandes, welcher mit einem Phased Array Transducer unter einem Einstrahlwinkel von α = 18 ° aufgenommen wurde. Die auf den Gegenstand 12 abgesendete Wellenfront wurde durch gleichzeitiges Einschalten sämtlicher Sendeelemente erzeugt.
Die einzelnen Empfangselemente ELI - ELN sind über die horizontale Achse aufgetragen, wobei die von den einzelnen Empfangselementen empfangenen Signale entsprechend ihrer Laufzeit, die über eine vertikale Achse aufgetragen ist, in vertikaler Richtung nacheinander dargestellt sind.
Die Intensität der dargestellten Signale wird über ihre Helligkeit definiert. Aus dem B- Scan gemäß Fig. 2 ist zu erkennen, dass unterschiedliche Strukturen des Gegenstandes unterschiedliche Signalmuster erzeugen. So erzeugt die Oberfläche des Gegenstandes 12 Oberflächenechos OE, welche in Fig. 2 als schräg verlaufende durchgehende Linien dargestellt sind. Die den einzelnen Empfangselementen ELI - ELN zugeordneten Fehlerechos FEI - FEI 2, sind als horizontale Linien dargestellt. So werden beispielsweise von einem Empfangselement ELX die Fehlerechos FEI bis FE4, und von weiter Empfangselementen ELX1, ELX2 die Fehlerechos FE5 bis FE8 bzw. die Fehlerechos FE 9 bis FE 12 dargestellt. Im oberen linken Bereich des B-Scans sind Interferenzechos IE erkennbar, die aufgrund von Interferenzen zwischen Wellenfronten der einzelnen Sendeelemente des Phase Array Transducers entstehen.
Der in Fig. 2 dargestellte B-Scan zeigt weiter, dass Fehlerechos mehrerer Empfangselemente, wie beispielsweise die Fehlerechos FE2, FE5 und FE3, FE6, FE9 sowie FE4, FE7 und FE10, zu jeweils gleichen Laufzeiten empfangen werden. Die gleichen Lauf- Zeiten beispielsweise der Fehlerechos FE2 und FE5 sowie Fehlerechos FE3 und FE6 sollen anhand der Fig. 3 erläutert werden.
In Fig. 3 ist der Aufbau gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei Signalwege a bis i rein schematisch dargestellt sind. Die Dicke des Stahlbleches ist mit s bezeichnet und der Strahlengang innerhalb des Gegenstandes 12 mit t.
Es zeigt sich, dass sich die Laufzeit des Fehlerechos FE2 aus den Abschnitten d + 2t + e und die Laufzeit des Fehlerechos FE5 aus den Abschnitten bzw. Laufzeiten e + 2t + d jeweils zu einer identischen Laufzeit zusammensetzten. Ebenfalls sind die Laufzeiten des Fehlerechos FE3 und des Fehlerechos FE6 identisch, mit der Anmerkung, dass diese in unterschiedlichen Empfangselementen empfangen werden.
Die von einem Empfangselement ELX empfangenen Signale können ebenfalls in ihrer Amplitude über die Zeit dargestellt werden. Eine entsprechende Darstellung (A-Scan) ist in Fig. 4 gezeigt. Hierbei sind die einzelnen Echos OE, FEI bis FE4 als Amplitudenausschläge zu unterschiedlichen Laufzeiten dargestellt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Amplitudenwerte der zu gleichen Laufzeiten empfangenen Signale beispielsweise FE2 und FE5, FE3, FE6, FE9, bzw. FE4, FE7 und FE10 entlang ihrer Laufzeit addiert, wobei das in Fig. 5 über die Zeit dargestellte Signal erhalten wird, welches eine Information über die Feldstelle 20 in dem Gegenstand 12 sehr deutlich durch Amplitudenerhöhung im Bereich einer Größenordnung kennzeichnet.
Da die von verschiedenen Elementen ELX, ELX1 bzw. ELX2 empfangenen Fehlerechos die gleiche Laufzeit aufweisen, addieren sich die Amplitudenwerte, so dass das Summensignal steigt. Da die in den A-Scans gemäß Fig. 4 enthaltenen Rauschsignale sich gegenseitig stochastisch auslöschen, wird das Signal-Rausch- Verhältnis verbessert.
Fig. 6 zeigt einen Messaufbau 22 zur zerstörungsfreien Prüfung einer Rohrwandung 24 mittels entlang des Umfangs des Rohres angeordneter Prüfköpfe 26, 28, die eine entsprechend die eine an die Oberfläche des Rohres 24 angepasste, gel rümmte Oberfläche 30, 32, aufweisen, denen die Sende-/Empfangselemente ELI bis ELN, wobei N bei- spielsweise 128 beträgt, jedes Element Sende-/Empfangselement ELI -ELN kann sowohl als Sender als auch als Empfänger geschaltet werden. Die räumliche Ausdehnung eines Elementes wird an die verwendete Ultraschall-Frequenz f angepasst, welche im Bereich zwischen 0,2 MHz < f < 20 MHz, vorzugsweise f = 6 MHz liegt.
Die Prüfköpfe 26, 28, die auch als Phased Array Transducer bezeichnet werden, sind über Datenleitungen 34, 36 jeweils mit einer ersten Signalverarbeitungseinheit 38, 40 verbunden, welche die Sende-/Empfangselemente EL der Prüfköpfe 26, 28 ansteuert und die empfangenen Signale verstärkt und digitalisiert. Die Signalverarbeitungseinheiten 38, 40 sind jeweils über eine Datenverbindung 42, 44, die beispielsweise als FSL (Fast Serial Link) ausgebildet ist, mit jeweils einer Signalauswertungseinheit 46, 48, verbunden. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung eine Schnittstelle 50 zur Verbindung mit einem externen Personal Computer 52 sowie eine Mikroprozessoreinheit 54 zur Verarbeitung und Auswertung (Sortieren, Markieren) der Informationen der Einheiten 46 und 48.
Fig. 7 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der Komponenten der Schaltungsanordnung 22 gemäß Fig. 6. Die Signalverarbeitungseinheit 38 umfasst eine Pulseinheit PE zur Ansteuerung der Sende-/Empfangselemente ELI - EL128, die im vorliegenden Beispiel 128 Elemente umfassen. Dabei werden die Sendeelemente nach festem Zeitmuster (Phasing) angesteuert. Anschließend werden die Empfangselemente auf gleichzeitigen Empfang geschaltet und über einen Multiplexer MUX werden sodann die empfangenen Analogsignale entsprechenden A/D- Wandlern AD, im vorliegenden Beispiel jeweils auf 32 A/D- Wandler geleitet. Durch die A/D- Wandler AD werden die empfangenen Analogsignale digitalisiert und in einem Speicherelement SP als sogenanntes A-Bild bzw. A-Scan hinterlegt. Die in dem Speicherelement SP hinterlegten beispielsweise 32 A — Scans gemäß Fig. 4 werden sodann in einem Summierelement SUM erfindungsgemäß durch phasenstarre Addition der Amplitudenwerte zu dem in Fig. 5 dargestellten A- Scan entlang ihrer Laufzeit aufaddiert, wobei sich der Vorteil ergibt, dass sich die Amplitudenmaxima addieren, wodurch die Fehlstelle deutlich hervorgehoben wird und Rauschsignale gegenseitig aufgehoben werden. Am Ausgang des Summierelementes SUM steht somit das in Fig. 5 dargestellte Signal als A-Scan zur Verfügung, das über ein Interface I der weiteren Signalauswertungsein- richtung 46 zugeführt wird, die ebenfalls ein Interface I aufweist. In der Signalauswertungseinrichtung 46 wird der B-Scan sodann ein oder mehreren Auswertebausteinen Fl, F2 zur weiteren Signalverarbeitung zugeführt. Die Steuerung der einzelnen Komponenten der Schaltungseinheiten 38, 46 erfolgt über einen digitalen Signalprozessor DSP, welcher über einen Buskoppler BK und die Schnittstelle 50 mit dem Personal Computer 52 sowie mit der Mikroprozessoreinheit 54 verbunden ist. Die Ergebnisse der Signalverarbeitung werden auf einem Bildschirm dargestellt.
Um eine Datenreduktion vor Abspeicherung der an den A/D-Wandlern AD1 - AD32 anliegenden Signale zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass diese vor Speicherung gefiltert, vorzugsweise Wavelet-gefiltert werden.
Das bisher beschriebene Verfahren dient allgemein zur schnellen und effektiven Erkennung von Fehlstellen in einem Gegenstand. Da bei der Summation der Amplitudenwerte entlang gleicher Laufzeiten die Ortsinformation der Fehlerstelle verloren geht, sind weitere Maßnahmen erforderlich, um eine Erkennung eines Außenfehlers zu ermöglichen. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die von einem Außenfehler des Gegenstandes bei der Beschallung mit einer Ultraschallwelle reflektierten Punktwellensignale ausgewertet werden.
Fig. 8 zeigt rein schematisch die Strahlenwege bei einer Beschallung des Rohres 24, welches einen Fehlstelle AF in einer äußeren Oberfläche 56 aufweist. Fig. 9 zeigt die Strahlenwege bei Beschallung des Rohres 24, welches eine Fehlstelle IF an einer inneren Oberfläche 58 aufweist. Die von dem Außenfehler AF in Fig. 8 ausgehende Punktwellensignale sind ebenfalls in dem in Fig. 2 dargestellten B-Scan erkennbar, nämlich als Fehlerechos FEI bis FE4 und deren Interferenzmuster. Zur Erkennung eines Außenfehlers kann eine „schräge" Addition, d. h. nicht entlang einer bestimmten Laufzeit, sondern senkrecht oder in etwa senkrecht zu den Interferenzmustern der empfangenen Amplitudenwerte, so dass sich in dieser Richtung ein Amplitudenmaxima ergibt, das einen Hinweis auf einen Außenfehler AF enthält. Um eine Aussage darüber zu treffen, ob ein Innen- oder Außenfehler vorliegt, erfolgt durch ein Koinzidenzverfahren beispielsweise in einem der Auswertebausteine Fl, F2 eine Auswertung des Summensignals über die Amplitudenwerte gleicher Laufzeiten mit dem Summensignal der Amplitudenwerte in Richtung senkrecht oder in etwa senkrecht zu den Interferenzmustern der von den Punktwellensignalen empfangenen Amplitudenwerte, wobei dann ein Außenfehler vorliegt, wenn beide Signale eine Fehlerstelle zeigen. Sollte jedoch bei der phasenstarren Addition der Amplitudenwerte entlang einer Laufzeit eine Fehlerstelle erkannt werden, ohne dass jedoch eine Fehlerstelle bei der Addition der Amplitudenwerte senkrecht oder in etwa senkrecht zu den Interferenzmustern ermittelt wird, so liegt ein Innenfehler vor.
Als besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zu erwähnen, dass die zur Auswertung der Fehlstellen erhaltenen Signale ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Signal-Rausch- Verhältnis aufweisen und daher besser automatisch ausgewertet werden können. Durch die flächige Beschallung des zu prüfenden Gegenstandes aufgrund der Verwendung eines Prüfkopfes mit Phased Array - Technik, d. h. durch gleichzeitiges Aussenden einer Wellenfront und gleichzeitiges Einlesen der Signale wird ein erheblicher Zeitvorteil im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mit sequenzieller Technik erreicht.
Auch erfolgt durch die phasenstarre Addition eine Datenreduktion, so dass die anschließende Signalverarbeitung ebenfalls beschleunigt und vereinfacht wird.
Fig. 10a zeigt eine schematische Darstellung eines Prüfkopfes 60, der in seinem Aufbau dem weiter oben beschriebenen Prüfkopf 14 entspricht. Von dem Prüfkopf 60 wird eine parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer von den Sendeelementen aufgespannten Ebene 62 verlaufende Wellenfront 64 ausgesendet. Die Wellenfront 64 trifft auf einen eine Kontur wie Kante, Biegung oder Krümmung aufweisenden Gegenstand 66 auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste Fläche 68 aufweist, die gegenüber einer zweiten Fläche 70 in einem Winkel α verläuft. Zur Bestimmung der Kontur des zu prüfenden Gegenstandes 60 werden die von den Oberflächen 68, 70 reflektierten Wellen empfangen, digitalisiert und in einem Speicherelement SP entsprechend der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7 gespeichert. Auf der Grundlage eines definierten Abstandes A von einem Referenzpunkt des Gegenstandes 66 und den ermittelten und gespeicherten Laufzeiten der Signale kann sodann die Kontur des Gegenstandes 66 errechnet werden. Ein entsprechendes Interferenzmuster (B- Scan) 72, welches im Wesentlichen der Kontur des Gegenstandes 66 entspricht, ist in Fig. 10 b dargestellt.
Ausgehend von der berechneten Kontur des Gegenstandes 66 werden sodann bei dem eigentlichen Messvorgang die Sendeelemente ELI -ELN derart zeitverzögert angesteuert, dass eine von dem Prüfkopf 60 ausgehende Wellenfront 74 parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Kontur, d. h. den Oberflächen 68, 70 des zu prüfenden Gegenstandes 60 verläuft. Die von dem Gegenstand 66 reflektierten Wellen werden ebenfalls zeitversetzt empfangen und aus den so empfangenen Signalen ein in Fig. 11b dargestelltes Interferenzmuster 76 erzeugt, dessen Wellenfront in einer Ebene liegt.
Aus den Daten dieses Interferenzmusters können Fehlstellen auf einfache Weise entdeckt werden.
Um eine Anpassung an eine sich ändernde Kontur des Gegenstandes zu ermöglichen ist vorgesehen, dass das empfangene Interferenzmuster 76 mit einem Sollmuster verglichen wird und dass bei Abweichung des empfangenen Interferenzmusters 76 zu dem Sollmuster eine erneute Ermittlung der aktuellen Kontur des Gegenstandes 66 erfolgt, indem — auch während eines Messvorgangs - ausgehend von dem Prüfkopf 60 eine beispielsweise planare Wellenfront 64 auf den Gegenstand 66 abgesendet wird, um eine erneute Konturmessung vorzunehmen, die sodann der weiteren Messung zu Grunde gelegt wird.

Claims

PatentansprücheVerfahren und Schalfangsanordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen mittels Ultraschallwellen
1. Verfahren zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen (12, 24) wie Rohren oder Blechen durch Reflexion von Ultraschallwellen an Fehlstellen (20, AF) der Struktur des Gegenstandes (12, 24) erzeugt werden, umfassend die Verfahrensschritte:
- Aussenden einer kompletten Wellenfront auf zumindest einen zu prüfenden Abschnitt des Gegenstandes (12, 24) mittels einer Vielzahl unabhängiger Sendeelemente (ELI -ELN), - Empfangen einer von der Struktur des Gegenstandes reflektierten Welle mittels einer Vielzahl voneinander unabhängiger Empfangselemente (ELI -ELN), - Digitalisieren der von den Empfangselementen (ELI - ELN) empfangenen Signalen, - Speichern der digitalisierten Signale nach Amplitude und Laufzeit in einem Speicherelement (SP), dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlstellen (20) durch eine phasenstarre Addition der gespeicherten Amplitudenwerte längs einer Laufzeit erkannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines auf einer äußeren Oberfläche (54) des Gegenstandes (12, 24) liegenden Fehlstelle (Außenfehler) (20, AF) die von der Fehlstelle (20, AF) ausgehenden Punktwellensignale ausgewertet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der äußeren, d. h. dem Prüfkopf (14, 26, 28) zugewandten Oberfläche des Gegenstandes (12, 24), liegende Fehlstelle (AF) durch eine Addition derjenigen in dem Speicherbaustein (SP) hinterlegten Amplitudenwerte erfolgt, welche von von dem Außenfehler (AF) ausgehenden Punktwellensignale abgeleitet werden.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Addition senkrecht oder im Wesentlichen Senkrecht zu Interferenzmustern der empfangenen Amplitudenwerte der Punktwellen der Außenfehler (AF) verläuft.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenfehler (AF) durch Vergleich des bei der phasenstarren Addition der gespeicherten Amplitudenwerte längs einer Laufzeit ermittelten Summensignals mit dem bei der Addition der Amplitudenwerte der Interferenzmuster ermittelten Summensignal erfolgt, wobei ein Außenfehler (AF) vorliegt, wenn beide Summensignale eine Fehlstelle anzeigen (Koinzidenzverfahren).
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Sendeelemente (ELI — ELN) zur Einstellung eines an die Messbedingungen wie Fehlerart, Fehlergröße, Materialart, Materialform ange- passten Einstrahlwinkels α zeitverzögert angesteuert werden (phasing).
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Fehlerortes eine laufzeitabhängige Amplitudenkorrektur des bei der Addition ermittelten Summensignals durchgeführt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Signale nach ihrer Digitalisierung zur Dateneduktion gefiltert, vorzugsweise wavelet-gefiltert werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur einer Oberfläche (68, 70) des zu prüfenden Gegenstandes (12, 24, 66) erfasst und abgespeichert wird, dass die unabhängigen Sendeelemente (ELI - ELN) derart zeitverzögert angesteuert werden, dass die ausgehende Wellenfront (74) parallel oder in etwa parallel zu der Kontur der Oberfläche (68, 70) des Gegenstandes (66) verläuft und dass die von dem Gegenstand (66) reflektierten Wellen zeitverzögert empfangen werden und ein im Wesentlichen planares Interferenzmuster (76) erzeugen.
10. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Kontur eines Gegenstandes (12, 24, 66) durch Verarbeitung von Signalwellen, die durch Reflexion von Ultraschallwellen an Fehlstellen (20, AF) der Struktur des Gegenstandes (12, 24) erzeugt werden, umfassend die Verfahrensschritte:
- Aussenden einer kompletten Wellenfront auf die zumindest eine zu prüfende Kontur des Gegenstandes (12, 24, 66) mittels einer Vielzahl unabhängiger Sendeelemente (ELI -ELN), - Empfangen einer von der Struktur des Gegenstandes reflektierten Welle mittels einer Vielzahl voneinander unabhängiger Empfangselemente (ELI — ELN), - Digitalisieren der von den Empfangselementen (ELI - ELN) empfangenen Signalen, - Speichern der digitalisierten Signale nach Amplitude und Laufzeit in einem Speicherelement (SP), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur einer Oberfläche (68, 70) des zu prüfenden Gegenstandes (12, 24, 66) erfasst und abgespeichert wird, dass die unabhängigen Sendeelemente (ELI - ELN) derart zeitverzögert angesteuert werden, dass die ausgehende Wellenfront (74) parallel oder in etwa parallel zu der Kontur der Oberfläche (68, 70) des Gegenstandes (66) verläuft und dass die von dem Gegenstand (66) reflektierten Wellen zeitverzögert empfangen werden und ein im Wesentlichen planares Interferenzmuster (76) erzeugen.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfar des Gegenstandes (66) ermittelt wird, indem eine beispielsweise planare Wellenfront (64) auf die zu prüfende Kontur ausgesendet wird, dass die von der Konfar des Gegenstandes (66) reflektierten Wellen mittels der Vielzahl voneinander unabhängigen Empfangselemente (ELI - ELN) empfangen, digitalisiert und die digitalisierten Signale zumindest nach Laufzeit in dem Speicherelement (SP) gespeichert werden, dass aus einem definierten Abstand (A) des Prüfkopfes zum Gegenstand (66) und den unterschiedlichen Laufzeiten der empfangenen Signale die Kontur des Gegenstandes berechnet wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus den empfangenen Signalen ermitteltes Interferenzmuster (76) mit einem Sollmuster verglichen wird und dass bei einer Abweichung von dem Sollmuster eine erneute Konturmessung erfolgt.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachbestimmung der Kontur des zu prüfenden Gegenstandes während eines Messvorgangs erfolgt.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Konfar des zu prüfenden Gegenstandes (66) verlaufende Wellenfront (74) durch zeitverzögertes Aussenden von Schallimpulsen erzeugt wird.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das empfangene planare Interferenzmuster (76) durch zeitversetztes Ansteuern der voneinander unabhängigen Empfangselemente (ELI - ELN) in Abhängigkeit von den in dem Speicher hinterlegten Konturwerten empfangen werden.
16. Schalfangsanordnung (22) zur Verarbeitung von Signalen, die bei der zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen wie Rohren, Blechen durch Reflexion von Ultraschallwellen an Fehlstellen der Struktur des Gegenstandes erzeugt werden, umfassend eine Signalerfassungseinheit (38) mit einem Pulserzeuger (PE) zum Ansteuern von Sende-/Empfangselemente (ELI - ELN) zur Aussendung einer kompletten Wellenfront und zur Umschaltung der Sende- /Empfangselemente (ELI - EL2) auf Empfang, wobei ein Multiplexer (MUX) vorgesehen ist, über den an dem Empfangselementen anliegende Analogsignale A/D-Wandlern (AD1 - ADN) zuleitbar sind, deren Ausgänge mit einem Speicherelement (SP) zur Speicherung digitalisierter Signale verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten Signale in dem Speicherelement (SP) bezüglich ihrer Signalamplifade und Laufzeit gespeichert sind und dass dem Speicherelement (SP) ein Summierelement (SUM) zur phasenstarren Addition der in dem Speicherelement (SP) hinterlegten Amplitudenwerte nachgeschaltet ist und dass an einem Ausgang der Summenschaltung (SUM) ein bezüglich der Fehlstelle (20) auswertbares Signal anliegt.
17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Summierelementes (SUM) vorzugsweise über ein Interface I mit einer Auswerteschalfang (46) verbunden ist, in der ein Ausgang des Summierelementes (SUM) mit einer Signalverarbeitungsschaltung (46) verbunden ist, welches ein oder mehrere Auswertebausteine (Fl, F2) zur weiteren Bewertung und Auswertung des am Ausgang des Summierelementes (SUM) anliegenden Signals aufweist.
18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertebausteine (Fl, F2) eine Koinzidenzschaltung zum Vergleich der Summensignale bei phasenstarrer Addition der Amplitudenwerte längs einer Laufzeit mit den Summensignalen bei Addition der Amplifadenwerte der Punktwellensignale von Außenfehlern aufweist.
19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkopf (14, 26, 28) als Phased Array Transducer ausgebildet ist.
20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangselemente (ELI - ELN) gleichzeitig oder phasenverschoben (phasing) ansteuerbar sind
21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-ZEmpfangselemente (ELI - ELN) als eine Einheit ausgebildet sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeelemente und Empfangselemente als getrennte Einheiten ausgebildet sind.
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