DE2753472A1

DE2753472A1 - Verfahren zur automatischen eigenueberwachung von zerstoerungsfreien pruefanlagen

Info

Publication number: DE2753472A1
Application number: DE19772753472
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing Grad Lather; Karl Ing Grad Ries
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1977-11-28
Publication date: 1979-05-31
Also published as: CA1128622A; GB2008755B; US4240281A; GB2008755A; FR2410277A1; JPS5483882A; IT7830167A0; IT1100359B

Description

PATENTANWALTSBÜRO ERLlN — MÖNCHEN PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-INQ. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33

Fall 12 403/Mjr/Hk 28. 11. 1977 Mannesmann Aktiengesellschaft, 4000 Düsseldorf 1

Verfahren zur automatischen Eigenüberwachung von zers törungs freien Prüfanlagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Eigenüberwachung von zerstörungsfreien Prüfanlagen innerhalb der Betriebstaktzeit.

Bei dem heute üblichen Stand der Technik werden z. B. Ultraschall-Prüfanlaiisn auf ihre Funktionsfähigkeit nur bedingt überprüft. Di·.? Überprüfung von LTiLtraschallanlagen erfolgt beim Justieren mittels Testproben üsw. statisch anhand von z. B. vorher "eingestelltenUferten/der Ultraschall-Prüfelektroniken bzw. duFc.h^?sogenannte*'dynamische Funktionskontrollen, die vom Prüfling abgeleitet werden. Alle diese Überprüfungen haben/ den Nachteil, daß nur Einzelfunktionen der Gesamtanlage überprüft werden und bei Abweichungen vom Sollwert diese Einzelfunktion meist wieder justiert wird ohne die gesamte Prüfanlage auf ihre volle Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Bei Funktionsausfällen von Anlagen ist eine umfangreiche Fehlersuche notwendig, die meist nur mit besonders geschultem Personal und unter erheblichem Zeitaufwand durchgeführt werden kann.

Heutige Überprüfungen von Anlagen beziehen sich hauptsächlich auf die Aniplitudenübertragung; alle anderen Kriterien der Anlage wie mechanischer Verschleiß, ungewollte mecha-

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nische Verstellung während des Betriebes, langsame elektronische Veränderungen wie Driften, Altern usw. werden meist nur sekundär berücksichtigt und zwar dadurch, daß der von den Testproben vorgegebene Wert wieder mittels aller zur Verfügung stehender Einstellmöglichkeiten justiert wird, ohne daß die eigentliche Ursache erkannt und beseitigt wird. Durch diese Vorgehensweise werden auch schwerwiegende Störungen an Prüfanlagen, die jedoch nicht unmittelbar zum Ausfall oder sichtbaren Defekt führen, nicht bemerkt und nur mit Undefinierten Veränderungen der Einstellung kompensiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur vollständigen Eigenüberwachung von zerstörungsfreien Prüfanlagen zu schaffen, welches die beschriebenen Unzulänglichkeiten ausschaltet, die gesamte Prüfanlage ständig unter Betriebstaktzeit und -bedingungen überprüft und gezielte Aussagen über den Zustand der Anlage und notwendige Reparaturen macht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Eigenüberwachung vorgeschlagen, wie es in den Patentansprüchen beschrieben ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Automatisierungslücke bestehender Verfahren geschlossen und die Prüfanlagen von den meist empirischen Erfahrungen des Bedienungs- und Instandhaltungspersonals unabhängig.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es weiterhin, zerstörungsfreie Prüfanlagen im Hauptfluß der Produktion unter Anpassung an die betriebliche Taktzeit vollständig zu überprüfen und eine dynamische Anlagenkontrolle innerhalb der Betriebstaktzeit durchzuführen.

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Das erfindungsgeraässe Verfahren soll nachfolgend an Hand

der Zeichnungen beispielsweise durch mögliche Ausführungsformen

für die Ultraschallprüfung näher erläutert werden.

Es zeigen:

FIG. 1 Ein Blockschaltbild für eine Ultraschallpznifanlage

FIG. 2 Einstellkriterien einer Ultraschallprüfanlage

FIG. 3 Amplitudeα-Zeit Darstellung einer Einstellung auf einen Testfehler

FIG. 4 Ein Blockschaltbild für eine Ultraschallprüfanlage mit Eigenüberwachung

FIG. 5 Amplituden-Zeit Darstellung eines Überprüfungsimpulses

FIG. 6 Amplituden-:')it Darstellung von Überprüfungsimpulsen für die Linearitätsüberprüfung

FIG. 7 Amplituden-Zeit Darstellung von Überprüfungsimpulsen für· die Frequenzgangmessungen.

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Asi Beispiel einer Ultraschallanlage soll der Stand der Technik und das neue Verfahren zur Eigenüberwachung näher erläutert werden. (Fig. 1-3)

FIG. 1 zeigt das Blockschaltbild einer üblicherweise mit mehreren Prüfköpfen 3 bestückten und mit mehreren Prüffunktionen versehenen Ultraschallanlage. Der Prüfling 1 (in diesem Beispiel ein Rohr) wird durch die Prüfmechanik 2 an die Prüfköpfe 3 angekoppelt. Dia Prüfköpfe 3 werden durch-dem Stand der Technik entsprechende- Sender 4a entsprechend den !Prüfprogrammen angeregt. Die von den Prüfköpfen 3 empfangenen Signale werden in Vorverstärkern 4b vorverstärkt und einem oder mehreren Hauptverstärkern 5 zugeleitet. Die Hauptverstärker 5 dienen zur Signalverstärkung und -umformung für die nachgeschalteten Bewertungsgeräte 6, im wesentlichen Amplituden- oder Laufzeitdiskriminatoren. Die so erhaltenen Prüfergebnisse werden meist in weiteren AnpaßSchaltungen 7 zur Registrierung oder Markierung weiterverarbeitet. Eine Steuerung 8 sorgt meist für den Prüfablauf des Prüflings und für die Steuerung innerhalb der Prüfelektronik. Eine Überwachung der Prüfanlage erfolgt nach dem Stand der Technik entweder mit vom Prüfling abgeleiteten Signalen wie s.g. Rückwandechos oder Durchschallungsechos in vorgegebenen Laufzeitbereichen oder mittels eines Testkörpers, der von Zeit zu Zeit statt des Prüflings in die Mechanik eingelegt wird. Dieser Testkörper dient auch dazu die Prüfanlage für die entsprechende Prüfaufgabe zu justieren und besteht vorwiegend aus dem gleichen Material wie der Prüfling mit eingebrachten Testfehlern wie Bohrungen, Nuten usw.

Die Kriterien, nach denen sich die Einstellungen der Anlage und die spätere Prüfinformation ableiten, sind in Fig. 2 am Beispiel einer Rohrprüfanlage dargestellt:

* vorgegebenen .

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Der Prüfkopf 3 ist mechanisch in einer nicht weiter dargestellten Prüfmechanik befestigt und wird von einem Sender 4a durch einen Sendeimpuls 12 zu akustischen Schwingungen angeregt. Der Sendeimpuls 12 kann dabei in manchen Fällen z. B. in seiner Anstiegssteilheit, Breite und Abfallsteilheit soweit variiert werden, daß eine optimale Anpassung zwischen Sender 4a und Prüfkopf 3 erfolgt. Mit ausschlaggebend für das spätere Prüfergebnis sind mechanische Parameter wie der Abstand zwischen Prüfkopf und Fehlererwartungsbereich 9, der Einschallwinkel 10 in den Prüfling 1 und der Abstand 11 zwischen Prüfling 1 und Prüfkopf 3. Die vom Testfehler 14 reflektierten Signale 14a werden über Vorverstärker 4b bei Verwendung mehrerer Prüfköpfe 3 auf einen einheitlichen Spannungspegel gebracht und durch einen oder mehrere Hauptverstärker 5 weiter verstärkt, teilweise gleichgerichtet und an nachgeschaltete Auswertegeräte 6 weitergeleitet.

In Fig. 3 ist eine Amplituden/Zeit-Darstellung der so erhaltenen Signale aufgezeichnet. Dem die Prüfköpfe 3 anregenden Sendeimpuls 12 folgt zeitlich später ein Eintrittsecho 13» welches durch Reflektion des Ultraschalls am Prüfling 1 erzeugt wird. Zeitlich folgt das Signal des Testfehlers 14a, welches Aufschluß über die Fehlergröße und -lage geben soll. Die Zeitdifferenz 17 zwischen Sendeimpuls 12 und Testfehlersignal 14a ist dabei ein Maß für die Lage des Prüfbereichs.

Es ergibt sich somit, daß sowohl die Zeitdifferenz 17 und die Amplitude des Testfehlersignals 14a einerseits von der Beschaffenheit des Testfehlers 14 und andererseits vom Abstand des Prüfkopfes 3 vom Prüfling 1, dem Einschallwinkel 10 und dem Abstand 9 zwischen Prüfkopf und Testfehler 14 beeinflußt werden.

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Weitere Kriterien zur Erhaltung des endgültigen Auswertesignals ergeben sich durch die meist individuelle Einstellung von Vorverstärkern 4b, Sendern 4a und Hauptverstärkern 5· Man kann mit einem der aufgeführten Parameter Abweichungen des Sollzustandes des Prüfsignals soweit verändern, daß Unzulänglichkeiten anderer Parameter zwar kompensiert jedoch nicht ausgeschaltet werden. Die Bestimmung des Auswertebereichs erfolgt weiterhin meist über Torschaltungen, die in den Auswertegeräten 6 enthalten sind. Mittels dieser Torschaltungen werden durch Zeitmessungen 16 und 18 Zeitbereiche freigegeben, in denen das Prüfsignal erwartet wird. In den Auswertegeräten 6 werden weiterhin bei der AmplitudeabeWertung Diskriminatoren benutzt, die auf Über- oder Unterschreitung einer vorgegebenen Amplitude 15 Alarme auslösen. In vielen Fällen wird bei der Rohrprüfung die Funktion der gesamten Prüfanlage noch dadurch überwacht, daß ein zweiter Prüfkopf 3a das durch den Prüfling gehende Signal in s.g.Durchschallung aufnimmt und überwacht. Bei dieser Art der Überwachung gehen jedoch sämtliche Parameter des Prüflings wie Geometrie, Dimeiisionsabweichungen, Ankopplung der Prüfköpfe 3 und 3a an den Prüfling usw. so stark ein, daß bestenfalls nur auf grundsätzliche Funktionsfähigkeit eines Teilbereichs der Prüfanlage geschlossen werden kann. Da bei dieser Art der Überwachung teilweise andere Geräte, z.B. Vorverstärker 4b und Auswertegeräte 6 benutzt werden als bei der Prüfung, wird die Gesamtanlage nicht ausreichend überprüft.

Die erfindungsgemässe Eigenüberwachung von zerstörungsfreien Prüfanlagen soll anhand der Zeichnungen Fig. 4, 5, 6 und 7 erläutert werden.

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Fig. 4 zeigt wiederum im Blockschaltbild eine mögliche Ausführungsform einer Ultraschallprüfanlage für Rohre. Der Prüfling 1 wird durch die Prüfmechanik 2 an die Prüfköpfe 3 angekoppelt. Die verwendeten Geräte Sender/Empfänger 4a, b, Hauptverstärker 5, Auswertegeräte 6, Anpaßschaltungen 7 und Steuerung 8 entsprechen im wesentlichen den üblicherweise verwendeten und dem Stand der Technik entsprechenden Ultraschallprüfgeräten. Über einen vorzugsweise elektronischen Umschalter 23 werden diese Geräte wahlweise an die Prüfköpfe 3 zur Prüfung oder an eine Impulserzeugungseinheit 24, die zur Erzeugung definierter und reproduzierbarer Impulse dient, geschaltet. In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Eigenüberwachung von zerstörungsfreien Prüfanlagen werden in der Impulserzeugungseinheit 24 definierte Signale erzeugt und innerhalb der betrieblichen Taktzeit z. B. vor der Prüfung eines Prüflings 1 statt der Prüfköpfe 3 an die Prüfelektronik angeschlossen. Da die in der Impulserzeugungseinheit 24 erzeugten Signale definiert sind, kann am Ausgang der Prüfelektronik und Auswertung z. B. am Ausgang der Auswertegeräte 6 oder Anpaßschaltungen 7 das von der Prüfelektronik verarbeitete Signal durch eine Überwachungseinheit 19 überprüft werden. Die Überwachungseinheit 19 wird dabei wie die Impulserzeugungseinheit 24 und der Umschalter 23 von der Steuerung 8 freigegeben.

Sämtliche Funktionen der Prüfelektronik wie Freimachen der Auswertegeräte 6, Anpaßschaltungen 7 sowie der Ablauf zumindestens eines kompletten Prüfzyklusses müssen zur vollständigen Überprüfung der Prüfelektronik freigegeben werden. Nach Ablauf zumindestens eines Prüfzyklusses kann durch die Überwachungseinheit 19 jede einzelne Prüffunktion auf ihren Sollwert überprüft werden. Bei Ausfall bzw. Abweichung der Daten einzelner Prüffunktionen von ihrem Sollwert können durch logische Auswertungen innerhalb der Überwachungseinheit 19 defekte einzelne Geräte ermittelt und durch optische Anzeigen

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20 oder akustische Anzeigen 22 gekennzeichnet werden. Wahlweise kann durch die Überwachungseinheit 21 auch eine Protokollierung des Zustandes durch entsprechende Drucker oder dergleichen 21 erfolgen.

Die in der Impulserzeugungseinheit 24 erzeugten Überwachungssignale sind der Art und dem Umfang der Eigenüberwachung
angepaßt.

Fig. 5 zeigt beispielsweise ein zur Empfindlichkeitsüberprüfung und Überprüfung der Auswertegeräte verwendetes, reproduzierbares Signal 25. Die Erzeugung des Signals 25 kann z. B. durch den von den Sendern 4a über den Umschalter 23
auf die Impulserzeugungseinheit 24 gelangenden Sendeimpuls abgeleitet und nach einer definierten Zeit 26 in die Empfänger 4b mit vorgegebener Signalform und Amplitude eingespeist werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Überprüfung der Linearität der Prüfelektronik zeigt Fig. 6.

Die Erzeugung des Überviachungssignals kann dabei wie in Fig. 5 beschrieben erfolgen, nur daß das Signal über mehrere Prüfzyklen beispielsweise durch einen dem Stand der Technik entsprechenden fernsteuerbaren Abschwächer in der Amplitude definiert taktweise verändert wird.

Eine weitere Möglichkeit zur Überprüfung des Frequenzganges
von Prüfelektroniken zeigt Fig. 7.

Die Erzeugung der Überprüfungssignale 25 erfolgt wie in Fig. beschrieben, jedoch werden die Überprüfungssignale 25
von Takt zu Takt ζ. B. durch einen fernsteuerbaren Frequenzgenerator in ihrer Frequenz variiert.

Wenn die Prüfung der Prüfelektronik durchgeführt wurde, kann z. B. die Funktion der Prüfköpfe dadurch überprüft werden, daß ein definierter Reflektor im unmittelbaren Wirkungskreis der Prüfköpfe 3 angeschallt wird.

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Die Überprüfung der Prüfköpfe 3 kann z. B. durch bereits bekannte Prüfköpfe 3 mit einem Draht oder einer Bohrung als Bezugsreflektor (s. Patentanmeldung P 2726400.2) erfolgen. Diese Prüfköpfe werden als Ersatz von Testproben zum Einstellen von Prüfanlagen verwendet, sie können weiterhin Funktionen zur Eigenüberwachung übernehmen.

Bei der Überprüfung der Prüfköpfe erfolgt keine Umschaltung des Schalters 23, lediglich die Überwachungseinheit 19 und die gesarate Prüfelektronik werden aktiviert.

Die Überwachung der Gesamtanlage kann nach vorheriger Überprüfung der Elektronik und der Prüfköpfe dadurch erfolgen, daß ein Prüfling 1 mit bekannten jedoch nicht unbedingt definiert hergestellten Fehlern mehrmals durch die Prüfanlage gefahren wird. Als Folge der vorstehend beschriebenen Maßnahmen kann davon ausgegangen werden, daß keine Mängel in der Elektronik und den Prüffcöpfen vorhanden sind. Da bei der Gesamtüberprüfung immer derselbe Prüfling 1 verwendet wird, können Abweichungen vom bekannten Prüfergebnis z. B. eines Teilabschnitts des Prüflings 1 nur durch die Prüfmechanik 2, d. h. Änderungen des Prüf winkeis 10, Abstandes 11 zwischen Prüfkopf 3 und Prüfling 1 und/oder Abstandes 9 hervorgerufen werden. Bedingung dabei ist jedoch eine reproduzierbare Führung der Prüfmechanik 2 am Prüfling 1 und Prüfung am gleichen Teilstück des Prüflings.

- Patentansprüche -

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche:

' 1.)Verfahren zur automatischen Eigenüberwachung von zerstörungsfreien Prüfanlagen beispielsweise einer mit mehreren Prüffunktionen versehenen US-Anlage innerhalb der Betriebstaktzeit mit Sendern, Vor- und Hauptverstärkern mit Signalverstärkung und Signalumformung für eine nachgeschaltete Bewertung, dadurch gekennzeichnet, daß ein von den Prüfköpfen unabhängiges Referenzsignal in die Prüfanlage eingegeben wird mit dem unmittelbar hintereinander zunächst die Signalerzeugung und die Signalverarbeitung anschließend die Signalerzeugung und die Signalverarbeitung zusammen mit den Meßwertgebern bzw. Meßwertaufnehmern und abschließend die Signalerzeugung und die Signalverarbeitung, die Meßwertgeber bzw. die Meßwertaufnehmer zusammen mit den mechanischen Einstellparametern derart stufenweise überprüft werden, daß bereits für Teilfunktionen Anzeigen von Abweichungen vom Sollwert vorliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen vom Sollwert während des Uberwachungsvorganges korrigiert werden können.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden-Übertragung innerhalb der Signalerzeugung und Signalverarbeitung mit Hilfe von in Form und Amplitude definiert vorgegebener Impulse überprüft werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearität der Übertragung innerhalb der Signalerzeugung und Signalverarbeitung mit Hilfe über mehrere Prüfzyklen in ihrer Amplitude definiert abgeschwächter oder verstärkter Impulse überprüft wird, wobei die Form der Impulse unverändert bleibt.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgang der Übertragung innerhalb der Signalerzeugung und Signalverarbeitung durch Impulse gleiche Amplitude,jedoch über mehrere Prüfzyklen definiert unterschiedlicher Frequenz überprüft wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverhalten der Übertragung innerhalb der Signalerzeugung und Signalverarbeitung durch

mehrere in ihrer Amplitude und Form konstanten, jedoch im Zeitabstand über mehrere Prüfzyklen definiert verändert werden, überprüft wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertgebung und Meßwertaufnahme mit Hilfe einer Referenzprüfung zusammen mit der Signalerzeugung und Signalverarbeitung überwacht wird.
8. Verfahren nach deα Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekenn* zeichnet, daß die Parameter der mechanischen Einstellung der Meßwertgebung und Meßwertaufnahme zusammen mit der Signalerzeugung und Signalverarbeitung mit Hilfe eines mit bekannten Fehlern behafteten Prüflings überwacht werden.

* Signale, die

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