DE4421847C2 - Vorrichtung zum Messen von Unregelmäßigkeiten in Behälterinnenwänden mit Ultraschall - Google Patents
Vorrichtung zum Messen von Unregelmäßigkeiten in Behälterinnenwänden mit UltraschallInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von
Unregelmäßigkeiten in Behälterinnenwänden mittels Ultraschall,
gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2, wie er aus der EP 0 493 146 A1 bekannt ist.
Sie wird insbesondere zum Vermessen von Unregelmäßigkeiten wie
Fehlstellen und Wanddickenänderungen in Rohrleitungen verwen
det. Die Ultraschallstrahler sind dabei üblicherweise in Form
eines Ringes auf einer Außenoberfläche eines Zylinders ange
ordnet. Der Zylinder dient als Prüfsystemträger und wird
konzentrisch hinsichtlich des zu prüfenden Rohres angeordnet.
Üblicherweise ist das Rohr mit Wasser gefüllt. Zum Vermessen
der Unregelmäßigkeiten des Rohres wird der Zylinder durch das
wassergefüllte Rohr bewegt. Dabei werden die Unregelmäßigkeiten
in den Rohrinnenwänden durch Nachweis des von den Ultraschall
strahlern emittierten, an der Rohrinnenwand und von Fehlern in
einer bestimmten Tiefe unter der Behälterinnenwand reflektier
ten und von der Nachweiseinrichtung nachgewiesenen Ultraschalls
vermessen.
Das Nachweisvermögen dieser bekannten Vorrichtung ist dadurch
begrenzt, daß die Fokussierung einer Gruppe von Ultraschall
strahlern schwierig ist. Dies liegt zum einen daran, daß auf
grund der ringförmigen Anordnung die einzelnen Ultraschall
strahler einer Gruppe voneinander wegstrahlen, was eine natür
liche Defokussieren des Schallfeldes zur Folge hat. Des weiteren
ist der Abstand zwischen der zu vermessenden Rohrinnenwand und
dem zylindrischen Prüfsystem gering, was zur Folge hat, daß die
Schallfelder von nur wenigen der einzelnen Ultraschallstrahler
überlagerungsfähig sind. Somit ist die Fokussierung des Prüf
systems nur schwach ausgeprägt.
Aus der US-PS 3,916,675 ist weiterhin eine Vorrichtung zur Untersuchung von Behäl
tern bekannt. Die Ultraschallsonden sind auf eine außerhalb und zentrisch zu dem Behäl
ter angeordneten Spirallinie angeordnet und strahlen durch den Behälter auf den Ultra
schallempfänger, der auf der Achse des Behälters angeordnet ist.
Diese Vorrichtung ist demnach anders aufgebaut als die Vorrichtung gemäß dem Ober
begriff des Anspruchs 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Vorrichtung mit einem besseren Nachweisvermögen für Fehlstellen
zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß die
von den einzelnen Ultraschallstrahlern emittierten Schallfelder
aufeinander zu gerichtet sind. Hierdurch wird eine natürliche
Fokussierung des gesamten Ultraschallfeldes der Ultraschall
strahler erreicht, so daß eine verbesserte Fokussierung mit der
Vorrichtung erzielt werden kann.
Vorteilhafterweise sind die Ultraschallstrahler auf der Innen
fläche eines Hohlzylinders angeordnet. Dies ist dann zweck
mäßig, wenn die Vorrichtung zum Vermessen von Rohrinnenwänden
und von Fehlern in einer bestimmten Tiefe unter der Rohrinnen
wand verwendet wird, da dann der Hohlzylinder achsensymmetrisch
in dem Rohr angeordnet werden kann. Die Ultraschallstrahler
können ringförmig auf der Innenfläche des Hohlzylinders
angeordnet sein. Zusätzlich zu der besseren Fokussierung
aufgrund der konkaven Innenfläche des Hohlzylinders wird die
Fokussierung bei dieser Anordnung dadurch verbessert, daß der
Abstand zwischen den Ultraschallstrahlern und der zu vermes
senden Behälter-/Rohrinnenwand und von Fehlern in einer be
stimmten Tiefe unter der Rohrinnenwand, auf welche der
Ultraschall fokussiert wird, relativ groß ist. Dadurch kann
eine größere Anzahl von Ultraschallstrahlern zu dem Schallfeld
im Fokus auf der Rohrinnenwand beitragen und die Fokussierung
wesentlich verbessern. Da bei dieser Anordnung das Meßsignal
erheblich vergrößert wird, wird ebenfalls eine Verbesserung der
Prüfempfindlichkeit und des Signal-zu-Rauschverhältnisses
erreicht. Insgesamt führt dies zu einer Verbesserung des Nach
weisvermögens von Unregelmäßigkeiten wie Fehlstellen und Wand
dickenänderungen. Diese Anordnung der Vorrichtung ist bei
spielsweise auch zum Vermessen von ringartigen Behältern oder
zum Vermessen von Turbinenwellen mit Zentralbohrung vorteil
haft.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der
Hohlzylinder jeweils auf der den Ultraschallstrahlern gegen
überliegenden Seite für Ultraschall durchlässig. Dann kann das
Ultraschallfeld der Ultraschallstrahler bzw. einer Gruppe der
Ultraschallstrahler so gewählt sein, daß der Ultraschall in
einer senkrechten Richtung zu der Hohlzylinderfläche abge
strahlt wird. Der Ultraschall kann auf der durchlässigen Seite
des Hohlzylinders aus letzterem austreten und auf die Innenwand
des Rohres oder in eine bestimmte Tiefe unter der Rohrinnen
wand, worauf er fokussiert wird, auftreffen, wobei die Rohr
innenwand bzw. die darunter liegende Stelle auf Unregelmäßig
keiten in Form von Fehlstellen, Rissen, Korrosion ect. überprüft
wird. Günstigerweise können die Ultraschallstrahler auf
Wandsegmenten des Hohlzylinders angeordnet sein, und der
Hohlzylinder kann gegenüber den Wandsegmenten jeweils eine
Aussparung aufweisen. Hierdurch wird eine mechanisch einfache
Realisierung des erfindungsgemäßen Hohlzylinders erreicht.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung
können die Wandsegmente als zu der Hohlzylinderachse symme
trische Streifen entlang eines Teilumfangs des Hohlzylinders
ausgebildet sein. Die Wandsegmente sind dann in zu der Hohl
zylinderachse senkrechten Ebenen angeordnet und es ergibt sich
eine einfache Geometrie. Die Wandsegmente können
sowohl in Umfangsrichtung
als auch axial zueinander versetzt sein. Somit kann mit den auf
den Wandsegmenten angeordneten Ultraschallstrahlern ein großer
Bereich der zu vermessenden Rohrinnenwand und der darunter
liegenden Volumenbereiche abgedeckt werden. Durch die Verset
zung der Wandsegmente werden die Aussparungen des Hohlzylinders
automatisch gebildet. Ferner können die Wandsegmente axial
zueinander beabstandet und über Verbindungselemente miteinander
verbunden sein. So kann die gesamte Hohlzylinderwand in
einfacher Weise aus Wandsegmenten gebildet werden. Auch können
die Wandsegmente so zueinander in Umfangsrichtung versetzt sein, daß das
jeweils zu einem ersten Wandsegment axial benachbarte Wandseg
ment die Fortsetzung in Umfangsrichtung des ersten Wandsegments bildet,
und der gesamte Hohlzylinderumfang durch die Wandsegmente
abgedeckt wird. Auf diese Weise können die Schallfelder der
Ultraschallstrahler, welche auf den Wandsegmenten angeordnet
sind, auf den gesamten Umfang der zu vermessenden Rohrinnenwand
oder in eine bestimmte Tiefe unter die Rohrinnenwand fokussiert
werden, und die Rohrinnenwand kann an verschiedenen Stellen
entlang der Rohrlänge vermessen werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann die Wand des Hohlzylinders als ein spiralförmig
angeordneter bandartiger Streifen ausgebildet sein. Durch diese
spiralförmige Anordnung wird erreicht, daß der dem Band bzw.
der darauf angeordneten Ultraschallstrahler gegenüberliegende
Bereich des Hohlzylinders kein Material aufweist und somit für
den Ultraschall durchlässig ist. Die Steigung der Spirale muß
geeignet gewählt werden, daß der von den Ultraschallstrahlern
emittierte Ultraschall auf die gegenüberliegende zu vermessende
Rohrinnenwand gerichtet werden kann.
Auch kann es vorteilhaft sein, wenn eine Gruppe der Ultra
schallstrahler geneigt angeordnet ist. Dann kann auch ein
Bereich der Rohrinnenwand und von Fehlern in einer bestimmten
Tiefe unter der Rohrinnenwand vermessen werden, der den
Ultraschallstrahlern nicht in der zu der Hohlzylinderachse
senkrechten Ebene gegenüberliegt, sondern entsprechend darüber
oder darunter liegt. Durch eine derartig geneigte Anordnung der
einzelnen Elemente können unterschiedliche Fokussierungen in
Rohrachsenrichtung erreicht werden.
Gemäß einem weiteren günstigen Ausführungsbeispiel der Erfin
dung kann eine Gruppe der Ultraschallstrahler derart geneigt
angeordnet sein, daß ihre Ultraschallfelder an einem gegenüber
liegenden Ende des Hohlzylinders vorbeistrahlen. Bei dieser
Anordnung kann ein normaler Hohlzylinder mit durchgehender
Zylinderwand verwendet werden, welcher in seiner Herstellung
besonders einfach ist. Auch hier wird die bessere Fokussierung
durch Anordnung der Ultraschallstrahler auf der konkaven Innen
wand des Zylinders und aufgrund der längeren Laufwege des
Ultraschalls von den Ultraschallstrahlern zu der zu vermessen
den Rohrinnenwand und der damit verbundenen geringeren
Laufwegunterschiede der einzelnen Ultraschallstrahler erreicht.
Günstigerweise sind die Ultraschallstrahler derart phasenan
steuerbar, daß sie auf einen bestimmten Fokusabstand einstell
bar sind. Der Fokusabstand kann somit auf einfache Weise an
verschiedene zu vermessende Rohrinnendurchmesser angepaßt
werden. Auch können die Ultraschallstrahler derart phasenan
steuerbar sein, daß eine Schallabstrahlrichtung in Umfangsrichtung einer
Gruppe der Ultraschallstrahler wählbar ist. Somit können mit
der gleichen Gruppe der Ultraschallstrahler verschiedene
Bereiche in Umfangsrichtung der Behälterinnenwand vermessen werden. Wenn
nur ein Teilbereich der Innenfläche des Hohlzylinders,
wie etwa die Wandsegmente, mit Ultraschallstrahlern versehen
ist, kann auf diese Weise bei geeigneter Anordnung der Wand
segmente der gesamte Rohrumfang ohne Drehen des Zylinders
vermessen werden.
Vorteilhafterweise kann eine Verschiebeeinrichtung zum Bewegen
des Hohlzylinders in Richtung seiner Achse vorgegeben sein.
Somit kann durch einfaches Verschieben des Hohlzylinders in
Achsenrichtung die gesamte Innenwand eines Rohres in axialer
Richtung vermessen werden. Die Fokussierung der Ultraschall
strahler in axialer Richtung des Zylinders bzw. des zu vermes
senden Rohres wird somit einerseits durch die Fokussierung der
einzelnen Ultraschallstrahler und andererseits durch die axiale
Position des Zylinders hinsichtlich des zu vermessenden Rohres
erreicht. Auch kann der Hohlzylinder um seine Achse drehbar
sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Ultra
schallstrahler so angeordnet sind, daß nicht durch ihre Phasen
ansteuerung der gesamte Umfang der Rohrinnenwand vermessen
werden kann. Das Vermessen des Gesamtumfanges erfolgt in diesem
Fall durch Drehen des Hohlzylinders.
Auch ist es möglich, daß die verschiedenen Ausführungsbeispiele
des Hohlzylinders miteinander kombiniert werden
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher
beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer in einem zu
vermessenden Rohr angeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer in einem Rohr ange
ordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Überla
gerung der Schallfelder von Ultraschallstrahlern gezeigt ist;
Fig. 3 und 4 eine prinzipielle Darstellung der Vorrichtung aus
Fig. 2, bei der der Ultraschall einer Gruppe von Ultraschall
strahlern auf die Rohrinnenwand fokussiert wird;
Fig. 5 eine prinzipielle perspektivische Darstellung eines Aus
führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 6 eine prinzipielle perspektivische Darstellung eines wei
teren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine prinzipielle Darstellung
eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine prinzipielle Anordnung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Die Vorrichtung
ist in einem Rohr 1 angeordnet. Ultraschallstrahler 2 sind ent
lang einer konkaven Fläche der Vorrichtung angeordnet. Die
konkave Fläche wird hier durch eine Wandsegment 3 eines Hohlzy
linders 4 gebildet. Auf der den Ultraschallstrahlern 2 gegen
überliegenden Seite des Hohlzylinders 4 weist dieser eine
Aussparung 5 auf, so daß der von den Ultaschallstrahlern 2
emittierte Ultraschall zu der gegenüberliegenden Innenwand des
Rohres 1 gelangen kann. Der Hohlzylinder 4 ist achsensymme
trisch zu der Rohrachse 6 des Rohres 1 angeordnet. Die
Anordnung der Ultraschallstrahler 2 auf der Innenwand des
Hohlzylinders 4 ist ringförmig. Für eine Gruppe aus fünf
Ultraschallstrahlern 2 ist in der Figur dargestellt, daß die
Strahlrichtungen der Ultraschallstrahler 2 aufgrund der
konkaven Geometrie aufeinander zu gerichtet sind. Es wird somit
eine natürliche Fokussierung der Ultraschallelemente 2
erreicht.
In Fig. 2 ist eine entsprechende Anordnung von Ultraschall
strahlern 2 auf einem Wandsegment 3 eines Hohlzylinders 4,
welcher konzentrisch zu der Rohrachse 6 des Rohres 1 angeordnet
ist, gezeigt. Es ist für die Gruppe aus fünf Ultraschall
strahlern 2 gezeigt, wie durch Anlegen von Signalen 7 Ultra
schallfelder 8 von den Ultraschallstrahlern 2 emittiert werden
und sich gegenseitig überlappen. Aufgrund der konkaven Geo
metrie der Anordnung überlagern die Ultraschallfelder 8 von
mehreren Ultraschallstrahlern 2 als bei einer nicht konkaven
Anordnung. Somit trägt auch eine höhere Anzahl von Ultraschall
strahlern 2 zu dem resultierenden Schallfeld in dem zu vermes
senden Rohr 1 bei. Hierdurch wird eine verbesserte Fokussierung
des Ultraschalls erreicht. Da sich das Signal erhöht, erhält
man auch ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis und eine
bessere Prüfempfindlichkeit der Vorrichtung. Die Anregung der
Ultraschallstrahler 2 zum Aussenden von Ultraschall erfolgt mit
einer in der Figur nicht gezeigten Anregungseinrichtung, welche
die Signale 7 erzeugt. Die Ultraschallstrahler 2 weisen übli
cherweise piezoelektrische Elemente auf, so daß die Anregung
mittels elektrischer Signale erfolgt. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung wird üblicherweise zum Vermessen von Unregel
mäßigkeiten, wie Fehlstellen und Wanddickenänderungen in
Rohrleitungen verwendet. Es wird somit die gesamte Rohrwandung
auf Unregelmäßigkeiten vermessen. Hierzu ist etwa ein Puls-
Echo-Verfahren zweckmäßig, bei dem die von den Ultraschall
strahlern 2 emittierten Pulse an der Rohrinnenwand des Rohres 1
reflektiert und von den Ultraschallstrahlern 2 wieder empfangen
und in elektrische Signale verwandelt werden. Die elektrischen
Ausgangssignale der Ultraschallstrahler 2 werden von einer in
der Figur nicht gezeigten Nachweiseinrichtung nachgewiesen und
weiterverarbeitet. Das Rohr 1 ist mit Wasser gefüllt und die
die Ultraschallstrahler 2 enthaltende Vorrichtung, das Prüf
system, wird auf geeignete Weise, konzentrisch zu der Rohrachse
6 angeordnet und entsprechend zu dieser bewegt, und zwar abhän
gig davon, wie die Innenwand des Rohres 1 vermessen werden
soll.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 2. Für die Gruppe aus
fünf Ultraschallstrahlern 2 ist dargestellt, wie durch geeig
nete Phasenansteuerung der einzelnen Ultraschallstrahler 2 mit
den Signalen 7 ein gewünschter Fokusabstand des von der Gruppe
der Ultraschallstrahler 2 emittierten Ultraschalls eingestellt
werden kann. In der Figur ist die Phasenansteuerung so gewählt,
daß der Fokus der Gruppe der Ultraschallstrahler 2 auf der
gegenüberliegenden Innenwand des Rohres 1 liegt. In Fig. 4 ist
eine weitere Möglichkeit der Phasenansteuerung derselben Gruppe
von Ultraschallstrahlern 2 gezeigt, bei welcher der Fokus der
Gruppe der Ultraschallstrahler 2 ebenfalls auf der Innenwand
des Rohres 1 liegt. In diesem Fall ist jedoch die Phasenver
schiebung zwischen den die Ultraschallstrahler 2 anregenden
Signalen und damit zwischen dem von ihnen emittierten Ultra
schall so gewählt, daß der Fokus hinsichtlich der Zeichnung in
Fig. 3 axial versetzt wird. In Fig. 4 wird der Ultraschall
durch die Phasenansteuerung schräg, in Fig. 3 senkrecht hin
sichtlich der Symmetrieachse durch die Anordnung der Gruppe der
Ultraschallstrahler 2 in das Rohr 1 eingestrahlt. Es kann also
aufgrund der Phasenansteuerung der Ultraschallstrahler 2 mit
einer Gruppe ein Bereich in Umfangsrichtung in einer axialen Höhe des
Rohres 1 vermessen werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Ultraschallstrahler 2 auf
einer konkaven Fläche hat auch einen langen Laufweg des Ultra
schalls von den Ultraschallstrahlern zu der Rohrinnenwand zur
Folge. Zum einen hat dies den Vorteil, daß die Ultraschall
felder einer größeren Anzahl von Ultraschallstrahlern 2 über
lagerungsfähig sind und sich somit eine schärfere Fokussierung
erreichen läßt. Zum anderen hat der längere Laufweg auch zur
Folge, daß für eine gewünschte Phasenansteuerung, aufgrund
welcher der Ultraschall schräg in Rohrumfangsrichtung einge
strahlt werden kann, geringere Phasenunterschiede zwischen den
Ultraschallstrahlern 2 erforderlich sind, um einen bestimmten
Bereich des Rohres 1 zu vermessen. Zum Vermessen des
Rohres 1 kann das Prüfsystem zum einen durch eine nicht
gezeigte Verschiebeeinrichtung in Richtung der Achse 6 des
Rohres bewegt werden. Ferner kann das Prüfsystem um die Rohr
achse 6 gedreht werden, um weitere Bereiche des Rohres
1 auszumessen. Die Drehung des Prüfsystems um die Rohrachse 6
kann auch durch eine geeignete versetzte Anordnung von ver
schiedenen Gruppen von Ultraschallstrahlern 2 und durch deren
Phasenansteuerung, wie sie oben beschrieben wurde, ersetzt
werden.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung bzw. das
Prüfsystem ist in einem Rohr 1 symmetrisch zu der Rohrachse 6
angeordnet. Der Hohlzylinder besteht in dem gezeigten Beispiel
aus drei Wandsegmenten 3. Die Wandsegmente 3 sind als zu der
Hohlzylinderachse 6 symmetrische Streifen entlang eines Teilum
fangs des Hohlzylinders ausgebildet. Die Wandsegmente 3 sind
axial gegeneinander versetzt und zueinander beabstandet und
über Verbindungselemente 9, welche hier stabförmig ausgebildet
sind, miteinander verbunden. Ferner sind die Wandsegmente 3
derart versetzt, daß ein Wandsegment 3 jeweils in Umfangsrichtung die Fortsetzung
des vorhergehenden Wandsegments 3 bildet, und der gesamte
Hohlzylinderumfang durch die drei Wandsegmente 3 abgedeckt
wird. Auf den Wandsegmenten 3 sind die Ultraschallstrahler 2
ringförmig angeordnet. Die Ultraschallstrahler 2 werden in
Gruppen, wie in Fig. 2 bis 4 gezeigt, angesteuert, so daß
ihr Fokus auf der Innenwand des Rohres 1 liegt, und das Rohr 1
auf Fehlstellen vermessen werden kann. Durch entsprechende
Phasenansteuerung der Ultraschallstrahler 2 können somit große
Umfangsbereiche des Rohres 1 vermessen werden. Da die Wand
segmente 3 und damit die Ultraschallstrahler 2 in Umfangsrichtung gegen
einander versetzt sind, kann mit der gezeigten Anordnung durch
rein axiale Verschiebung des Prüfsystems der gesamte Umfang des
Rohres 1 in einem bestimmten axialen Bereich des Rohres 1
vermessen werden. Verschiedene axiale Bereiche des Rohres 1
können ebenfalls durch axiale Verschiebung des Prüfsystems
vermessen werden.
In Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
Das hohlzylinderartige Prüfsystem ist hier ebenfalls achsensym
metrisch zu der Rohrachse 6 des Rohres 1 angeordnet. Die Wand
des Hohlzylinders 4 ist hier als ein spiralförmig angeordneter
bandartiger Streifen 10 ausgebildet. Der Spiralabstand bzw. die
Steigung der Spirale ist derart gewählt, daß jeweils eine
Gruppe von auf dem Spiralstreifen 10 angeordneten Ultraschall
strahlern 2 kein Teilbereich des bandartigen Streifens gegen
überliegt, so daß der Ultraschall dieser Ultraschallstrahler 2
durch den entsprechenden Bereich des Hohlzylinders 4 hindurch
dringen und auf die Innenwand des Rohres 1 fokussiert werden
kann. Das Fokussieren des Ultraschalls erfolgt auf die in
Zusammenhang mit den obigen Figuren beschriebene Art und Weise.
Das Vermessen von Fehlstellen in dem gesamten Rohr 1 erfolgt
ebenfalls wie in Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben.
In Fig. 7 ist eine weitere schematische Darstellung eines
anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt. In dem zu
vermessenden Rohr 1 ist achsensymmetrisch ein Hohlzylinder 4
als Prüfsystem angeordnet. In dem Hohlzylinder 4 sind die
Ultraschallstrahler 2 nach unten geneigt angeordnet. Die
Neigung ist derart gewählt, daß die Ultraschallfelder der
Ultraschallstrahler 2 an dem unteren Ende des Rohres 4 vorbei
laufen und unterhalb des Rohres 4 auf die Innenwand des Rohres
1 gerichtet sind. Durch entsprechende Phasenansteuerung der
Ultraschallstrahler 2 kann der Ultraschall auf die Rohrinnen
wand fokussiert werden, wo dann wie oben beschrieben Fehlstel
len nachgewiesen werden können. Aufgrund der Neigungswinkel der
Ultraschallstrahler 2 und der durch die Phasenansteuerung
gewählten Fokussierung kann das Rohr in diesem Fall auch mit
der Anordnung der Ultraschallstrahler in einem Hohlzylinder
ohne Unterbrechungen, d. h. der nicht segmentiert oder spiral
förmig aufgebaut ist, verwendet werden. Es ergibt sich hier wie
oben aufgrund der längeren Laufwege des Ultraschalls und der
damit verbundenen geringeren Laufwegsunterschiede der einzelnen
Ultraschallstrahler 2 eine bessere Fokussierung. Diese Anord
nung ist für die Prüfung auf in Rohrumfangsrichtung orientierte
Fehler geeignet. Zum Vermessen der Fehler in verschiedenen
axialen Bereichen des Rohres 1 kann hier das Prüfsystem, also
der Hohlzylinder, durch das Rohr 1 bewegt werden. Es wird durch
geeignete Phasenansteuerung eine Fokussierung in Rohrumfangs
richtung und durch die Neigung oder Krümmung der einzelnen
Ultraschallstrahler eine Fokussierung in Rohrachsenrichtung
erreicht. Es ist auch möglich, die Anordnung der Fig. 7 mit
einem der in Fig. 5 und 6 gezeigten Au≠ührungsbeispiele zu
kombinieren.
Im folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung anhand des Beispieles aus Fig. 5 beschrieben. In
dem mit Wasser gefüllten Rohr 1 wird das hohlzylinderartige
Prüfsystem in einem bestimmten axialen Bereich des Rohres 1
symmetrisch zu der Rohrachse 6 angeordnet. Die auf den Wandseg
menten 3 des Prüfsystems angeordneten Ultraschallstrahler 2
werden gruppenweise mittels einer nicht gezeigten Anregungs
einrichtung zum Aussenden von Ultraschall angeregt. Die Fokus
sierung des von einer jeweiligen Gruppe emittierten Ultra
schalls erfolgt durch geeignete Phasenansteuerung der einzelnen
Ultraschallstrahler 2. Durch entsprechendes Takten mit der
Anregungseinrichtung wird die Phasenansteuerung der einzelnen
Ultraschallstrahler derart geändert, daß mit einer jeweiligen
Gruppe ein gewünschter Bereich der Innenwand des
Rohres 1 auf Fehlstellen vermessen werden kann. Bei jeder
Messung werden die von den Ultraschallstrahlern 2 emittierten
Pulse von der Innenwand und von Fehlern in einer bestimmten
Tiefe unter der Innenwand des Rohres zurückreflektiert und von
den Ultraschallsendern nachgewiesen. Die von den Ultraschall
strahlern aufgrund dieser Signale abgegebenen elektrischen
Signale werden einer Nachweiseinrichtung zugeführt, in welcher
der Nachweis und ein entsprechendes Auswerten der Daten sowie
ein Ermitteln der Fehlstellen erfolgt. Das Meßverfahren erfolgt
über eine Puls-Echo-Methode. Wenn die Meßwerte in einer be
stimmten axialen Position des Rohres 1 aufgenommen worden sind,
wird das Prüfsystem innerhalb des Rohres 1 in axialer Richtung
in eine weitere vorbestimmte Position verschoben. Dort wird der
oben beschriebene Meßvorgang wiederholt. Die Messung in ver
schiedenen axialen Positionen des Rohres 1 erfolgt solange, bis
der erwünschte Rohrbereich bzw. das gesamte Rohr vermessen
worden ist.
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Vermessen von Unregelmäßigkeiten in rohrähnlichen Behälter
innenwänden mittels Ultraschall, mit Ultraschallstrahlern, einer Anregungsein
richtung zum Anregen der Ultraschallstrahler zum Emittieren von Ultraschall,
wobei die Ultraschallstrahler so in Gruppen angeordnet sind, daß der von einer
Gruppe emittierte Ultraschall jeweils in Richtung der Behälterinnenwand fokus
sierbar ist, und mit einer Nachweiseinrichtung zum Nachweisen des an der Behäl
terinnenwand reflektierten Ultraschalls,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultraschallstrahler (2) konkav in der Vorrichtung (1) derart angeordnet
sind, daß durch die konkave Anordnung ein Fokussieren der Ultraschallstrahler in
Abstrahlrichtung der fokussierten Ultraschallstrahlen erfolgt und die Vorrichtung
(1) für Ultraschall durchlässig ausgebildet ist in Richtung der fokussierten Strah
lung.
2. Vorrichtung zum Vermessen von Unregelmäßigkeiten in rohrähnlichen Behälter
innenwänden mittels Ultraschall mit Ultraschallstrahlern, einer Anregungseinrich
tung zum Anregen der Ultraschallstrahler zum Emittieren von Ultraschall, wobei
die Ultraschallstrahler so in Gruppen angeordnet sind, daß der von einer Gruppe
emittierte Ultraschall jeweils in Richtung der Behälterinnenwand fokussierbar ist,
und mit einer Nachweiseinrichtung zum Nachweisen des an der Behälterinnen
wand reflektierten Ultraschalls,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultraschallstrahler (2) konkav in der Vorrichtung (1) derart angeordnet
sind, daß durch die konkave Anordnung ein Fokussieren der Ultraschallstrahlen in
Abstrahlrichtung der fokussierten Ultraschallstrahlen erfolgt, und derart geneigt
zur Vorrichtung so angeordnet sind, daß die fokussierten Ultraschallstrahlen in
Abstrahlrichtung an dem gegenüberliegenden Ende der Vorrichtung vorbeistrah
len.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung ein Hohlzylinder (4) ist und die Ultraschallstrahler (2) auf der
Innenfläche auf Wandsegmenten (3) des Hohlzylinders (4) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlzylinder (4) auf der den Wandsegmenten (3) gegenüberliegenden
Seite jeweils eine Aussparung (5) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandsegmente (3) als zu der Hohlzylinderachse symmetrische Streifen
entlang eines Teilumfangs des Hohlzylinders (4) ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandsegmente (3) sowohl in Umfangsrichtung als auch axial zueinander
versetzt sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandsegmente (3) axial zueinander beabstandet und über Verbindungs
elemente (9) miteinander verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandsegmente (3) so zueinander in Umfangsrichtung versetzt sind, daß
das jeweils zu einem ersten Wandsegment (3) axial benachbarte Wandsegment
(3) in Umfangsrichtung die Fortsetzung des ersten Wandsegments (3) bildet, und
der gesamte Hohlzylinderumfang durch die Wandsegmente (3) abgedeckt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wand des Hohlzylinders (4) als ein spiralförmig angeordneter, bandartiger
Streifen ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultraschallstrahler (2) derart phasenansteuerbar sind, daß sie auf einen
bestimmten Fokusabstand einstellbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ultraschallstrahler (2) derart phasenansteuerbar sind, daß eine radiale
Schallabstrahlung einer Gruppe der Ultraschallstrahler (2) wählbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verschiebeeinrichtung zum Bewegen des Hohlzylinders (2) in Richtung
seiner Achse vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlzylinder (2) um seine Achse drehbar ist.
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