Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ausdehnung von Fehlstellen, insbesondere von Risstiefen, in einem Prüfkörper, vorzugsweise einer Wandung einer Pipeline. Bei dem Verfahren werden von mindestens einem Sendewandler Schallwellen im Ultraschallbereich angeregt, die sich in Form eines Schallbündels ausbreiten, wobei die akustische Achse des Schallbündels vorzugsweise einen Winkel mit der Normalen einer dem Sendewandler zugewandten Oberfläche einschließt. Die Schallwellen koppeln schräg in den Prüfkörper ein und werden an einer vorzugsweise äußeren Grenzfläche des Prüfkörpers insbesondere V-förmig reflektiert. Die Grenzfläche kann hierbei die äußere Oberfläche des Prüfkörpers bilden. Bei aus mehreren Schichten aus insbesondere unterschiedlichen Materialien aufgebauten Prüfkörpern kann die entsprechende Grenzfläche jedoch auch innerhalb des Prüfkörpers angeordnet sein. Dies ist beispielsweise bei einer Rohrleitung mit einem metallischen Kern, der von einem Betonmantel umhüllt wird, der Fall. Die an der Grenz fläche des Prüfkörpers reflektierten Schallwellen werden von mindestens einem von dem Sendewandler beabstandeten Empfangswandler aufgenommen. Aus einer Verringerung der Amplitude der vom Empfangswandler aufgenommenen Schallwellen wird mittels einer Auswerteeinheit eine Ausdehnung einer innerhalb eines Schall wegs angeordneten Fehlstelle bestimmt. Die Auswerteeinheit kann in Teilen in einer nachbeschriebenen Vorrichtung in Form üblicher für die Auswertung von Ultraschallwandlern verwendeter elektrischer und/oder elektronischer Mittel vorhanden sein, diese Mittel können auch zumindest in Teilen von der Vorrichtung entfernt vorhanden sein.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Detektion von auf Fehlstellen in einem Prüfkörper basierenden Signalen.

Ein derartiges Verfahren ist als V- bzw. W-Durchschallung aus der zerstörungsfreien Materialprüfung mittels Ultraschalltechnologie bekannt und wird beispielsweise zum Prüfen von Schweißnähten eingesetzt. Hierbei werden Sendewandler und Empfangswandler in Form von Prüfköpfen verwendet, die unmittelbar auf den Prüfkörper aufgesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren für die Verwendung an Prüfkörpern mit großen Erstreckungen ihrer Oberfläche einsetzbar zu machen.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß eines Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch, dass die Sendewandler und die Empfangswandler mit einem zumindest im Wesentlichen konstanten Abstand zum Prüfkörper an diesem vorbeigeführt werden und die Schallwellen mit einer Vorlaufstrecke über ein flüssiges Medium, ein Koppelmedium, in den Prüfkörper einkoppeln. Dadurch, dass Sendewandler und Empfangswandler vom Prüfkörper beabstandet angeordnet sind, können sie berührungslos an dem Prüfkörper entlang geführt werden. Eine Prüfung des Prüfkörpers kann dabei erfol gen, während die Bewegung von Sendewandler und Empfangswandler am Prüfkörper vorbei erfolgt. Das Verfahren kann durch die berührungsfreie Ausführungsform auch bei Prüfkörpern mit sehr großer Ausdehnung, wie beispielsweise Wandungen einer Pipeline, mit hoher Zuverlässigkeit durchgeführt werden. Der Empfangswandler bzw. der Sendewandler sind mechanischen Belastungen und dem damit einher gehenden Verschleiß nicht bzw. nur in stark vermindertem Maß ausgesetzt. Damit kann das Verfahren für lange Zeiträume bzw. große Prüfkörper ohne oder nur mit geringen Unterbrechungen für Wartungen und Reparaturen durchgeführt werden.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Der Körper, der als Prüfkörper für das erfindungsgemäße Verfahren dient, weist vorzugsweise parallel zueinander verlaufende, bei Nichtbeachtung etwaiger Fehlstellen oder Schweißnähte plane Oberflächen auf, die im Vergleich zur Ausdehnung des Prüfkörpers einen geringen Abstand zueinander haben. Der Sendewandler sowie der Empfangswandler können als Piezowandler ausgestaltet sein. Hierbei werden die piezoelektrischen Elemente des Wandlers unter Anlegen einer Spannung verformt bzw. generieren eine Spannung, wenn diese verformt werden. Durch das Anregen des piezoelektrischen Elements in einem entsprechenden Sendewandler mit einer ausreichend hohen Frequenz werden von dem Sendewandler Schallwellen in dem den Sendewandler umgehenden Medium angeregt. Der Sendewandler ist über ein flüssiges Medium mit dem Prüfkörper verbunden, so dass die Technik insbesondere in Flüssigkeiten führenden Rohrleitungen während deren Betrieb eingesetzt werden kann. Die in dem Medium angeregten Ultraschallwellen treffen unter einem Winkel zur Normalen der Oberfläche auf die Oberfläche des Prüfkörpers und koppeln derart in den Prüfkörper ein, dass die Schallwellen schräg durch den Prüfkörper verlaufen. Die Schallwellen werden an einer vorzugsweise äußeren Grenzfläche reflektiert. Die Schallwellen durchlaufen wiederum die Dicke des Prüfkörpers und treten an der ersten Grenzfläche beabstandet von der Eintrittsstelle wieder aus. Der Ort des Austritts ist hierbei von dem Winkel, mit dem die Schallwellen in den Prüfkörper einkoppeln sowie von der Dicke des Prüfkörpers abhängig. Die aus dem Prüfkörper austretenden Schallwellen koppeln wiederum in das Medium ein und werden von einem Empfangswandler, der auf zumindest einem Teil der Austrittsstelle ausgerichtet ist, aufgenommen. Hier werden die Schallwellen wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt. Der Empfangswandler ist somit für die Aufnahme von Schallwellen über das Koppelmedium mit dem Prüfkörper akustisch gekoppelt. Der Abstand von Sende- und Empfangswandler vom Prüfkörper beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 cm und 5 cm.

Während Sendewandler und Empfangswandler mit zueinander konstantem Abstand berührungslos an dem Prüfkörper vorbeigeführt werden, kommt es bei Fehlstellen dazu, dass die vom Empfangswandler aufgenommenen Schallwellen eine verringerte Amplitude aufweisen. Hieraus wird in einer Auswerteinheit die Ausdehnung der

Fehlstelle bestimmt. Hierzu wird davon ausgegangen, dass die Verringerung der Amplitude der vom Empfangswandler aufgenommenen Schallwellen daher rührt, dass zumindest ein Teil der Schallwellen an einer innerhalb des Schallwegs der Schallwellen durch den Prüfkörper von der Eintrittsstelle zur Austrittsstelle angeordneten Fehlstelle in eine andere Richtung als zur ansonsten vorhandenen Austrittsstelle reflektiert wird. Während des Vorbeiführens von Sendewandler und Empfangswandler am Prüfkörper kann eine räumliche Ausdehnung der Fehlstelle entlang der Bewegungsrichtung von Sendewandler und Empfangswandler bestimmt werden.

Besonders bevorzugt wird aus der Verringerung der Amplitude der vom Empfangswandler aufgenommenen Schallwellen die Tiefe der Fehlstelle bestimmt. Neben einer Längsausdehnung von Fehlstellen innerhalb des Prüfkörpers ist insbesondere die Tiefe von Rissen eine wichtige Größe, die mit der zerstörungsfreien Materialprüfung aufgenommen werden soll. Derartige Risse stellen eine Schwächung des Materials des Prüfkörpers dar. Bei sehr tiefen Rissen ist der Prüfkörper lokal stark geschwächt. Bei bestimmungsgemäßen Gebrauch des Prüfkörpers, wenn beispielsweise eine Wandung einer Pipeline für den Transport eines Fluids unter Druck gesetzt wird, droht an den Fehlstellen ein Versagen des Materials. Bei Kenntnis der Risstiefe kann bis zur Reparatur die Belastung des Prüfkörpers, beispielweise durch Absenken des Drucks innerhalb einer Pipeline, entsprechend angepasst werden. Bis die Reparatur erfolgt ist, kann so ein Versagen des Prüfkörpers und mögliche Folgeschäden, beispielsweise das Austreten eines Fluids aus einer Pipeline, vermieden werden. Die Verringerung der Amplitude der vom Empfangswandler aufgenommenen Schallwellen korreliert hierbei mit der Risstiefe. Ein tieferer Riss führt dazu, dass ein größerer Teil einer Schallwelle an dem Riss reflektiert wird und somit nicht mehr auf dem vorgesehenen Schallweg zum Empfangswandler gelangt. Die Korrelation zwischen Abnahme der Amplitude und Risstiefe wird üblicherweise im Vorfeld anhand eines dem Prüfkörper ähnlichen Referenzkörpers bestimmt, in dem entsprechend definierte Fehlstellen bekannter Ausdehnung, insbesondere bekannter Tiefe, maschinell eingebracht wurden. Diese Korrelation kann in Form einer Kennlinie darge- stellt werden.

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass insbesondere in Pipelines Risse mit einer Tiefe von bis zu 10 mm sicher delektiert werden können.

Besonders bevorzugt erzeugt der Sendewandler Schallwellen in Form von Schallimpulsen. Hierdurch wird das Verhältnis Signal zu Rauschen verbessert. Die Ausdehnung von Fehlstellen wird mit einem derartigen Verfahren zuverlässiger und genauer bestimmt.

Besonders bevorzugt regt der Sendewandler Schallimpulse in Form eines Rechteckimpulses oder eines Nadelimpulses an, so dass in der Auswertung gut detekfierbare Impulse verarbeitet werden können.

Bevorzugt regt der Sendewandler in bestimmten zeitlichen Abständen und/oder an bestimmten räumlichen Positionen, d.h. diskret, Schallwellen an, während Sende- wandler und Empfangswandler am Prüfkörper vorbeigeführt werden. Hierdurch wird ein Messgitter über dem Prüfkörper erzeugt, bei dem an bestimmten Punkten des Messgitters Messungen durchgeführt werden. Für die Prüfung einer Wandung einer Pipeline beispielsweise könnten Messungen jeweils im Abstand von je einem Millimeter in Längsrichtung sowie in Umfangsrichtung erfolgen. Das Messgitter kann hierbei je nach geforderter Genauigkeit und vorhandener Verarbeitungskapazität bzw. der geplanten Vorschubgeschwindigkeit angepasst werden. Hierbei kann auch der für die Prüfung des Prüfkörpers eingeplante Zeitraum berücksichtigt werden. So kann beispielsweise auch eine Messung in Vorschubrichtung nur alle 2 oder 3 mm durchgeführt werden.

Vorzugsweise regt der Sendewandler Schallwellen in einem Frequenzbereich zwischen 1 MHz und 10 MHz, besonders bevorzugt mit ca. 4 MHz, d. h. 4 MHz ± 0,2 MHz, an.

In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt ein weiterer Empfangswandler die an einer Fehlstelle reflektierten Schallwellen auf. Dieser Empfangswandler ist hierbei vorzugsweise benachbart zum Sendewandler angeordnet. Der weitere Empfangswandler nimmt die von der Fehlstellen zurückgeworfenen Teile der Schallwelle auf. Auch aus diesem Echo kann auf eine Risstiefe geschlossen werden. Während das von dem Empfangswandler aufgenommene Signal aus einer V-förmigen Durch- schallung des Prüfkörpers besonders gut geeignet ist, Risstiefen ab ca. 3 mm Tiefe, vorzugsweise bis 10 mm Tiefe, zu erkennen, ist die Auswertung des Echos, das mit- tels des weiteren Empfangswandlers aufgenommen wird, besonders gut geeignet, Risstiefen bis ca 4 mm Tiefe aufzunehmen. Durch eine Kombination beider Methoden und eine gemeinsame Auswertung in der Auswerteeinheit können somit Risstiefen von Fehlstellen über einen im Vergleich zum Stand der Technik sehr großen Tiefenbereich bestimmt werden.

Die Abnahme der Empfindlichkeit des Verfahrens der V-Durchschaliung bei kleinen Risstiefen rührt daher, dass es bei kleinen Risstiefen kaum zu einer Abschwächung der Amplitude der vom Empfangswandler empfangenen Schallwellen durch einen Riss kommt. Das Signal ist somit gesättigt. Eine geringe Änderung der Risstiefe bewirkt nur eine marginale Änderung im Signal.

Bei der Echo-Methode, basierend auf den von einer Fehlstelle in Richtung des Sendewandlers reflektieren Schallwellen, bewirkt hingegen bei sehr großen Rissen ein Zuwachs der Risstiefe kaum noch ein Zuwachs der Amplitude der reflektieren Schallen, des Echos. Das Echosignal, das vom weiteren Empfangswandler aufgenommen wird, ist bei großen Risstiefen gesättigt, da die Schallwellen bereits nahezu vollständig reflektiert werden ln Simulationsversuchen hat sich ferner überraschend herausgestellt, dass die Auswertung des Echo-Signals weitere Vorteile bei schräg liegenden Rissen bzw. Nuten bietet. Bei bisherigen Verfahren, bei denen ein Winkelspiegelecho gemessen wird, hängt dessen Amplitude stark von der Neigung der Fehlstelle ab. So kann die

Amplitude eines Signals, das von einer senkrecht zur Oberfläche des Prüfobjekts verlaufenden Fehlstelle (Neigungswinkel 0 °) herrührt, um ein Vielfaches größer sein als die Amplitude eines von einer beispielsweise um 10 ° geneigten Fehlstelle herrührenden Signals. Die Amplitude des verfahrensgemäß aufgenommenen Echo- Signals bleibt hingegen bei Neigungswinkeln von bis zu ± 10 ⁰ nahezu unverändert und ermöglicht eine zuverlässige Detektion und Bestimmung auch schräg verlaufender Fehlstellen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Sendewandler in Form eines Sende- und Empfangswandlers als weiterer Empfangswandler verwendet. Hierdurch kann das Verfahren mit geringerem materiellen Aufwand durchgeführt werden, da durch die Kombination von Sendewandler und weiterem Empfangswandler eine separater weiterer Empfangswandler entfallen kann.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Sende- und Empfangswandfers in Verbindung mit einer pulsförmigen Anregung von Schallwellen. Der Sendewandler regt hierbei einen kurzen Schailimpuls an. Die Sendephase ist bei geeigneter Dicke des Prüfkörpers beendet, wenn das Echo, also die an einer Fehlstelle in Richtung des Sendewandlers reflektierten Anteile des Schallimpulses, den Wandler erreicht. Der Sendewandler kann somit als weiterer Empfangswandler fungieren, ohne dass es zu einer Überlagerung mit einer Anregung des Sendwandlers kommt.

Besonders bevorzugt werden die Risstiefen aus der Differenz der Amplituden, die der Empfangswandler und der weitere Empfangswandler aufnehmen bzw. aufgenommen haben, bestimmt. Durch die Bildung der Differenz der Kennlinien für den Zusammenhang zwischen Risstiefe und Amplitude der jeweils aufgenommenen Schallwellen wird eine relativ gleichmäßig verlaufende gemeinsame Kennlinie erzeugt über die die Risstiefe aus den entsprechend gemessenen Amplituden bestimmt werden kann.

Die Korrelation zwischen Risstiefe und Amplitude der vom Empfangswandler aufge nommenen Schallwellen bzw. zwischen Risstiefe und Amplitude der vom weiteren Empfangswandler aufgenommenen, an der Fehlstelle reflektierten Schallwellen kann vorzugsweise bei der V-för igen Durchschallung und/oder bei der Echo-Methode durch Messungen an einem definierten Referenzkörper mit bekannten Fehlstellen ausdehnung, insbesondere bekannten Fehlstellentiefen, bestimmt werden.

Weiterhin werden bei einer Auswertung über die Differenz der Amplituden nicht durch Fehlstellen hervorgerufene Änderungen der Amplituden, von denen sowohl der Empfangswandler als auch der weitere Empfangswandler gleichermaßen betroffen sind, aus der Auswertung herausgerechnet. Bei der Verwendung der entspre chenden Methoden zur Inspektion von Wandungen von Pipelines beispielsweise ist vor allem an eine Abschwächung der Amplituden durch Ablagerungen auf der den Wandlern zugewandten Oberfläche des Prüfkörpers zu denken Durch die Kombination der Signale kann hier eine zuverlässige Risstiefenbestimmung unabhängig von derartigen Ablagerungen erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die vom Sendewandler angeregte Schallwelle eine parallele Wellenfront aus. Hierdurch wird erreicht, dass der Empfangswandler beim Aufnehmen der an der vorzugsweise äußeren Grenzfläche des Prüfkörpers V-förmig reflektierten Schallwelle ein klares und starkes Signal erzeugt. Besonders bevorzugt werden die an der Grenzfläche reflektierten Schallwellen hier zu von einem Empfangswandler aufgenommen, dessen akustische Achse sich mit der akustischen Achse des Sendewandlers trifft. Die Sendewandler und Empfangswandler sind somit entsprechend der Ausbreitungsrichtung der Schallwellen V- förmig zueinander geneigt. Die akustische Achse vom Sendewandler entspricht der akustischen Achse des abgehenden Schallbündels. Die beim Empfangswandler eingehenden Schallwellen werden entlang dessen akustischer Achse detektiert. ln einer alternativen Ausführungsform bildet die vom Sendewandler angeregte Schallwelle eine divergente Weltenfront aus. Die an der vorzugsweise äußeren Grenzfläche V-förmig reflektierte Schallwelle wird hierbei jeweils teilweise von in Richtung der Hauptausbreitungsrichtung der Schallwelle voneinander beabstandet angeordneten Empfangswandlern, die ihrerseits jeweils unterschiedliche Abstände zum Sendewandler aufweisen, aufgenommen. Eine im Schalllaufweg angeordnete Fehlstelle hat hierbei nicht unbedingt eine Abschwächung der Amplitude bei einem Empfangswandler zur Folge, sondern bewirkt, dass an einem Empfangswandler oder einer Gruppe von Empfangswandlern keine entsprechende Amplitude mehr festgestellt werden kann. Anhand der Informationen, welche Empfangswandler ei nen entsprechenden Abfall der Amplitude bzw ein entsprechendes Ausbleiben der Amplitude verzeichnen, kann auf die Risstiefe geschlossen werden fn einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dicke des Prüfkörpers bestimmt. Die Dickenbestimmung kann über die Auswertung der Time-Of-Flight-Informationen be- zu glich der den Prüfkörper V-förmig durchschallenden Schallwellen erfolgen. Alter nativ kann die Dicke des Prüfkörpers über einen dezidierten Ultraschalltiefensensor bestimmt werden. Zur Auswertung der aufgenommenen Signale können für unterschiedliche Dicken des Prüfkörpers unterschiedliche Kennlinien, die mit Referenz körpern unterschiedlicher Dicke erstellt werden, herangezogen n. Hierdurch kann auch bei lokalen Abweichungen der Dicke des Prüfkörpers von der angenommen Dicke, auf die eine Vorrichtung zur Durchführung von Messungen ausgelegt wird, eine zuverlässige Bestimmung der Ausdehnung von Fehlstellen, insbesondere von Risstiefen, erfolgen.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Detektion von auf Fehl stellen basierenden Signalen in einem Prüfkörper, insbesondere ein Inspektionsmolch zur Prüfung einer Rohrleitung. Die Vorrichtung weist zumindest einen Sendewandler und zumindest einen Empfangswandler auf, wobei der Sendewandler und der Empfangswandler voneinander beabstandet und mit ihren akustischen Achsen so aufeinander zugeneigt angeordnet sind, dass Signale einer V-förmigen Durch- schallung aufgenommen werden können.

Eine derartige Vorrichtung zur Detektion von auf Fehlstellen basierenden Signalen in einem Prüfkörper ist aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei werden Prüfköpfe mit einem Sendewandler bzw. einem Empfangswandler verwendet die unmittelbar am Prüfkörper oder an einem mit dem Prüfkörper unmittelbar in Kontakt stehenden prismatischen Element in Kontakt stehen. Nachteilig ist hier wiederum möglicher Verschteiß an Sendewandler und Empfangswandler, bzw. an den prismatischen Elementen, wenn diese am Prüfkörper vorbeigeführt werden.

Die oben genannten Nachteile werden bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 15 dadurch vermieden, dass der Sendewandler und Empfangswandler in einer Aufnahme angeordnet sind, wobei die Aufnahme in Richtung des Prüfkörpers bewegbar ist und die Aufnahme ein Führungselement aufweist, das in Kontakt mit dem Prüfkörper bringbar ist, dergestalt, dass in einer Betriebsposition der Sendewandler und der Empfangswandler bei Kontakt des Führungselementes mit dem Prüfkörper vom Prüfkörper beabstandet in der Aufnahme angeordnet sind. Hierdurch wird zum einem vermieden, dass Sendewandler und/oder Empfangswandler in Kontakt mit dem Prüfkörper gelangen, und dabei möglicherweise be schädigt werden. Zum anderen wird dadurch, dass die Aufnahme in Richtung des Prüfkörpers in eine Betriebsstellung verbringbar ist, in der das Führungselement Kontakt mit dem Prüfkörper hat, sichergestellt, dass Sendewandler und/oder Emp fangswandler in einem definierten Abstand vom Prüfkörper an diesem vorbeigeführt werden.

Besonders bevorzugt ist das Führungselement in Vorschubrichtung der Vorrichtung während eines Prüfdurchgangs vor dem Sendewandler bzw. dem Empfangswandler angeordnet. Hierdurch kann eine Beschädigung des Sendewandlers bzw. des Empfangswandlers vermieden werden, wenn der Prüfkörper eine unregelmäßige Ober- fläche aufweist, oder sich Ablagerungen auf der dem Sendewandler bzw. Empfangswandler zugewandten Oberfläche des Prüfkörpers abgelagert haben. Das in Vorschubrichtung vor den Wandlern angeordnete Führungselement wird bei Kontakt mit einer aus der Oberfläche des Prüfkörpers in Richtung des Sendewandlers bzw.

Empfangswandlers vorspringenden Unregelmäßigkeit ein Abheben der bewegbaren

Aufnahme von der Oberfläche des Prüfkörpers bewirken. Hierbei werden mit der

Aufnahme auch der Sendewandler bzw. der Empfangswandler von der Oberfläche

abgehoben und somit vor Beschädigungen geschützt. Somit wird ein sicherer Betrieb der Vorrichtung ermöglicht. Dies ist besonders vorteilhaft beim Einsatz in Form

eines Inspektionsmolches, der über längere Strecken innerhalb einer von außen

nicht bzw. nur schwer zugänglichen Pipeline Verwendung findet. in einer bevorzugten Ausführungsform ist das Führungselement hierbei als Kufe

ausgestaltet, Eine derartige Kufe ermöglicht ein Entlanggleiten an der Oberfläche

des Prüfkörpers und ein Abheben der Aufnahme, wenn die Kufe auf ein Hindernis

trifft. Die kufenförmige Ausgestaltung vermeidet hierbei weitgehend Probleme eines

Verkantens an einem plötzlich auftretenden Hindernis auf der Oberfläche des Prüfkörpers.

Vorzugsweise ist das Führungselement durch eine in Richtung des Prüfkörpers vorspringende Ausstülpung der Aufnahme ausgebildet. Das Führungselement ist somit

integral mit der Aufnahme ausgebildet und bewirkt zuverlässig ein Abheben der Auf- nähme vom Prüfkörper, wenn die Oberfläche des Prüfkörpers eine vorspringende

Unregelmäßigkeit aufweisen sollte. Besonders bevorzugt weist die Aufnahme ein vor sowie ein hinter dem Sendewandler bzw. Empfangswandler angeordnetes Führungselement auf. Besonders bevorzugt weist die Aufnahme ein umlaufendes Füh- ^: rungselement auf, das die in der Aufnahme angeordneten Sendewandler bzw. Empfangswandler umschließt. Durch ein umlaufendes Führungselement kann sichergestellt werden, dass ein kurzer Vorsprung nicht ein momentanes Abheben der Aufnahme von der Oberfläche des Prüfkörpers bewirkt, wobei nach der Passage des Führungselementes eine Bewegung der Aufnahme in Richtung des Prüfkörpers erfolgt und Sendewandler und/oder Empfangswandler durch den Vorsprung beschädigt wird, wenn er sich hinter dem Führungsetement bzw. zwischen zwei Führungselementen befindet.

Vorzugsweise weist das Führungselement eine insbesondere keramische Verschleißauflage auf. Da das Führungselement in Kontakt mit der Oberfläche des Prüfkörpers steht, kann durch eine Verschleißauflage eine Beschädigung der Oberfläche des Prüfkörpers vermieden bzw. die Verschleißfestigkeit des Führungsele mentes verbessert werden. Hierdurch kann die Lebensdauer und somit die Betriebssicherheit der Vorrichtung verbessert werden. Weiterhin kann durch geeignete Mate- riatwahl der Verschleißauflage die Reibung zwischen Prüfkörper und Führungselement minimiert werden. ln einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform ist das Führungselement als rotierbarer zylindrischer Körper radförmig ausgebildet. Durch die Verwendung eines radförmigen Führungselements kann der Verschleiß an der Oberfläche des Prüfkör pers bzw. des Führungselementes minimiert werden. Das Führungselement gleitet dabei nicht an der Oberfläche des Prüfkörpers entlang, sondern rollt auf dieser ab. Reibung und der damit einhergehende Verschleiß wird weitgehend minimiert. Die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit der Vorrichtung wird hierdurch erhöht.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein die Aufnahme mit einer diese in Richtung des Prüfkörpers bewegenden Kraft beaufschlagendes Rückstellelement auf. Durch ein derartiges Rückstellelement wird sichergestellt, dass die Aufnahme bzw das Führungselement in Kontakt mit der Oberfläche des Prüfkörpers gebracht wird. Das Rücksteifelement ist dabei so ausgebildet, dass ein Ausweichen gegenüber möglicherweise hervorspringenden Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Prüfkörpers möglich ist. Besonders bevorzugt ist das Rückstellelement hierbei als Feder ausgebildet. Alternativ sind jedoch auch Rückstellelemente beispielsweise als Hydraulik element oder als Elektromotor denkbar. ln einer bevorzugten Ausfübrungsvariante weist die Vorrichtung mehrere Paarungen von Sendewandlern und Empfangswandlern auf, die quer zur Vorschubrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Durch die quer zur Vorschubrichtung zueinander versetzte Anordnung der Paarungen von Sendewandler und Empfangswandler kann die Vorrichtung einen breiteren Bereich des Prüfkörpers bei einem Durchgang abtasten Hierdurch kann die Anzahl an Durchgängen, mit denen der Prüfkörper vermessen wird, reduziert werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Paarungen von Sendewandler und Empfangswandfer in Vorschubrichtung hin tereinander versetzt angeordnet. Durch die Anordnung hintereinander ist es möglich, auch geringere Versetzungen der Paarungen von Sendewandler und Empfangs- wandler zu realisieren, bei denen sich anderenfalls zwei Sendewandler bzw. zwei Empfangswandler aufgrund ihres Bauraumes gegenseitig behindern würden. in einer bevorzugten Ausführungsform sind einem Sendewandler in unterschiedli- chem Abstand zum Sendewandler angeordnete Empfangswandler zugeordnet. Diese Empfangswandler sind zur Aufnahme von von dem Empfangswandler ausgehen den Schallwellen an unterschiedlichen Stellen des Prüfkörpers angeordnet. Hierdurch kann beispielsweise die örtliche Auflösung der auf Fehlstellen zurückgehen den Signale erhöht und die nachfolgende Analyse der Daten verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ kann durch die Zuordnung von mehreren Empfangswandlern zu einem Sendewandler auf unterschiedliche Schallwege eines Signals im Prüfkörper, die beispielsweise auf unterschiedliche Dicken des Prüfkörpers an unterschiedlichen zu prüfenden Stellen zurückgehen kann, geschlossen werden.

Besonders bevorzugt sind die akustischen Achsen von Sendewandler und Empfangswandler in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Hierdurch wird insbesondere die Verwendung einer divergenten Schallwelle, die von dem Sendewandler ausgesandt wird, ermöglicht. Hierbei wird das Signal der divergenten Schallwelle an unterschiedlichen Austrittspunkten von unterschiedlichen Empfangswandlern aufgenommen. Hierdurch werden Daten mit einer verbesserten räumlichen Information aufgenommen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung als Inspektionsmolch ausgebildet, wobei der Inspektionsmolch eine Mittellängsachse aulweist und in Um- fangsrichtung um die Mittellängsachse verteilt eine Mehrzahl von Aufnahmen mit entsprechenden Sendewandlern und Empfangswandlern angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, mit einem Durchgang eines derartigen Inspektionsmoiches durch einen Prüfkörper in Form einer Pipeline auf Fehlstellen basierende Signale über mehrere am Umfang des Prüfkörpers bzw der Pipeline verteilte Stellen aufzunehmen.

Im Idealfall sind an einem derartigen Inspektionsmolche so viele Aufnahmen bzw. Sende- und Empfangswandler angeordnet, dass mit einem Durchlauf eine Prüfung der Pipeline im gesamten Umfang mit ausreichender örtlicher Auflösung durchgeführt werden kann. Hierdurch kann die Anzahl von notwendigen Prüfdurchgängen auf vorzugsweise einen Durchgang reduziert werden.

Weiterhin umfasst die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung und eine

Auswerteeinheit zur Auswertung der von der Vorrichtung aufgenommenen auf Fehl stellen in einen Prüfkörper basierenden Signalen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden. Es zeigen:

Fig, 1 eine schematisch Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig 2 eine Kennlinie zur Korrelation von gemessener Amplitude und Nuttiefe einer Nut in einem Referenzkor per für das Signal einer V-Durchschallung und für ein Impuls-Echo-Signal, Fig. 3 Kennlinie der Differenz der in Fig. 2 dargestellten Signale über die Nuttiefe einer Nut in einem Referenzkörper,

Fig 4 eine schematische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Anordnung zur Verwendung mit divergenten Schallwellen,

Fig 5 Kennlinie zur Korrelation von Nuttiefe in einem Referenzkörper und Position eines Empfangswandlers, an dem die gemessene Amplitude einen vorgeba ren Schwellenwert überschreitet, relativ zum Sendewandler,

Fig 8 Differenzen von Amplituden nach Fig. 2 und Fig. 3 mit und ohne Ablagerung auf dem Prüfkörper,

Fig. 7 Simulationsergebnisse der Amplituden eines Winkelspiegelechos und eines Impuls-Echo-Signals bei Variation der Schräglage einer Nut,

Fig 8 Vorrichtung zur Detektion von auf Fehlstellen in einen Prüfkörper basierenden Signalen in Form eines Inspektionsmolches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig 9 Anordnung von Sendewandler und Empfangswandler in einer Aufnahme eines Inspektionsmolches nach Fig. 8,

Fig. 10 Anordnung von Sendewandler und Empfangswandler mit Ultraschalltiefen sensor nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausbildung.

Nachfolgend werden gleichwirkende Elemente der Erfindung mit einer einheitlichen Bezugsziffer versehen, soweit dies sinnvoll ist. Die nachfolgend beschriebenen Merkmale der Ausführungsbeispiele können auch in anderen Merkmalskombinationen als dargestellt, jedoch zumindest in Kombination mit den Merkmalen eines un- abhängigen Hauptanspruchs, Gegenstand der Erfindung sein. Fig 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Sendewandler 2 und einem Empfangs- wandler 4 Sendewandler 2 und Empfangswandler 4 sind vom Prüfkörper 10 beab- standet angeordnet. Vom Sendewandler 2 angeregte Schallwellen 5 breiten sich in einem Koppelmedium aus, bis sie in den Prüfkörper 10 einkoppeln. Der Sendewandler 2 schließt mit seiner akustischen Achse 6 einen Winkel a mit einer Normalen 3 auf die Oberfläche 8 eines Prüfkörpers 10, vorzugsweise einer Wand bzw. Wandung einer Pipeline, ein. Die vom Sendewandler 2 angeregten Schallwellen 5 koppeln beim Eintreffen auf den Prüfkörper 10 maßgeblich mit einem Winkel ß in den Prüfkörper 10 ein (vergl. Fig. 4) und durchlaufen diesen V-förmig. Hierbei werden die Schallwellen 5 an einer äußeren Grenzfläche 11 des Prüfkörpers 10 reflektiert. Der Empfangswandler 4 ist mit seiner akustischen Achse 6 auf die Austrittsstelle dieser V-förmig den Prüfkörper 10 durchlaufenden Schallwellen ausgerichtet. Auch die akustische Achse 6 des Empfangswandlers 4 schließt mit einer Normalen 3 der Oberfläche 8 des Prüfkörpers 10 einen Winkel a ein. Wie in Fig. 1 erkennbar, kommt es bei Existenz einer Fehlstelle 12 innerhalb des Prüfkörpers 10 dazu, dass die den Prüfkörper 10 durchlaufenden Schallwellen 5 den Empfangswandler 4 nicht vollständig erreichen. Die auf die Fehlstelle 12 auftretenden Schallwellen 5 werden an dieser zumindest teilweise reflektiert ln der Folge ist die Amplitude, die der Empfangswandler 4 aufzeichnet, geringer. Hieraus wird in einer Auswerteeinheit 14 auf die Ausdehnung der Fehlstelle 12, und dabei insbesondere auf die Tiefe zurückge rechnet. In Fig. 1 ist der Sendewandler 2 in Form eines Sende- und Empfangswand lers dargestellt. Der Sende- und Empfangswandler kombiniert dabei den Sende- Wandler 2 mit einem weiteren Empfangswandler 16 Die Funktion des Empfangswandlers 16 kann dabei allein durch eine elektronische Umschaltung des Sendewandlers 2 erreicht werden, so dass dieselbe Hardware abwechselnd als Sende- und als Empfangswandler arbeitet. Dieser nimmt einen Teil der an der Fehlstelle 12

reflektierten Schallwellen 5 als ein Echosignal auf. Hierzu regt der Sendewandler 2

Schallwellen 5 in Form eines Schallimpulses an. Vorzugsweise ist dieser Schallimpuls so kurz, dass der Sendewandler 2 das Anregen der Schallwellen 5 beendet hat, wenn das an einer Fehlstelle 12 reflektierte Echo der Schallwellen 5 den Sendewandler 2 bzw. den weiteren Empfangswandler 16, die vorliegend als ein Bauteil

ausgestaltet sind, erreicht.

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Amplitude, die der Empfangswandler 4 (gestrichelte Linie, V-Durchschallung), bzw. der weitere Empfangswandler 16 aufnimmt (durchgezogene Linie, Impulsechobetrieb) in Abhängigkeit von der Tiefe einer im Schallweg

angeordneten Fehlstelle 12. In Fig. 2 sind die Kennlinien für ideale Fehlstellen in

Form von maschinell in einen Referenzkörper eingebrachten Nuten jeweils bekannter Tiefe dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Amplitude, die der weitere Emp- fangswandler 16 aufnimmt, bei Nuttiefen größer als 4 mm mit steigender Nuttiefe

kaum ansteigt. Hier kommt es zu einer Sättigung des Signals. Der Bereich von Nut- tiefen größer als 4 mm ist als Bereich A gekennzeichnet. Ebenso zeigt die Amplitude des vom Empfangswandler 4 aufgenommenen Signals der V-Durchschallung in einem Bereich von Nuttiefen bis 3 mm eine nur geringe Abnahme der Amplitude. Auch hier ist ein Sättigungsbereich zu erkennen (Bereich B) Ein weiterer Sättigungsbereich ist bei Nuttiefen über 8 mm zu sehen (Bereich C). Der Referenzkörper, der der

i Darsteflung in Fig 2 zugrunde liegt, hat eine Dicke von 10 mm. Aus Fig. 2 kann entnommen werden, dass Nuttiefen bis 4 mm gut mit dem über den weiteren Empfangswandler 16 ^' lommenen Impufs-Echo-Signal bestimmt werden können.

Nuttiefen zwischen 3 mm und 8 mm können demgegenüber sehr gut mit dem vom Empfangswandler 4 aufgenommenen Signa! der V-Durchschallung bestimmt werden. Eine Kombination der beiden Betriebsmodi bzw. von Sendewandfer 2, Empfangswandler 4 und weiterem Empfangswandler 16 ermöglicht somit eine Bestimmung der Risstiefe in einem Bereich von 0 mm bis 8 mm.

Fig. 3 zeigt eine aus den in Fig. 2 dargestellten Korrelationen erzeugte Differenz der Amplituden. Hierbei ist ein angenähert linearer Zusammenhang zwischen Nuttiefe und Abschwächung der Amplitude auf logarithmischer Skala bis zu einer Nuttiefe von 8 mm zu erkennen. Aus der Verwendung von Empfangswandler 4 und weiterem Empfangswandler 16 kann aus der Differenz der jeweils aufgenommenen Amplituden ein Punkt dieser Kennlinie bestimmt und hierauf auf die Tiefe einer Fehlstelle 12 zurückgeschlossen werden. Dies geschieht in der Auswerteeinheit 14,

Während Fig 1 einen Sendewandler 2 darstellt, der eine Schallwelle 5 mit weitgehend paralleler Wellenfront aussendet, zeigt Fig. 4 einen Sendewandler 2, der eine Schallwelle 5 mit einer divergierenden Weilenfront aussendet. Die gestrichelten Linien zeigen die Grenzen des ergebenden Schallkegels an, an dem eine -6 dB Dämpfung im Vergleich zur entsprechenden Position im Zentralstrahl auftritt, wäh rend die strichpunktierte Linie die Grenzen einer -12 dB Dämpfung zeigen. Wiederum ist der Sendewandfer 2 als kombinierter Sende- und Empfangswandler ausge- staltet, der den weiteren Empfangswandler 16 integriert. Ebenfalls ist der Sendewandler 2 wiederum derart ausgerichtet, dass er mit seiner akustischen Achse 6 einen Winkel a mit der Normalen 3 der Oberfläche 8 des Prüfkörpers 10 einschließt. In der Fig. 4 sind mehrere Empfangswandler 4 angeordnet, die in Ausbreitungsrichtung der Schallwellen 5 im Prüfkörper 10 beabstandet vom Sendewandler 2 angeordnet sind und jeweils einen unterschiedlichen Abstand zum Sendewandler 2 aufweisen. Eine Fehlstelle 12 bewirkt wiederum eine Abschattung der Schallwellen 5, die diesmal zur Folge hat, dass nur noch bestimmte Empfangswandler 4 vom Sendewandler 2 angeregte Schallwellen aufnehmen. Sendewandler 2 und Empfangswandler 4 sind vom Prüfkörper 10 beabstandet angeordnet. Vom Sendewandler 2 angeregte Schallwellen 5 pflanzen sich ein einem zwischen Sendewandler 2 und Prüfkörper 10 angeordnetem Koppelmedium fort, bis sie in den Prüfkörper 10 einkoppeln. Ebenso pflanzen sich aus dem Prüfkörper 10 auskoppelnde Schallwellen 5 über das Kop pelmedium fort, bis sie von einem Empfangswandler 4 oder dem weiteren Emp- fangswandler 16 aufgenommen werden.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung, bei der die Nuttiefe in Korrelation zum Abstand der Empfangswandler 4, an denen eine einen bestimmten Schwellenwert überschreiten de Amplitude der Schallwellen 5 festgestellt werden kann, vom Sendewandler 2 dar gestellt ist. Je tiefer die Fehlstelle 12 ist, desto weiter ist der erste Empfangswandler 4, an dem der vorgegebene Schwellenwert des Signals überschritten wird, vom

Sendewandler 2 entfernt. Somit kann anhand des Abstandes des ersten Empfangswandlers 4, an dem ein Überschreiten des Schwellenwertes festgestellt wird, zum Sendewandler 2 die Fehlstellentiefe bestimmt werden. Auch hier zeigt sich wieder ein Sättigungsbereich bis Nuttiefen von etwa 3 mm, in der eine Bestimmung der Nuttiefe nur mit diesem Signal kaum möglich ist. Daher verwendet das System nach Fig, 4 ebenfalls ergänzend die Informationen eines Im- puls-Echo-Signals, das von dem weiteren Empfangswandler 16 aufgenommen wird, um die Tiefe von weniger tiefen Fehlstellen 12 bestimmen zu können.

Fig. 6 zeigt, wie die Verwendung der Differenz der Amplituden, die von dem weiteren Empfangswandler 16 (durchgezogene Linie, Impulsechobetrieb) und dem oder den Empfangswandlern 4 (gestrichelte Linie, V-Durchschallung) aufgenommen wird, dazu verwendet werden kann, um die Tiefe von Fehlstellen 12 unabhängig von mög licherweise vorhandenen Ablagerungen auf der Oberfläche 8 des Prüfkörpers 10 zu bestimmen Fig. 6a zeigt eine V-Durchschallung eines Prüfkörpers 10 ohne Ablagerungen. Fig. 6b zeigt die von dem weiteren Empfangswandler 16 und dem Empfangswandler 4 aufgenommenen Amplituden an einem Referenzkörper mit Nuten unterschiedlicher Tiefe. Die Nuten sind hierbei maschinell eingebracht und die Nuttiefen jeweils bekannt. Fig 6c zeigt eine V-Durchschallung eines 10 Prüfkörpers 10 mit auf der Oberfläche des Prüfkörpers 10 angeordneten Ablagerungen. Die von dem weiteren Empfangswandler 16 und dem Empfangswandler 4 aufgenommenen Amplituden sind in Fig. 8d dargesteift. Durch die Ablagerungen sind die Amplidutden i Vergleich zu den Amplituden in Fig. 6b ohne Ablagerungen verringert, da die Schallwellen 5 beim zweimaligen Durchlaufen der Ablagerungsschicht eine zusätzliche Dämpfung erfahren. Fig. 6e zeigt jeweils die Differenz der von dem weiteren Empfangswandler 16 und dem Empfangswandler 4 aufgenommenen Amplituden. Die aus den Amplituden nach Fig. 6b errecbnete Differenz stimmt mit der aus den Amplituden nach Fig 6d errechneten Differenz überein. Da sowohl ein Signal der V- Durchschallung, das vom Empfangswandler 4 aufgenommen wird, als auch ein Im- puls-Echo-Signal, das vom weiteren Empfangswandler 16 aufgenommen wird, die Ablagerungsschicht durchlaufen müssen, wird die Abschwächung der Amplitude, die durch diese Ablagerung bewirkt wird, bei der Bildung der Differenz der beiden Signale herausgerechnet. Die Differenz der beiden Signale ergibt jeweils eine Kennlinie analog zu Fig. 3, anhand derer die Nuttiefe zuverlässig in einer Auswerteeinheit 14 bestimmt werden kann. Hierdurch können trotz Ablagerungen auf dem Prüfkörper 10 Fehlstellentiefen zuverlässig bestimmt werden.

Fig. 7 verdeutlicht einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bei schräg liegenden Rissen bzw. Nuten. Fig. 7a zeigt eine schräg im Prüfkörper 10 verlaufende Fehlstelle 12, die einen Winkel g mit einer Normalen 3 auf die Oberfläche 8 eines Prüfkörpers 10 einschließt Fig 7b und 7c zeigen Simulationsergebnisse der Amplituden eines herkömmlichen Winkeispiegelechos (Fig. 7b) und eines erfindungsgemäßen Impuls-Echo-Signals (Fig. 7c) bei Variation der Schräglage der Fehlstelle 12 bis 10 Die Amplitude des Winkelspiegelechos hängt stark vom Winkel Y ab, so dass beispielsweise bei einem Neigungswinkel von -10 ⁰ bereits eine Abschwächung um etwa 15 dB vorliegt. Dagegen ist die Amplitude des Impuls-Echo- Signals im Bereich von -10 ° bis + 10 ⁰ nahezu konstant. Daher ist durch die Verwendung des Impuls-Echo-Signals eine zuverlässige Detektion und Bestimmung auch schräg verlaufender Fehlstellen 12 gewährleistet. 26

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung zur Detektion von auf Fehlstellen 12 in einen Prüfkörper 10 basierenden Signalen in Form eines Inspektionsmolchs zur Prüfung von Rohrleitungen Sendewandler 2 und Empfangswandler 4 sind hierbei jeweils in Aufnahmen 18 angeordnet. Die Vorrichtung 16 weist um eine Längsmittelachse 20 herum eine Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Aufnahmen 18 mit Sendewand lern 2 und Empfangswandlern 4 auf. Die Aufnahmen 18 sind dabei radial in Richtung eines Prüfkörpers 10 bewegbar. Die Aufnahmen 18 weisen jeweils mindestens ein Führungselement 22 auf, die in Kontakt mit dem Prüfkörper 10 bringbar sind und dergestalt ausgestaltet sind, dass der Sendewandler 2 und der Empfangswandler 4 bei Kontakt des Führungselements 22 mit dem Prüfkörper 10 am Prüfkörper 10 be- abstandet in der Aufnahme 18 angeordnet sind. Vorliegend weisen die Aufnahmen 18 jeweils in Vorschubrichtung der Vorrichtung 16 innerhalb einer Rohrleitung vor und nach dem Sendewandter 2 und Empfangswandler 4 angeordnete Führungselemente 22 auf.

In Fig 8 sind in einer Aufnahme 18 mehrere Paare von Sendewandler 2 und Emp fangswandler 4 angeordnet, die voneinander in Vorschubrichtung beabstandet und leicht zueinander versetzt angeordnet sind, wie dies auch Fig 9 dargestellt ist. Hierdurch kann mit einem Durchgang der Vorrichtung 16 durch einen zu prüfenden Prüf körper 10 in Form einer Rohrleitung ein großer Teil des Umfangs der Rohrleitung bei einem Durchgang gleichzeitig erfasst werden. Eine derartige Vorrichtung ermöglicht das Aufnehmen von auf Fehlstellen 12 basierenden Signalen in einem Prüfkörper 10 in einem Durchgang 27

Fig _· 10 zeigt eine Anordnung aus Sendewandler 2 und Empfangswandler 4 mit einem Ultraschalltiefensensor 24. Sendewandler 2 und Empfangswandler 4 sind mit ihren akustischen Achsen aufeinander zu angewinkelt angeordnet, so dass eine V- Durchschailung eines Prüfkörpers 10 erfolgen kann. Der Ultraschalltiefensensor 24 ist hingegen mit seiner akustischen Achse senkrecht auf die Oberfläche eines Prüf- körpers 10 ausgerichtet und kann so die Dicke des Prüfkörpers 10 bestimmen Aus der Dicke des Prüfkörpers 10 bzw. der Abweichung der Prüfkörperdicke von einer nominellen oder angenommenen Prüfkörperdicke kann eine Korrektur der von Sen dewandler 2 und Empfangswandler 4 erhaltenen Signale vorgenommen werden. Diese Korrektur kann beispielsweise durch Hinterlegung unterschiedlicher Korrelationen für Referenzkörper unterschiedlicher Dicke erfolgen. Ein solcher Ultraschalltie- fensensor 24 kann auch bei den vorbeschriebenen Ausbildungen eingesetzt werden