Es existiert eine Reihe von bekannte, zerstörungsfreien Messverfahren, die in der Industrie allgemein zur Pipeline-Inspektion eingesetzt werden. Hierzu zählen zum Beispiel magnetisch-induktive Verfahren, Wirbelstrom-Verfahren und auf Basis von Ultraschall aufsetzende Prüftechniken. Bei auf Ultraschall aufsetzenden Messverfahren können in Abhängigkeit von der Art der Anregung unterschiedliche Schwingungsarten (Longitudinal-, Transversal- und Relay- oder Lamb-Wellen) erzeugt werden. Allen diesen Verfahren ist gemeinsam, dass sie im Wesentlichen nur für die Detektion von Defekten des (metallischen) Pipelinerohres wie Risse oder Korrosion oder zur Wandstärkenbestimmung des Rohres eingesetzt werden. Informationen über den Zustand etwaiger Beschichtungen von metallischen Rohren oder flächigen, metallischen Gegenstände werden bislang nicht von der nicht mit der Beschichtung versehenen Seite des Gegenstands abgefragt.

Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine nicht-invasive Technik zur Detektion der Dicke oder anderer Zustände von Beschichtungen metallischer Gegenstände, beispielsweise von Ablösungen der Beschichtung, zur Verfügung zu stellen.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zur Bestimmung des Zustands, insbesondere der Dicke, von Elastomer- oder anderen Beschichtungen eines zumindest einseitig und vorzugsweise innen beschichteten metallischen Gegenstands, insbesondere von rohrförmigen Hohlkörpern oder sich flächig erstreckenden metallischen Gegenständen, an diesem Gegenstand ein erster Transducer angeordnet wird bzw. ist, mit dem eine antisymmetrische Lamb-Welle in dem Gegenstand erzeugt wird, deren Signal nach Durchlaufen einer definierten Strecke von einem weiteren an dem Gegenstand angeordneten Transducer detektiert wird. Über eine Amplituden- und/oder Laufzeitbestimmung des Signals wird anhand einer Referenzdatenbasis der Zustand der Beschichtung entlang der Strecke bestimmt. Hierbei werden die Transducer insbesondere auf der Außen- und nicht beschichteten Seite des Gegenstands angeordnet, während die Beschichtung auf der anderen und insbesondere inneren Seite des Gegenstands vorhanden ist. Es hat sich gezeigt, dass anti- oder asymmetrische Lamb-Wellen eine besondere Eignung für die Untersuchung von auf diese Weise ausgebildeten Schichtsystemen besitzen. Hierfür werden insbesondere niederfrequente, antisymmetrische Lamb-Wellen einer großen Wellenlänge verwendet, wobei das System darauf optimiert ist, eine hohe Sensibilität auf die Elastomer-Beschichtung zu erreichen. Durch die dispersive Eigenschaft, d.h. die Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Lamb-Welle von der Wanddicke und der Frequenz, können Änderungen der Gesamtwandstärke des Systems untersucht werden.

Regt man den sendenden Transducer mit einer insbesondere harmonischen Wechselspannung an, so kommt es aufgrund des piezoelektrischen Effektes zur Materialverdichtung und -Verdünnung und somit zur Dickenvibration. Die Auslenkung greift auf die Oberfläche des Gegenstands über und breitet sich als Lamb-Welle auf dieser Oberfläche mit einer materialtypischen Geschwindigkeit aus. Ein Teil der Energie wird nach Durchlaufen einer definierten Strecke in dem als Empfänger arbeitenden Transducer wieder in eine elektrische Wechselspannung zurückverwandelt, welche dann einer elektronischen Signalverarbeitung zugeführt wird. Durch die Wahl gleichartiger Sender- und Empfänger-Transducer, insbesondere von Piezokeramiken, erreicht man eine optimale Sensitivität auf die erzeugten Lamb-Wellen. Über eine Amplituden- und/oder Laufzeitbestimmung des Signals kann dann der Zustand der Beschichtung, vorzugsweise deren Dicke entlang der Strecke bestimmt werden. Insbesondere wird zur Auswertung der Dicke der Elastomerbeschichtung bzw. -Schicht und der metallischen Schicht die mittlere Schichtdicke aus der Referenzdatenbasis abgeleitet.

Da die Güte der akustischen Kopplung zwischen Piezokeramik und Oberfläche des Gegenstands einen starken Einfluss auf die Amplitude der antisymmetrischen Mode der Lamb-Welle (auch A-Mode genannt) hat, liefert die Messung der Amplitude nicht immer stabile Ergebnisse. Vorzugsweise wird zur Auswertung daher die Laufzeit der A-Mode herangezogen, um die Schichtdicke des Elastomers zu bestimmen. Zur Kompensation einer Schichtdickenänderung der metallischen Schicht des Gegenstands, also beispielsweise der Wanddicke einer Stahl-Pipeline ohne deren Be- schichtung mit einem Elastomer, kann weiterhin eine symmetrische Lamb-Welle verwendet werden.

Für die Auswertung der Dicke der Elastomerbeschichtung bzw. -schicht und der metallischen Schicht können sowohl die symmetrische und die antisymmetrische Lamb- Welle bei unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden. Sofern die Schichtdicke beispielsweise durch andere Ultraschallmessverfahren bekannt ist, kann jedoch die Auswertung einzig auf Basis der antisymmetrischen Lamb-Wellen erfolgen. Vorzugsweise wird die A-Mode der Lamb-Welle jedoch dominant angeregt, d.h. mit einer größeren Amplitude als die symmetrische Lamb-Welle.

Sinnvollerweise sind die Transducer für eine gute Übertragung der Anregung auf die Oberfläche des metallischen Gegenstands über eine kraftschlüssige Klebeverbindung an dem Gegenstand oder über ein Koppelmedium temporär auf dem Gegenstand insbesondere aufgeklemmt befestigt.

Die Auswertung des Signals erfolgt vorzugsweise automatisch und mithilfe geeigneter EDV-Mittel, wobei über geeignete Auswerte-, Anzeigemittel und/oder Speichermittel eine Schichtdicke der Beschichtung bestimmt und ausgegeben und/oder gespeichert werden kann. Um eine besonders gute Signalstärke des aufzunehmenden Lamb-Wellen-Signals zu erhalten, kann die zu erzeugende Lamb-Welle vorzugsweise automatisiert angepasst werden. Eine solche Optimierung wird insbesondere durch eine Frequenzanpassung über einen Frequenzbereich von 1 bis 800 kHz, insbesondere zwischen 10 und 100 kHz, durchgeführt.

Eine Reduzierung der Schichtdicke der Beschichtung wird über einen Anstieg der Amplitude und/oder eine Verringerung der Laufzeit der antisymmetrischen Mode bestimmt. Hierzu wird berücksichtigt, dass bei dünneren Beschichtungen der Ein- fluss der schalldämpfenden Eigenschaften der Beschichtung geringer ist, so dass sich aus der Theorie der Lamb-Wellen-Dispersion ein Anstieg der Lamb-Wellen- Geschwindigkeit und damit auch eine Laufzeitverringerung ergeben.

Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen den beiden Transducern mindestens 220 mm und maximal 800 mm. Insbesondere liegt der Abstand bei 440 mm (± 40) mm. Es hat sich gezeigt, dass mit diesen Abständen gute Signal-to-Noise- Verhältnisse ("SNR") bei den zu verwendenden Lamb-Wellen und herkömmlicherweise verwendeten Pipeline-Stählen erreicht werden. Darüber hinaus können Interferenzen der antisymmetrischen und symmetrischen Moden der Lamb-Welle vermieden werden.

Vorzugsweise wird automatisiert eine Kompensation von Störgrößen, insbesondere der Temperatur, der Stahlwandstärke und/oder der Stahlsorte vorgenommen. Dies kann entweder automatisiert über online-Messung der Temperatur, parallele Messungen der Stahlwandstärke und/oder der Stahlsorte oder über Einstellungen bezüglich der Referenzdatenbasis vorgenommen werden. Insbesondere kann eine sol- che Kompensation über eine Frequenzoptimierung erfolgen, so dass der Vergleich mit der Referenzdatenbasis zu keinen Fehlern führt.

Es hat sich gezeigt, dass insbesondere die aO-Mode der Lamb-Welle verwendet werden sollte, wobei die Wellenlänge der zu erzeugenden Lamb-Mode vorzugsweise 60 mm ± 10 mm betragen sollte. Bei Verwendung zumindest eines dieser Merkmale ergibt sich bereits ein gutes SNR. Die gemeinsame Verwendung der aO-Mode der Lamb-Welle und der entsprechenden Wellenlänge von 60 mm ± 10 mm führt zu einem besonders guten SNR.

Ebenfalls ist es für eine optimale Signalauswertung vorteilhaft, die Lamb-Welle kodiert anzuregen. Hierfür können insbesondere Barker-Codierungen, vorzugsweise mit einem Barker-Code einer Länge von 13, oder auch komplementäre Paar- Sequenzen, insbesondere Golay-Code-Sequenzpaare verwendet werden. Die Code-Folgen werden mit einem Sinus-Trägersignal multipliziert. Vorzugsweise wird ein Barker-Code für eine präzise Messung der Laufzeit verwendet.

Bei einer Laufzeitmessung eines Lambwellensignals kann das empfangene Wellensignal mit dem kodierten Anregungssignal mittels einer Kreuzkorrelation abgeglichen werden. Es ergibt sich in der Kreuzkorrelation zur Auswertung des Messsignals nur ein einzelner, stark ausgeprägter Peak mit vergleichsweise schwach ausgeprägten Nebenkeulen. Um die optimale Trägerfrequenz bei einer codierten Lamb-Wellen-Anregung zu finden, kann die Frequenz der Anregung vorzugsweise zwischen 10 und 100 kHz variiert werden. Hierzu kann für jede Frequenzänderung eine Kreuzkorrelation des Empfangssignals mit dem codierten Anregesignal durchgeführt und der Peak-Sidelobe- Level ermittelt werden. Dieses ergibt sich aus dem Verhältnis der Amplituden des Hauptpeaks und des maximalen Nebenpeaks in der Kreuzkorrelation. Je größer dieser Amplituden-Unterschied ist, desto genauer lässt sich die Laufzeit bestimmen und entsprechend die optimierte Trägerfrequenz insbesondere automatisiert bestimmen.

Vorzugsweise wird der Transducer, der als biegsame, piezoelektrische Flächenkeramik ausgebildet ist, dergestalt an den rohrförmigen Gegenstand angelegt, dass sich der Transducer der Krümmung des Gegenstands anpasst. Hierdurch können die Transducer für unterschiedliche Pipelines und rohrförmige Gegenstände verwendet werden bei gleichzeitig optimaler Übertragung des Signals in den Gegenstand.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden schematischen Darstellung weiter erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Reihe von Ausführungsbeispielen. Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden. Sofern sinnvoll, werden funktional gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugsziffern versehen.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Dicke einer Elastomer- Beschichtung bzw. Schicht 1 einer Pipeline 2, die in Fig. 1 ausschnittsweise gezeigt ist und die eine innenseitig mit der Beschichtung versehene Stahlwand 3 aufweist, umfasst zwei Transducer 4 und 5. Der Transducer 4 ist wie auch der Transducer 5 als Sender oder Empfänger betreibbar. Sofern der Transducer 4 als Sender betrieben wird, wird der Transducer 5 als Empfänger betrieben und umgekehrt.

Bei den Transducern handelt es sich um biegsame Flächen-Transducer, die als piezoelektrische Flächenkeramiken ausgebildet sind. Sowohl der Transducer 4 als auch der Transducer 5 sind an eine Steuereinheit 6 angebunden. Dies erfolgt über Kabel 7. Die Steuerelektronik aufweisende Steuereinheit 6 ist über ein Daten- und Stromversorgungskabel 8 mit weiteren EDV-Mitteln verbunden, bei denen es sich um Anzeige- und/oder Auswerte- und/oder Speichermittel handeln kann.

Mittels eines solchen Aufbaus sind eine Reihe von Referenzdatensätzen erzeugt worden. So zeigt Fig. 2 die Abhängigkeit der Laufzeit der Lamb-Mode aO von der Schichtdicke einer spezifischen Polyurethan-Beschichtung ("PU-Beschichtung"). Die Daten sind aufgenommen für eine Stahlplatte ("Plate") mit der Dimension 500 mm x 200 mm und einer Stahlwanddicke von 10 mm sowie für ein Pipeline-Rohr mit einem Durchmesser von 30" und einer Stahlwanddicke von 9,5 mm. Trägt man diese Daten in der dargestellten Form auf, kann man sie als Kalibrierkurve verwenden und aus der gemessenen Laufzeit eine PU-Schichtdicke bestimmen. In dieser Abbildung sind die Daten bei Raumtemperatur aufgenommen worden. Zur Kompensation von Temperatureffekten, können bei verschiedenen Temperaturen diejenigen Anregungsfrequenzen gesucht werden, die sich aufgrund der Abhängigkeit der akustischen Eigenschaften besonders gut für die Untersuchung eignen.

Da am Einsatzort des Messsystems keine homogene Temperaturverteilung zu erwarten ist, sondern stattdessen ein Temperaturgradient (hohe Innentemperatur durch das Medium und niedrige Außentemperatur insbesondere im Winter), können Innentemperaturen beispielsweise über EMAT-Messungen und Außentemperaturen über die Oberflächentemperatur des Stahls gemessen werden. Aus diesen Werten kann dann eine mittlere Temperatur bestimmt werden, die in die Berechnung der Schichtdicke einfließt. Anstelle der Berechnung der Stahlwandstärke des Rohres 3 mit Hilfe von symmetrischen Lamb-Wellen kann dieser Parameter beispielsweise auch mit handelsüblichen Ultraschallgeräten bestimmt werden.

Neben zusätzlichen Kalibrierkurven gemäß Fig. 2 für unterschiedliche Temperaturen bzw. für unterschiedliche Frequenzen können auch unterschiedliche Stahlsorten im Vorfeld von durchzuführenden Messungen für eine Referenzdatenbasis verwendet werden. Vorteilhaft für die Auswertung ist ebenfalls der Aufbau einer Referenzdatenbasis für unterschiedliche Beschichtungsmaterialien.