Ultraschall-Anlagentechnik im Zeichen des Wandels von · PDF file 2008. 8. 11. ·...

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Ultraschall-Anlagentechnik im Zeichen des Wandels von konventioneller Technik zu Phased ArrayPhased Array
Francois DE FROMONT, Walter DE ODORICO, Wolfgang HAASE, Wolfgang
HANSEN, Wolfgang KEMNITZ, Ulrich SAUER, Ulrich SEMMLER, Bill WALDRON,
GE Inspection Technologies
industriellen Prüfung dar. Im Rahmen der Weiterentwicklung der Phased
Array-Technik hat sich diese inzwischen zu einem wichtigen Element in der
Anlagentechnik entwickelt. Neben der Erweiterung von Applikationslösungen
lassen sich mit ihr Produktivitätserhöhungen, aber auch Vereinfachungen in der
Prüfmechanik darstellen. Diese Tendenzen werden anhand von praktischen
Beispielen dargestellt.
Einführung
Phased Array wurde von Anbeginn der Entwicklung in der zfP als Werkzeug zur Lösung
anspruchsvoller Prüfaufgaben entwickelt. Darüber hinaus liegt das Potential dieser
Technologie in der Zusammenfassung mehrerer Prüfmodi in einem Prüfkopf und damit in
der mechanischen Vereinfachung mechanisierter Prüfungen. Diese Vorteile werden
zunehmend genutzt, um in der Anlagentechnik die Flexibilität und Produktivität zu erhöhen
Phased Array in der Prüfanlagentechnik
1.1 Vorteile des Einsatzes von Phased Array
Die Vorteile der Phased-Array-Technik im Anlagenbau lassen sich wie folgt darstellen:
Flexible Anpassung an individuelle Prüfaufgaben
Fähigkeit zur Lösung von Prüfaufgaben höherer Komplexität
Realisierung unterschiedlicher Prüfmodi mit einem Prüfkopf mit dem Ziel der
mechanischen Vereinfachung
Scannen mit dem Ziel der Produktivitätserhöhung
Reproduzierbare Einstellung durch elektronische Abspeicherung der quasi-
Mechanikparameter
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1.2 Phased-Array-Betriebsarten im Prüfanlagenbau
zum Einsatz: (Abb. 1)
1.3 Beispiele
1.3.1. Wartungsprüfung von Eisenbahnachsen
Die hier gezeigte Lösung ist geprägt durch die Forderung, die Achse im Zustand montierter
Radreifen und Bremsscheiben zu prüfen. Das bedeutet, dass nur eingeschränkt
Ankoppelflächen zur Verfügung stehen. (Abb. 2) Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
von den zugänglichen Ankoppelflächen aus Sektorscans durchgeführt werden. Die
Auswertung der Ergebnisse erfolgt anhand der gewonnenen B-Bilder. (Abb. 3)
Abb. 2: Prüfbedingungen Abb. 3: Prüfergebnisdarstellung
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1.3.2. Radprüfung im Anschluss an die Produktion
In diesem Beispiel wird der Radreifen mit Hilfe von zwei PA- Köpfen geprüft. (Abb. 4)
Die komplette Prüfung erfolgt während einer einzigen Rotation.
Abb. 4: Radreifenprüfung mit Phased Array
.
Wanddicken/Dopplungsprüfung in einem Prüflineal. Bei der Prüfung von längsorientierten
Fehlern kann darüber hinaus durch die Anwendung der Paint-Brush-Technologie, die
nachträgliche phasenabhängige Auswertung auf schräg liegende Fehler durchgeführt
werden. Durch Abspeicherung der digitalisierten Urdaten im Ultraschallgerät lassen sich
alle Orientierungen aus demselben Datensatz gewinnen, wodurch produktivitätsmindernde
Mehrfachschüsse entfallen. Die starke mechanische Vereinfachung führt dazu, dass trotz
der Fähigkeitserweiterung die gesamte Prüfkopftechnik in einem Becken untergebracht
werden kann. (Abb. 5)
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1.3.4.Stabstahl- und Rohrprüfung im Lineartransport
Zur Prüfung von Rundmaterial wird im Hause GE die ROWA-Technik eingesetzt, die
durch tangentiale Koppelwassereinführung in die Prüftrommel optimale
Ankoppelbedingungen schafft. Die gekrümmten Array-Vielelementprüfköpfe werden
formschlüssig in die Prüftrommel integriert. (Abb. 6) Derzeit wird diese Technologie in der
Stangenprüfung zur Kern- und zur Oberflächen- und oberflächennahen Volumenprüfung
eingesetzt. (Abb. 6) Dieses Prüfprinzip wird derzeit ebenfalls in der Großrohrprüfung bis
450mm AD eingesetzt. Die Kenntnis der Umfangslage eines jeden Prüfpulses erlaubt es,
die Ergebnisse in einer C-Bild-Darstellung einzusetzen. (Abb. 7)
Abb. 6: ROWA. Prinzipaufbau und Anordnung der Prüfköpfe
Abb. 7: C-Bild-Wanddickendarstellung
Die derzeitigen Norm- und Kundenforderungen verlangen nach Vielkopfsystemen zur
Erfassung von Fehlern in verschiedenen Orientierungen und Tiefenzonen. Es hat sich
gezeigt, dass moderne Rohrstähle Texturen aufweisen, die die Verwendung von
Festwinkelköpfen erschweren, da Einschallwinkelkorrekturen vorgenommen werden
müssen. Die PA-Technik löst dieses Problem. Darüber hinaus können ursprünglich getrennt
aufgebaute Systeme in einem Kopf vereinigt werden. Dadurch wird die mechanische
Komplexität reduziert bei gleichzeitiger Erhöhung der Anwendungsflexibilität. (Abb. 8)
Abb. 8: Zusammenfassung von Prüffunktionen in einem Phased Array-Kopf
1.3.6. Schweißnahtprofilprüfung
Oszillationsmechaniken, die über der Schweißnaht das Innen- und Außenprofil aufnehmen.
Auch hier ist durch Anwendung der PA-Technik eine mechanische Vereinfachung möglich,
bei gleichzeitiger Erhöhung der Oszillationsfrequenz, was zu einer angenehmeren und
aussagekräftigeren Darstellung in der Form eines flickerfreien, bewegten Profils führt.
(Abb. 9)
1.3.7. Multizonenprüfung an Turbinenscheiben
Bei dieser Anwendung werden die sich durch die Phased-Array-Prüfung ergebenden
Vorteile in zweierlei Hinsicht genutzt:
- Fokussierung in verschiedene Tiefenzonen
Diese Prüfaufgabe wurde durch die Modifikation eines medizinischen PA-
Ultraschallgerätes für die zfP-Nutzung gelöst. Der Einsatz dieser Technik führt im
Vergleich mit konventioneller Technik zu einer Produktivitätsverbesserung um den Faktor
10. (Abb. 10)
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1.3.8. Aluminium Barren- und Blechprüfung
Diese Anwendung zeigt, dass durch Phased Array eine sehr robuste Prüfung bereitgestellt
werden kann. Sie wird im hier beschriebenen Fall sowohl zur Produktionskontrolle von
Brammen als auch zur Fertigprüfung von gewalzten Blechen eingesetzt. Abb. 11 zeigt die
Walzblechprüfanlage
Fehleranzeigen
1.3.9.Prüfung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen
In der Produktionsprüfung von Flugzeugteilen hat die Anwendung von Phased Array zu
einer wesentlichen Erweiterung des prüfbaren Teilespektrums geführt. Sie wird im hier
beschriebenen Fall sowohl zur Produktionskontrolle von Außenhautkomponenenten (skin)
als auch zur 100%-Prüfung von komplex geformten Verstärkungsbauteilen wie Stringer,
Spanten oder Sonderbauteilen eingesetzt. Hierbei werden Prüfmethoden genutzt, die nur
vom Phased Array bereit gestellt werden können, nämlich parallel B-scan und reverse
Phasing. Die untenstehenden Abb. 12 und 13 illustrieren die Methode und zeigen
Ergebnisse.
Abb. 12: Parallel B-scan zur Prüfung von Bauteilen mit komplexer Kontur
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Darüber hinaus wird Phased Array heute auch in der Wasserstrahlankopplung eingesetzt,
wo eine wesentliche Produktivitätsverbesserung erzielt werden kann. (Abb. 14)
Abb. 14: Squirterprüfung mit Phased Array
Schlussfolgerungen: Die gezeigten Beispiele beweisen, dass die Phased-Array-Technik
heute in der Anlagentechnik einen hohen Stellenwert erreicht hat. Sie hat sowohl neue
Anwendungsgebiete erschlossen, als auch zur Produktivitätsverbesserung beigetragen. Ihr
Potential ist jedoch noch nicht ausgeschöpft. Im Zuge der Erweiterung der Technik auf 1 ½
bzw. 2D-Arrays lassen sie die Vorteile noch weiter zugunsten der Anlagentechnik
einbringen.
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