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用于借助于超聲波全面檢測檢驗對象的幾何尺寸的方法

文檔序號:6144322閱讀:174來源:國知局

專利名稱::用于借助于超聲波全面檢測檢驗對象的幾何尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域
:本發(fā)明涉及一種依據(jù)權(quán)利要求1前序部分的用于借助于超聲波全面檢測檢驗對象的幾何尺寸的方法。
背景技術(shù)
:檢驗對象在本文中被理解為各種可借助于超聲波檢驗的工件。本發(fā)明特別涉及由鋼制成的伸長的檢驗對象,例如圓鋼或者管。幾何尺寸在這里特別是被理解為圓鋼的直徑以及管的外直徑和內(nèi)直徑。以下將術(shù)語"直徑"理解為圓鋼的直徑以及管的外直徑。長久以來已經(jīng)公知并證明了用于檢測圓鋼的直徑或者管的直徑和壁厚的超聲波檢驗。它例如也應(yīng)用在由鋼制成的管上,以便在生產(chǎn)過程中檢測是否保持所要求的壁厚。此外,使用超聲波檢驗,以便檢測在圓鋼內(nèi)或者管壁內(nèi)可能存在的不致密,例如分層、裂紋、缺口、壓折或者其他表面缺陷。在檢驗管時,根據(jù)脈沖-回聲方法,從管外表面出發(fā)在管壁內(nèi)激發(fā)超聲波脈沖并又接收從管內(nèi)表面反射的信號。根據(jù)信號的傳播時間以及根據(jù)待檢驗材料內(nèi)的波速可以計算出管壁的厚度并探測出管壁內(nèi)的缺陷。通常,該方法在生產(chǎn)過程中自動地應(yīng)用在可磁化以及不可磁化的管材料上。在用戶方面越來越多地提出如下要求,即必須全面表明檢驗對象的直徑。對于圓鋼其特別是直徑,對于管全面地確定直徑和壁厚,也就是內(nèi)輪廓和外輪廓。這些信息例如對于在運行中受到高的壓力載荷并且只具有很小的橢圓度(所謂的高抗擠管)的管是很重要的。并且對于用于制造高品質(zhì)的車削件或者軸承環(huán)的管,這些信息對于大范圍的質(zhì)量保證是必需的。原則上,不同的測量方法可以用于確定檢驗對象的直徑。和j戒/雄卯慮在這里根據(jù)游標(biāo)卡尺的原理機(jī)械地在螺旋線上量取直徑,并且借助于三角測量法光學(xué)地測量機(jī)械導(dǎo)向的隔離。在這里不利的是,在均勻的間隔下必需機(jī)械校準(zhǔn)。其中,直徑只在螺旋線上測量,這使得全面采集檢驗對象的表面的成本非常高。此外,機(jī)械零件的磨損直接影響測量精確度。A,測慮為了連續(xù)測量,應(yīng)用具有多根軸的光學(xué)測量系統(tǒng)或者應(yīng)用輪廓測量系統(tǒng)(3D三角測量法)。這些方法要求非常高的投資費用并且只能被非常困難地集成到現(xiàn)有的裝置中。在超聲波柃驗時借助于水先導(dǎo)段測量(Wasservorlaufstreckenmessung)的測量在該方法中,為了連續(xù)描述管的內(nèi)幾何尺寸和外幾何尺寸,使用水耦接的(wasserangeko卯elt)超聲波檢驗裝置,該裝置以水先導(dǎo)段(Wasservorlaufstrecken)工作并掃描整個管表面?;旧希鐝腄E19931350Al公知了水耦接的超聲波檢驗裝置。3借助于水先導(dǎo)段測量來確定管的外直徑和內(nèi)直徑的測量裝置例如從GE檢驗技術(shù)公司(KrautkrSmer測試機(jī)械,基礎(chǔ)超聲波無縫管檢驗,www.geinspectiontechnologies.com)公知。公知了超聲波檢驗設(shè)備繞著管無接觸或者接觸地旋轉(zhuǎn)的裝置。對于后者,通過幾何確定的支點以及借助于超聲波對水先導(dǎo)段的測量檢測圓弧,通過該圓弧在假設(shè)為理想的圓的情況下可以計算直徑。在這里不利的是,機(jī)械構(gòu)件的磨損直接影響了測量精確度。同樣,在間隔均勻時需要機(jī)械校準(zhǔn)。此外,旋裝裝置屬于對例如管這樣的工件的超聲波檢驗的應(yīng)用范圍,在該旋裝裝置中,檢驗對象被直線輸送并且超聲波(US)探頭機(jī)械地或者電動地(相控陣)繞著檢驗對象旋轉(zhuǎn)。此外,公知了掃描裝置,在該裝置中,檢驗對象穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動,并且US探頭在檢驗對象上方直線運動,并且其中表面被掃描。還公知了所謂的螺旋裝置,具有檢驗對象相對于固定布置的US探頭的螺旋線狀的輸送。對于這種裝置,檢驗對象的直徑的測量通過在檢驗對象的圓周上的不同位置上測量水先導(dǎo)段來進(jìn)行。US探頭的幾何位置以及支點(如果有的話)必須在每次測量開始時精確地被確定,并且在測量過程中保持不變。這一方面成本很高,另一方面由于水溫的改變、以及因此導(dǎo)致的水中波速的改變而可能出現(xiàn)不精確,如今這種不精確雖然可以通過溫度測量和校正得到部分補償,然而能獲得的測量精度很低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)在于,改進(jìn)公知的具有水耦接以及水先導(dǎo)段測量的用于檢測檢驗對象的幾何尺寸的超聲波檢驗方法,使得避免所描述的缺點。該任務(wù)依據(jù)本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1的特征得以解決。有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。在依據(jù)本發(fā)明的方法中,對檢驗對象的全面掃描通過借助于超聲波垂直引入聲振蕩(Ultraschall-Senkrechteinschallung)測量水先導(dǎo)段而進(jìn)行,其中,根據(jù)測量到的值計算基準(zhǔn)直徑。通過額外的在檢驗對象的之前借助于超聲波測量或待測量的相同位置上對直徑的精確的光學(xué)測量,進(jìn)行對超聲波檢驗的基準(zhǔn)直徑的測量值的校準(zhǔn)或再校準(zhǔn),由此計算檢驗對象的各個位置上的精確的直徑。該方法的優(yōu)點在于,一方面測量精確度得到明顯提高,另一方面校準(zhǔn)費用相對于公知的水先導(dǎo)段測量得到明顯減少。機(jī)械構(gòu)件可能的磨損或者水的溫度變化不再影響測量精確度,因為測量值在超聲波測量期間或者之后被以光學(xué)測量的準(zhǔn)確值"再校準(zhǔn)"。再校準(zhǔn)如下進(jìn)行在檢驗對象上的已知的測量線上或者在借助于超聲波測量的位置上,借助于超聲波測得的檢驗對象的基準(zhǔn)直徑被以高度準(zhǔn)確的光學(xué)確定的直徑值校正。然后,該值被用于其他所有的直徑值的校正。由間距測量并且通過對已知幾何關(guān)系的單次校準(zhǔn),可以全面并且詳細(xì)地描述檢驗對象的外幾何尺寸。對于空心物體,例如管,可以通過結(jié)合在相同位置上測得的壁厚而以簡單的方式精確描述檢驗對象的內(nèi)幾何尺寸。有利的是,超聲波測量和光學(xué)測量被集成到一條檢驗線中,這同樣可以有利地通過對現(xiàn)有的超聲波檢驗線的擴(kuò)展來進(jìn)行。然而,如果這些測量應(yīng)當(dāng)在不同的檢驗線中進(jìn)行,則檢驗對象在本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案中被標(biāo)記以調(diào)整好的坐標(biāo)零點,因此在以后的檢測線中,測量位置的準(zhǔn)確分配是可能的。本發(fā)明其他的特征、優(yōu)點和細(xì)節(jié)從以下說明中得出。其中圖1示出依據(jù)本發(fā)明的直徑測量的具有環(huán)繞的US測量以及直線的材料運動的第一種變型方案的原理圖;圖2示出借助于管上的掃描裝置的直徑測量的第二種變型方案的原理圖。具體實施例方式圖1在原理圖中示出依據(jù)本發(fā)明的在檢驗對象上的直徑測量的第一種變型方案,該檢驗對象在本例中是實心的圓鋼1。在圓鋼1上的直徑測量借助于水耦接的超聲波通過水先導(dǎo)段測量進(jìn)行。圓鋼1通過檢驗設(shè)備的運動方向用箭頭來表示,然而它也可以根據(jù)需要向相反的方向進(jìn)行。圓鋼i對應(yīng)于箭頭方向直線地首先進(jìn)入超聲波檢驗裝置3。該超聲波檢驗裝置3由多個布置在圓鋼1的圓周上的超聲波探頭2a至2i組成,這些探頭在垂直引入聲振蕩中被固定定位為與圓鋼l相距一距離。其中,超聲波探頭2a至2i可以被布置在一圓弧上,然而到圓鋼1表面的距離不同也是可行的。作為固定布置的替代,一個或多個超聲波探頭還可以在超聲波檢驗裝置3中繞著檢驗對象機(jī)械地或者電動地(相控陣)旋轉(zhuǎn)。通過在各個探頭(在這里由箭頭表示)上的水先導(dǎo)段測量,根據(jù)在一確定位置上測出的值計算基準(zhǔn)直徑4。該超聲波檢驗裝置3的一個優(yōu)點在于,超聲波探頭2a至2i與圓鋼1的表面沒有機(jī)械接觸。在公知的裝置中普遍的滑底(Gleitsohlen)或滑動軸承的磨損以及對測量精確度的相應(yīng)的不利影響在這里被排除。通常,這樣的檢驗裝置被應(yīng)用于在檢驗對象中探傷或者附加地用于管的壁厚檢測,其中然而不測量水先導(dǎo)段。依據(jù)本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點,即現(xiàn)有的用于探傷和壁厚檢驗的超聲波檢驗裝置也可以用于精確的直徑檢測。因此,為了將現(xiàn)有的超聲波檢驗裝置額外地用于全面檢測檢驗對象的直徑,依據(jù)本發(fā)明,校準(zhǔn)或者再校準(zhǔn)在圓鋼1的圓周上的不同位置上確定的水先導(dǎo)段,以便補償圓鋼1的圓周上水先導(dǎo)段測量的不精確。其中,校準(zhǔn)或者再校準(zhǔn)通過額外的光學(xué)測量裝置5實現(xiàn),其中圓鋼1在超聲波檢驗之后通過該光學(xué)測量裝置。光學(xué)測量裝置5在超聲波檢驗的一確定的測量位置上非常精確地檢測檢驗對象的直徑,其中,利用該測量值連續(xù)地校準(zhǔn)或者再校準(zhǔn)超聲波測量的水先導(dǎo)段的基準(zhǔn)直徑的測量值。然后,通過光學(xué)測量裝置5確定的精確的直徑值值被用于校正其他所有的超聲波圖2在原理圖中示出依據(jù)本發(fā)明的在檢驗對象上進(jìn)行直徑測量的第二種變型方案,該檢驗對象在本例中是管。對管6的直徑的測量在這種情況下如在公知的裝置中一樣通過借助于超聲波測量水先導(dǎo)段實現(xiàn)。借助于依據(jù)本發(fā)明的額外的(在這里沒有畫出)在管6的至少一個確定的位置上對直徑的光學(xué)測量,如圖1中描述的那樣,借助于超聲波確定的基準(zhǔn)直徑在各個位置上被校準(zhǔn)或者再校準(zhǔn)。為了能夠全面并位置準(zhǔn)確地在管6的長度上確定管6的直徑,該管6在位置固定地設(shè)置的超聲波檢驗裝置7以下螺旋線狀地運動。在這里,管6旋轉(zhuǎn)并同時如用箭頭表明的那樣在縱向上向前運動。如在公知的超聲波檢驗裝置中一樣,US探頭8被固定布置在弧形的探頭支架9內(nèi)并與管6保持一固定距離,該探頭支架通過布置在弧形探頭支架7的各個末端上的滑底11、11'密封地設(shè)置在管6上。在此由管表面構(gòu)成的腔在US檢驗時被填充以水。到管6表面的距離相應(yīng)于水先導(dǎo)段IO,利用該水先導(dǎo)段確定管的基準(zhǔn)直徑。為了確定基準(zhǔn)直徑,在每次測量開始時,US探頭8和滑底11、11'的幾何位置被精確確定并在測量期間保持不變。如在公知的借助于水先導(dǎo)段測量的直徑測量中一樣,在這里也通過滑底H、ll'的幾何確定的支點以及水先導(dǎo)段采集圓弧,通過該圓弧可以計算基準(zhǔn)直徑。例如由水溫的變化以及因此導(dǎo)致的水中波速的變化或者由滑底11、11'的磨損引起并影響所確定的基準(zhǔn)直徑的可能的測量不精確然后依據(jù)本發(fā)明通過利用光學(xué)確定的精確的直徑對測量值的校準(zhǔn)和再校準(zhǔn)又得到補償。附圖標(biāo)記列表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求一種用于借助于超聲全面檢測例如圓鋼或管這樣的檢驗對象的幾何尺寸,特別是直徑的方法,其中,以通過水耦接在一定距離處的至少一個探頭在探頭與檢驗對象之間相對運動的情況下全面掃描檢驗對象的外表面,并且其中在考慮直徑的水先導(dǎo)段的情況下,并且對于管位置精確地確定外直徑,并且附加地確定壁厚以及內(nèi)直徑,其特征在于,通過借助于超聲波垂直引入聲振蕩的對水先導(dǎo)段的測量進(jìn)行對檢驗對象的全面掃描,其中根據(jù)垂直引入聲振蕩計算基準(zhǔn)直徑,并且通過至少一個附加的對在檢驗對象的至少一個借助于超聲已測量或待測量的相同位置上的直徑的精確的光學(xué)測量進(jìn)行超聲波檢驗的基準(zhǔn)直徑的測量值的校準(zhǔn)和/或再校準(zhǔn),并由此計算檢驗對象的各個位置上的精確直徑。2.按權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述附加的光學(xué)測量在超聲波檢驗之前、期間或者之后進(jìn)行。3.按權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,所述超聲波檢驗和所述光學(xué)測量在一條檢驗線上進(jìn)行。4.按權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,所述附加的光學(xué)測量在超聲波檢驗之后在一條單獨的檢驗線上進(jìn)行。5.按權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于,在對檢驗對象的所述光學(xué)檢驗之前在超聲波檢驗的檢驗線上標(biāo)記有識別相應(yīng)測量位置的坐標(biāo)零點,利用該坐標(biāo)零點使得能夠在通過光學(xué)測量進(jìn)行校準(zhǔn)時實現(xiàn)測量位置的精確分配。6.按權(quán)利要求1-5中任一項方法,其特征在于,在檢驗管時,除了確定外直徑之外還在同一位置上確定壁厚。7.按權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,根據(jù)外直徑和相應(yīng)壁厚的位置精確的確定來確定位置精確的內(nèi)直徑。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于借助于超聲波全面檢測例如圓鋼或管道的檢驗對象的幾何尺寸,特別是直徑的方法,其中,利用通過水耦接在一定距離處的至少一個探頭在探頭與檢驗對象之間相對運動的條件下全面掃描檢驗對象的外表面,其中在考慮直徑的水先導(dǎo)段的情況下,對于管位置精確地確定外直徑、壁厚以及內(nèi)直徑。此外通過借助于計算出基準(zhǔn)直徑的超聲波引入聲振蕩的對水先導(dǎo)段的測量進(jìn)行檢驗對象的全面掃描,并且通過至少一個額外的對在檢驗對象的至少一個借助于超聲波已測量或待測量的相同位置上的直徑的精確的光學(xué)測量進(jìn)行超聲波檢驗的基準(zhǔn)直徑的測量值的校準(zhǔn)和再校準(zhǔn),并由此計算出檢驗對象的各個位置上的精確直徑。文檔編號G01B17/02GK101796373SQ200880105953公開日2010年8月4日申請日期2008年7月18日優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日發(fā)明者A·格魯斯,S·尼斯切申請人:V&M德國有限公司
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