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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es ermöglicht,
räumlich
die Position, die Ausrichtung und die Verschiebung eines beweglichen
Satzes von Meßsonden
für variable
physikalische und/oder geometrische Größen zu bestimmen, das heißt, zu erfassen,
zu verfolgen und aufzuzeichnen, wobei dieser bewegliche Satz mindestens
zwei Sonden umfasst, aber insbesondere von mindestens einer Leiste
mit N Sonden gebildet wird, und die von einem Operator bezüglich eines
zu prüfenden
Teils oder Objekts manuell verschoben wird.
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Demnach
betrifft die Erfindung unter anderem das Gebiet der Untersuchungen
durch Kontakt und der zerstörungsfreien
Prüfungen,
die an Teilen und Materialien durchgeführt werden, die zum Beispiel
geschweißte
Teilegruppen jeder Art bilden, wie etwa mechano-geschweißte Ensembles
mit einfachen oder komplexen Formen und Geometrien. Noch allgemeiner
kann es sich hierbei um Materialien aller Art handeln: Metalle,
Nicht-Metalle, Verbundwerkstoffe, „Sandwich"-Materialien ... Die Verbindungen können ebenfalls
vielfältig
sein: Kleben, Schweißen, Schrauben,
Plattieren, Schweißüberzug,
etc. Die Überprüfungen können einmal
stattfinden oder wiederholt erfolgen, wie zum Beispiel Prüfungen vor
und nach einer Wärmebehandlung,
Prüfungen
vor und nach einer Reparatur, Prüfungen
vor und nach einem manuellen oder automatischen Überziehen von mechano-geschweißten Komponenten,
Dauerbeobachtungen bei der Nutzung von Materialien oder Ensembles,
Verfolgung der Entwicklung von Fehlern, ebenso Betriebskontrollen,
Instandhaltungskontrollen ...
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Es
gibt bereits Systeme, die mit Hilfe von Mechanismen mit Messvorrichtungen
die manuelle Bestimmung der geometrischen Position einer Sonde oder
eines Sonden-Satzes
ermöglichen,
die bezogen auf ein zu prüfendes
Teil verschoben werden.
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Die Überprüfung wird
in den meisten Fällen von
einem qualifizierten Mitarbeiter manuell ausgeführt, der entweder eine Sonde
oder eine Sonden-Leiste in einem dreidimensionalen Raum mit Hilfe
einer Führung
und von Bestimmungsmitteln verschiebt, wobei die Sonde oder die
Sonden dazu dienen, eine physikalische Messgröße des zu prüfenden Teils
zu bestimmen. Wenn im Laufe eines Prüfvorgangs eine Information von
der Sonde detektiert wird, werden die Position und die Ausrichtung
dieser Sonde aufgezeichnet. Der Einsatz eines Positions-Erfassungssystems,
das eine Kodier-Norm verwendet, die einer Winkelkodierung zugeordnet
ist, formt mittels eines Rechners die doppelten Polarkoordinaten
in kartesische Koordinaten um. Da die spezifischen Merkmale der
gemessenen physikalischen Größe gleichzeitig
aufgezeichnet werden, erfolgt die Interpretation oder die Analyse
der Ergebnisse in Echtzeit oder zeitlich versetzt nach dem Abspeichern
der erhaltenen Daten durch eine mit Rechnern ausgestattete Einrichtung
oder durch elektronische Analog- oder Digital-Verarbeitung. Nach
der Auswertung können
durch diese Informationen die Eigenschaften und die Stelle der Fehler
oder der gefundenen physikalischen Phänomene festgestellt werden.
Diese Vorgänge
sind langwierig und besonders heikel, zum Beispiel bei Arbeiten
unter Strahlung und ganz allgemein in schädlichen Milieus oder an Luftfahrzeugen bei
der Wartung, bei denen die Arbeitszeiten der Techniker begrenzt
sind und Prüfungen
an gekrümmten
oder komplexen Oberflächenbereichen
oder solchen mit variabler Geometrie nicht zulassen.
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Diese
manuellen Arbeitsgänge
erfordern im allgemeinen lange und aufwendige Positionswiederholungen,
wobei bestimmte Bereiche mehrere Male manuell oder mit einem klassischen
Erfassungssystem, das eine einzige Sonde verwendet, untersucht werden
müssen.
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Alternativ
erfordert der gleiche Arbeitsgang, der mit Hilfe eines Systems durchgeführt wird,
das eine automatische Verschiebung der Sonden und eine Aufzeichnung
der gewünschten
physikalischen Größen ermöglicht,
im allgemeinen für
jede geometrische Konfiguration die Konzeption einer spezifischen
Apparatur, die für
den Arbeitsgang notwendig ist und Besonderheiten berücksichtigt,
die mit jeder Technik verbunden sind. In dieser Situation ist die Charakterisierung
der aufgenommenen physikalischen Messgröße durch die Tatsache beschränkt, dass
es nicht möglich
ist, „Abtastungen" an den Teilen gemäß der verschiedenen
möglichen
oder notwendigen Ausrichtungen der Sonden vorzunehmen. Außerdem gelingt
es nicht, den Arbeitsgang zu reproduzieren, der in Gegenwart der
signifikanten physikalischen Größe manuell
ausgeführt
wird und darin besteht, die Ausrichtung der Sonden ganz leicht zu
verändern,
um das beste gewünschte
physikalische Signal zu erhalten.
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Bestimmte
Dokumente, wie etwa die französischen
Patente Nr. 2223703 und Nr. 2394095, beschreiben Vorrichtungen für die Ortung
und die Positionierung einer Sonde in einer gewünschten Position oder entlang
einer gewünschten
Bahn, oder auch ein Verfahren und eine Apparatur zur Bestimmung
der Position einer Sonde, die willkürlich verschoben wird, aber
keines dieser Dokumente beschreibt ein Verfahren und ein Gerät zur Bestimmung
der Position, der Orientierung oder der Fehlorientierung und der
Verschiebung einer Leiste mit N Sonden. Es gibt Systeme, automatisiert
oder nicht automatisiert, zur Prüfung
komplexer Formen, aber jedes Mal sind diese Ausrüstungen spezifisch für die geometrische
Konfiguration des Teils, an dem sich der Arbeitsgang vollzieht.
Die Berücksichtigung
der Ausrichtung der Sonden ist Funktion der Mechanik, die für diese
Formteile oder drehsymmetrischen Teile ausgearbeitet wurde. Die Überprüfungen von
Knotenpunkten von geschweißten
Verbindungen wie beispielsweise die Schweißnähte der Rohre petrochemischer
Anlagen sind jedes Mal spezifische Fälle und diese Ausrüstungen
können
nicht an andere Geometrien angepaßt werden. Der Einsatz dieser
Systeme ist oft unmöglich,
oder wenigstens nicht im Industriebereich, wenn man das Gefälle der
Rohrzweigleitungen und die Komplexität der Form-Wiederholungen bedenkt, wie
zum Beispiel die Kreuzung mehrerer Zylinder, deren Achsen verschieden
ausgerichtet sind.
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Keines
der vorhandenen manuellen Systeme, ob sie nun auf einem orthonormierten
Bezugssystem beruhen oder auf einem Bezugssystem, das die Polarkoordinaten
in kartesische Koordinaten umwandelt, ermöglicht die Durchführung von
Kartierungen mit N Sonden mit der Möglichkeit, den zu prüfenden Bereich
nach willkürlich
gewählten
Richtungen hin abzutasten, und zwar so, dass die Interpretation der
erhaltenen Aufzeichnungen in Korrelation mit den erfassten Daten
durchgeführt
werden kann.
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Bei
den Systemen mit orthonormierten Bewegungsabläufen, die derzeit angeboten
werden, kann die Orientierung oder die Fehlorientierung des Prüfkopfes
nicht in der Weise geändert
werden, dass der Erfassungsschritt gemäß der Abtastrichtung der Sonden
modifiziert werden kann. Die früheren
Verfahren sind vor allem eingeschränkt, wenn die Messfeinheit
Erfassungschritte erfordert, die kleiner sind als die Größe der Sonden
oder der Meßfühler oder der
anderen Vorrichtungen, die für
die Prüfung
von Luftfahrzeugen zum Beispiel verwendet werden, oder noch allgemeiner
von allen mechanischen oder mechano-geschweißten Komponenten oder von Ensembles
jeglicher Art, wo die Auflösung
mindestens kleiner sein muss als die Größe des nachzuweisenden physikalischen „Ereignisses".
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Die
derzeit existierenden Systeme mit Laser, mit Kamera, mit indizierten
Kodiereinrichtungen, die mit Gelenken verbunden sind oder nicht,
erlauben es nicht, „Kartierungen" mit N Sonden durchzuführen, welche
die genaue Aufzeichnung der Daten ermöglichen, die von diesen Sonden
erfasst wurden. Die Ausrichtung und die willkürliche, nicht gesteuerte Verschiebung
der Leisten mit N Sonden können
nicht miteinander korreliert werden, auch nicht mit anderen gespeicherten
Informationen, und derart ausgewertet werden, dass sie rasch in
einer Form dargestellt werden, die für die Interpretation der aufgezeichneten
Ergebnisse geeignet ist.
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Die
Patentanmeldung WO 85/00123 betrifft ein System zum Messen geometrischer
und elektromagnetischer Charakteristika von Objekten, wobei eine
Reihe von Sonden verwendet wird, die in beträchtlichem Abstand von diesen
Objekten stehen, insbesondere von Ultraschallsonden oder von elektromagnetischen
Sonden. Ein solches System wird demnach nicht im Kontakt mit den
zu prüfenden
Objekten verwendet und es kann nicht in engen Bereichen eingesetzt
werden. In dem Fall, wo diese Sonden von einem Bedienungsarm (siehe 4)
getragen werden, handelt es sich um einen Roboter und nicht um ein
Ensemble, das von einem Menschen bewegt wird. Schließlich ist
dieses bekannte System, wie die vorher erwähnten, nicht für die Erfassung
von Daten während
einer willkürlichen
Bewegung der Sonden unter Berücksichtigung
der zuvor eingespeicherten Geometrie des analysierten Gegenstands konzipiert.
Das System des Dokuments WO 85/00123 zwingt im Gegenteil zur Einhaltung
vorher bestimmter Bahnen.
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Zusammenfassend
kann man demnach feststellen, dass keines der bestehenden Systeme
die Orientierung oder die Fehlorientierung einer Sondenleiste berücksichtigen
kann.
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Die
vorliegende Erfindung hat also die Aufgabe, die vorstehend dargestellten
Mängel
und Unzulänglichkeiten
zu beseitigen, indem sie eine Vorrichtung liefert, mit der die Position
und die Orientierung oder die Fehlorientierung eines Satzes von
N Sonden, die insbesondere in Form einer Leiste angeordnet sind,
bezogen auf vorher festgelegte Referenzgrößen, bestimmt und aufgezeichnet
werden können,
und zwar so, dass die Gesamtheit der erfassten oder möglicherweise
zu erfassenden und gespeicherten Informationen, auf welchem Träger auch immer,
untereinander oder mit anderen zuvor gespeicherten Informationen
in Bezug oder in Korrelation gesetzt werden können und so ausgewertet werden können, dass
sie rascher und in einer für
industrielle Anforderungen der Bedienung besser geeigneten Form
ausgewertet werden können,
verglichen mit den vorhandenen manuellen oder automatischen Systemen,
die die Orientierung oder die Fehlorientierung der Sondenleiste
nicht berücksichtigen.
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Zu
diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung
der Position eines beweglichen Satzes von Mess-Sonden der hier betroffenen
Art, bei der der bewegliche Sonden-Satz, der von einem Mechanismus
mit vielfachen Freiheitsgraden getragen wird und der von einem Operator bezüglich eines
zu prüfenden
Teils oder Objekts manuell verschiebbar ist, wobei die Gelenkverbindungen
und/oder Bewegungsachsen dieses Mechanismus mit Positions-Kodiereinrichtungen
ausgestattet sind, die Signale an einen Rechner abgeben, der zuvor
Daten gespeichert hat, welche das zu prüfende Teil oder Objekt geometrisch
kennzeichnen, wobei dieser Rechner die Aufnahme von Informationen auslöst, bestimmt
und aufzeichnet, die die Position und die Ausrichtung des Satzes
von Sonden einschließen,
und zwar in Korrelation mit der Erfassung der physikalischen oder
geometrischen Messwerte, die von diesen Sonden geliefert werden.
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Die
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zu prüfende Bereich
in n Teile mit geringen Abmessungen mit einer vorher bestimmten
Form unterteilt ist, die ein sich wiederholendes Grundmotiv bildet
und so das Netzmuster dieses Bereichs definiert, das in den Speicher
des Rechners eingegeben wird. Dieser speichert auch nach der Erfassung
eine oder mehrere Informationen, die von einer einfachen oder mehrteiligen
Sonde kommen, die er der Oberfläche
jenes Elements zuordnet, über
dem sich die Sonde zum Zeitpunkt des Messens befindet. Das betreffende
Element kann jede beliebige geometrische Form, haben, zwei- oder
dreidimensional sein, zum Beispiel oktogonal, hexagonal, quadratisch
oder rechteckig, die gewählt
wurde, um ein spezielles Netzmuster, das für die gute visuelle Auswertung
der „Kartierung" erforderlich ist,
zu vereinfachen oder zu bevorzugen. Dieses Netzmuster kann für die aufgezeichneten Punkte
auch die Messgenauigkeit, die mit der Geschwindigkeit der Erfassung
verbunden ist, erhöhen
oder vermindern.
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Wenn
demnach der bewegliche Sonden-Satz, der vor allem in Form einer
Leiste vorliegt, von dem einen Ende des Arms eines mehrachsigen, vom
Operator verschiebbaren „Manipulators" getragen wird, gewährleisten
geeignete Kodiereinrichtungen eine Bestimmung der jeweiligen variablen
Winkelpositionen und/oder Linearpositionen der Komponenten dieses
Manipulators, ungeachtet der Gesamtzahl seiner Freiheitsgrade, und
ermöglichen
so die Verfolgung und die Erfassung von Positionsänderungen,
um die Position, die Ausrichtung oder die Fehlausrichtung des beweglichen
Sonden-Satzes zu berechnen oder zu steuern. Das System berücksichtigt
insbesondere die Ausrichtung einer Sondenleiste, die drehbar am
Ende eines Arms mit mindestens einer Gelenkverbindung montiert ist,
deren Drehung von mindestens einer Kodiereinrichtung gesteuert wird.
So wird es möglich,
die einzelnen Positionen von N Sonden zu erfassen, die bezogen auf
ein zu prüfendes
Teil verschoben werden, indem sie korreliert werden mit den Messwerten,
die jeweils von diesen N Sonden geliefert werden, als ob es sich
um die Erfassung der Position einer einzigen Sonde handelte. Selbstverständlich muss
die räumliche
Konfiguration der N Sonden anfangs in den Speicher des Rechners
eingegeben werden, um in Kombination mit den von den Kodiereinrichtungen
gelieferten Informationen über
die Position berücksichtigt
zu werden. Es ist auch angebracht, den Befestigungspunkt des beweglichen
Satzes von N Sonden zu berücksichtigen,
der sich an einem beliebigen Punkt (in der Mitte oder außen) der
Leiste befinden kann oder sogar, bezogen auf die Achse der Leiste,
seitlich versetzt sein kann.
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Auf
diese Weise wird die Überprüfung der Position
und der Ausrichtung einer Leiste mit N Sonden durchgeführt, die
entweder auf einer einzigen Messmethode oder auf mehreren Methoden
beruhen, zum Beispiel Ultraschallsonden und Wirbelstromsonden, die
insbesondere im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung einsetzbar
sind, wobei die Aufgabe darin besteht, „Kartierungen" physikalischer Messgrößen herzustellen,
bei denen die gesamten aufgezeichneten Parameter von jeder beliebigen Vorrichtung
zur visuellen Darstellung, virtuell oder anders, ausgewertet und
flächenbezogenen
und raumbezogenen Dimensionskoordinaten zugeordnet werden können.
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Die
Vorrichtung, die Gegenstand der Erfindung ist, kann für willkürliche oder
nicht willkürliche Verschiebungen
von Mess-Sonden eingesetzt werden, wobei diese Verschiebungen vor
allem so erfolgen, dass diese Sonden in Kontakt mit dem zu prüfenden Teil
oder Objekt gehalten werden. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung
mit Hilfsmitteln verbunden, die es dem Operator ermöglichen,
mit dem beweglichen Sonden-Satz eine vorher festgelegte Bahn, oder
eine nicht im voraus bestimmte, aber zumindest „geführte" Bahn, zu beschreiben, und zwar mit
einer Regelungseinrichtung, die die Freiheitsgrade nach vorher festgesetzten
Kriterien begrenzt, was die Herstellung von „Kartierungen" komplexer oder schwer
zugänglicher
Oberflächen
erleichtert.
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Die
Regelung der mechanischen Achsen der Vorrichtung ermöglicht es
auch, ihre Trägheit
zu verringern, ihre Positionierung und ihren Einsatz (in Kontakt
bringen) bei einer vertikalen Arbeit oder einer Arbeit am Plafond
zu erleichtern und die Bewegung des Operators unabhängig von
ihm zu reproduzieren, wobei dieser letztere Arbeitsgang durchgeführt werden
kann, nachdem die bei einer ersten manuellen Handhabung gewonnenen
Informationen ausgewertet sind.
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Der
Einsatz der Erfindung kann darüber
hinaus für
den Operator erleichtert werden durch eine Visualisierung der vom
beweglichen Sonden-Satz ausgeführten
Bewegung auf dem Monitorbildschirm, oder durch ein beliebiges anderes
visuelles, tastbares, empfindliches, mechanisches, audiovisuelles Mittel,
das die Hand des Operators leiten kann.
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Die
gesteuerten Verschiebungen des Sonden-Satzes müssen auch in Korrelation gesetzt
werden mit dem Erfassungsschritt der Messwerte, der außerdem vorbestimmt
ist. Es handelt sich insbesondere darum, dass die Berücksichtigung
von Messwerten vermieden wird, die in dem geprüften Bereich bereits aufgezeichnete
Informationen überlagern könnten, wodurch
die Deutung unmöglich
würde,
da jeder Messpunkt nicht kumuliert oder mit den Werten eines benachbarten
Punktes vermischt werden kann. Anders ausgedrückt, müssen die Erfassungen von aufgezeichneten
Messwerten zwingend eineindeutig einer Messposition zugeordnet werden.
Außerdem muss
die Tatsache berücksichtigt
werden, dass die Auflösung
der Übernahme
von Messdaten selbstverständlich
an die Toleranzen des Freiheitsgrades oder der Freiheitsgrade gebunden
ist, die mit der Positionierung und der Ausrichtung der Leiste mit
N Sonden im Hin blick auf die Art und die Dimension des gewählten Netzmusters
des zu prüfenden
Bereichs verbunden sind.
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Um
Abtastungsschritte zu ermöglichen,
die variabel oder während
der Erfassung veränderbar sind,
können
die Sonden nicht nur in Reihe (einfache Leiste), sondern auch entsprechend
jeder beliebigen geometrischen Form in zwei oder drei Dimensionen angeordnet
werden, insbesondere als zwei parallel oder kreuzweise angeordnete
Sondenleisten, durch die eine Erfassung in Bezug oder in Korrelation
mit den aufgezeichneten Daten möglich
ist. Die Kombination von zwei Sondenleisten erlaubt es, die Auflösung zu
steigern und/oder die Positionierung der Sonden zu erleichtern.
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Wenn
der Operator den beweglichen Satz von N Sonden bedient, kann die
Vorrichtung, gleichzeitig oder nicht mit der Verschiebung dieser
Sonden, Daten aussenden, solche empfangen, oder gleichzeitig aussenden
und empfangen, und jede Art von elektronischer, elektrischer, mechanischer,
elektromechanischer oder rein mathematischer Verarbeitung der für die vom
Operator gemachten Messung spezifischen Signale durchführen. Diese
Mess-Signale können
gleichzeitig mit den Informationen über Position und Ausrichtung
der N Sonden erfasst werden und zusammen mit und eventuell unter
Berücksichtigung
von anderen gespeicherten Informationen ausgewertet werden, um die
Ergebnisse in der am besten geeigneten Form für die Beschreibung der analysierten
Lage darzustellen. In der Praxis können die Verarbeitung, die
Aufzeichnung und die Darstellung der Informationen im Rahmen des
Einsatzes der vorliegenden Erfindung in zahlreichen, voneinander verschiedenen
Formen erfolgen.
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Die
Erfindung wird besser verstanden werden mit Hilfe der folgenden
Beschreibung mit Bezug auf den anliegenden schematischen Zeichnungssatz,
der beispielhaft einige Ausführungsbeispiele dieser
Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines beweglichen Satzes
von Mess-Sonden zeigt, die in einem Prüfgerät verwendet werden:
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1 ist
ein Grundschema der Vorrichtung, die Gegenstand der Erfindung ist;
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die 2, 3 und 4 zeigen
in Form von Prinzip-Schemata drei individuelle Ausführungsbeispiele
dieser Vorrichtung;
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5 zeigt
ein Beispiel eines Netzmusters;
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6 ist
eine detailliertere Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
während
des Einsatzes.
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In 1 ist
eine Prüfvorrichtung
dargestellt, die ein zentrales Drehgelenk oder Kugelgelenk 1,
einen vom Drehgelenk 1 getragenen radialen Arm 2 sowie
am Ende des Arms 2 ein weiteres Drehgelenk oder Kugelgelenk 3 umfasst,
das eine Leiste 4 mit N geradlinig ausgerichteten Sonden 5 trägt, wie
etwa Ultraschall-Sonden und/oder Wirbelstrom-Sonden. Der Arm 2 kann
dank des ersten Drehgelenks 1 eine Drehbewegung entsprechend
dem Pfeil 6 und eine radiale Translationsbewegung entsprechend
dem Pfeil 7 beschreiben. Die Leiste 4 kann bezogen
auf den Arm 2 dank dem Drehgelenk 3 eine Drehbewegung
entsprechend dem Pfeil 8 beschreiben, und zwar um 180°, ja sogar
360°. Kodiereinrichtungen, die
mit den zwei Drehgelenken 1 und 3 und mit der Translationsbewegung
des Arms 2 verbunden sind, ermöglichen die Bestimmung der
augenblicklichen Positionen der Leiste 4 und aller Sonden 5 in
Bezug auf einen Fixpunkt, der aus der Initialisierung dieser Kodiereinrichtungen
resultiert, oder in Bezug auf feststehende Referenzen. Mit dieser
Vorrichtung kann eine bestimmte Fläche abgetastet werden, wobei
das Ende des Arms 2 manuell von einem Operator verschoben
wird und wobei die von den N Sonden 5 gelieferten Messdaten
aufgezeichnet werden und jedem Messwert eine Position zugeordnet
wird, das heißt,
die Koordinaten X, Y im Raum oder in einer Ebene, des Punktes, an
dem die betreffende Messung gemacht wurde. Diese Koordinaten werden ausgehend
von den vorgenannten Kodiereinrichtungen bestimmt, indem geeignete
Gleichungen für
den Fixpunktwechsel verwendet werden, wobei der End-Fixpunkt so
gewählt
wird, dass die Lokalisierung der Messungen in oder auf dem zu prüfenden Teil
erleichtert wird. Die Initialisierungs-Funktion der Kodiereinrichtungen
ermöglicht
das Festlegen des Fixpunktes, mit dem die Koordinaten bestimmt sind,
auf denjenigen, der als End-Fixpunkt
gewählt
wurde.
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Die 2, 3 und 4 zeigen
Varianten der Vorrichtung der 1:
Gemäß der 2 hat
die Vorrichtung ein erstes Drehgelenk 1, das nicht mehr
an einem festen Punkt angeordnet ist, sondern entsprechend dem Pfeil 9 in einer
Translationsbewegung entlang einer Trägerleiste 10 verschiebbar
ist. Ein Zwischengelenk 11 kann auf dem radialen Arm 2 eingefügt werden.
Die Leiste 4 mit N Sonden 5 ist nicht nur drehbar
beweglich (Pfeil 8), sondern auch verschiebbar (Pfeil 12) bezogen
auf das Ende des Arms 2. Eine zweite Leiste 4' mit Sonden 5', die zur vorherigen
senkrecht steht, kann auch noch verwendet werden, um eine „kreuzweise" Gesamtanordnung
zu erreichen.
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Gemäß der 3 hat
die Vorrichtung noch eine Trägerleiste 10,
aber der Arm 2 steht senkrecht zur Trägerleiste 10 und wird
von einem Schlitten 1' getragen,
der entlang dieser Trägerleiste 10 verschiebbar
ist. Ein Zwischengelenk 11 kann auch hier am Arm 2 vorgesehen
werden.
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Gemäß der 4 trägt der Arm 2 zwei
Leisten 4 und 4'' mit N Sonden,
die jeweils mit 5 und 5'' bezeichnet
sind und parallel aneinandergefügt
sind. Der Mittenabstand e der zwei Leisten 4 und 4'' bestimmt den Mess-Schritt nach
einer der Richtungen X, und Y der abgetasteten Ebene. Durch diese
Anordnung können „blinde" Bereiche vermieden
werden.
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Die
Sonden 5, 5' und/oder 5'', die in einer Reihe angeordnet
sind, sind insbesondere Sonden, die gleichzeitig senden und empfangen
können,
wobei es sich um Ultraschall- oder
um Wirbelstrom-Sonden handeln kann.
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Bei
der Verschiebung der Leiste 4 (oder je nach Fall der Leisten 4, 4' und 4, 4'') werden die in ein und demselben
Positions-Grundbereich durchgeführten
Messungen gruppiert, und man speichert nur die für jeden Bereich repräsentativste
Messung. Dafür
wendet man auf die Position jeder Messung ein Nahabstands-Kriterium
im Raum oder in der Ebene an, was die Gruppierung der in ein und
demselben Bereich durchgeführten
Messungen ermöglicht.
In der Praxis erscheint dieses Kriterium in Form eines Netzmusters
mit sich wiederholendem Grundmotiv, beispielsweise mit sechseckigen
Netzwaben 13, in 5 dargestellt,
wobei die Netzwaben 13 eine in den zwei Dimensionen X und
Y feste oder variable Schrittweite haben. Die Änderung der Wiederholungs-Schrittweite
des Netzmusters ermöglicht
es, während
der Prüfung
die Genauigkeit der Darstellung den Bedürfnissen anzupassen, oder an
die von den Kodiereinrichtungen in einer speziellen Zone gebotene
Auflösung,
oder an die Auflösung,
die sich aus dem Winkel der Leiste 4 mit N Sonden 5 gegen
die Richtung ihrer Verschie bung ergibt. Die Auswahl der repräsentativen
Messung jeder Netzwabe 13 erfolgt je nach der verwendeten
Methode und nach dem Ziel der Prüfung;
im Fall von Ultraschall-Sonden 5 zum Beispiel kann man
die Messung der Maximalamplitude wählen, oder die, die die kürzeste Flugzeit
hat, oder die, deren Spektrum in einem gegebenen Frequenzband das
energiereichste ist. Bei Wirbelstrom-Sonden ist die Vorgehensweise
gleichartig, auf der Grundlage der Amplitude, der Phase, usw. Man kann
auch Kriterien statistischer Art anwenden, wie etwa Mittelwert oder
Histogramm, anstatt eine einzige Messung für jede Netzwabe 13 auszuwählen. Die Auswahl
erfolgt entweder in Echtzeit, in dem Maße, wie die Messungen von den
Sonden 5 durchgeführt werden,
die das geprüfte
Teil abtasten, oder zeitversetzt, was die Modifizierung der geeigneten
Auswahlkriterien ermöglicht.
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Bei
der Anwendung dieser Kriterien können sich
die Sonden 5 untereinander total austauschbar verhalten,
wobei Verfahren der Eichung und der Korrektur gegebenenfalls so
eingesetzt werden, dass die Anworten dieser Sonden 5 vor
dem Vergleich und der Auswahl der repräsentativen Messung egalisiert
werden. Doch können
die Sonden auch nicht völlig
gleich sein, in welchem Fall sie in Untergruppen von Sonden neu
gruppiert werden, auf die unabhängig
voneinander das vorstehend beschriebene Auswahlverfahren angewandt
wird.
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Schließlich zeigt
die 6 detaillierter eine erfindungsgemäße Vorrichtung
während
des Einsatzes. Die Vorrichtung hat eine Grund- oder Auflagefläche 14,
die durch Gummisauger, magnetisch, durch Kleben oder durch ein beliebiges
anderes Mittel auf einem zu prüfenden
Teil 15 mit mehr oder weniger komplexer Form befestigt
ist. Hier findet man das erste Drehgelenk oder Kugelgelenk 1 wieder,
den Arm 2 und das andere Drehgelenk oder Kugelgelenk 3,
das hier die Leiste 4 mit N Sonden mittels einer Bogenstange 16 und
eines Bügels 17 trägt. Das
Ganze bildet einen beweglichen Mechanismus mit geringer Trägheit, hier
mit sechs Freiheitsgraden, nämlich zwei
Hauptdrehungen und eine Verschiebung für den Arm 2 und drei
zusammenwirkende Drehungen auf der Seite der Handhabung durch den
Operator. Diese Kinematik ermöglicht
es, mit variablen Ausrichtungen der Leiste 4 mit N Sonden
zu arbeiten und mit dieser Leiste 4 die gesamte Oberfläche des
Teils 15 abzutasten, wobei die Sondenleiste beim Verschieben
in Kontakt mit dieser Fläche
bleibt. Die Kodiereinrichtungen, wie etwa diejenigen, die mit 18, 19 und 20 bezeichnet
sind, die den verschiedenen Dreh achsen und der Translationsbewegung
des Arms 2 zugeordnet sind, sind mit einem Rechner 21 verbunden
und liefern diesem letzteren Informationen, die kombiniert werden,
um durch Transformation der Koordinaten die Position und die Ausrichtung
der N Sonden 5 der Leiste 4 zu berechnen.
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Die
Gesamtheit der aufgezeichneten Informationen, die von den Sonden 5 geliefert
werden, und der Informationen, die die Position der N Sonden 5 wiedergeben,
wird synchronisiert, ausgewertet und vom Rechner 21 verarbeitet,
der sie auch speichert, um auf dem Bildschirm 22 dieses
Rechners angezeigt zu werden, insbesondere in Form von repräsentativen „Kartierungen" der untersuchten
Bereiche; die Ergebnisse können
auch, in Echtzeit oder nicht, von einer mit dem Rechner 21 gekoppelten
Druckvorrichtung 23 ausgegeben werden.
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Die
Vorrichtung, die Gegenstand der Erfindung ist, ist unter anderem
für die
Prüfung
durch Ultraschall und/oder Wirbelstrom von Schweißnähten einsetzbar,
insbesondere bei Teilen mit komplexen Formen, einschließlich in
schwer zugänglichen
Bereichen.
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Man
würde den
Rahmen der Erfindung nicht verlassen:
- – Wenn man
die mechanische Struktur, die den beweglichen Sonden-Satz trägt, verändert, insbesondere,
wenn mehr oder weniger Gelenkverbindungen vorgesehen werden;
- – Wenn
man für
diese Struktur spezielle Verschiebungsbahnen vorsieht, zum Beispiel,
indem die Verschiebungsachse „X" zum Ring umgebildet wird,
um ein Drehteil zu prüfen;
- – Wenn
die Sonden je nach den auszuführenden Messungen
in Form von Messwandlern beliebigen Typs gestaltet werden, wobei
die Sonden zugleich senden und empfangen können, oder wobei die Sonden
einerseits ausschließlich
senden und andererseits ausschließlich empfangen, und wobei
diese Sonden mit oder ohne Kontakt mit dem zu prüfenden Teil verwendet werden
können;
- – Wenn
diese N Sonden in jeder beliebigen räumlichen Konfiguration angeordnet
werden, beispielsweise im Zickzack oder in einer bogenförmigen,
ja sogar kreisförmigen
Anordnung, da die Anordnung in einer Reihe, die eine Leiste bildet, nicht
zwingend ist (festzustellen ist auch, dass im Fall von aus schließlich sendenden
Sonden einerseits und ausschließlich
empfangenden Sonden andererseits, diese jeweils in zwei parallel
laufenden Reihen angeordnet werden können, wobei sie beispielsweise
durch einen gemeinsamen Träger
in U-Form verbunden sind, der auf dem zu prüfenden Teil fixiert werden
kann);
- – Wenn
vorgesehen wird, dass die oder jede Sonden-Leiste, oder ihr Träger, auch
noch andere Elemente trägt,
wie etwa Werkzeuge;
- – Wenn
die Verarbeitung der Informationen, insbesondere bezüglich der
Position, nach allen möglichen
Verfahren erfolgen kann;
- – Wenn
die erhaltenen Ergebnisse in allen möglichen Formen ausgedrückt werden
können.