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    Ein Ultraschallwandler zum Vermessen eines einen Überzug tragenden Teils, der wenigstens einen akustischen Wandler und eine Pufferverzögerungsleitung beinhaltet, die eine an die Impedanz des Überzugs angepasste Impedanz aufweist.An ultrasonic transducer for measuring a coating bearing member including at least one acoustic transducer and a buffer delay line having an impedance matched to the impedance of the coating.
    公开号:DE102004027798A1
    申请号:DE200410027798
    申请日:2004-06-08
    公开日:2005-01-13
    发明作者:Agostino Boxborough Abbate；Paul Joseph West Bridgewater Deangelo；Steven Abe Boston Labreck
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:G01B17-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft Dickemessinstrumente und insbesondere Ultraschallinstrumentezur Dickemessung.TheThe invention relates to thickness measuring instruments, and more particularly to ultrasonic instrumentsfor the thickness measurement.
    [0002] Beivielen Anwendungen ist es zweckmäßig dieDicke eines Teils genau zu kennen. Eine Dickemessung kann dazu verwendetwerden, die Abnutzung eines Teils zu bestimmen und kann anzeigen, dassein Teil ausgetauscht werden muss bevor es mechanisch ausfällt. ZumBeispiel sind Dickemessungen bei der Bestimmung von Nutzen, ob Fluid, z.B.Flüssigkeitenoder Gase, führendeRohre ausgetauscht werden müssenbevor das Rohr bricht oder sonst wegen übermäßigem Verschleiß ausfüllt. Auf deranderen Seiten geht das Bestreben dahin, einen Austausch von Rohrenzu vermeiden, die noch eine einigermaßen sichere ausnutzbare Lebensdauer hben.Aus diesem Grunde ist das Bestreben nach Genauigkeit bei der Bestimmungder Dicke eines Werkstückesvon vorherrschender Bedeutung.atmany applications it is appropriate theExactly knowing the thickness of a part. A thickness measurement can be usedto determine the wear of a part and can indicate thata part must be replaced before it mechanically fails. To theFor example, thickness measurements are useful in determining whether fluid, e.g.liquidsor gases, leadingPipes need to be replacedbefore the pipe breaks or otherwise fills because of excessive wear. On theon other sides, the endeavor goes by, an exchange of pipeswhich still have a reasonably safe useful life.For this reason, the quest for accuracy in the determinationthe thickness of a workpieceof predominant importance.
    [0003] ZumMessen der Dicke von Rohren und anderen Teilen werden Ultraschallgeräte verwendet. DieLaufzeit (time-of-flightTOF) eines durch ein Teil durchgehenden Ultraschallechos wird zurBestimmung der Dicke des Teiles verwendet. Die Ultraschallgeschwindigkeitin dem Teil ist eine bekannte Konstante. Die TOF liefert somit einegenaue Angabe der Teiledicke. Fürdiese Ultraschallmessungen werden normalerweise Puls-Techniken verwendet.Instrumente mit Doppelwandler in Pitch-Catch-Konfiguration können für Ultraschalldickemessungenverwendet werden.To theUltrasonic devices are used to measure the thickness of pipes and other parts. TheRuntime (time-of-flightTOF) of a continuous through a part ultrasonic echo is toDetermination of the thickness of the part used. The ultrasound speedin the part is a known constant. The TOF thus delivers oneexact specification of the part thickness. ForThese ultrasound measurements are usually used pulse techniques.Instruments with double converter in pitch-catch configuration can be used for ultrasonic thickness measurementsbe used.
    [0004] Rohreund andere Teile sind oft mit Farbe und anderen Überzügen überzogen, die die Ausbreitungsgeschwindigkeitder Ultraschallsignale beeinflussen. Der Überzug kann korrodieren oderwegen Verschleisses dünnwerden. Eine Messung der Dicke ist deshalb erforderlich, um festzustellen,ob der Überzugrepariert oder neu aufgetragen werden muss und ob das beschichteteRohr ausgetauscht werden muss.Tubeand other parts are often coated with paint and other coatings that increase the speed of propagationinfluence the ultrasonic signals. The coating can corrode orthin because of wearbecome. A measurement of the thickness is therefore necessary to determinewhether the coatingmust be repaired or repositioned and whether the coatedPipe must be replaced.
    [0005] DieUltraschallmessung der Dicke von Überzügen ist problematisch. Puls-Echo-Ultraschalltechnikenberuhen auf der Laufzeit (TOF) von Echos, die von innen liegendenStrukturmerkmalen des Rohrs reflektiert werden. Bei einem korrodierten Überzug werdendie Echos an der Schnittstelle zwischen dem Überzug und dem darunterliegendenRohr oft wegen der Korrosion verzerrt. In einigen Fällen kanndas Ultraschallgerätein Echo von der Überzug-Rohrschnittstellenicht erfassen und damit die Dicke des Überzugs nicht zuverlässig messen.Demgemäß gibt es einlangbestehendes Bedürfnisnach einem System und einem Verfahren zur Messung der Dicke von Überzügen aufTeilen oder Werkstückenunter Verwendung von Ultraschallmesstechniken.TheUltrasonic measurement of the thickness of coatings is problematic. Pulse-echo ultrasound techniquesare based on the time of flight (TOF) of echoes from insideStructural features of the tube are reflected. When a corroded coatingthe echoes at the interface between the coating and the underlying oneTube is often distorted because of corrosion. In some casesthe ultrasound machinean echo from the plating tube interfacefail to detect and thus not reliably measure the thickness of the coating.Accordingly, there is onelong-standing needaccording to a system and method for measuring the thickness of coatingsParts or workpiecesusing ultrasonic measuring techniques.
    [0006] Beieiner ersten Ausführungsformbesteht die Erfindung aus einem Ultraschallwandlergerät zum Vermesseneines Teils eines Überzugs,das wenigstens einen akustischen Wandler und eine Pufferverzögerungsleitungmit einer Impedanz aufweist, die an die Impedanz des Überzugsangepasst ist. Die Impedanz der Pufferverzögerungsleitung kann in einerGrößenordnung von3,0 × 106 Kg/m2 s und/oder ineinem Bereich von 9,9 × 106/m2 s bis zu 1,0 × 106 Kg/m2 s liegen.In a first embodiment, the invention comprises an ultrasonic transducer apparatus for measuring a portion of a coating comprising at least one acoustic transducer and a buffer delay line having an impedance matched to the impedance of the coating. The impedance of the buffer delay line may be of the order of 3.0 x 10 6 Kg / m 2 s and / or in the range of 9.9 x 10 6 / m 2 s to 1.0 x 10 6 Kg / m 2 s lie.
    [0007] Dieerste Ausführungsformkann ein Ultraschallwandlerinstrument beinhalten, das ein Paar Ultraschallwandleraufweist, die auf der Pufferverzögerungsleitungso angeordnet sind, dass die Übertragungeines Wandlers Echos erzeugt, die von dem anderen Wandler erfasstwerden. Alternativ hat das Instrument einen einzigen auf der Pufferverzögerugnsleitungangeordneten Wandler.Thefirst embodimentmay include an ultrasonic transducer instrument that includes a pair of ultrasonic transducerswhich is on the buffer delay lineare arranged so that the transmissionone transducer generates echoes detected by the other transducerbecome. Alternatively, the instrument has a single one on the buffer delay linearranged transducers.
    [0008] Beieiner zweiten Ausführungsformliegt die Erfindung in einem Verfahren zum Messen der Dicke einesTeiles unter Verwendung eines Ultraschallwandlerinstruments miteiner Pufferverzögerungsleiungund wenigstens einem Wandler, wobei das Verfahren beinhaltet: Wählen einerImpedanz fürdie Pufferverzögerungsleitungder gleichen Größenordnung wieeine Impedanz eines Überzugsauf dem Teil; Kalibrieren des Instruments durch Bestimmen einer Laufzeitdauer(TCAL2) von einer akustischen Pulsaussendungbis zu einem Echoempfang wobei das Echo von einer Schnittstellezwischen dem Überzugund dem darunterliegenden Teil reflektiert wird; Messen einer Laufzeit(TOF) von einer akustischen Pulsaussendung bis zu einem Echoempfang,wobei das Echo von einer Rückseitedes darunterliegenden Teils reflektiert wird; Bestimmen einer Dickedes Teils auf der Grundlage einer Differenz zwischen der TOF undder TCAL2.In a second embodiment, the invention resides in a method of measuring the thickness of a part using an ultrasonic transducer instrument having a buffer delay line and at least one transducer, the method including: selecting an impedance for the buffer delay line of the same order as an impedance of a coating on the part ; Calibrating the instrument by determining a transit time (T CAL2 ) from an acoustic pulse emission to an echo receipt, wherein the echo is reflected from an interface between the coating and the underlying portion; Measuring a time of flight (TOF) from an acoustic pulse emission to an echo reception, wherein the echo is reflected from a rear side of the underlying part; Determining a thickness of the part based on a difference between the TOF and the T CAL2 .
    [0009] 1 ist eine schematischeSkizze eines Doppelwandler-Ultraschallinstrumentsauf einem unbeschichteten Teil; 1 is a schematic sketch of a double transducer ultrasonic instrument on an uncoated part;
    [0010] 2 zeigt Diagramme der Ultraschallsignallaufzeit (TOF)bei dem in 1 dargestellten Wandlerund unbeschichtetem Teil; 2 shows diagrams of the ultrasonic signal propagation time (TOF) at the in 1 shown Transducer and uncoated part;
    [0011] 3 ist eine schematischeSkizze eines Doppelwandler-Ultraschallinstruments,das auf einem beschichteteten Teil angeordnet ist; 3 Fig. 12 is a schematic sketch of a double transducer ultrasonic instrument disposed on a coated part;
    [0012] 4 ist ein Diagramm der TOFbei dem in 3 dargestelltenWandler und beschichteten Teil; 4 is a diagram of the TOF at the in 3 illustrated transducer and coated part;
    [0013] 5 ist eine schematischeSkizze eines Doppelwandler-Ultraschallinstrumentsauf einem beschichteten Teil, unter Veranschaulichung eines Echo-Echosignals; 5 Figure 3 is a schematic sketch of a double transducer ultrasound instrument on a coated part, showing an echo echo signal;
    [0014] 6 ist ein TOF-Diagramm desin 5 dargestellten Wandlersund beschichteteten Teils, unter Veranschaulichung der TOF2 eines Echo-Echo-Signals wie auch der TOFeines Signals, das keine Echos-Echo-Signale in seinem Ausbreitungsweg aufweist; 6 is a TOF diagram of the in 5 illustrated transducer and coated part, illustrating the TOF 2 of an echo echo signal as well as the TOF of a signal having no echo echo signals in its propagation path;
    [0015] 7 zeigt zwei Diagramme zurVeranschaulichung einer TOF eines von einer Rückseite eines Teiles reflektiertenUltraschallsignals und zweier Kalibrierungs-TOF-Signale, die mitTCAL und TCAL2 bezeichnetsind und 7 FIG . 12 shows two diagrams illustrating a TOF of an ultrasonic signal reflected from a back of a part and two calibration TOF signals labeled T CAL and T CAL2 , and FIG
    [0016] 8 ist eine schematischeSkizze eines Ultraschallelementes mit einem einzigen Wandler und aufeinem beschichteteten Teil angeordnet. 8th is a schematic sketch of an ultrasonic element with a single transducer and arranged on a coated part.
    [0017] 2 ist ein Ultraschallgerät 10,das zwei auf einer Pufferverzögerungsleitung 14 derWandler montierte Wandler 12 aufweist. Die Wandler können ineiner sogenannten Pitch-Catch-Ausrichtungangeordnet sein. Das Gerätoder Instrument ist auf einem Teil 16 so angeordnet, dasses eine Dicke (H) des Teils misst. Die Wandler senden Ultraschallsignale, z.B.akustische Impulse aus, die sich durch die Verzögerungsleitung ausbreiten indas Teil 16 eindringen und von der stirnseitigen Oberfläche 18 undder hinteren Oberfläche 20 desTeils reflektiert werden. Die Ausbreitungswege 22 der Ultraschallimpulsevon jedem der Wandler 12 aus bezeichnen den abgehendenWeg eines von dem jeweiligen Wandler ausgesandten, akustischen Impulsesund den Rücklauf wegder von den Oberflächendes Teiles und der inneren Strukturmerkmale, etwa von Schnittstellenzwischen einem Farbauftrag und einem darunterliegenden Teil, reflektiertenEchos. Bei einem Doppelwandlerinstrument sendet jeder Wandler 12 einenUltraschallsignal aus und empfängtdie von den von dem anderen Wandler ausgesandten Signalen reflektiertenEchos. Die Pufferverzögerungsleitungführt eine Zeitverzögerung indie Signalausbreitung ein, so dass die Wandler von der Signalaussendungbis zum Signalempfang umschalten können bevor die Echos zu denWandlern zurückkommen.Die Doppelwandler sind auf der Pufferverzögerungsleitung unter einem kleinenNeigungswinkel derart angeordnet, dass von einem Wandler übermittelteSignal Echos erzeugen, die von dem anderen Wandler empfangen werden. 2 is an ultrasound device 10 , the two on a buffer delay line 14 the transducer mounted transducer 12 having. The transducers can be arranged in a so-called pitch-catch alignment. The device or instrument is on a part 16 arranged so that it measures a thickness (H) of the part. The transducers transmit ultrasonic signals, eg acoustic pulses, propagating through the delay line into the part 16 penetrate and from the frontal surface 18 and the back surface 20 of the part are reflected. The propagation paths 22 the ultrasound pulses from each of the transducers 12 refer to the outgoing path of an acoustic pulse emitted by the respective transducer and the return path away from the echoes reflected from the surfaces of the part and the internal features, such as interfaces between a paint application and an underlying part. In a double conversion instrument, each transducer sends 12 an ultrasonic signal and receives the echoes reflected from the signals emitted by the other transducer. The buffer delay line introduces a time delay in signal propagation so that the transducers can switch from signal to signal reception before the echoes return to the transducers. The double converters are arranged on the buffer delay line at a small tilt angle such that signals transmitted by one transducer produce echoes received from the other transducer.
    [0018] DieLaufzeit (TOF) ist die Zeitspanne von der Aussendung eines Ultraschallimpulsesdurch einen der Wandler 12 bis zum Empfang eines Echosdes Impulses durch den Wandler. Die TOF kann Zeitspannen, z.B. T1 und T4, während dersich das Signal durch die Verzögerungsleitungausbreitet und Zeitspannen, z.B. T2 undT3, beinhalten, während der das Signal sich durchdas Teil ausbreitet.The transit time (TOF) is the time span from the emission of an ultrasonic pulse by one of the transducers 12 until receipt of an echo of the pulse by the transducer. The TOF may include periods of time, eg, T 1 and T 4 , during which the signal propagates through the delay line and time periods, eg, T 2 and T 3 , during which the signal propagates through the portion.
    [0019] 1 zeigt ein Teil 16,das keine Beschichtungen aufweist. Echos werden von der stirnseitigen undder hinteren Oberflächedes Teils reflektiert, aber nicht von einer Beschichtung des Teils,weil nämlich aufdem in 1 dargestelltenTeil keine Beschichtungen vorhanden sind. Das Doppelwandlerinstrument 10 weisteine Pufferverzögerungsleitung 14 auf, diedas jeweilige Wandlerkristall von der stirnseitigen Oberfläche 18 desTeils 16 trennt. Die TOF ist durch die Summe der Zeitverzögerungengegeben, die den verschiedenen Wegen zugeordnet sind: TOF = T1 +T2 + T3 + T4 (Gleichung1) 1 shows a part 16 that has no coatings. Echoes are reflected by the face and back surface of the part, but not by a coating of the part, because on the in 1 represented part no coatings are present. The double conversion instrument 10 has a buffer delay line 14 on, the respective transducer crystal from the front surface 18 of the part 16 separates. The TOF is given by the sum of the time delays associated with the different paths: TOF = T 1 + T 2 + T 3 + T 4 (Equation 1)
    [0020] Wobei:T1 die Zeitverzögerung ist, die dem ersten(abgehenden) Streckenabschnitt der Signalausbreitung durch den Puffer 14 zugeordnetist; T2 die Zeitverzögerung ist, die dem erstenStreckenabschnitt der Signalausbreitung durch das Teil zugeordnetist; T3 die Zeitverzögerung ist, die dem zweiten Streckenabschnitt(rückkehrendesEcho) der Signalausbreitung in dem Teil zugeordnet ist; und T4 die Zeitverzögerung ist, die dem zweitenStreckenabschnitt der Signalausbreitung in dem Puffer zugeordnetist. T1 und T4 können beider Kalibrierung (TCAL = T1 +T4) bei Betrieb jedes Wandlers im Impulsechomodusgemessen werden. TCAL gibt die Signalausbreitungszeitdurch die Pufferverzögerungsleitung 14 an.Der TCAL-Anteil der TOF ist eine Konstante,die währendder tatsächlichenDickemessungen des Teils benutzt wird.Where: T 1 is the time delay that the first (outgoing) leg of signal propagation through the buffer 14 assigned; T 2 is the time delay associated with the first leg of signal propagation through the part; T 3 is the time delay associated with the second link (return echo) of signal propagation in the part; and T 4 is the time delay associated with the second link of signal propagation in the buffer. T 1 and T 4 can be measured during calibration (T CAL = T 1 + T 4 ) during operation of each transducer in the pulse echo mode. T CAL passes the signal propagation time through the buffer delay line 14 at. The T CAL component of the TOF is a constant used during the actual thickness measurements of the part.
    [0021] DieDicke (H) des Teils 16 kann anhand der Gleichung (2) wiefolgt bestimmt werden: H= VTeil·(TOF – TCAL)·k/2 (Gleichung 2) The thickness (H) of the part 16 can be determined by equation (2) as follows: H = VTeil · (TOF - T CAL ) · K / 2 (Equation 2)
    [0022] Wobei:VTeil die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals durchdas Teil und k ein geometrischer Korrekturfaktor ist, der den Neigungswinkelzwischen den beiden Wandlern 12 berücksichtigt, während derFaktor 2 das Impulsecho berücksichtigt.Where: VTeil is the propagation velocity of the ultrasonic signal through the part and k is a geometric correction factor, which determines the angle of inclination between the two transducers 12 while factor 2 takes into account the pulse echo.
    [0023] 2 zeigt typische Ultraschallsechosignale,die von dem Wandler bei der Vermessung des in 1 dargestellten Teils 16 erfasstwerden. Die in 2 dargestelltenDiagramme zeigen die Echosignalamplitude über einer Zeitspanne. Das ersteSignal 24 stellt die Messung einer TOF (12,24 μs) einesvon der hinteren Oberfläche 20 desTeiles reflektierten Echso dar. Das zweite Signal 26 kannals die Kalibrierungszeit (TCAL = 9,54 μs) bezeichnetwerden und gibt die Zeitspanne der TOF an, während der die Signale durchdie Pufferverzögerungsleitung 14 laufen. Daszweite Signal 26 wurde in der Weise erhalten, dass derWandler im Puls-Echomodus betrieben und das von der Bodenfläche derVerzögerungsleitung reflektierteSignal gemessen wurde. Unter Verwendung der Gleichung 2 und mitVTeil = 0,232 inches/μs,k = 0,955 beträgtdie Dicke (H) des in 1 dargestelltenTeiles 16 0,300 Inches. 2 shows typical ultrasonic echo signals generated by the transducer when measuring the in 1 represented part 16 be recorded. In the 2 Diagrams shown show the echo signal amplitude over a period of time. The first signal 24 represents the measurement of a TOF (12.24 μs) one of the back surface 20 of the part reflected Echso. The second signal 26 may be referred to as the calibration time (T CAL = 9.54 μs) and indicates the time span of the TOF as the signals pass through the buffer delay line 14 to run. The second signal 26 was obtained by operating the transducer in the pulse-echo mode and measuring the signal reflected from the bottom surface of the delay line. Using Equation 2 and with VTeil = 0.232 inches / μs, k = 0.955, the thickness (H) of the in 1 shown part 16 0.300 inches.
    [0024] DasTeil 16 in 1 trägt keineOberflächenbeschichtung.Viele Teile haben aber Überzüge aus Farbeoder anderen Materialien, um das Teil zu schützen und dem Teil irgendwelchezweckmäßigen Eigenschaftenzu verleihen. Die Messung der Dicke des Überzugs oder eines einen Überzug tragenden Teilsist deshalb schwierig, weil der Überzugeine unterschiedliche Schallgeschwindigkeit aufweist und in dieUltraschallmessung einen Fehler einführen kann.The part 16 in 1 does not carry a surface coating. Many parts, however, have coatings of paint or other materials to protect the part and give the part any functional properties. The measurement of the thickness of the coating or of a coating-carrying part is therefore difficult because the coating has a different speed of sound and can introduce an error into the ultrasonic measurement.
    [0025] 3 zeigt ein mit einem Überzug versehenesTeil 28, das einen Überzug 30 z.B.aus Farbe trägtund ein darunterliegendes Material 32 des Teiles. Die TOFeines sich durch den Überzug,das Teil und die Pufferverzögerungsleitungausbreitenden Signals ist im Nachstehenden in Gleichung 3 angegeben: TOF = T1 +T2 + T3 + T4 + T5 + T6 (Gleichung3) 3 shows a part provided with a coating 28 that a coating 30 eg from color and an underlying material 32 of the part. The TOF of a signal propagating through the clad, the part and the buffer delay line is given in Equation 3 below: TOF = T 1 + T 2 + T 3 + T 4 + T 5 + T 6 (Equation 3)
    [0026] Wobei:T5 + T6 die Zeitverzögerungensind, die der durch den Überzuglaufenden Ultraschallwelle zugeordnet sind und T1 bisT4 die gleichen Größen sind, wie bei den in 1 dargestellten, mit gleichen Bezugszeichenversehenen TOF-Zeitabschnitten.Where: T 5 + T 6 are the time delays associated with the ultrasonic wave passing through the coating and T 1 through T 4 are the same quantities as those in Figs 1 represented, provided with the same reference numerals TOF time periods.
    [0027] Dieden Überzügen zugeordnetenZeitverzögerungenT5, T6 können indie Messung der Dicke des Teils einen Fehler einführen. DerFehler (ET) bei der Messung der Dicke des Teiles z.B. der Dicke(TC) des Überzugsoder der Dicke (H) des Teiles selbst kann unter Verwendung der nachstehendenGleichungen 4a und 4b bestimmt werden: ET = VTeil//VÜberzug·(TC)·k (Gleichung 4a) ET = VTeil/VÜberzug·H·k (Gleichung 4b) The time delays T 5 , T 6 associated with the coatings may introduce an error in the measurement of the thickness of the part. The error (ET) in the measurement of the thickness of the part, for example, the thickness (TC) of the coating or the thickness (H) of the part itself, can be determined using equations 4a and 4b below: ET = VTeil // VÜberzug · (TC) · k (Equation 4a) ET = VTeil / VÜberzug · H · k (Equation 4b)
    [0028] Wobei:VÜberzugdie Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls durch den Überzug aufdem Teil ist. Das Verhältnis(VTeil/VÜberzug)ist normalerweise ein Faktor 2 oder 3. Im Hinblickauf dieses verhältnismäßig hoheGeschwindigkeitsverhältniskann der durch den Überzugin die Bestimmung der Dicke des Überzugsoder des Teils eingeführteFehler verhältnismäßig groß sein.Where: V is the propagation velocity of the ultrasound through the coating on the part. The ratio (VTeil / VÜberzug) is usually a factor 2 or 3 , In view of this relatively high speed ratio, the error introduced by the coating in determining the thickness of the coating or part can be relatively large.
    [0029] 4 ist ein Diagramm das dieTOF eines Ultraschallsignals 33 darstellt, die dem miteinem Überzugversehenen Teil 28 zugeordnet ist, wobei der Überzug eineFarbschicht mit einer Dicke von 0,030 inches ist. Die TOF beträgt 12,84 μs. Die unter Verwendungder Gleichung 2 geschätzteDicke des Teils beträgt0,367 inches, im Gegensatz zu der tatsächlichen Dicke des Teils von0,300 inches. Demgemäß wurdein die Messung der Dicke des Teils, herrührend von dem Überzug, einMessfehler (ET) von 0,067 inches eingeführt. 4 is a diagram that is the TOF of an ultrasonic signal 33 representing the coated part 28 wherein the coating is a 0.030 inch thick paint layer. The TOF is 12.84 μs. The thickness of the part estimated using Equation 2 is 0.367 inches, as opposed to the actual thickness of the part of 0.300 inches. Accordingly, a measurement error (ET) of 0.067 inches was introduced in the measurement of the thickness of the part resulting from the coating.
    [0030] 5 ist eine schematischeDarstellung eines auf einem mit einem Überzug versehenen Teiles 28 angeordnetenDoppelwandler-Ultraschallinstrumentes 10. Das Instrumenterfasst Echo-Echo-Signale in gleicher Weise wie die Wandler-Echosignale. EinEcho-Echo-Signal 34 ist eine Ultraschallsignal, das zweioder mehr in dem Signalweg reflektierte Echos beinhaltet. Ein Teildes Echos, das von der hinteren Oberfläche 20 reflektiertwurde, wird an der stirnseitigen Oberfläche 18 und wiederuman der hinteren Oberflächereflektiert, bevor es sich zu dem Wandler hin ausbreitet. 5 is a schematic representation of a provided on a coated part 28 arranged double transducer ultrasonic instrument 10 , The instrument detects echo-echo signals in the same way as the transducer echo signals. An echo-echo signal 34 is an ultrasonic signal that includes two or more echoes reflected in the signal path. Part of the echo coming from the back surface 20 is reflected on the frontal surface 18 and again reflected on the back surface before propagating toward the transducer.
    [0031] 6 ist ein Diagramm, dasdie TOF einer Folge von Echosignalen veranschaulicht. Ein erstes Signal(TOF) 36 hat einen Weg (T1 → T5 → T2 → T3 → T6 → T4) und beinhaltet kein Echo-Echo-Signal. Ein nachfolgendesSignal (TOF2) 38 läuft aufdem Weg (T1 → T5 → T2 → T2 → T3 → T3 → T6 → T4). Es treten zwei aufeinanderfolgende Echos(T2 → T3 → T3) des gleichen Signals auf, die zur Bestimmungder Dicke des Teils verwendet werden können. Die TOF des ersten Signals 36 istimmer noch durch die Gelichung 3 gegeben. Die TOF2 deszweiten Signals 38 ist durch die nachfolgende Gleichung5 gegeben: TOF2 = T1 + 2T2 + 2T3 + T4 + T5 + T6 (Gleichung5) 6 is a diagram illustrating the TOF of a sequence of echo signals. A first signal (TOF) 36 has a path (T 1 → T 5 → T 2 → T 3 → T 6 → T 4 ) and does not contain an echo-echo signal. A subsequent signal (TOF 2 ) 38 runs on the way (T 1 → T 5 → T 2 → T 2 → T 3 → T 3 → T 6 → T 4 ). There are two consecutive echoes (T 2 → T 3 → T 3 ) of the same signal that can be used to determine the thickness of the part. The TOF of the first signal 36 is still given by the Gelichung 3. The TOF 2 of the second signal 38 is given by the following equation 5: TOF 2 = T 1 + 2T 2 + 2T 3 + T 4 + T 5 + T 6 (Equation 5)
    [0032] DieDicke (H) des Teils kann unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung6 berechnet wird: H= VTeil·(TOF2 – TOF)·k/2 (Gleichung 6) The thickness (H) of the part can be calculated using Equation 6 below: H = VTeil * (TOF 2 - TOF) · k / 2 (Equation 6)
    [0033] BeiBenutzung des ersten Beispiels und der in 6 dargestellten Signale zur Bestimmungder TOF beträgtTOF2 15,55 μs während TOF = 12,85 μs ist. UnterVerwendung von Gleichung 6 wird die Dicke des Teils H als 0,300Inches gemessen, was richtig ist.Using the first example and the in 6 TOF 2 is 15.55 μs while TOF = 12.85 μs. Using Equation 6, the thickness of Part H is measured to be 0.300 inches, which is correct.
    [0034] DieEcho-Echomessung ist im Prinzip genau. Bei vielen korrodierten Teilensind aber die Echo-Signale verzerrt und schwach. In einigen Fällen sinddiese Signale fast 0. Oft könnendie Echo-Echo-Signale nicht zuverlässig zur Bestimmung der TOF2 verwendet werden und die Echo-Echotechnikist zum Messen der Dicke eines Teils nicht zweckmäßig.The echo-echo measurement is in principle accurate. For many corroded parts, however, the echo signals are distorted and weak. In some cases, these signals are almost 0. Often the Echo-echo signals can not be reliably used to determine the TOF 2 , and the echo-echo technique is not useful for measuring the thickness of a part.
    [0035] Eswird deshalb eine andere Technik benötigt, um die Dicke eines Überzugsund die Dicke eines mit einem Überzugversehenen Teils zu messen. Andere bekannte Techniken benutzen einemagnetische Messung, wie etwa Hall-Effekt-Verfahren oder Wirbelstromverfahren,um die Dicke (h) eines Überzugszu bestimmen. Wenn (h) bestimmt ist, kann die Dicke (H) des Teilsunter Verwendung der nachstehenden Gleichung 7 bestimmt werden: H = VTeil·(TOF – TCAL)·k/2 – VTeil/VÜberzug·h ·k (Gleichung 7) Therefore, another technique is needed to measure the thickness of a coating and the thickness of a coated part. Other known techniques use a magnetic measurement, such as Hall effect or eddy current techniques, to determine the thickness (h) of a coating. When (h) is determined, the thickness (H) of the part can be determined using Equation 7 below: H = VTeil · (TOF - T CAL ) · K / 2 - VTeil / VÜberzug · h · k (Equation 7)
    [0036] Wennaber irgendein Fehler bei der Bestimmung von h und/oder von VÜberzug durchHall-Effekt- oder Wirbelstromsensoren vorliegt, kann die Dicke desTeils (H) nicht genau bestimmt werden. Eine andere bekannte Technikbesteht darin, T5 und T6 getrenntzu bestimmen und die Werte dann von dem TOF-Messwert abzuziehen.Eine solche Technik ist in der US-Patentschrift 6,035,717 erläutert. Diesebekannten Techniken zum Messen der Dicke von mit einem Überzug versehenenRohren haben aber gewisse Probleme, von denen einige im Vorstehendenerörtertwurden.However, if there is any error in the determination of h and / or V-coating by Hall effect or eddy current sensors, the thickness of the part (H) can not be determined accurately. Another known technique is to separately determine T 5 and T 6 and then subtract the values from the TOF measurement. Such a technique is illustrated in U.S. Patent 6,035,717. However, these known techniques for measuring the thickness of coated tubes have certain problems, some of which have been discussed above.
    [0037] Eineandere Technik, die der Gegenstand dieser Darlegung ist, bestehtdarin, den Puffer 14 der Wandler-Pufferverzögerungsleitungin dem Ultraschallelement 10 an die Impedanz des Überzugs 30 einesmit einem Überzugversehenen Teils 28 anzupassen. Rohre und andere Teilesind typischerweise mit einem Überzugaus Farbe, Epoxidharz oder einem RTV-artigen Material versehen.Diese Überzüge habeneine typische akustische Impedanz in der Größenordnung von 3,0 × 106 kg/m2s. Das Verzögerungsleitungsmaterialin dem Puffer 14 des Wandlers 12 kann so gewählt werden,dass seine Impedanz an den Überzug 30 aufdem Rohr 28 angepasst ist. Durch Impedanzanpassung derPufferverzögerungsleitung 14 anden Überzugwird der Reflexionskoeffizient zwischen dem Ende der Verzögerungsleitung unddem Überzugextrem klein (R < 0,1).Durch die Impedanzanpassung wird der Überzug bei Ultraschallzweckenzu einer Verlängerungder Verzögerungsleitung.Zur Auswahl und zur Befestigung an dem Wandlerinstrument 10 steheneine Anzahl Pufferverzögerungsleitungenzur Verfügung,wobei jede Pufferverzögerungsleitungeine unterschiedliche Impedanz aufweist. Im Betrieb hat die Pufferverzögerungsleitungeine Impedanz, die ähnlichjener des zu vermessenden Überzugsist.Another technique that is the subject of this disclosure is to buffer 14 the transducer buffer delay line in the ultrasonic element 10 to the impedance of the coating 30 a part provided with a cover 28 adapt. Tubes and other parts are typically provided with a coating of paint, epoxy or RTV-like material. These coatings have a typical acoustic impedance on the order of 3.0 x 10 6 kg / m 2 s. The delay line material in the buffer 14 of the converter 12 can be chosen so that its impedance to the coating 30 on the pipe 28 is adjusted. By impedance matching the buffer delay line 14 to the coating, the reflection coefficient between the end of the delay line and the coating becomes extremely small (R <0.1). Due to the impedance matching, the coating becomes an extension of the delay line during ultrasound purposes. For selection and attachment to the transducer instrument 10 There are a number of buffer delay lines available, each buffer delay line having a different impedance. In operation, the buffer delay line has an impedance similar to that of the coating to be measured.
    [0038] 7 zeigt TOF-Diagramme einesSignals 40, das von einem von der hinteren Oberfläche 20 einesTeiles reflektierten Echo herrührt;ein Kalibrierungssignal (TCAL2) 42,das von der Schnittstelle 44 (3) zwischen dem Überzug 30 und demdarunterliegenden Teil 32 reflektiert ist und das Kalibrierungssignal(TCAL) 46, das an einem nicht miteinem Überzugversehenen Teil 16 gewonnen wurde. Die Kalibrierung desInstrumentes geschieht bei auf dem Rohr aufgesetztem Wandler. Istder Wandler auf ein mit einem Überzugversehenes Teil aufgesetzt, laufen die Ultraschallsignale ohne Reflexiondurch die Schnittstelle 44 zwischen der Pufferverzögerungsleitung 14 unddem Überzug 30,weil die Pufferverzögerungsleitungan den Überzugimpedanzmäßig angepasstist. Das Kalibrierungssignal ist, zumindest im Vergleich mit denEcho-Echo-Signalen, verhältnismäßig stark.Die TOF des Kalibrierungssignals (TCAL2) 42 istdurch die nachfolgende Gleichung 9 unter Bezugnahme auf 3 angegeben. TCAL2 =T1 + T4 + T5 + T6 (Gleichung 9) 7 shows TOF diagrams of a signal 40 from one of the back surface 20 part of a reflected echo originates; a calibration signal (T CAL2 ) 42 that from the interface 44 ( 3 ) between the coating 30 and the part below 32 is reflected and the calibration signal (T CAL ) 46 that on an uncoated part 16 was won. The instrument is calibrated with the transducer mounted on the tube. When the transducer is mounted on a coated part, the ultrasonic signals pass through the interface without reflection 44 between the buffer delay line 14 and the coating 30 because the buffer delay line is impedance matched to the coating. The calibration signal is relatively strong, at least in comparison with the echo-echo signals. The TOF of the calibration signal (T CAL2 ) 42 is expressed by the following equation 9 with reference to FIG 3 specified. T CAL2 = T1 + T 4 + T5 + T6 (Equation 9)
    [0039] UnterVerwendung von TCAL2 kann die Dicke (H)des mit einem Überzugversehenen Teiles 28 unter Verwendung der nachstehendenGleichung 10 bestimmt werden: H = VTeil·(TOF – TCAL2)·k/2 (Gleichung 10) Using T CAL2 , the thickness (H) of the coated part can be 28 be determined using Equation 10 below: H = VTeil · (TOF - T CAL2 ) · K / 2 (Equation 10)
    [0040] Außerdem liegtdie Dicke (h) des Überzugs beiKenntnis von TCAL2 und der üblichenKalibrierungs-TOF (TCAL) 46, diebei auf ein nicht mit einem Überzugversehenes Teil aufgesetztem Wandler gemessen wurde, fest. Die Dicke(h) des Überzugs kannunter Verwendung der nachstehenden Gleichung 11 bestimmt werden: h = VÜberzug·(TCAL2 – TCAL)·k/2 (Gleichung 11) In addition, the thickness (h) of the coating is given knowledge of T CAL2 and the usual calibration TOF (T CAL ) 46 that was measured when the transducer was placed on a non-coated part. The thickness (h) of the coating can be determined using Equation 11 below: h = V coating · (T CAL2 - T CAL ) · K / 2 (Equation 11)
    [0041] DieTOFen der in 7 dargestelltenSignale liefern ein Beispiel fürdie Messung der Dicke (H bzw. h) des Teils und des Überzugs.Zeitmäßig betragendie TOF 40 12,84 μs,TCAL 46 9,53 μs und TCA2 42 10,14 μs. UnterVerwendung der Gleichungen 10, 11 wird die Dicke (H) des Teils zu0,300 inches und die Dicke (h) des Überzugs zu 0,029 inches bestimmt. DieVerwendung der Impedanzanpassung zur Bestimmung einer TCA2,der Laufzeit von Signalen, die durch die Pufferverzögerungsleitungund den Überzuglaufen und von der Überzug-/Teil-Schnittstelle 44 reflektiertwerden, liefert eine genaue Technik zum Messen der Dicke eines Überzugsund des darunterliegenden Teils.The TOFs of in 7 The signals shown provide an example of the measurement of the thickness (H or h) of the part and of the coating. In terms of time, the TOF 40 12.84 μs, T CAL 46 9.53 μs and T CA2 42 10.14 μs. Using equations 10, 11, the thickness (H) of the part is determined to be 0.300 inches and the thickness (h) of the coating to be 0.029 inches. The use of impedance matching to determine a T CA2 , the transit time of signals passing through the buffer delay line and the cladding, and the cladding / sub-interface 44 provides a precise technique for measuring the thickness of a coating and the underlying part.
    [0042] DieTechnik der Impedanzanpassung der Pufferverzöge rungsleitung an die Impedanzdes Überzugskann auch bei einem Ultraschallinstrument 50 angewandtwerden, das einen einzigen Wandler 52 aufweist, wie diesin 8 dargestellt ist.Ein Instrument 50 mit einem Signalwandler 52 undeiner Pufferverzögerungsleitung 54 istauf den Überzug 56 einesmit einem Überzugversehenen Teils 58 aufgesetzt. Die Ausbreitungszeit durchdie Pufferverzögerungsleitungist mit TA, durch den Überzug mit TB und durchdas Teil mit TC angegeben.The technique of impedance matching the buffer delay line to the impedance of the coating can also be used with an ultrasonic instrument 50 be applied, which is a single transducer 52 has, as in 8th is shown. An instrument 50 with a signal converter 52 and a buffer delay line 54 is on the plating 56 a part provided with a cover 58 placed. The propagation time through the buffer delay line is indicated by T A , by the coating by T B, and by the part by T C.
    [0043] DasgebräuchlicheInstrumentenkalibrierungssignal TCAL gibtdie akustische Ausbreitungszeit durch die Pufferverzögerungsleitungwieder, wobei das Echo von der Bodenseite der Verzögerungsleitung 60 reflektiertwird. TCAL kann anhand der nachstehendenGleichung 12 bestimmt werden: TCAL = 2·TA (Gleichung12) The common instrument calibration signal T CAL represents the acoustic propagation time through the buffer delay line, with the echo from the bottom side of the delay line 60 is reflected. T CAL can be determined from Equation 12 below: T CAL = 2 · T A (Equation 12)
    [0044] DasKalibrierungssignal (TCAL2) gibt die akustischeAusbreitungszeit durch die Pufferverzögerungsleitung (TA)und dem Überzug(TB) an. TCAL2 kannanhand des unten stehenden Gleichung 13 bestimmt werden: TCAL =2·(TA + TB) (Gleichung 13) The calibration signal (T CAL2 ) indicates the acoustic propagation time through the buffer delay line (T A ) and the coating (T B ). T CAL2 can be determined from Equation 13 below: T CAL = 2 · (T A + T B ) (Equation 13)
    [0045] DieTOF eines von der hinteren Oberfläche 20 des Teils 58 reflektiertenSignals kann anhand der nachstehenden Gleichung 14 bestimmt werden: TOF = 2·(TA +TB + TC) (Gleichung 14) The TOF one of the back surface 20 of the part 58 reflected signal can be determined from Equation 14 below: TOF = 2 · (T. A + T B + T C ) (Equation 14)
    [0046] DieDicke (H) des Teils kann anhand der nachstehenden Gleichung 15 bestimmtwerden: H = VTeil·(TOF – TCAL2)/2 (Gleichung15) The thickness (H) of the part can be determined from Equation 15 below: H = VTeil · (TOF - T CAL2 ) / 2 (Equation 15)
    [0047] DieDicke (h) des Überzugskann anhand der nachstehenden Gleichung 16 bestimmt werden: h = VÜberzug·(TCAL2 – TCAL)/2. (Gleichung16) The thickness (h) of the coating can be determined from Equation 16 below: h = V coating · (T CAL2 - T CAL ) / 2. (Equation 16)
    [0048] Zubeachten ist, dass die Gleichungen 15, 16 den Gleichungen 10, 11 äquivalentsind, wobei k gleich eins gesetzt ist.ToNote that equations 15, 16 are equivalent to equations 10, 11are, where k is set equal to one.
    [0049] Wenngleichdie Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig alsdie zweckmäßigste undbevorzugte Ausführungsform betrachtetwird, so versteht sich doch, dass die Erfindung sich nicht auf diegeoffenbarte Ausführungsformbeschränkt,sondern dass sie im Gegenteil verschiedene Abwandlungen und äquivalenteAnordnungen mit umfasst, die in dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche liegen.Althoughthe invention has been described in connection with what is currently known asthe most appropriate andconsidered preferred embodimentis, so it is understood that the invention is not on thedisclosed embodimentlimited,but that on the contrary they are different modifications and equivalentIncludes arrangements, which are within the scope of the appended claims.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1]
    Ultraschallwandler zum Vermessen eines einen Überzug tragendenTeils, der aufweist: – wenigstenseinen akustischen Wandler und – eine Pufferverzögerungsleitung,deren Impedanz an die Impedanz des Überzugs angepasst ist.Ultrasonic transducer for measuring a coating carrying a coatingPart that has:- at leastan acoustic transducer andA buffer delay line,whose impedance is matched to the impedance of the coating.
    [2]
    Ultraschallwandler nach Anspruch 1, bei dem die Impedanzder Pufferverzögerungsleitung3,0 × 106 kg/m2s beträgt.An ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the impedance of the buffer delay line is 3.0 × 10 6 kg / m 2 s.
    [3]
    Ultraschallwandler nach Anspruch 1, bei dem die Impedanzder Pufferverzögerungsleitungeine Größe von 1,0 × 106 kg/m2s aufweist.An ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the impedance of the buffer delay line has a size of 1.0 × 10 6 kg / m 2 s.
    [4]
    Ultraschallwandler nach Anspruch 1, bei dem die Impedanzder Pufferverzögerungsleitungin einem Bereich von 9,9 × 106 kg/m2s bis 1,0 × 106 kg/m2s liegt.An ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the impedance of the buffer delay line is in a range of 9.9 × 10 6 kg / m 2 s to 1.0 × 10 6 kg / m 2 s.
    [5]
    Ultraschallwandler nach Anspruch 1, bei dem der wenigstenseine Wandler durch zwei Wandler gebildet ist, die auf der Pufferverzögerungsleitungangeordnet sind.Ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the at leasta converter is formed by two transducers located on the buffer delay lineare arranged.
    [6]
    Verfahren zum Messen einer Dicke eines Teils unterVerwendung eines Ultraschallwandlerinstruments, das eine Pufferverzögerungsleitungund wenigstens einen Wandler aufweist, wobei das Verfahren beinhaltet: a)Wählender Impedanz der Pufferverzögerungsleitungin der gleichen Größenordnungwie die Impedanz eines Überzugsauf dem Teil; b) Kalibrieren des Instruments durch Bestimmeneiner Laufzeit (TCAL2) von einer akustischenImpulsaussendung bis zum Echoempfang, wobei das Echo von einer Schnittstellezwischen dem Überzugund dem darunterliegenden Teil reflektiert wird; c) Messeneiner Laufzeit (TOF) von einer akustischen Impulsaussendung biszum Echoempfang, wobei das Echo von einer bodenseitigen Oberfläche desdarunterliegenden Teils reflektiert ist; d) Bestimmen einerDicke des Teils auf der Basis der Differenz zwischen der TOF undder TCAL2.A method of measuring a thickness of a part using an ultrasonic transducer instrument having a buffer delay line and at least one transducer, the method comprising: a) selecting the impedance of the buffer delay line of the same order of magnitude as the impedance of a coating on the part; b) calibrating the instrument by determining a propagation time (T CAL2 ) from an acoustic pulse transmission to echo reception, the echo being reflected from an interface between the coating and the underlying part; c) measuring a time of flight (TOF) from an acoustic pulse transmission to echo reception, the echo being reflected from a bottom surface of the underlying part; d) determining a thickness of the part based on the difference between the TOF and the T CAL2 .
    [7]
    Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Bestimmungder Dicke (H) des Teils unter Verwendung der nachfolgenden Gleichunggeschieht: H = VTeil·(TOF – TCAL2)·k/2,wobeiVTeil eine akustische Geschwindigkeit durch das Teil und k ein geometrischerKorrekturfaktor ist, der einen Winkel zwischen zwei Wandlern berücksichtigt,die den wenigstens einen Ultraschallwandler bilden.The method of claim 6, wherein the determination of the thickness (H) of the part is done using the following equation: H = VTeil · (TOF - T CAL2 ) * K / 2, where VTeil is an acoustic velocity through the part and k is a geometric correction factor that accounts for an angle between two transducers forming the at least one ultrasonic transducer.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Bestimmungder Dicke (H) des Teils unter Verwendung der nachfolgenden Gleichunggeschieht: H = VTeil·(TOF – TCAL2)/2,wobeiVTeil eine akustische Geschwindigkeit durch das Teil und der wenigstenseine Wandler ein einziger Wandler ist.The method of claim 6, wherein the determination of the thickness (H) of the part is done using the following equation: H = VTeil · (TOF - T CAL2 ) / 2 where VTeil is an acoustic velocity through the part and the at least one transducer is a single transducer.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-08-30| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2010-04-22| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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