NDTnet - February 1996, Vol.1 No.02

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Digitale Ultraschall-Prüftechnologie,
ein Werkzeug für das Kostenmanagement

Wolf-Dietrich Kleinert, Johannes Büchler
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Abstrakt:

Im Fertigungsprozeß ist die kostensenkende Wirkung von Qualitätssicherung heute unbestritten. Hier hat die Ultraschallprüfung bereits einen hohen Stellenwert erreicht. Immer häufiger wird sie aber auch zur Überwachung von Maschinen oder Anlagen aller Art herangezogen. Dabei geht es nicht nur um die Verlängerung von Standzeiten bei möglichst kleinem Risiko. Auch die Vorhersage, wann ein Bauteil voraussichtlich versagen wird, ist von großer Bedeutung. Reparaturen bzw. Ersatzbeschaffungen können so just in time veranlaßt werden. Dadurch werden hohe Investitionen besser planbar; zudem wird ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz geleistet.


Selbstverständlich sind hervorragende Ultraschalleigenschaften notwendige Voraussetzung auch für die digitalen Ultraschall-Prüfgeräte. Zusätzlich bietet die digitale Prüftechnologie erhebliche Vorteile. Diese liegen insbesondere in der Möglichkeit, alle Daten zur Dokumentation und zur Archivierung auf elektronischen Datenträgern ablegen zu können. Die archivierten Daten dienen zum einen dazu, in Zweifelsfällen die Korrektheit der durchgeführten Prüfung nachweisen zu können, sowie den Prüfbefund zu dokumentieren. Zum anderen kann aufgrund der gespeicherten Daten für eine Wiederholungsprüfung das Prüfgerät exakt wieder genauso eingestellt werden wie zum Zeitpunkt der Speicherung.

  • Die RS 232-Schnittstelle

    Zur Übertragung einzelner Daten bzw. zur direkten Dokumentation auf einem angeschlossenen Drucker reicht eine serielle Schnittstelle nach dem RS 232Standard aus. Über diese Schnittstelle können die folgenden Daten übertragen werden: Außerdem kann das Ultraschall-Prüfgerät über die RS 232 vollständig ferngesteuert werden, das heißt, jeder Einstellwert kann sowohl gelesen als auch verändert werden. Abb.1 Datenübertragung über serielle Schnittstelle RS232.

  • Anwendersoftware
  • Die vom Prüfgerät übertragenen Daten werden je nach Zweckbestimmung mit einer entsprechenden Anwendersoftware weiterverarbeitet. Wurden die Daten zur reinen Dokumentation übertragen, bietet sich ein Programm wie UltraDOC an, das diese Daten nicht nur überträgt, sondern auch in Standardformaten speichern kann. Die in diesen Formaten gespeicherten Daten können dann in handelsüblichen Textverarbeitungsprogrammen zu Prüfprotokollen zusammengefaßt werden.
    Abb.2 Anwendersoftware zur Dokumentation von Prüfdaten


    Geht es hauptsächlich um die Archivierung von Geräteeinstellungen und Prüfbefunden, bietet sich die Anwendersoftware ParDAT an. Mit diesem Paket lassen sich die Daten nicht nur übertragen, sondern auch in einer Datenbank zur Archivierung ablegen. In dieser Datenbank werden die Einstelldaten und die A Bilder zusammen mit einer individuell definierbaren Maske über zusätzliche Prüf informationen (Prüfer, Auftragsnummer usw) abgelegt. Mit Hilfe einer integrierten Suchfunktion können die Daten nach beliebigen Suchkriterien sortiert und auf dem PC angezeigt werden. Durch die mögliche Überlagerung verschiedener A- Bilder läßt sich das Zeitverhalten einzelner Fehlstellen darstellen und überwachen.
    Abb. 3 Anwendersoftware zur Verwaltung von Prüfdatent

  • Echzeitausgänge und LINK-Schnittstelle nach RS 422

    In vielen Fällen reicht aber die Dokumentation einzelner Prüfstellen nicht aus. Hier ist eine komplette Dokumentation eines Prüfablaufes gefordert. Die Daten aus dem Ultraschall-Prüfgerät müssen mit der jeweiligen Prüfkopfposition verknüpft werden. Dazu werden vom Ultraschall- Prüfgerät zum einen Daten für jeden Prüfzyklus in verschiedener Form zur Verfügung gestellt, zum anderen zur Eingrenzung der Datenflut, soweit möglich, bereits vorverdichtet. Daten, die in jedem Prüfschuß an den Ausgängen anstehen: Über eine serielle LINK-Schnittstelle nach dem RS 422-Standard werden mit einer šbertragungsgeschwindigkeit von 10 MBit/s sowohl die Laufzeiten (16 Bit) als auch die Amplituden (8 Bit) für jede Blende übertragen. Aufgrund der hohen Datenübertragungsrate ist es möglich, diese Werte auch bei der hohen Impulsfolgefrequenz von Schuß zu Schuß zu übertragen. Über diese Schnittstellen wird zusätzlich die bereits vorverdichtete A-Bildinformation, wie sie auch auf dem Bildschirm des Ultraschall-Prüfgerätes dargestellt wird, übermittelt. Die Übertragung erfolgt in der gleichen Geschwindigkeit, in der das A-Bild auch auf dem Prüfgerät aktualisiert wird. Zusätzlich stehen Eingänge zur Verfügung, die eine externe Steuerung des Ultraschall-Prüfgerätes erlauben. Erwähnt sei zum Beispiel der Triggereingang, über den extern ein oder mehrere Prüfschüsse ausgelöst werden können. Zur Übertragung aller Daten dient eine PC-Schnittstellenkarte, die alle Daten in Echtzeit übernimmt. Zusätzlich enthält diese Karte drei Analogeingänge, die zur Übernahme von Prüfkopfpositionen verwendet werden können. Alternativ stehen zwei Zähleingänge zur Verfügung, um die Positionsinformation auch von inkrementalen Positionsgebern verarbeiten zu können. Außerdem enthält die Schnittstellenkarte einen Zwischenspeicher, damit keine Daten für den PC verloren gehen. Die Schnittstellenkarte kann wahlweise im Polling- oder im Interruptbetrieb benutzt werden. Folgende maskierbare Ereignisse können einen Interrupt auslösen: Darüber hinaus sind zusätzliche Steuerein- und -ausgänge für das Ultraschall-Prüfgerät und für weitere Peripherie vorhanden.
    Abb. 4 The USD 15 - digitale Ultraschall-Prüftechnology.

    Prüfpraxis

    Wie lassen sich nun diese Echtzeitausgänge in der Prüfpraxis einsetzen? Im Rahmen dieses Berichtes können natürlich nur einige wenige Beispiele für die Anwendung angerissen werden:

  • Einsatz dieser Prüftechnologie mit Handscannern
  • Zusammen mit einem mechanischen Positionsgeber dient das Ultraschall- Prüfgerät zur Aufnahme kompletter manuell durchgeführter Prüfabläufe. Neben der Speiche- rung von Laufzeit und/oder Amplitude für jede Prüfposition wird auch der gesamte Prüfbereich auf vollständige Abtastung und gute Ankopplung überwacht. Die in dem entsprechenden Softwarepaket erfaßten Prüfergebnisse lassen sich in verschiedenster Form darstellen: vom C-Bild bis hin zur dreidimensionalen Darstel lung. Die mit diesem System zu verschiedenen Zeitpunken aufgenommenen Daten des gleichen Prüfstücks können miteinander verglichen, die Abweichungen zwischen den Befundaufnahmen graphisch abgebildet werden.

    Mit Hilfe dieser Vergleiche wird das Zeitverhalten einer Fehlstelle abgeschätzt. Damit kann rechtzeitig über Reparatur, Ersatzbeschaffung oder Aussortierung kritischer Bauteile entschieden werden. Insbesondere bei der Ersatzbeschaffung teurer Komponenten ist der Zeitpunkt für die Bestellung sehr kostenkritisch: Bei zu früher Bestellung wird Kapital unnötig gebunden, bei zu später Bestellung kann ein Stillstand erhebliche Kosten verursachen.

    Prüfsysteme zur automatischen Abtastung von Prüflingen.
    Vergleichbare Auswertungen gibt es bei entsprechenden stationären Prüfsystemen, bei denen der Prüfling auf programmierbaren Spuren zum Beispiel mit Wasserstrahlankopplung abgetastet wird. Da es im stationären Betrieb weniger auf Gewicht, Größe und Stromverbrauch ankommt, kann bei diesen Anwendungen auf eine frühzeitige Datenverdichtung verzichtet werden. So können für jeden Prüfpunkt nicht nur Laufzeit und Amplitude gespeichert werden, sondern das gesamte A-Bild. Nach vollendeter Prüfung kann im C- Bild, das auf einem PC dargestellt wird, an jedem Punkt das dazugehörige A-Bild eingesehen und analysiert werden.

  • Ultraschallprüfung und Kostenmanagement
  • In Abhängigkeit davon, wie kritisch ein Bauteil ist, genügt die Aufnahme einzelner Fehlstellen. Die Dokumentation einzelner Anzeigen kann aufgrund der im Prüfgerät gespeicherten Daten nach Abschluß der Prüfung erfolgen. Bei kritischeren Bauteilen ist eine komplette Prüfablaufaufnahme in Echtzeit während der Durchführung der Prüfung notwendig. Voraussetzung dafür ist es, daß das Ultraschall-Prüfgerät entsprechende Daten in Echtzeit zur Verfügung stellt. Um eine so aufwendige Prüfung wirtschaftlich durchführen zu können, muß das verwendete Prüfgerät mit hoher Impulsfolgefrequenz arbeiten, um entsprechend hohe Abtastgeschwindigkeiten zu erlauben.

    Die mit einem solchen System aufgenommenen Prüfdaten erlauben durch Vergleiche von Prüfbefunden, die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen wurden, Aussagen über das Zeitverhalten von Fehlstellen. Daraus resultiert eine Basis für die Entscheidung über Reparatur, Ersatzbeschaffung oder Aussortierung bzw. Stillegung kritischer Komponenten. Damit wird die Ultraschallprüfung zu einem Werkzeug für das Kostenmanagement.


    Die Autoren:
    Wolf-Dietrich Kleinert ist Marketingleiter und
    Johannes Büchler ist Leiter der Hardeware-Entwicklingsabteilung,
    beide bei der Krautkrämer GmbH D-Hürth.
    E-Mail:
    100656.65@compuserve.com

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    Rolf Diederichs 01.Febr.1996, info@ndt.net
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