SonaFlex. tragbare multifunktionale Lösung zur berührungslosen Ultraschalluntersuchung von Materialien.

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1 SonaFlex tragbare multifunktionale Lösung zur berührungslosen Ultraschalluntersuchung von Materialien. 2018

2 Allgemeiner Überblick über das Prüfgerät SonaFlex ist ein einzigartiges intelligentes Ultraschallprüfsystem mit flexibler Hardwarearchitektur. Der Basisgerätesatz kann einfach für die Erzeugung aller möglichen Ultraschallwellen und jede Art von Labor- oder industriellen Anwendungen neu konfiguriert werden: Erkennung von inneren, Oberflächenund unter der Oberfläche liegenden Defekten; Präzise Wanddickenmessung; Materialeigenschaftsbewertung. Das SonaFlex kann separat oder als Teil von automatischen oder halbautomatischen Ultraschallprüfsystemen verwendet werden. Dafür werden alle Daten von der Elektronikeinheit über Ethernet oder optische Kabel zum Rechner übertragen. Dies ist ein komplexer high-tech-gerätesatz, der ein Senden und Empfangen von akustischen Signalen mit verschiedenen Parametern durchführt, wie z.b.: Typ der akustischen Welle; Frequenz; Strahlungswinkel usw. Zudem ermöglicht der Gerätesatz es, dieses Produkt für die Schaffung von relativ kleinen ZfP-Systemen zur Durchführung von verschiedenen Arten von Laborprüfungen zu verwenden. SonaFlex ist in mehreren Variationen erhältlich. «SonaFlex» System Das Hauptanwendungsgebiet von SonaFlex ist die Durchführung von Ultraschallforschungsarbeiten unter Verwendung verschiedener Sensortypen (EMAT, Piezo), die zur Fehlererkennung oder Definition von Testobjektdimensionen verwendet werden können. SonaFlex kann angepasst werden, um genaue technische Ziele zu erreichen und individuelle Kundenanforderungen zu erfüllen. Bis zu 3 Frequenzen innerhalb eines Einheitsbereichs von 0,5 7,0 MHz; Verschiedene Arten von Sensoren können an SonaFlex angeschlossen werden: Zur Erzeugung und den Empfang von akustischen Signalen mit verschiedenen Parametern; Bis zu 16 unabhängige Simultanverarbeitungskanäle können eingesetzt werden; Für das Gerät sind Ein- oder Mehrkanalwandler basierend auf EMAT oder Pieco-Technologie einsetzbar. Phased Array kann auch mit diesem Gerät angewendet werden; 16 Input-Output-Möglichkeiten zur Verbindung mit externen Systemen; All dies bietet eine breite Anwendungsmöglichkeit für SonaFlex. 2

3 Kernkompetenzen des Systems Die kontaktlose Untersuchung benötigt kein Koppelungsmittel. Kein Wasserverbrauch, keine ökologischen und technischen Probleme mit dem Wasserrecycling; Keine Korrosion von Prüfobjekten, da kein Wasser benötigt wird; Das Gerät kann Objekte mit Oberflächentemperaturen von - 50 C bis zu +650 C prüfen; Sehr hohe Störunempfindlichkeit wird durch die Anwendung hochentwickelter Verarbeitungsund Filterungsalgorithmen der UTE Software erreicht; Abstand und Neigungswinkel der EMAT Sonde haben fast keinen Einfluss auf die Prüfergebnisse; In der Regel sind Messungen durch Beschichtungen möglich (Farbe, Öl, Kunststoff, Glas usw.); Die Nutzung des modularen Designs der Test-Elektronik ermöglicht ihren komfortablen Austausch ohne lange Unterbrechung des Test-Vorgangs; Die Geräte sind sehr ergonomisch und leicht zu transportieren; Durch das harte Aluminiumgehäuse sind die elektronischen Teile vor Beschädigungen perfekt geschützt; es besitzt eine Schnittstelle für externe Systemanschlüsse (8 Eingänge, 8 Ausgänge); Geringes Gewicht und Tragbarkeit; SonaFlex perfektes tragbares Gerät zur Erzeugung aller Arten von Ultraschallwellen 3

4 Allgemeine Einführung in die EMAT Technologie Die Ultraschall-Fehlererkennung basiert auf bekannten physikalischen Prinzipien. Das Besondere des vorliegenden Vorschlags ist die Anwendung einer sehr modernen und hoch entwickelten Technologie, die auf dem sogenannten EMAT basiert berührungslosen Ultraschallprüfköpfen. Diese Geräte erlauben es, Ultraschallwellen ohne Kopplungsmittel zu erzeugen und zu empfangen, so dass kein Wasser für die Ultraschallprüfung benötigt wird. Ein Stromimpuls in der Spule induziert einen entsprechenden Wirbelstrom ähnlicher Form auf der Oberfläche des zu prüfenden Objektes. Aufgrund der bekannten physikalischen Phänomene (der sogenannten Lorentz-Wechselwirkung ) wird ein Teil der elektromagnetischen Energie in elastisch polarisierte Scherwellen umgewandelt. Diese Wellen breiten sich innerhalb des Materials senkrecht zu dessen Oberfläche aus und reflektieren von den Oberflächen und / oder Unvollkommenheiten. Eine Schmetterlings - Spule ist das Grundelement der EMAT Sonde zur Erkennung von Laminations in Blechen. Einer der Hauptvorteile des EMAT besteht darin, dass die Ultraschallwellen im Material selbst generiert und ohne direkten Kontakt mit dem Material wieder empfangen werden, also kein Kopplungsmitel benötigt wird. Der zweite wichtige Vorteil des EMAT besteht darin, dass die Ultraschallwellen immer senkrecht zur Materialoberfläche erzeugt und ausgesendet werden, unabhängig vom Neigungswinkel der Sonde oder der Geometrie des Prüfobjekts (s. Diagramm in der folgenden Abb.): Die EMAT Sonde ist das beste Instrument, um Metallprodukte auf innere Unzulänglichkeiten zu prüfen. Der EMAT wandelt elektromagnetische Energie in die Energie elastischer Wellen um und führt nach Wechselwirkung mit Materialrändern bzw. -wänden und / oder Fehlern im Material eine Rückumwandlung durch. Diese doppelte Umwandlung wird durchgeführt, um Fehler sehr zuverlässig und auf intelligente Art zu erkennen. Das aktive Element des EMAT, das zur Erkennung von Laminations und Wanddickenmessung gedacht ist, ist eine elektrische Spule mit einer speziellen Schmetterlings -Form (Nordinkraft hat optimale Parameter für diese Art von Spulen gefunden u. patentieren lassen). EMAT ist die effektivste Art, Scherwellen mit der besten messtechnischen Erfassbarkeit und Auflösung zu senden und zu empfangen. Das zeichnet die EMAT-Technologie aus. Beispiel für eine Schmetterlings Spule das perfekte Gerät zum Senden und Empfangen von Ultraschallwellen, senkrecht zur Oberfläche des zu prüfenden Materials. 4

5 Erkennung von Fehlern mittels vertikaler Scherwellen Das physikalische Prinzip der Fehlererkennung basiert auf dem Empfang und der Analyse von Wellen, die von den Rissen auf einer Ober- und Unterfläche des zu prüfenden Gegenstands reflektiert werden. Diese Wellen werden vom EMAT in schwache elektrische Signale umgewandelt, die nach Verstärkung und Verarbeitung im A-Scan angezeigt werden. Für Risse an der Unterfläche entspricht das Signal im A-Scan der Welle, die sich von Punkt A ausbreitet, an Punkt B reflektiert und dann bei A wieder empfangen wird. Den Winkel β mit dem EMAT stabil zu halten ist sehr einfach: Der Strahlungswinkel hängt nicht vom Neigungswinkel der Sonde, den Abmessungen oder der Form des zu prüfenden Gegenstandes ab. Im Gegenteil, eine Piezo-Sonde funktioniert in unserem Fall nicht. Schon ein geringer Neigungswinkel der Ultraschallsignale oder eine Änderung der Röhrenform (bei Piezoprüfköpfen praktisch unvermeidbar) wird den Abstrahlwinkel sofort beeinflussen. Dieses Phänomen ermöglicht es, die Abstände auf beiden Seiten der Wand zur optimalen Fehlerentdeckung zu vergrößern. Dies ist eine sehr wichtige und vorteilhafte Eigenschaft des EMAT, da dadurch die Zuverlässigkeit der Testergebnisse wesentlich erhöht wird. Somit sind vom EMAT übertragene SV- Wellen ein äußerst effektives Instrument, um interne und externe Defekte in flachen Prüfteilen, Röhren, Rohren, Zylindern, usw. zu erkennen. 5

6 Erkennen von Oberflächenfehlern mittels EMAT Erzeugung von Oberflächenwellen mit EMAT Basierend auf dem oben beschriebenen physikalischen Prinzip wurden EMAT Sonden für die Ultraschallprüfung von Oberflächen oder Materialien entwickelt. EMAT wandelt elektromagnetische Energie in Energie elastischer Oberflächenwellen um und führt nach der Wechselwirkung mit Defekten eine Rückwandlung durch. Die doppelte Umwandlung wird durchgeführt, um Oberflächen- und Unterflächenfehler auf sehr zuverlässige und intelligente Art ohne mechanische Rotation der Sonden zu erkennen. Prinzip der Erkennung von Oberflächenfehlern mittels EMAT Zusammenstellung des Systems Das Basis Set des SonaFlex Systems besteht aus den folgenden Komponenten: Prüfelektronikeinheit; Elektromagnetischer Akustik Wandler (EMAT); Steuerungscomputereinheit mit installierter UT Software. SonaFlex Zusammenstellung 6

7 Prüfelektronikeinheit Die Prüfelektronikeinheit ist der Hauptteil des Systems. Es dient zur Erzeugung von Anfangsimpulsen, Vorverstärkung, Verstärkung, Verarbeitung und Filtern von Signalen, die von dem Prüfgegenstand empfangen werden. Alle Komponenten der Prüfelektronik werden in ein gut geschütztes, luftdichtes Aluminiumgehäuse mit IP 65-Schutz eingebaut. Je nach Kundenwunsch stehen unterschiedliche Konfigurationen der Prüfelektronik zur Verfügung. Der Basistyp der Prüfelektronikeinheit ist in der folgenden Abbildung dargestellt: Prüfelektronikeinheit Im folgenden Diagramm werden die Prinzipien des Betriebs der Prüfelektronik vereinfacht dargestellt: Die Computereinheit versorgt die FS-6A Platine mit dem voreingestellten Betriebsalgorithmus (gelbe Linie im Diagramm). Das Steuerelement für die Elektronikeinheit (EECU) ist ein Teil der ADC7 Platine. Der Generator GE erzeugt einleitende Tonimpulse (violette Linie im Diagramm) in der Spule der Sonde. Ultraschallwellen werden in das Rohr übertragen. Die Ultraschallwellen werden von den Wandrändern reflektiert und von der gleichen Spule der Sonde wieder empfangen. Die Signale werden von den Vorverstärkern PA vorverstärkt und gehen zur analogen Verarbeitung an die PR8V-Einheit. Die ADC-7 Einheit steuert den Zugang auf der PR8D Platine. Das kann automatisch gesteuert werden. Nach der letzten Verstärkung gehen die Signale zur ADC-7 Platine, wo sie digitalisiert und verarbeitet werden. Die Signalverarbeitung beinhaltet eine digitale Filterung und Messung der relevanten Informationsparameter. Allgemeine Struktur der Prüfelektronik Die digitale Signalverarbeitung umfasst bis zu 64 Zyklen kohärenter Akkumulation (Mittelung), Erkennung, Filterung, Takten und Bewertung der Spitzenwerte der empfangenen Signale. Der Datenfluss vom ADC-7 wird über Ethernet an die Computereinheit übertragen (grüne Linie im Diagramm). Diese Daten vom ADC-7 gelangen in die Computereinheit zur Sekundärverarbeitung, Speicherung und Darstellung. 7

8 EMAT (Elektro-Magnetisch Akustische Wandler) Die EMAT Sonde ist eine sehr wichtige Komponente des Systems. EMAT erzeugt und empfängt Ultraschallwellen im Material mittels der elektromagnetischen akustischen Wandlung. Die übertragenen Ultraschallwellen breiten sich durch das Material aus, werden von der gegenüberliegenden Oberfläche reflektiert und kehren zur Sonde zurück. Im Empfangsmodus wandelt der EMAT akustische Schwingungen der Prüfobjektoberfläche in elektrische Signale um. Design des EMAT EMAT Sonden für Forschung / Überwachungsanwendungen haben ein ähnliches Aussehen, aber unterschiedliche interne Organisation Form und Abmessungen des aktiven Elements und die Konfiguration des Dauermagneten sollte für die Erzeugung von verschiedenen Arten von Ultraschallwellen angelegt sein. Typische Prüfköpfe für Laboranwendungen sind in der folgenden Abbildung dargestellt: EMAT für Wanddickenmessung und Erkennung von Schichtbildung; EMAT Prüfköpfe für Forschung / Überwachungsanwendungen EMAT für Oberflächenwellen-Erzeugung /-Empfang EMAT für Winkel-Ultraschall-Anregung 8

9 UTE Software Die flexible Software ist ein geistiges Produkt der Nordinkraft AG. Dieselbe Software ist für alle von der Nordinkraft Group produzierten und entwickelten Anlagen anwendbar. Die wesentlichen Funktionen der UTE Software sind: Die Betriebssoftware ist WINDOWS basiert und bietet TCP/IP Schnittstellen zu anderen WINDOWS Programmen; Unterstützung von EMAT- und Piezoelektrischen Sonden; Unterstützung von TR-Sonden und Phased Array Wanddickenmessung; Unterstützung von Konfigurationen für die Prüfung von Blechen, Bändern, Stäben, Stangen und Rohren; Unterstützung von bis zu 16 Prüfbereichen am Prüfobjekt mit verschiedenen Prüfstandards und -kriterien; Vollständig anpassbare Prüfeinstellungen; Echtzeitvisualisierung des Prüfprozesses; A-Scan, B-Scan, C-Scan für jeden Kanal; Aufzeichnung der Prüfergebnisse in einer Datenbank; Automatische Anpassung der Systemparameter; Unterstützung der Neubewertung von Prüfergebnissen unter Verwendung von neuen Einstellungen; Automatische Speicherung der Prüfergbnisse im PDF-Format; Fenster für die Empfindlichkeitsjustierung; Kanal Status Fenster; Prüfergebnis Fenster DAC Anpassungsfenster; A-scan dynamische Speicherfunktion; Prüfberichte in Übereinstimmung mit unterstützten Standards; UTE Software: A-scan, Bereichspositionsfenster, Programm Diagnose Fenster (for reference) 9

10 EMAT (Elektro-Magnetisch Akustische Wandler) Außenmaße Gewicht Elektronik-Einheit EMAT Computer-Einheit Elektronik-Einheit EMAT Computer-Einheit Nennspannung 600 mm x 240 mm x 160 mm (LxBxH) 40 mm x 55 mm (øxh) nach Kundenwunsch 15 kg 178 g nach Kundenwunsch Wechselstrom V Stromversorgung Anzahl der Phasen 1 Frequenz Hz Energieverbrauch 400 W Temperaturbereich Temperatur des Messobjektes Einheit der Messergebnisse Messbare Wandstärken Typische Messgenauigkeit Zulässiger Spalt zwischen EMAT und Metall (Metall muss ferromagnetisch sein) Ultraschall-Wellentyp Nennbereich der effektiven Arbeitsfrequenz Wiederholungsfrequenz des Anfangsimpulses -20 C bis + 50 C -50 C bis C Millimeter oder Inch 1,5-100 mm 0,05mm bis zu 4mm in Abhängigkeit von der Oberfläche, der Geometrie und den physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs polarisierte Schwerwelle 4 7 MHz bis zu 4k Hz 10

11 Wir sind sicher, wir finden den besten Weg zur Qualitätsverbesserung Ihrer Anlagen! Bitte kontaktieren Sie uns für weitere Informationen oder senden Sie uns eine Beschreibung Ihrer technischen Anforderungen, damit wir die relevanten Parameter bestimmen können. 11

12 Wir sind sicher, wir finden den besten Weg zur Qualitätsverbesserung Ihrer Anlagen! Prüfsysteme für Bleche und Bänder EMATEST-PL / EMASCAN-PL Prüfsysteme für Rohre EMATEST-PI Prüfsysteme für Stangen und Stäbe EMATEST-BB EMATEST BB Wire Prüfsysteme für Röhren EMATEST-TU Tragbares EMAT Dickenmessgerät NKD-019E Ultrasonic GERMANY Nordinkraft AG Schauinslandstr. 16, Remchingen Telfon: info@nordinkraft.de Web: RUSSIA OOO Nordinkraft Godovikova 12, Cherepovets, Vologda Region Telefon: +7 (8202) tech@nordinkraft.com Web: XXXXX Nordinkraft AG Schauinslandstr. 16, Remchingen Telfon: info@nordinkraft.de Web: