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01.01.2009
Einsatz in der Stopfenstraße bei Vallourec & Mannesmann
Neue Rohrendenprüfung für nahtlose Stahlrohre
Am Anfang war F&E. So könnte die Überschrift zur Realisierung der neuen Rohr-endenprüfung für die Stopfenstraße in Rath lau-ten. Die Systemtechnik (EDS) am Standort Duisburg realisierte erfolgreich eine neue Prüfanlage mit neuen Technologien, die im Vorlauf durch F&E-Projekte für Vallourec & Mannesmann (V&M) erarbeitet wurden. Die Anlage ist seit März 2007 bei V&M in Betrieb.
In der Stopfenstraße in Rath durchlaufen die Rohre einen Multiprüfblock und eine zusätzliche Rohrendenprüfanlage. Hierdurch wird eine 100 %-ige Prüfung des Rohrkörpers sichergestellt. Der Magnetkreis der hier eingesetzten EMUS-, Wanddicken- und Dopplungsprüfung wird gleichzeitig zur DC-Streuflussprüfung auf Längsfehler genutzt. Abhängig vom Prüfergebnis wird der Endenschnitt festgelegt und im nachfolgenden Aggregat realisiert. Ungeprüfte Enden werden so vermieden. Die Prüfanlage ist voll in den Produktionsfluss integriert.
SZMF wurde von V&M beauftragt, die bestehende - mittlerweile veraltete - Endenprüfanlage zu erneuern. Bei der Realisierung wurden zahlreiche innovative Entwicklungen implementiert, die im Rahmen gemeinsamer Forschungsprojekte entstanden sind.
GMR-Sensoren
Bei der Realisierung des Sondenlineals wurden erstmalig GMR-Sensoren (Giant Magneto Resistance) eingesetzt. Für den zu Grunde liegenden physikalischen Effekt erhielt Prof. Grünberg von der KFA Jülich 2007 den Nobelpreis für Physik. Es handelt sich hierbei um ein Dünnschichtsystem, dessen elektrischer Widerstand vom äußeren Magnetfeld abhängt. Diese Sensoren zeichnen sich durch hohe Empfindlichkeit in Kombination mit hohem Signal/Rauschverhältnis aus. Im Unterschied zu sonst gängigen Induktionssonden ist der Output bis 1 MHz frequenzunabhängig. Dabei sind die Kosten nicht höher als bei den konkurrierenden Sondensystemen.
Der Einsatz dieser Sensoren gestattet darüber hinaus neue Auswertungsstrategien für eine verbesserte Innen-Außenfehlertrennung. Jeweils 48 solcher Sensoren sind in 16 Prüfkanälen in besonderer Weise in dem Prüflineal angeordnet. Zur Trennung von Innen- und Außenfehlern werden zu jedem Zeitpunkt die Signale von drei GMR-Sonden pro Prüfkanal ausgewertet.
Wavelet-Filterung
Bei vorausgegangenen Forschungsarbeiten hat sich die Wavelet-Filterung als außerordentlich wirksames Mittel zum Entrauschen und zur Baseline-Unterdrückung erwiesen. Durch die digitale Analyse im Zeit- und Frequenzbereich kann hier eine sehr hohe selektive Filterwirkung erzielt werden. Die dazu notwendigen Hardwaremodule sind Eigenentwicklungen, die optimal auf die Prüfanforderungen angepasst wurden. Sie basieren auf schnellen digitalen Signalprozessoren der neuesten Generation, um die Filterung in Echtzeit vornehmen zu können. Die Beachtung der Kostenrahmen stellte aufgrund der Prüfkanäle-Anzahl eine besonders große Herausforderung dar. Die Ergebnisse einer Streuflussprüfung an einem Testrohr (219 mm x 10 mm) sind nachfolgend dargestellt.
Die EMUS-Wanddickenprüfung
Die Endenprüfanlage der Stopfenstraße in Rath ist eine kombinierte Anlage. Das Magnetfeld, das zur elektromagnetischen Anregung des Ultraschalls benötigt wird, dient gleichzeitig auch zur Streuflussfehlerprüfung. Die Versorgungs- und Auswertungselektronik für eine zweikanalige Wanddicken- und Dopplungsprüfung wurde vollständig von EDS geliefert. Bei diesen Arbeiten wurden umfangreiche Maßnahmen für eine effektive Entstörung getroffen sowie das Design der Prüfköpfe weiter optimiert.
Hard- und Software der Anlage
Neben der gesamten Hardware ist auch die Anlagensoftware komplett von EDS entwickelt worden. Dies umfasst sämtliche Funktionen zur Steuerung, Parametrierung, Aus- und Bewertung der Signale sowie die Visualisierung der Ergebnisse. Dabei arbeitet die Prüfanlage bei Normalbetrieb ausschließlich unter der Kontrolle des Werksrechners. Sämtliche Parameter der Prüfanlage sind von der Bedienoberfläche her zugänglich und erlauben so eine sehr variable Einstellung der Prüfung. Um die Bedienung aber trotz der Vielzahl von Parametern handhabbar zu machen, wurden zahlreiche Abgleich- und Einstellautomatismen implementiert. Als zusätzliche Prüffunktion werden die Ergebnisse einer Rohrschlagmessung aufgezeichnet, zusammen mit den Resultaten der Ultraschall- und Streuflussprüfung bewertet und in einer gemeinsamen Bedienoberfläche visualisiert.
Die Realisierung dieser komplexen Prüfanlage zeigt einerseits, wie erfolgreiche F&E-Arbeit aus dem Labor direkt in eine Applikation überführt werden kann, andererseits demonstriert sie effektive Teamarbeit in der abteilungsübergreifenden Zusammenarbeit zwischen Entwicklern und Hard- und Software-Ingenieuren.
Dr. Thomas Orth
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