DE10135660C1

DE10135660C1 - Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines län glichen Gegenstands mittels der Wirbelstromtechnik im kontinuierlichen Durchlauf

Info

Publication number: DE10135660C1
Application number: DE10135660A
Authority: DE
Inventors: John-Bernhard Murk
Original assignee: Benteler Stahl Rohr GmbH
Current assignee: Institut Dr Foerster GmbH and Co KG
Priority date: 2001-07-21
Filing date: 2001-07-21
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2021-07-22

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der zerstörungsfreien Prüfung eines aus mindestens einem elektrisch leitenden Metall bestehenden länglichen Gegenstands (1) mittels der Wirbelstromtechnik im kontinuierlichen Durchlauf. Sie weist einen den zu prüfenden Gegenstand (1) umfassendes Messelement (%) aus drei den Gegenstand (1) mit radialem Abstand (A) kreisringförmig umgebenden Segment-Messspulen (6, 7, 8) aus Streifenleitern in Differenz- oder Multidifferenzschaltung auf. Die Segment-Messspulen (6, 7, 8) überlappen sich in Umfangsrichtung mit ihren einander benachbarten Endabschnitten (9). Sie sind mit einer Mehrkanalauswerteelektronik (10) gekoppelt und mit radialem Abstand (A1) von einem Absolutsensor (11) umgeben. Diese gegebenenfalls segmentierte Absolutspule (11) ist ihrerseits im radialen Abstand (A2) von einer allen Messelementen (5, 11) zugeordneten Erregerspule (12) umgeben.

Description

Zerstörungsfreie Prüfungen von aus mindestens einem elektrisch leitenden Metall bestehenden länglichen Gegenständen auf Fehler, die nahe der äußeren Oberfläche auftreten können, bilden einen wichtigen Teil der Qua litätskontrolle in einem Herstellungsbetrieb. Unter länglichen Gegenständen im vorstehenden Sinne werden metallische Halbzeuge wie Rohre, Stäbe, Profile, Drähte oder dergleichen verstanden.

Bei diesen Prüfungen werden häufig Prüfvorrichtungen mit magnetischen Methoden genutzt, etwa die Streufluss- oder die Wirbelstromtechnik. Ziel hierbei ist es unter anderem, eine möglichst vollständige Prüfung der ober flächennahen Bereiche auf Fehler, wie beispielsweise Risse, Löcher, Poro sitäten oder Fremdmaterialeinschlüsse durchzuführen. Die jeweilige Prüf methode soll in diesem Zusammenhang der Art und Größe der gesuchten Fehler angepasst sein.

Für die produktionsbedingt am häufigsten vorkommenden Fehlerarten wur den verschiedene Varianten der Wirbelstromprüftechnik entwickelt, die sich durch die Spulenanordnung, die Messschaltung, die Auswertelogik und di verse andere Parameter unterscheiden. Insbesondere für die Auffindung von Längs- und Querfehlern haben sich für die zu prüfenden Gegenstände um fassende oder zumindest teilumfassende Sensoren in Differenz-, Multidiffe renz- und/oder Absolutschaltung im Prinzip bewährt.

Ungeachtet dessen gibt es jedoch bislang keine die Praxis zufrieden stel lende Methode für die Auffindung von bahnartigen Porositäten, die z. B. auf Stahlwerksfehler zurückzuführen sind. Wird ein den Gegenstand umfassen der Durchlaufsensor eingesetzt, so liefert dieser bei der vorgenannten Feh lerart kein eindeutig auswertbares Messsignal. Ursache hierfür ist unter an derem, dass ein umfassender Durchlaufsensor (Spulensystem) alle in der wirksamen Spulenfläche vorkommenden Fehler und Störpegelsignale in ein einziges zusammengefasstes Signal integriert. Das Nutzsignal kann dem zufolge durch ein mögliches Aufsummieren von Signalen verfälscht werden, was zu einer Überbewertung von nicht relevanten Fehlern bis hin zum Aus löschen des Nutzsignals bei gegensinniger Phasenlage der Signale im Rahmen der üblichen Signalauswertung führt.

Will man jedoch eine Phasen- oder Sektorauswertung vornehmen, so ist diese in aller Regel nur selten erfolgreich, und zwar wegen der fehlenden notwendigen Detailkenntnisse des wirbelstromtechnischen Verhaltens von Fehlerarten. Auch würde sich das Fehlerauflösungsvermögen mit zuneh mender Spulenfläche aufgrund des größeren Wechselwirkungsvolumens verschlechtern.

Ein weiterer Nachteil eines bekannten umfassenden Sensors zeigt sich bei der Einstellung der Prüfempfindlichkeit eines Differenzsystems mittels am Umfang in bestimmten Abständen mehrfach eingebrachter Testfehler, wie z. B. Bohrungen in einer Prüflinie. Bei einem in der Praxis oftmals vorkom menden außermittigen Durchlauf des Testgegenstands werden dann die Anzei gen der nahe der Messspule befindlichen Bohrungen größer dargestellt als die Anzeigen der von der Messspule weiter weg liegenden Bohrungen. Bei einer einkanaligen Auswertung eines Durchlaufsensors in Differenz- oder auch Multi differenzschaltung bestimmt aber die kleinste Bohrungsanzeige die Prüf empfindlichkeit, bezogen auf die jeweilige Sortierschwelle. Dieser Sachverhalt führt mithin zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten als Funktion der Durchlauf positionen für den zu prüfenden Gegenstand und verursacht einen erhöhten Ausfall sowie eine schlechte Reproduzierbarkeit des Prüfergebnisses.

Aus der JP 9119919 A ist eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines aus einem elektrisch leitenden Metall bestehenden länglichen Gegenstands mittels der Wirbelstromtechnik im kontinuierlichen Durchlauf bekannt. Die Vor richtung weist ein im Inneren des Gegenstands angeordnetes Messelement in Form von kreisringförmig angeordneten Segment-Messspulen in Differenz- und Multidifferenzschaltung auf, die sich in Umfangsrichtung überlappen und mit einer Mehrkanalauswerteelektronik gekoppelt sind.

Des Weiteren zählt es im Umfang der DE 34 47 781 A1 zum Stand der Technik, Mess- und Erregerspulen in der Wirbelstrom-Materialprüftechnik koaxial aufzu bauen.

Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines aus mindestens einem elektrisch leitenden Metall bestehenden länglichen Gegenstands mittels der Wirbelstromtechnik im kontinuierlichen Durchlauf zu schaffen, mit der es auf wirtschaftliche Weise möglich ist, bahnartige Fehler sicher aufzufinden, eine deutlichere Fehlerauflösung zu gewährleisten sowie im Hinblick eines geringe ren Pseudoausfalls eine verbesserte Reproduzierbarkeit des Prüfergebnisses zu sichern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Danach weist die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung ein den jeweils zu prüfen den Gegenstand umfassendes Messelement mit mindestens drei den Gegen stand mit radialem Abstand kreisringförmig umgebenden Segment-Messspulen aus Streifenleitern in Differenz- oder Multidifferenzschaltung auf. Die Segment- Messspulen überlappen sich in Umfangsrichtung mit ihren einander benach barten Endabschnitten und sind mit einer Mehrkanalauswerteelektronik gekop pelt. Außerdem sind die Segment-Messspulen von einer Absolutspule umge ben, die ihrerseits wiederum von einer allen Messspulen zugeordneten Erreger spule umgeben ist.

Der Querschnitt der Spulen kann dem jeweiligen Querschnitt des zu prüfen den Gegenstands (rund oder mehreckig) angepasst sein.

Dadurch, dass sich nunmehr die Spulenwirkflächen der Segment-Messspu len in Umfangsrichtung überlappen, wird eine reale 100%ige Abdeckung der Oberfläche des zu prüfenden Gegenstands mit gleichen Empfindlichkeiten erzielt.

Die Signale der Segment-Messspulen werden mit einer eigenen Auswerte logik einer Mehrkanalauswerteelektronik ausgewertet, das heißt, das Signal einer Segment-Messspule kann direkt oder mit dem Signal einer oder meh reren weiteren Segment-Messspulen vergleichend bewertet werden. Dieser Vorteil macht sich bei der Auffindung kleiner Porositäten oder Querfehler, die in einer Längsspur auf dem zu prüfenden Gegenstand vorhanden sein kön nen, besonders bemerkbar. Es erfolgt eine vergleichende Bewertung des Rausch- oder Störpegels der einzelnen Segment-Messspulen, wobei durch den fehlerhaften Abschnitt eine Störpegelerhöhung in maximal zwei Kanälen beobachtet werden kann. Aufgrund dieses Sachverhalts wird der weitere Vorteil erzielt, dass auch geringe Unterschiede in den Signalstärken der einzelnen Segment-Messspulen durch einen Vergleich zueinander in Bezug auf den Fehlertyp erkannt und entsprechend behandelt werden können.

Die Auswertung des Störpegels der einzelnen Kanäle erfolgt wahlweise durch eine vergleichende Bewertung der Signale der einzelnen Differenzka näle zueinander oder durch eine vergleichende statistische Bewertung der Signale der einzelnen Differenzkanäle zueinander oder durch segmentab hängige Amplituden und/oder Phasenauswertung (Schwellenüberschreitun gen).

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens sind nach Patentanspruch 2 drei Segment-Messspulen angeordnet, von denen eine Segment-Messspule kopfseitig des zu prüfenden Gegenstands in mitti ger 12-Uhr-Anordnung und die beiden anderen Segment-Messspulen dazu um jeweils 120° versetzt sind.

Im Rahmen der Erfindung kann die Absolutspule unabhängig von der An ordnung der Segment-Messspulen umfassend, d. h. einteilig ausgebildet sein. Denkbar ist aber nach Patentanspruch 3 auch eine solche Prüfvorrichtung, bei welcher die Absolutspule in konfigurativer Anpassung an die Segment- Messspulen ebenfalls entsprechend in Segment-Absolutspulen gegliedert ist.

Unabhängig welche Ausführungsform auch gewählt wird, sieht die Erfindung vor, dass nur eine einzige äußere Erregerspule den Segment-Messspulen bzw. dem ungeteilten oder segmentierten Absolutsensor zugeordnet ist.

Die Auswertung der Störpegel aus den einzelnen Segment-Absolutspulen kann wie die Auswertung der Störpegel aus den Segment-Messspulen durchgeführt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in der Seitenansicht im Schema eine Prüfvorrichtung mit einem zu prüfenden Gegenstand;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II, in Richtung der Pfeile IIa gesehen;

Fig. 3 in der Seitenansicht im Schema eine Prüfvorrichtung mit einem zu prüfenden Gegenstand gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform und

Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 3 entlang der Linie IV-IV, in Richtung der Pfeile IVa gesehen.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 ein länglicher Gegenstand in Form eines runden Rohrs bezeichnet, der an seiner Oberfläche 2 einen bahnartigen Fehler 3 aufweist.

Zur exakten Ermittlung des Fehlers 3 wird der Gegenstand 1 im Durchlauf durch eine zur besseren Erläuterung bewusst vergrößert dargestellte Prüf vorrichtung 4 geführt, die unter Einsatz der Wirbelstromtechnik arbeitet.

Diese Prüfvorrichtung 4 weist im mittleren Abstand A zur Oberfläche 2 des zu prüfenden Gegenstands 1 ein Messelement 5 mit drei Segment-Mess spulen 6, 7, 8 aus Streifenleitern in Differenz- oder Multidifferenzschaltung auf. Die Segment-Messspulen 6, 7, 8 überlappen sich in Umfangsrichtung mit ihren einander benachbarten Endabschnitten 9, wobei eine erste Seg ment-Messspule 6 kopfseitig des Gegenstands 1 in mittiger 12-Uhr-Anord nung vorgesehen ist und die zweite und dritte Segment-Messspule 7 bzw. 8 dazu um jeweils 120° versetzt sind.

Die Segment-Messspulen 6, 7, 8 sind in nicht näher dargestellter Weise mit einer Mehrkanalauswerteelektronik 10 gekoppelt, wobei die Messspulensig nale derart mit einer eigenen Auswertelogik der Mehrkanalauswerteelektro nik ausgewertet werden, dass das Signal einer Segment-Messspule, z. B. 6, direkt oder vergleichend mit dem Signal mindestens einer anderen Segment- Messspule 7 oder 8 bewertet werden kann.

Die Fig. 1 und 2 lassen ferner erkennen, dass die Segment-Messspulen 6, 7, 8 von einer geschlossenen umfassenden Absolutspule 11 umgeben sind, der seinerseits wiederum von einer Erregerspule 12 umgeben ist.

Im Unterschied zu der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 ist bei der Prüf vorrichtung 4a für einen länglichen Gegenstand 1, wie ein Rohr, gemäß der Ausführungsform der Fig. 3 und 4 eine Absolutspule 11a ebenfalls seg mentiert und in drei Segment-Absolutspulen 13, 14, 15 gegliedert, die sich mit ihren Endabschnitten 16 überlappen. Auch hierbei sind die Segment-Ab solutspulen 13-15 so angeordnet, dass eine erste Segment-Absolutspule 13 in mittiger 12-Uhr-Anordnung vorgesehen ist und die zweite und dritte Seg ment-Absolutspule 14 bzw. 15 dazu um jeweils 120° versetzt sind.

Ansonsten entspricht die Prüfvorrichtung 4a der Prüfvorrichtung 4 der Fig. 1 und 2, so dass unter Hinweis auf die Fig. 1 und 2 von einer noch maligen Erläuterung abgesehen wird.

Bezugszeichenaufstellung

1

Gegenstand

2

Oberfläche v.

1

3

Fehler an

2

4

Prüfvorrichtung

4

a Prüfvorrichtung

5

Messelement

6

Segment-Messspule v.

5

7

Segment-Messspule v.

5

8

Segment-Messspule v.

5

9

Endabschnitte v.

6

,

7

,

8

10

Mehrkanalauswerteelektronik

11

Absolutspule

11

a Absolutspule

12

Erregerspule

13

Segment-Absolutspule

14

Segment-Absolutspule

15

Segment-Absolutspule

16

Endabschnitte v.

13-15

A Abstand

5

zu

2

Claims

1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines aus mindestens einem e lektrisch leitenden Metall bestehenden länglichen Gegenstands (1) mittels der Wirbelstromtechnik im kontinuierlichen Durchlauf, welche ein den Ge genstand (1) außenseitig umfassendes Messelement (5) in Form von min destens drei den Gegenstand (1) mit einem mittleren radialen Abstand (A) kreisringförmig umgebenden Segment-Messspulen (6, 7, 8) aus Streifenlei tern in Differenz- oder Multidifferenzschaltung aufweist, die sich in Um fangsrichtung mit ihren einander benachbarten Endabschnitten (9) überlap pen, mit einer Mehrkanalauswerteelektronik (10) gekoppelt und von einer Absolutspule (11, 11a) umgeben sind, die ihrerseits von einer allen Mess elementen (5, 11, 11a) zugeordneten Erregerspule (12) umgeben ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 mit drei Segment-Messspulen (6, 7, 8), bei welcher eine Segment-Messspule (6) kopfseitig des Gegenstands (1) in mittiger 12-Uhr-Anordnung vorgesehen ist und die beiden anderen Segment-Messspulen (7, 8) dazu um jeweils 120° versetzt sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welcher die Absolutspule (11a) unter konfigurativer Anpassung an die Segment-Messspulen (6, 7, 8) in Segment-Absolutspulen (13, 14, 15) gegliedert ist.