DE102008017267B4

DE102008017267B4 - Verfahren und Algorithmen zur Überprüfung von längs verlaufenden Fehlern in einem Wirbelstrom-Überprüfungssystem

Info

Publication number: DE102008017267B4
Application number: DE102008017267.7A
Authority: DE
Inventors: Benoit Lepage; Patrick Vachon
Original assignee: Olympus NDT Inc
Current assignee: Olympus Scientific Solutions Americas Corp
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2021-12-09
Anticipated expiration: 2028-04-05
Also published as: JP2008256699A; US7505859B2; CN102323332B; DE102008017267A1; CN101281169B; CN102323332A; US20080246468A1; CN101281169A

Abstract

Verfahren zur Beseitigung der Wirkungen einer Signal-Drift in digitalen Daten, die bei der Detektion von Fehlstellen in einem Testobjekt (103; 201) während einer Folge von Messungen entlang von Testobjekten (103; 201) durch ein Wirbelstrom-Testsystem gewonnen werden, das eine Wirbelstrom-Sonde (101, 102) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Gewinnen (204) von Daten bezüglich zumindest einer Impedanzebene (401) von dem Testsystem; Verarbeiten (213) der Signal-Drift um Effekte einer Basislinien-Drift zu beseitigen durch Korrigieren der Daten bezüglich der zumindest einen Impedanzebene (401) in Richtung auf eine Basislinie (302) unter Verwendung eines vorgegebenen konstanten Steigungswertes (S), wobei die Korrektur lediglich dann durchgeführt wird, wenn die Daten innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Überprüfung von Teilen unter Verwendung von Wirbelstrom-Techniken und insbesondere auf die Verarbeitung von Signalen von einer Wirbelstrom-Sonden-Anordnung.
Die Wirbelstrom-Überprüfung wird üblicherweise dazu verwendet, um Defekte oder Fehlstellen in Erzeugnissen, wie z.B. Rohren oder Barren, festzustellen. Eine Prüfspule, die typischerweise als Wirbelstrom-Sonde bezeichnet wird, wird in der Nähe eines zu überprüfenden Teils angeordnet und mit hochfrequenten elektrischen Wechselströmen angesteuert, die ihrerseits ein magnetisches Wechselfeld in der Nähe der Oberfläche des zu testenden Teils erzeugen. Dieses Magnetfeld erzeugt Wirbelströme in der leitenden Oberfläche des zu testenden Teils, die von der Wirbelstrom-Sonde erfasst und gemessen werden. Wenn eine Fehlstelle oder ein Defekt in der Oberfläche des zu testenden Teils vorhanden ist, so wird der Fluss der Wirbelströme geändert, und diese Änderung wird sehr einfach durch die Wirbelstrom-Sonde erfasst. Die Amplitude und Position dieser Stromänderungen kann dann analysiert und aufgezeichnet werden, beispielsweise durch eine visuelle Betrachtung durch eine den Test durchführende Person oder durch eine Verarbeitung in einem automatisierten Alarm-Algorithmus, um die Größe und Position des Defektes oder der Fehlstelle festzustellen. Wirbelstrom-Anordnungs-Systeme umfassen eine Anzahl von Prüfspulen, die in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass sie für eine bestimmte Überprüfungsaufgabe förderlich sind.
Sowohl Einzelelement- als auch Gruppen- oder Sonden-Anordnungs-Wirbelstrom-Prüfsysteme erfordern eine Symmetrierung der Sonde vor der Abtastung, um sicherzustellen, dass die Fehlstellen-Erkennung und die Messung ihrer Größe genau ist. Bestimmte unvermeidbare Änderungen, wie z.B. die exakte Anordnung der Sonde, Herstellungsunterschiede zwischen Sonden-Anordnungen oder Umgebungs-Variablen machen es unmöglich, die exakten Impedanz-Messungen vorherzusagen, die von der Spule oder den Spulen in einer Wirbelstrom-Sonde für eine vorgegebene Oberfläche erfasst werden. Das Symmetrieren ist ein Verfahren, bei dem eine Bezugs-Messung für jede Spule in der Wirbelstrom-Sonde gemessen und aufgezeichnet wird. Dieser Bezugswert wird dann von allen nachfolgenden Messungen subtrahiert, die von jeder Spule gemessen werden, wodurch die Basislinie oder der Nullpunkt jeder Impedanz-Messung auf Null gezogen wird.
Was die Aufgabe der Spulen-Symmetrierung in einer Wirbelstrom-Sonde kompliziert macht, ist die Änderung der zu testenden Teile von Einheit zu Einheit. Bestimmte Faktoren, wie z.B. metallurgische Diskrepanzen oder geometrische Änderungen beeinflussen die Impedanz jedes zu testenden Teils und führen daher zu unterschiedlichen Wirbelströmen für das gleiche Magnetfeld. Als Ergebnis verschiebt sich die Basislinien-Messung von zu testendem Teil zu zu testendem Teil. Dies kann für die genaue Feststellung und Messung der Größe von Fehlstellen problematisch sein.
Eine zweite Kompliziertheit bezüglich der Proben-Symmetrierung in Wirbelstrom-Systemen besteht in dem, was typischerweise als Basislinien-Drift bezeichnet wird. In diesem Fall können beispielsweise metallurgische, geometrische oder Temperaturänderungen entlang des Abtastpfades eines einzigen zu testenden Teils eine Drift der Basislinien-Impedanz-Messung, die von jeder Wirbelstrom-Spule in der Sonde gesehen wird, innerhalb der Impedanz-Ebene hervorrufen. Obwohl diese Impedanz-Änderungen typischerweise erwartet werden und innerhalb der Toleranz des Herstellungs-Prozesses liegen, können sie die Empfindlichkeit des Wirbelstrom- Prüfsystems beschränken und die Detektion kleiner Fehler behindern.
Bei bekannten Systemen wurden diese Basislinien-Verschiebungen - sowohl diejenigen, die sich aus einer Änderung der zu testenden Teile ergeben, als auch die, die sich aus der Basislinien-Drift ergeben - durch die Verwendung eines Hochpassfilters beseitigt, das die Gleichspannungs-Komponente der gemessenen Wirbelstrom-Signale beseitigt, wodurch der Nullpunkt des zu prüfenden Teils auf Null bewegt wird, unabhängig von der von Natur aus vorhandenen Impedanz des zu testenden Teils, und lediglich Schwankungen der gemessenen Wirbelstrom-Signale weitergeleitet werden, die Defekten oder Fehlstellen entsprechen würden. Die Verwendung eines Hochpassfilters ist eine effektive Lösung für diese Probleme, sie führt jedoch auch eine erhebliche Beschränkung ein. Obwohl kurze Schwankungen in dem gemessenen Wirbelstrom-Signal das Hochpassfilter relativ unverändert durchlaufen, wird ein eine erhebliche Länge aufweisender Fehler, wie er mit großer Wahrscheinlichkeit in einem Stahlrohr oder Stahlstab vorhanden ist, zweifellos verzerrt. Dies kann die Genauigkeit und in manchen Fällen sogar die Feststellung der Fehlstelle oder des Defektes selbst beeinflussen. Zusätzlich würde ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz, die niedrig genug ist, um nutzbar zu sein, unabhängig davon, ob es digital oder als Analog-Schaltung implementiert ist, erhebliche Resourcen und/oder Verarbeitungszeit erfordern.
Ein in dem US-Patent 4 218 651 A vorgeschlagenes Verfahren beschreibt ein Verfahren, das zumindest eine Wirbelstrom-Sonde verwendet, die in einem Testkopf festgelegt ist, der es der Sonde oder den Sonden ermöglicht, sich um ein zu testendes Teil zu drehen. Diese Technik und Variationen hiervon wurden zu einer üblichen Praxis und sollten dem Fachmann gut bekannt sein. Unter Verwendung eines derartigen Verfahrens würde ein Fehler parallel zur Längsachse des zu testenden Teils in zuverlässiger Weise selbst dann gemessen, wenn ein Hochpassfilter zur Verarbeitung der Roh-Messdaten verwendet würde. Dieses Verfahren erfordert jedoch zwingend eine komplexe mechanische Halterung, was die Kosten vergrößert und die Zuverlässigkeit des Testsystems verringert und die Geschwindigkeit, mit der Einheiten getestet werden können, beträchtlich begrenzt. Zusätzlich ist ein derartiges Verfahren lediglich für zylindrische zu testende Teile brauchbar.
Weiterer verwandter oder bekannter Stand der Technik findet sich in den US-Patenten US 3 152 302 A , US 4 203 069 A , US 3 906 357 A , US 4 673 897 A , US 4 965 519 A und US 5 371 462 A . Aus der Druckschrift US 3 152 302 A ist ein elektromagnetisches Prüfgerät mit einem rotierenden, mit Öffnungen versehenen Zylinder zur spiralförmigen Abtastung von zylindrischen Werkstücken bekannt. Die US 4 203 069 A betrifft im Allgemeinen ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von gefertigten Metallbauteilen mit Wirbelströmen. Die US 3 906 357 A betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Anbringen von Farbmarkierungen an einem Rohr an den Längs- und Umfangsstellen, wobei Anomalien durch eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung festgestellt werden. Ferner ist aus der US 4 673 897 A ein über einen breiten Frequenzbereich betreibbarer Wellenleiter-/Mikrostreifen-Modenwandler bekannt. Des Weiteren betrifft die US 4 965 519 A eine Wirbelstromtechnik verwendende Vorrichtung zum Messen und/oder Überwachen von Prüfobjekten, wie Knüppeln, beispielsweise auf Oberflächenrisse, mit mindestens einem Wandler/Sensor. Zudem wird in der US 5 371 462 A ein Verfahren zum Verarbeiten und Interpretieren von Daten, welche von einem Wirbelstromsonden-Array-Inspektionssystem erfasst wurden, vorgeschlagen.
Aus der US 7 005 851 B2 ist ein Verfahren zum Schätzen mindestens einer Mess-/Objekteigenschaft eines Metallobjekts bekannt. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines sich zeitlich ändernden Wirbelstroms in einer Wand des Metallgegenstands unter Verwendung eines Impulssignalsenders.
Die US 5 737 445 A beschreibt eine computerbasierte automatisierte Methode zum Erkennen und Identifizieren von Merkmalen in digitalen punktgeordneten Signalen. Das Verfahren dient zur Verarbeitung von zerstörungsfreien Prüfsignalen, wie beispielsweise Wirbelstromsignalen, die aus Kalibriernormalen gewonnen werden. Die Signale werden zunächst automatisch verarbeitet, um Rauschen zu entfernen und eine Basislinie zu bestimmen.
Entsprechend würde es vorteilhaft sein, ein Verfahren zur Verarbeitung von Signalen aus einer Wirbelstrom-Anordnung zu schaffen, das die Wirkungen von sich ändernden Basislinien-Impedanzen zwischen zu testenden Teilen und die Effekte einer Basislinien-Drift beseitigt, während gleichzeitig tatsächliche Fehler-Daten nicht verzerrt werden. Weiterhin würde es vorteilhaft sein, wenn dieses Verfahren mechanisch einfach zu implementieren und für hohe Abtastraten geeignet sein würde. Es würde weiterhin vorteilhaft sein, wenn dieses neue Verfahren auf Stäbe mit Querschnitten oder Geometrien anwendbar ist, die von der runden Form abweichen, wie z.B., jedoch ohne Beschränkung hierauf, ovale, rechtwinklige und sechseckige Formen. Es würde weiterhin vorteilhaft sein, wenn dieses neue Verfahren ohne die Verwendung eines übermäßigen Ausmaßes von System-Resourcen oder Verarbeitungszeit implementiert werden könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu beseitigen. Die vorliegende Erfindung erreicht dies durch Ersetzen des Hochpassfilters des typischen bekannten Wirbelstrom-Anordnungs-Systems durch ein System von Verarbeitungs-Algorithmen, die so ausgelegt sind, dass sie iterativ die normalen Impedanz-Basislinien-Verschiebungen zwischen zu testenden Teilen ohne die Verzerrung von Fehler-Messungen beseitigen. Unter gemeinsamer Verwendung arbeiten drei nachfolgend beschriebene Algorithmen zur Beseitigung der Basislinien-Offset-Werte, die von einer Wirbelstrom-Sonde gemessen werden, während gleichzeitig längs verlaufende Fehler - Fehler, die entlang der Oberfläche eines zu testenden Teils parallel zur Abtastrichtung verlaufen - genau gemessen werden.
Der erste dieser drei Algorithmen, der Mittelwert-Analyse-Korrektur- (MVAC-) Algorithmus, wird zur Verringerung des Bereiches des Basislinien-Offset-Wertes verwendet, der sich aus den mittleren Gesamt-Impedanz-Verschiebungen von einem zu testendem Teil zu einem anderen ergeben, und er ist lediglich dann nützlich, wenn eine Wirbelstrom-Sonden-Anordnung verwendet wird. Der MVAC-Algorithmus mittelt die Impedanz-Werte, die von jedem der Elemente in der Wirbelstrom-Anordnung gemessen werden - unter Ausschluss derjenigen Messungen, die außerhalb eines voreingestellten Bereiches liegen, der gültige Defekte oder Fehlstellen darstellen würde - und er verschiebt dann die Rohdaten-Messungen von jedem der Elemente um diesen mittleren Impedanz-Wert. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dieser mittlere Impedanz-Wert einmal pro zu testendem Teil berechnet, und alle nachfolgenden Messungen an dem zu testenden Teil werden um diesen Wert verschoben. Auf diese Weise wird ein Grob-Abgleich durchgeführt, um die von jedem Element in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung gemessene Basislinien-Impedanz näher an den Nullpunkt in der Impedanz-Ebene heran zu bewegen, wodurch die mögliche Basislinien-Verschiebung zwischen zu testenden Teilen beträchtlich verringert wird.
Der zweite Basislinien-Offset-Korrektur-Algorithmus, der begrenzte Anfangswert-Korrektur- (LIVC-) Algorithmus, wird speziell zur Verringerung der Streuung der Impedanz-Messungen verwendet, die von jedem der Elemente in der Wirbelstrom- Sonden-Anordnung gemessen werden. Im Gegensatz zu dem MVAC-Algorithmus ist der LIVC-Algorithmus sowohl für Einzelelement- als auch Wirbelstrom-Sonden-Anordnungen nützlich. Der LIVC-Algorithmus verwendet ein Paar von von dem Betreiber definierten Translations-Faktoren, um Impedanz-Messungen näher an den Nullpunkt in der Impedanz-Ebene zu verschieben. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung läuft der LIVC-Algorithmus einmal pro zu testendem Teil ab, und ein Paar von Translations-Parametern wird für jedes Element in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung bestimmt. Diese Translations-Parameter werden dann zum Abgleich aller nachfolgenden Messungen an dem zu testenden Teil verwendet.
Der dritte Algorithmus, der begrenzte iterative Offset-Korrektur- (BIOC-) Algorithmus, wird speziell zur Bekämpfung der Basislinien-Drift verwendet. Der BIOC-Algorithmus führt einen iterativen Abgleich der Impedanz-Messungen von jeder Messung in Richtung auf den Nullpunkt in der Impedanz-Ebene unter Verwendung fester Wert-Schritte aus. Der Wert dieser Abgleich-Schritte, der als der SteigungsWert bezeichnet wird, wird von einer einen Test durchführenden Person in Abhängigkeit von Testbedingungen eingestellt und wird typischerweise so ausgewählt, dass er gleich der mittleren Steigung der erwarteten Basislinien-Drift ist. Fehlstellen-Messungen werden in dem BIOC-Algorithmus dadurch aufrecht erhalten, dass der iterative Abgleich immer dann ausgesetzt wird, wenn die Amplitude der Messung außerhalb der Grenzen eines voreingestellten Schwellenwertes liegt. Dieser Schwellenwert wird durch den Betreiber des Tests oder der Prüfung in Abhängigkeit von Testbedingungen eingestellt, und er wird typischerweise auf einen Wert eingestellt, der gerade kleiner als die Alarm-Grenzen ist. Ähnlich wie der LIVC-Algorithmus kann der BIOC-Algorithmus sowohl für Einzelelement- als auch Sonden-Anordnungs-Systeme nützlich sein.
Die vorliegende Erfindung ergibt weiterhin eine Reihe von Wirbelstrom-Sonden-Symmetrier- oder Nullsetz-Algorithmen, die speziell so ausgelegt sind, dass sie für die Verfahren der vorliegenden Erfindung förderlich sind. Diese Verfahren ergeben in Kombination mit den BIOC-, MVAC- und LIVC-Algorithmen ein vollständiges Wirbelstrom-Überprüfungs-System, das für das Prüfen auf langgestreckte Defekte optimiert ist, die parallel zu der Abtastachse verlaufen, und die in der vorliegenden Beschreibung als längs verlaufende Defekte oder Fehlstellen bezeichnet werden.
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung und zum Interpretieren von Daten zu schaffen, die von einem Wirbelstrom-Sonden-Anordnungs-Überprüfungssystem erfasst werden, bei dem die Probleme der Basislinien-Offset-Werte und der Basislinien-Drift beseitigt sind, ohne dass die Erfassung von längs verlaufenden Defekten beeinträchtigt wird.
Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, dass dieses Verfahren mechanisch einfach zu implementieren ist und keine Drehung der Wirbelstrom-Sonde gegenüber dem zu testenden Teil erfordert.
Es ist weiterhin ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Symmetrierung einer Wirbelstrom-Sonden-Anordnung in einer Weise zu schaffen, die für ein diese Algorithmen verwendendes System förderlich ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine ringförmige Wirbelstrom-Sonden-Anordnung um ein zu prüfendes oder zu testendes Teil herum angeordnet, vorzugsweise einen langgestreckten Stab. Dies Impedanz-Messungen, die von den einzelen Elementen gemessen werden, werden zunächst um den mittleren Impedanz-Wert verschoben - der durch den MVAC-Algorithmus bestimmt wird -, dann parametrisch erneut durch einen Satz von Translations-Parametern verschoben - die durch den LIVC-Algorithmus bestimmt werden -, um irgendeinen Basislinien-Offset-Wert zu korrigieren, und dann über ein Tiefpassfilter verarbeitet, um Hochfrequenz-Störungen zu beseitigen, und schließlich werden sie durch den BIOC-Algorithmus eingestellt, um kontinuierlich irgendeine Basislinien-Drift zu korrigieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Zeichnung, die ein typisches Wirbelstrom-Anordnungs-Überprüfungssystem zeigt;
2 ist ein Blockschaltbild des Wirbelstrom-Überprüfungssystems der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine graphische Darstellung des Mittelwert-Analyse-Korrektur-(MVAC-) Algorithmus;
4A bis 4C sind graphische Darstellungen des beschränkten Anfangswert-Korrektur- (LIVC-) Algorithmus;
5A ist ein Ablaufdiagramm, das den begrenzten iterativen Offset-Korrektur- (BIOC-) Algorithmus zeigt;
5B ist eine mathematische Darstellung des begrenzten iterativen Offset-Korrektur- (BIOC-) Algorithmus;
6 ist eine graphische Darstellung, die den Effekt des begrenzten iterativen Offset-Korrektur- (BIOC-) Algorithmus mit dem eines typischen Hochpassfilters an simulierten Rohdaten vergleicht;
7A bis 7C Ablaufdiagramme sind, die die drei Symmetrier-Algorithmen der vorliegenden Erfindung erläutern.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Bei bekannten Wirbelstrom-Überprüfungssystemen wird ein Hochpassfilter an den Roh-Messdaten verwendet, um irgendeinen Gleichspannungs-Offset-Wert zu beseitigen, der von den Elementen in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung gemessen wird. Dieser Gleichspannungs-Offset-Wert kann sich aus einer Vielzahl von Quellen ergeben, wie z.B., jedoch ohne Beschränkung hierauf, aus Temperaturänderungen im Verlauf der Überprüfung und aus metallurgischen oder geometrischen Differenzen zwischen zu testenden Teilen, und dies kann in nachteiliger Weise den Überprüfungs-Prozess beeinflussen. Ein Hochpassfilter ist gut geeignet, um diesen Gleichspannungs-Offset-Wert zu beseitigen, doch kann unter bestimmten Bedingungen dieses gleiche Filter Messdaten verzerren und die Analyse und Feststellung eines Defektes behindern. Weiterhin ist ein eine erhebliche Länge aufweisender Fehler auf einem zu testenden Teil von dem Gleichspannungs-Offset-Wert eines traditionellen Hochpassfilters nicht unterscheidbar, wodurch die Wahrscheinlichkeit beträchtlich vergrößert wird, dass der Fehler überhaupt nicht festgestellt wird. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung beseitigen in Kombination die Notwendigkeit dieses Hochpassfilters.
1 zeigt ein typisches Wirbelstrom-Überprüfungssystem, das die Verfahren der vorliegenden Erfindung verwenden würde. Eine Anzahl von Wirbelstrom-Spulen 101 ist in einer ringförmigen Anordnung 102 um ein zu testendes Teil 103 herum angeordnet. Das zu testende Teil 103 ist so dargestellt, als ob es zwei Fehler aufweist. Der erste Fehler 105 ist eine relativ kleine Fehlstelle, die unter einem rechten Winkel zu der Abtastrichtung der Wirbelstrom-Sonde ausgerichtet ist, und Abtastdaten, die über diese Fehlstelle gewonnen werden, würden mit großer Wahrscheinlichkeit das Hochpassfilter der bekannten Wirbelstrom-Überprüfungssysteme ohne jede wesentliche Verzerrung durchlaufen. Der zweite Fehler 104 weist jedoch eine erhebliche Länge auf, und er ist parallel zur Abtastrichtung der Wirbelstrom-Sonde ausgerichtet. Im Fall dieses zweiten Fehlers 104 würden die bei der Abtastung gewonnenen Daten mit großer Wahrscheinlichkeit durch die Verwendung eines Hochpassfilters verzerrt.
Ein Schnittstellen-Kabel 106 überträgt Erregungssignale von der Instrumenten-Baugruppe 107 an die Wirbelstrom-Anordnung 102 sowie von der Wirbelstrom-Anordnung 102 gemessene Messsignale zurück an die Instrumenten-Baugruppe 107, in der die Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die empfangenen Daten zu verarbeiten. In Abhängigkeit von der Kompliziertheit des Wirbelstrom-Überprüfungssystems ist die Instrumenten-Baugruppe 107 typischerweise ein Hand-gehaltenes Gerät oder ein Computer-basiertes System.
2 zeigt - unter Verwendung eines vereinfachten Blockschaltbildes - die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie innerhalb eines Wirbelstrom-Überprüfungssystems nach 1 wirksam sein würde. Obwohl die folgende Beschreibung der vorliegenden Erfindung speziell die ausführliche in 2 gezeigte Implementierung anspricht, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind auf andere Implementierungs-Schemas anwendbar, unter Einschluss von, jedoch ohne Begrenzung auf, eine Implementierung ohne ein Tiefpassfilter 212 und eine Implementierung, bei der der MVAC-Algorithmus 206 mehr als einmal pro zu testendem Teil 201 abläuft. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind weiterhin auf andere Wirbelstrom-Sonden-Anordnungs-Konfigurationen anwendbar, wie z.B. lineare, keilförmige und rechtwinklige oder andere zu testende Gegenstände, jedoch ohne Beschränkung hierauf, wie z.B. von Rohr-Schweißverbindungen, Metallplatten und geformten Verbindungsteilen, jedoch ohne Beschränkung hierauf.
Die von der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung 202 bei der Abtastung des zu testenden Teils 201 empfangenen Test-Signale werden durch eine Analogschaltung 204 verarbeitet und digitalisiert. Vielfältige Verfahren zur Verarbeitung und Digitalisierung der Roh-Analog-Signale von der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung 202 sind dem Fachmann gut bekannt, und sie sind für die Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht spezifisch. Die Näherungs-Sensoren 203 stellen die voreilende Kante eines neuen zu testenden Teils fest und alarmieren den Näherungs-Detektor-Block 205. Der Näherungs-Detektor-Block ermöglicht dann das Laden neuer Abgleich-Parameter von dem MVAC-Algorithmus-Block 206 und dem LIVC-Algorithmus-Block 209 in die Register 207 bzw. 210.
Der MVAC-Algorithmus-Block 206 führt eine Grob-Messung der Basislinien-Impedanz des neuen zu prüfenden Teils durch, und dieser Wert - der in der vorliegenden Beschreibung als der mittlere Impedanzverschiebungs-Wert bezeichnet wird - wird zur Verschiebung jedes nachfolgenden Datenpunktes verwendet, wodurch die gesamte mittlere Impedanz-Änderung kompensiert wird, die auf dem neuen zu testenden Teil vorhanden ist. Der LIVC-Algorithmus-Block 209 berechnet einen Satz von Translations-Parametern für jedes Element in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung 202, und diese Werte werden zum Abgleich jeder nachfolgenden Messung verwendet, wodurch die Streuung der Messwerte zwischen den verschiedenen Elementen der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung beträchtlich verringert wird. Der MVAC-Algorithmus 206 und der LIVC-Algorithmus 209 und die Bedeutung des mittleren Impedanzverschiebungs-Wertes und der LIVC-Translations-Parameter werden im Einzelnen in den nachfolgenden Abschnitten erläutert.
Digitalisierte Daten durchlaufen einen Tiefpassfilter-Block 212, um irgendein hochfrequentes Rauschen oder Störungen zu beseitigen, die von der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung 202 gemessen werden. Die gefilterten Daten werden dann durch den Offset-Korrekturfaktor abgeglichen, der von dem BIOC-Algorithmus 213 berechnet wird. Der BIOC-Algorithmus 213 gleicht iterativ die Basislinien-Impedanz des zu testenden Teils 201 (wie sie von der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung 202 gemessen wird) auf den Nullpunkt in der Impedanz-Ebene ab. Um eine Verzerrung von möglichen Fehler-Daten zu verhindern, wird der iterative Abgleich-Prozess ausgesetzt, wenn Daten-Messwerte einen bestimmten Schwellenwert übersteigen. Der BIOC-Algorithmus 213 und die Berechnung des Korrekturfaktors werden nachfolgend in einem folgenden Abschnitt beschrieben.
Nach der Korrektur durch den BIOC-Algorithmus 213 werden die abgeglichenen Sonden-Daten zu der Instrumenten-Schaltung 216 weitergeleitet, in der sie durch andere digitale Signalverarbeitungs-Algorithmen analysiert, dem Benutzer angezeigt, für eine spätere Analyse gespeichert oder gegen Alarm-Algorithmen geprüft werden können.
MVAC-Algorithmus
Eine erhebliche Quelle der Gesamt-Basislinien-Impedanz-Änderung zwischen zu testenden Teilen ergibt sich aus metallurgischen und geometrischen Änderungen zwischen den zu testenden Teilen selbst. Selbst in einem Idealfall, bei dem ein Wirbelstrom-Anordnungs-Überprüfungssystem perfekt kalibriert und symmetriert sein würde, wobei ein präzises Normteil oder eine „goldene Einheit“ vor der Überprüfung verwendet wird, würden Änderungen des Herstellungs-Prozesses oder Umgebungstemperatur-Änderungen, um Beispiele zu nennen, zweifellos zu Unterschieden der Basislinien-Impedanz führen, die von den Wirbelstrom-Sonden gemessen wird. Diese unvermeidbaren Impedanz-Unterschiede stellen ein beträchtliches Hindernis für die Empfindlichkeit des Wirbelstrom-Überprüfungssystems dar, und es ist daher ein Algorithmus erforderlich, um diese Gesamt-Mittelwert-Impedanzverschiebungen zu Beginn jedes neuen zu testenden Teils zu einem Minimum zu machen.
3 zeigt diesen neuen Algorithmus, der in der vorliegenden Beschreibung als der Mittelwert-Analyse-Korrektur- (MVAC-) Algorithmus bezeichnet wird. Wenn ein neues zu prüfendes Teil von dem Näherungssensor des Wirbelstrom-Überprüfungssystems erfasst wird, so werden die Impedanz-Messungen von jedem der Elemente in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung gemittelt, um den Basislinien-Impedanz-Wert - dargestellt durch das punktierte Kreuz 302 - des neuen zu testenden Teils zu berechnen. Um zu verhindern, dass irgendwelche Fehler in dem zu testenden Teil oder beschädigte Elemente in fehlerhafter Weise diesen berechneten Wert verschieben, werden lediglich die Messungen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen - der durch den gestrichelten Kreis 301 dargestellt ist - in die Berechnung eingefügt. Die schwarzen Kreise 304 stellen Messungen dar, die bei dieser Berechnung verwendet werden. Der graue Kreis 305 stellt einen möglichen Fehler oder eine aus anderen Gründen schlechte Messung dar, und sie wird aus der Berechnung entfernt.
Ein mittlerer Impedanzverschiebungs-Wert wird berechnet - durch Bilden entweder der Mittel- oder der Median-Werte der gültigen Impedanz-Messungen -, wobei dieser Wert den Delta-Wert zwischen dem berechneten Basislinien-Impedanz-Wert 302 und dem „Nullpunkt“ in der Impedanz-Ebene darstellt, der durch das mit durchgezogenen Linien gezeigte Kreuz 303 dargestellt ist. Alle nachfolgend an dem zu testenden Teil durchgeführten Messungen - unter Einschluss derjenigen, die außerhalb des vorgegebenen Bereiches 301 liegen - werden dann um diesen Delta-Wert für den Rest der Test-Abtastung verschoben. Wie dies aus 3 zu erkennen ist, verringert diese Verschiebung beträchtlich den Basislinien-Impedanz-Offset-Wert des neuen zu testenden Teils.
LIVC-Algorithmus
Wie dies aus 3 zu erkennen ist, stellt der MVAC-Algorithmus auch eine effektive Möglichkeit zum Verschieben der gesamten mittleren Impedanz, die von den Elementen der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung gemessen wird, auf den Nullpunkt in der Impedanz-Ebene 303 dar. Die einzelnen Impedanz-Messungen 304 von jedem Element streuen jedoch immer noch sehr stark um den Nullpunkt 303. Diese Streuung ist das Ergebnis der örtlichen metallurgischen und geometrischen Änderungen, die von jedem der einzelnen Elemente in der Wirbelstrom-Sonde gemessen werden. Es ist ein Algorithmus zum Abgleich dieser Offset-Änderungen zwischen zu testenden Teilen auf einer Grundlage der einzelnen Elemente erforderlich. Die 4A bis 4C zeigen genau einen solchen Algorithmus: den begrenzten Anfangswert-Korrektur- (LIVC-) Algorithmus. Bei einer Verwendung im Zusammenwirken mit dem MVAC-Algorithmus kann der LIVC-Algorithmus dazu verwendet werden, den Basislinien-Offset-Wert der Wirbelstrom-Mess-Daten dadurch weiter zu verringern, dass die Mess-Streuung in der Impedanz-Ebene zu einem Minimum gemacht wird.
4A zeigt Mess-Daten, die von dem MVAC-Algorithmus verarbeitet wurden. Jeder der schwarzen Kreise 402 in der Impedanz-Ebene 401 stellt eine Impedanz-Messung von einem Element in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung dar. Die Abgleichvorgänge, die von diesem MVAC-Algorithmus durchgeführt werden, haben sichergestellt, dass die Impedanz-Messungen allgemein um den Nullpunkt 403 zentriert sind, doch gibt es immer noch ein beträchtliches Ausmaß an Streuung zwischen den Messwerten 402.
4B zeigt die Anwendung des LIVC-Algorithmus. Ein Paar von Translations-Faktoren, die mit X 404 und Y 405 bezeichnet sind, wird von dem Betreiber des Tests eingestellt. Wie dies aus 4B zu erkennen ist, definiert der X-Translations-Faktor 404 einen rechtwinkligen Bereich 406 in der Impedanz-Ebene 401 symmetrisch um die vertikale Achse, und der Y-Translations-Faktor 405 definiert einen ähnlichen Bereich 407 symmetrisch um die horizontale Achse. Die Translations-Faktoren werden zum parametrischen Abgleich jeder der Impedanz-Messungen 402 verwendet und definieren einen Satz von Translations-Parametern - die durch die Pfeile 408 und 409 dargestellt sind - für jedes Element in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung. Messungen, die außerhalb der beiden schraffierten Bereiche 406 und 407 fallen, werden in Richtung auf den Nullpunkt 403 sowohl in den horizontalen als auch vertikalen Richtungen durch die X- bzw. Y-Translations-Faktoren 404 bzw. 405 verschoben. Messwerte, die in den horizontalen schraffierten Bereich 407, jedoch nicht in den vertikalen schraffierten Bereich 406 fallen, werden zu der horizontalen Achse in der vertikalen Richtung und in Richtung auf den Nullpunkt durch den X-Translations-Faktor 404 in der horizontalen Richtung verschoben. In ähnlicher Weise werden Messungen, die in den vertikalen schraffierten Bereich 406 fallen, jedoch nicht in den horizontalen schraffierten Bereich 407, auf die vertikale Achse in der horizontalen Richtung und in Richtung auf den Nullpunkt durch den Y-Translations-Faktor 405 in der vertikalen Richtung verschoben. Schließlich werden Messwerte, die sowohl in den horizontalen schraffierten Bereich 407 als auch den vertikalen schraffierten Bereich 406 fallen, exakt auf den Nullpunkt 403 verschoben. Die Größe und Richtung jeder Verschiebung - die für jedes Element in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung einzigartig ist - werden als die Translations-Parameter für jedes Element definiert und sind wiederum am besten durch die Pfeile 408 und 409 dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lässt man den LIVC-Algorithmus einmal pro zu testendem Teil ablaufen, wobei der gesamte Satz von Translations-Parametern für die Wirbelstrom-Sonden-Anordnung gespeichert wird, und alle nachfolgenden Messungen werden durch diese Parameter für den Rest der Test-Abtastung abgeglichen.
4C zeigt die Messdaten, nachdem sie durch die LIVC-Translations-Parameter abgeglichen wurden. Die Messwerte 402 sind immer noch um den Nullpunkt 403 zentriert, doch sind sie nunmehr enger um diesen Punkt herum gruppiert, wodurch der Basislinien-Offset-Wert beträchtlich verringert wird.
BIOC-Algorithmus
Die MVAC- und LIVC-Algorithmen wirken gemeinsam miteinander, um irgendwelche Basislinien-Impedanz-Änderungen zwischen unterschiedlichen zu testenden Teilen in einem Wirbelstrom-Anordnungs-Überprüfungssystem zu korrigieren. Sie tun jedoch nichts, um Impedanz-Änderungen zu korrigieren, die entlang der Abtast-Achse einzelner zu testender Teile gesehen werden. Eine Impedanz-Inhomogenität entlang der Abtast-Achse eines zu testenden Teils kann zu Erscheinungen führen, die typischerweise als eine Basislinien-Drift bezeichnet werden, wobei die Basislinien-Impedanz, die von einer Wirbelstrom-Sonde gemessen wird, zu einer Drift innerhalb der Impedanz-Ebene im Verlauf der Abtastung neigt. Ohne ein Hochpassfilter in dem System zur Korrektur dieses Verhaltens ist ein neuer Algorithmus erforderlich, um speziell die Basislinien-Drift zu behandeln.
Der begrenzte iterative Offset-Korrektur-(BIOC-)Algorithmus wird dadurch implementiert, dass das von jedem der Elemente in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung gemessene Daten-Signal in Richtung auf die Basislinie oder den Nullpunkt in der Impedanz-Ebene in relativ kleinen, iterativen Schritten bewegt wird, die durch einen konstanten vorgegebenen Steigungswert definiert sind. Für Messungen, deren Amplituden größer als ein vorgegebener Schwellenwert sind - wodurch ein möglicher Defekt angezeigt wird - wird dieser Bewegungs-Abgleich ausgesetzt, um die Messdaten beizubehalten. Der Steigungswert ist typischerweise so gewählt, dass er gleich dem Doppelten der mittleren Steigung der erwarteten Basislinien-Drift ist. Dies könnte ein Wert sein, der dem Betreiber der Überprüfung für einen vorgegebenen Testaufbau gut bekannt ist, und er würde typischerweise empirisch bestimmt, wenn ein Wirbelstrom-Überprüfungssystem erstmalig installiert wird. Der Schwellenwert wird typischerweise so gewählt, dass er ein Wert ist, der gerade kleiner als die Alarm-Einstellung ist, um eine gewisse Hysterese zwischen Messungen zu schaffen, die als Basislinien-Drift-Fehler betrachtet werden, und denjenigen, die als gültige Fehler betrachtet werden. Die erforderliche Differenz oder der Delta-Wert zwischen dem Schwellenwert und der Alarm-Einstellung würde typischerweise wiederum empirisch bei der erstmaligen Installation eines Wirbelstrom-Überprüfungssystems bestimmt. Die Verwendung eines Tiefpassfilters (wie es in 2 gezeigt ist) kann beträchtlich den erforderlichen Delta-Wert zwischen dem Schwellenwert und der Alarm-Einstellung dadurch verringern, dass das Hochfrequenz-Rauschen oder Störungen auf dem Messsignal beseitigt oder stark verringert werden.
5A zeigt den BIOC-Algorithmus in Form eines Ablaufdiagramms, während 5B diesen Algorithmus in mathematischen Ausdrücken darstellt. Eine oder beide dieser Figuren sollten zur Unterstützung der nachfolgenden ausführlichen Erläuterung des BIOC-Algorithmus verwendet werden.
Nach jeder Messung wird ein Korrekturfaktor (C_n) zu dem Rohdaten-Punkt (X_n) zur Erzeugung eines korrigierten Wertes (Y_n) hinzugefügt. Bei dem ersten Zyklus des Algorithmus (n = 0) wird der Korrekturfaktor (C₀) auf der Grundlage des Vorzeichens des ersten Rohdaten-Punktes (X₀) initialisiert. Wenn der erste Rohdaten-Punkt (X₀) positiv ist, was eine Messung oberhalb der Basislinie oder in den oberen zwei Quadranten der Impedanz-Ebene darstellt, so wird der Korrekturfaktor (C₀) auf den negierten voreingestellten Steigungswert (-S) initialisiert. Wenn der erste neue Rohdaten-Punkt (X₀) negativ ist, was eine Messung unterhalb der Basislinie oder in den unteren zwei Quadranten der Impedanz-Ebene darstellt, so wird der Korrekturfaktor (C₀) auf den voreingestellten Steigungswert (S) initialisiert.
Unter normalen Bedingungen - wenn die Größe des vorhergehenden korrigierten Wertes (Y_n-1) innerhalb des eingestellten Schwellenwertbereiches liegt - wird der Korrekturfaktor (C_n) jedesmal abgeglichen, bevor er zu dem Rohdaten-Punkt (X_n) hinzugefügt wird. Dieser Abgleich beruht auf dem Vorzeichen des vorhergehenden korrigierten Wertes (Y_n-1). Wenn der vorhergehende korrigierte Wert (Y_n-1) positiv war, was eine Messung oberhalb der Basislinie oder in den oberen zwei Quadranten der Impedanz-Ebene darstellt, so wird der Korrekturfaktor (C_n) um den Steigungswert verringert. Wenn der vorhergehende korrigierte Wert (Y_n-1) negativ war, was eine Messung unterhalb der Basislinie oder in den unteren zwei Quadranten der Impedanz-Ebene darstellt, so wird der Korrekturfaktor (C_n) um den Steigungswert vergrößert. Auf diese Weise wird irgendeine Signal-Drift, unabhängig davon, ob sie positiv oder negativ ist, die von der Wirbelstrom-Sonde gemessen wird, im Verlauf der ersten wenigen Messungen auskompensiert.
Im Gegensatz zu diesem Normalbetrieb erfolgt, wenn die Größe des vorhergehenden korrigierten Wertes (Y_n-1) außerhalb des voreingestellten SchwellenwertBereiches liegt - was mit größter Wahrscheinlichkeit einen Fehler in dem zu testenden Teil anzeigt - kein Abgleich des Korrekturfaktors (C_n), und der vorhergehende Korrekturfaktor-Wert (C_n-1) wird verwendet. Auf diese Weise behält der Korrektur-Algorithmus irgendwelche möglichen Fehler-Daten bei, während dennoch eine Gleichspannungs-Offset-Kompensation aufrecht erhalten wird.
6 zeigt graphisch die Funktion des BIOC-Algorithmus durch die Darstellung simulierter Impedanz-Messungen als eindimensionale skalare Werte (die vertikale Komponente des Signals vom einem einzelnen Element in der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung). Die kurze gestrichelte Kurve 601 stellt rohe unkorrigierte Daten dar, die eine stetige und konstante Basislinien-Drift (ungefähr 0,1 Zählungen pro Messung) zeigen. Die mit durchgezogenen Linien gezeigte Kurve 602 stellt die simulierten Daten nach der Korrektur unter Verwendung des BIOC-Algorithmus dar. Über die ersten vierzig Messungen wird die Basislinien-Drift kompensiert, und die Basislinien-Impedanz wird ungefähr auf Null gehalten, und sie bleibt dort, bis eine Fehlstelle festgestellt wird. An diesem Punkt (bei der Messung #40) wird der Offset-Korrektur-Abgleichwert konstant gehalten, und es erfolgt keine Änderung an den Fehler-Daten-Messungen, wie dies bei einem Vergleich der Form der mit durchgezogenen Linien gezeigten Kurve 602 mit der kurzen gestrichelten Kurve 603 zwischen den Messungen #40 und #58 zu erkennen ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass sobald der Fehler vorbeigelaufen ist, die iterativen Abgleichvorgänge an dem Korrekturwert wieder aufgenommen werden, und der Basislinien-Offset-Wert sehr schnell auf Null zurückkehrt. Zum Vergleich stellt die lange gestrichelte Kurve 603 die simulierten Daten dar, die über ein typisches Hochpassfilter verarbeitet werden. Die Basislinien-Drift ist beseitigt, doch werden die Fehler-Daten zwischen den Messungen #40 und #58 beträchtlich verzerrt.
Wirbelstrom-Sonden-Anordnungs-Symmetrierung
Die MVAC-, LIVC- und BIOC-Algorithmen, die in den vorstehenden Abschnitten beschrieben wurden, bewirken eine Korrektur von Basislinien-Offset-Werten, die mit Impedanz-Änderungen zwischen oder entlang von zu testenden Teilen verbunden sind. Alle dieser drei Algorithmen erfordern jedoch, dass die Wirbelstrom-Test-Sonde in annehmbarer Weise symmetriert wird, bevor der Test oder die Überprüfung beginnt, so dass bekannt ist, dass irgendwelche wesentlichen Basislinien-Offset-Werte, die von der Wirbelstrom-Sonde gemessen werden, lediglich von der Impedanz-Änderung des zu überprüfenden Teils stammen. In diesem Fall ist es sinnvoll, anzunehmen, dass ein Wirbelstrom-Test-System, das die Algorithmen der vorliegenden Erfindung verwendet, eine genauere Sonden-Symmetrierung erfordern würde, als bekannte Systeme. Um dies zu berücksichtigen, werden folgenden drei Wirbelstrom-Sonden-Symmetrier-Algorithmen offenbart, die einfach auszuführen sind und die mit zu testenden Teilen unbekannter Qualität durchgeführt werden können.
Die 7A bis 7C zeigen drei Wirbelstrom-Sonden-Symmetrier- oder NUL-LUNGS-Algorithmen über eine Serie von Ablaufdiagrammen. Alle drei Algorithmen symmetrieren eine Wirbelstrom-Sonden-Anordnung ohne die Notwendigkeit eines idealen Mess-Standards oder einer goldenen Einheit, und sie können damit wesentlich häufiger in bequemer Weise durchgeführt werden, als bekannte Symmetrier-Algorithmen. Für die folgende Beschreibung wird angenommen, dass das Wirbelstrom-Test-System zunächst kalibriert wurde, dass irgendein tatsächlicher Fehler - d.h. ein gültiger physikalische Fehler an einem zu testenden Teil und nicht ein fehlerhaftes Artifakt einer ungeeigneten Sonden-Symmetrierung - in der positiven Hälfte der Impedanz-Ebene erscheint. Ein derartiger Kalibrier-Prozess sollte dem Fachmann gut bekannt sein. Bei einem derartigen Messaufbau kann die positive Hüllkurve des Signals für die Fehlererfassung verwendet werden, und ihr negatives Äquivalent kann für die Validierung der Wirbelstrom-Sonden-Anordnungs-Symmetrierqualität verwendet werden.
Das erste in 7A gezeigte Verfahren ist in einer Testsituation brauchbar, in der es möglich und zweckmäßig ist, ein zu testendes Teil mehrere Male aufeinanderfolgend abzutasten und zu drehen. Die Elemente der Wirbelstrom-Anordnung werden anfänglich unter Verwendung eines zu testenden Teils mit unbestimmter Qualität symmetriert. Das gleiche zu testende Teil wird dann an den Anfang des Überprüfungs-Prozesses zurückgeführt und gedreht. Der Grad der Drehung ist willkürlich, solange die einzelnen Wirbelstrom-Anordnungs-Elemente einen Abschnitt des zu prüfenden Teils überprüfen, der von dem verschieden ist, der während der ersten Überprüfung überprüft wurde. Wenn ein langgestreckter Fehler während der zweiten Überprüfung in der Symmetrier-Zone auf dem voreilenden Ende festgestellt wird, so wird das Test-Prüfstück verworfen und das Verfahren wird mit dem nächsten Test-Prüfstück wiederholt, bis kein Fehler in der Symmetrier-Zone festgestellt wird.
Das zweite Verfahren, das in 7B gezeigt ist, ist in einer Testsituation nützlich, bei der ein zu testendes Teil lediglich einmal getestet werden kann, und eine Entscheidung über die Qualität des zu testenden Teils unmittelbar nach dessen erster und einziger Test-Abtastung getroffen werden muss. Die Elemente der Wirbelstrom-Anordnung werden anfänglich unter Verwendung eines ersten zu testenden Teils von unbestimmter Qualität symmetriert. Dieses erste zu testende Teil wird dann als fehlerhaft betrachtet und in den Abfallbehälter geworfen. Ein zweites zu testendes Teil wird dann überprüft. Wenn die Abtastung des zweiten zu testenden Teils abgeschlossen wird, ohne dass eines der Elemente der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung einen Ausgang liefert, der sich in die negative Hälfte der Impedanz-Ebene erstreckt, so wird der zweite zu testende Teil so betrachtet, als ob es den Test bestanden hat, und die Wirbelstrom-Sonde wird als symmetriert betrachtet. Wenn sich jedoch eine der Sonden-Anordnungs-Messungen in die negative Hälfte der Impedanz-Ebene erstreckt, so wird angenommen, dass eine fehlerhafte Symmetrierung für das erste zu testende Teil erfolgt ist. Die Abtastung des zweiten zu testenden Teils wird gestoppt, und die Elemente der Wirbelstrom-Anordnung werden neu symmetriert (unter Verwendung des zweiten zu testenden Teils). Das zweite zu testende Teil wird dann als fehlerhaft betrachtet und in den Abfallbehälter geworfen. Ein drittes zu testendes Teil wird gewählt, und der Validierungs-Abtast-Prozess wird wiederholt. Der Zyklus setzt sich fort, bis ein zu testendes Teil nach einem Symmetrier-Zyklus abgetastet wird, ohne dass irgendeines der Elemente der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung eine negative Messung erzeugt.
Das dritte Verfahren, das in 7C gezeigt ist, ist in einer Testsituation nützlich, in der ein zu testendes Teil lediglich einmal getestet werden kann, eine Entscheidung hinsichtlich der Qualität des zu testenden Teils jedoch zurückgestellt werden kann, bis ein zweites zu testendes Teil abgetastet wurde. Die Elemente der Wirbelstrom-Anordnung werden anfänglich unter Verwendung eines ersten zu testenden Teils mit unbestimmter Qualität symmetriert. Dieses erste zu testende Teil wird dann beiseite gelegt, und ein zweites zu testendes Teil wird überprüft. Wenn die Abtastung des zweiten zu testenden Teils abgeschlossen wird, ohne dass eines der Elemente der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung einen Ausgang liefert, der sich in die negative Hälfte der Impedanz-Ebene erstreckt, so werden sowohl das erste als auch das zweite zu testende Teil so betrachtet, als ob sie den Test bestanden haben, und die Wirbelstrom-Sonde wird als symmetriert angenommen. Wenn sich jedoch eine der Sonden-Anordungs-Messungen in die negative Hälfte der Impedanz-Ebene erstreckt, so wird angenommen, dass eine fehlerhafte Symmetrierung an dem ersten zu testenden Teil erfolgt ist. Eine Abtastung des zweiten zu testenden Teils wird gestoppt, und die Elemente der Wirbelstrom-Anordnung werden neu symmetriert (unter Verwendung des zweiten zu testenden Teils). Das erste zu testende Teil wird dann als fehlerhaft betrachtet und in den Abfallbehälter geworfen, und das zweite zu testende Teil wird beiseite gelegt. Ein drittes zu testendes Teil wird dann gewählt, und der Validierungs-Abtast-Prozess wird wiederholt. Der Zyklus setzt sich fort, bis ein zu testendes Teil nach einem Symmetrierungs-Zyklus abgetastet wurde, ohne dass irgendeines der Elemente der Wirbelstrom-Sonden-Anordnung eine negative Messung ergeben hat.

Claims

Verfahren zur Beseitigung der Wirkungen einer Signal-Drift in digitalen Daten, die bei der Detektion von Fehlstellen in einem Testobjekt (103; 201) während einer Folge von Messungen entlang von Testobjekten (103; 201) durch ein Wirbelstrom-Testsystem gewonnen werden, das eine Wirbelstrom-Sonde (101, 102) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Gewinnen (204) von Daten bezüglich zumindest einer Impedanzebene (401) von dem Testsystem; Verarbeiten (213) der Signal-Drift um Effekte einer Basislinien-Drift zu beseitigen durch Korrigieren der Daten bezüglich der zumindest einen Impedanzebene (401) in Richtung auf eine Basislinie (302) unter Verwendung eines vorgegebenen konstanten Steigungswertes (S), wobei die Korrektur lediglich dann durchgeführt wird, wenn die Daten innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin vor der Verarbeitung der Signal-Drift eine Verringerung (206) von Änderungen von Messungen von Testobjekt zu Testobjekt durch Mittelwertbildung der Daten bezüglich der Impedanzebene (401) zur Bestimmung einer Verschiebungs-Konstante und Verschieben nachfolgender Daten um die Verschiebungs-Konstante umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung eines Mittelwertes der Anfangsdaten bezüglich der Impendanzebene (401) zur Bestimmung der Verschiebungs-Konstante einschließt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verwendung eines Medianwertes der Anfangsdaten bezüglich der Impendanzebene (401) zur Bestimmung der Verschiebungs-Konstante einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Verringerung der Wirkung einer Streuung zwischen Messungen durch parametrisches Verschieben (209) der Messungen in Richtung auf eine Basislinie (302) in zueinander orthogonalen Richtungen (x, y) durch einen Satz von von einem Benutzer definierten Translations-Parametern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Verwendung eines Wirbelstrom-Sonden-Systems zur Durchführung von einem von zumindest drei Algorithmen zur Beseitigung von Basislinien-Verschiebungen ohne die Maskierung der Daten einschließt, die längs gerichtete Fehlstellen (104) anzeigen, die entlang einer Abtastrichtung der Wirbelstrom-Sonden verlaufen; wobei die zumindest drei Algorithmen MVAC-, LIVC- und BIOC-Algorithmen sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrom-Sonde eine Sonde vom Anordnungstyp ist, die mehrere Spulen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der drei Algorithmen die Durchführung eines begrenzten iterativen Offset-Korrektur- (BIOC-) Algorithmus (213) einschließt, der iterativ Daten bezüglich der Impedanzebene (401) aus Sonden-Messungen in Richtung auf eine Basislinie (302) in der Impedanzebene (401) abgleicht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der drei Algorithmen die Durchführung eines begrenzten Anfangswert-Korrektur-(LIVC-) Algorithmus (209) umfasst, der die Streuung der Daten bezüglich der Impedanzebene (401), die von einzelnen Messelementen in der Wirbelstrom-Sonden-Gruppe gemessen werden, verringert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der drei Algorithmen die Durchführung eines Mittelwert-Analyse-Korrektur- (MVAC-) Algorithmus (206) einschließt, der einen Bereich von Basislinien-Versetzungen verringert, die sich aus Verschiebungen von Daten bezüglich von Impedanzebenen (401) ergeben, die sich von einem Testobjekt zum nächsten Testobjekt ändern.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der begrenzte iterative Offset-Korrektur- (BIOC-) Algorithmus (213) einen festen Wert aufweisende Schritte verwendet.
Verfahren nach Anspruch 8, das das Aussetzen der Durchführung des begrenzten iterativen Offset-Korrektur-Algorithmus (213) einschließt, wenn die Größe von Daten außerhalb eines voreingestellten Schwellenwertes liegt.
Wirbelstrom-Fehlstellen-Detektionssystem, mit: einer Wirbelstrom-Sonden-Anordnung (101, 102; 202) zum Induzieren von Wechselströmen in einem Testobjekt (103; 201) und zur Gewinnung eines Wirbelstrom-Signals von dem Testobjekt (103); einem Verarbeitungssystem (107; 204) zum Verarbeiten des Wirbelstrom-Signals, das die Verarbeitung des Signals in digitalisierte Daten bezüglich einer Impedanzebene einschließt; und ein Anzeigesystem (216) zur Anzeige von Testergebnissen für das Testobjekt; dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem eine begrenzte iterative Offset-Korrektur- (BIOC-) Einrichtung (213) umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie die Signal-Drift durch iterativen Abgleich der digitalisierten Daten bezüglich einer Impedanzebene (401) aus verschiedenen Messungen in Richtung auf eine Basislinie (302) in der Impedanzebene verringert, wobei der Abgleich für die Daten lediglich dann durchgeführt wird, wenn die Daten innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegen, um Effekte einer Basislinien-Drift zu beseitigen..
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin eine Mittelwert-Analyse-Korrektur- (MVAC-) Einrichtung (206) einschließt, die so ausgebildet ist, dass sie den Bereich der Änderung zwischen aufeinander folgenden Messungen verringert, die sich aus dem Mittelwert der Signal-Drift von einem Testobjekt zu dem nächsten Testobjekt ergibt.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin eine begrenzte Anfangswert-Korrektur- (LIVC-) Einrichtung (209) einschließt, die so ausgebildet ist, dass sie die Streuung von Impedanz-Anzeigen verringert, die von verschiedenen der Sensorelemente gemessen werden, die die Wirbelstrom-Sonden-Anordnung (101, 102; 202) bilden.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tiefpassfilter (212) vor der BIOC-Einrichtung (213) angeordnet ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die BIOC-Einrichtung (213) so ausgebildet ist, dass sie mögliche Fehlstellen-Daten unverändert aufrecht erhält, während die Gleichspannungs-Offset-Korrektur beibehalten wird.
System nach einem der Ansprüche 14 und 15 , dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin einen Näherungs-Detektor (203, 205) einschließt, der misst, ob sich die Wirbelstrom-Sonden-Anordnung (101, 102; 202) innerhalb einer vorher definierten Entfernung zu dem Testobjekt (103; 201) befindet, und der zur Synchronisation der MVAC- und LIVC-Algorithmen dient.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die MVAC-Einrichtung (206) so ausgebildet ist, dass sie Daten (305) bezüglich der Impedanzebene (401), die von der MVAC-Einrichtung gewonnen wurden und außerhalb eines voreingestellten Bereiches (301) von Werten liegen, der längs verlaufenden Fehlern oder Fehlstellen (104) zugeordnet ist, ausschließt.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die MVAC-Einrichtung so strukturiert ist, dass sie einen der Mittel- und Median-Werte der Daten bezüglich der Impedanzebene (401) entwickelt, der einmal pro Testobjekt berechnet und nachfolgend bei der Abtastung des Testobjektes verwendet wird.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die LIVC-Einrichtung (209) so ausgebildet ist, dass sie von einem Benutzer definierte Translations-Faktoren (404, 405) zum Verschieben der Daten bezüglich der Impedanzebene (401) näher an die Basislinie (302) der Impedanzebene (401) verwendet.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Translations-Faktoren (404, 405) ein Paar von Faktoren einschließen, die jeweils den x- und y-Richtungen orthogonal zueinander zugeordnet sind.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Translations-Faktoren einen festen Vektor einschließen.