DE3005915A1

DE3005915A1 - Wirbelstrompruefgeraet fuer oberflaechenfehler

Info

Publication number: DE3005915A1
Application number: DE19803005915
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 8720 Schweinfurt Hentrich
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-02-16
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1981-08-27
Also published as: IT8119687A0; DE3005915C2; GB2069708A; IT1135435B; FR2476318B1; FR2476318A1

Description

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 12.02.80

DE 80 003 DE TPA.ko.hb

WirbelStromprüfgerät für Oberflächenfehler

Die Erfindung betrifft ein Wirbelstromprüfgerät für Oberflächenfehler auf metallischen Werkstücken bestehend aus einem eine Prüfspule speisenden Hochfrequenzoszillator mit nachfolgendem Verstärker, Frequenzdemodulator, Bandpaßfilter und Signalverstärker, dessen Verstärkungsfaktor eine Funktion des Abstandes Prüfspule-Werkstück ist.

Ein WirbelStromprüfgerät dieser Art ist bereits aus der DE-OS 2 528 625 und der DE-OS 2 850 433 bekannt. Außer der eingangs beschriebenen Blockfolge des Kanals für ein frequenzmoduliertes Fehlersignal, weist das Gerät noch einen zweiten Kanal für die Amplitudenauswertung auf. Beide Kanäle sind bei der bekannten Ausführung notwendig, um ein dem Abstand Prüfspule-Werkstück proportionales Signal für die Abstandskompensation zu erzeugen. Der hierfür erforderliche Schaltungsaufwand ist sehr groß. Bei Wirbelstrom-Prüfverfahren mit Auswertung der Frequenzänderung muß sich die Schwingfrequenz des Oszillators, hervor-

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gerufen durch die Prüfspule, ändern können. Dies geschieht durch Änderung der Blindkomponente der Prüfspulimpedanz sowohl bei Fehlern im Werkstückmaterial als auch bei Änderung des Abstandes Prüfspule-Werkstück und bei Änderung des Werkstückmaterials selbst. Um in den optimalen Arbeitsbereich des Frequenzdemodulator s zu kommen, ist es deshalb bei dem bekannten WirbelStromprüfgerät zu Beginn jeder Prüfung bei angestellter Prüfspule erforderlich, die Frequenz des Hochfrequenzoszillators mit Hilfe von Einstellreglern auf die Mitte des Frequenzdemodulators abzugleichen. Es wäre auch möglich, zum Zweck eines großen Hubes eine relativ flache Kennlinie des Frequenzdemodulators vorzusehen, jedoch geht das auf Kosten der Geräteempfindlichkeit. Darüber hinaus weist die bekannte Ausführung insbesondere bei der Prüfung rotationssymmetrischer Werkstücke entscheidende Nachteile auf. Nicht immer laufen die zu prüfenden Oberflächen konzentrisch mit der Einspannachse des Drehantriebes. Auch bei der Prüfung der Stirnseiten (Radialflächen) von Rotationsteilen muß damit gerechnet werden, daß während einer Umdrehung des Werkstückes sich der Abstand der fest eingespannten Prüfspule zur Werkstückoberfläche stetig verändert, was zu einem mit der Um- _rehung wechselnden Signal am Frequenz-Demodulator-Ausgang und je nach Geradlinigkeit der Demodulator-Kennlinie bezogen auf den Umfang des Werkstückes zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten des bekannten Wirbelstromgerätes führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wirbelstrom-Prüfgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Frequenz des Hochfrequenzoszillators unbeeinflußt bleibt durch unterschiedliche Abstände Prüfspule-Werkstück insbesondere

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bei sich stetig mit der Drehung des Werkstückes ändernden Abstand. Darüber hinaus soll mit einfachen Mitteln in einem bestimmten Abstandsbereich der Prüfspule vom Werkstück gleichbleibende Geräte-Empfindlichkeit erzielt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Frequenzdemodulator und Hochfrequenzoszillator ein die Prüffrequenz in Abhängigkeit des Abstandes Prüfspule-Werkstück regelnde Schaltung angeordnet ist.

Die Regelspannung ist dabei die Ausgangsspannung des Frequenzdemodulators. Damit die Regelung bei steilflankigen Impulsen, wie sie durch Materialfehler z.E. Risse erzeugt werden, unterbleibt, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein abgestimmtes Tiefpaßfilter in den Regelkreis eingebaut. Alle langsameren Frequenzabweichungen werden durch die Regelschaltung und mit Hilfe von Kapazitätsdioden im Schwingkreis des Hochfrequenzoszillators sofort kompensiert. Durch diese vorteilhafte Schaltungsanordnung bleibt die Prüffrequenz stabil und ändert ihren Wert nicht, wenn

- die Prüsspule mit unterschiedlichem Abstand zum Werstück angestellt ist,

durch Toleranzabweichungen unter den Werkstücken bei fest eingestellter Prüfspule sich unterschiedliehe Prüfspulenabstände ergeben,

infolge stetiger Formfehler bei den Werkstücken (Ovalität, Seitenschlag, mangelnde Koaxialität) während einer Umdrehung sich ändernde Prüfspulenabst.-'nde ergaben,

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mit abweichenden Materialeigenschaften zu rechnen ist,

- sich die Oberflächenstruktur des Werkstückes ändert.

Alle hier angeführten Fehlerarten können u.a. insbesonddere beim automatischen Prüfablauf vorkommen. Durch die vorteilhafte Schaltungsauslegung des erfindungsgemäßen Wirbelstromprüfgerätes kann der automatische Prüfablauf über einen langen Zeitraum unbeaufsichtigt und ohne Wartung erfolgen, weil das Wirbelstromprüfgerät sich automatisch den sich dauernd ändernden Bedingungen an der Prüfstelle anpaßt.

Dadurch, daß die Prüffrequenz immer nachgeregelt wird und somit konstant bleibt, kann bei dem Frequenzdemodulator eine sehr steile Kennlinie vorgesehen werden, wodurch vorteilhafterweise eine hohe Empfindlichkeit und hohe Fehlerauflösung erzielt wird. Durch die konstante Oszillatorfrequenz befindet sich der Arbeitspunkt immer in der Mitte und somit unabhängig von den oben genannten Einflüssen immer im steilsten Bereich der schon grundsätzlich steilen Kennlinie, Außer der oben beschriebenen hohen ist dadurch auch eine gleichbleibende Empfindlichkeit erzielt worden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Schaltung zur Regelung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit des Abstandes Prüfspule-Werkstück einen Logarithmierverstärker.

In bekannter Weise wird über einen Regelkreis die Verstärkung eines Signalverstärkers so gesteuert, daß die durch größeren Abstand Prüfspule-Werkstück verminderte

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Empfindlichkeit des Wirbelstromprüfgerätes ausgeglichen wird. Das Ergebnis ist eine in einem bestimmten Abstandsbereich nahezu gleichbleibende Empfindlichkeit. Erfindungsgemäß enthält der Regelkreis einen Logarithmierverstärker, da zwischen dem Ausgangssignal des Frequenzdemodulator und dem Prüfspulen-Abstand kein linearer Zusammenhang besteht. Dadurch kann die Genauigkeit der Regelung erhöht werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Ausgangsspannung des Frequenzdemodulators des einzigen Gerätekanals die Regelspannung für beide Regelkreise.

Die für die Frequenzregelung des Hochfrequenzoszillators benützte Ausgangsspannung des Frequenzdemodulators wird gleichzeitig für die Empfindlichkeitsregelung verwendet. Dadurch können mehrere Bauelemente eingespart werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Wirbelstromprüfgerätes für Oberflächenfehler mit Frequenz- und Empfindlichkeitsregelung ,

Fig. 2 ein Diagramm der Fehlersignalhöhe bei verschiedenem Prüfspulenabstand.

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Das in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte Wirbelstromprüfgerät besteht aus einer an einem Hochfreuquenzoszillator 1 angeschlossenen Prüfspule 2 mit einer einzigen Wicklung. Die Prüfspule 2 ist ein Teil des Oszillators 1 und bestimmt zusammen mit dem Kondensator 3 dessen vSchwingf requenz, die gleichzeitig Prüf frequenz ist. Über einen Verstärker 4 gelangt das hochfrequente Signal zum Frequenzdemodulator 5, der die durch einen Fehler im Werkstück hervorgerufene Frequenzänderung in ein niederfrequentes Fehlersignal umsetzt. Ein nachfolgendes BandpaPfilter 6 läßt das eingentliche Fehlersiqnal passieren und schwächt Störsignale. Eine aus dem Frequenzdemodulator 5 gewonnene Regelspannung gelangt über ein Tiefpaßfilter 7, das nur gegenüber dem Fehlersignal langsamere Frequenzänderungen als Regelspannung passieren läßt, und dient als Steuerspannung für eine dem Schwingkreis des Hochfrequenzoszillators 1 parallel geschaltete Kette aus Kapazitätsdioden 8. Gleichzeitig dient diese Regelspannung über einen zweiten Regelkreis mit Logarithmierverstärker 9 zur Verstärkungsregelung eines dem Bandpaßfilter 6 nachgeschalteten Signalverstärkers 10. Nachfolgende Bestandteile des WirbelStromverstärkers sind einstellbare Signalverstärkung 11, Komparator 12, Fehlersignalspeicher 13 und ggfs. Anzeige.

Das Diagramm in Fig. 2 zeigt die Regeleigenschaften des WirbelStromprüfgerätes. Die ausgezogene Kurve zeigt den Verlauf der Signalhöhe am Ausgang des Signalverstärkers bei verschiedenen Abständen der Prüfspule zum Werkstück. Die Meßwerte wurden bei einem praxisnahen Versuch aufgenommen, wobei ein zylindrisches Werkstück mit einem kleinen Oberflächenriß in einer Aufnahmevorrichtung rotierte und die Prüfspule mit verschiedenen Abständen angestellt wurde.

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Aus dem Diagramm geht die hohe Qualität der Regelung hervor. Mit einer Abweichung von nur + IdB in einem Abstandsbereich der Prüfspule von nahezu Berührung bis fast 0,5 mm Abstand zum Werkstück. Es handelte sich hierbei um eine sehr kleine Prüfspule mit einem Kern von 0,5 mm 0. Bei größeren Prüfspulen wirkt die Regelung in einem relativ größeren Abstandsbereich.

Die dick gestrichelte Kurve zeigt das mit zunehmendem Abstand der Prüfspule stark abfallende Fehlersignal bei abgeschalteter Regelung.

Die in diesem Beispiel bei einem WirbelStromprüfgerät gezeigten Regel schaltungen können auch in leicht abgewandelter Form für andere Prüfverfahren, z.B. bei der optischen Prüfung zur Regelung der Lichtintensitat oder bei der Ultraschalltechnik zur Regelung der Prüffrequenz verwendet werden.

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Claims

Wirbelstromprüfgerät für Oberfl^chenfehler

Patentansprüche

WirbelStromprüfgerät für Oberflächenfehler auf metallischen Werkstücken, bestehend aus einem eine Prüfspule speisenden Hochfrequenzoszillator mit nachfolgendem Verstärker, Frequenzdemodulator, Bandpaßfilter und Signalverstärker, dessen Verstärkungsfaktor eine Funktion des Abstandes Prüfspule-Werkstück ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Frequenzdemodulator (5) und Hochfrequenzoszillator (1) ein die Prüffrequenz in Abhängigkeit des Abstandes Prüfspule Werkstück regelnde Schaltung angeordnet ist.
2. WirbelStromprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Regelung der Prüffrequenz ein Tiefpaßfilter (7) enthält.

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3. WirbelStromprüfgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeinet, daß die Schaltung zur Regelung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit des Abstandes Prüfspule-Werkstück einen Logarithmierverstärker (9) enthält.
4. WirbelStromprüfgerät nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung vom Frequenzdemodulator (5) des einzigen Gerätekanals die Regelspannung für beide Regelschaltungen ist.

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