DE3221159A1

DE3221159A1 - Wirbelstrompruefvorrichtung fuer bauteile

Info

Publication number: DE3221159A1
Application number: DE19823221159
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 8720 Schweinfurt Hentrich; Bruno Osebold
Original assignee: SIDCO
Current assignee: SIDCO
Priority date: 1982-06-04
Filing date: 1982-06-04
Publication date: 1983-12-08
Also published as: GB2121544A; GB2121544B; JPS58219449A; GB8311842D0; DE3221159C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Wirbelstromprüfeinrichtung für Eigenschaften von Bauteilen mit einem Rahmen, einer Wirbelstromprüfvorrichtung mit einer ersten Spule, einem ersten am Rahmen befestigten Träger, der die Spule trägt und einem zweiten am Rahmen befestigten Träger, der die zu prüfenden Teile trägt.

Wirbelstromprüfgeräte sind für die statische oder dynamische Prüfung der Eigenschaften von Teilen bekannt, die aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Beispielsweise werden diese Prüfvorrichtungen zur Entdeckung von Rissen, Härteprüfungen, Erkennung von örtlichen Strukturänderungen·, WerkstoffIdentifizierung, Vergütungsprüfungen usw. im allgemeinen bei Bauteilen eingesetzt, die aus Metall oder jedenfalls aus elektrisch leitenden Werkstoffen bestehen.

Die bekannten Wirbelstromprüfeinrichtungen bestehen neben der Auswerteelektronik im Grunde aus zwei Sondentypen: Punktsonde und Ringspule,

Die Wirbelstrompunktsonde weist eine um einen Ferritkern gewickelte Spule auf. Ein Wechselstrom fließt durch die Spule und erzeugt ein Magnetfeld, das den Ferritkern durchdringt. Im Betrieb wird die Sonde vorzugsweise in einem bestimmten Abstand vom stationären oder bewegten Prüfling angeordnet, damit der Induktionsfluß einen Luftspalt und den Prüfling durchströme. Der magnetische oder Induktionsfluß induziert Wirbelströme im Prüfling, die ein dem vom Strom in der Spule erzeugten Magnetfeld entgegengesetztes Magnetfeld erzeugen. Damit beeinflußt das von den Wirbelströmen erzeugte Magnetfeld die elektrischen Größen der Spule, wobei durch Untersuchen und Verarbeiten dieser Größen die gewünschten Merkmale erkannt werden können. .

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Die Grundfrequenz des Spulenstromes kann sich in Abhängigkeit von bestimmten Anwendungen ändern, z.B. von einigen 10 Hz bis zu einigen MHz.

Wirbelstromringspulen weisen eine in einem geschlossenen Ringträger angeordnete Spule auf, die eine Innenbohrung für das Durchlaufen der Prüflinge bildet, die normalerweise zylinderförmig oder sphärisch sind.Während der Prüfung umschließt die Spule somit den Prüfling, wobei

IQ in der der Spule zugekehrten Oberflächenschicht des Prüflings Wirbelströme induziert werden. Um eine genügend große Prüfempfindlichkeit und -genauigkeit zu erhalten, müssen der Durchmesser des Prüflings und der des Spulenträgers oder der Sonde in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Dies wird mit dem Ausdruck "Füllungsgrad" bezeichnet. Der wünschenswerte Zustand besteht in einem optimalen und konstanten Füllungsgrad. Dies würde jedoch eine jeweils an die Abmessung des Prüflings angepaßte unterschiedliche Ringspule oder Sonde erforderlieh machen. Aus praktischen und Kostengründen kann diese Lösung jedoch nicht verfolgt werden, und daher weisen eine Reihe von Ringspulen oder Sonden Bohrungen mit bestimmten Durchmessern auf, um zylinderförmige Teile zu prüfen, deren Außendurchmesser innerhalb bestimmter Teilbereiche liegen.

Bei der dynamischen Wirbelstromprüfung von Teilen weisen die Ringspulen einige Nachteile bezüglich der Handhabung der Prüflinge auf. Wegen des geringen zur Verfügung stehenden Raumes und der großen Zahl von Prüflingen, die meist getestet werden müssen (häufig mehrere tausend je Stunde) läßt man die Prüflinge durch Gewicht oder Schwerkraft fallen oder gleiten, um den erforderlichen Transport der Prüflinge durchzuführen, damit die Ringspule die Oberfläche des Prüflings axial abtasten kann. Da sich Durchmesser und Gewicht der Prüflinge verändern können, lassen sich keine konstante Geschwindigkeit

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und Positionierung der Teile während der Prüfung erzielen, d.h. wenn sie die Bohrung der Sonde durchlaufen. Daher sind Prüfempfindlichkeit und Prüfgenauigkeit sehr mäßig.
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Um einen unerwünschten magnetischen Schluß in der Sonde zu vermeiden, kann diese nicht aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gefertigt werden. Meist werden Kunststoffe verwendet, die jedoch nicht die Robustheit und Widerstandsfähigkeit aufweisen, welche den Betriebsbedingungen von Prüfmaschinen entsprechen, die Tausende von Teilen pro Stunde prüfen müssen.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine ■ Wirbelstromprüfexnrxchtung für Anwendungen zu schaffen, bei denen herkömmlicherweise Wirbelstromringspulen eingesetzt werden und die eine Wirbelstromprüfvorrichtung enthält, welche die Nachteile bekannter Ringspulen nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Wirbelstromprüfeinrichtung der vorbezeichneten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Prüfvorrichtung eine von einem ersten Träger getragene erste Spule und eine an die erste Spule gekoppelte zweite Spule aufweist, daß ein dritter Träger die zweite Spule trägt, wobei der erste und dritte Träger sowie die erste und zweite Spule eine im wesentlichen offene Sonde der Prüfeinrichtung bilden sowie einen im wesentlichen offenen Raum zwischen dem ersten und dritten Träger, der der Prüfposition für die Prüflinge entspricht, bildet.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung zur dynamischen Prüfung von Teilen, umfaßt der zweite Träger eine bewegliche Transportvorrichtung zur Halterung und Beförderung der Teile durch die Prüfposition.

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Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufriß, teilweise im Schnitt,

einer Wirbelstromprüfeinrichtung für Bauteile, Fig. 2 einen Seitenriß der Einrichtung der Fig. 1 mit

einer aktiven Förderungseinrichtung zum Fördern IQ der Prüflinge,

Fig. 3 einen Grundriß der Einrichtung der Fig. 1 und 2

mit der aktiven Fördereinrichtung, Fig. 4 einige elektrische Schaltungen der Wirbelstromprüfeinrichtung der Fig. 1 bis 3.

Die Einrichtung der Fig. 1 bis 3 umfaßt einen kanalförmigen Hauptrahmen oder eine Hauptsonde 1, eine obere Platte 2, eine untere Platte 3 und eine senkrechte Platte 4. Die Enden zweier senkrechten Führungsstangen 5, sind an der oberen und unteren Platte 2, 3 befestigt.

Eine senkrechte Stange 7 ist drehbar in den Platten 2, 3 gelagert, wobei ihr oberes Ende mit einem Handrad 8 verbunden ist. Ein Oberteil der Stange 7 ist mit einem Rechtsgewinde 9 und ein Unterteil mit einem Linksgewinde 10 versehen. Das Rechtsgewinde 9 und das Linksgewinde sind mit Muttern 1.1, 12 verschraubt. Die Mutter 11 ist am oberen Träger, das heißt einem Schlitten 13 und die Mutter 12 an einem unteren Träger, d.h. einem Schlitten 14 verschraubt.

Die Schlitten 13, 14.weisen zwei Bohrungsbuchsen auf, die mit den Führungsstangen 5, 6 zusammenwirken, um die Schlitten 13, 14 in senkrechter Richtung zu führen. Eine Buchse ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 15 gekennzeichnet.

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Die Spulenträger 16,17 und 18,19, die an den Schlitten 13,14, befestigt sind, tragen Ringspulen 20, 20',

21, 21', 22, 22', 23, 23' und die Magnetkerne 24,

25, 26, 27 (Fig. 4). Diese Spulen umfassen Geberspulen 20, 21, 22, 23, wobei die Geberspulen 20, 22 und 21, jeweils in Reihe geschaltet sind. Die Spulen 20, 21 und

22, 23 sind jeweils miteinander verbunden. Die Anschlüsse einer Wechselspannungsquelle 28 sind an die Verbindungspunkte der Spulen 20, 22 und 21, 23 geführt. Die anderen Spulen 20',21',22',23' sind Empfängerspulen und nach Figur 4 beschaltet. Die Spule 22' ist in Vergleichschaltung an die Spule 20" und die Spule 23* in Vergleichschaltung an die Spule 21' geführt. Eine Seite der Spule 20' ist mit einer Seite der Spule 21' verbunden und am Punkt 30 an Masse geführt.

Ein Ende der Spule 22' und eines der Spule 23' sind an Widerstände 31, 32 geführt, die an den Eingängen eines Differentialverstärkers 33 einer Auswerteelektronik 34 in Reihe geschaltet sind.

Auflagen 35, 36 aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff sind an den Schlitten 13, 14 befestigt. Die Auflagen 35, 36 wirken mit einem Musterstück 37 zusammen und positionieren es zwischen den Spulenträgern 17, 19. Die Positionierung des Referenzteiles 37 erfolgt durch das Handrad 8.

Eine Trägerscheibe 38 aus elektrisch nichtleitendem Werk stoff weist an ihrem Umfang mehrere federyorgespannte Klemmen auf (nicht gezeigt), welche anpassungsfähige Lagersitze 39 für die Prüflinge 40 bilden. Die Trägerscheibe 38 ist mit einer nicht gezeigten Steuerung verbunden, die die Scheibe 38 mit einer konstanten vorgegegebenen Drehzahl drehen läßt, um Prüflinge 40 anschließend durch den Raum zu befördern, der zwischen den Spulenträgern 16, 18 gebildet ist.

ΜΙ Wenn die Schlitten 13, 14 in der Stellung sind, in der das Referenzteil 37 zwischen den Auflagen 35 und 36 positioniert ist, besteht ein Raum, welcher die Luftspalte zwischen den Spulenträgern 16,18 und dem Prüfling 40 bildet. Zwei in Figur. 1 aus Einfachheitsgründen nicht gezeigte Näherungsschalter 41, 42 sind am Schlitten 13 befestigt, um die Ankunft eines Prüflings 40 an der Prüfposition zu melden, die Prüfzeit zu steuern und möglicherweise eine nicht gezeigte Ausstoßvorrichtung zu steuern, entsprechend dem vom Verarbeitungsgerät 34 gelieferte Meßergebnis- Die Ausstoßvorrichtung kann mehrere Ausstoßstangen umfassen, die an bestimmten Stellungen am Umfang der Scheibe 38 angeordnet sind. Eine Ladevorrichtung (nicht gezeigt) ist auch am Umfang der Scheibe 38 angeordnet, um die Prüflinge 40 in die Sitze 39 zu laden.

Eine an der Platte 2 befestigte Steckverbinderbuchse 4 dient zum Anschluß der Spulen 20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 23' an die Spannungsquelle 28 und das Gerät 34, Dieses ist mit den Näherungsschaltern 41, 4 2 und mit einer nicht gezeigten elektrischen Steuerung verbunden, an welcher die Ausgangssignale der Näherungsschalter 41, anliegen und welche die Ladevorrichtung und die Ausstoßvorrichtung steuert.

Die Arbeitsweise der Einrichtung der Figur 1 bis 4 ist wie folgt:

Vor der Prüfung einer Reihe von Teilen 40 wird die Einrichtung mechanisch und elektrisch durch das Handrad entsprechend dem Referenzteil 37 zwischen den Auflagen 35 und 36 auf Null gestellt. Das Drehen des Handrades in einer Richtung bewirkt eine gegenseitige Annäherung der Schlitten 13, 14 und in der anderen Richtung eine gegenseitige Entfernung der Schlitten 13 und 14 voneinander.

l·² ■ Mechanisch gesehen sorgt diese Nullstellung für einen genügend großen Abstand zwischen den Spulenträgern 16,18, damit die Teile 40 ohne Gefahr des Anstoßens an die Spulenträger 16, 18 durchlaufen können. Gleichzeitig erzeugen die differentialbeschalteten Spulen 21',23' an einem Eingang des Differentialverstärkers 33 über den Widerstand 32 ein elektrisches Bezugssignal.

Nach der Nullstellung werden die Teile 40 automatisch beschickt, geprüft und ausgestoßen.

Die offene Bauweise der Prüfeinrichtung 16-19, 20-23, 20'-23', 24-27 gewährleistet einen Füllungsgrad, der geringeren Schwankungen unterworfen ist als der Füllungsgrad von herkömmlichen Ringspulen, wenn Lose von Teilen mit unterschiedlichen Durchmessern geprüft werden. Außerdem ermöglicht es die offene Bauweise mit Hilfe der Näherungsschalter 41, 42, konstante Prüfzeiten zu erzielen, indem eine aktive Fördereinrichtung mit einer konstanten Drehzahl wie die Scheibe 38 eingesetzt werden kann. Die Näherungsschalter 41, 4 2 können auch zur Steuerung der Beschickung, des Ausstoßes und der Sortierung der Teile verwendet werden.

Bei herkömmlichen Einrichtungen werden Prüfzeit und Sortierung der geprüften Teile normalerweise durch Verwendung der Prüfsignale gesteuert. Jedoch ist wegen der möglichen Schwankungen der Geschwindigkeit, der Abmessungen und des Gewichts der Prüflinge die Arbeitsweise der herkömmlichen Einrichtungen nicht betriebssicher und genau.

Die offene Bauweise der Prüfeinrichtung bietet auch den Vorteil, metallische Sondenträger zu verwenden, die widerstandsfähiger sind als die herkömmlichen Träger von herkömmlichen Ringspulen.

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Ein weiterer 'Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung beruht auf seiner Vielseitigkeit: Die gleiche Einrichtung kann ohne Notwendigkeit des Austausches von Bauelementen leicht für die Prüfung von Teilen angepaßt werden, die innerhalb eines ziemlich großen Bereiches verschiedene Abmessungen aufweisen.

Gegenüber herkömmlichen Ringspulen braucht man nur eine stark verringerte Zahl von Prüfspulen, um verschiedene IQ Abmessungsbereiche der Prüflinge zu erfassen.

Eine erste Variante der in den Fig. 1-4 gezeigten Ein-

Spulenträqer richtung kann darin bestehen, daß die 17, 19 mit den entsprechenden Spulen 21, 21', 23, 23' und den Kernen 25, 27 sowie den Auflagen 35, 36 entfallen. In diesem Falle kann ein elektrisches Bezugssignal von elektronischen Schaltungen anstelle durch Messen eines Kontrolloder MusterStücks 37 erzeugt werden.

Wenn das Gewicht der Prüflinge 40 und die Drehzahl der Scheibe 38 so beschaffen sind, daß die Gefahr eines unbeabsichtigten Ausstoßes von Teilen besteht, kann eine weitere Variante im Einsatz einer Drehscheibe aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff bestehen, in der Ausnehmungen oder Lagersitze ausgeformt sind, auf denen die Prüflinge nur aufgrund ihres Gewichtes ruhen.

Eine weitere Variante kann sich durch Ersatz von verschiedenen Förder- und Führungseinrichtungen für die Scheibe 38 ergeben. Beispielsweise kann ein in Fig. 3 durch gestrichelte Linien dargestelltes Rohr 45 eingesetzt werden, um die Teile 40 durch die Spulenträger 16, 18 zu leiten. Die Förderung der Teile durch das aus nicht leitendem Werkstoff bestehende Rohr 45 kann durch Schwerkraft, durch hin- und hergehende Stangen oder auch in anderer Weise erreicht werden.

Obwohl die Erfindung ganz besonders für automatische Prüfmaschinen zum Prüfen einer sehr großen Anzahl von Teilen je Sekunde (z.B. 10 Teile/Sekunde) geeignet ist, kann sie auch vorteilhafterweise bei handbedienten Prüfbänken eingesetzt werden. In beiden Fällen ist die Anpassung der Maschine oder Bank an die Prüfung von Teilen mit verschiedenen Abmessungen in einem ziemlich großen Bereich sehr schnell und leicht möglich.

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Patentansprüche

M.)Wirbelstromprüfeinrichtung zum Prüfen der Materialeigenschaften von Bauteilen mit einem Rahmen, einer ersten Spule, einem am Rahmen befestigten Träger, der die Spule trägt und einem zweiten am Rahmen befestigten Träger, der die Prüflinge trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtung, die am ersten Träger (13, 16) gelagerte erste Spule (20, 20') sowie eine zweite Spule (22, 22') umfaßt, die mit der ersten Spule (20, 20') verbunden ist und außerdem einen die zweite Spule (22, 22') lagernden dritten Träger (14, 18) aufweist, wobei der erste und dritte Träger (13,

X5 16; 14, 18) und die erste und zweite Spule (20, 20'; 22, 22') eine Prüfvorrichtung in offener Bauweise bilden und ein offener Raum zwischen dem ersten und dem dritten Träger (13, 16; 14, 18) geschaffen wird, welcher die Prüfsonde für die Prüflinge (40) bildet,
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der erste oder dritte Träger (13, 16; 14,18) verstellbar am Rahmen (1 - 4) befestigt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Träger eine aktive Fördereinrichtung (38) umfaßt, welche die Prüflinge (4 0) trägt und sie zur Sonde befördert.
4. Einrichtung nach Anspruch 3 für dynamisches Prüfen, dadurch gekennzeichnet, daß die, aktive Fördereinrichtung einen Träger (38) aufweist, der die Prüflinge (40) nacheinander durch die Sonde mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit befördert.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Träger eine Scheibe (38) aufweist, welche sich mit konstanter Drehzahl dreht und die Lagersitze für mehrere Prüflinge (40) bildet.
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6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine vom ersten Träger (13, 17) getragene dritte Spule (21, 21') sowie eine vierte mit der dritten Spule (21, 21") verbundene Spule (23, 23') aufweist, die durch den dritten Träger (14, 19) getragen wird, wobei der erste und dritte Träger (13, 14) eine Bezugsvorrichtung (35, 36) für die Positionierung eines Musterstücks (37) entsprechend der dritten und vierten Spule (21, 21'; 23, 23') aufweisen und, daß die dritte und vierte Spule (21, 21'? 23, 23') ein Bezugssignal erzeugen, das mit dem von der ersten und zweiten Spule (20, 20"; 22, 22') erzeugten Prüfsignal verglichen wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die erste, zweite, dritte und vierte. Spule eine Geberspule (20 - 23) und eine Empfängerspule (20' - 23') aufweisen.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerspulen (20', 22'; 21', 23') der ersten und zweiten Spulen (20, 20'; 22, 22') und der dritten und vierten Spulen (21, 21'; 23, 23') in Di.fferentialschaltung miteinander verbunden sind.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1 - 4) Führungsstangen (5, 6) sowie ein Gewindeteil (7) aufweist, um den ersten und dritten Träger (13, 14) einstellbar zu lagern.

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10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schalter (41, 42) aufweist, um die Prüfzeit für die Prüflinge (4 0) zu steuern.