DE4328712A1 - Verfahren und Einrichtung zum Prüfen von langgestreckten Gegenständen ggf. mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von langge­ streckten Gegenständen ggf. mit von der Kreisform abweichen­ dem Querschnitt durch wenigstens eine von einem Prüfgegen­ stand durchlaufene Prüfspule mit einem vorgegebenen Spulene­ benen-Durchtrittsquerschnitt, insbesondere eine Wirbelstrom­ spule, sowie eine Prüfeinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit wenigstens einer Prüfspule mit einem vor­ gegebenen Spulenebenen-Durchtrittsquerschnitt und und ggf. einem Aufnahmeelement zur Aufnahme der Prüfspule. Insbeson­ dere bezieht sich die Erfindung auf das Problem, metallische Halbzeugprodukte mit von der Kreisform abweichendem Quer­ schnitt zerstörungsfrei und weitgehend lückenlos auf Ober­ flächenfehler zu prüfen.

Stand der Technik

Prüfungen auf Oberflächenfehler im Rahmen der Qualitätskon­ trolle von metallischen Halbzeugprodukten wie Drähten, Stäben oder Rohren werden derzeit häufig auf der Basis der Wir­ belstrom-Technik durchgeführt. Ein bekanntes Gerät dieser Art zur Prüfung von Prüfgegenständen mit kreisrundem Querschnitt weist eine Prüfspule mit kreisrundem Spulenebenen-Durch­ trittsquerschnitt auf, die z. B. in der Herstellungslinie eines Halbzeugproduktes derart anbringbar ist, daß der Prüfgegenstand durch die Prüfspule hindurchläuft. Die mit hochfrequenter Wechselspannung beaufschlagte Prüfspule indu­ ziert dabei hochfrequente Wirbelströme, deren induzierte Magnetfelder als Meßsignal von der Prüfspule wieder aufgenom­ men werden. Oberflächenfehler der Prüfgegenstände verursachen Störungen der Wirbelströme und damit Änderungen des Meßsig­ nals. Das Prüfsignal wird dabei üblicherweise aus dem Ver­ gleich benachbarter Prüfmaterialquerschnitte gewonnen werden. Zum Empfang eines signifikanten Meßsignals sollte die Prüf­ spule relativ nahe an der zu prüfenden Oberfläche verlaufen.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, auch langgestreckte Gegenstände mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt mit vorzugsweise einfach herstellbaren Prüfspulen mit Spulenebenen-Durchtrittsquer­ schnitten einfacher Form zu prüfen, sowie eine Einrichtung zur Durchführung einer solchen Prüfung zu schaffen. Insbeson­ dere soll die Einrichtung an Prüfgegenstände mit verschiede­ nen Querschnittsformen anpaßbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 vor.

Erfindungsgemäß wird dabei mindestens eine Prüfspule, ins­ besondere eine Wirbelstromspule, relativ zu einem durchlau­ fenden Prüfgegenstand derart angeordnet, daß ihr Prüfquer­ schnitt in Durchlaufrichtung des Gegenstandes gesehen von der Querschnittsform bei senkrechter Aufsicht auf die Prüfspule, hier Spulenebenen-Durchtrittsquerschnitt genannt, abweichen kann. Ist dabei der Prüfquerschnitt der Prüfspule der Form des Querschnittes des zu prüfenden Gegenstands derart an­ gepaßt, daß der Abstand zwischen Gegenstand und Prüfspule entlang des gesamten Umfanges des Prüfgegenstandes gering und etwa gleich ist, so ist auch die Wechselwirkung zwischen Prüfspule und Prüfgegenstand entlang des gesamten Umfanges des Prüfgegenstandes im wesentlichen gleich. Gleichartige Fehler führen dann unabhängig von ihrer Lage am Umfang des Prüfgegenstandes zu gleichartigen Meßsignalen, was zu be­ sonders einfach interpretierbaren Ergebnissen der Materi­ alprüfung führen kann.

Erfindungsgemäße Prüfspulen sind in ihrem Spulenebenen- Durchtrittsquerschnitt nicht auf eine Kreisform beschränkt. Auch Spulen mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, ggf. mit abgerundeten Ecken, oder auch solche mit komplexeren Formen des Spulenebenen-Durchtrittsquerschnittes sind denk­ bar. Kreisrunde Prüfspulen sind aus herstellungstechnischer Sicht und aufgrund relativ einfacher Berechenbarkeit jedoch bevorzugt.

Insbesondere für die Prüfung von Prüfgegenständen mit ellip­ tischem Querschnitt ist eine Ausführungsform besonders vorteilhaft, bei der die Prüfspule selbst kreisrund ist und die Spulenebene um einen von 90° abweichenden Anstellwinkel gegen die Durchlaufrichtung des Prüfgegenstandes angestellt ist. Bei einer durch einen von 90° abweichenden Anstellwinkel erzeugten elliptischen Prüfquerschnitt der Prüfspule wird das Verhältnis der Halbmesser der Ellipse im wesentlichen von der Größe des Anstellwinkels bestimmt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die ungekippte Prüfspule in Durchlaufrichtung gesehen kurz ist.

Für die Prüfung von Prüfteilen mit unterschiedlichen Halbmes­ serverhältnissen ist es vorteilhaft, die Spulenebene gegen­ über der Durchlaufrichtung des Prüfgegenstandes kippbar anzuordnen. Dies könnte dadurch geschehen, daß eine konven­ tionelle Prüfeinrichtung mit Prüfspule als Ganzes kippbar ausgebildet ist, z. B. durch verstellbare Füße. Vorteilhaft kann dies aber durch eine Lagerung der Prüfspule innerhalb oder an einem Aufnahmeelement der Prüfeinrichtung geschehen, wobei die Prüfspule um eine Achse drehbar ist, die hier als Kippachse bezeichnet wird. Die Kippachse kann sowohl tangen­ tial zum Prüfspulen-Innendurchmesser oder zu einer Halterung der Prüfspule, als auch parallel zu einer Sekante oder einem Durchmesser der Prüfspule verlaufen. Bei dem Verlauf der Kippachse parallel zum Durchmesser ist vorteilhaft, daß das Zentrum der Prüfspule seine Lage in Bezug auf das Aufnah­ meelement der Einrichtung bzw. den durch die Prüfspule geführ­ ten Gegenstand bei Kippung nicht ändert.

Eine Kippung einer Prüfspule um die Kippachse kann z. B. dadurch erreicht werden, daß in der Nähe des Umfanges der Prüfspule bzw. einer die Prüfspule umfassenden Halterung aufnahmeseitig ein oder mehrere Lager angeordnet sind, in denen an der Prüfspule befestigte Teile, z. B. Wellen, drehbar gelagert sind. Denkbar sind auch aufnahmeseitig feste Teile wie Wellen, die in an der Prüfspule bzw. an einer entsprech­ enden Halterung angeordnete Lager eingreifen. Die Orte der Lagerungen und die Orientierung der Drehachse der in den Lagern möglichen Drehung legen den Verlauf der Kippachse fest. Für die Lagerung einer Prüfspule kann ein Lager aus­ reichen, das an oder innerhalb eines Aufnahmeelementes der Prüfeinrichtung angeordnet sein kann. Besonders stabil wird die Prüfspulenlagerung aber durch einander an zwei Stellen des Prüfspulenumfanges diametral gegenüberliegende Lagerun­ gen, durch die eine Kippbarkeit der Prüfspule um ihren Durchmesser erreicht werden kann.

Denkbar wären Lagerungen, z. B. Kugel- oder Rollenlagerungen, direkt an dem Aufnahmeelement der Prüfeinrichtung. Dadurch wären in einfacher Weise kippbare Spulen zu schaffen. Im Interesse höherer Variabilität der Prüfeinrichtung können die Lagerungen aber auch an einem ggf. die Prüfspule zumindestens teilweise umfassenden, beweglichen Drehelement oder an einem Verschiebeelement angeordnet sein. Der Angriff muß nicht direkt an dem Aufnahmeelement oder dem Drehelement oder dem Verschiebeelement erfolgen. Es können zwischen Prüfspule und dem Element, an dem die Prüfspule gelagert ist, kurz Lager­ element genannt, auch Lagerhaltemittel angeordnet sein. Dies kann besonders bei einem Austausch von Prüfspulen verschie­ dener Durchmesser, z. B. bei Anpassung der Einrichtung an Prüfgegenstände mit anderen Querschnittsdimensionen und/ oder -formen, von Vorteil sein. Dabei wäre es dann lediglich nötig, die Lagerhaltemittel, die zweckmäßig der Prüfspule zugeordnet sein können, a dem Lagerelement z. B. durch Ver­ schraubung starr, vorzugsweise aber auch beweglich zu be­ festigen. So können die Lagerhaltemittel bezüglich des Lagerelementes in Führungen vorzugsweise linear in Richtung parallel zur Durchlaufrichtung beweglich gelagert sein.

Die elektrische Verbindung der Prüfspule über die Lagerung hinweg vom Bereich der Prüfspule zum Bereich eines Lager­ elementes oder ggf. der Lagerhaltemittel, und ggf. von dort zu einem Lagerelement kann durch gängige elektrische Verbin­ dungsmittel, also z. B. durch Drähte oder auch über Schleif­ kontakte, hergestellt werden. Einer Prüfspule zugeordnete Verbindungsmittel sind vorzugsweise dort angeordnet, wo die relative Bewegung zwischen Prüfspule und Lagerelement bzw. Lagerhaltemittel relativ gering ist, also vorzugsweise im Bereich der Lagerungen.

Bei Prüfspulen, deren Meßprinzip auf der Erzeugung und/oder Nutzungen insbesondere hochfrequenter elektrischer Wech­ selspannungen beruht, insbesondere also auch bei Wirbel­ stromspulen, kann es vorteilhaft sein, die elektrische Verbindung der Prüfspulen über transformatorisch arbeitende Übertrager herzustellen. Bei diesen Übertragern, bei denen auf einen Berührungskontakt zwischen den der Prüfspule zugeordneten Übertragerteilen und den einem Lagerelement oder Lagerhaltemittel zugeordneten Übertragerteilen verzichtet werden kann, indem zwischen einem transformatorischen Über­ trager der Prüfspule und einem vorzugsweise ebensolchen Übertrager an dem Lagerelement bzw. Lagerhaltemittel ein Luftspalt verbleiben kann, wäre die Gefahr eines Kontaktver­ schleißes und/oder einer Kontaktverschlechterung durch Korrosion oder dergleichen nicht gegeben und es würden diesbezügliche Wartungsarbeiten entfallen. Die elektrische Übertragung kann auch derart erfolgen, daß die Lagerwellen die Funktion eines Transformatorkerns übernehmen, wobei jeweils auf der Prüfspulenseite und auf der Seite z. B. der Lagerhalteplatten die Lagerwelle von Sende- bzw. Empfangs­ wicklungen umfaßt ist.

Durch die Kippbarkeit einer Prüfspule in einer Prüfeinrich­ tung kann erreicht werden, daß z. B. mit einer kreisförmigen Prüfspule sowohl kreisförmige Prüfgegenstände, als auch Prüfgegenstände mit elliptischen Querschnitten verschiedener Halbmesserverhältnisse gleichermaßen geprüft werden können. Sind die Prüfspulen einer Prüfeinrichtung leicht gegen Prüfspulen mit anderen Querschnittsdimensionen und ggf. auch anderen Querschnittsformen austauschbar, so können Prüfgegen­ stände verschiedenster Querschnittsdimensionen in vorteil­ hafter Weise mit einer einzigen Prüfeinrichtung geprüft werden.

Die Vorteile kippbarer Prüfspulen könnten auch für Prüfgegen­ stände mit von der Ellipsenform abweichendem Querschnitt benutzt werden, insbesondere für solche, deren Querschnitts­ umfang sich aus Kreis- oder Ellipsensegmenten zusammensetz­ bar beschreiben läßt. So könnten eiförmige Querschnitte annähernd aus einem Kreissegment und einem Ellipsensegment zusammengesetzt beschrieben werden. Genauso kann durch zwei um 90° um die Durchlaufrichtung gegeneinander verdrehte Prüfspulen mit elliptischem Prüfquerschnitt ein im wesentli­ chen im Querschnitt rechtwinkliger, vierflächiger Prüfgegen­ stand umfaßt werden. Auch Prüfgegenstände mit linsenförmigem Querschnitt könnten geprüft werden, wenn zwei elliptische Prüfquerschnitte identischer oder unterschiedlicher Halbmes­ ser-Verhältnisse z. B. in Richtung der kurzen Halbmesser der Ellipsen gegeneinander verschoben sind. Drei gegeneinander um jeweils 120° um eine zur Durchlaufrichtung parallele Achse gedrehte elliptische Durchlaufprojektionen könnten einen sechseckigen gemeinsamen Prüfquerschnitt erzeugen. Fallen die Drehachsen der 120° Drehungen nicht zusammen, so können auch im Querschnitt dreieckige Prüfgegenstände von den Prüfspulen derart umfaßt werden, daß jede Fläche des Prüfgegenstandes nahe an einem Ellipsensegment einer Prüfspule angeordnet ist.

Derartige zusammengesetzte Prüfungen von Teilen der Oberflä­ che eines Prüfgegenstandes durch unter Umständen gekippte Prüfspulen könnten dadurch erreicht werden, daß mehrere erfindungsgemäße Prüfeinrichtungen in Durchlaufrichtung des Prüfgegenstandes gesehen hintereinander angeordnet werden. Diese könnten in Durchlaufrichtung gesehen gegeneinander versetzt angeordnet sein, und sie könnten auch relativ zueinander um zur Durchlaufrichtung parallele Achsen verdreht sein. Es kann jedoch unter anderem aus Gründen der Konstanz der Meßbedingungen und des Aufwandes bei der Auswertung der Meßsignale und auch aus Kostengründen besonders vorteilhaft sein, Möglichkeiten zur Drehung und/oder Verschiebung gekipp­ ter und/oder ungekippter Prüfspulen innerhalb einer Einrich­ tung vorzusehen. Dazu kann das Lagerelement, in dem eine Prüfspule kippbar gelagert ist, so ausgebildet sein, daß es um eine parallel zur Durchlaufrichtung verlaufende Drehachse drehbar ist. Das Lagerelement ist dann ein Drehelement. Zweckmäßig kann dies z. B. dadurch erreicht werden, daß das Drehelement im wesentlichen hülsenförmig mit einen im wesent­ lichen kreisförmigen Außenumfang ausgebildet ist, wobei es entlang Bereichen seines Umfanges z. B. durch Kugel- oder Rollenlagerung in einem weiteren Element gelagert ist. Auch zwischen Drehelement und diesem weiteren Element kann die elektrische Verbindung durch Drähte, Schleifkontakte oder auch transformatorische Übertrager geschaffen sein sein.

Zweckmäßig ist das Element, in dem das Drehelement gelagert ist, in mindestens einer Richtung senkrecht zur Durchlauf­ richtung verschiebbar, so daß das Element ein Verschiebe­ element ist. Die Verschiebung des Verschiebeelementes kann entlang von geeigneten Führungseinrichtungen erfolgen, also z. B. über Führungsschienen oder auch entlang von Schwal­ benschwanzverbindungen. Führungseinrichtungen können auch derart angeordnet sein, daß ihre Verschieberichtungen in Durchlaufrichtung gesehen aufeinander senkrecht stehen. Bei einer derartigen Einrichtung kann dann eine kippbare Prüf­ spule in beliebiger Weise relativ zum Prüfgegenstand an­ geordnet werden.

Obwohl zur Prüfung eine Spule prinzipiell ausreichen kann, werden heutzutage zur Erreichung besserer Prüfergebnisse häufig spezielle Anordnungen von mehreren Spulen mit einer geeigneten elektrischen Verschaltung zwischen diesen bevor­ zugt. So spricht eine einzige Spule, oder auch eine Reihe von in Reihe hintereinander geschalteten Spulen sowohl auf abrupte als auch auf kontinuierliche Änderungen von Material­ eigenschaften des durchlaufenden Prüfmateriales an. Es können somit sowohl kurze als auch in Durchlaufrichtung lange Fehler erkannt werden. Die Meßsignale sind im allgemeinen einfach auszuwerten und zeigen die Gesamtlänge einer Oberflächen­ beschädigung an. Bei derartigen sogenannten Absolutspulen ist allerdings eine Neigung zum Driften bei Temperaturinstabili­ tät festzustellen, und sie sind auch empfindlich gegen Führ­ ungsungenauigkeiten des Prüfgegenstandes. Schaltet man dagegen mindestens zwei aufeinander folgende Prüfspulen gegeneinander, so wird dadurch eine Differenzschaltung er­ zeugt. Prüfspulen in Differenzschaltung sind nicht empfind­ lich gegenüber allmählichen Veränderungen von Materialeigen­ schaften oder Abmessungen und neigen nicht zum Driften bei Temperaturinstabilität. Auch sind sie auf Führungsungenauig­ keiten weniger anfällig als Absolut-Prüfspulen. Die Un­ empfindlichkeit gegenüber allmählich Veränderungen des Prüfmaterials kann allerdings dazu führen, daß kontinuier­ liche Defekte überhaupt nicht erkannt werden. Nur der Anfang und das Ende eines langgezogenen Defektes werden detektiert und die zu wertenden Signale können recht kompliziert sein. Es ist daher vorteilhaft, in einer Prüfeinrichtung eine Kombination von absolut geschalteten und in Differenzschal­ tung zueinander stehenden Prüfspulen vorzusehen.

Die Vorteile derartiger Schaltungen können in der Prüfein­ richtung dadurch genutzt werden, daß mehrere in Durchlauf­ richtung gesehen hintereinander angeordnete Prüfspulen eine Spulengruppe bilden. Vorzugsweise sind die Prüfspulen einer Spulengruppe dabei an einem gemeinsamen Lagerelement, also z. B. an dem Aufnahmeelement oder an dem Drehelement gelagert. Wenn die Kippachsen der Prüfspulen einer Spulengruppe dabei parallel zueinander in einer die Durchlaufrichtung ent­ haltenen Ebene angeordnet sind, dann erscheinen mehrere gleichartig gekippte, hintereinander angeordnete Prüfspulen in Durchlaufrichtung gesehen wie eine einzige Prüfspule.

Innerhalb einer Spulengruppe können durch geeignete Verschal­ tung der Ausgänge der Spulen Prüfspulen sowohl als Absolut­ spulen, als auch als Differenzspulen, vorzugsweise aber als eine Kombination von sowohl Absolut- als auch Differenzspulen geschaltet sein. Damit können die spezifischen Vorteile jeder der beiden Schaltungsarten in einem Meßvorgang genutzt werden.

Die einzelnen Prüfspulen einer Spulengruppe könnten mit Abstand zueinander hintereinander angeordnet sein. Im Inter­ esse möglichst guter Homogenität des elektromagnetischen Feldes innerhalb der Spulengruppe ist es aber zweckmäßig, die Prüfspulen einer Spulengruppe direkt aneinander angrenzend hintereinander anzuordnen, wobei die einzelnen Prüfspulen in Richtung senkrecht zu ihrer Spulenebene vorzugsweise sehr kurz sind. Dann erscheint die innere Oberfläche einer Spulen­ gruppe gekippter Prüfspulen insbesondere weiter entfernt von den Bereichen der Lagerungen stufig, wobei die Höhe der schräg gestellten Stufen mit abnehmender Länge der einzelnen Prüfspulen und abnehmender Kippung aus der zur Durchlauf­ richtung senkrechten Ebene abnimmt. Damit kann innerhalb der Spulengruppe ein möglichst homogenes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt werden, was für eine möglichst einfache Auswertung der Meßsignale von Vorteil ist.

Ordnet man innerhalb einer Prüfeinrichtung mehrerer der­ artiger Spulengruppen, die ggf. unabhängig voneinander kippbar und/oder drehbar und/oder verschiebbar sind, hinter­ einander an, so können mit einer derartigen Prüfeinrichtung u. a. die weiter oben beschriebenen verschiedenen Durchlauf­ projektionen für Prüfgegenstände erzeugt werden. Es tragen bezüglich der Prüfung von Oberflächenfehlern bei jeder Oberfläche nur diejenigen Spulensegmente signifikant zur Messung bei, an denen die Oberfläche des Prüfgegenstandes mit relativ geringem Abstand vorbeigeführt wird. Die Größe dieses Abstandes korreliert dabei mit der Reichweite der durch die Wirbelströme erzeugten elektromagnetischen Wechselfelder.

Die Einstellung einer gewünschten Durchlaufprojektion der Prüfeinrichtung kann über manuell oder automatisch betätig­ barer Einstellmittel erfolgen. Denkbar sind z. B. lösbare und wieder fixierbare Schieber oder dergleichen, die jeweils an den beweglich gelagerten Elementen angreifen. Bevorzugt sind jedoch Einstellungen über schraubbare Einstellmittel, also an den einzelnen beweglichen Teilen angreifende Gewindespindeln oder Stellschrauben. So könnte ein Kippeinstellmittel zur Einstellung des Kippzustandes einer Prüfspule oder auch einer Spulengruppe mit seiner Schraubrichtung parallel zur Durch­ laufrichtung des Gegenstandes an mindestens einer der Spulen angreifen und bei Ein- oder Ausschrauben eine Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Anstellwinkels herbeiführen. Ähnlich aufgebaute Gewindespindeln oder Stellschrauben könnten in Richtung parallel zu den Führungselementen auch an den Ver­ schiebeelementen angreifen und diese bei Verdrehung verschie­ ben. Drehbar gelagerte Lagerelemente könnten in ihrem Dreh­ zustand manuell verstellt und durch einfache Fixiermittel wie z. B. Fixierschrauben fixiert werden. Die Verstellung der Einstellmittel kann manuell erfolgen. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen häufig Prüfquerschnittsänderungen vorgenommen werden müssen, können alle Einstellmittel ein­ fach, z. B. durch Anbringung von regelbaren Schrittmotoren, automatisiert werden.

Vorteilhaft ist aber in jedem Fall, daß die tatsächlich vorliegende Einstellung jedes der einstellbaren Elemente jederzeit von außerhalb der Prüfeinrichtung einsehbar ist. Dazu können in einem einfachen Fall Markierungen an den jeweiligen Elementen dienen, deren relative Stellung zueinan­ der einem Anwender die Information über die Einstellung der Prüfeinrichtung liefert. Auch z. B. über induktive Weggeber mit Einstellinformationen versorgte optisch-elektronische Anzeigemittel, also Displays der verschiedensten Ausführun­ gen, können zur Anzeige des Einstellungszustandes der Prüf­ einrichtung genutzt werden. Jedem Prüfquerschnitt entspricht dabei eine besondere Kombination der einzelnen Einstellwerte der beweglich gelagerten Elemente der Prüfeinrichtung.

Mit dem Begriff Prüfspule können im übrigen alle Einrich­ tungen gemeint sein, die zur Registrierung oder Erzeugung und Registrierung räumlicher Verteilungen physikalischer Meßgrö­ ßen dienen und in räumliche Beziehung zum Prüfgegenstand gebracht werden können, so z. B. auch Spulen für Messungen nach dem Prinzip des magnetischen Streuflusses.

Diese und weitere Merkmale und Ausbildungen der Erfindung ergeben sich außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschrei­ bung und den Zeichnungen, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Un­ terkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Ausführungsbei­ spiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Zeichnungs-Kurzbeschreibung

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Prüfspule in Durchlaufrichtung eines (im Schnitt dargestellten) Prüfgegenstandes.

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Prüf­ spule im Schnitt mit einem durch die Spule ge­ führten Prüfgegenstand.

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer gekippten Prüfspule in Durchlaufrichtung eines (im Schnitt darge­ stellten) Prüfgegenstandes mit elliptischem Quer­ schnitt.

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der in Fig. 3 ge­ zeigten, gekippten Prüfspule im Schnitt mit einem durch die Prüfspule geführten Prüfgegenstand.

Fig. 5 Eine schematische Seitenansicht in teilweisem Schnitt einer Prüfeinrichtung mit einer Spulen­ gruppe aus gekippten Prüfspulen.

Fig. 6 Eine schematische Darstellung verschiedener durch die Prüfeinrichtung realisierbarer Prüfquerschnit­ te.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Prüfspule 11 mit einem kreisförmigen Spulenebenen-Durchtrittsquerschnitt. Durch die Prüfspule 11 wird ein Prüfgegenstand 12 mit kreisrunder Querschnittsfläche in Richtung senkrecht zur Papierebene hindurchgeführt. Zwischen der Prüfgegenstandsoberfläche 13 und dem ihr Zuge­ wandten Innenbereich 14 der Prüfspule besteht ein geringer Prüfabstand 15. Bei Beaufschlagung der Prüfspule 11 mit hochfrequentem Wechselstrom wird im Bereich des Prüfgegen­ standes 12 ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugt, das im Prüfgegenstand elektrische Wirbelströme induziert, deren Intensität zur Prüfgegenstandsmitte hin abnimmt. Die oberflächennahen Wirbelströme induzieren wieder­ um magnetische Wechselfelder, die über dem Prüfabstand 15 hinweg mit der Prüfspule 11 in Wechselwirkung treten. Bei Wirbelstromsonden wirkt ein oberflächennaher Riß, also ein Bereich fehlenden Materials nahe der Oberfläche, indem er die oberflächennahen Wirbelströme stört. Die Änderung der von den Wirbelströmen induzierten Magnetfelder im Bereich eines Risses werden von der Prüfspule detektiert und zum Nachweis von Fehlern genutzt. Die Messung erfolgt berührungslos und zerstörungsfrei.

Die Seitenansicht in Fig. 2 zeigt die Prüfspule 11 im Schnitt, wobei die Wicklung 16 zu erkennen ist, deren Wick­ lungssinn durch den Pfeil 17 illustriert ist. Der Prüfgegen­ stand 12 wird in Durchlaufrichtung 18 durch die Prüfspule 11 geführt.

In Fig. 3 ist dieselbe Prüfspule wie in Fig. 1 gezeigt mit dem Unterschied, daß die Prüfspule 11 in Fig. 3 um die Kippachse 19 derart gekippt ist, daß im oberen Bereich der Prüfspule der Innenbereich 14 der Prüfspule sichtbar wird. Dieser Bereich ist demnach aus der Papierebene heraus nach hinten gekippt, während bei dem diametral gegenüberliegenden Bereich der Prüfspule der Spulenaußenumfang 20 zu erkennen ist. Ein Prüfgegenstand 12 mit elliptischem Querschnitt wird senkrecht zur Papierebene durch die gekippte Prüfspule 11 hindurchgeführt und füllt den im wesentlichen elliptischen Prüfquerschnitt der gekippten Prüfspule fast vollständig aus. Im Bereich der Prüfgegenstandsoberfläche besteht zwischen Prüfgegenstand und Prüfspule wiederum nur ein geringer Prüfab­ stand 15. Die Seitenansicht der Fig. 4 gehört zu der in Fig. 3 gezeigten Ansicht und verdeutlicht, daß die Prüfspule 11 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Kippachse 19 verkippt wurde. Der Anstellwinkel 22 zwischen Prüfspulenebene und Durchlaufrichtung 18 weicht im Fall einer gekippten Prüfspule von 90° ab.

In Fig. 5 sind vier gleichartige Prüfspulen 23, 24, 25, 26 um den gleichen Anstellwinkel 22 gegen die Durchlaufrichtung 18 verkippt in Durchlaufrichtung 18 gesehen hintereinander angeordnet. Die Pfeile 17 zeigen an, daß alle Spulen den gleichen Wicklungssinn aufweisen. Jede der vier Spulen weist einander diametral gegenüberliegende Lagerwellen 27 auf, von denen jeweils die dem Betrachter zugewandten Stirnseiten in der Figur dargestellt sind. Die an den Spulen befestigten Lagerwellen 27 greifen in Kugellager ein, die in der Zeich­ nung nicht näher dargestellt sind. Diese Kugellager sind in Lagerhaltemitteln angeordnet, die im gezeigten Beispiel in Form von Lagerhalteplatten 28 mit rechtwinkligem Querschnitt ausgebildet sind. Im Bereich der Lagerwellen 27 erfolgt die elektrische Verbindung der Prüfspulen 23, 24, 25, 26 zum Bereich der Lagerhalteplatten 28.

Die elektrische Verbindung vom Bereich der Lagerhalteplatten 28 nach außen ist in Fig. 5 symbolisch durch Leitungssymbole dargestellt. Es ist zu sehen, daß die Spule 23 mit der Spule 24 in Reihe geschaltet ist, und daß die Spule 25 mit der Spule 26 in Reihe geschaltet ist. Die beiden jeweils in Reihe geschalteten Spulenpaare 23, 24 bzw. 25, 26 sind dagegen gegeneinander geschaltet, und ihr Gesamtsignal, das ein Differenzsignal ist, liegt an den Ausgangsklemmen 29 an. Denkbar sind selbstverständlich auch Anzapfungen zwischen den Prüfspulen. So kann z. B. an den Ausgangsklemmen 53 ein in den Prüfspulen 23 und 24 erzeugtes Absolutsignal abgegriffen werden.

Die vier in Durchlaufrichtung 18 gesehen hintereinander angeordneten Lagerhalteplatten 28 sind in Durchlaufrichtung 18 verschiebbar in einer Führungsausnehmung 30 geführt. Die Führungsausnehmung 30 ist in dem Drehelement 31 ausgebildet, das in Durchlaufrichtung 18 gesehen einen kreisrunden Außen­ umfang aufweist und in seinem die Spulengruppe 32 umfassenden Bereich in Art eines Rohres ausgebildet ist. Das Drehelement 31 ist über Lager 33 derart gelagert, daß es um seine paral­ lel zur Durchlaufrichtung 18 verlaufende Zentralachse gedreht werden kann. Über die Lager 33 ist das Drehelement 31 im Verschiebeelement 34 drehbar gelagert. Das Verschiebeelement 34, das in Fig. 5 nur schematisch dargestellt ist, kann in bekannter Weise, also z. B. durch Schwalbenschwanzführungen oder dergleichen in zwei verschiedene senkrecht aufeinander und auf der Durchlaufrichtung 18 stehenden Richtungen ver­ schoben werden. Das Verschiebeelement 34 weist Durchführungen 35 auf, durch die hindurch ein Prüfgegenstand in dem Bereich des Lagerelementes 31 und der Prüfspulengruppe 32 geführt werden kann.

Funktion

Bei der in Fig. 5 gezeigten Einrichtung können die Prüfspulen selbstverständlich auch senkrecht zur Durchlaufrichtung 18 eingestellt werden, so daß der Anstellwinkel 22 90° beträgt. Dann weist die Einrichtung in Durchlaufrichtung 18 gesehen einen Querschnitt auf, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Die einzelnen Spulen der Spulengruppe 32 grenzen dabei direkt aneinander an. In diesem Kippzustand liegen auch die Lager­ halteplatten 28 mit ihren nicht geführten Seitenflächen etwa aneinander an. Das Aneinanderliegen der einzelnen Prüfspulen wird über die Druckfeder 36 gewährleistet, die an der äußer­ en, ihr zugewandten Lagerhalteplatte 37 angreift. In dieser Stellung können Prüfgegenstände mit kreisrundem Querschnitt entsprechender Dimension geprüft werden.

Soll mit der Einrichtung ein Prüfgegenstand geprüft werden, der einen Querschnitt aufweist, wie er dem des Prüfgegenstan­ des 12 in Fig. 3 entspricht, dann wird eine (in der Figur nicht gezeigte) Einstellschraube für den Kippzustand der Spulen der Spulengruppe 32 betätigt, die in einer Richtung parallel zur Durchlaufrichtung 18 an der Spule 26 oberhalb der Führungsausnehmung 30 angreift. Bei Eindrehen der Ein­ stellschraube verringert sich der Anstellwinkel 22, und der kurze Halbmesser des elliptischen Prüfquerschnittes der Prüfspulengruppe verringert sich. Der Anstellwinkel 22, der für eine bestimmtes Halbmesserverhältnis eines elliptischen Prüfquerschnittes notwendig ist, kann dabei aus einfachen geometrischen Beziehungen hergeleitet werden. Hierbei ist die Länge einer einzelnen (ungekippten) Prüfspule in Durchlauf­ richtung von Bedeutung. Diese ist vorzugsweise so gewählt, daß bei gekippter Prüfspule der Abstand zwischen dem Innen­ bereich 14 der Prüfspule und dem Prüfgegenstand sich im wesentlichen nur so wenig ändert, daß sowohl die am nächsten an den Prüfgegenstand heranreichenden, als auch die am weitesten von diesem entfernten Bereiche des Innenbereiches 14 noch wirksam zur Prüfung beitragen. Die Prüfspulen sind somit vorzugsweise kurze Spulen.

Die durch die Einstellschraube auf die Prüfspule 26 ausgeübte Kraft, die diese zu einer Kippbewegung veranlaßt, wird von dieser durch Kraftschluß zu der ihr benachbarten Spule 25 weitergegeben und durch Kraftschluß auch auf alle anderen Prüfspulen der Spulengruppe übertragen. Bei zunehmender Kippung, also abnehmendem Anstellwinkel 22, werden auch die Lagerhalteplatten 28 gegen die Kraft der Druckfeder 36 voneinander weg bewegt, wobei die Druckfeder 36 dafür sorgt, daß der Kraftschluß zwischen den einzelnen Spulen der Spulen­ gruppe erhalten bleibt. Zum Beispiel durch (nicht gezeigte) Rückstellfedern kann erreicht werden, daß der Kraftschluß auch erhalten bleibt, wenn die Einstellschraube in die andere Richtung bewegt wird, wobei der Anstellwinkel 22 wieder zunimmt und die Lagerhalteplatten 28 näher zusammenrücken. Ist der gewünschte Prüfquerschnitt der Spulengruppe einge­ stellt, so kann ein Prüfgegenstand durch die Einrichtung geführt werden und die Prüfung kann beginnen. Die Einstellung des Prüfquerschnittes kann auch bei bereits durch die Prüf­ einrichtung geführtem Prüfgegenstand oder einem Gegenstand gleichen Querschnitts erfolgen, wobei dann die Spulengruppe soweit gekippt werden kann, bis die oberen bzw. unteren Innenbereiche 14 der Prüfspulen den Prüfgegenstand bzw. den Gegenstand berühren. Danach kann durch zurückdrehen der Einstellschraube der Berührungskontakt aufgehoben werden und die Prüfung kann beginnen.

In Fig. 6 sind schematisch einige der möglichen Prüfquer­ schnittsvarianten dargestellt, die durch Kombination von ggf. gekippten, ggf. auch gegeneinander verdrehten und ggf. auch gegeneinander verschobenen Prüfspulen bzw. Spulengruppen realisiert werden können. Es kann sich dabei um mehrere Baugruppen handeln, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, die innerhalb einer Prüfeinrichtung in Durchlaufrichtung hinter­ einander angeordnet sind. Denkbar wäre aber auch, mehrere einfach aufgebaute Prüfeinrichtungen nach dem Prinzip von Fig. 5 vorzusehen, bei denen es kein Verschiebeelement gibt, sondern bei denen an Stelle des Verschiebeelementes ein Gehäuse tritt. Dann könnten mehrere solcher Gehäuse eventuell gegeneinander versetzt hintereinander angeordnet sein.

Die Ellipsen bzw. die Kreise in Fig. 6 symbolisieren die inneren Begrenzungen von Prüfquerschnitten unkippter bzw. gekippter Spulen bzw. Spulengruppen, die in Durchlaufrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind. In Fig. 6a sind zwei Spulen bzw. Spulengruppen gleichen Durchmessers und gleichen Anstellwinkels um 90° gegeneinander um die Durchlaufrichtung des Prüfgegenstandes 12 verdreht, wobei die Durchlaufrichtung bei allen Fig. in Fig. 6 senkrecht zur Papierebene verläuft. Der Prüfgegenstand 12 hat eine quadratische Querschnitts­ fläche, wobei die einander gegenüberliegenden Seitenflächen 38, 39 von Ellipsensegmenten 40 bzw. 41 der Prüfspule 42 geprüft werden. Das gleiche gilt für die einander gegenüber­ liegenden Seitenflächen 43 und 44, die von den Ellipsenseg­ menten 45 bzw. 46 der Prüfspule 47 geprüft werden.

Die Prüfspulen sind im wesentlichen nur zwischen den Über­ schneidungsbereichen 48 so nahe an den Oberflächen des Prüfgegenstandes 12, daß dort signifikante Wirbelstromsignale empfangen werden können. Die unterschiedliche Empfindlichkeit der Methode zwischen den einzelnen Überschneidungsbereichen 48, die dadurch bedingt ist, daß der Abstand zwischen Prüf­ oberfläche und Spulensegment sich entlang des Segmentes ändert, ist bei vielen Anwendungen von untergeordneter Bedeutung, besonders wenn man berücksichtigt, daß die Prüf­ information, aus der abgeleitet werden kann, ob ein Fehler existiert oder nicht, aus dem Vergleich der integralen Signale in Durchlaufrichtung gesehen aufeinander folgender Prüfteilquerschnitte gewonnen wird.

Wie in Fig. 6a, so haben auch die Prüfspulen in Fig. 6b eine gemeinsame Drehachse. Im Fall von Fig. 6b sind drei Prüf­ spulen gleichen Durchmessers gleichartig gekippt und um eine gemeinsame Achse parallel zur Durchlaufrichtung des Gegen­ standes 12 jeweils um 120° gegeneinander verdreht. Auf diese Weise kann ein gleichschenkliger sechseckiger Gegenstand umfaßt werden. Ohne die Prüfspulen selbst, und auch ohne den Kippzustand der Prüfspulen zu ändern, kann auch ein im we­ sentlichen dreieckiger gemeinsamer Prüfquerschnitt erzeugt werden, wie er in Fig. 6c gezeigt ist. In diesem Fall fallen die Drehachsen der einzelnen Spulen nicht mehr zusammen, sondern sie sind gegeneinander verschoben.

In Fig. 6d wird gezeigt, wie mit einer ungekippten Prüfspule 49 und einer gekippten Prüfspule 50, die einen größeren Durchmesser hat als die Spule 49, ein Prüfgegenstand 12 umfaßt werden kann, dessen Querschnitt im wesentlichen eiförmig ist.

In Fig. 6e schließlich sind zwei hintereinander angeordnete Prüfspulen mit teilweise geradlinig verlaufenden Segmenten gezeigt. Bei der ungekippten Prüfspule 51 ist zu erkennen, daß der Prüfquerschnitt einer solchen Spule einem Rechteck mit abgerundeten Ecken gleicht. Die gekippte und gegen die Prüfspule 51 um 90° um die Durchlaufrichtung verdrehte Prüfspule 52 hat den gleichen Querschnitt wie die Spule 51, ihr Prüfquerschnitt ist dagegen durch die Kippung verändert.

Beide Spulen zusammen umfassen den Prüfgegenstand 12 mit rechteckigem Querschnitt.

Claims (23)

1. Verfahren zum Prüfen von langgestreckten Gegenständen ggf. mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt durch wenigstens eine von einem Prüfgegenstand durchlau­ fene Prüfspule mit einem vorgegebenen Spulenebenen- Durchtrittsquerschnitt, insbesondere eine Wirbelstrom­ spule, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspule in ihrer Lage derart geändert wird, daß sie in Durchlauf­ richtung des Prüfgegenstandes gesehen einen von dem Spulenebenen-Durchtrittsquerschnitt abweichenden Prüf­ querschnitt aufweist.

2. Prüfeinrichtung für langgestreckte Gegenstände ggf. mit von der Kreisform abweichendem Querschnitt mit wenigs­ tens einer Prüfspule mit einem vorgegebenen Spulen­ ebenen-Durchtrittsquerschnitt, insbesondere einer Wirbelstromspule und ggf. mindestens einem Element zur Lagerung der Prüfspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspule, in Durchlaufrichtung des Prüfgegenstandes gesehen, einen von dem Spulenebenen-Durchtrittsquer­ schnitt abweichenden Prüfquerschnitt aufweist.

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Prüfspule enthaltende Spulenebene gegenüber der Durchlaufrichtung unter einem von 90° abweichenden Anstellwinkel angestellt ist.

4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spulenebene gegenüber der Durchlauf­ richtung um eine Kippachse kippbar angeordnet ist.

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse spulenfest ist und vorzugsweise zentral durch die Prüfspule in der Spulenebene verläuft.

6. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Spulen­ ebenen-Durchtrittsquerschnitt kreisrund ist.

7. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Umfanges der Prüfspule mindestens ein, vorzugsweise zwei einander vorzugsweise diametral gegenüberliegende Lagermittel für die Prüfspule vorgesehen sind.

8. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfspule in den Lager­ mitteln um die Kippachse drehbar gelagert ist.

9. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermittel an einem Aufnahmeelement oder an einem Drehelement oder an einem Verschiebeelement oder ggf. an Lagerhaltemitteln angrei­ fen, die an dem Aufnahmeelement oder an dem Drehelement oder an dem Verschiebeelement vorzugsweise beweglich angeordnet sind.

10. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Übertragungsmittel zur elektri­ schen Kontaktierung der Prüfspule, wobei die Übertra­ gungsmittel vorzugsweise Bereich der Lagermittel an­ geordnet sind.

11. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel in Form von vorzugsweise berührungslos arbeitenden trans­ formatorischen Übertragern für Wechselspannungen aus­ gebildet sind.

12. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse um eine parallel zu Durchlaufrichtung verlaufende Drehachse drehbar ist, vorzugsweise dadurch, daß das Drehelement um eine parallel zu Durchlaufrichtung verlaufende Drehachse drehbar gelagert ist.

13. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachse in einer senk­ recht zur Durchlaufrichtung stehenden Verschiebungsebene verschiebbar ist, vorzugsweise dadurch, daß das Dreh­ element an oder in dem in mindestens einer Richtung senkrecht zur Durchlaufrichtung verschiebbaren Verschie­ beelement gelagert ist.

14. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchlaufrichtung mehrere Prüfspulen hintereinander angeordnet sind.

15. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Durchlaufrichtung gesehen hintereinander angeordnete Prüfspulen in Reihe geschaltet sind (Absolutschaltung).

16. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei in Durch­ laufrichtung gesehen hintereinander angeordnete Prüf­ spulen gegeneinander geschaltet sind (Differenzschal­ tung).

17. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Durchlaufrichtung gesehen hintereinander angeordneten Prüfspulen eine Spulengruppe bilden.

18. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippachsen der Prüfspu­ len einer Spulengruppe parallel zueinander in einer die Durchlaufrichtung enthaltenden Ebene angeordnet sind.

19. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchlaufrichtung direkt aufeinander folgende Prüfspulen einer Spulengruppe direkt aneinander angrenzen.

20. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an mindestens einer Prüfspule angreifende Kipp-Einstellmittel für den Kippzustand der Prüfspule, wobei die Einstellung der Kipp-Einstellmittel ggf. durch Markierungen und/oder optisch-elektronische Anzeigemittel von außerhalb der Prüfeineichtung fest­ stellbar ist.

21. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an einem Lagerelement angreifende Dreh-Einstellmittel für den Drehzustand des Lager­ elementes, wobei die Einstellung der Dreh-Einstellmittel ggf. durch Markierungen und/oder optisch-elektronische Anzeigemittel von außerhalb der Prüfeineichtung fest­ stellbar ist.

22. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an einem Verschiebeelement angrei­ fende Verschiebe-Einstellmittel für den Verschiebezu­ stand des Verschiebeelementes, wobei die Einstellung der Verschiebe-Einstellmittel ggf. durch Markierungen und/oder optisch-elektronische Anzeigemittel von außer­ halb der Prüfeineichtung feststellbar ist.

23. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchlaufrichtung mehrere Spulengruppen hintereinander angeordnet sind, die ggf. unabhängig voneinander kippbar und/oder drehbar und/oder verschiebbar sind.