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Gerät zur elektromagnetischen Feststellung von Fehlern an metallischen Prüflingen
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- gegebenenfallssehen Material-Sortierung bzw.-Scheidung Anwendung, die zwei gleiche Spulen in Brückenschaltung auf- weisen, deren eine ein als Standard-bzw. Eich-Mass dienendes Bezugsstück aufnimmt, während indie andere Spule aufeinanderfolgend die zu sortierenden Stücke eingeführt werden.
Bei Fehler-Untersuchung eines durch zwei-mechanisch miteinander verbundene Spulen hindurchtretenden metallischen Prüflings reicht diese Verbesserung jedoch noch nicht aus, da das Gerät weiterhin empfindlich gegen Auswandern- gen, gegen langsame Änderungen des Prüflings und gegen Oberflächen-Unregelmässigkeiten bleibt und im
Falle zahlreicher Fehler die Aufzeichnungen weiterhin schwer lesbar sind.
Ziel der Erfindung ist nun eine derartige Ausgestaltung von Geräten der eingangs beschriebenen Bau- art zur elektrischen Materialprüfung, bei denen die angeführten Nachteile vermieden und an den metal- lischen Prüflingen eine genaue Feststellung der Fehlerstellen nach Lage und Ausmass in einem leicht les- baren Diagramm ermöglicht wird, wobei gleichzeitig der Geräuschpegel des Prüflings gedämpftoder ganz unterdrückt werden soll.
Nach der Erfindung wird dies nun bei solchen Prüfgeräten dadurch erreicht, dass das Gerät in Kombi- nation mit dem Demodulator eine Differentiations-Stufe, eine einstellbare Schwellwert-Vorrichtung sowie ein Anzeige-Organ enthält, wobei in der Differentiations-Stufe Impulse mit der Zeit-Ableitung der Aus- gangsspannung des Demodulators proportionaler Amplitude gebildet werden und in der Schwellwert-Vor- richtung die so erhaltenen Impulse gesiebt und auf das Anzeige-Organ nur die den eingestellten Schwell- wert übersteigenden Impulsspitzen übertragen werden.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Prüfgerätes zur elek- tromagnetischen Feststellung von Oberflächen-Fehlern an metallischen Prüflingen dargestellt ; es zeigen :
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gerätes ; Fig. 2 die beim Durchgang einer Fehlerstelle durch die Spulen er- haltenen Aufzeichnungs-Diagramme - u. zw. einerseits bei einer bekannten (a) bzw. anderseits bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung (b, c, d) ; und schliesslich Fig. 3 ein vollständiges Schaltbild des Gerätes.
Fig. l zeigt das Blockschaltbild einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zur elektromagnetischen Feststellung von Oberflächen-Fehlern an Stangen, wobei die gemäss der Erfindung kombiniert Anwendung findenden Teile durch das gestrichelte Rechteck angedeutet sind. Zwei gleiche Spulen 1, 2, die aneinander befestigt sind, bilden zusammen mit zwei Widerständen 3, 4 eine Impedanzbrücke, die von einem elektronischen Oszillator 5 gespeist wird, welcher eine Wechselspannung von 40 kHz liefert ; das zu untersuchende Werkstück 6 wird mit konstanter Geschwindigkeit im Inneren der Spulen durch diese hindurchgeführt. Falls kein Prüfling in den Spulen vorhanden ist bzw. mit einem fehlerfreien Prüfling, ist die Brücke abgeglichen, so dass zwischen den Punkten 7 und 8 keine Spannung auftritt.
Gelangt ein Oberflächen-Fehler 9 in die Spule 2, so ändert sich die Impedanz dieser Spule und die Brücke wird verstimmt ; zwischen den Klemmen 7, 8 tritt eine Spannung auf. Gelangt die Fehlerstelle in die die beiden Spulen trennende Symmetrie-Ebene, so befindet sich die Brücke wieder im abgeglichenen Zustand, wenn die Fehlerstelle die Spule 1 durchtritt, wird die Brücke sodann im umgekehrten Sinne verstimmt. Die zwischen den Punkten 7,8 auftretende Ungleichgewichts-Spannung wird durch einen elektronischen Verstärker 10 beliebiger Art verstärkt.
Würde man, wie dies in den bekannten Vorrichtungen geschieht, die von dem Verstärker 10 gelieferte Spannung einfach gleichrichten und registrieren, so ergäbe sich eine Aufzeichnung nach Art der Kur- ve (a) in Fig. 2, wenn die Fehlerstelle die Spulen mit konstanter Geschwindigkeit durchsetzt. Das Minimum 11 dieser Kurve entspricht dem Durchtritt der Fehlerstelle durch die Trennebene zwischen den Spulen.
Gemäss der Erfindung wird die verstärkte Ungleichgewichts-Spannung einem phasenempfindlichen Demodulator 12 zugeführt, der durch Vergleich mit einer von dem Oszillator 5 zugeführten Bezugswechselspannung dem Richtungssinn. der Gleichgewichts-Verstimmung, d. h. in welcher Spule sich die Fehlerstelle befindet, Rechnung trägt. Die von diesem Gleichrichter gelieferte Spannung hat die aus Kurve (b) in Fig. 2 ersichtliche Form ; der Durchtritt der Fehlerstelle durch die Trenn-Ebene zwischen den Spulen 1 und. 2 wird durch den Schnittpunkt 13 der Kurve mit der Gleichgewichts-Achse angezeigt. Man erkennt, dass die Neigung der Kurve in dem Punkt 13 recht beachtlich und im allgemeinen grösser als in allen übrigen Teilen der Kurve ist.
Die demodulierte Spannung wird sodann durch eine Differenzier-Schaltung 14 nach der Zeit, d. h. nach der Länge des Prüflings, wenn dieser mit konstanter Geschwindigkeit durch die Spulen geführt wird, differenziert, wobei die Differenzier-Schaltung 14 für jede durchwandernde Fehlerstelle einen Impuls nach Art der Kurve (c) in Fig. 2 erzeugt. Die Höhe dieses Impulses ist im allgemeinen grösser als die aller übrigen durch Ableitung des Signales nach Kurve (b) erhaltenen Signale. Dieser Impuls wird sodann durch eine Schwellen-Vorrichtung 15 beschnitten, um die Sekundär-Erhebungen16, 17
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Oberflächen-Unregelmässigkeitenche den Geräuschpegel darstellen, zu unterdrücken. Der Durchtritt der Fehlerstelle zwischen den beiden Spulen ist dann durch den Impuls 18 mit grosser Genauigkeit und völliger Eindeutigkeit bestimmt.
Dieser Impuls wird sodann einem Gleichstrom-Verstärker 19 zugeführt, der eine schnellansprechende RegistrierVorrichtung 20 an sich bekannter Art speist.
In Fig. 3 ist das detaillierte Schaltbild der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Schaltungsteile 12, 14, 15 und 19 aus Fig. 1 sind in Fig. 2 durch die gestrichelten Rechtecke wiedergegeben. Dem Demodulator 12 wird das der Brücken-Verstimmung entsprechende Signal über einen Transformator 21, die Bezugswechsel-Spannung von dem Oszillator 5 über einen Transformator 22 zugeführt. Die
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stand 26 sind, die eine in Abhängigkeit von der Vorschub-Geschwindigkeit des Prüflings regelbare Diffe- renzier-Zeitkonstante bilden. Die durch die Differenzierung bedingte Schwächung wird durch Verstärkung in der Röhre 27 wieder ausgeglichen. Das Ableitungs-Signal wird sodann in der Schaltung 15 durch eine Diode 28 mit einem durch ein Potentiometer 29 bestimmten Niveau beschnitten.
Die Amplitude des beschnittenen Signales wird mit Hilfe eines zweiten Potentiometers 30 geregelt, bevor das Signal dem Gleichstrom-Verstärker 19 zugeführt wird, welcher die Registrier-Vorrichtung 20 speist.
Beim Durchgang eines metallischen Prüflings, beispielsweise einer Stahlstange, durch die Spulen er-
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plitude der einzelnen Impulse die Oberfläche der betreffenden Fehler wiedergibt.
Durch die vorstehend beschriebene Erfindung war es möglich, die bekannten Vorrichtungen unemp- findlich gegen langsame Änderungen des Prüflings, wie sie insbesondere durch innere Spannungen hervorgerufen werden, sowie unempfindlich gegen den Einfluss der Werkstück-Enden zu machen und NullpunktsAuswanderungen zu unterdrücken. Gleichzeitig wurde die Leistungsfähigkeit des Gerätes erhöht, indem die kleinste nachweisbare Fehlergrösse von 800 mm2 auf 200 mm und die kleinste Entfernung innerhalb der zwei getrennten Fehler aufgelöst werden können, von 150 mm auf 15 mm verringert werden konnten.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf das spezielle beschriebene Ausführungbeispiel noch auf die Anwendung zum Nachweis von Oberflächen-Fehlern mittels Foucault-Strömen beschränkt ist, sondern dass sie insbesondere auch zur Untersuchung innerer Fehler von Metallprüflingen bei niedrigen Frequenzen oder überhaupt allgemein bei jeder Vorrichtung mil zwei in Brückenschaltung betriebenen und mit Wechselspannung gespeisten Spulen, die mechanisch miteinander verbunden sein können oder nicht, anwendbar ist.