<Desc/Clms Page number 1>
Elektromagnetisches Hochfrequenzdefektoskop
Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Defektoskope zur automatischenQualitätskontrol- le der Oberflächenschicht von Teilen in Drehkörperform. Die Arbeitsweise dieses Defektoskops beruht auf der Erregung von Wirbelströmen in der Oberflächenschicht der Teile zur Ermittlung von örtlichen Defek- ten in dieser Schicht (Risse, Blasen, Stanz- bzw. Abbrandfehlern od. dgl) und der Abweichungen von der jeweils gewünschten Metallstruktur dieser Teile (rohe Struktur, Untererwärmung, Überhitzung, falsche
Stahlsorte). Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Ermitteln der Defekte von Kugel-bzw. Rollen- lagerteilen bei der Endkontrolle.
Elektromagnetische Hochfrequenzdefektoskope, deren Arbeitsweise auf der Erregung von Wirbelströ- men in der Oberflächenschicht der zu prüfenden Teile beruht, sind weit bekannt. Die bekannten Geräte enthalten jedoch meistens aufsetzbare Geber und Zeigermessgeräte, haben eine niedrige Arbeitsleistung,' und die Verlässlichkeit der Ermittlung von Defekten ist von der Erfahrung des Bedienungspersonals abhän- gig-
Die bekanntgewordenen elektromagnetischen Defektoskope, die zur automatischen Kontrolle der Oberflächenschicht hinsichtlich der Struktur und örtlicher Defekte bestimmt sind, enthalten meistens
Durchgangsgeber und eine Einrichtung zum Aussondern der defekten Teile. Diese Defektoskope sind ge- genüber vielen und gerade den am häufigsten vorkommenden Defektarten, z. B.
Rissen von kleiner Länge und Tiefe, wenig empfindlich.
Ausserdem sind elektromagnetische Defektoskope zur automatischen Kontrolle der Oberflächenschicht von Kugeln bekannt, die eine Vorrichtung zum Zuführen der Kugeln aus einem Vorratsbehälter an eine Prüfstelle, einen an dieser aufgestellten Geber zur Ermittlung der örtlichen Defekte, z. B. der Risse, eine Einrichtung zum Aussondern der defekten Kugeln, einen Hochfrequenzgenerator und eine Messverstärkerschaltung enthalten, wobei diese Schaltung die vom Geber erhaltene Information auswertet.
In diesen Defektoskopen wird die zu prüfende Kugel an der Prüfstelle speziellen Führungsrillen entlanggerollt, die aus Isoliermaterial mit grosser Genauigkeit hergestellt, und längs der elektrischen Achse des Erregerspulen- und Messspulensystems des Gebers angeordnet sind. Die Erregerspulen des Gebers erzeugen ein verhältnismässig gleichmässiges elektrisches Hochfrequenzfeld, das in der Oberflächenschicht der'Kugel Wirbelströme erzeugt. Das System der Spulen und der Führungsrillen zum Rollen der Kugel wird so eingestellt, dass beim Rollen einer brauchbaren Kugel, die in ihrer ganzen Oberflächenschicht die gleichen elektrischen Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit, magnetische Durchlässigkeit) besitzt, eine elektrische Symmetrie der Wirbelstromkreise in der Oberflächenschicht der Kugel und der Messspule des Gebers herbeigeführt wird.
Dabei wird in der Messspule die kleinste elektromagnetische Kraft induziert. die durch die Ungenauigkeit der Führungsrillen und ihrer Anordnung und durch das Rollen der Kugel bedingt ist.
Diese Defektoskope besitzen eine Reihe wesentlicher Mängel, von denen der wesentlichste die vollkommen ungenügende Empfindlichkeit gegenüber vielen Fehlerarten, die an Kugeln vorkommen, einschliesslich von Defekten der Verletzung der Kontinuierlichkeit ist.
<Desc/Clms Page number 2>
Solche Defektoskope lassen Kugeln mit kleinen Rissen, Blasen, Stanz- bzw. Brandverletzungen und vielen andern örtlichen Defekten, die nicht zulässig sind, in den Behälter für die brauchbaren Kugeln durch.
Dieser Mangel entspringt dem Umstand, dass die zu prüfende Kugel sich unter der Einwirkung eines gleichmässigen elektromagnetischen Feldes befindet, weshalb die Wirbelströme verhältnismässig grosser Gebiete der Kugeloberfläche erfasst werden und folglich Mängel, deren Abmessungen im Vergleich zu dem sich unter der Wirkung der Wirbelströme befindlichen Gebiete klein sind, kaum das Gesamtbild des Wirbelstromverlaufes beeinflussen.
Ausserdem können Kugeln des Vorratsbehälters, die den technischen Bedingungen entsprechen, auch Strukturabweichungen aufweisen, die eine Anfangssymmetrie der Wirbelströme schaffen, die gleich oder grösser ist als diejenige, die die obenerwähnten Mängel verursachten.
Das führt dazu, dass eine ganze Anzahl der oben erwähnten Defekte, die nach technischen Bedingungen als grobe Fehler anzusehen sind, von dem Defektoskop nicht festgestellt werden.'
Ausserdem sind diese Defektoskope nicht imstande, Kugeln mit unzulässigen Strukturabweichungen von einem Etalon auszusondern. Zum Beispiel werden die rohen Kugeln, d. h. diejenigen, die thermisch nicht bearbeitet wurden, Kugeln mit Untererwärmungsstruktur und Kugeln aus einer andern Stahlsorte, sogar wenn diese Sorte nach elektromagnetischen Eigenschaften von der Grundsorte beträchtlich abweicht, nicht ausgesondert.
Dieser Nachteil entsteht, weil bei der Arbeitsweise der bekannten Defektoskope die Möglichkeit des
EMI2.1
nigen des Etalons gänzlich fehlte.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Defektoskope ist endlich die Notwendigkeit, die Geber mit grosser Genauigkeit herzustellen und die Führungsrillen und die zu prüfenden Kugeln vollkommen sauber zu erhalten, da Stäubchen oder andere zufällige Verunreinigungen auf den Kugeln und Führungen, die im Werkstättenbetrieb praktisch unvermeidbar sind, die normale Arbeit des Defektoskops stören, was zum irrigen Aussondern einer grossen Zahl von fehlerlosen Kugeln führt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei Behebung der erwähnten Nachteile ein elektromagnetisches Hochfrequenzdefektoskop zur automatischen Kontrolle von Teilen in Drehkörperform, insbesondere von Wälzlagerbestandteilen, wie Kugeln, Rollen, Ringen u. dgl. zu schaffen, welches grosse Empfindlichkeit gegenüber örtlichen Defekten, insbesondere gegenüber Verletzung der Kontinuierlichkeit, besitzt und bei einer der Massenproduktion entsprechenden, genügend grossen Arbeitsleistung die. Ermittlung und Aussonderung jene Teile. gewährleistet, die mit örtlichen Defekten sowie mit Abweichungen der Metallstruktur von der Norm behaftet sind, wie Teile mit der Struktur derÜberhitzungbzw.
Untererwärmung oder aus einer andern Stahlsorte hergestellt sind, falls diese Stahlsorte sich. durch elektromagnetische Eigenschaften von der gewöhnlich verwendeten Sorte unterscheidet.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe des elektromagnetischen Hochfrequenzdefektoskops zwecks automatischer Qualitätskontrolle der Oberflächenschicht von Teilen in Drehkörperform, hauptsächlich der Lagerteile, gelöst, wobei das Gerät folgende Einheiten besitzt : eine Zuführungsvorrichtung der zu prüfenden Teile aus dem Bunker in die Messposition ; einen Geber zur Ermittlung der örtlichen Defekte, z.
B. der Risse, der auf der Messposition aufgestellt ist ; eine Einrichtung zum Aussondern der defekten Teile, einen Hochfrequenzgenerator und eine Messverstärkerschaltung, die vom Geber erhaltene Informationbearbei- tet, wobei, gemäss der Erfindung zur Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen örtlichen Defekten und Strukturabweichungen von der Norm, das Gerät mit einem Mechanismus zum Abtasten und Abwerfen des zu prüfenden Teiles von der Messposition ausgerüstet ist ; mehrere zusätzliche Geber, wobei alle diese Geber auflegbar sind und in unmittelbarerNähe von der Oberfläche des Teiles angeordnet werden, der sich gleichmässig so dreht, dass im Laufe einer oder mehrerer seiner Umdrehungen der Durchgang jedes Punktes der Oberfläche wenigstens einmal in der empfindlichen Zone zumindest eines Gebers gewährleistet wird ;
mehrere Vielkanal-Kompensationseinrichtungen, die mit Kathodenfolgern und Pha- senschieber verbunden und in Stromkreis zwischen Messwicklungen der Geber und den Eingängen der Messverstärkerschaltung hintereinandergeschaltet sind.
Diese Einrichtungen sind als Abstimmorgane des Defektoskops - das erste zur Fixierung der elektrischen Parameter der Geber während der Abstimmung, die der Aufstellung des Etalonteiles auf der Messposition entsprechen, das zweite zur Korrektion der Einwirkung des Luftspaltes zwischen den Geberwicklungen und der Oberfläche des sich drehenden Teiles - bestimmt.
Das Defektoskop ist ausserdem mit folgendem versehen : mit schnellwirkenden Nullindikatoren, die zu den Ausgängen der Messverstärkerschaltung angeschlossen sind, und ihrerseits mit Bezugsspannungs-
<Desc/Clms Page number 3>
quellen, Hilfsgeneratoren, Verstärkern und Thyratronrelais ausgerüstet sind ; mit einem Stellglied, das nach dem Signal des Nullindikators auf den Mechanismus zur Aussonderung der defekten Teile wirkt ; mit den Stromwandlern für die Bezugsspannungsquelle der Nullindikatoren und für die Kompensationseinrich- tungen sowie mit dem Kommandoapparat, der kinematisch mit der Vorrichtung zur Zuführung der zu prüfenden Teile auf die Messposition und mit der Abwurfvorrichtung verbunden und mit den Nullindika- toren, den Thyratrons, den auflegbaren Gebern und der Messverstärkerschaltung elektrisch gekoppelt ist.
Jeder Geber stellt ein System von Erreger- und Messwicklungen dar, die auf einem Isolierträger angebracht sind, wobei die Erregerwicklung mit möglichst kleinem Drahtdurchmesser, in der Grössenord - nung einiger Zehntelmillimeter, auf einem Ende des Wicklungsträgers in unmittelbarer Nähe von der zu prüfenden Oberfläche angeordnet ist. Die Erregerwicklung erzeugt beim Einschalten in den Stromkreis des Hochfrequenzgenerators ein elektromagnetisches Feld mit steilem Gradient, das in die Oberflächenschicht des zu prüfenden Teiles eindringt und in dieser Schicht Wirbelströme mit scharf ausgeprägter Lokalisierung bildet.
Die Erregerwicklung des Gebers kann in zwei Abschnitte geteilt werden, die auf den entgegengesetzten Enden des Isolierträgers untergebracht und in Gegenreihenschaltung verbunden sind, die Messwicklung kann aber zwischen den Abschnitten der Erregerwicklung angebracht werden.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Gebers gegenüber örtlichen Defekten und zur wirksamen Unterdrückung der Störungen, die durch Schwankung des Spaltes zwischen den Geberwicklungen und der Oberfläche des sich drehenden Teiles verursacht werden, kann die Erregerwicklung näher dem dem zu prüfenden Teil zugewendeten Ende des Isolierträgers befestigt werden undauszweihintereinandergeschalteten und entgegengerichteten Abschnitten bestehen.
Zur Erhöhung des Nutzeffektes des Gebers hinsichtlich der Spannung und der Leistung mittels Verbesserung der magnetischen Kopplung zwischen den Geberwicklungen kann der Isolierträger des Gebers auch aus einem ferromagnetischen Material ausgeführt werden.
Die auflegbaren Geber sind in einem Halter befestigt, der aus Isoliermaterial hergestellt und kinematisch mit zueinander senkrechten Flachfedern verbunden ist, die eine Verschiebung der Geber nur in einer Richtung gewährleisten. In dem vorgeschalteten Defektoskop werden als Vielkanal-Kompensationseinrichtungen Vielkanal-Lufttransformatoren ausgenutzt, deren Primärwicklung aus zwei Wicklungsteilen besteht, die in gewisser Entfernung voneinander aufgestellt und gegeneinander in Reihe geschaltet sind, und mehrere Sekundärwicklungen aufweisen, die gleichmässig relativ zu den Primärwicklungen während der Abstimmung des Defektoskops verschoben werden können. Die Primärwicklungen sind den Kathoden folgern zugeschaltet, die die Spannungsquellen bilden, wobei die Spannungen den Strömen in den Primärwicklungen der Geber proportional und der Phase nach regelbar sind.
Die Messverstärkerschaltung hat nach einem Merkmal der Erfindung mehrere Kanäle, von denen einer zur Kontrolleder Metallstruktur des zu prüfenden Teiles, die andern zur Kontrolle der örtlichen
EMI3.1
Niederfrequenzverstärker hintereinandergeschaltet sind.-der Kanal zur Metall-strukturkontrolle ist zusätzlich über die Kompensationseinrichtung zu einem der Geber zur Strukturkontrolle angeschaltet und enthält einen regelbaren Hochfrequenzverstärker, einen Detektor und ein Abflachfilter.
Zwecks Erzielung hoher Empfindlichkeit gegen örtliche Defekte und zur Beseitigung der Auswirkung des Hochfrequenzrauschens auf Kontrollergebnisse des zu prüfenden Teiles besitzt das Bandfilter der Messverstärkerschaltung Serien-und Parallelschwingungskreise, dessen Resonanzfrequenz und Güte so gewählt sind, dass im Bereich der Niederfrequenz, von Null bis etwa 500 Hz, das Bandfilter im ganzen den Frequenzgang des differenzierenden Gliedes hat, was die Aussonderung der örtlichen Defekte auf dem Hintergrunde der Strukturheterogenität gewährleistet, im Bereich der Hochfrequenz aber, von 500 Hz aufwärts, die Frequenz des Filters sich dem Frequenzgang des integrierenden Gliedes nähert.
Der grosse Eingangswiderstand sowie die Schnelligkeit und kleine Ansprechspannung der Nullindikatoren werden durch die mit Steuerspannung gesperrten Dioden sichergestellt, wobei diese als Schalter für die Kleinspannung wirken, die durch Verstärker an das Thyratronrelais angelegt werden.
Um den Durchgang jedes Punktes der Oberfläche der zu prüfenden Kugel in der empfindlichen Zone wenigstens eines Gebers zu gewährleisten und die Bewegung der zu prüfenden Kugel mit konstanter Lineargeschwindigkeit relativ zu den Gebern sicherzustellen, enthält der erfindung- gemäss Abtastmechanismus eine Spindel und ein Gehäuse, die mit verschiedener Drehgeschwindigkeit antreibbar und zueinander konzentrisch aufgestellt sind.
In dem Gehäuse befinden sich drei Auflager (eines von diesen als treibendes) mit Auflagerflächen, die als Flächen der Drehkörper ausgebildet sind.
<Desc/Clms Page number 4>
Die Auflager sind in den Spitzen des gleichseitigen Dreiecks angeordnet, dessen Mittelpunkt an der Spin- delachse-liegt. Die Auflager können sich mit ihren Achsen drehen, die in dem Gehäuse gelagert sind, wobei die Achse des treibenden Auflagers durch die Spindel angetrieben wird ; gleichzeitig mit der Spin- del, niedriger als die Auflagerebene, ist ein gefederter Zapfen angeordnet, der die zu prüfende Kugel von unten zu den Auflagern drückt. Die Geber sind so angeordnet, dass deren Kontakt mit der Kugel über einen Grosskreis derselben gewährleistet wird und die Geber in gleicher Entfernung voneinander auf einer zur Spindelachse normalen Ebene liegen.
Das treibende Auflager wird mit zylindrischer oder konkaver Toroidfläche, die zwei übrigen Aufla- ger mit sphärischen Flächen ausgeführt. Das treibende Auflager wird aus Material mit grosser Reibung- zahl hergestellt, der gefederte Zapfen wird mit einem Endstück ausgerüstet, der die zu prüfende Kugel berührt und aus Material mit kleiner Reibungszahl ausgeführt wird.
Das treibende Auflager kann aus aufeinanderfolgenden, aus zwei verschiedenen Materialien herge- stellten Scheiben bestehen ; eines von diesen Materialien ist sehr starr und verschleissfest (z. B. Stahl oder
Hartlegierung), das andere hat eine grosse Reibungszahl und ist genügend elastisch (z. B. Gummi), dabei gewährleisten die Scheiben aus hartem Material die genaue Orientierung der Kugel auf der Messstelle und die Scheiben mit der grossen Reibungszahl sichern dank der guten Reibung zwischen der Kugel und dem
Auflager ein zuverlässiges Abtasten der Kugel.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind.
In diesen zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild, Fig. 2 einen auflegbaren Geber, der gegenüber dem zu prüfenden Teil orientiert ist, im Querschnitt, Fig. 3 die elektrische Schaltung des Gebers nach Fig. 2, Fig. 4 die Kennlinie der Abhängigkeit des Übertragungsfaktors von der Grössedes Luftspaltes S, Fig. 5 einen Geber mit erhöhter Empfindlichkeit gegenüber örtlichen Defekten, orientiert relativ gegenüber einem zu prüfenden Teil, im Längsschnitt, Fig. 6 die elektrische Schaltung des Gebers nach Fig, 5, Fig. 7 den Geberhalter in Draufsicht, Fig. 8 einen Vierkanal-Lufttransformator im Schaubild, Fig. 9 das Schaltbild des Messverstärkers für das Defektoskop, Fig. 10 das Prinzipschaltbild eines Bandfilters, Fig. 11 den Frequenzgang dieses Bandfilters, Fig. 12 das Prinzipschaltbild des Nullindikators und des Thyratronrelais, Fig.
13 das Defektoskop zur Kontrolle von Kugeln in Vorderansicht, Fig. 14 dasselbein Hinteransicht und Fig. 15 das kinematische Schema des Defektoskops.
Die zu prüfenden Teile 1 werden aus einem Vorratsbehälter 2 mit Hilfe eines Zuführungsme- chanismus 4 an die Messstelle 3 befördert. An dieser Stelle wird der Teil 1 während einer gewissen Zeit-der Messperiode-geprüft, dann mit dem Mechanismus 4 von der Messstelle entfernt und in die Aussondereinrichtung 5- geführt, die. aus einem Sortierungsschieber 6 und einem ausführenden Elektromagneten 7 besteht. Die Aussondereinrichtung 5 lenkt den Teil entweder in einen Behälter 8 für brauchbare oder in einen Behälter 9 für die defekten Teile.
An der Messstelle 3 befindet sich der Abtastmechanismus 10, ein auflegbarer Geber 11 zur Strukturkontrolle und auflegbare Geber 12, die hohe Empfindlichkeit gegenüber örtlichen Defekten, verschiedenartige Risse einbegriffen, besitzen. Es ist auch möglich, Geber gleicher Art, die sowohl gegen örtliche Defekte und auch gegen Defekte der Struktur empfindliche sind, zu verwenden.
Die Ausführung des Abtastmethanismus 10 hängt von der Gestaltung und den Dimensionen der zu prüfenden Teile ab und soll rotierende Bewegungen in einer oder mehreren Richtungen relativ zu den Gebern gewährleisten. Die Bauart des Abtastmechanismus und die Befestigung der Geber soll eine kleine Luftspaltgrösse (kleinen Spielraum) S zwischen der Primärwicklung 13 der Geber und der Oberflä che des zu prüfenden Teiles in der Grössenordnung einiger Zehntelmillimeter, sowie die Konstanthaltung dieses Luftspaltes während der Messperiode mit einer Genauigkeit von etwa 5% und das Fehlen schneller Schwingungen des Luftspaltes während dieser Periode sichern. Die Erfüllung der erwähnten Bedingungen kann z.
B. durch das Gleiten des Isolationsträgers des Gebers, der den Halter der Wicklungen bildet, über den Teil erreicht werden, der bei der Endkontrolle polierte Oberfläche besitzt. Dabei soll die Konstruktion der Geberbefestigung nur einen Freiheitsgrad der Verschiebung des Gebers in der Richtung normal zu der Tangentenebene des Teiles im Punkte der Berührung des Gebers sichern und eine hohe Steifigkeit in allen andern Richtungen aufweisen. Ausserdem soll die Konstruktion der Befestigung des Gebers das federnde Anliegen des Gebers währed der Messperiode und das Abführen des Gebers, z. B. mit den Elektromagneten, während der Auswechslung der Teile auf der Messstelle besorgen.
Die Geber zur Kontrolle der örtlichen Defekte 12 werden in solcher Weise und Zahl aufgestellt, dass jeder Punkt der Oberfläche des zu prüfenden Teiles während der Messperiode wenigstens einmal die empfindliche Zone zumindest eines Gebers durchläuft.
<Desc/Clms Page number 5>
Ein Hochfrequenzgenerator 14 und ein Ballastwiderstand 15 bilden gemeinsam den Stromer- zeuger, der einen konstanten Effektivwert des Stromes in der Belastung aufrechterhält, die aus hinterein- andergeschalteten Primärwicklungen 13 aller Geber und den Primärwicklungen 16 der Messtransfor- matoren 17 und 18 besteht. Die Transformatoren sind als Stromspannungswandler ausgeführt, wobei die Konstanz des Übersetzungsfaktors, der die Dimension eines Widerstandes hat und als Verhältnis der
EMK beim Leerlauf der Sekundärwicklung 19 zu dem Strom der Primärwicklung 16 solcher Trans- formatoren definiert wird, durch Linearität und Beständigkeit der magnetischen Durchlässigkeit des Ma- gnetkreises garantiert wird.
Die Geber 11 und 12 sind ebenfalls Stromspannungswandler, wobei der Üoersetzungsfaktor dieser
Geber den elektrischen Parameter darstellt, nach dem die Qualität der zu prüfenden Teile bewertet wird.
Die Bestandteile der elektrischen Schaltung werden so gewählt, dass der Widerstand der an die Sekundärwicklungen 20 angeschlossenen Belastung bedeutend grösser wäre, als der Ausgangswiderstand der Ge- ber ; deshalb kann man annehmen, dass die Geber im Leerlauf arbeiten, und die Sekundärwicklungsspannungen 20 dem Produkt des Stromes in der Primärwicklung mit dem Übersetzungsfaktor des Gebers gleich ist.
Die Spannung wird von den Sekundärwicklungen 20, deren eine Klemme geerdet ist, den Sekundärwicklungen 21 der Vielkanal-Kompensationseinrichtungen des Kompensators 23 und des Korrektors 24 zugeführt, die als Vielkanal-Lufttransformatoren mit regelbarem Übersetzungsverhältnis in je- dem Kanal ausgebildet sind. Kanal ausgebildet sind.
Die Primärwicklungen 22 dieser Lufttransformatoren sind den Kathodenverstärkern 25 und 26 zugeschaltet. Die Spannung wird auf den Eingang des Kathodenfolgers 26 vom Kathodenfolger 25 durch den Phasenschieber 27 geleitet, der die Spannung um 900 dreht ; auf den Eingang des Kathodenfolgers 25 wird die Spannung vom Messtransformator 18 durch den regelbaren Phasenschieber 28 zugeführt. Auf diese Weise wird auf die Primärwicklung 22 des Kompensators und des Korrektors eine Spannung angelegt, deren Hohe proportional dem Strom in den Primärwicklungen der Geber, der Phase nach aber gegen den Strom um einen gewissen Winkel für den Kompensator und noch 900 für den Korrektor verschoben ist.
Folglich ist es möglich, mit dem Phasenschieber 28 und den regelbaren Wicklungen 21 des Kompensators die Geberspannung völlig oder teilweise zu kompensieren, falls auf der Messstelle ein brauchbarer, als Etalon angenommener Teil liegt, und mit dem Korrektor 24 ist es möglich, wenn eine gewisse Kennlinienstreueung der Geber vorliegt, gleiche Kompensation für alle Ge- ber zu sichern, sowie ein gewisses Abstimmen von Störungen zu gewährleisten, die durch unabwendbare Schwankungen des Luftspaltes zwischen dem Geber und dem zu prüfenden Teil verursacht werden.
Die resultierende Spannung als Summe der Spannungen am Geber, Kompensator und Korrektor wird in die Eingänge der Messverstärkerschaltung 29 geleitet, deren Ausgangssignale an die Nullindikato- ren 30 angelegt werden und in diesen mit der Bezugsspannung verglichen werden. Diese Spannung ist eine Gleichspannung, die porportional dem Strom im Primärkreis der Geber ist. Sie wird mittels Messtransformator 17 und der Gleichrichterschaltung 31 erzeugt.
Die Nullindikatoren 30 wirken als Spannungsschalter, wobei diese Spannung von dem Hilfsgenerator 32 durch die Verstärker 33 an das Thyratronrelais 34 gelegt wird. Wenn das Ausgangssignal der Messverstärkerschaltung kleiner ist als die Bezugsspannung, dann ist der Stromkreis des Hilfsgenerators, der den Nullindikator 30 enthält, unterbrochen und das Thyratronrelais ausgeschaltet, Wenn die Signalspannung sich dem Wert der Bezugsspannung nähert, dann wird bei einer gewissen Differenz dieser Spannungen, die der Ansprechspannung des Nullindikators gleich ist, der Stromkreis des Hilfsgenerators geschlossen und das Thyratronrelais 34 spricht an. Der Nullindikator soll schnell wirken, grossen Eingangswiderstand und kleine Ansprechspannung haben.
Das Thyratronrelais öffnet beim Ansprechen den Kontakt 35 und bleibt in dieser Stellung bis zum nächsten Messzyklus.
Beim Öffnen des Kontaktes 35 wird die ausführende Einrichtung-der Elektromagnet 7-ausgeschaltet und stellt den Schieber 6 in solche Stellung, dass der zu prüfende Teil in den Aussonde- rungsbehälter 9 geleitet wird. Ausser dem Befehl zur Aussonderung gibt das Thyratronrelais ein Lichtsignal 36, um zu zeigen, durch welchen Kanal die Aussonderung geschah.
Der mit dem Zuführungsmechanismus 4 synchron arbeitende Kommandoapparat 37 koordiniert las Funktionieren der mechanischen und elektrischen Bestandteile folgendermassen : der Kontakt 38
EMI5.1
<Desc/Clms Page number 6>
das Vier- bisFünffache der Bezugsspannung angelegt wird. Dies verhütet falsches Ansprechen der Nullin- dikatoren auf die grossen Signale die bei der Auswechslung der Teile auftreten. Die Sperrspannung wird aus irgendeiner Quelle durch den Widerstand 41 und die Diode 42 angelegt. Die zweite Diode 42 dient zum Schutz der Bezugsspannungsquelle und der Strommesseinrichtung vor der hohen Sperrspan- nung beim Schliessen des Kontaktes 40. Der Kontakt 43 des Kommandoapparates sichert durch das
Löschen des Thyratrons die Rückkehr des angesprochenen Schiebers nach dem Passieren des ausgesonder- ten Teiles.
Der Zuführungsmechanismus 4, der Abtastmechanismus 10 und der Kommandoappa- rat 37 werden mittels des Reduktors 44 durch den Elektromotor 45 angetrieben. Der hochohmige
Spannungsmesser 46 kann mit Hilfe des Umschalters 47 an die Bezugsspannungsquelle für die Kon- trolle der Spannung in den Primärwicklungen der Geber oder an die Messverstärkerschaltung zum Abstim- men des Defektoskops eingeschaltet werden.
Die Empfindlichkeit des Defektoskops gegenüber örtlichen Defekten und der Struktur wird hauptsäch- lich durch die Bauart und Arbeitsweise der Geber bestimmt, die die Informationsquelle für die Qualität der zu prüfenden Teile darstellen.
Die Analyse dieser Information kann eine zuverlässige Aufdeckung nur solcher Defekte gewährlei- sten, die ein Signal liefern, das den Störpegel überschreitet, der durch verschiedene, mit der Arbeit des Defektoskops und mit den physikalischen Eigenschaften der zu prüfenden Teile verbundene Störfaktoren verursacht wird.
Die bekannten auflegbaren Geber können eine scharfe Lokalisierung der Wirbelströme wegen der konstruktiven Besonderheiten der Erregerwicklung nicht gewährleisten, weil diese Wicklung hohe Güte besitzen muss, wenn sie ein Bestandteil des Schwingungskreises ist, oder von der Oberfläche des zu prüfenden Teiles entlegen aufgestellt ist, falls es sich um Transformatorgeber handelt.
Die Schaffung einer scharfen Lokalisierung der Wirbelströme in der Oberflächenschicht des Erzeugnisses sichert, dass das von örtlichen Defekten herrührende Nutzsignal den Störpegel übertrifft.
Die Lokalisierung der Wirbelströme kann verwirklicht werden, wenn man ein elektromagnetisches Feld mit hohem Gradienten verwendet, was durch Verlegen der primären Erregerwicklung 13 (Fig. 2), die einen Teil des Generatorstromkreises bildet, an das Ende des Isolationsträgers. 48 erreicht wird, so dass ein genügend kleiner Spalt zwischen der Wicklung 13 und dem Teil 1 sichergestellt ist.
Gleichzeitig soll der Drahtdurchmesser der Primärwicklung des Gebers genügend klein sein, in der Grö- ssenordnung einiger Zehntelmillimeter. Deshalb soll die. Primärwicklung aus wenigen Windungen bestehen, z. B. aus einer Windung, und zur Erzielung des hohen Nutzeffektes hinsichtlich der Spannung und der Leistung, muss man mit grosser Stromdichte, etwa 10 A/mm2, arbeiten.
Auf diese Weise entsteht bei der Arbeit des Defektoskops in der Oberflächenschicht des Erzeugnisses unter dem Geber ein sehr enger Ring von Wirbelströmen, der sich stark ändert, falls die Stellen mit örtlichen Defekten passiert werden.
Das elektromagnetische Feld der Wirbelströme wird durch die Messwicklung 20 des Gebers aufgenommen, die in der Nähe der Primärwicklung angeordnet ist und aus vielen Windungen dünnen Drahtes besteht, wobei die Windungszahl so gewählt werden muss, dass der Ausgangswiderstand des Gebers, verglichen mit dem Eingangswiderstand der Messverstärkerschaltung, klein bleibt (etwa zehnmal kleiner).
Zur Erleichterung der Abstimmung des Defektoskops und der Stabilisierung der Arbeit des Gebers, wird der leztere nach der Differentialschaltung ausgeführt und besteht aus einer Sekundärwicklung und zwei Abschnitten der Primärwicklung, wobei diese Abschnitte der Primärwicklung so geschaltet sind, dass die in der Sekundärwicklung induzierten EMK gegeneinander gerichtetsind und in der Summe Null ergeben, wenn der Geber von metallischen Gegenständen entfernt ist.
Dabei sind, je nach Anordnung der Primärwicklung, zwei Gebertypen möglich, die verschiedene Eigenschaften besitzen.
Die erste Ausführung (Fig. 3) wird dadurch. gekennzeichnet, dass die Abschnitte der Primärwick- lung 13 sich auf den entgegengesetzten Enden des Isolierkernes befinden und die Sekundärwicklung 20. zwischen den ersteren angeordnet ist. Der Kern wird mit einem Ende der zu prüfenden Oberfläche nahe gebracht. Der Übersetzungsfaktor solch eines Gebers, der als das Verhältnis der EMK der Sekundärwicklung zu dem Strom der Primärwicklung definiert wird, ist eine komplexe Grösse ; er hat die Dimension eines Widerstandes, hängt von der Struktur der Oberflächenschicht, von dem Vorhandensein der Defekte, von dem Spalt zwischen dem Geber und dem Teil ab ; dieser Faktor ist als Kennlinie in der Fig. 4 angegeben, die die Abhängigkeit des Übersetzungsfaktors von der Spaltlänge S darstellt.
Mit solch eines Gebers kann man die Abweichung von der Norm der Metallstruktur, die Stahlsorte und die örtlichen Defekte ermitteln, vorausgesetzt, dass der Spalt mit mechanischen Mittel stabil-
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<Desc/Clms Page number 8>
durch rationale Konstruktion des Gebers, sondern auch dank der wirksamen Analyse des Gebersignals erreicht, die durch Abstimmorgane, den Kompensator 23, den Korrektor 24 und das Bandfilter 62 in den Konuollkanälender örtlichen Defekten 29"verwirklicht wird.
Für die örtlichen Defekte ist die, verglichen mit der von Strukturungleichartigkeiten herrührende, starke Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Oberflächenschicht auf dem Wege der Geberverschiebung kennzeichnend. Deshalb wird die grösste Wirksamkeit der Ermittlung von örtlichen Defekten bei scharf ausgeprägter Lokalisierung der vom Geber erzeugten Wirbelströme durch die Kontrolle der ersten Ableitung oder höherer Differentialableitungen des Gebersignals längs des Weges der Verschiebung des Gebers über die Oberfläche des zu prüfenden Teiles erzielt.
Um das Differenzieren nach dem Weg durch das Differenzieren nach der Zeit zu ersetzen, wird der Oberfläche des zu prüfenden Teiles, relativ zu dem Geber, eine gleichförmige Lineargeschwindigkeit erteilt. Da ein ideales Differenzierglied das Hochfrequenzrauschen verstärkt, ist es zweckmässig, das Dif- ferenzieren in bestimmtem engen Frequenzbereich durchzuführen, die den bestimmten Defekten entspre- chen.
Bei einer Lineargeschwindigkeit der Teiloberfläche unter dem Geber in Grenzen von 50 bis 100 cm/sec erstreckt sich bei den geschilderten Bauarten dieser Frequenzbereich bis zirka 500 Hz. Die Aufgabe des Differenzierens im engen Frequenzbereich wird mit dem Bandfilter 62 gelöst, dessen Fre- quenzgang (Fig. 11) zeigt, dass im Frequenzbereich von Null bis 500 Hz das Filter die Funktion eines Differenziergliedes, und im höheren Frequenzbereich die Funktion eines Integriergliedes ausführt, d. h. es unterdrückt das Hochfrequenzrauschen.
Das Bandfilter 62 (Fig. 9), dessen Prinzipschaltung in Fig. 10 dargestellt ist, besteht aus zwei Schwingungskreisen, die hintereinandergeschaltet sind. Einer von diesen Kreisen besteht aus einer Induktivität. 68 und einer Kapazität 69, die in Reihe geschaltet wird, der andere aus einer Induktivität 70 und mit einer parallelgeschalteten Kapazität 71. Die Widerstände 72 dienen zur Herabsetzung der Güte dieser Kreise. Durch geeignete Auswahl der Resonanzfrequenzen und der Kreisgüte erreicht man den verlangten Frequenzgang des Bandfilters.
Auf diese Weise reagieren die Kanäle zur Kontrolle der örtlichen Defekte auf die Amplitudenmodulation der Eingangsspannung. Dabei ist es nötig, zur Störbeseitigung Verhältnisse zu schaffen, bei welchen die Amplitudenmodulation von den Spaltschwankungen einige Male vermindert werden kann. Solche Verhältnisse werden beim Abstimmen mit dem Kompensator und dem Korrektor geschaffen. Die vollständige Kompensation. der Geberspannung für den Etalonteil'die in der Ruhestellung durchgeführt wurde, wird beim Drehen des Teils gestört, und am Eingang des Verstärkers 60 (Fig. 9) erscheint die Dekompensationsspannung mit beträchtlicher Amplitudenmodulation, die durch Spaltschwankungen S verursacht wird.
Falls in den Stromkreis eine Bezugsspannung mit konstanter Amplitude eingeführt wird, welche die Amplitude der Dekompensationsspannung um ein Mehrfaches übertrifft und gegen die letzterer um 90 verschoben ist, so wird der Absolutwert der Amplitudenmodulation der Gesamtspannung verkleiner. Je höher die Bezugsspannung ist, desto mehr werden die von den Spaltschwankungen verursach- ten Störungen unterdrückt, doch wird die Empfindlichkeit gegen einige Defekte, z. B. Blasen, gleichzeitig herabgesetzt. Deshalb muss der Abtastmechanismus und die Befestigungskonstruktion der Geber minimale Spaltschwankungen gewährleisten und die Höhe der Bezugsspannung muss so gewählt werden, dass nur die Störungen von unabwendbaren Spaltschwankungen S unterdrückt werden.
Die Höhe der Bezugsspannung wird für jeden Geber mit Hilfe des Korrektors 24 individuell eingestellt. Jede Abweichung der elektrischen Parameter der Geber von denjenigen, die mit den Abstimmung organen des Defektoskops festgelegt wurden und dem Etalonteil entsprechen, ruft in den Ausgängen der Kanäle der. Messverstärkerschaltung die Entstehung von Spannungsimpulsen verschiedener Dauer und Höhe hervor. Für die defekten Teile erhöht sich die Höhe dieser Impulse, deshalb geschieht die Aussonderung dieser Teile nach dem Amplitudenmerkmal des Ausgangssignals.
Die Grenze des Aussonderns wird durch die Bezugsspannung bestimmt, die mit dem Ausgangssignal der Kanäle des Messverstärkerschaltung verglichen wird. Die optimale Empfindlichkeit des Defektoskops wird durch die Kontrolle des Verstärkungsfaktors des Niederfrequenzverstärkers 63 für die Kanäle 29" zur Kontrolle der örtlichen Defekte und des Hochfrequenzverstärkers 64 für die Kanäle 29'zur Strukturkontrolle eingestellt.
Die Nullindikatoren 30 (Fig. 1), die den Vergleich der Ausgangssignale der Messverstärkerschaltung 29 mit der Bezugsspannung durchführen, müssen sehr schnell wirken, hohen Eingangswiderstand besitzen und ihre Ansprechgenauigkeit darf nicht von der Impulsdauer abhängen. Solche Heamgungen erfüllen mit Dioden bestückte Nullindikatoren (Fig. 12). Die Schaltung des Nullindikators 30 enthält
<Desc/Clms Page number 9>
eine Diode 73, Transformatoren 74 und 75, einen Anpassungswiderstand 76 und ein Ausgangsfil- ter 77, das aus Widerstand und Kapazität besteht. Dieser Stromkreis ist an die Differenz zweier Span - nungen angeschlossen : der Bezugsspannung 31 und der Signalspannung, die vom Ausgang der Messver- stärkerschaltung 29 abgenommen wird.
Der'Transformator 74, der vom Hilfsgenerator 32 gespeist wird, ist an den Transformator 75 über den Kondensator 77, der einen sehr kleinen Widerstand darstellt und über die Diode 73 ange- schlossen. Die vom Transformator 74 abgegebene Spannungsoll genügend klein sein (etwa 0,05 bis
0, 01 V), damit die Gleichrichterwirkung der Diode 73 praktisch nicht in Erscheinung tritt und die
Diode 73 als Schalter dieser Spannung wirken könnte, gesteuert von der Differenz der Spannungen 31 und 29. Wenn das Ausgangssigual 29 klein ist, sperrt die Bezugsspannung 31 die Diode 73, de- ren Widerstand verglichen mit dem Widerstand des Transformators 75, gross ist, weshalb nur ein kleiner Teil der Spannung des Transformators 74 auf den Transformator 75 entfällt.
Diese durch den
Verstärker 33 verstärkte Teilspannung ist völlig unzureichend, um das Thyratronrelais 34 zum An- sprechen zu bringen, Mit der Erhöhung der Ausgangsspannung 29 nimmt die Sperrspannung an der Dio- de 73 ab. Wenn die Sperrspannung einige zehntel Volt erreicht, fängt der Diodenwiderstand an, sich schnell zu verkleinern und bei der Sperrspannung, etwa 0, 1 V, entsteht ein solches Verhältnis zwischen dem Widerstand der Diode 73 und dem Widerstand des Transformators 75 zusammen mit dem Wi- derstand 76, dass der bedeutende Teil der Spannung des Transformators 74 auf den Transforma- tor 75 gelangt. Diese Spannung genügt, um das Thyratronrelais 34 zum Ansprechen zu veran- lassen.
Die Wahl des Ansprechpunktes im Bereich der Sperrspannungen in der Grössenordnung 0, 1 V gewähr- leistet den grossen Eingangswiderstand des Nullindikators ; die Trägheitslosigkeit der Diode und des Thyra- trons sichert die schnelle Wirkung. Die Steuerung der Ansprechspannungen überschreitet 0, 1 V, und des- halb ist bei 5 V Bezugsspannung die garantierte Messgenauigkeit des Ausgangssignals der Messverstärker- schaltung gleich 2%.
Ein Thyratronrelais 34 besteht aus einem Thyratron 78, einem elektromagnetischen Relais 79 und andern Bestandteilen, die üblich geschaltet sind.
Der Ergänzungskreis, der aus einer Diode 80, dem Kontakt 81 des Relais 79 und dem Kon- takt 43 des Kommandoapparates 37 besteht, gewährleistet das Löschen des Thyratrons 78 und die
Blockierung. Der Kommandoapparat 37 schliesst den Kontakt 43 am Ende der Messperiode. Dabei werden die Thyratrons 78, die angesprochen haben, gelöscht, weil sie mit dem Kontakt 43 überbrückt werden. Das Relais 79 in dem Anodenkreis des Thyratrons bleibt aber in eingeschaltetem Zustand durch seinen eigenen Kontakt 81. Thyratronrelais 34, die nicht angesprochen haben, können auch in der übrigen Zeit der Messperiode ansprechen, dabei ereignet sich das Löschen des Thyratrons 78 gleich nach dem Ansprechen des Relais 79.
Nach der Messperiode bleiben die angesprochenen Relais 79 eingeschaltet, bis der Kontakt 43 des Kommandoapparates 37 sich öffnet, was das Aufhalten der Rückkehr des Sortierschiebers 6 bis zum Anfang der nächsten Messperiode ermöglicht, damit der von der Messposition abgenommene Teil Zeit hat, die Aussondereinrichtung 5 zu passieren. Die Diode 80 sichert die Aufteilung der Stromkreise, damit eine ganze Reihe von Thyratronrelais 34 mittels eines einzigen Kontaktes 43 des Kommandoapparates 37 gesteuert werden kann (Fig. 1 und 12).
An Hand der Fig. 13 und 14 wird nachfolgend ein Beispiel der Ausführung des elektromagnetischen Hochfrequenzdefektoskops zur automatischen Kontrolle von Kugeln geschildert.
In einem Schrank 82 sind der elektronische Messteil des Defektoskops, darunter der Hochfrequenzgenerator 14, die Messverstärkerschaltung 29, die Nullindikatoren 30 mit den Thyratronrelais 34 und andere Bestandteile der Schaltung untergebracht. In einem Schrank 83 ist der elektrische Teil des Defektoskops einmontiert ; innerhalb des Standes 84 sind die Mechanismen des Defektoskops aufgestellt, einschliesslich des Abtastkopfes 85 mit dem Abtastmechanismus und des Antriebsmotors 45.
Auf dem Stand sind die Ladeeinrichtung 2, die Behälter 8 und 9 für brauchbare und defekte Teile, der Zuführungsmechanismus 4, die Messstelle 3, die Aussonderungseinrichtung 5 und die Steuerorgane des mechanischen Teiles untergebracht : die Druckknopfsteuerung 86 des Elektromotors 45, der Handgriff 87 zum Auskuppeln des Zuführungsmechanismus 4 und der Handgriff 88 zur langsamen Drehung des Abtastkopfes 85, die zur Abstimmung des Defektoskops nötig sind.
Auf der Schalttafel 89 sind die Kontrollorgane des elektrischen Messteils montiert : die Steuerhandgriffe des Kompensators 23 und Korrektors 24, das hochohmige Voltmeter 46, der Voltmeterumschalter 47, die Schalter 67 zur Verbindung der Kanäle der Messverstärkerschaltung 29 für das Ab-
<Desc/Clms Page number 10>
stimmen mit dem Voltmeter, die Signalverstärkungsregulatoren 90 der Messverstärkerschaltung 2D und die Signallampe 36, die anzeigen, entlang welcher Kanäle die Aussonderung geschieht.
Das kinematische Schema (Fig. 15) des automatischen Defektoskops ist folgendermassen aufgebaut.
Vom Motor 45 wird die Bewegung über ein, z. B. als Schneckenradgetriebe ausgebildetes Reduziergetriebe mit zwei Ausgängen auf die Verteilungswelle 91 übertragen, die die Nocken zo des Kommandoapparates 37 trägt. Mittels eines Hebelsystem 93 wird ein gefederter Zapfen 94 bewegt, der die Kugel 1 an die Messstelle bringt. Von der Nockenwelle 91 aus wird ausserdem die Bewegung der Scheibe des Vorratsbehälters 2 und die periodische Bewegung des Zuführungsmechanismus 4 abgeleitet.
Der Schieber 6 wird durch den Elektromagneten 7 in Tätigkeit gesetzt.
Von der Scheibe 95, die auf der Schneckenwelle des Reduktors sitzt, wird die Bewegung des Mu tors an die indem Gehäuse 96 gelagerte Spindel 97 und an den Abtastkopf 85 übertragen.
Von der Spindel 97 wird über auswechselbare Zahnräder 98 auch das Gehäuse 96 in Drehung versetzt, u. zw. derart, dass Gehäuse und Spindel in gleichem Sinne, jedoch mit verschiedener Drehzahl, umlaufen.
Der auf der Stirnseite des Gehäuses 96 befestigte Abtastkopf 85 ist über ein Kegelradgetriebe oder Schraubenradgetriebe 99 mit der Spindel 97 verbunden.
Infolge der Überholung bewirkt die Spindel 97 die Bewegung des treibenden Auflagers 100 des Abtastkopfes 85.
Die zu prüfende Kugel 1 vollführt auf diese Weise zwei Bewegungen in zueinander senkrechten Ebenen, wodurch die Meridianabtastung der Oberfläche erfolgt.
Die auswechselbaren Zahnräder 98 bieten die Möglichkeit, die Differenz der Umdrehungszahl des
EMI10.1
Das treibende Auflager 100 und die Auflager 101 sind an den Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Die Auflagerflächen der Rollen 101 sind sphärisch ausgeführt, was das Abtasten von Kugeln mit in gewissen Grenzen beliebigen Durchmessern gestattet, ohne dass die Zentrierung gestört wird, so dass mit einem Abtastkopf Kugeln mit verschiedenen Durchmessern kontrolliert werden können, ohne den Kopf zu wechseln oder einzustellen.
Das Auflager 100 kann walzenförmig oder mit konkaver Toroidfläche ausgebildet sein, damit seine Kontaktfläche mit der Kugel 1 grösser wird.
Um eine zuverlässige Reibung zwischen der zu prüfenden Kugel 1 und der Auflagerrolle 100 zu sichern, wird diese aus Material mit grosser Reibungszahl hergestellt. Der gefederte Zapfen 94 wird mit einer Spitze aus Material mit kleiner Reibungszahl ausgerüstet, damit die Kugel ungehindert gleiten kann.
Um eine grosse Zentriergenauigkeit der zu prüfenden Kugel 1 sicherzustellen, soll das treibende Auflager 100 nicht nur eine grosse Reibungszahl aufweisen, sondern auch starr und verschleissfest sein.
Diese Eigenschaften lassen sich gemeinsam erreichen, wenn man die Auflager 100 als mehrschichtige Rolle ausführt, deren aufeinanderfolgende Schichten aus zwei verschiedenen Materialien aufgebaut sind ; u. zw. aus einem Material, das sehr starr und verschleissfest ist, z. B. aus Stahl oder einer Hartlegierung, und aus einem Material, das eine grosse Reibungszahl besitzt und genügend elastisch ist, z. B. aus Gummi.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.