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Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung von elastischen Werkstücken, insbesondere von
Mittel- und Grobblechen
Die bekannten Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung können bei Massengütern grosser Flächenausdehnung nur mit Schwierigkeit zur raschen Fehlerkontrolle eingesetzt werden. Häufig besitzen die zu prüfenden Werkstücke gute elastische Eigenschaften, manchmal auch gleichbleibende geometrische Gestalt. In diesen Fällen kann man sie in Transversalschwingungen versetzen und im Resonanzfall auf ihrer Oberfläche die durch Aufstreuen von etwas Sand sichtbar zu machenden Knotenlinien, die sogenannten"Chladnischen Klangfiguren", beobachten. Deformationen dieser Klangfiguren und Abweichungen von ihrer regelmässigen Gestalt wurden schon frühzeitig als Folgeerscheinungen von Fehlstellen im Prüfkörper gedeutet.
So ist aus dem Schrifttum bekannt, dass Materialfehler die Lage und Gestalt der Knotenlinien und die Werte der zugehörigen Eigenfrequenzen verändern, ferner, dass die Knotenlinienfiguren bei fehlerfreien, symmetrisch zu einer Hauptachse gelagerten Prüflingen eine symmetrische Gestalt besitzen, hingegen bei Plattenfehlern Unsymmetrien aufweisen.
Trotz solcher Erkenntnisse ist es bisher nicht gelungen, ein technisch brauchbares Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit Hilfe von Quer- bzw. Transversalschwingungen zu entwickeln. Diese Aufgabe liegt der Erfindung zugrunde. Sie wird dadurch gelöst, dass das Werkstück in bezug auf eine seiner Hauptachsen symmetrisch gelagert bzw. eingespannt und in Resonanzschwingungen versetzt wird, wobei der Prüfvergang im wesentlichen durch die beiden folgenden Verfahrensmassnahmen charakterisiert ist.
Einmal wird zum Fehlernachweis aus der Vielzahl der möglichen Resonanzschwingungen eine bestimmte Auswahl getroffen, nämlich eine Auswahl solcher Schwingungen, deren Knotenlinien auf der Oberfläche des Werkstückes gleichgerichtet sind und im wesentlichen senkrecht zur Haupt- bzw. Symmetrieachse des Werkstückes verlaufen. Diese Knotenlinien können von einer mit der Hauptachse zusammenfallenden Knotenlinie gekreuzt werden.
Zum andern werden die zu den auf beiden Werkstückshälften der vorerwähnten Haupt- bzw. Symmetrieachse auftretenden ausgewählten Resonanzschwingungen gehörenden Frequenzen gemessen. Die Differenz der beiden Resonanzfrequenzen wird hinsichtlich eines Grenzwertes als Mass für das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Fehlstellen sowie auch für deren Grösse im Werkstück benutzt. Diese Frequenzdifferenz ist bei einem zu einer Hauptachse symmetrisch gelagerten Werkstück bei Fehlerfreiheit gleich Null, während ihr Betrag bei Vorhandensein von Materialfehlern von Null verschieden ist.
Zu der vorgenannten Auswahl der Resonanzschwingungen wird darauf hingewiesen, dass die Knotenlinienfiguren von symmetrisch in bezug auf eine ihrer Haupt- bzw. Symmetrieachsen gelagerten und in transversale Eigenschwingungen versetzten Werkstücken bei Fehlerfreiheit eine symmetrische Gestalt be-
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sitzen. So verlaufen die Knotenlinien einer rechteckigen elastischen Platte, die beispielsweise an den vier Schnittpunkten ihrer Hauptachsen mit den Kanten oder dem einen Schnittpunkt ihrer Diagonalen aufgestützt oder eingespannt ist, in der Regel parallel sowohl zur kleinen wie auch zur grossen Hauptachse und bilden dadurch ein schachbrettartiges Muster, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.
. Durch Änderung der Anzahl der längs- und querverlaufenden Knotenlinien erhält man eine grosse Zahl anderer Schwingungsfiguren. Diese Resonanzschwingungen eignen sich jedoch nicht zum erfindungsgemässen Fehlernachweis. Vielmehr ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass zum Fehlerhachweis nur bestimmte Resonanzschwingungen ausgewählt werden, deren Knotenlinien folgende Bedingungen erfüllen : Sie sind gleichgerichtet, verlaufen im wesentlichen senkrecht zur bzw. Symmetrieachse und werden von keiner querverlaufenden Knotenlinie gekreuzt, mit einer zulässigen Ausnahme, nämlich unmittelbar am Ort der Haupt- oder Symmetrieachse.
Ein anderes wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Fehlernachweis auf Frequenz- messungen beruht. Bei jedem Werkstück werden zwei Frequenzmessungen an den beiden Werkstückshälften durchgeführt, die durch die Haupt- bzw. Symmetrieachse geteilt werden. Danach wird die Differenz die- ser beiden Frequenzwerte gebildet und diese Frequenzdifferenz als Mass für das Vorhandensein sowie auch für die Grösse der Fehlstellen im Werkstück benutzt.
Die praktische Durchführung des Verfahrens sei zunächst für die Prüfung solcher Werkstücke beschrie- ben, die mindestens eine Symmetrieachse aufweisen und mit Ausnahme einzelner Stützstelle an ihren
Rändern frei schwingen können. Letzteres gilt insbesondere für die Längskanten eines fertig zugeschnitte- nen rechteckigen Bleches. Das Werkstück wird zur Prüfung an wenigen Stellen symmetrisch zu einer seiner
Haupt- bzw. Symmetrieachsen auf Stützen od. dgl. gelagert ; rechteckige Platten vorzugsweise symme- trisch zu ihrer kürzeren Hauptachse, also ihrer Querachse.
Zur Prüfung selbst werden ausgewählte Resonanzfrequenzen benutzt, die sich durch besonders fehlerempfindliche Knotenlinien auszeichnen, u. zw. wird das Werkstück in solche Eigenschwingungen versetzt, dass auf seiner Oberfläche eine Schar von gleichgerichteten Knotenlinien entsteht, die erfindungsgemäss näherungsweise senkrecht zur Richtung der gewählten Symmetrieachse verlaufen. Bei einemrechteckigen, symmetrisch zur Querachse gelagerten Blech verlaufen die Knotenlinien also im wesentlichen parallel zueinander in Längsrichtung der Platte. Die Resonanzfrequenzen sind erfindungsgemäss weiterhin so zu wählen, dass die Knotenlinien höchstens von einer mit der Haupt- bzw. Symmetrieachse zusammenfallenden Knotenlinie gekreuzt werden.
Die zugehörigen Wellenlängen sind im kreuzungsfreien Fall dadurch bestimmt, dass die Breite der rechteckigen Platte ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist, die ihrerseits durch den Abstand der parallelen Knotenlinien voneinander gegeben ist. Die Frequenzen dieser ausgewählten Resonanzschwingungen lassen sich in einfachen Fällen in Abhängigkeit von den Abmessungen des Prüflinges, seiner Dichte und den elastischen Konstanten nach der klassischen Theorie berechnen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Wellenlänge der Resonanzschwingung der Ausdehnung des nachzuweisenden Fehlers derart anzupassen, dass die halbe Wellenlänge bzw. der mittlere Knotenlinienabstand kleiner, höchstens gleich ist dem zehnfachen Wert des Fehlerdurchmessers, an dessen Nachweis man interessiert ist. Durch Wahl geeigneter Wellenlängen kann somit vermieden werden, dass die Prüfung durch zu vernachlässigende kleine Fehlstellen gestört wird.
Anderseits soll der Knotenlinienabstand nicht zu klein sein im Vergleich zur Ausdehnung der Fehlstelle, u. zw. darf die halbe Wellenlänge höchstens um einen Faktor 5 kleiner sein als der Fehlerdurchmesser, der stets senkrecht zum Knotenlinienverlauf zu messen ist. Somit lässt sich bei nachgewiesenen Fehlern durch Vergleich mit der Wellenlänge auch eine Aussage über ihre ungefähre Grösse machen.
Bei einem fehlerfreien Prüfling, der in Resonanz mit der ausgewählten Frequenz f schwingt, erscheinen die zugehörigen Knotenlinien auf beiden Seiten der Symmetrieachse des Werkstückes, u. zw. symmetrisch zu letzterer. Wenn also eine solche Knotenlinien-Figur auf beiden Prüflingsseiten gleichzeitig auftritt, so ist das ein Kriterium dafür, dass Fehlstellen von einer mit der halben Wellenlänge der Schwingung vergleichbaren Ausdehnung nicht vorhanden sind. In den meisten Fällen ist die Messung damit beendet und das Werkstück für gut befunden.
Ist der Prüfling hingegen fehlerhaft, so spaltet die Resonanzfrequenz f in zwei Anteile f1 und f2 auf, zu denen zwei Knotenlinienbilder gehören, die sich wie folgt von dem Knotenlinienbild des fehlerfreien Zustandes unterscheiden : Bei der ersten Resonanzfrequenz f, ist das Knotenlinienbild nur auf der einen Seite des Prüflinges, bei der zweiten f2 nur auf der andern zu sehen, wobei die Gestalt der Knotenlinien spiegelbildlich zur ersten in bezug auf die Symmetrieachse ist.
Auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten des Werkstückes sind dann meist gar keine, eventuell auch
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andere oder verzerrt ähnliche Knotenlinien zu sehen. Ausgeprägte Knotenlinien treten somit nicht wie im fehlerfreien Fall gleichzeitig auf beiden Seiten des Prüflinges, sondern bei verschiedenen Frequenzen immer nur auf der einen oder nur auf der andern Seite des Werkstückes auf, das durch die Symmetrieachse geteilt wird.
Die relative Differenz der beiden Resonanzfrequenzen f. und i, bzw. der beiden Zeitintervalle für jeweils eine Periode der Schwingungen - bezogen auf ihren Mittelwert - nimmt dabei mit wachsender Fehlerstärke zu und ist somit ein Mass für die Stärke des Fehlers. Man kann daher einen Prüfling dann als gut bezeichnen, wenn die relative Differenz der vorerwähnten beiden Resonanzfrequenzen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bleibt, hingegen als fehlerhaft, wenn dieser Wert überschritten wird.
An Hand der Fig. l - 5 sei als Ausführungsbeispiel die erfindungsgemässe Fehlerprüfung für ein rechteckiges Blech in horizontaler Lage beschrieben, dessen Querachse als Symmetrieachse gewählt ist. Während ein kleines Blech zur Prüfung im Schnittpunkt der Längs- und Querachse beispielsweise mit einem Lastmagneten angehoben oder eingespannt werden kann, wird ein grosses Blech zweckmässig an mehreren Stellen symmetrisch zur Querachse gelagert, vorteilhafterweise an den Schnittpunkten a und b der Querachse mit den Längskanten, und an weiteren Stellen, z. B. bei c und d an seinen Schmalkanten (Fig. 1).
An letzteren werden auch die Schwingungserreger El und E angebracht, u. zw. an den Schwingungsbäuchen der zu erzeugenden Knotenlinienfigur. Um letztere beobachten zu können, wird etwas Sand
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übereinstimmt und das Blech dadurch in intensive Eigenschwingungen versetzt wird.
Der Sand auf der Plattenoberfläche zeigt dann eine Schar von Knotenlinien, die in Längsrichtung des Bleches verlaufen, z. B. drei Knotenlinien gemäss Fig. 2. Die halbe durch den Knotenlinienabstand gegebene Wellenlänge beträgt hiebei ein Drittel der Blechbreite. Die randnahen Knotenlinien werden infolge der Randeinspannung bei a und b, die gleichfalls Knotenstellen bilden, zu diesen Punkten hin von ihrem geraden Verlauf abgelenkt, was jedoch wegen der Symmetrie zur Querachse ohne Einfluss auf den Messvorgang ist.
Sofern das Knotenlinienbild wie hier gleichzeitig und symmetrisch auf beiden Plattenseiten auftritt, ist das Blech frei von Fehlstellen, deren Ausdehnung grössenordnungsmässig mit dem Abstand der Knotenlinien voneinander vergleichbar ist.
Die Fig. 3-5 zeigen als praktisches Beispiel ein in gleicher Weise gelagertes, aber fehlerbehaftetes Blech von 4003 x 1008 x 20 mm Abmessung. Man fand bei einer Frequenz von 295 Hz bzw. bei der Periodendauer von 3, 390. 10-3 sec die gesuchte Knotenlinienfigur nur auf der linken Plattenseite (Fig. 3), danach-vondervorgenanntenResonanzstellesehrscharfunterschieden-bei297Hzbzw. 3, 367. 10-3 sec nur auf der rechten Seite (Fig. 4). Die relative Frequenz- und Zeitintervalldifferenz betrug 6, 7' ! . Sie deutete auf Fehler geringer. Stärke hin. Tatsächlich bestätigte eine Ultraschallprüfung das Messergebnis und zeigte gemäss Fig. 5 zwei Fehlstellen von zirka 80 x 120 mm Ausdehnung.
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, dass das Werkstück - mit Ausnahme der Auflagestellen - in seiner gesamten Ausdehnung lückenlos geprüft werden kann. Weiter ist die Messdauer sehr kurz, die Oberflächenbeschaffenheit (under) ohne Einfluss, desgleichen die Werk- stücktemperatur. Das vorbeschriebene Verfahren ist zur Ausgangs-oder Eingangsprüfung von fertig dimensionierten elastischen Werkstücken mit mindestens einer Symmetrieachse, z. B. rechteckigen Blechen, Profilkörpern und Rohren geeignet.
Betriebsmässig ist häufig eine Lokalisation der Fehlstellen erwünscht, z. B. im Blechrollgang vor der Kommissionsschere, um die Lage von Fehlstellen beim Schnitt berücksichtigen zu können. Für die Schere interessiert nur die Fehlerausdehnung senkrecht zur Schnittrichtung, worauf sich die Fehlerlokalisation also beschränken kann. Das nachfolgend beschriebene erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht solche Fehlerlokalisationen mit Hilfe von Resonanzschwingungen. Dazu wird die Prüfung des Werkstückes jeweils nur über einzelne Werkstückabschnitte bzw. Prüfstreifen erstreckt, wobei in bezug auf deren Form und Symmetrie die gleichen Voraussetzungen erfüllt sein müssen wie bei der vorbeschriebenen Untersuchung des ganzen Prüflinges.
Bei langen Blechen werden hiezu schmale rechteckige Querstreifen ausgewählt, die dergestalt in Schwingungen versetzt werden, dass die Knotenlinien in Längsrichtung der Querstreifen-also quer zur Längsrichtung des gesamten Bleches - verlaufen. Diese Knotenlinien dürfen gleichfalls höchstens in der Umgebung der Symmetrieachse der Teilfläche von andern Knotenlinien gekreuzt werden ; bei einem rechteckigen Querstreifen also höchstens am Ort seiner Querachse, deren Richtung mit der Längsachse des
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gesamten Bleches zusammenfällt.
Bei diesem Prüfverfahren werden auf die Begrenzungsränder des betreffenden Teilstückes bzw. Prüf- streifens Zwangskräfte ausgeübt, wodurch diese Ränder festgehalten und infolgedessen vorgegebene Rand- knotenlinien bilden. Erfindungsgemäss können hiezu Walzen-oder Rollengerüste am Ort der beiden Be- grenzungslinien verwendet werden. Die Walzen oder Rollen drücken von beiden Seiten gegen das Werk- stück und ermöglichen zugleich dessen Transport bzw. Vorschub, so dass der Prüfkörper während dieses
Transportes durch die Gerüste in dem von ihnen begrenzten Prüfstreifen kontinuierlich geprüft wird.
Ähnlich wie im Falle der Fig. l befinden sich die Schwingungserreger E,,E an den beiden frei schwingenden Schmalseiten des Prüfstreifens. Treten die Knotenlinien - vgl. die in dieser Fig. l strich- liert eingezeichneten Linien - gleichzeitig, d. h. bei der gleichen Resonanzfrequenz, aufbeidenSei- ten des Streifens auf, so ist das betreffende Teilstück fehlerfrei. Wird hingegen eine Frequenzdifferenz gemessen, so sind Fehler vorhanden. Durch Verschiebung des Werkstückes bzw. des jeweiligen Prüfstreifens wird das gesamte Werkstück nach Fehlern abgetastet.
An Stelle der vorerwähnten, von beiden Seiten gegen das zu prüfende Werkstück drückenden Walzen oder Rollen können auch unter-oder oberhalb des Werkstückes angeordnete, an sich bekannte Elektromagnetrollen verwendet werden. Solche Elektromagnetrollen sind bei ferromagnetischen Prüfkörpern mit Vorteil zu benutzen, weil sie nur an einer Seite, nämlich entweder nur an der Ober- oder Unterseite des zu prüfenden Werkstückes angeordnet zu werden brauchen, mithin eine doppelseitige Einspannung des Prüfkörpers an dessen Begrenzungsrändern überflüssig machen.
Die Magnetrollen erzeugen nämlich infolge ihrer Magnetwirkung auf das zu prüfende Werkstück entlang der Berührungslinien gleichfalls Randknotenlinien, wobei die Magnetkraft durch Ändern der Stromerreger der Elektromagnetrollen der Dicke und Breite des zu prüfenden Werkstückes bequem anzupassen ist. Weiter ist es ohne weiteres möglich, die Elektromagnetrollen mit Eigenantrieb zu versehen, so dass sie zugleich den Weitertransport des Prüfkörpers übernehmen können.
Schliesslich ist es noch von Vorteil, wenn die Elektromagnetrollen parallel zu den Rollgangsrollen und in Längs-sowie in Querrichtung verschiebbar angeordnet werden. Dadurch kann die Einspannfläche des Prüfstreifens leicht geändert und den jeweiligen Prüfzwecken entsprechend angepasst werden. Die Ver- änderung des gegenseitigen Abstandes der Magnetrollen kann durch übliche Verstellmittel vorgenommen werden.
Der vorerwähnte Prüfvorgang lässt sich in folgender Weise automatisieren : Der Prier erzeugt die Resonanzschwingungen mit einem Wechselstromgenerator nacheinander auf beiden Seiten des Prüfstreifens und schaltet danach die Schwinger jeder Seite getrennt voneinander auf eine bekannte selbstoszillierende Schaltung, bei der an Stelle des Generators ein dicht neben dem Schwingungserzeuger angebrachter Schwingungsaufnehmer als Frequenzgeber tritt.
Wenn schmale Bandfilter in die selbstoszillierenden Schwingungskreise geschaltet werden, so genügt häufig irgendeine mechanische Erschütterung, ein Hammerschlag od. dgl., um die gewünschte Resonanzschwingung zu erzeugen. Die selbstoszillierenden Schwingungskreise auf beiden Schmalseiten des
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mit gleicher oder unterschiedlicher Frequenz schwingt, auch bei Änderung bzw. Aufspaltung der Resonanzfrequenzen als Folge von Fehlstellen.
Daran ändert sich auch nichts, wenn das Werkstück durch die Walzen oder Rollen der den Prüfstreifen begrenzenden Vorrichtung bewegt wird. Die Schwinger werden dann über Roll- oder Gleitkontaktaufsätze an die bewegten Prüfkörper angedrückt. Auf einem synchron mit dem Vorschub des Werkstückes transportierten Registrierstreifenwird die Frequenz oder die Periodendauer bzw. deren Differenz geschrieben. Änderungen der Aufzeichnungen deuten auf die Lage von Fehlstellen hin.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Frequenz-oder Periodendauerdifferenz synchron mit dem Vorschub des Werkstückes gleichzeitig in Form zweier gleicher Kurven geschrieben werden, die um einen der Breite des Prüfstreifens proportionalen Abstand s auf demRegistrierstreifen gegeneinander verschoben sind.
Fig. 6 veranschaulicht die diesbezüglichen Verhältnisse an einem Blech al mit einer Fehlstelle der Ausdehnung x in Längsrichtung des Bleches. Der Prüfstreifen der Breite s befindetsich anfangs, wie dargestellt, an der linken Schmalseite des Bleches al- und bewegt sich anschliessend nach rechts.
Die Differenzkurve Db ist der rechten Begrenzungslinie A-A des Prüfstreifens zugeordnetundmar- kiert an dem durch den Pfeil Fl gekennzeichneten Beginn der Auslenkung die linke Begrenzung der Fehlstelle.
Um ihre rechte Begrenzung zu erfassen, muss die Länge s vom Ende der Auslenkung abgezogen
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werden, denn der Fehler wird bei Verschiebung des Prüfstreifens in dem Augenblick erfasst, in dem er in den Streifen eintritt, jedoch erst für die Messung unwirksam, wenn er ihn ganz verlassen hat, so dass nicht die Fehlerlänge x, sondern stets x + s registriert wird. Dieser Schwierigkeit wird dadurch begegnet, dass man die gleiche Kurve noch einmal um s versetzt schreibt und dadurch der linken Begrenzungslinie B-B zuordnet. So kommt man zu der Kurve Dc, bei der das durch den Pfeil F2 markierte Ende der Auslenkung die gewünschte rechte Begrenzung der Fehlstelle x liefert.
Der Wert der relativen Frequenz-oder Periodendauerdifferenz ist, wie schon erwähnt, ein Mass für die Stärke einer gefundenen Fehlstelle. Diese zusätzliche wichtige Fehlercharakterisierung kann bei der vorbeschriebenen Registrierung dadurch berücksichtigt werden, dass die Empfindlichkeit des Registrierausschlages in der Weise mit der Frequenz geändert wird, dass der gleichen relativen Frequenz-Differenz bei allen Frequenzen stets ein gleich grosser Ausschlag auf dem Registrierstreifen entspricht.
Gegenüber der Prüfung des gesamten Werkstückes entfällt bei dem Teilprüfverfahren die Notwendigkeit einer definierten Aufbockung des Prüfkörpers. Ein Vorteil ist die objektive Fehleranzeige auf einem Schreibgerät, wodurch sich die subjektive Beobachtung und Beurteilung der Knotenlinien erübrigt. Im Vergleich zum Ultraschall-Durchschallungsverfahren mit starren Schallköpfen sind als Vorteile die Lükkenlosigkeitder Prüfung, die zusätzliche Angabe der Fehlerstärke sowie die Unabhängigkeit von einer Ankopplungsflüssigkeit, von vorhandenem Zunder und der Werkstücktemperatur zu nennen.
Weiter ist es nach der Erfindung noch möglich, die Knotenlinien anstatt durch Sand auch auf lichtoptischem Wege sichtbar zu machen, sofern die Schwingungsamplituden genügend gross sind. Gemäss Fig. 7 beleuchte ein unter dem Winkel ss schräg auf die Oberfläche des Werkstückes gerichtetes schmales Lichtbündel das Stück al-al der ruhenden Oberfläche.
Bei dem schwingenden Prüfling erfasst das gleiche Lichtbündel bei der maximalen Schwingungsamplitude x nach oben das Stück bl-bl, bei der grössten Auslenkung nach unten das Stück cl - Cl. Ein Beobachter sieht an der schwingenden Stelle nicht mehr den schmalen Lichtstreifen a'-a'der Länge s', sondern einen breiteren der Länge S', der näherungsweise durch die Beziehung
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gegeben ist.
Die Verbreiterung des Lichtstreifens s'verschwindet nur am Ort der Knotenlinien, die dadurch sichtbar werden. Sie wird schärfer erkannt, wenn Lichtblitzstroboskope benutzt werden, die mit der Erregerfrequenz synchronisiert und so phasenverschoben sind, dass das Werkstück nur bei der höchsten und tiefstenSchwingungsauslenkung b'-b' bzw. c'-c' beleuchtetwird.
Für die praktische Anwendung wird das Lichtbündel durch ein auf die Werkstückoberfläche unter entsprechend schrägem Winkel projiziertes System von Rasterpunkten oder Lichtstreifen ersetzt, deren Abmessungen der Prüfaufgabe anzupassen und so zu wählen sind, dass die Streifen und Rasterpunkte an den schwingenden Stellen zu einer strukturlosen Lichtfläche zusammenfliessen und nur an den Knotenlinien unverändert erhalten bleiben, so dass diese dadurch sichtbar werden.
Das vorbeschriebene Resonanz-Fehlstellen-Prüfverfahren setzt eine definierte Auflagerung bzw.
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fig werden die zu prüfenden Werkstücke, wie insbesondere Mittel- und Grobbleche, im Rollgang transportiert.
Hier entsteht dann die Aufgabe, die Bleche während einer kurzen Unterbrechung ihrer Transportbewegung prüfen zu können. Es kommt also darauf an, das den Rollgang passierende, zu prüfende Werkstück vorübergehend in eine ausgerichtete Prüflagerstellung zu bringen und es nach vollzogener Prüfung wieder dem Rollgang zum Weitertransport zu übergeben. Eine hiezu besonders geeignete Vorrichtung ist gleichfalls Gegenstand der Erfindung. Sie besteht im wesentlichen aus oberhalb des Rollganges an Längsträgern verfahrbaren Laufkatzen mit querbeweglichen Auflagerhaken und aus zwischen oder neben den Rollgangsrollen versenkbaren Hubmitteln sowie querverstellbaren Zehtrierwangen für das Heben und Ausrichten der zu prüfenden Werkstücke.
Die Laufkatzen, die an ihnen befindlichen Auflagerhaken sowie die Hubmittel und die Zentrierwangen sind dabei über miteinander gekuppelte Stell- oder Regelmotoren, Hydraulikantriebe, elektrische Tast-oder Endschalter u. dgl. so aufeinander abgestimmt zu bewegen, dass das zu prüfende Werkstück selbsttätig von dem Rollgang in die ausgerichtete Prüflagerstellung gebracht und danach wieder an den Rollgang abgegeben werden kann.
Für das ausgerichtete Überführen der den Rollgang passierenden Werkstücke in die Prüflagerstellung
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gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten : Es kann einmal die Ausrichtung des Werkstückes symmetrisch zur Längsmitte des Rollganges erfolgen, wobei dann die an das zu prüfende Werkstück längsseitig heran- zubringenden Auflagerhaken und Zentrierwangen jeweils gleichmässig von aussen nach innen aufeinander zu bewegen sind. Es kann aber auch die Ausrichtung des Werkstückes zu einer Seite des Rollganges hin vorgenommen werden, wobei dann an Stelle derZentrierwangen vorteilhaft auf einer Seite hebbare Kippschienen und an der Kippseite liegende feste Anschläge treten.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung sowie deren vorteilhafte Wirkungs- weise seien an Hand eines in den Fig. 8-12 der Zeichnungen grösstenteils schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben, bei dem die Ausrichtung des Werkstückes zur Längsmitte des Rollganges erfolgt. Dabei zeigt Fig. 8 die Vorrichtung in teilweise geschnittener Seitenansicht mit auf den Rollgangsrollen aufliegendem, in seiner vorderen Anschlagstellung befindlichem Prüfkörper in Gestalt eines rechteckig geschnittenen Bleches, Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Ansicht, jedoch mit vom Rollgang abgehobene Blech und daran bereits herangefahrenen Auflagerhaken, und Fig. 10 die zu Fig. 9 gehörige Draufsicht, während die Fig. 11 und 12 die zu den Fig. 8 und 9 gehörigen Stirnansichten darstellen.
Die Vorrichtung zur vorübergehenden Prüflagerung von den Rollgang passierenden Blechen ist mit drei Trägern A, B, C (s. Fig. 10) ausgerüstet, die in Längsrichtung des Rollganges verlaufen und oberhalb der Rollgangsrollen D in geringem Abstand von ihnen angebracht sind. Der mittlere Längsirä- ger B verläuft genau über der Längsachse bzw. Mitte des Rollganges. Die Träger A, B und C sind etwas länger als das längste zu prüfende Werkstück E. An den Längsträgern sind zwei oder mehrere Laufkatzen verfahrbar angeordnet.
Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um zwei Laufkatzen 5 und 8, die jeweils über eine Vierpunkt-Rollenauflagerung 5b an den Längsträgern aufliegen. An der in Rollgangsrichtung vorderen Laufkatze 5, die an den beiden äusseren Längsträgern A und C verfahrbar ist, sind zwei kurze starre Auflagerhaken 6 in der aus Fig. 9 ersichtlichen Weise quer verfahrbar gelagert. Sie können über einen nicht dargestellten Antrieb gleichmässig von aussen nach innen aufeinanderzu bewegt werden.
An der rückwärtigen, an dem mittleren Längsträger B und dem äusseren Längsträger C verfahrbaren Laufkatze 8 ist gleichfalls ein kurzer Auflagerhaken 7 vorgesehen, der die gleiche Länge wie die Auflagerhaken 6 besitzt, jedoch starr an der Laufkatze 8, u. zw. genau unter dem Längsträger B, angebracht ist.
Zwischen den Rollgangsrollen D sind in horizontaler Richtung quer zur Rollgang-Längsachse verfahrbare Zentrierwangen 2 vorgesehen, u. zw. zwei gleiche räumlich voneinander getrennte Gruppen 2a und 2b, denen die Aufgabe zufällt, ein schräg ankommendes oder ausserhalb der Rollgangsachse liegendes Werkstück durch seitwärtige Verschiebung genau in die Rollgangsachse zu bringen. Zu diesem Zweck sind die Zentrierwangen 2a und 2b im Rollgangsbett schlittenförmig geführt und über ein aus den Fig. 11 und 12 ersichtliches Zahnstangengetriebe F od. dgl. und eine Antriebswelle gemeinsam anzutreiben, u. zw. derart, dass sie ebenso wie die Auflagerhaken 6 an der Laufkatze 5 gleichmässig von aussen nach innen aufeinanderzu zu bewegen sind.
Weiter befindet sich zwischen den Rollgangsrollen D an dem einen Ende der Längsträger A, B und C ein versenkbarer Anschlag 1, der mit Kontakten zum Anhalten der heranrollendenPrüfkörper versehen ist. In der gleichen Höhe ist zwischen den beiden Teilen des Anschlages 1 in der Rollgangsmitte ein nach oben herausfahrbares Auflager 4 für die Vorderkante des zu prüfenden Werkstückes vorgesehen. Schliesslich sind zwischen den Rollgangsrollen D noch mehrere hydraulisch oder elektrisch zu betreibende Hubstempel 3 zum Anheben des zu prüfenden Bleches vorhanden.
Auf der hinteren Laufkatze 8 ist noch ein querverfahrbarer angeordneter Schwingungserreger 9 vorgesehen, der nach unten an die Blechhinterkante herangeführt werden kann. Ein weiterer Schwingungserreger 11 ist auf einem in Höhe des vorderen Auflagers 4 bzw. der hier befindlichen Anschläge 1 quer verstellbaren Schlitten 10 vorgesehen, mit dessen Hilfe der Schwingungserreger 11 an die Blechvorderkante herangefahren und hier gegen das Blech von unten herangeführt werden kann.
Die vorbeschriebene Vorrichtung zur vorübergehenden Prüflagerung der den Rollgang passierenden Werkstücke arbeitet wie folgt : Während das zu prüfende Blech E heranrollt (in den Fig. 8-10 von links kommend), wird der zunächst versenkte Anschlag 1 mit seinen Kontakten in dieHöhegefahren. Letztere bewirken, dass das zu prüfende Blech E mit seiner Vorderkante genau am Anschlag 1 zumste- hen kommt. Bei grösserer Rollgangsgeschwindigkeit muss dazu eine zweite Kontaktvorrichtung, die die Bewegung des Bleches rechtzeitig abbremst, an einer vorgelagerten Stelle des Rollganges vorgeschaltet werden.
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Danach wird die Lage des ruhenden Prüfkörpers E in bezug auf die Rollgangsachse durch die seit- lich mit gleicher Geschwindigkeit heranfahrenden, stets symmetrisch zur Rollgangsachse stehenden Zen- trierwangen 2a und 2b korrigiert, das Prüfblech also genau unter den mittleren Träger B gescho- ben (Fig. 11). Nach Beendigung dieses Arbeitsvorganges fahren die Zentrierwangen 2a und 2b in ihre
Ausgangsstellung am Rand des Rollganges zurück.
Sofern der Zentriervorgang die Vorderkante des Bleches E am Anschlag 1 verschoben hat, wird ihre Lage anschliessend korrigiert, das Prüfblech also wieder gegen den Anschlag gedrückt. Danach heben die Hubstempel 3 oder geeignet angebrachte Lastmagnete, Lasthaken od. dgl. den Prüfkörper ein kur- zes Stück in die Höhe (Fig. 9 und 12). Mit ihnen bewegt sich auch das vordere Auflager 4 in die Höhe, ohne jedoch das Werkstück zunächst zu berühren.
Gleichzeitig damit oder anschliessend fahren die Laufkatzen 5, 8 mit ihren Auflagerhaken 6 bzw. 7 von ihrer Ruhelage am hinteren Ende der Träger (links in den Fig. 8-10) an das Werkstück E heran, bis der hintere Auflagerhaken 7, der sich im Falle unterhalb des mittleren Trägers B befindet, an den Prüfkörper anstösst und hier durch elektrische Kontakte zum Stillstand kommt. Sein Abstand vom vorderen Anschlag 1, der gleichbedeutend mit der Länge des Werkstückes ist, wird als Regelgrösse auf die Stellmotoren der übrigen Laufkatzen übertragen, um diese genau an die vorbestimmten Stellen des Prüfkörpers zu bringen, z. B. bei der symmetrischen Vierpunktauflagerung gemäss den Fig. 8-10 genau in die Mitte des Werkstückes.
Die seitlichenAuflagerhaken 6 der Laufkatze 5 befinden sich während dieser Bewegung am Rande des Rollganges, damit sie nicht mit dem Prüfkörper kollidieren können. Vorwiegend bei symmetrischer Vierpunktauflagerung kann die Laufkatze 5 auch über mechanische Kopplungsglieder von der Laufkatze 8 bewegt werden. Nachdem die Laufkatze 5 die vorgegebene Stelle - im betrachteten Fall die Mitte des Bleches - erreicht und in der Bewegung innegehalten hat, bewegen sich die beiden Auflagerhaken 6 vom Rollgangrand an das Werkstück heran, bis sie es berühen.
Der hintere und die seitlichen Auflagerhaken 7 bzw. 6 haben somit ihre Messstellung erreicht.
Anschliessend bewegen sich die vertikalen Stempel 3 abwärts, wobei sie das Werkstück auf den drei Auflagerhaken 6,7 und dem vorderen Auflager 4 absetzen. Damit ist der Aufstützvorgang für den Prüfkörper beendet.
Um mit der Prüfung beginnen zu können, müssen sich zu diesem Zeitpunkt auch die Schwingungserreger 9,11 genau an ihrem Platz befinden. Im Ausführungsbeispiel ist angenommen worden, dass an beiden Schmalseiten mit zwei Schwingungserregern an den Ecken des Bleches gearbeitet wird. Der vordere Schwinger 11 wird zweckmässigerweise von unten, der hintere 9 von oben an den Prüfkörper herangeführt. Beide sind senkrecht zur Rollgangsachse verfahrbar, der vordere 11 auf dem Schlitten 10, der hintere 9 mit Hilfe der Laufkatze 8, die mit dem Auflagerhaken 7 verbunden und in Fig. 10 in zwei verschiedenen Stellungen 8a und 8b dargestellt ist.
Damit die vorgegebenen Ecken des Werkstückes E von den Schwingungserregern vollautomatisch gefunden werden, ist ihre Bewegung quer zum Rollgang mit der Horizontalbewegung der Zentrierwangen 2 gekoppelt, d. h. während diese das Werkstück ausrichten und dabei seine Breite erfassen, bewegen sich die Schwinger mit Hilfe von Stellmotoren quer zum Rollgang bis zum Rand des Prüfkörpers oder bis zu einer andern Stelle und halten dort beim Stillstand der Zentrierstempel auf deren Kommando hin inne.
Weiter muss automatisch der vertikale Abstand der Schwingungserreger 9,11 von der Oberfläche des Werkstückes E eingestellt werden. Das erfolgt beispielsweise mit einem am Schwinger angebrachten Taststift, der bei Berührung mit der Oberfläche einen Kontakt betätigt, wodurch der an das Werkstück heranfahrende Schwinger in seiner vertikalen Bewegung abgebremst wird.
Tauchspulen, die mit vorgegebener Kraft an das Werkstück angedrückt werden müssen, werden beispielsweise mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Kraftmess-und Regelvorrichtung in die gewünschte Lage gebracht. Das vertikale Heranfahren der Schwingungserreger an die Oberfläche erfolgt gleichzeitig mit dem letzten Arbeitsgang des Aufstützvorganges, nämlich dem Absenken der Stempel 3, so dass das Werkstück danach sofort zur Messung bereit ist. Bei sachgerechter Konstruktion benötigt der beschriebene Aufstützvorgang nur sehr wenig Zeit.
In noch kürzerer Zeit kann das Werkstück selbsttätig an den Rollgang zurückgegeben werden. Zunächst fahren die Stempel 3 in die Höhe und übernehmen die Auflagerung des Prüfkörpers. Gleichzeitig entfernen sich die Schwingungserreger in vertikaler Richtung von der Oberfläche und bewegen sich weiter in ihre Ausgangs- bzw. Ruhelage am Rollgangrand. Danach kehren die Laufkatzen mit ihren von der Last befreiten Auflagerhaken in die Ruhestellung am linken Trägerende zurück. Die seitlichen Auf-
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lagerhaken 6 fahren gleichzeitig zum Rand des Rollganges.
Anschliessend wird der Prüfkörper durch Einfahren der Hubstempel 3 auf den Rollgang abgesenkt.
Gleichzeitig senken sich das vordere Auflager 4 und der Anschlag 1. Schliesslich sorgt ein Kontakt für die Inbetriebnahme des Rollganges, d. h. für den Weitertransport des geprüften Werkstückes und den
Herantransport des nächsten Prüfkörpers.
Die vorbeschriebene Vorrichtung kann im Rahmen der Erfindung so abgeändert werden, dass sie die
Ausrichtung des zu prüfenden Werkstückes E auf eine Seite des Rollganges hin bis an einen Anschlag am Rollgangrand, also eine Seitenausrichtung erlaubt. Diese Ausrichtung erfolgt vorteilhaft durch An- kippen des Werkstückes zu der betreffenden Seite hin. Der wesentliche Vorteil einer solchen Vorrichtung besteht darin, dass zur Beendigung des Ausrichtungsvorganges keine je nach der Breite und Dicke des zu prüfenden Werkstückes veränderbar einzustellenden Endschalter auf der Basis von Kraft- oder Längen- messungen verwendet werden müssen.
Zum Unterschied von der erstgenannten Vorrichtung müssen die Längsträger A und C so hoch angeordnet sein, dass der darunter befindliche Prüfkörper E angekippt werden kann. Der mittlere Längsträger B entfällt. An die Stelle der horizontal verschiebbaren Zentrierwangen 2 treten vorteilhaft einseitig hebbare Kippschienen mit an der Kippseite gelegenen, festen Anschlägen.
Der Lasthaken 7 der hinteren Laufkatze 8 ist jetzt nicht nur in Richtung des Rollganges sondern auch quer dazu verschiebbar. Das vordere Auflager 4 wird durch einen quer beweglichen Lasthaken ersetzt. Die beiden Lasthaken 6 der mittleren Brücke (Laufkatze 5). werden mit der hinteren Brücke (Laufkatze 8) elektrisch oder mechanisch derart gekuppelt, dass sie beispielsweise immer in der Mitte zwischen vorderem und hinterem Auflagerhaken stehen. Sie sind wie im ersten Ausführungsbeispiel quer verschiebbar.
Die Arbeitsweise der die Seitenausrichtung des Prüflinges E ermöglichenden Vorrichtung entspricht sinngemäss der oben beschriebenen Längsmittenausrichtung. Das Werkstück E rollt heran und wird nach Passieren einer Marke zum Bewegungsstillstand gebracht. Durch das Abschalten des Rollganges werden die Kippschienen einseitig bis zu einem vorgegebenen, unter 900 liegenden Kippwinkel angehoben, bei dem der Prüfkörper mit Sicherheit durch sein eigenes Gewicht an den Anschlag am Rand des Rollganges rutscht und sich dadurch ausrichtet.
Danach werden die Kippschienen wieder abgesenkt. Das Ende des Absenkens löst ein Weiterrollen des Prüfkörpers aus, das mit Erreichen einer zweiten Marke beendet wird. Dadurch wird das Anheben des Prüfkörpers E durch die Hubstempel 3 oder andere geeignete Hebevorrichtungen, wie Lastmagnete, Krane, Winden od. dgl., bis zur vorgegebenen Höhe eingeleitet.
Bei deren Erreichen werden folgende Arbeitsvorgänge gleichzeitig ausgelöst : Der vordere und hintere Auflagerhaken, die antriebsmässig elektrisch oder mechanisch miteinander gekuppelt sind, werden quer zur Mitte des Prüfkörpers verfahren. Der hintere Auflagerhaken 7, d. h. die hintere Brücke (Laufkatze 8), fährt längs heran. Hiemit gekuppelt fährt auch die mittlere Brücke (Laufkatze 5) zur Mitte des Prüfkörpers. Das Erreichen des Prüfkörpers E durch den hinteren Auflagerhaken 7 löst das Querverfahren der mittleren Auflagerhaken 6 aus.
Wenn alle Auflagerhaken in ihre Arbeitsstellung gefahren sind, werden die Hubstempel 3 abgesenkt. Damit gekoppelt ist die Vertikalbewegung der Schwingungserreger 9,11, die in diesem Falle nicht quer zum Rollgang bewegt zu werden brauchen. Der hintere Schwingungserreger 9 ist an der hinteren Brücke (Laufkatze 8) angebracht und wird so in Längsrichtung mit dem hinteren Auflagerhaken 7 in seine Arbeitsstellung verfahren. Mit dem Erreichen der Arbeitsstellung der Schwingungserreger 9,11 ist das Werkstück E zur Prüfung bereit.
Nach der Prüfung erfolgt die Rückgabe des Prüfkörpers E an den Rollgang sinngemäss wie oben bei der Längsmittenausrichtung des Prüfkörpers beschrieben : Die vertikalen Stempel 3 werden gehoben und übernehmen die Stützung des Prüfkörpers. Gleichzeitig fahren die Schwingungserreger 9, 11 vertikal in ihre Ausgangsstellung zurück. Alle Auflagerhaken fahren gleichzeitig in ihre Ruhestellung ; der vordere und die mittleren quer zum Rand, der hintere quer zum Rand und längs zum hinteren Trägerendebzw. bei kürzeren Prüfkörpern bis zu einer verstellbaren Marke.
Wenn der vordere Auflagerhaken so weit quer verschoben ist, dass der Prüfkörper frei ist, beginnt die Absenkung der vertikalen Stempel 3, die mit dem Niederlegen des Prüfkörpers auf den Rollgang beendet ist. Der Rollgang läuft an, transportiert das geprüfte Werkstück weiter und bringt einneuesheran.