CH510258A

CH510258A - Verfahren zum Feststellen von Rissen in einem Prüfling sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

Info

Publication number: CH510258A
Application number: CH755369A
Authority: CH
Inventors: Widmer Hans
Original assignee: Schweizerische Eidgenossenschaft Flugzeugwerk
Priority date: 1969-05-19
Filing date: 1969-05-19
Publication date: 1971-07-15

Description

Verfahren zum Feststellen von Rissen in einem Prüfling sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen von Rissen in einem Prüfling, bei welchem die frequenzbestimmende Induktivität eines HF-Generators in Form einer Spule über die Oberfläche eines Prüflings geführt wird, um bei Vorliegen eines Risses infolge der Induktivitätsänderung bei Änderung des durch den Prüfling verursachten Dämpfungswiderstandes eine Frequenzänderung zu erzeugen, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.

Die bekannten Verfahren können bezüglich Emp- findlichkeit der Angabe nicht genügen, da insbesondere im Flugzeugbau Anrisse im Zustand ihrer Entstehung feststellbar sein müssen, um Havarien oder sogar Unglücksfällen infolge Bruch von Flugzeugteilen vorzubeugen. Die vorliegende Erfindung bezweckt diese bestehende Lücke auszufüllen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man der Frequenz des Generators eine feste Frequenz überlagert, um durch Erzeugung einer Differenzfrequenz die Empfindlichkeit der Anzeige zu erhöhen.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand eines Schaltschemas einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens erläutert.

Im Schema ist ein Hochfrequenzgenerator 1 dargestellt, sowie ein zu Eichzwecken einstellbarer Hochfrequenzgenerator 2. Diese beiden HF-Generatoren 1 und 2 führen zu einem Mischer 3, in welchem die Frequenzen gemischt werden, so dass am Ausgang des Mischers 3 die Frequenzdifferenz aus den Frequenzen F1 des HF Generators 1 und F2 des Eich-HF-Generators 2 erscheint. Dem Mischer 3 ist ein Frequenzmesser 4 nachgeschaltet und parallel zu diesem ein Kopfhörer 11.

Dem Frequenzmesser 4 folgt ein Anzeigeinstrument 13 sowie ein dazu paralleler Gleichstrom-Messwertausgang 15, welcher erlaubt, wie später erläutert, die Frequenzdifferenzwerte bzw. Schwebungen F1-F2 diagrammässig festzuhalten.

Am HF-Generator 1 ist eine Sonde mit einer Wicklung 6 angeschlossen. Sie ist weiterhin mit einem Sondenstellungspotentiometer 17 verbunden, das von einer Gleichstromquelle 18 gespeist wird und an einen Ausgang 19 für die Angabe der Sondenstellung angeschlossen ist. In der Figur ist ferner ein Ausschnitt aus einem Prüfling 8 mit einem Riss 9 ersichtlich, der sich in der Oberfläche 10 des Prüflings 8 befindet.

Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist die folgende:
Die Frequenzbestimmende Spule 6 in der Sonde des HF-Sinus-Generators 1 wird an eine auf Risse zu prüfende Oberfläche 10 eines Prüflings 8 herangeführt, bzw. in eine zu prüfende Bohrung eingeführt. Der Prüfling muss aus elektrisch leitendem Material bestehen.

Das zu prüfende Material in unmittelbarer Nähe der Spule 6 wirkt wie eine Abschirmung und hat eine Verkleinerung der Induktivität zur Folge gemäss folgender Formel:
EMI1.1
L': Induktivität mit angesetzter Sondenspule (Abge schirmt) L1: Induktivität ohne Abschirmung M: Gegeninduktivität zwischen Spule und Abschir mung K: Kopplungsfaktor R-: Widerstand der Abschirmung
Hieraus ist ersichtlich, dass bei einer Widerstands änderung (R2.) im Prüfling infolge eines Risses daraus eine Induktivitätsänderung der frequenzbestimmenden Induktivität 6 der Sonde und demzufolge auch eine Frequenzänderung des HF-Generators 1 resultiert.

Vor einer Messung wird die Frequenz Fi, des Vergleichsgenerators 2 auf eine aus praktischen Gründen um ca. 100Hz kleinere Frequenz eingestellt, als diejenige Frequenz, die sich am Generator 1 ergibt, wenn die frequenzbestimmende Sondenspule 6 an einem Eichstück angesetzt oder in eine Bohrung eingetaucht wird. Wenn nun die Spule 6 der Sonde in den Bereich des Risses 9 gelangt, so ändert die Frequenz des HF Generators 1 infolge der Oberflächenwiderstandsände- rung des Prüflings 8 auf F1'. Diese Frequenzänderung zeigt nicht nur an, dass ein Riss 9 vorhanden ist, sondern auch dessen Grösse, wie anschliessend erläutert wird.

Führt man die Sonde über den Riss 9 so entsteht am Ausgang des Mischers 3 eine Schwebefrequenz F1¯F2. Ändert sich beispielsweise die Frequenz des HF-Generators 1 bei einer vom Material abhängigen Grundfrequenz von zwei MHz und für Generator 2 zwei MHz minus 100 Hz infolge eines kleinen Risses um nur 5 x 10- 0 so ergibt dies bereits eine Ausgangsfrequenzänderung nach dem Mischer 3 von 10 Hz. Die entstehende Schwebung weist demnach eine Frequenz von 110 Hz auf. Die Verwendung hoher Frequenzen, z. B. > 5 MHz, lässt mithin die Feststellung kleinster Anrisse zu.

Die Ausgangsfrequenz aus dem Mischer 3 wird mittels des Frequenzmessers 4 in eine frequenzproportionale Gleichspannung umgewandelt, welche am Anzeigeinstrument 13 ablesbar ist und zu Registrierzwekken an der Buchse des Messwertausganges 15 abgegriffen werden kann. Zusätzlich ist nach dem Mischer 3 ein Kopfhörer 11 angeschlossen, in welchem sich ein Riss 9 durch einen Pfeifton äussert, dessen Frequenz mit der Tiefe des Risses ansteigt, da die Schwebefrequenz infolge Vergrösserung der Änderung von F1 steigt.

Im vorliegenden Beispiel ist die Spule 6 der Sonde, welche in Pfeilrichtung über die Oberfläche 10 geführt wird, mechanisch mit dem Sondenstellungspotentiometer 17 gekoppelt; dessen Ausgangsspannung erscheint an den Ausgangsbuchsen 19. Die Sonde kann mit Handoder Motorantrieb versehen werden. Mit Hilfe eines entsprechenden Schreibgerätes, z.B. eines XY-Schreibers, der an die beiden Ausgangsbuchsen zu 15 und 19 angeschlossen wird, kann eine Kurve erstellt werden, welche die Tiefe des Risses 9 in Funktion der Sondenlage darstellt, sofern vorher die Apparatur mittels eines Eichstückes aus gleichem Material und mit bekannter Risstiefe geeicht wurde.

Die am Messwertausgang 15 abgreifbare Gleichspannung ist ungefähr proportional der Risstiefe. -
Durch die Erzeugung einer Schwebefrequenz kann die eingangs erwähnte Empfindlichkeit um einige 10-er Potenzen erhöht und damit Risse schon bei ihrem Entstehen festgestellt werden, was mit den bisherigen Geräten nicht möglich war.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. Verfahren zum Feststellen von Rissen in einem Prüfling, bei welchem die frequenzbestimmende Induktivität eines HF-Generators in Form einer Spule (6) über die Oberfläche eines Prüflings geführt wird, um bei Vorliegen eines Risses infolge der Induktivitätsänderung bei Änderung des durch den Prüfling verursachten Dämpfungswiderstandes eine Frequenzänderung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass man der Frequenz (F1) des Generators (1) eine feste Frequenz (F2) überlagert, um durch Erzeugung einer Differenzfrequenz (F1-F2) die Empfindlichkeit der Anzeige zu erhöhen.

II. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch zwei HF-Generatoren (1, 2), von welchen einer (1) eine Tastsonde (6) speist und der andere als frequenzeinstellbarer Eich Generator (2) ausgebildet ist, und durch einen Frequenzmischer (3) sowie diesem nachgeschaltete Anzeige mittel (11, 13, 15).

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Wechselspannung mit der Differenzfrequenz (F1¯F2) in eine Gleichspannung umwandelt.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Speisefrequenz einer Abtastsonde (6) mindestens 5 MHz wählt, zwecks Verringerung der Eindringtiefe und Erfassung kleinster Risse.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigemittel als Kopfhörer (11) oder Anzeigeinstrument (13) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass dem Frequenzmischer (3) ein Frequenzmessgerät (4) nachgeschaltet ist, in dem die von allfälligen Rissen des Prüflings beeinflusste Ausgangsfrequenz in eine frequenzproportionale Gleichspannung umgewandelt wird.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (6) mit einem zur Bestimmung der Sondenstellung Potentiometer (17) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der Sondenstellung entsprechende Spannung an einem Ausgang (19) abgreifbar ist.

7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6 gekennzeichnet durch einen Koordinatenschreiber, welcher an Buchsen für die Sondenstellung (19) und die Messwerte (15) angeschlossen, die Risstiefe in Funktion der Sondenlage graphisch darstellt.

8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde eine dem Verwendungszweck in Form und Grösse angepasste Zylinder-Wicklung (6) aufweist, zwecks Abtastung von der Wicklung gegenüberliegenden Metalloberflächen auf Fehlerfreiheit.

9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (6) der Sonde, speziell zur Abtastung von ebenen Flächen, zur Verminderung des Streufeldes in einen einseitig offenen Topfkern eingebaut ist.