CN103620366A - 用于检查磁性工件的方法和测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于检查磁性工件(2)的方法包括以下步骤:在未受负载的情况下测量工件(2)上的内部机械应力;在受到负载的情况下测量工件(2)上的内部机械应力;借助于这两次测量为至少一个测量点建立校准函数(7);在考虑校准函数(7)的情况下测量在这至少一个测量点上的、从外部施加的机械应力。

Description

用于检查磁性工件的方法和测量装置
技术领域
本发明一般地涉及用于检查磁性工件的一种方法和一种测量装置并且特别地涉及对磁性工件内部的机械应力的检查。
背景技术
在制造或加工工件时,如果对工件进行改型处理或工件通过硬化过程、上表面处理和/或焊接过程受到热负载,那么便可能产生内部机械应力,例如所谓的冻结应力。
在测量机械应力时,测量结果的精确性在很大程度上受到始终存在于待测量的材料中的冻结应力的影响。
例如在对用于发电站的轴进行功率测量时,基于冻结应力而不能应用非接触式工作的磁弹性传感器。而实施其它类型的测量则仅能达到一定程度的精确度。
发明内容
本发明的目的在于,使对磁性工件内部的机械应力的检查得以简化。
根据本发明,该目的通过权利要求1以及9所述的特征实现。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中进行限定。
根据第一方面,本发明涉及一种用于检查磁性工件的方法,其具有以下步骤:
-测量在未受负载时工件上的内部机械应力;
-测量在受到负载时工件上的内部机械应力;
-借助于这两次测量为至少一个测量点建立校准函数;
-在考虑校准函数的情况下测量在该至少一个测量点上的、由外部施加的机械应力。
对冻结应力和其在施加负载时的行为的了解能够实现对例如发电站中的轴的功率传输的高精度的测量。利用该方法能够达到等级约为+/-1%的精确度。由于内部机械应力以及冻结应力会在局部发生变化,因此为每一测量点均建立校准函数。存在这样的可能性,即观察某一个或多个测量点或者观察工件的整个上表面,在这种情况下,校准函数可以包含一个图表(Karte)。通过对测量点上的内部机械应力的了解,对从外部施加的机械应力的测量的精确度能够通过利用校准函数进行的校正而得到提高。校准函数也可以包含多个参数,其中,待使用的参数是可以进行选择的。
为了进行测量可以应用磁弹性传感器。磁弹性传感器是基于对磁性渗透率变化的测量的。该传感器能够例如用作例如可测量轴的功率传输的转矩传感器。也可应用磁致伸缩式传感器。
校准函数可以包括校准曲线。借助于校准曲线能够以简单的方式和方法示出和处理冻结应力。因此,冻结应力的值可以是对于每个测量点的补偿。
依据校准曲线的斜率能够识别工件的材料中的缺陷。例如当材料的状态正常时,曲线的斜率是平缓和线性的。当在材料中出现缺陷时、例如出现缩孔时,曲线的斜率会发生变化。这一变化是能够被观察到的,这是由于虽然存在晶格缺陷,但力仍须被传输,然而,只有完好的材料才能实现力的传输。由此提高了在该区域内的应力并且通过校准曲线的斜率的变化能够观察在该区域内应力。该方法因此也适用于进行材料检查。
用于建立校准函数的测量可以在不同的温度下实施。恰恰是当不同工作状态下在温差较大时,在不同温度下实施的测量能提高检查的精确度。校准函数由此具有另一自由度或另一范围(Demension),其能够实现更精确的调整或调节。
用于建立校准函数的测量可以在用于进行测量的传感器的不同位置上实施。因此能够考虑到和校正传感器的距离相关性并在另外的范围内提高精确度。
校准函数可以包括一个内部机械应力图表。利用该图表能够为工件上的任一点或者也可以仅为某一分量建立校准函数或例如补偿值的校准值。通过对工件或材料在每个位置上的冻结或内部应力的了解能够在工件的每个点上测量从外部施加的机械应力,而不会受到内部应力的干扰。
为了测量从外部施加的机械应力,可以对用于进行测量的传感器的位置情况、与工件的距离和/或温度进行说明。所有或某些检测到的数据或参数均能够被用于测量从外部施加的机械应力。可以将检测到的数据输入到测量-或处理装置的控制器中或输入到专门的测量计算机中并且在那里用于进行校正。
根据本发明的另一方面,本发明设计一种用于检查磁性工件的测量装置,其具有用于检测工件上的机械应力的传感器和用于处理测量值的控制器,该控制器适用于建立用于校正对从外部向工件施加的机械应力进行的测量的校准函数。
可以将测量装置构造为独立装置、也可以构造成用于工件、例如车床或用于进行最后的上表面处理的机器的加工系统的组件或模拟器的组件。传感器不仅能够检测内部的、而且也能够检测外部的机械应力。控制器从对内部机械应力或冻结应力的测量中建立校准函数,利用该校准函数对从外部施加的机械应力的测量进行校正。
传感器可以是磁弹性传感器。磁弹性传感器是基于对磁渗透率变化的测量的。该传感器能够例如用作例如可测量轴的功率传输的转矩传感器。也可应用磁致伸缩式传感器。
传感器可以布置在多轴系统上,从而能够与工件保持距离的、沿工件和/或在它的定向上调整传感器。通过这种方式能够使传感器的各种可能性和工件的实际情况在最优化地相互适配。
测量装置可以包括用于向工件施加转矩的装置。由此能够向工件施加负载并且由此在受到负载的情况下实施测量。该装置可以是测量装置的组件,或者也可以配属于例如与测量装置相耦合的加工系统。但测量装置也可以是加工系统的组件、例如机床或类似装置等。
工件可以是轴。当工件为轴时,磁弹性传感器特别适宜用作转矩传感器。
附图说明
后面依据附图详细地说明本发明,图中示出:
图1示出根据本发明的、用于检查磁性工件的测量装置的示意图。
图2示出根据本发明的、用于检查磁性工件的方法的流程图。
附图仅用于说明本发明并且不限于此。附图和单个部件不必完全按比例画出。相同的参考标号表示相同的或类似的部件。
具体实施方式
图1示出用于检查磁性工件2的测量装置1,磁性工件在这里示例性地为例如能够应用在发电站中的轴的形式。
工件2张紧在容纳装置3中,以便固定工件2。工件2可以位置固定(ortsfest)地固定,或者可以绕旋转轴2a运动。测量装置1可以是独立装置、也可以与加工系统相组合或者是加工系统的组件。该加工系统可以是例如机床或类似装置。
利用磁弹性的或磁致伸缩式的传感器4能够检查工件,例如进行功率测量或材料检查。磁弹性传感器是基于对磁渗透率变化的测量的。该传感器能够例如用作例如可测量轴的功率传输的转矩传感器。
传感器4固定在多轴系统5上,传感器4能够利用该多轴系统沿工件2、即平行于旋转轴2a地,和在工件2的方向上、即垂直于旋转轴2a地移动(verfahren),以便能够由此到达上表面的所有区域或至少一个或多个所选区域。此外还能够改变传感器4的定向,以便例如能够由此实现传感器4在上表面上的相应部段的始终垂直的对准。
传感器4与用于处理测量值的控制器6相连接,该控制器适用于建立用于校正对从外部施加到工件2上的机械应力进行的测量的校准函数7。控制器6能够进一步控制容纳装置3、工件2的旋转以及加工系统或模拟装置的功能。控制器6可以额外地实施或者为现有的控制器的、例如车床的组件。
借助于用于向工件2施加静止力矩的装置8能够在受到负载的情况下实施测量或者模拟轴的功率传输。可以机械地或例如借助于涡流施加力矩。
通过图2说明用于检查工件2的方法。
在第一步骤10中,在未受负载的情况下测量工件2上的内部机械应力。为此使传感器4沿工件2运动,以便由此产生覆盖整个上表面或者其中一定的部分的测量数据的图表。这些测量数据被储存在控制器6中。
在第二步骤11中,在受到负载的情况下测量工件2上的内部机械应力。为此由装置8向工件2上施加静止力矩。传感器4再次沿工件2运动,以便由此产生由覆盖整个上表面或者其中一定的部分的测量数据的图表。理想状态下,在第二次测量中采用相同的测量点。这些测量数据也被储存在控制器6中。
在第三步骤12中,借助于这两次测量为至少一个测量点建立校准函数7。该校准函数7可以包括冻结应力的图表。利用该校准函数7来获得在每一位置或测量点上工件2的内部机械应力或冻结应力的认识。内部应力的值可以表示为补偿值,随后在下次测量从外部施加的机械应力时将从届时获得的测量结果中减去该值。也存在这种可能性,即将单个校准参数输入测量系统中并且在测量时直接参考这些校准参数,即不建立专门的校准函数,而是在一定程度上利用间接包含在测量函数中的校准函数。
在第四步骤13中,在不同的温度下实施用于建立校准函数7的测量。通过这种方式,校准函数也能够平衡例如用于不同工作状态的不同温度。
在第五步骤14中,在用于测量的传感器4的不同位置上实施用于建立校准函数7的测量。通过这种方式能够由校准函数7附加地校正传感器4与工件2的距离相关性。
两个步骤13和14是可选的。两个步骤均能够在受到和/或未受负载的情况下进行测量。步骤10至14的测量结果被储存在控制器6中并被归纳为校准函数7.
在第六步骤15中,在参考校准函数7的情况下测量在至少一个测量点上的从外部施加的机械应力。该机械应力可以例如由装置8或另一装置、例如模拟器施加。
在第六步骤中可以要么附加的,要么替代对从外部施加的机械应力进行的测量来识别工件2的材料中的缺陷。依据校准曲线的斜率的变化能够识别例如缩孔等缺陷。由此进行材料检测。
该方法非常适用于对用于传输功率的轴进行测量。在对例如发电站中的轴进行功率测量时,传感器4的校正借助于对在传感器4应定位于其上的区域内的整个范围上的应力的图表化来进行。这可以在专门的测量装置(轴被张紧于该测量装置中)中进行,或者在加工系统(利用该加工系统实施轴的最后的上表面加工)中已经进行。
为了进行测量,转矩传感器4被安装在轴上并且通过多轴系统5进行沿或在轴的方向上的定位。为了向轴施加负载,测量装置或加工系统设有模拟发电站中的功率传输的装置,例如通过施加静止力矩。绘制(kartografierten)出的测量值随后被收入或输入分析软件中。由此能够通过对传感器4的位置、与轴的距离以及温度的说明而调整校准参数。

Claims (13)

1.一种用于检查磁性工件(2)的方法,所述方法具有以下步骤:
-在未受负载的情况下测量所述工件(2)上的内部机械应力;
-在受到负载的情况下测量所述工件(2)上的内部机械应力;
-借助于所述两次测量为至少一个测量点建立校准函数(7);
-在考虑所述校准函数(7)的情况下测量在所述至少一个测量点上的、从外部施加的机械应力。
2.根据权利要求1所述的方法,其中为了进行所述测量应用磁弹性传感器(4)。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述校准函数(7)包括校准曲线。
4.根据权利要求3所述的方法,其中依据所述校准曲线的斜率识别所述工件(2)的材料中的缺陷。
5.根据权利要求1至4中所述的方法,其中用于建立所述校准函数(7)的测量在不同的温度下实施。
6.根据权利要求1至5所述的方法,其中,用于建立所述校准函数(7)的测量在用于测量的传感器的不同位置上实施。
7.根据权利要求1至6所述的方法,其中,所述校准函数(7)包括所述内部机械应力的图表。
8.根据权利要求1至7所述的方法,其中,为了测量从外部施加的机械应力,对用于进行测量的传感器(4)的所述位置的说明、与所述工件(2)的距离和/或所述温度进行说明。
9.一种用于检查磁性工件(2)的测量装置,所述测量装置具有用于检测所述工件(2)上的机械应力的传感器(4)和用于处理测量值的控制器(6),所述控制器适用于建立用于校正对从外部施加的机械应力进行的测量的校准函数(7)。
10.根据权利要求9所述的测量装置,其中,所述传感器(4)是磁弹性传感器。
11.根据权利要求9或10所述的测量装置,其中,所述传感器(4)布置在多轴系统(5)上。
12.根据权利要求8至11所述的测量装置,所述测量装置具有用于向所述工件(2)施加力矩的装置(8)。
13.根据权利要求8至12所述的测量装置,其中,所述工件(2)是轴。
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