DD230644A3

DD230644A3 - Schaltungsanordnung zur risstiefenbestimmung an metallischen werkstuecken

Info

Publication number: DD230644A3
Application number: DD25691183A
Authority: DD
Inventors: Andreas Zarmutek; Gerald Hirte; Manfred Boche; Wilfried Boden; Joachim Suchfort
Original assignee: Orgreb Inst Kraftwerke
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1983-11-21
Publication date: 1985-12-04

Abstract

Schaltungsanordnung zur Risstiefenbestimmung an metallischen Werkstuecken nach dem Potential-Sonden-Prinzip unter Verwendung einer Messsonde, die zwei Stromspeisespitzen, die mit einem Konstantwechselstromgenerator einstellbarer Frequenz verbunden sind, und zwei Spannungsmessspitzen aufweist, die am Eingang einer Verstaerkerschaltung liegen, deren Ausgang ueber eine Gleichrichterschaltung an einem mit einer Referenzspannungsquelle gekoppelten Komparator gefuehrt ist. Die Ausgangsspannung des Komparators dient zur Frequenzeinstellung des Konstantwechselstromgenerators. Um die Genauigkeit der Messungen bei vereinfachter Bedienung zu erhoehen, soll die bisherige analoge Anzeige die ausserdem eine manuelle Kurvenauswertung zur Bestimmung der Risstiefen erfordert, durch eine direkte Messwertanzeige der Risstiefe bei selbsttaetiger Auswahl der jeweiligen Materialfunktion abgeloest werden. Es ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, mit der durch digitale Messwerterfassung und -verarbeitung dieses Ziel erreicht wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Rißtiefenbestimmung an metallischen Werkstücken nach dem Potential-Sonden-Verfahren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Rißtiefenmeßgeräte, die nach dem Potential-Sonden-Verfahren mit Wechselstrom arbeiten, sind bekannt. Es wird dabei die Tatsache ausgenutzt, daß beim Durchleiten eines elektrischen Stroms durch ein metallisches Werkstück quer zur Rißrichtung über dem Riß ein Potentialsprung auftritt, der mit Meßelektroden abgetastet und dessen Größe in Beziehung zur Rißtiefe gesetzt werden kann. Bei dem Verfahren werden mit konstantem Strom und konstanter Frequenz des Wechselstroms an einem Eichwerkstück mit Rissen bekannter Tiefe die Potentialsprünge an den Rissen aufgenommen, und die hiermit gewonnene Rißtiefenfunktion wird als Eichung auf eine nach dem Verfahren arbeitende Meßvorrichtung übertragen. Das Verfahren hat den Nachteil, daß eine starke Abhängigkeit der Rißtiefenfunktion von der Art des Werkstoffes besteht, sobald dieser nicht dem Werkstoff des Eichstückes entspricht. Dieser Nachteil macht sich besonders bei ferromagnetischen Werkstoffen bemerkbar.

Weiterhin ist es bekannt, die Frequenz des konstanten Wechselstromes so einzustellen, daß sich in einem rißfreien Bereich des Werkstückes die gleiche Potentialdifferenz ergibt, wie sie bei im übrigen gleichen Meßparametern an einem Probestück vorgegebenen Materials an rißfreier Stelle ermittelt wurde (DE-OS 2600684). Dabei wird an einem festgelegten Probekörper mit einer vorgegebenen Festfrequenz ebenfalls eine Rißtiefenfunktion aufgenommen.

Die so ermittelte Rißtiefenfunktion wird aufdie Skala eines Anzeigeinstrumentes übertragen.

Die Anordnungen zur Rißtiefenbestimmung sind unter Verwendung eines vielpoligen Meßfühlers so aufgebaut, daß die Stromspeisespitze des Meßfühlers mit einem Speisestromkreis und die Spannungsmeßspitzen des Meßfühlers mit einem Meßstromkreis verbunden sind.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem anderen Werkstoff gegenüber dem Bezugswerkstoff andere Werte für Leitfähigkeit und Permeabilität bestehen, so daß bei gleichen Meßparametern eine andere Potentialdifferenz eintritt. Zur Sicherung der Rißtiefenfunktion ist es dann erforderlich, die Festfrequenz innerhalb der Anordnung zu verändern. Obwohl mit diesem Verfahren und der Anordnung der Einfluß unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften berücksichtigt wird, ist es nur für eine Gruppe gleicher oder ähnlicher Werkstoffe unter Verwendung einer Korrektur der aufgenommenen Rißtiefenfunktion anwendbar.

Bekannt ist ferner eine Anordnung, bei der die Rißtiefenbestimmung als Funktion der Frequenz erfolgt und die Messungen ohne Probenkörper durchführbar sind (DD 159274). Im Speisestromkreis für die Stromspeisespitzen sind ein Konstantwechselstromgenerator mit einem Frequenzmesser und eine Meßfühler-Aufsetzkontrolle und im Meßstromkreis eine Verstärker- und Vergleicherschaltung mit einer Referenzspannungsqueüe und einer Vergleichsanzeige angeordnet. Die Wechselspannung wird mit konstanter Stromstärke und veränderlicher Frequenz in das Werkstück eingespeist, im rißfreien Bereich und über den Riß werden ein gleicher festgelegter Spannungsabfall durch Veränderung der Frequenz eingestellt und die beiden erhaltenen Frequenzen zur Ermittlung der Rißtiefe verwendet. Die eingestellten Frequenzen werden durch Zählfrequenzmesser ermittelt und sind an einer Anzeigeeinrichtung ablesbar.

Mit diesen Frequenzen ist aus einer Kurvenschar der graphischen Darstellung, in der die Frequenz in Abhängigkeit von der Rißtiefe mit dem Werkstoff als Parameter dargestellt ist, die Rißtiefe zu ermitteln.

Diese Lösung führtauf Grund der notwendigen manuellen Frequenzeinstellung und der Rißtiefenermittlung mit Hilfe¹ der Kurvendarstellung und deren Auswertung zu erheblichen Meßungenauigkeiten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Genauigkeit der Messungen bei vereinfachter Bedienung zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine direkte Meßwertanzeige für die Rißtiefe bei selbsttätiger Auswahl der Materialfunktion liefert. Dabei wird von einer Anordnung ausgegangen, bei der die zwei Stromspeisespitzen mit einem Konstantwechselstromgenerator einstellbarer Frequenz verbunden sind und die zwei Spannungsmeßspitzen am Eingang einer Verstärkerschaltung liegen, deren Ausgang über eine Gleichrichterschaltung an einem mit einer Referenzspannungsquelle gekoppelten Komperator geführt sind.

Erfindungsgemäß ist der Ausgang des Komperators, vorzugsweise über ein Siebglied, zur Frequenzeinstellung an den Konstantwechselstromgenerator zurückgeführt und der Ausgang des Generators an eine Torschaltung gelegt, die durch einen von einer Startschaltung einschaltbaren Zeitbasisgenerator entweder während einer Vorwählzeit für eine Auswahlzeit (Zeitbasis t,) oder für eine gegenüber der Auswahlzeit kürzere Meßzeit (Zeitbasis t₂) aufsteuerbar ist.

Die Torschaltung liegt vor einem Impulsfrequenzzähler, dessen Ausgang an eine Auswahlschaltung geführt ist, mittels der nach Ablauf der Vorwählzeit ein Teilbereich eines programmierten Festwertspeichers, in dessen Teilbereichen jeweils materialspezifische Frequenz-Rißtiefen-Zusammenhänge gespeichert sind, während der Meßzeit eingangsseitig an den Ausgang des Impulsfrequenzzählers und ausgangsseitig an eine mit einer Anzeigeeinheit gekoppelte Auswerteeinheit schaltbar ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Konstantwechselstromgenerator ein spannungsgesteuerter Oszillatormit einer Konstantstromendstufe eingesetzt. Zum störungsfreien Betrieb ist zweckmäßig eine Aufsetzkontrollschaltung für die Stromspeisespitzen der Meßsonde vorgesehen, die eingangsseitig mit der Konstantstromendstufe und ausgangsseitig mit der Startschaltung verbunden ist. Um die Frequenzwerte, die während der Auswahlzeit und der kürzeren Meßzeit von dem Zähler erfaßt werden, zu normieren, ist der Zähler mit der Startschaltung gekoppelt. Diese nimmt, je nach dem welche Zeitbasis angesteuert wird, eine unterschiedliche Voreinstellung des Zählers vor.

Ausführungsbeispiel

Die nähere Erläuterung erfolgt an Hand der Zeichnung, die in Fig. 1 ein Blockschaltbild darstellt, im Zusammenhang mit der Wirkungsweise.

Außerdem zeigt Fig. 2 die graphische Darstellung der Frequenz-Rißtiefen-Funktion für verschiedene Materialien.

Gemäß Fig. 1 erzeugt ein spannungsgesteuerter Generator 1 (VCO) eine amplitudenkonstante Schwingung, die einer Konstantstromendstufe 2 zugeführt wird und zu einer Meßsonde 16 gelangt, die zur Rißtiefenmessung über dem Riß aufgesetzt wird. Der Spannungsabfall über dem Riß wird mit dem Meßverstärker 3 verstärkt und mit dem Gleichrichter 4 gleichgerichtet.

Die geglättete gleichgerichtete Meßspannung wird im Komparator 6 mit einer an der Spannungsquelle 5 abgenommenen Referenzspannung verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators 6 ist abhängig davon, ob die Frequenz des Generators 1 größer oder kleiner als die vorgegebene Referenz ist. Nach Passieren eines Siebgliedes 7 steht die Komparatorausgangsspannung als Abstimmspannung für den Oszillator 1 zur Verfügung.

Dieser regelt seine Frequenz entsprechend auf oder ab, so daß sich im eingeschwungenen Zustand ein zeitkonstantenabhängiges Ausgangsschwingen des Komparators 6 ergibt. Dieses entspricht einem minimalen Auf- und Abregein der VCO-Frequenz um die Sollfrequenz zur entsprechenden Rißtiefe.

Zu Beginn eines Meßvorganges wird mit dem Betätigen des Starttasters 17 über die Startschaltung 15 der Zeitbasisgenerator 8 mit der Zeitbasis t, an die Torschaltung 9 gelegt. Die Meßsonde 16 wird an einer rißfreien Stelle aufgesetzt und mit der Zeitbasis ι-, die sich einstellende Frequenz des Oszillators 1 mit dem Impulsfrequenz-Zähler 10 gemessen.

Die sich ergebende Frequenz (beim Riß Null) ist Ausdruck des gemessenen Materials. Die mit dem Zähler 10 gekoppelte Kurvenwahlschaltung 11 schaltet einen der Teile I bis η des Kurvenspeichers (PROM) zu und über die Startschaltung 15 die Meßzeitbasis t₂ an das Tor 9. Um zu verhindern, daß die Kurvenauswahl durch Aufsetzfehler (Unterbrechen des Meßstromes) verfälscht wird, ist die Kuryenauswahl erst dann abgeschlossen, wenn über die Aufsetzkontrollschaltung 18 für die Vorwählzeit, die so groß gewählt ist, daß der Abstimmvorgang des spannungsgesteuerten Oszillators als erfolgt gilt, ein 100%iges Aufsetzen festgestellt worden ist.

Für die eigentliche Rißtiefenmessung sind die jeweiligen materialspezifischen Frequenz-Rißtiefen-Zusammenhänge in den Festwertspeicherbereichen I bis η der Speicherschaltung 12 abgespeichert. Um den Speicherbereich voll ausschöpfen zu können, werden die entsprechenden Meßfrequenzen bereits im Zähler normiert, so daß die unterste existierende Frequenz auch der Adresse Null entspricht.

Die Kurven-PROM I bis η der Speicherschaltung 12 können aber auch so programmiert werden, daß die Anzeige 14 der Rißtiefe direkt angesteuert werden kann. Die Zwischenschaltung eines Dekoders 13 kann dann entfallen.

Um eine maximal mögliche Genauigkeit bei der Feststellung der Materialart (Messung beim Riß Null) zu erreichen, ist die Zeitbasis t-i > t₂ gewählt. Dieser Wahl liegt die Überlegung zugrunde, daß der Frequenzbereich F1 (Fig. 2) an rißfreier Stelle bei den möglichen Materialien kleiner ist als der Frequenzbereich F2 der gleichen Materialien für Risse. Damit wird durch die größere Zeitbasis t, für die Messung an rißfreier Stelle eine größere Längenauflösung pro Zählbit erreicht. Auf Grund der unterschiedlich großen Frequenzbereiche F1; F2 bei der Bestimmung der Materialart mit der Zeitbasist, und der Messung der Rißtiefe mit der Zeitbasis t₂ wird eine Normierung der Zählergebnisse vorgenommen. Dadurch wird erreicht, daß der gesamte Frequenzbereich F1 und F2 in dem Bereich des Zählers (z.B. 8 bit) abgebildet wird. Für die unterschiedlichen Anfangs- und Endwerte der beiden Frequenzbereiche F1; F2 erfolgt die Normierung durch negatives Voreinstellen des Zählers 10 über die Startschaltung 15 mit für die Meßart entsprechenden Konstanten.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Schaltungsanordnung zur Rißtiefenbestimmung an metallischen Werkstücken nach dem Potential-Sonden-Prinzip unter Verwendung einer Meßsonde, die zwei Stromspeisespritzen, die mit einem Konstantwechselstromgenerator einstellbarer Frequenz verbunden sind, und zwei Spannungsmeßspitzen aufweist, die am Eingang einer Verstärkerschaltung liegen, deren Ausgang über eine Gleichrichterschaltung an einen mit einer Referenzspannungsquelle gekoppelten Komperator geführt ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des Komperators (6), vorzugsweise über ein Siebglied (7), zur Frequenzeinstellung an den Konstantwechselstromgenerator (1) zurückgeführt und der Ausgang des Generators (1) an eine Torschaltung (9) gelegt ist, die durch einen von einer Startschaltung (15) einschaltbaren Zeitbasisgenerator (8) entweder während einer Vorwählzeit (t₃) für eine Auswahlzeit (Zeitbasis ί_Ί) oder für eine gegenüber der Auswahlzeit kürzere Meßzeit (Zeitbasis t₂) aufsteuerbar und mit einem Impulsfrequenzzähler (10) verbunden ist, dessen Ausgang an einer Auswahlschaltung (11) liegt, mittels der nach der Vorwählzeit ein Teilbereich (I bis n) eines programmierbaren Festwertspeichers (12), in dessen Teilbereichen (I bis n) jeweils materialspezifische Frequenz-Rißtiefen-Funktionen gespeichert sind, während der Meßzeit einerseits an den Ausgang des Impulsfrequenzzählers (10) und andererseits an eine mit einer Anzeigeeinheit (14) gekoppelte Auswerteeinheit schaltbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Konstantwechselstromgenerator ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer Konstandstromendstufe eingesetzt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß eine Aufsetzkontrollschaltung (18) für die Meßsonde (16) vorgesehen ist, die eingangsseitig mit der Konstantstromendstufe (2) und ausgangsseitig mit der Startschaltung (15) verbunden ist.
4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Startschaltung (15) mit dem Impulsfrequenzzähler (10) gekoppelt und in Abhängigkeit der einzuschaltenden Zeitbasis {t_:; t₂) für eine unterschiedliche negative Voreinstellung des Zählers (10) herangezogen ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen