DE10026313A1 - Magnetisches zerstörungsfreies Verfahren und Prüfvorrichtung zum Erfassen eines Metallflächenverlustes sowie lokalen Defekten in länglichen ferromagnetischen Gegenständen - Google Patents

Abstract

Magnetisches zerstörungsfreies Verfahren und Prüfvorrichtung zum Erfassen eines Metallflächenverlustes sowie lokalen Defekten in länglichen ferromagnetischen Gegenständen sind in erstern Linie für die Prüfung von Stahladenseile zugeordnet. Das Verfahren umfasst: magnetische Sättigung eines Abschnitts des Gegenstandes in Längsrichtung, Messen eines Magnetfeldparameters an der Oberfläche des Gegenstandes in Zwischenpolraum, wobei Messen wird wenigstens in zwei Punkten ausgeführt, die auf eine Parallele zur Mittellinie des Gegenstandes liegen. Nach dem Abziehen eines Signals aus anderem bekommt man erste Signaldifferenz, die Information über lokale Defekten trägt, Metallfläche wird über Signalsumme ermittelt. Dabei ist auch zusätzliches Messen eines Magnetfeldparameters unter den Polen von Magnetisierungseinheit möglich, die dadurch erhaltenes Wert wird mit Gewichtfaktor aus Signalsumme abgezogen, um die zweite Signaldifferenz zu bekommen. Eine Prüfvorrichtung, die dieses Verfahren realisiert, enthält eine Magnetisierungseinheit, die als Magnetkern mit auf den Gegenstand gerichteten magnetischen Polen gefertigt wird und eine Sensoreneinheit mit dem zwischen den Magnetpolen gesetzte Magnetkern mit magnetoempfindlichen Sensoren. Magnetkern von Sensoreneinheit besteht aus drei Elementen, die längsseits dem Führungskanal mit einem Spalt zwischen einander und symmetrisch relativ den Zentralelement liegen, die magnetoempfindlichen Sensoren sind paarweise auf eine Parallele zur ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere auf die Geräte für magnetische Prüfung von länglichen ferromagnetischen Gegenstände, in ersten Linie - für Defektoskopie von Stahlseile.

Stand der Technik

Stand der Technik in der zerstörungsfreien Prüfung von o. g. Gegenstände kann mit folgende bekannte Lösungen dargestellt werden.

Verfahren für zerstörungsfreien Prüfung von länglichen ferromagnetischen Gegenstände, insbesondere für die Erfassung vom Metallflächenverlust (LMA) und Erfassung von lokale Defekten (LF) von Stahlseile, ist beschrieben in US Pat. N. 4659991, US Cl. 324/241, Int. Cl. G01N27/82. Entsprechend diesem Verfahren der Abschnitt von dem zu kontrollierenden Gegenstand wird längslaufend mit Hilfe Permanentmagneten bis nahe zu Sättigung magnetisiert und die bei der Bewegung von dem Gegenstand entstehende elektromotorische Kraft wird mit der Hilfe von Induktionsspulen bemessen, die sich zwischen den Magnetpolen befinden. Aus dieser Signal wird die Information über das Querschnittverlust von Stahlseile und über lokalen Defekten extrahiert.

Der Mangel von den in US Pat. N. 4659991 beschriebene Verfahren und Prüfvorrichtung besteht in niedrigen Genauigkeit von LMA und LF Messung, bedingt dadurch, daß die Induktionsspulen sollen bei ziemlich hohes Anfangsneveau von dem Messsignal die kleine Änderungen (ca. 1%) von magnetischen Feld Messen, die wegen Metallflächenverlust oder lokale Defekten entstehen. Die quantitative Auswertung von solchen relative kleinen Signaländerung hat ungenügende Genauigkeit. Die von LMA bedingte Streuung des magnetischen Feldes ist quantitativ vergleichbar mit der Änderung des magnetischen Feldes wegen Temperaturvariationen und Schwingungen des Gegenstandes. Außerdem ist die in Spulen entstehende elektromotorische Kraft von der Stellgeschwindigkeit des Seils abhängig. Deswegen ist es entsprechend dem US Pat. 4659991 notwendig, die Prüfvorrichtung so aufzubauen, daß er diese Auswirkung reduziert. Die Messung bei Stillstand des Gegenstandes ist überhaupt nicht möglich.

Ebenfalls ist noch ein Verfahren für die Erfassung vom Metallflächenverlust von länglichen ferromagnetischen Gegenstände (z. B. Stahlseilen) und Erfassung von lokale Defekten bekannt (DE 196 01 707 A1 G01N 27/83; US Pat. 5,565,771 G01N 27/72), bei dem das zu kontrollierende Gegenstand längslaufend mit Hilfe Magnetsystem mit auf das Gegenstand gerichteten Polen bis nahe zu Sättigung magnetisiert wird. Die magnetische Induktion wird mittels Hall-Sensoren gerade unter Magnetisierungspolen gemessen, um den Metallflächenverlust zu erfassen. Um die Information über lokale Defekten zu bekommen, mißt man mit Hilfe andere Gruppe von Hall-Sensoren die magnetische Induktion zwischen den Polen.

Der Anker von der Magnetisierungseinheit hat E-Form. Die zweite Gruppe von Hall-Sensoren sind von der Auswirkung der magnetischen Polen abgeschirmt. Das Signal von Hall-Sensoren wird durch digitale Signal-Prozessor bearbeitet.

Der in dem Pat. 196 01 707 A1 beschriebene Magnetfluss Detektor ist besser, weil das Signal von Hall-Sensoren von Seilgeschwindigkeit unabhängig ist, so, daß die Messung sogar bei Stillstand des Gegenstandes möglich ist. Außerdem dank ferromagnetischem Anker erhöht sich auch die LF-Empfindlihkeit.

Die LMA-Messung wird bei höherem Anfangsniveau des Signals durchgeführt, und die wegen Metallflächenverlust entstehende Signaländerung betragt kleines Anteil von diesem Niveau. Es laßt sich dadurch erklären, daß die magnetische Induktion im Spalt zwischen den Seil und Polen sehr wenig von Querschnittsfläche abhängig ist, insofern bei der Anwendung moderne Hochenergiemagneten der Magnetfluss in o. g. Spalt hauptsächlich von dieser Energie abhängig ist. Die magnetische Induktion als auch Magnetfelddichte ändern sich in diesem Spalt nur infolge der Umverteilung von Anteile des Magnetflusses:

Basismagnetisierungsfluss durch das zu kontrollierende Objekt und Streufluss im Zwischenpoleraum von des Magnetisierungsystems. Dabei verändert sich Basismagnetfluss und demnach auch Signal sehr wenig. Messung von eine kleine relative Variationen einer Große bei hohem Anfangsniveau hat immer ein bedeutsamer Fehler. Die Einwirkung von Temperaturfehler ist dabei auch wesentlich.

Außerdem hat die Prüfvorrichtung nach dem Pat. 196 01 707 A1 ungenügende Zuverlässigkeit für die Erfassung von lokalen Defekten. Das entsteht deswegen, da die Hall-Sensoren sich im Luft zwischen den Magnetkern und den Seil in mittleren Teil befinden. Wenn ein Defekt in die Empfindlichkeitszone von dem Hall-Sensor kommt, von dem Defekt bedingte Streufluss verteilt sich ins zwei Teile. Ein Teil geht durch den Hall-Sensor und anderes Teil geht durch den Magnetkern Hall- Sensoren vorbei. Deswegen reduziert sich das LF-Signal von Hall-Sensoren und folglich die Zuverlässigkeit für die Erfassung von den lokalen Defekten.

Also sind die Genauigkeit von der Querschnittsflächemessung und die Zuverlässigkeit der Erfassung von den lokalen Defekten ungenügend.

Kurzfassung von der Erfindung

Die technische Aufgabe von dieser Erfindung besteht darin, die Genauigkeit von LMA-Messung und die Zuverlässigkeit von LF-Erfassung zu erhöhen.

Entsprechend dieser Erfindung wird es mit Hilfe von einem Verfahren und einer Prüfvorrichtung realisiert, deren Eigenschaften in den Punkten 1 und 5 des Patentspruches angewiesen sind.

Entsprechend dem Verfahren, das wir vorschlagen, wird einen Abschnitt des zu kontrollierenden Objektes, beispielsweise Stahlseils, in die Längsrichtung mit Hilfe von der Magnetisierungseinheit mit Polen magnetisiert. Parameter des magnetischen Feldes wird mit Hilfe von magnetoempfindlichen Sensoren in mindestens einem Paar Punkten bemessen, die auf Parallele zur Mittellinie des zu kontrollierenden Objektes im Raum zwischen den Polen liegen. Signal eines Sensors wird aus dem Signal anderes Sensors abgezogen, diese Differenz wird weiter als erste Differenz genannt. Diese Differenz wird für die LF-Erfassung verwendet. Die Summe dieser Signale tragt die Information über die Querschnittsfläche. Dabei bekommt man die beste Ergebnisse dann, wenn die Messpunkte für magnetische Parameter symmetrisch relative der Mitte des Zwischenpolebereiches liegen.

Die Querschnittsfläche des Seils wird aufgrund des Summensignals abgeschätzt. Wenn sich die Querschnittsfläche des Seils verändert, umverteilt sich dann der Magnetfluss durch das Seil und durch den Aussenraum. In besonderem führt Metallflächenverlust dazu, das die Streuung von dem Magnetfluss im Raum zwischen den Polen zunimmt, und folglich nimmt die Magnetfelddichte zu. Die relative Änderung von magnetischen Streufluss ist deutlich größer als die relative Reduzierung von dem Grundmagnetfluss. Demnach ist die Signaländerung für die Senroren, die im Raum zwischen den Polen liegen, deutlich größer als die Signalaenderung für die Sensoren, die sich im Spalt zwischen den Pol und Seil befinden. So wird die Genauigkeit der LMA-Messung erhöht.

Weitere Erhöhung von Genauigkeit erfolgt durch die Subtrahieren des Signals von einem zusätzlichen magnetoempfindlichen Sensoren aus dem Signal des Sensorenpaars. Der zusätzliche Sensor befindet sich in der Spalt zwischen den Seil und einem Magnetisierungspol. Aus dieser Operation ergibt sich zweite Differenz, die bei LMA-Messen verwendet wird. Diese zusätzliche Operation führt dazu, daß der wegen Instabilitaet des Magnetflusses entstehende Messfehler (z. B. wegen Temperaturaenderung) kleiner wird.

Erste Signaldifferenz wird für LF-Erfassung verwendet.

Wenn die zu diagnortierende Abschnitt des Seils kein lokale Defekt enthält, sind dann die Signale von beide Sensoren (aus der Paar) ungefähr gleich, deswegen ist die erste Differenz nahe zum Null. Als ein lokale Defekt in die Empfindlichkeitszone eines Sensors geriet, wird die Homogenität des Magnetfeldes wegen von dem Defekt bedingte Magnetflussstreuung zerstreut. Dann wird das Gleichgewicht des ersten Paars der Sensoren zerstört, folglich wird die erste Differenz von Null unterschiedlich. Die während der Prüfung aufkommende radiale Verschiebungen des Seils zerstören die Feldhomogenität nicht, so bleibt Ausgangssignal des Sensorenpaars nahe zum Null. Das bedeutet, daß Rauschenniveau, z. B. wegen Seilsschwingungen, ist sehr niedrig. So steigert sich das Signal-Rausch-Verheltnis und dementsprechend die Zuverlässigkeit von der LF-Erfassung.

Das obengeschriebenen Verfahren kann mit Hilfe folgende Prüfvorrichtung realisiert werden. Magnetisierungseinheit besteht aus einem Magnetkern mit zwei auf den Seil gerichteten Polen, das das Seil bis zum Sättigung magnetisiert, einer zwischen den Magnetpolen liegende Sensoreneinheit, einem Signalprozessor und einem Schreibgerät. Die Sensoreneinheit enthält ein Magnetkern und einige magnetoempfindliche Sensoren. Dieser Magnetkern besteht aus drei Elementen, die das Seit umgeben und der Mittellinie des Objektes parallel liegen. Beide Endelementen sind gleich und symmetrisch zum Zentralelement gelegt. Die Sensorenpaaren liegen in den Spalten zwischen den Zentralelementen und beiden Endelementen.

Kurze Beschreibung von Zeichnungen

Die folgende Zeichnungen illustrieren die Erfindung und zeigen die Konstruktion, die weiter in Einzelheiten beschrieben wird.

Abb. 1 zeigt die Anordnung von der Magnetisierungseinheit und magnetoempfindlichen Sensoren um den zu kontrollierende Seils, die zeigt auch die Verteilung von Magnetflussen:

• a) bei einem homogenes Seil mit keinen lokalen Defekten
• b) bei einem Seil mit einem lokalen Defekt

Abb. 2 zeigt den Magnetkopf mit der Magnetisierungseinheit bei der Zylinderförmigen Ausführung

Abb. 3 zeigt den Magnetkopf mit der Magnetisierungseinheit bei der U-förmige Ausführung

• a) Längsschnitt
• b) Querschnitt

Abb. 4 zeigt Blokdiagramm von der Prüfvorrichtung

Abb. 5 zeigt die Verteilung von magnetischen Streufluss in der Magnetkern von der Sensoreneinheit bei einem Drahtbruch (lokalen Defekt).

Detaillierte Beschreibung von der Erfindung

So weit die zerstörungsfreien Prüfung von Stahlseile eine aktuelle Aufgabe ist, dient der wiedergegebene Fall als Beispiel.

Der magnetische Fluß durch den zu kontrollierenden Seil 1 wird durch die Magnetisierungseinheit versorgt, die aus Magnetkern 2 mit zwei Pole 3, 4 besteht. Die Pole 3, 4 sind auf das Seil 1 gerichtet und liegen in der Nähe von es. Die Pole sind mit Hilfe von Permanentmagneten 5 und 6 gebildet so, wie es auf Abb. 1 gezeigt ist, die können aber auch mittels das Seil umgebende Polschuh gebildet werden. Magnetisierungskern 2 wurde aus weichmagnetischen Eisen gemacht. Die hohle zylindrische Magnetisierungseinheit gibt das Seil um und besteht aus eine, zwei (Abb. 3) oder mehr U-förmige Teilen.

Die mit Gleichstrom oder Wechselstrom eingespeiste Spulen können auch dafür verwendet werden, den Magnetfluss durch das Seil 1 zu induzieren.

Hauptanteil von dem mittels Magnetisierungseinheit induzierte Magnetfluss schlißt sich durch das Seil 1, es bildet den Grundmagnetfluss 7. Der magnetische Streufluss 8 schlißt sich durch die Luft im Zwischenpolraum, d. h. zwischen den Pole 3 und 4. Der Magnetische Streufluss 8 ist am meisten homogenes in der Mitte von dem Zwischenpolraum.

Die magnetoempfindliche Sensoren 9 und 10 befinden sich in der nähe von der Oberfläche des Seils 1 und liegen auf eine Parallele zur Seilsmittellinie symmetrisch relative zur Mittelflache des Zwischenpolraums. Die bilden ein Paar.

Es ist bevorzugt, die Hall-generatoren als magnetoempfindliche Sensoren zu verwenden. Dann messen die Sensoren die Magnetflussdichte.

Es ist auch bevorzugt, die Dichte des magnetische Streufluss mit gleichen Sensoren 11 und 12 auf andere Seite des Seils 1 zu messen. Es können mehrere Sensorpaare um ein Seil installiert werden.

Die Signale von Sensoren 9, 10 (11, 12) hängen so wie von Querschnittflache des Seils als auch von Anwesenheit von lokalen Defekten ab.

Änderung von der Querschnittsfläche des Seils 1 fuhrt zur Umverteilung von Magnetfluss im Seil 1 und um dem Seil. In besonderem führt Metallflächeverlust dazu, das die Streuung von dem Magnetfluss im Raum zwischen den Polen zunimmt, und folglich nimmt auch die Magnetfelddichte zu. Der relative Anstieg von Magnetflussstreuung 8 ist deutlich größer als die relative Reduzierung von dem Grundmagnetfluss 7, die wegen Magnetflussstreuung 8 entsteht. Demnach ist die relative Änderung von Magnetfelddichte im das Seil umgebenden Raum wesentlich höher als dieselbe in den Spalten zwischen Pole 3. 4 und Seil 1.

Dadurch ist die Genauigkeit von der Messung des Metallflächeverlustes höher als die von dem Verfahren und Prüfvorrichtung aus Pat. 196 01 707 A1, bei dem die Sensoren für Messung des Metallflächeverlustes zwischen den Pole 3, 4 von Magnetisierungseinheit und dem Seil befinden, d. h. im Grundmagnetfluß.

Die Metallfläche wird durch Summieren der Signale von den Sensorenpaare 9-12 ermittelt, wenn die nominale Werte von Metallfläche und entsprechenden Signal bekannt sind. Das Summieren dient auch zur zusätzlichen Erhöhung von Messgenauigkeit für Metallfläche, so weit die Messempfindlichkeit des Metallflächekanals zunimmt ohne die Verstärkung des Kanals zu erhöhen. Demnach ändern sich durch die Instabilitaet von Kanalverstärkung entstehende Messfehlern nicht, also wächst das Signal-Rauschen-Verhältnis. Es führt zur Erhöhung von Messgenauigkeit.

Lokale Defekten des Seils, z. B. der Bruch 13, werden mittels Differenzsignalen von o. g. Sensorenpaare erfaßt (z. B. mit den Differenzsignalen von den Sensoren 9 und 10 oder 11 und 12). Diese Differenz wird weiter als erste Differenz genannt.

Die Sensoreinheit kann über mehrere Sensorpaare wie 9, 10 (11, 12) verfügen, die im Zwischenpolraum um das Seil eingeordnet sind.

Somit gewährleistet die Anwendung von erste Signaldifferenz für die Sensoren 9, 10 (11, 12) eine Erhöhung vom Signal-Rauschen-Verhältnis, wenn Schwingungen oder andere Störungen Messvorgang beeinflussen. Folglich erhöht sich die Erfassungszuverlässigkeit für lokale Defekte.

Zusätzlicher magnetoempfindliche Sensor 14(15) wird unter den Pol 3 (4) von Magnetisierungseinheit gesetzt. Signal des Sensors 14(15) wird mit dem Gewicht A aus dem summarischen Signal von Sensorenpaare 9, 10 und 11, 12 subtrahiert und als zweite Signaldifferenz bei der Messung von Metallfläche des Seils 1 eingesetzt. Das Gewichtsfaktor bleibt konstant beim Prüfen von Seile mit identischer Metallfläche und hängt von diese Größe ab. Dieses Faktor wird so gewählt, daß bei nominalen Wert von Metallfläche, d. h. bei Nullverlust von Metallfläche, die zweite Signaldifferenz minimal ist.

Es führt zur zusätzlichen Erhöhung von Messgenauigkeit durch die Reduktion von Messfehler, der wegen Instabilitaet des Magnetflussen entsteht, z. B. durch Auswirkung von Temperaturvariotionen auf Magnetisierungseinheit bedingt wird. Bei Temperaturaenderung ändert sich auch von der Einheit induzierte Grundmagnetfluss. Es führt dazu, daß magnetiche Streuungsfluss 8 und dessen Dichte am Hall-Sensor sich ändern. Gleichzeitig ändert sich magnetische Grundfluss 7 (und seine Dichte) unter den Pole 3, 4 von Magnetisierungseinheit in die gleiche Richtung. Demnach ändert sich die zweite Signaldifferenz bei der Variation des Magnetflusses von Magnetisierungseinheit sehr wenig. Es führt zur Erhöhung von Messgenauigkeit bei der Messung von Metallfläche.

Um das Gewichtsfaktor A festzulegen, soll der Magnetkopf auf ein Seil mit nominale Metallfläche gesetzt werden. Dann wird das Gewichtsfaktor A so variiert, das die zweite Signaldifferenz minimales Wert einnimmt. Dadurch wird die erhöhte Genauigkeit erzielt. Wirklich wird in diesem Fall die zweite Signaldifferenz der Metallflächeänderung direkt proportional. Bei der zerstörungsfreien Prüfung von Stahlseile ist es notwendig die kleine Änderung von Metallfläche (in Größenordnung von einem Prozent von nominalen Wert) messen zu können. Messen von kleinen Änderungen relativ zu Null ist viel mehr genau, als Messen von solche Änderung relative zu tatsächlichen Anfangsniveau.

Also gewährleistet das in der Erfindung vorgeschlagene Verfahren höher Genauigkeit beim Messen von Metallfläche und höher Zuverlässigkeit beim Erfassung von lokale Defekten.

Eine Prüfvorrichtung, das erfundenes Verfahren realisiert, enthält die Magnetisierungseinheit (Abb. 2), die aus einem zylinderförmigen Magnitkern 2 mit Permanentmagniten 5, 6 besteht, deren Pole 3, 4 auf das Kanal 16 gerichtet sind. Die Pole 3, 4 von der Magnetisierungseinheit können mit versetzbaren Einlagen 17, 18 aus weichmagnetischen Stoff versehen werden, die von innere Seite auf Pole 3, 4 gesetzt werden.

Der Magnetkern von der Sensoreneinheit befindet sich zwischen den Pole 3, 4 von der Magnetisierungseinheit und besteht aus Elementen 19, 20, 21. Zentralelement 19 von der Sensoreneinheit liegt in der Mitte von dem Zwischenpolraum. Die beide Seitenelementen 20 und 21 sind identisch, sie sind auf eine Parallele zur Mittellinie des Kanals 16 symmetrisch mit einem Spalt relative zum Zentralelement 19 angeordnet. Alle Elemente 19-21 sind ringförmig aus weichmagnetischen Stoff gefertigt. Das Zentralelement 19 kann relativ zur Mitte des Zwischenpolraum ein bißchen versetzt werden, die beste Lage im Sinne der Messgenauigkeit ist aber in der Mitte.

Die ferromagnetische Einlagen 22, 23, 24 sind von innere Seite der Elementen 19, 20, 21 koaxial sattanliegend gesetzt.

Magnetoempfindliche Sensoren 9 und 10 paarweise sind in Spalten zwischen Zentralelement 19 und seitlichen Elementen 20, 21 von Magnetkern der Sensoreinheit gesetzt. Andere Paar von 11, 12 magnetoempfindliche Sensoren 9 und 10 befindet sich symmetrisch auf andere Seite des Kanals 16. Mehrere solche Sensorpaare können um den Kanal 16 gleichmäßig angesetzt werden.

Ein oder mehrere zusätzliche magnetoempfindliche Sensoren 14, 15 können unter den Pole 3, 4 von Magnetisierungseinheit gesetzt werden.

Als magnetoempfindliche Sensoren können verschiedene Sensortypen verwendet werden (Magnetoresistoren, Magnetotransistoren, Magnetodioden u. s. w.). Am besten ist aber die Hall-Generatoren zu verwenden, weil die sehr empfindlich an die Änderung von Magnetfelddichte und sehr stabil sind.

Der Einsatz 25 wird aus nichtferromagnetischen Stoff gefertigt und unter den Pole 3, 4 längsseits ganze Magnetisierungseinheit gelegt. Der Einsatz bildet ein glatter Kanal 16, wo Seil 1 kann durchgehen kann ohne die Sensoren 9-12 und zusätzliche Sensoren 14, 15 zu zerstören. Der Einsatz 25 liefert auch eine Begrenzung für die mögliche Seilschwingungen und Schränkungen im Kanal. Der versetzbare nichtferromagnetische Einsatz 25 wurde aus abtriebbeständigen Stoff, z. B. aus Messing, gefertigt. Bei der Prüfung von Seile mit zerstörbare Schutzschicht, z. B. aus Polymer, ist Plast das beste Stoff für den Einsatz 25 sofern Metalleinsatz kann das Schutzschicht zerstören.

Die ferromagnetische Einlage 17, 18, 22, 23, 24 und nichtferromagnetischer Einsatz 25 sind als versetzbare Teile ausgeführt, die verschiedene Baugroesse haben können, so daß die Möglichkeit besteht, Seile mit verschiedenem Querschnitt aus dem vorgegebenem Bereich zu prüfen.

Andere Implementierung von der dieser Erfindung entsprechenden Prüfvorrichtung wird am Abb. 3 gezeigt. Sie bezieht sich auf dem Fall, wenn die Seile eng bei einander sind, z. B. Seile von einem Fahrstuhl. Typischeweise beträgt der Abstand zwischen Fahrstuhlseile 80 mm. Die auf Abb. 2 gezeigte Implementierung kann solchem Fall nicht verwendet werden, weil es kein Platz für Magnetisierungs- und Sensoreneinheiten ist.

Die auf Abb. 3 gezeigte Implementierung ist analog zur Implementierung auf Abb. 2, was kann man gut aus Vergleich von entsprechende Längsschnitte sehen. Der Unterschied besteht darin, daß Magnetkern 2 von der Magnetisierungseinheit in Abb. 3 U-förmig gefertigt wird und die Permanentmagneten 5, 6 mit Polschuh 26 aus weichmagnetischen Stoff ausgerüstet sind. Die Polschuh 26 umgeben den Kanal 16, die ferromagnetischen Einlagen 17, 18 liegen an Polschuh 26 satt. So weit der externe Durchmesser von Polschuh 26 viel kleine als die Höhe von Magnetkern 2 ist, ist eine von Abmessungen in Querachse deutlich kleiner als in andere. Durch solche Konstruktion ist es möglich, die Prüfvorrichtung sogar bei kleine Abstand zwischen den Seile zu verwenden.

Um die Anwendung von der Prüfvorrichtung Abb. 2, Abb. 3, deren Magnetsystem symmetrisch relative des Kanals 16 ist, einfacher zu machen, sind die Magnetisierungseinheit und Sensoreneinheit teilbar in der Länsebene der Symmetrie gemacht. Sie bestehen aus zwei Teile, die von einer Seite des Kanals 16 mit Scharnierbaende (an der Abbildung nicht gezeigt) gekuppelt sind und von anderer Seite mit dem Schloß (an der Abbildung nicht gezeigt) ausgerüstet sind.

In beiden Fallen stellen die Magnetisierungs- und Sensoreneinheit (Abb. 4) ein Magnetkopf 27 zusammen, der auf zu kontrollierenden Seil aufgesetzt wird.

Die im Magnetkopf 27 eingebaute Sensoren 9-12 und die unter den Pole 3, 4 gesetzte zusätzliche Sensoren 14, 15 sind an die Signalbearbeitungseinheit 28 angeschlossen, z. B. an einen digitale Signalprozessor. Am Ausgang ist die Signalbearbeitungseinheit 28 an ein Schreibgerät 29 angeschlossen, z. B. an ein Drücker, der die Diagrammen aufzeichnet.

Zusätzlich für jede Implementierung besaß der Magnetkopf 27 über ein Nachlaufgenerator, der die laufende Koordinaten des Seils relative ein Nullstelle vermittelt. Insofern die Implementierung vom Nachlaufgenerator gut bekannt ist, wird er auf die Abbildungen nicht gezeigt.

Die Prüfvorrichtung funktioniert folgendermaßen.

Der auf den Seil 1 gesetzte Magnetkopf 27 induziert im Seil mit Hilfe von Magnetisierungseinheit mit Permanentmagneten 5, 6 und Magnetkern 2 den längslaufenden Magnetfluss 7. Die Magneten 5, 6 sind stark genug, den Abschnitt des zu kontrollierenden Seils magnetisch zu sättigen.

Hauptanteil 7 des induzierten Magnetflusses setzt den Seil 1 durch und der Streufluss 8 setzt das Zwischenpolraum um den Seil 1 durch. Streufluss 8 (oder ein Teil davon) wird durch die ferromagnetische Elemente 19-21 Magnetkerns von der Sensoreneinheit eingefangen so, das er die Paare von Hall-Sensoren 9, 10 und 11, 12 durchsetzt.

Die elektromotorische Kraft von Hall-Sensoren 9, 10 und 11, 12 bildet die Signale, die auf den digitalen Prozessor 28 weitergeleitet und da entsprechend dem erfundene Verfahren verarbeitet werden. Die Ergebnisse dieser Signalverarbeitung werden von einem Schreibgerät aufgenommen, z. B. von einem Drucker in Form einige Kurven Länge als mit x-Koordinate z. B. in Meter gemessen. Eine Kurve repräsentiert Metallflächenverlust von dem Seil 1 in Prozent, andere Kurve darstellt Signal lokale Defekten.

In Elementen 19, 20, 21 konzentrierter magnetischer Streuungsfluss 8 ist von Metallfläche des Seils 1 abhängig, wie es oben schon beschrieben wurde. So ist die Signalsumme von Sensorenpaare 9-12 und von anderen Sensorenpaare, die den Seil 1 umgeben, von Metallfläche des Seils 1 abhängig.

Der digitale Signalprozessor 28 addiert so wie Signale von Sensoren 9, 10, als auch Signale von Sensoren 11, 12, 9 und andere solche Sensoren, die Paare bilden. Der Nach der Bearbeitung wird Signalsumme mit Hilfe von einem Schreibgerät 29 die Kurve von Metallflaechverlust grafisch darstellt.

Soweit magnetischer Streufluss 8 deutlich kleiner als magnetischer Grungfluss 7 ist, ist auch die relative Zunahme vom Streufluss 8 deutlich größer als relative Rückgang von Grundfluss, der wegen der von Metallflächeänderung entstehende Umverteilung entsteht. Demnach ist die relative Änderung von Magnetfluss im Zwischenpolraum um den Seil 1 deutlich größer als die Magnetflussänderung in Spalten zwischen Pole 3, 4 und Seil 1. Dadurch erhöht sich die Messgenauigkeit.

Signale von zusätzlichen unter den Pole 3, 4 gesetzte Sensoren 14 und 15 werden mit dem Gewichtsfaktor A aus der von Signalprozessor 28 ausgeglichene Signalsumme von Sensorenpaare 9-10, 11-12 und änliche subtrahiert. Durch die Subtraktion von mit Gewichtsfaktor multiplizierte Signale von zusätzlichen Sensoren 14, 15 aus der Signalsumme erhält man zweite Signaldifferenz, die bei der Messung von Seil 1 Metallfläche verwendet wird. Infolge dieser Operation wächst zusätzlich die Messgenauigkeit, weil der von der Instabilitaet des Magnetflusses (z. B. wegen Temperaturänderung) bedingte Fehler abfällt.

Falls der Abschnitt des Seils im Empfindlichkeitszone von Sensoren kein lokaler Defekt hat, d. h. kein Aderbruch, ist die Signaldifferenz für Sensoren 9 und 10, als auch für Sensoren 11 und 12 und andere änliche Sensorenpaare beinahe Null. Ist dann magnetische Streufluss durch Sensoren 9 und 10 gleich. Dasselbe betrifft Sensoren 11 und 12 und andere änliche Sensorenpaare. Demnach ist die Summe von ersten Signaldifferenzen von Sensorenpaare Null, wenn es kein lokaler Defekt im Sensorenempfindlichkeitszone von Sensoren 9-10, 11-12 gibt.

Falls ein Adelbruch 13 des Seils 1 kommt in die Empfindlichkeitszone eines Sensores, z. B. Sensores 9, nimmt der lokale magnetische Streufluss 30 zu, der von Elementen 19 und 20 von Magnetkern der Sensoreneinheit gefangen wird (Abb. 5). Folglich nimmt der gesamte magnetische Streuungsfluss durch den Sensor 9 zu, was auf erste Signaldifferenz für Sensoren 9 und 10 bewirkt, die auch zunimmt.

Falls ein Adelbruch 13 des Seils 1 kommt in die Empfindlichkeitszone des Sensores 10, nimmt der gesamte magnetische Streufluss durch den Sensor 10 zu, und folglich wechselt die erste Signaldifferenz von Sensoren 9-10 das Vorzeichen. Es ergibt sich in einem bipolaren Pulse von elektromotorisachen Kraft am Ausgang von Sensorenpaar 9-10. Dieses Pulse wird mittels Prozessor 28 bearbeitet und dann von dem Schreibgearet registriert, um später als Adelbruch klassifiziert zu sein.

Also hängen die Ausgangssignale der Sensoren 9-10 so wie von Metallfläche des Seils als auch von lokalen Defekten ab. Signalsumme lässt man Metallfläche abzuschätzen und die erste Signaldifferenz ermöglicht es, die lokale Defekten zu erfassen, wenn die in der Empfindlichkeitszone des Sensors sich befinden. Demnach realisiert die obenbeschriebene magnetische Prüfvorrichtung das der Erfindung entsprechende Verfahren.

Insofern eine und dieselbe Sensoren in der Prüfvorrichtung für die Messung von Metallfläche und für die Erfassung von lokale Defekten verwendet werden, erscheinen Signale in beiden Kanälle gleichzeitig, wenn ein lakaler Defekt in die Empfindlichkeitszone des Sensoren 9-12 kommt. Demnach kann durch den Vergleich von beide Signale eine weitere Erhöhung von Erfassungszuverlässigkeit erzielt werden. Durch die Reduzierung von Anzahl von magnetoempfindlichen Sensoren wird auch Vereinfachung von Vorrichtungskonstruktion erzielt.

Falls ein Seil 1 mit kleinem Durchmesser geprüft werden soll, dann vergrößern sich die radiale Spalte zwischen den Elementen 19-21 von Magnetkern der Sensoreneinheit und den Seil. Es führt zur Vergrößerung von ringfoermigen Empfindlichkeitszonen von Sensoren und deren Überlappung. Es bewirkt die erste Signaldifferenz für Sensorenpaar 9-10 (11, 12), die dadurch kleiner wird, demnach fällt auch die Zuverlässigkeit von Defektenerfassung ab. Außerdem führt die Vergrößerung von Spalten zwischen die Sensoreneinheit und den Seil zum Rückgang von Sensorenempfindlichkeit bezüglich lokale Defekten, was auch zum zusätzlichen Ruckgang von Zuverlässigkeit von Defektenerfassung führt. Die zusätzliche ferromagnetische Einlagen 22-24 für gesagte Elementen 19-21 machen die radiale Spalten zwischen den Elementen 19-21 und den Seil 1 kleiner. Es lässt man die hoehst mögliche für diese Prüfvorrichtung Zuverlässigkeit der Erfassung von lokalen Defekten bei verschiedenen Durchmesser des Seils 1 zu erzielen.

Falls der Seils Durchmesser abnimmt, passiert Vergrößerung von radialen Spalten auch unter den Polen 3, 4 von Magnetisierungseinheit. Es führt dazu, daß die Magnetfelddichte im Seil 1 kleiner wird und der Seil wird nicht bis zur Sättigung magnetisiert. Dann wird die lineare Abhängigkeit zwischen Metallfläche des Seils 1 und Magnetfelddichte beim Sensor 14(15) abgebrochen, was zur Erhöhung von Messfehler bei der Messung von Metallfläche führt. Die zusätzliche ferromagnetische Einlagen 17, 18 (die zwischen den Pole 3, 4 und den Seil 1 gelegt werden) ermöglichen es, den Seil auch bei reduziertem Durchmesser bis zur Sättigung zu magnetisieren. Dadurch erhöht sich der Messfehler bei reduziertem Durchmesser des Seils nicht.

Zusätzliche Steigerung von Messgenauigkeit wird durch Anwendung von Zentralelement 19 erzielt, weil er das magnetische System von der Magnetisierungseinheit und von der Sensoreneinheit symmetrisch macht. Unsymmetrie von magnetischen System führt zum zusätzlichen Messfehler, die wegen magnetischen Hysteresis beim Wechsel von der Laufrichtung des Seils 1.

Vor dem Gebrauch soll die Prüfvorrichtung folgendermaßen kalibriert werden.

Kalibrierungsverfahren wird in zwei Phasen aufgeteilt. In der erste Phase wird das Messkanal für Metallflächen kalibriert, in der zweite Phase-Messkanal für lokale Defekten.

In der erste Phase wird Magnetkopf 27 auf den Seilabschnitt mit nominellen Metallfläche gesetzt, was entspricht Null-Metallflächeverlust. Mit Hilfe Prozessor 28 stellt man die Groesse des Faktors A fest, der ein Nullsignal am Schreibgerät 29 gewährleistet. Dann wird Magnetkopf 27 auf ein Seilabschnitt mit bekannten Wert des Metallflächeverlustes (LMA) gesetzt, um damit entsprechenden Wert am Schreibgerät 29 zu bekommen. So werden zwei Werte für die Eichkuve festgestellt.

Da Sensorsignal linear von Metallflächeverlust abhängig ist, gewährleistet die Zweipunktenkalibrierung genügende Messgenauigkeit. Falls die Abhängigkeit deutlich nichtlinear ist, dann wird bei der Kalibrierung mehr als zwei Punkten genommen, d. h. zwei oder mehr Seilabschnitte mit bekannten Metallflächeverlust.

Als zweite Kalibrierungspunkt kann ein 100% Metallflächeverlust benutzt werden, was Abwesenheit des Seils in Magnetkopf 27 entspricht.

Damit wird die erste Phase der Kalibrierung beendet.

In der zweite Phase der Kalibrierung wird der Magnetkopf 27 auf ein Seilabschnitt mit Adelbruch von bekannte Querschnitt, z. B. 1% von Seils Nenndurchmesser, gesetzt. Bei Verschiebung des Magnetkopf 27 laengsseits des Seils 1 erhaelt man ein Pulsesignal, der auf Schreibgerät 29 kommt. Mit Hilfe Prozessor 28 kann man Pulseamplitude anpassen. So wird die Kalibrierung beendet.

Also wird dank dem vorgeschlagenen Verfahren und entsprechenden Prüfvorrichtung für zerstoerungsfreie Erfassung vom Metellflächeverlust und lokalen Defekten von länglichen Gegenständen, insbesondere Stahlseile, die Erhöhung von Genauigkeit bei Metallflächemessung und die Erhöhung von der Zuverlässigkeit bei der Erfassung von lokalen Defekten erzielt.

Industrielle Anwendung

Die Erfindung kann in alle Bereiche verwendet werden, die mit der Fertigung und Anwendung von laenglichen ferromagnetischen Gegenstaenden solche, wie Stahldrahtstabe, Rohre, Draht, Seile (so wie runde als auch flache) verbunden sind. Sie kann bei der Defektoskopie von Seile in Erzbergbau, bei der Seilbahn, bei der Wartung von Fahrstule eingesetzt werden.

Claims (11)

1. Magnetisches zerstörungsfreies Verfahren zum Erfassen eines Metellflächenverlustes und sowie lokalen Defekten in länglichen ferromagnetischen Gegenständen, z. B. in Stahladerseile, umfassend.

• a) Magnetisieren des Gegenstandes (1) in Längsrichtung mit Hilfe einer Magnetisierungseinheit mit den auf den Gegenstand (1) gerichtete Polen (3, 4), die geeignet ist einen Abschnitt des Gegenstandes (1) magnetisch zu sättigen,
• b) Messen eines Magnetfeldparameters in wenigstens zwei Punkten am Gegenstandes (1) Oberflache in Zwischenpolraum mittels magnetoempfindlichen Sensoren (9, 10), wobei die Sensoren paarweise auf eine Parallele zur Mittellinie des Gegenstandes (1) liegen,
• c) Subtrahieren der Signale von Sensoren (9, 10), die Paare bilden, auseinander, so daß die dadurch erhaltene erste Signaldifferenz für Erfassen von lokalen Defekten (13) von Gegenstand (1) verwendet wird,
• d) Erfassen von Metallfläche des Gegenstandes (1) über die Signalsumme von magnetoempfindlichen Sensorenpaar (9, 10).

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte für Magnetfeldparameter symmetrisch relativ Mitte des Zwischenpolraums festgelegt sind.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannten Magnetfeldparameter zusätzlich von einem zusätzlichen Sensor (14) unter mindestens einem Pol (3) von genannten Magnetisierungseinheit gemessen wird, das dadurch ermittelte Signal mit dem von nominalen Metallfläche des Gegenstandes (1) abhängigen Gewichtsfaktor A aus der Signalsumme von Sensoren (9, 10) subtrahiert und damit die zweite Signaldifferenz berechnet wird, die für die Erfassung von Metallfläche des Gegenstandes (1) verwendet wird.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei Gewichtsfaktor A so ausgewählt wird, daß die zweite Signaldifferenz ein minimaler Wert einnimmt, als ein Gegenstand (1) mit nominaler Metallfläche in Magnetisierungs- und Sensoreneinheit eingelegt.

5. Eine magnetische zerstoerungsfreie Prüfvorrichtung zum Erfassen eines Metellflächenverlustes und sowie lokalen Defekten in länglichen ferromagnetischen Gegenständen, z. B. in Stahladerseile, Rohre, Draht, umfassend:

• a) eine Magnetisierungseinheit mit den auf das Führungskanal (16) für Gegenstand (1) gerichteten Polen (3, 4), die geeignet ist ein Abschnitt des Gegenstandes zwischen den Polen in Längsrichtung magnetisch zu sättigen,
• b) eine zwischen den Polen (3, 4) gelegte Sensoreneinheit mit Magnetkern und den Gegenstand umgebende magnetoempfindlichen Sensoren (9-12),
• c) ein digitaler Signalprozessor (28) und ein Schreibgerät (29),
• d) der genannte Magnetkern besteht aus drei ferromagnetische Elementen (19- 21), die auf eine Parallele zur Mittellinie des Führungskanals (16) mit einem Spalt zwischen einander liegen,
• e) zwei von genannte Elementen (20, 21) sind identisch und liegen symmetrisch mit einem Spalt relativ zum Zentralelement (19),
• f) die genannte magnetoempfindlichen Sensoren sind paarweise (9-10, 11-12) in die genannte Spalten zwischen den Zentralelement (19) und Seitenelementen (20, 21) von Sensoreneinheit auf eine Parallele zur Mittellinie des Führungskanals (16) eingelegt,
• g) ein zusätzlicher nichtferromagneitscher Einsatz (25) befindet sich unter magnetischen Polen (3, 4) und innerhalb der Sensoreneinheit, der ein Führungskanal (16) für den Gegenstand (1) bildet.

6. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die genannte Elementen (19, 21) Magnetkern der Sensoreneinheit mit zusätzlichen ferromagnetischen Einlagen (22-24) ausgestattet sind, die den Elementen (19-21) satt angelegt sind.

7. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Polen (3, 4) von der Magnetisierungseinheit mit zusätzlichen Einlagen (17, 18) ausgestattet sind, die den Polen (3, 4) satt angelegt sind.

8. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, wobei mindestens ein magnetoempfindlicher Sensor (14) sich unter einem von den Polen (3, 4) der Magnetisierungseinheit befindet.

9. Magnetische Prüfvorrichtung nach Ansprüche 6, 7, wobei die genannte Elementen (19, 21) von Sensoreneinheit, ferromagnetische Einlagen (17, 18, 22-24) zusammen mit der genannten Magnetisierungseinheit ein Magnetsystem bilden, die symmetrisch relativ zur Mitte des Zentralelementes ist.

10. Magnetische Prüfvorrichtung nach Ansprüche 5-8, wobei die genannte Magnetisierungseinheit, Sensoreneinheit, mindestens ein unter ein von magnetische Polen (3, 4) gesetzte magnetoempfindliche Sensor (14) zusammen mit ferromagnetische Einlagen (17, 18, 22-24) und nichtferromagnetische Einsatz (25) ein Magnetkopf (27) bilden, die in zwei relativ den Führungskanal (16) symmetrische Teile aufgeteilt sind, die mit einander mittels einer Angel und Schloss gebunden sind.

11. Magnetische Prüfvorrichtung nach Ansprüche 5, 8, wobei als genannte magnetoempfindliche Sensoren Hall-Sensoren verwendet werden.