DE10127806A1 - Verfahren zur Fertigungsüberwachung der Abmessungen und deren Toleranzen von zu bearbeitenden Werkstücken, insbesondere in der Stahlindustrie - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Fertigungsüberwachung der Abmessungen und deren Toleranzen von zu bearbeitenden Werkstücken, insbesondere in der Stahlindustrie. Ausführung von Wirbelstromerregung im Material des Werkstücks und Auswertung der zu messenden Wirbelstromspannung nach Realanteil (V¶re¶) und Imaginäranteil (V¶im¶). Messung bei ausgewählt unterschiedlichen Frequenzen der Erregung.

Description

In z. B. Walzwerken wird insbesondere auf Glühtemperatur er­ hitztes Strangmaterial, insbesondere Stahl, zu Werkstücken weiterverarbeitet, insbesondere gewalzt. Sie sollen durch diesen Bearbeitungsvorgang vorgegebene, in vorgegebenen Tole­ ranzen liegende Abmessungen des z. B. Walzquerschnittes haben. Dieses Strangmaterial durchläuft den Bearbeitungsvorgang zu­ mindest in aufeinanderfolgenden Abschnitten kontinuierlich. Entsprechend ist bei diesem Durchlauf die Überwachung der Einhaltung der vorgegebenen Abmessungen des Werkstückes kon­ tinuierlich durchzuführen.

Für einen wie voranstehend umrissenen Bearbeitungsvorgang ist die Verfügbarkeit einer Mess-Sonde mit Auswertung erforder­ lich, mit der, vorzugsweise im Durchlauf und wenigstens ange­ nähert kontinuierlich die Einhaltung jeweiliger Abmessungen kontrolliert werden kann und ein vom Sollwert abweichendes Messergebnis für Regelung des Einhaltens der Abmessungen ver­ fügbar ist. Der Response-Wert, d. h. der am Werkstück augen­ blicklich mit der Mess-Sonde ermittelte Messwert dient also wenigstens indirekt als Regelgröße in dem Regelprozess.

Als einschlägiger Stand der Technik ist in der (1) US-A-4575083 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektro­ magnetischen Messung von Parametern an elektrisch leitfähigem Hochtemperaturmaterial beschrieben. Die dort gegebene Lehre besteht darin, mit einer entsprechenden Vorrichtung und einem Messverfahren die elektrischen Eigenschaften von elektrisch leitenden Materialien zu erfassen, und zwar auf der Grundlage der Nutzung der Wechselstrom-Wirbelstrom/-Messtechnik. Als zu beachten ist für dieses Verfahren die spezifische elektrische Leitfähigkeit, der Abstand zwischen Detektorspule und Objekt und die Abmessungen dieses Objekts. Die Erzeugung des Mess­ signals wird durch Erregung mit Wechselstrom-Magnetfeldern bewirkt, und zwar unter Verwendung einer Erregerspule. Die Erfassung eines Messsignals mit günstigerem Signal-Rausch­ abstand erfolgt mittels einer Detektorspule. Die an dieser Spule gemessene Spannung wird, wie in der Wirbelstromtechnik üblich, phasenempfindlich gleichgerichtet, d. h. demoduliert. Es liegen dann zwei Signalkomponenten vor, die 90° Phase zu­ einander haben. Mittels eines Offset-Abgleichs wird das Aus­ gangssignal auf 0 abgeglichen, dies erfolgt in der Vorrich­ tung ohne dass ein Messobjekt vorliegt. Die beiden phasenemp­ findlich gleichgerichteten und derart Offset-abgeglichenen Spannungskomponenten werden zur weiteren Signalverarbeitung benutzt. Zur Ermittlung der elektrischen Leitfähigkeit wird z. B. das Verhältnis der beiden Spannungskomponenten, Realteil und Imaginärteil der Spannung, gebildet. Für die Vorrichtung dieses Standes der Technik müssen, die praktische Anwendung einschränkend, zwei Bedingungen erfüllt sein. Die eine ist, dass der Abstand A zwischen der Detektorspule und dem Objekt in einem bestimmten Verhältnis zur Eindringtiefe des erregen­ den Feldes stehen muss, nämlich 0,1 < δ/A < 3. Darin ist δ die Eindringtiefe des Feldes. Für eine Leiterquerschnittsbe­ stimmung soll gemäß diesem Stand der Technik der ganze Quer­ schnitt vom erregenden Feld durchsetzt sein. Daraus ergibt sich eine Bedingung für die Frequenz der Erregung.

Aus der (2) US-A-5059902 ist ein elektromagnetisches Verfah­ ren und System bekannt, bei dem auftretende Spannungsindukti­ on durch Abschalten bzw. Unterbrechen eines magnetischen Fel­ des mit zeitlich ansonsten konstanter Amplitude benutzt wird, und zwar zur Bestimmung von charakteristischen Materialwer­ ten. Es sind dies Abstand, Abmessungen, elektrische Leitfä­ higkeit und die Temperatur elektrisch leitenden Materials. Mit diesem Verfahren soll erreicht werden, ein relativ klei­ nes Response-Signal vor dem Hintergrund eines großen Erreger­ feldes noch messtechnisch erfassbar zu machen. Weiter soll mit dem Verfahren die Möglichkeit verbessert werden, die unterschiedlichen Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Position und Abmessungen und dgl. eines Körpers unabhängiger voneinander bestimmbar zu machen. Bei diesem Verfahren er­ folgt die Erregung eines DC-Magnetfeldes mittels eines DC- Stromes in einer Erregerspule. Durch Unterbrechen des DC- Stromes wird in einer vorgesehenen Detektorspule eine Fluss­ änderung bewirkt. Das Abklingen des im gemessenen Objekt ab­ klingenden Feldes wird bei ausgeschaltetem Erregerfeld mit­ tels einer Detektorspule gemessen. Die Amplitude der in der Detektorspule induzierten Spannung und deren zeitlicher Ab­ fall wird erfasst. Dies liefert Information über Eigenschaf­ ten des Objekts. Messtechnisch wird so vorgegangen, dass zu bestimmten Zeitpunkten über ein bestimmtes Zeitintervall τ hinweg die nach dem Abschalten des Erregerfeldes jeweils auf­ tretende Messamplitude abklingt. Die Wahl der Zeitpunkte bzw. der Zeitintervalle der Messungen wird abhängig vom Material und der Spuleninduktivität getroffen. Zur Signalanalyse und Ermittlung der Materialeigenschaften sind Referenzgrößen er­ forderlich, die an einem Referenzkörper ermittelt worden sind. Die für die jeweilige Messung verfügbaren Zeitinterval­ le betragen jedoch bei Stählen weniger als eine Millisekunde und bei Kupfer etwa eine Millisekunde.

Aus der (3) WO-97/14013 ist ein Verfahren und eine Einrich­ tung zur induktiven Messung von Abmessungen und Positionen von Objekten beschrieben, die aus elektrisch leitfähigem Ma­ terial bestehen. Mit der Lehre dieser Druckschrift soll die Erfassung von Abmessungen von bewegten Objekten verbessert werden. Verfahrensmäßig ist dazu vorgesehen, das Erregerfeld im wesentlichen parallel zur Oberfläche in das Messobjekt einfallen zu lassen. Das Erregerfeld weist eine erfassbare Zeitabhängigkeit auf. Die Anordnung der Detektorspule ist in etwa spiegelsymmetrisch zu der Position der Erregerspule. Mit dieser Anordnung lassen sich aber nur solche Bewegungen eines Objekts messen, die normal zur Objektoberfläche gerichtet sind. Auch dieses Verfahren arbeitet mit Normobjekten zwecks Kalibrierung der Messempfindlichkeit. Mit diesem Verfahren wird bezweckt, Störungen zu minimieren, die sich aus einer Bewegung des Objekts ergeben können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein von den techni­ schen Einsatzmöglichkeiten, z. B. im Walzwerk, her vergleich­ bar anwendbares Verfahren anzugeben, mit dem ebenfalls die Fertigungsüberwachung der Abmessungen und deren Toleranzen des zu bearbeitenden beispielsweise Strangmaterials überwacht und entsprechend nachgeregelt werden können, jedoch wie vor­ anstehend zitierte Nachteile vorzugsweise ausgeschlossen, je­ doch zumindest entscheidend gemindert sind.

Zur Aufgabe der Erfindung gehört fakultativ des weiteren, ein Messverfahren zu haben und Ausgestaltungen der Messaufnehmer vorzusehen, die wenigstens weitgehend unempfindlich sind ge­ genüber elektromagnetischen Störungen, die in z. B. Walz- bzw. Ziehwerken zwangsläufig auftreten und insbesondere von den dort vorhandenen Elektromotoren und dergleichen erzeugt wer­ den und induktive Einstreuungen in induktiven Messaufnehmern bewirken können. Auch sollen die Messergebnisse wenigstens weitgehend unbeeinflusst sein von unterschiedlich großen vor­ gegebenen Materialgrößen des jeweiligen Objekts, wie einer­ seits der Arbeitstemperatur und/oder andererseits der Abmaße eines Objekts, und zwar dies auch bei Bewegung desselben.

Diese Aufgabe wird gelöst, wie im Patentanspruch 1 angegeben ist und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus dazu angegebenen Unteransprüchen hervor.

Bei der Erfindung ist - abgesehen von aus anderen Gründen vorgenommenen Unterbrechungen der Folge der Messwerterfassung - permanente Erregung im Material des Werkstücks vorgesehen, die in diesem elektrische Wirbelströme bewirkt. Dies erfolgt mittels einer Erregerspule, die dem Werkstück gegenüberlie­ gend positioniert angeordnet ist. Die Erregung erfolgt mit einer oder ggs. mehreren Erregerfrequenzen im Bereich von et­ wa 100 bis 10⁶ Hz, und zwar für Wirbelstromerzeugung im vorliegenden Material. Entsprechend der permanenten Wirbelstro­ merregung mit einem periodischen Erregerstrom kann permanent die Konstanz oder eine Vergrößerung oder Verkleinerung einer Wirbelstrom-Response-Messgröße als Signal mit einer Mess- Sonde erfasst werden. Der Erregerstrom kann perfekt sinusför­ mig oder z. B. auch rechteckförmig sein. Gemessen und ausge­ wertet werden jeweils Realteil und Imaginärteil des betref­ fenden Messwertes, worauf jedoch noch näher eingegangen wird. Eine Änderung der aus der Wirbelstromerregung resultierenden Response-Signale gibt einen Hinweis auf eine Änderung, d. h. eine Inkonstanz einer zu erfassenden Abmessung dieses Werk­ stücks. Dieses Response-Signal der Wirbelstromerregung im Ma­ terial des Werkstücks ist zwar ebenfalls abhängig vom tempe­ raturabhängigen spezifischen elektrischen Widerstand des Ma­ terials. Dieses kann aber durch Messungen bei mehreren Erre­ gerfrequenzen weitgehend eliminiert werden. Die bei hohen Frequenzen erhaltenen Messwerte geben im wesentlichen Infor­ mation über physikalische Größen des Materials an. Bei nied­ rigen Frequenzen erhält man zusätzlich auch Angaben über die Abmessung des Werkstücks, z. B. des Querschnitts. Mit Kenntnis dieser Messwerte lassen sich die betreffenden jeweiligen Messgrößen voneinander separieren.

Mit der Erfindung können durch entsprechende Wahl der Anord­ nung von Erreger- und Detektorspulen gleichzeitig auch mehre­ re, insbesondere zwei interessierende Abmessungen des Werk­ stückes bei Anwendung verschiedener Erregerfrequenzen erfasst werden, weil hier die Wirbelstromerregung permanent ausge­ führt wird. Es können dies die beiden zueinander orthogonalen Abmessungen eines beispielsweise rechteckigen Querschnitts des Werkstücks sein. Für diese gleichzeitigen Messungen müs­ sen ebenfalls orthogonal zueinander zwei Mess-Sonden angeord­ net sein. Sie können auch in Richtung des Durchlaufs des Werkstücks hintereinanderliegend, vorzugsweise nahe beieinan­ der, angeordnet sein. Damit kann in einem Zuge der z. B. zwi­ schen zwei Walzen gewalzte Rechteckstrang hinsichtlich seiner Querabmessungen gleichzeitig, an zwei örtlich etwas voneinander verschiedenen Stellen des Objekts gemessen, somit über­ wacht und geregelt konstant produziert werden.

Für die Ausführung der Erfindung mit Wirbelstromerregung im Material des Werkstücks mit einer Frequenz f und einer Ampli­ tude des Erregerstroms gilt, dass die Wirbelströme das Werk­ stück komplett durchsetzen, d. h. die Frequenz in Bezug auf die zu erfassende Abmessung ausreichend niedrig gewählt ist.

Erfindungsgemäß wird mit der vorgesehenen Mess-Sonde eine Response-Messgröße K = ΔV_im/ΔV_re gemessen. Darin sind V_re und V_im Realteil und Imaginärteil der Änderung der elektri­ schen Spannung, die an der Mess-Sonde gemessen wird.

ΔV = ΔV_re + jΔV_im. (1)

Es gilt

ΔV_re = I_err[R₁2πf.M²] : [R₁ ² + (2πf - L₁)²]. (2)

Entsprechend gilt

ΔV_im = I_err[2πf.L₁.(2πf - M)²] : [R₁ ² + (2πf -L₁)²]. (3)

In diesen Gleichungen ist I_err die Stromstärke in der Erre­ gerspule, mit der das Auftreten der Wirbelströme im Werkstück bewirkt wird. R₁ ist der Verlustwiderstand im Material, L₁ die Selbstinduktivität der Wirbelströme im Material und M ist die Gegeninduktivität zwischen Erreger- bzw. Detektorspule einerseits und den Wirbelströmen im Material andererseits.

Erregung mit jeweils unterschiedlich groß bemessener Strom­ stärke, d. h. Leistung, des Erregerstromes I_err kann erforder­ lich sein, so z. B. bei Messungen mit unterschiedlichen Fre­ quenzen des Erregerstroms. Die Größe des Erregerstroms ist jeweils so anzupassen, dass verwertbare Messergebnisse zu er­ halten sind.

Mit Hilfe der gemessenen Response-Messgröße K kann erfin­ dungsgemäß eine jeweilige Abmessungsgröße des Stranges bzw. Werkstückes bestimmt werden. Es kann dies z. B. die Dicke ei­ ner gewalzten Platte sein. Falls sich die Temperatur des Materials des Objekts während des Messvorganges ändert, wird bei unterschiedlichen Erregerfrequenzen gemessen. Für diese Messwertermittlung wird ein an sich bekannter Messwertver­ gleich mit Messwerten einer erstellten, vorliegenden Biblio­ thek mit an Normalmustern gemessenen Werten herangezogen. In der Bibliothek der Messwerte für den Werk K ist als Parameter vorzugsweise auch die Temperaturabhängigkeit des Response- Wertes und ggf. dies auch für jeweilige Permeabilität berück­ sichtigt.

In Anwendung dieser Erfindung wird für konstante Abmessung des Werkstückes, z. B. der Dicke eines Stranges der Walzrol­ len-Spalt jeweils derart nachgeregelt, dass der Response-Wert K über die Dauer des z. B. Walzprozesses konstant gehalten bleibt. Soweit der Bibliothek kein exakter Vergleichswert für den Response-Wert K entnommen werden kann, kann durch ent­ sprechende Interpolation jeglicher Zwischenwert für K ermit­ telt bzw. für den Bearbeitungsprozess des Werkstücks vorgege­ ben werden.

Zur Offenbarung der Erfindung gehören auch die anliegenden Fig. 1 bis 6.

Fig. 1 zeigt ein vektorielles Diagramm der reellen und ima­ ginären Anteile der zu berücksichtigenden elektrischen Span­ nungsgrößen.

Fig. 1A zeigt den Verlauf der Höhe des Spannungssignals in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz.

Fig. 2 zeigt das Schema eines Aufbaus einer zu verwendenden Messeinrichtung.

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Fig. 2.

Fig. 4 zeigt Einzelheiten zur Einrichtung für den Empfang des Messsignals.

Fig. 5 zeigt den Aufbau einer ersten Variante eines Magnet­ feldwandlers zu Fig. 4 und

Fig. 6 zeigt einen zu Fig. 5 alternativen Aufbau für Fig. 4.

Bezüglich der vorgenannten Gleichungen sei zum vertieften Verständnis der Erfindung noch auf die Fig. 1 hingewiesen. Die Fig. 1 zeigt in der komplexen Spannungsebene die Vekto­ ren der einzelnen Spannungswerte der obengenannten Beziehun­ gen bzw. Gleichungen. V_s ist darin diejenige komplexe elekt­ rische Spannung, die an der Mess-Sonde gemessen wird wenn diese lediglich von Luft umgeben ist, d. h. kein Werkstück sich in deren Nähe befindet. Der Spannungsvektor ΔV und sei­ ne Komponenten ΔV_re und ΔV_im sind die Spannungsänderungen, die im Erregungs- und Messbereich bei dort vorhandenem jewei­ ligem Material bzw. Werkstück auftreten und gemessen werden. Um z. B. beim Walzen vorgegebene konstante Abmessungen zu er­ reichen, werden die Walzen im bzw. für den jeweiligen Durch­ lauf des Materials in ihrer Einstellung so nachgeregelt, dass die Sollwerte ΔV_re und ΔV_im erreicht werden.

Nachfolgend wird eine Verfahrensvariante zur Erfindung be­ schrieben.

Diese Variante ist z. B. geeignet zur Messung und überwa­ chungsgemäßen Regelung der Stärke und Breite einer gewalzten Platte. Die Platte als zu bearbeitendes Werkstück wird mit einer Anzahl verschiedener Frequenzen erregt. Diese Frequen­ zen sind so ausgewählt, dass das Werkstück bei z. B. der einen Frequenz mit dem Ergebnis erregt wird, dass die entstehenden Wirbelströme die Dicke des Werkstücks voll durchsetzen. Mit anderen ausgewählten Frequenzen soll das Werkstück nur teil­ weise, z. B. nur zu 10%, mit erregten Wirbelströmen durchsetzt sein. Vergleichsweise zu den obigen Gleichungen (1), (2) gel­ ten hier die Gleichungen

ΔV(f_i) = ΔV_re(f_i) + jV_im(fi). (11)

ΔV_re(f_i) = I_err R₁[2πf_i.M]² : [R₁ ² + (2πf_i.L₁)²]. (12)

ΔV_im(f_i) = I_err [2πf_iM]².(2πf_i.L₁) : [R₁ ² + (2πf_i.L₁)]. (13)

Anhand der mit der Mess-Sonde gemessenen Spannungen für die jeweiligen Frequenzen f_i = f₁, f₂. . . werden die Response- Werte K; K_i = ΔV_im(f_i) : ΔV_re(f_i) ermittelt. Mit diesen ermit­ telten Werten K wird die z. B. Plattenstärke anhand einer vor­ liegenden, wie oben schon beschriebenen, zuvor erstellten Da­ tenbibliothek, ggf. mit Interpolation, ermittelt. Alternativ kann auch über das Frequenzverhalten der Werte K_i(f_i) in Verbindung mit der auftretenden Eindringtiefe des Erregerfel­ des in das Material die betreffende Abmessung des Werkstücks bestimmt bzw. geregelt werden. Bei letzterer Variante nutzt man die Tatsache, dass das Produkt aus K-Wert und Erregerfre­ quenz bei denjenigen Erregerfrequenzen sich nicht mehr än­ dert, bei denen das Werkstück, z. B. die Platte, nicht mehr vollständig vom Erregerfeld durchsetzt wird. Die z. B. Plat­ tenstärke wird dabei in Relation gesetzt zu der Eindringtiefe des Erregerfeldes, nämlich bei der Frequenz f_c, bei der das frequenzunabhängige Verhalten aufzutreten beginnt. Dazu siehe auch Fig. 1A. Der Zusammenhang zwischen der Frequenz f und der Eindringtiefe d des Erregerfelds in das Material ist in der Bibliothek generell vorhanden. Dem jeweiligen Ergebnis entsprechend wird der Walzenrollenspalt eingestellt bzw. im laufenden Betrieb dem Sollwert folgend nachgeregelt. Für die Abmessung der Plattenbreite wird die Positionierung von Erre­ gung und Mess-Spule angepasst gewählt.

Für die Durchführung erfindungsgemäßer Messungen sei ein Aus­ führungsbeispiel nachfolgend beschrieben.

Fig. 2 zeigt das Prinzip eines Aufbaus zur Ausführung der Erfindung. Mit 1 ist ein Werkstück, z. B. ein Strang oder eine Platte des Materials im Schnitt dargestellt. Mit 2 ist eine Erregerspule und mit 3 das Erregerfeld bezeichnet. Mit 4 ist das Feld der mit der Erregung bewirkte Wirbelstromantwort angedeutet. Mit der Spule 2 der Erregung kann hier auch die Messung erfolgen, so dass diese Spule auch Mess-Sonde 2' ist. Die Erregerspule 2 wird von dem Erregerstrom I_err durchflos­ sen.

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild zu Fig. 2. Mit 11 ist der Generator der Erregung mit der Erregerspule 2 und deren Spu­ leninduktivität L_s und innerem Widerstand R_s bezeichnet. Mit M ist die Gegeninduktivität zwischen der Erregerspule und der Wirbelstrominduktion bezeichnet. Mit R₁ und L₁ sind Wider­ stand und Selbstinduktivität der Wirbelstrominduktion im Ma­ terial bezeichnet. An den Anschlüssen der Mess-Sonde ist die Sonden-Spannung V = V_re + jV_im zu messen. Für das Ersatz­ schaltbild nach Fig. 3 gilt die Beziehung.

(V : I_err) = R_s + j2πfL_s + [(2πfM)².R₁ : (R₁ ² + (2πfL₁)²] - (j2πfL₁)(2πfM)² : [R₁ ² + (2πfL₁)²]

Die in der Gleichung enthaltenen Größen M; R1; L1 sind Grö­ ßen, die mit den auftretenden Wirbelströmen verbunden sind.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung.

Mit 1 ist wiederum das Werkstück bezeichnet. Mit 2 bezeichnet ist die Erregerspule. Der Übersichtlichkeit halber sind An­ schluss-Leitungen und dgl. weggelassen. Mit 41 und 42 sind hier als Sensor zwei gleiche, miteinander in Reihe geschaltet verbundene Antennenspulen bezeichnet. Über eine Koppelschlei­ fe, beispielhaft dargestellt in den Fig. 5 und 6, sind diese Antennenspulen - als besondere Weiterbildung - außerdem magnetisch mit mindestens einem Magnetfeld-Spannungswandler 43 verknüpft. Die Anordnung und insbesondere Symmetrie dieser von den Antennenspulen 41 und 42 gebildeten induktiven Anten­ ne 140 sind so gewählt, dass bei nicht vorhandenem Werkstück 1 durch das erregte Feld 100, dieses ausgehend von der Spule 2, kein resultierender Induktionsstrom in der Antenne 140 erzeugt und infolgedessen kein Messfeld im Magnetfeld- Spannungswandler 43 induziert wird. Die Ausgestaltung der An­ tenne und des Wandlers 43 sind derart, dass die Anordnung der Fig. 4 eine nur sehr geringe Empfindlichkeit für homogene magnetische Störfelder aufweist. Diese Anordnung der Fig. 4 ist also besonders geeignet für die Lösung der der Erfindung gestellten Aufgabe, nämlich der Regelung der Maßhaltigkeit von bei der Stahlerzeugung hergestellten Produkten. Erst wenn ein Werkstück (wie dargestellt) vorliegt, in dem Wirbelströme mit dem Feld 200 aufgrund der Erregung erzeugt werden, wird in der in der Figur unteren Antennenspule 42 eine elektrische Spannung V induziert. In allein der obengelegenen Antennen­ spule 41 wird, weil sie, wie dargestellt, weiter vom Werk­ stück entfernt positioniert ist, eine wesentlich kleinere e­ lektrische Spannung (mit entgegengesetzter Polarität) indu­ ziert. Infolgedessen tritt in der Antenne eine resultierende Induktionsspannung auf und fließt dort ein resultierender In­ duktionsstrom, dessen Magnetfeld von noch näher zu beschrei­ benden (Fig. 5 und 6) Magnetfeldwandlern gemessen wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Einzelheiten zur Anordnung und Ausführung von Magnetfeldwandlern und zugehörigen Koppel­ schleifen. Der Antennenstrom wird der Anordnung nach Fig. 5 an den Punkten 141 und 142 in die Koppelschleife eingespeist. Wie die Fig. 5 zeigt, sind diese beiden Punkte über die dar­ gestellten seriell geschalteten Strom-Koppelschleifen 241 und 242 miteinander verbunden. Es sind dies Koppelschleifen zu den Hall-Magnetfeldwandlern 341 und 342 zur Erfassung des je­ weiligen Magnetfeldes dieser Koppelschleifen 241 und 242. Diese Wandler sind in Serie geschaltet. Sie werden wie be­ kannt mit einem Einstellstrom I_Hall gespeist. Die Hall- Spannung ist an den Anschlüssen 400 abzunehmen. Diese Anord­ nung ist unempfindlich gegenüber homogenen Feldern.

Die Fig. 6 zeigt eine der Fig. 5 entsprechende Ausführungs­ form mit einem magnetoresistiven Widerstand 641 als Magnet­ felddetektor. Zum Beispiel ist dies ein GMR-Wandler. Dieser Wandler 641 ist in einer wie in Fig. 6 dargestellten Brü­ ckenschaltung mit drei weiteren Ohmschen Widerständen 642 eingefügt. Der magnetfeld-sensitive Widerstand 641 ist in ei­ ner Magnetfeld-Koppelschleife 600 angeordnet, die vergleichs­ weise der Fig. 5 mit dem Antennenausgang der Fig. 4 elekt­ risch verbunden ist. Das in dieser Koppelschleife 600 auftre­ tende, dem Antennensignal der Fig. 4 entsprechende Stromsig­ nal erzeugt dort ein Magnetfeld, das von dem magnetfeld­ empfindlichen Widerstand 641 in ein elektrisches Signal umge­ setzt wird. Mit der Brückenschaltung der Fig. 6 erhält man das Ausgangssignal der Messung, d. h. das Messwertsignal gemäß der Erfindung. Mit 643 ist in Fig. 6 ein z. B. Ferritstift bezeichnet, der Magnetfeld-flussfokussierende Wirkung in be­ kannter Weise hinsichtlich der Position des magnetfeld­ sensitiven Widerstandes bewirkt. Die Wahl einer Brückenschal­ tung dient zur Kompensation von elektrischen Drift-Effekten. Mit I_m ist der Einstellstrom des jeweiligen Wandlers bezeich­ net, der in die Brückenschaltung eingespeist wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erfassung und/oder Überwachung von Material- Eigenschaften elektrisch leitfähigen Materials und/oder von Abmessungen von Körpern aus elektrisch leitfähigem Material bestehend, wobei elektromagnetische Wirbelstromtechnik mit Wechselstromerregung und Wirbelstromdetektion angewendet wird, wobei die elektromagnetische Wirbelstrom-Erregung im Material mit verschiedenen hohen Frequenzen eines vorgegebe­ nen Frequenzbereichs ausgeführt wird und bei dem die Auswertung des jeweiligen Messergebnisses ΔV = ΔV_re + ΔV_im getrennt nach dem Realteil ΔV_re und dem Imaginär­ teil ΔV_im erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Erregerfrequenz gesweept wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit Ermittlung der Mess­ ergebnisse ΔV bei jeweils für verschieden hohe Frequenzen f_i der Erregung unterschiedlich hoher Leistung der Wechselstro­ merregung (I_err).

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Erregung mit Rechteckströmen erfolgt, deren Fourier-Spektrum dem vor­ gegebenen Frequenzbereich wenigstens nahekommend entspricht und die zeitliche Aufeinanderfolge der Rechteckstrom-Impulse so gedehnt bemessen ist, dass zwischen zwei aufeinander fol­ genden Rechteckstromimpulsen ein Zeitintervall liegt, das für das Abklingen der durch den vorangegangenen Rechteckstrom- Impuls bewirkten Wechselstromerregung im Material ausreichend groß bemessen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem für die messtechnische Erfassung des auftretenden induzierten Wirbel­ stromsignals eine Antenne (140) mit differentieller Antennen- Spulenanordnung (41, 42), verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das an der Antenne (140) jeweils auftretende Messergebnis mit Hilfe magnetfeldsensitiver Detektoren (341, 342; 641) erfasst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem ein magnetfeld­ sensitiver Detektor (614) mit magnetoresistiver Eigenschaft in einer abgleichbaren Brückenschaltung verwendet vorgesehen ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das erfasste elektrische komplexe Spannungssignal ΔV ausgewertet wird in der Form ΔV_im : ΔV_re.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zur Reduzierung des Einflusses von Änderungen im Erregerstrom, den Spuleneigenschaften und der Temperatur Realteil und Ima­ ginärteil der am zu messenden Material gemessenen Detektor­ spannung normiert werden mit dem Real- und dem Imaginärteil derjenigen Detektorspannung (V_s), die bei in der Messeinrich­ tung nicht vorhandenem Materialteil gemessen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem zur Minderung von Temperaturabhängigkeit der Frequenzbereich vor­ gesehener Erregerströme (I_err) so gewählt wird, dass das Werkstück (1) bei mindestens einer der Frequenzen (f_i) voll­ ständig durchdrungen und bei einer anderen Frequenz (f_i+n) nur teilweise in das Material eindringend Wirbelstrom-erregt wird und das Verhältnis der bei den unterschiedlichen Fre­ quenzen ermittelten Messergebnisse ausgewertet wird.