DE102006013278A1

DE102006013278A1 - Test specimen`s e.g. railway rail, surface defect detecting method for e.g. rail-bound vehicle, involves detecting surface defect with sensor based on influence on induced eddy current, where sensor is thermography camera

Info

Publication number: DE102006013278A1
Application number: DE200610013278
Authority: DE
Inventors: Jürgen Rohmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-09-27

Abstract

The method involves producing a static magnetic field by a magnetizing device, where the magnetic field is exposed to a test specimen (12) to magnetize the test specimen. The test specimen is displaced into a relative movement, where an eddy current is induced in the test specimen. A surface defect is detected with a sensor (14) based on an influence on the induced eddy current, where the sensor is displaced against the magnetizing device in a magnetizing direction and is a thermography camera. An independent claim is also included for a device for detecting a surface defect of a test specimen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material. Speziell geht es um die Prüfung verlegter Eisenbahnschienen. Diese unterliegen im laufenden Betrieb einem Verschleiß, der die Ausbildung typischer Fehlstellen zur Folge hat. Exemplarisch erwähnt seien Squats und Head Checks. Squats sind unterhalb der Schienenoberseite liegende flächige Trennungen, die vorwiegend parallel zur Oberfläche verlaufen. Head Checks sind schräg liegende Risse im Bereich der Fahrkante, die vorwiegend in den Bögen an der Außenschiene auftreten. Auch können Eisenbahnschienen dellenartige Fehlstellen haben, die durch den Schlupf der Räder beim Anfahren oder Bremsen auftreten.The The invention relates to a method and a device for detection from defects of a specimen ferromagnetic material. Specifically, it is about the exam relocated Railway tracks. These are subject during operation to wear, which is the Training typical defects has the consequence. As an example, be mentioned Squats and head checks. Squats are below the rail top lying flat Separations, which are mainly parallel to the surface. Head checks are weird lying cracks in the area of the driving edge, mainly in the arches at the outer rail occur. Also can Railroad tracks have della-like flaws, caused by slippage the wheels when starting or braking occur.

Materialfehler können an Eisenbahnschienen zu Rissen von mehreren mm Tiefe führen. Es gilt, in einem automatisierten Prüfablauf auch solche Risse zu erkennen, exakt zu lokalisieren und in ihrem Gefährdungspotential zu bewerten, wofür einer quantitativen Erfassung der Rißtiefe große Bedeutung zukommt.material defects can On railroad tracks lead to cracks of several mm depth. It applies in an automated test procedure also such cracks recognize, pinpoint and assess their risk potential, for what a quantitative Detection of the crack depth size Meaning.

Zu prüfende Eisenbahnschienen werden mit einem schienengebundenen Fahrzeug abgefahren, das die Prüfvorrichtung mit sich führt. Angestrebt wird eine Fahrgeschwindigkeit von mehreren zig Kilometern, wenn nicht hundert Kilometern und mehr pro Stunde, eine Fehlstellendetektionstiefe von mehreren mm und eine so hohe Genauigkeit der Fehlstellenlokalisation, daß sich eine jede Fehlstelle garantiert wieder auffinden läßt.To tested Railroad tracks are traversed with a rail-bound vehicle, the the tester with you. The aim is a driving speed of several tens of kilometers, if not one hundred kilometers and more per hour, a defect detection depth of several mm and such a high accuracy of defect location, that yourself guaranteed to find each defect again.

Aus der WO 01/90 738 A2 ist es bekannt, Abstand und Tiefe von Fehlstellen an verlegten Eisenbahnschienen mit einer Wirbelstrom-Prüfsonde millimeter genau zu messen und zur Fehlstellenlokalisation eine GPS-Einheit mit Gyromodul heranzuziehen. In erster Linie werden Head Checks detektiert und bewertet. In der Erfassung tiefer Risse stößt das magnetinduktive Verfahren, nach dem die Wirbelstrom-Prüfsonde arbeitet, auf prinzipielle Grenzen. Das die Wirbelströme induzierende magnetische Wechselfeld muß niederfrequent sein, um eine große Eindringtiefe zu erreichen. Das steht im Widerspruch zu der angestrebten Fahrgeschwindigkeit und Genauigkeit der Fehlstellenlokalisation.Out WO 01/90 738 A2 it is known, distance and depth of defects at routed railroad tracks with an eddy current probe millimeter to measure accurately and for fault location a GPS unit with Gyromodul consulted. First and foremost, head checks are detected and evaluated. The detection of deep cracks causes the magnetic inductive Method by which the eddy current probe works on principle Limits. That the eddy currents inducing alternating magnetic field must be low frequency to one great penetration to reach. This is in contradiction to the desired driving speed and accuracy of defect location.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material zu schaffen, die bei hoher Relativgeschwindigkeit zwischen dem Prüfkörper und einer ihn magnetisierenden Magnetisiereinrichtung Fehlstellen großer Tiefe nachzuweisen, genau zu lokalisieren und in ihrer Tiefe quantitativ zu erfassen geeignet sind.task The invention is a method and a device for detection from defects of a specimen ferromagnetic material to create at high relative speed between the test specimen and a magnetizing magnetizing device to detect defects of great depth, to pinpoint and quantify in depth are suitable.

Zur Lösung dieser Aufgabe erzeugt eine Magnetisiereinrichtung ein magnetisches Gleichfeld, dem der Prüfkörper ausgesetzt ist, um ihn zu magnetisieren. Durch eine Relativbewegung, die Magnetisiereinrichtung und Prüfkörper zueinander vollführen, werden Wirbelströme in dem Prüfkörper induziert, und es werden Fehlstellen des Prüfkörpers anhand von deren Einfluß auf die induzierten Wirbelströme mit einem in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten Sensor nachgewiesen. Dieser Sensor ist eine Thermografiekamera.to solution In this task, a magnetizing device generates a magnetic Dc field to which the test specimen is exposed is to magnetize him. By a relative movement, the magnetizing and test pieces to each other to perform eddy currents induced in the test specimen, and it will be defects of the specimen based on their influence on the induced eddy currents with a set back in the direction of movement against the magnetizing Sensor detected. This sensor is a thermography camera.

Fehlstellen in dem Prüfkörper, die von dessen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüberliegenden Oberfläche ausgehen, behindern die Ausbreitung der induzierten Wirbelströme. Daraus resultiert eine geringere thermische Verlustleistung und punktuell abfallende Oberflächenerwärmung an solchen Fehlstellen.defects in the test piece, the of which the device according to the invention opposite surface go out, hinder the spread of induced eddy currents. from that results in a lower thermal power loss and punctual sloping surface heating on such defects.

Von tief unten kommende, lange Risse, die nicht bis an die Oberfläche reichen oder an der Oberfläche zugeschmiert sind, führen zu einer Erhöhung der Wirbelstromdichte unter der Oberfläche und zu einer punktuell ansteigenden Oberflächenerwärmung.From deep down coming, long cracks that do not reach to the surface or on the surface are smeared, lead to an increase in Eddy current density below the surface and at a point increasing surface heating.

Die Thermografiekamera, eine hochempfindliche Infrarotkamera, ist geeignet, die resultierenden Temperaturdifferenzen zu erfassen. Die Thermografiekamera nimmt mit hoher Datenrate Videobilder von der Infrarotemission des Prüfkörpers auf. Die Auswertung erfolgt durch automatische Bildverarbeitung.The Thermography camera, a high-sensitivity infrared camera, is suitable to detect the resulting temperature differences. The thermography camera takes video pictures of the infrared emission of the high data rate On test specimen. The evaluation is done by automatic image processing.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die Magnetisiereinrichtung wenigstens ein Joch, dessen Auslage in Relativbewegungsrichtung um so größer ist, je höher die Relativgeschwindigkeit und je größer die gewünschte Detektionstiefe ist. Es kann sich dabei um das Joch eines Permanentmagneten oder Elektromagneten handeln.at a preferred embodiment the magnetizer has at least one yoke whose display in the direction of relative movement, the higher the Relative speed and the larger the desired Detection depth is. It may be the yoke of a permanent magnet or Act electromagnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Thermografiekamera mit einer Sonde kombiniert, die den magnetischen Streufluß zu erfassen geeignet ist. Bei der Sonde kann es sich um einen Hall-Detektor, magnetfeldempfindlichen Halbleiterdetektor oder SQUID handeln.at a preferred embodiment is the thermography camera combined with a probe that is magnetic Leakage flux too capture is appropriate. The probe may be a Hall detector, magnetic field-sensitive semiconductor detector or SQUID act.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Thermografiekamera mit einer nach dem magnetinduktiven Verfahren arbeitenden Sonde für die Wirbelstrom-Werkstoffprüfung kombiniert.at a preferred embodiment is the thermography camera with a magnetic induction method working probe for the eddy current material testing combined.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine bevorzugte Verwendung für die Prüfung einer verlegten Eisenbahnschiene. Sie befindet sich dazu an einem schienengebundenen Fahrzeug, das die zu prüfende Schiene mit einer die Wirbelstrominduzierung bewirkenden Fahrgeschwindigkeit überfährt.The inventive device has a preferred use for the exam a laid railway track. It is located at one rail-bound vehicle, the rail to be tested with a the Eddy current inducing driving speed passes over.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. It demonstrate:

1 die schematische Seitenansicht eines Prüfkörpers und einer Magnetisiereinrichtung in Ruhe, d. h. bei Relativgeschwindigkeit Null; und 1 the schematic side view of a test specimen and a magnetizing at rest, ie at relative speed zero; and

2 dasselbe bei einer Relativgeschwindigkeit v₁ ungleich Null. 2 the same at a relative velocity v ₁ not equal to zero.

1 und 2 zeigen das Joch 10 einer Magnetisiereinrichtung, die ein magnetisches Gleichfeld B erzeugt. Vor dem Joch 10 liegt mit einem Luftspalt ein Prüfkörper 12, über den der magnetische Kreis geschlossen ist. 1 and 2 show the yoke 10 a magnetizing device that generates a DC magnetic field B. In front of the yoke 10 lies with an air gap a test specimen 12 over which the magnetic circuit is closed.

1 zeigt den magnetischen Feldlinienverlauf, wenn sich Prüfkörper 12 und Magnetisiereinrichtung in Ruhe befinden, d. h. eine Relativgeschwindigkeit v ist gleich Null haben. 2 zeigt den Feldlinienverlauf bei einer Relativgeschwindigkeit v₁ ungleich Null. Es tritt ein in Bewegungsrichtung rückversetztes magnetisches Bremsfeld (Schleppfeld) auf, in dessen Bereich Wirbelströme induziert werden. Dieses Phänomen ist von der Wirbelstrombremse her bekannt. 1 shows the magnetic field line course when test specimens 12 and magnetizing means are at rest, ie a relative velocity v is equal to zero. 2 shows the field line course at a relative speed v ₁ not equal to zero. A magnetic braking field (dragging field) set back in the direction of movement occurs, in the region of which eddy currents are induced. This phenomenon is known from the eddy current brake.

Kerngedanke der Erfindung ist, die durch die Relativbewegung induzierten Wirbelströme zur Detektion von Fehlstellen des Prüfkörpers 12 heranzuziehen. Die Fehlstellen haben einen Einfluß auf die Wirbelströme, der mit einem in Bewegungsrichtung gegen die Magnetisiereinrichtung rückversetzten Sensor 14 erfaßt werden kann. Der Sensor 14 ist eine Thermografiekamera.The core idea of the invention is the eddy currents induced by the relative movement for the detection of defects in the test specimen 12 consulted. The defects have an influence on the eddy currents, with a set-back in the direction of movement against the magnetizing sensor 14 can be detected. The sensor 14 is a thermography camera.

1010: Jochyoke
1212: Prüfkörperspecimen
1414: Sensorsensor

Claims

Method for detecting defects of a test specimen ( 12 ) of ferromagnetic material, in which a magnetizing device which generates a magnetic constant field, the test body ( 12 ) is exposed to magnetize it, and the test specimen ( 12 ) are displaced in a relative movement to each other, by the eddy currents in the test body ( 12 ) are induced, and the defects on the basis of their influence on the induced eddy currents with a set in the direction of movement against the magnetizing sensor ( 14 ), characterized in that the sensor ( 14 ) is a thermography camera.

Device for detecting defects of a test specimen ( 12 ) of ferromagnetic material with a magnetizing device which generates a magnetic constant field to which the test body ( 12 ) is magnetized to magnetize it, magnetizing means and test specimens ( 12 ) perform a relative movement to each other, by the eddy currents in the test body ( 12 ) and with a sensor set back in the direction of movement against the magnetizing device ( 14 ), which is suitable for detecting defects on the basis of their influence on the induced eddy currents, characterized in that the sensor ( 14 ) is a thermography camera.

Device according to Claim 2, characterized in that the magnetizing device has at least one yoke ( 10 ), whose display in the relative direction of movement is greater, the higher the relative speed and the greater the desired depth of detection.

Device according to Claim 2 or 3, characterized that the Magnetizing device is a permanent magnet.

Device according to Claim 2 or 3, characterized that the Magnetizing is an electromagnet.

Device according to one of claims 2 to 5, characterized that the Thermography camera is combined with a probe, which is the magnetic Leakage flux too capture is appropriate.

Device according to claim 6, characterized in that that the Probe a Hall detector, magnetic field-sensitive semiconductor detector or SQUID is.

Device according to one of claims 2 to 5, characterized that the Thermography camera with a magnetic induction method working probe for the eddy current material testing combined is.

Use of a device according to one of claims 2 to 8 for the exam a laid railway track, in which the device to a rail vehicle, which is the track to be tested traverses with a driving speed causing the eddy current induction.