DE102013209774A1

DE102013209774A1 - Prüfverfahren und Prüfvorrichtung zur Wirbelstromprüfung mit Vormagnetisierung

Info

Publication number: DE102013209774A1
Application number: DE102013209774.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Böcker
Original assignee: Institut Dr Foerster GmbH and Co KG
Current assignee: Institut Dr Foerster GmbH and Co KG
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-28
Also published as: DE102013209774B4

Abstract

Bei einem Prüfverfahren zur Prüfung von Langprodukten aus magnetisierbarem Material mittels Wirbelstrom im Durchlaufverfahren wird ein Langprodukt (110) entlang einer Durchlaufrichtung (112) durch einen Prüfabschnitt (116) mit einer Durchlaufspulenanordnung (120) bewegt. Dabei wird ein jeweils im Bereich der Durchlaufspulenanordnung liegendes Prüfvolumen des Langprodukts mittels einer einstellbaren Magnetisierungseinrichtung (200) durch Erzeugen eines das Prüfvolumen durchdringenden magnetischen Gleichfeldes vormagnetisiert. Bei der Einstellung der Magnetisierungseinrichtung vor Beginn des Prüfbetriebs wird eine Messung der Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens zur Erzeugung eines die Stärke repräsentierenden Messsignals durchgeführt. Die Einstellung der einstellbaren Magnetisierungseinrichtung erfolgt in Abhängigkeit von diesem Messsignal nach Maßgabe einer Zuordnungsfunktion.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Prüfverfahren zur Prüfung von Langprodukten aus magnetisierbarem Material mittels Wirbelstrom im Durchlaufverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine zur Durchführung des Prüfverfahrens geeignete Prüfvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 12.
Stand der Technik
Bei den eingangs erwähnten Langprodukten handelt es sich um langgestreckte metallische Gegenstände, wie beispielsweise Drähte, Stäbe, Stangen oder Rohre o. dgl. Solche Langprodukte können als Ausgangsmaterialien für hochwertige Endprodukte dienen und unterliegen häufig höchsten Qualitätsanforderungen. Die Prüfung auf Materialfehler, beispielsweise auf oberflächennahe Risse, Lunker, Schalen oder andere Materialinhomogenitäten (im Folgenden auch Fehler oder Defekte genannt), bildet einen wichtigen Teil der Qualitätskontrolle dieser Produkte. Dabei wird in der Regel eine möglichst lückenlose Prüfung der Materialoberfläche mit hoher Auflösung angestrebt, die nach Möglichkeit am Herstellungsort im Takt und mit der Geschwindigkeit des Herstellungsprozesses durchführbar sein soll.
Derartige Prüfungen werden heutzutage vielfach unter Nutzung elektromagnetischer Methoden, insbesondere der Wirbelstromtechnik, im Durchlaufverfahren durchgeführt. Bei einer Prüfung im Durchlaufverfahren wird ein zu prüfendes Langprodukt (Prüfgegenstand, Prüfling) mit vorgebbarer Durchlaufgeschwindigkeit durch einen mit entsprechender Sensorik ausgestatteten Prüfabschnitt einer Prüfvorrichtung bewegt und dabei geprüft.
Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung im Wirbelstromverfahren wird durch eine mit Wechselstrom betriebene Erregerspule in dem zu prüfenden Prüfvolumen des Langprodukts ein elektrischer Wechselstrom (Wirbelstrom) geeigneter Orientierung, Größe und Frequenz induziert und die entstehenden Unregelmäßigkeiten des Wirbelstroms werden mit Hilfe von Sensoren, z.B. einer Spulenanordnung, erfasst und ausgewertet.
Bei der Wirbelstromprüfung wird der Effekt ausgenutzt, dass die meisten Verunreinigungen oder Defekte in einem elektrisch leitfähigen Material eine andere elektrische Leitfähigkeit und/oder eine andere Permeabilität als das Prüfmaterial selbst haben. Das auszuwertende Messsignal ist vor allem von der Leitfähigkeit und Permeabilität des Prüflingsmaterials und vom Abstand zwischen dem Wirbelstromsensor und der Materialoberfläche bestimmt.
Bei einer Klasse von Prüfvorrichtungen für das Durchlaufverfahren wird eine im Prüfabschnitt einer Prüfvorrichtung angeordnete Durchlaufspulenanordnung verwendet. Eine Durchlaufspulenanordnung hat eine Erregerspulenanordnung mit einer Anschlusseinrichtung zum Anschluss der Erregerspulenanordnung an eine Wechselspannungsquelle. Weiterhin ist eine Empfängerspulenanordnung vorgesehen, die eine Anschlusseinrichtung zum Anschluss der Empfängerspulenanordnung an eine Auswerteeinrichtung der Prüfvorrichtung aufweist. Für den Betrieb der Prüfvorrichtung werden die Erregerspulenanordnung und die Empfängerspulenanordnung über die Anschlusseinrichtungen an die zugehörigen elektrischen bzw. elektronischen Komponenten der Prüfvorrichtung angeschlossen. Durchlaufspulenanordnungen sind in der Regel relativ kostengünstig herstellbar und aufgrund ihrer Robustheit auch unter harten Umgebungsbedingungen zuverlässig und wirtschaftlich einsetzbar.
Bei Materialien mit ferromagnetischen Eigenschaften, wie z.B. Eisen-haltigen und/oder Nickel-haltigen Legierungen, austenitischen oder martensitischen Stählen oder dergleichen, können Permeabilitätsschwankungen im Material die Fehlerprüfung empfindlich stören. Da die Permeabilität die Wirbelstromausbildung im Prüfling (Langprodukt) stark beeinflusst, kann der Störpegel im Vergleich zum gesuchten Fehlersignal relativ hoch werden. Dadurch wird die Auffindbarkeit von Fehlern beeinträchtigt. Daher benötigt die Prüfung von ferromagnetischen Materialien mittels der Wirbelstromprüfung in der Regel eine sogenannte Vormagnetisierung des Materials.
Hierzu wird die Prüfvorrichtung mit einer Magnetisierungseinrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Gleichfeldes ausgestattet, welches ein jeweils im Bereich der Durchlaufspulenanordnung liegendes Prüfvolumen des Langprodukts durchdringen und dadurch vormagnetisieren kann.
Es gibt Magnetisierungseinrichtungen mit Permanentmagneten. Kommerziell verfügbar sind auch einstellbare Magnetisierungseinrichtungen mit Magnetisierungsspulen, die an ein Netzgerät angeschlossen sind, mit dem der Magnetisierungsstrom in mehreren Stufen schaltbar ist, um dem Bediener einer Prüfvorrichtung eine feine Abstufung der zur Magnetisierung verwendeten magnetischen Feldstärke zu ermöglichen.
In der Regel wird empfohlen, das Prüfvolumen bis zur Sättigung zu magnetisieren. Die relative Permeabilität µ_r wird dadurch auf ihren niedrigsten Wert 1 gebracht, womit Permeabilitätsschwankungen weitestgehend ausgeschaltet werden können. Unter dem Begriff "Sättigungsmagnetisierung" versteht man dabei jene Magnetisierung M, bei der eine Erhöhung der äußeren magnetischen Feldstärke H keine Erhöhung der Magnetisierung des Materials mehr bewirken kann. Die Magnetisierung hat dann einen bestimmten, materialspezifischen Sättigungswert erreicht.
Das Fachbuch "Wirbelstrom-Materialprüfung" von H. Stroppe und K. Schiebold, Castell-Verlag (2011) zeigt in Kapitel 6.3.7 eine Einrichtung zur Sättigungmagnetisierung von Stahlrohren. Zwei mit Gleichstrom gespeiste Magnetisierungsspulen erzeugen ein magnetisches Gleichfeld in der Rohrlängsachse. Zwischen diesen Gleichfeldspulen sind Empfängerspulen (Wirbelstromspulen) so angeordnet, dass das zu prüfende Rohr beim Durchlauf während der Prüfung am Ort der Prüfspulen magnetisch gesättigt ist.
Die DE 41 18 407 A1 beschreibt eine Möglichkeit, den negativen Einfluss von Permeabilitätsschwankungen auf die Wirbelstromprüfung zu verringern. Die beschriebene Prüfvorrichtung arbeitet mit mehreren Wirbelstrommesseinrichtungen, von denen jede an einem anderen Arbeitspunkt des Impedanzdiagramms betrieben wird.
AUFGABE UND LÖSUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Prüfverfahren und eine gattungsgemäße Prüfvorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Prüfung ferromagnetischer Langprodukte bei einfacher Bedienung ermöglichen. Insbesondere soll die Prüfung unter reproduzierbaren Prüfbedingungen mit verbesserter Empfindlichkeit für unterschiedliche Fehlerarten möglich sein.
Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung ein Prüfverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12 bereit.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei dem beanspruchten Prüfverfahren wird eine Messung der Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens durchgeführt. Als Resultat der Messung wird ein Messsignal erzeugt, welches die Stärke der Vormagnetisierung im Prüfvolumen repräsentiert. Bei dem Messsignal kann es sich z.B. um eine elektrische Spannung handeln, welche proportional zur Vormagnetisierung des Prüfvolumens ist. Die einstellbare Magnetisierungseinrichtung wird dann in Abhängigkeit von diesem Messsignal eingestellt. Die Einstellung der Magnetisierungseinrichtung kann sich somit an der tatsächlich im Prüfvolumen erzeugten Vormagnetisierung orientieren, also direkt an derjenigen Größe, welche das Ziel der Vormagnetisierung ist.
Die Ermittlung des einzustellenden Magnetisierungswerts wird bei der Kalibrierung der Prüfvorrichtung vorgenommen, also zeitlich vor dem eigentlichen Prüfbetrieb. Diese Einstellung oder Kalibrierung geht also dem Prüfbetrieb voraus. Während der Prüfung sollte die Einstellung dann nicht mehr verändert werden, um vergleichbare Prüfbedingungen zu erhalten. Mit dem Messsystem können gegebenenfalls aber auch während des Prüfbetriebs Messwerte erzeugt werden, die z.B. zur Fehlerdetektion herangezogen werden können.
Die Einstellung erfolgt nach Maßgabe einer vorgegebenen Zuordnungsfunktion, aus der sich beispielsweise aufgrund von Vorversuchen oder früher durchgeführten Prüfungen an ähnlichen Langprodukten ergibt, welche Stärke der Vormagnetisierung für die bestimmte Art des zu prüfenden Langprodukts und/oder für die für den Anwendungsfall besonders kritischen Fehlerarten optimal ist. In die Zuordnungsfunktion kann der gesamte Erfahrungsschatz früherer Prüfungen an identischen oder ähnlichen Langprodukten für bestimmte Fehlerarten eingehen. Da die Vormagnetisierung gemessen werden kann und die Einstellung auf Basis einer Messung erfolgen kann, wird die Einstellung der richtigen Stärke der Vormagnetisierung deutlich vereinfacht und präziser und es werden Fehleinstellungen zuverlässig vermieden. Zusätzlich kann u.a. sichergestellt werden, dass die Vormagnetisierung nur so stark eingestellt wird, wie es erfahrungsgemäß für die Prüfaufgabe ausreichend ist, wobei unnötig starke Vormagnetisierungen und die damit verbundenen Nachteile vermieden werden können.
Die Prüfvorrichtung hat hierzu ein Messsystem zur Messung der Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens, wobei das Messsystem das genannte Messsignal erzeugt. Weiterhin ist die Einstelleinrichtung so konfiguriert, dass eine Einstellung der Magnetisierungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Messsignal nach Maßgabe einer vorgegebenen Zuordnungsfunktion möglich ist.
Bei manchen Ausführungsform kann es ausreichen, wenn auf Basis der Messung ein entsprechender Wert der eingestellten Vormagnetisierung an einer Anzeigeeinrichtung angezeigt wird, so dass ein Bediener aufgrund seiner Vorerfahrungen die für die vorzunehmende Prüfung und die gesuchten Fehler optimale Vormagnetisierung manuell einstellen kann. In diesem Fall kann sich ein Bediener anhand einer Liste oder auch anhand seiner memorierten Vorerfahrungen im Sinne einer Zuordnungsfunktion orientieren.
Es ist auch möglich, dass Datensätze zur Beschreibung der Zuordnungsfunktion in einem Speicher der Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung gespeichert werden und später für die Einstellung aus dem Speicher abgerufen werden. Bei manchen Ausführungsformen ist es möglich, dass das System nach Eingabe von Angaben zum Langprodukt-Typ und/oder zur gesuchten Fehlerart einen Wert oder Wertbereich für die erfahrungsgemäß optimale Vormagnetisierung unter Verwendung von vorher gespeicherten Datensätzen automatisch ermittelt und dass dieser Wert oder Wertebereich dann angezeigt und/oder automatisch mittels der Magnetisierungseinrichtung eingestellt wird.
Es wurde erkannt, dass es in vielen Prüfsituationen nicht erforderlich ist, das Prüfvolumen bis zur (vollständigen) Sättigung zu magnetisieren. Vielmehr kann es durchaus sein, dass eine zu starke Magnetisierung sogar schädlich ist, indem Fehlersignale bestimmter Fehler unterdrückt werden. Bei manchen Verfahrensvarianten wird daher die Vormagnetisierung auf einen Wert eingestellt, der signifikant unterhalb der für das Prüfvolumen charakteristischen Sättigungsmagnetisierung liegt. Es wird also nur eine Teilmagnetisierung des Prüfvolumens durchgeführt. Die Vormagnetisierung kann beispielsweise im Bereich zwischen 70 % oder 80 % und 95 % der Sättigungsmagnetisierung liegen.
Diese Verfahrensvariante bietet mehrere Vorteile. Zum einen wird es, wie erwähnt, möglich, bestimmte Fehler besser aufzufinden als im Falle einer vollständigen Magnetisierung bis zur Sättigungsmagnetisierung.
Außerdem können unnötige thermische Probleme vermieden werden, wenn die Magnetisierungsspulen nur so stark mit elektrischer Leistung versorgt werden, wie für eine optimale Fehlerdetektion im vorliegenden Anwendungsfall erforderlich ist. Wenn das Prüfgut nur bis zu einem Bereich unterhalb der Sättigungsmagnetisierung vormagnetisiert wird, wird auch die in den meisten Fällen nachfolgende Entmagnetisierung erleichtert.
Vorzugsweise wird der Wert der für eine Prüfung eingestellten Vormagnetisierung in einem der Einstellung der Magnetisierungseinrichtung nachfolgenden Prüfbetrieb erfasst und gemeinsam mit dem Ergebnis der Prüfung aufgezeichnet. Dies kann automatisiert erfolgen. In der Auswerteeinheit der Prüfvorrichtung kann ein Speicher vorgesehen sein, in welchem Datensätze abgespeichert werden, welche Daten für die jeweils eingestellte Vormagnetisierung mit Daten für die damit ermittelten Fehler und Daten zur Identifizierung des geprüften Langprodukts verknüpfen. Ein Messprotokoll kann dann alle diese Daten enthalten, so dass eine verbesserte Dokumentation erreicht werden kann. Diese erweiterte Information kann zur Fehlervermeidung beim Prüfen beitragen.
Für die Messung der Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Das Messsystem kann einen oder mehrere von der Durchlaufspulenanordnung gesonderte, magnetfeldempfindliche Sensoren haben, die in der Nähe der Durchlaufspulenordnung so angeordnet sind, dass ihre Messsignale mit hinreichender Genauigkeit die Stärke der Vormagnetisierung im Prüfvolumen angeben. Hierfür können z.B Hall-Sensoren (einer oder mehrere) verwendet werden.
Eine bevorzugte Variante kommt ohne gesonderte magnetfeldempfindliche Sensoren aus. Bei dieser Ausführungsform hat die Durchlaufspulenanordnung mindestens eine Absolutspulenanordnung, die im Betrieb ein von der Magnetisierung des Prüfvolumens abhängiges Absolutsignal erzeugt. Die Magnetisierungseinrichtung hat mindestens eine Magnetisierungsspule, die über eine elektrische Leistungsversorgung mit elektrischem Strom versorgt werden kann. Das Messsystem ist so konfiguriert, dass die elektrische Leistungsversorgung in Abhängigkeit von dem Absolutsignal einstellbar ist und bei der vor Beginn des Prüfbetriebs vorzunehmenden Einstellung bzw. Kalibrierung demensprechend eingestellt wird.
Bekanntlich können Durchlaufspulenanordnungen unterschiedliche Arten von Empfängerspulenanordnungen aufweisen. Insbesondere unterscheidet man hier zwischen „Differenzspulenanordnungen“ und „Absolutspulenanordnungen“.
Die von einer Differenzspulenanordnung erzeugten elektrischen Signale werden typischerweise als "Differenzsignale" bezeichnet. Mit Differenzspulenanordnungen ist für viele kritische Fehlertypen eine empfindliche Fehlerdetektion möglich.
Die von einer Absolutspulenanordnung erzeugten Signale werden als „Absolutsignale“ bezeichnet. Diese können bei entsprechender Auswertung zur Fehlerdetektion genutzt werden. Mit Hilfe einer Absolutspulenanordnung ist es u.a. möglich, gleichmäßige Längsfehler in ihrer vollen Länge zu erfassen.
Bei der genannten Ausführungsform wird der Informationsgehalt von Absolutsignalen (ein Absolutsignal odere mehrere Absolutsignale) alternativ oder zusätzlich auf eine andere, bisher nicht berücksichtigte Weise genutzt, indem nämlich die Absolutspulenanordnung als Sensor für die Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens verwendet wird. Wird das Absolutsignal einer entsprechenden Auswerteeinheit (Magnetisierungs-Auswerteeinheit) zugeführt, so kann diese aus dem Absolutsignal die Stärke der Vormagnetisierung bzw. einen entsprechenden Wert ableiten.
Die Verwendung einer Absolutspulenanordnung zur Messung der Stärke der Vormagnetisierung hat mehrere Vorteile. Zum einen kann auf gesonderte Sensoren zur Messung der Vormagnetisierung verzichtet werden, wenn die Durchlaufspulenanordnung eine Absolutspulenanordnung aufweist. Hierdurch kann eine Messung der Vormagnetisierung besonders kostengünstig umgesetzt werden. Zum anderen ist die Absolutspulenanordnung, die typischerweise auch zur Fehlerdetektion genutzt wird, unmittelbar im Prüfabschnitt angeordnet und kann somit die im Prüfvolumen wirksame Stärke der Vormagnetisierung aufgrund der Nähe zum Prüfvolumen besonders präzise erfassen. Eine bei vielen Arten von Durchlaufspulenanordnungen ohnehin zur Fehlerdetektion und/oder zur Abstandserfassung vorhandene Absolutspulenanordnung kann also mit einer weiteren Funktion genutzt werden.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Einstellung der für die Prüfung vorgesehenen Vormagnetisierung des Prüfvolumens vom Bediener manuell vorgenommen werden. Bei anderen Ausführungsformen findet eine automatische Einstellung einer für die Prüfung geeigneten Vormagnetisierung des Prüfvolumens statt, wozu die Prüfvorrichtung ein entsprechendes System, also ein automatisches Einstellsystem, aufweist.
Bei einer Variante der automatischen Einstellung der Vormagnetisierung wird die Stromstärke durch eine Magnetisierungsspule oder die an der Magnetisierungsspule anliegende Spannung ausgehend von einem relativ niedrigen Startwert schrittweise oder kontiniuierlich gesteigert, die Änderung der Stärke des Absolutsignals wird überwacht und die Steigerung bzw. Erhöhung der Stromstärke oder Spannung wird beendet, wenn die Änderung der Stärke des Absolutsignals einen vorgegebenen, endlichen Änderungs-Schwellwert erreicht. Dies kann bei entsprechender Konfiguration der Steuereinrichtung selbsttätig (automatisch) erfolgen.
Hierbei wird berücksichtigt, dass sich die Magnetisierung im Prüfvolumen bei Steigerung von angelegter Spannung und/oder Stromstärke der Sättigungsmagnetisierung asymptotisch nähert, so dass es sein kann, dass ein Bediener aus Sicherheitsgründen sehr hohe Werte von Versorgungsspannung bzw. Stromstärke durch die Magnetisierungspulen einstellt, um das Prüfgut in den Bereich der Sättigung zu bringen. Hierdurch besteht die Gefahr, unnötig hohe Spannungen bzw. Stromstärken einzustellen, woduch es u.a. zu einer unnötigen Aufheizung der Prüfvorrichtungen und damit zu thermisch bedingten Fehlern kommen kann.
Bei Vorgabe eines geeigneten kleinen, aber endlichen Änderungs-Schwellenwertes wird die Steigerung beendet, wenn die Sättigung zwar noch nicht vollständig, aber in ausreichendem Maße erreicht ist. Dadurch kann u.a. vermieden werden, unnötig hohe Spannungen/Stromstärken an den Leistungsversorger einzustellen, woduch die dadurch verursachten Probleme vermindert oder vermieden werden können.
Ausgehend von diesem Wert kann die Magnetisierung dann in Bedarfsfall auf einen niedrigeren Wert reduziert werden, wenn eine Teilmagnetisierung angestrebt wird. Es ist auch möglich, mit der bei Erreichen des Änderungs-Schwellwerts vorliegenden Magnetisierung zu prüfen oder auch einen etwas höheren Spannungs- oder Stromwert als bei Erreichen des Änderungs-Schwellwerts einzustellen.
Beim automatischen Steigern der Magnetisierungsfeldstärke bei gleichzeitiger Messung der jeweils im Prüfvolumen erzeugten Vormagnetisierung kann durch das Messsystem eine Magnetisierungskurve für das Langprodukt erfasst werden. Die Magnetisierungskurve kann z.B. den funktionalen Zusammenhang zwischen der jeweils vorliegenden Magnetisierungsstromstärke I_M und der damit erzeugten und durch das Messsysstem gemessenen Magnetisierung M repräsentieren. Vorzugsweise werden entsprechende Magnetisierungskurven-Daten in einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert, so dass sie für spätere Verfahrensschritte verfügbar sind. Es kann also eine computergestützte Aufzeichnung einer Magnetisierungskurve erfolgen. Verschiedene Nutzungsmöglichkeiten der gespeicherten Magnetisierungskurven-Daten werden im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
1 zeigt Komponenten einer Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Wirbelstromprüfung von langgestreckten Prüfgegenständen aus ferromagnetischem Material im Durchlaufverfahren;
2 zeigt eine andere Ansicht der Prüfvorrichtung aus 1 ohne das zu prüfende Langprodukt;
3 zeigt schematisch Messdiagramme der Signalamplitude einer Wirbelstromspule als Funktion der Position in Längsrichtung des Prüfgegenstandes für zwei unterschiedliche Fehlertypen bei geringer Vormagnetisierung (3A) und bei hoher Vormagnetisierung in der Nähe der Sättigungsmagnetisierung (3B); und
4 zeigt in 4A eine Magnetisierungskurve, die sich Verlauf der Signalstärke der Absolutspulenanordnung mit steigendem Magnetisierungsstrom ergibt und in 4B ein vergrößertes Detail der Darstellung in 4A.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die schematische Darstellung in 1 zeigt Komponenten einer Prüfvorrichtung 100 zur zerstörungsfreien Wirbelstromprüfung von langgestreckten elektrisch leitenden Gegenständen bzw. Langprodukten aus magnetisierbarem Material im Durchlaufverfahren. 2 zeigt eine andere Ansicht der Prüfvorrichtung ohne das Langprodukt.
Zur Prüfvorrichtung gehört eine Durchlaufspulenanordnung 120, die eine Erregerspulenanordnung 130 und eine Empfängerspulenanordnung 140 aufweist. Die Erregerspulenanordnung weist eine mit Wechselspannung zu versorgende Erregerspule aufweist, die im betriebsfertig zusammengebauten Zustand der Prüfvorrichtung (1) eine Durchlassöffnung 114 zum Hindurchführen eines Langprodukts 110 entlang einer Durchlaufrichtung 112 umschließt. Die Empfängerspulenanordnung ist um die Durchlassöffnung herum angeordnet und im betriebsfertigen Zustand der Prüfvorrichtung an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen, die ein Bestandteil der Steuereinrichtung 250 der Prüfvorrichtung ist. Ein wesenlicher Bestandteil der Auswerteeinrichtung sind Softwaremodule bzw. Programmbestandteile, mit denen elektrische Signale im Hinblick auf gewisse Parameter ausgewertet werden.
Die Prüfvorrichtung weist weiterhin eine einstellbare Magnetisierungseinrichtung 200 auf, die ein magnetischen Gleichfeld erzeugen kann, welches ein jeweils im Bereich der Durchlaufspulenanordnung liegendes Prüfvolumen des Langprodukts 110 durchdringen und dadurch vormagnetisieren kann. Zu der Magnetisierungseinrichtung gehört ein Paar von identischen Magnetisierungsspulen 210A, 210B, die gemeinsam in einer kompakten quaderförmigen Baueinheit 212 untergebracht sind, welche eine Durchlassöffnung 214 zum Hindurchführen des Langprodukts aufweist. Im betriebsfertig montierten Zustand (1) ist die Durchlaufspulenanordnung mittig zwischen den Magnetisierungsspulen koaxial mit diesen angeordnet, so dass die von den Magnetiesierungsspulen erzeugten magnetischen Feldlinien im Bereich der Durchlaufspulenanordnung im wesentlichen parallel zur Durchlaufrichtung durch das Prüfvolumen verlaufen. Mit Hilfe der Magnetisierungseinrichtung kann die Magnetisierung stufenlos eingestellt werden.
Die Durchlaufspulenanordnung ist in einer kompakten Baueinheit 128 mit normierten Außenabmessungen gegen Umwelteinflüsse und Beschädigung geschützt untergebracht (2). Eine solche Baueineit kann z.B. zur Anpassung an anders dimensionierte Prüfgegenstände leicht gegen eine andere Baueinheit mit einer anders ausgelegten oder dimensionierten Durchlaufspulenanordnung ausgewechselt werden. Die Baueinheit 212 der Magnetisierungseinrichtung hat einen von oben zugänglichen Aufnahmeschlitz 216, in den die eine Durchlaufspulenanordnung enthaltende Baueinheit 128 passgenau eingesetzt werden kann, um die in 1 gezeigte Prüfkonfiguration zu bilden.
Die Magnetisierungsspulen 210A, 210B werden über eine elektrische Leistungsversorgung 220 in Form eines Netzteils mit elektrischer Leistung versorgt. Am Netzteil sind die Versorgungsspannung und der Versorgungsstrom (Magnetisierungsstrom I_M durch die Magnetisierungsspulen) stufenlos einstellbar. Das Netzteil ist über ein Anschlusskabel 222 an einen Anschluss der Steuereinrichtung 250 angeschlossen. Über die Steuereinrichtung kann die Einstellung des Netzteils, insbesondere die erzeugen Magnetisierungsstromstärke, vorgegeben werden. Bei einem derartigen computergesteuerten Netzteil sind gesonderte Einstellelemente, wie z.B. Drehknöpfe oder Schieber, nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine manuelle Einstellung vorgesehen sein, z.B. mittels eines am Netteil angebrachten Drehknopfs.
Im gezeigten Beispiel ist der zu prüfende Gegenstand (Langprodukt bzw. Prüfgegenstand, Prüfling) ein aus einem ferromagnetischen Material bestehendes Metallrohr 110, das im späteren Prüfbetrieb mit einer Durchlaufgeschwindigkeit bis in die Größenordnung von einigen m/s entlang einer Durchlaufrichtung 112 durch einen Prüfabschnitt 116 der Prüfvorrichtung bewegt wird. Die Prüfvorrichtung kann dabei in eine Fertigungslinie, beispielsweise eine Rohr-Schweißlinie, integriert sein. Es ist auch möglich, dass die Prüfvorrichtung in einer separaten Prüflinie untergebracht ist, welche eine Prüfstrecke enthält, die den optimalen Transport des Prüfmaterials durch den Prüfabschnitt gewährleistet. Die Prüfstrecke enthält unter anderem Führungseinrichtungen und Positioniereinrichtungen, um sicherzustellen, dass die zentrale Längsachse des Prüfgegenstandes möglichst zentrisch durch den Prüfabschnitt läuft.
Im Prüfabschnitt ist die stationäre Durchlaufspulenanordnung 120 angeordnet. Diese umfasst einen Spulenträger 122, der im Wesentlichen durch eine zylindrische Hülse aus einem elektrisch nicht oder nur geringfügig leitfähigen Material, beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, besteht. Der in Umfangsrichtung geschlossene Spulenträger ist im eingebauten Zustand konzentrisch zu einer Zentralachse 124 der Prüfvorrichtung angeordnet und umschließt eine kreisförmige Durchlassöffnung zum Hindurchführen des zu prüfenden Gegenstandes 110. Der Innendurchmesser des Spulenträgers ist um einige Prozent größer als der Außendurchmesser des größten hindurch zu führenden Prüfgegenstandes, so dass bei allen mit dieser Durchlaufspulenanordnung zu prüfenden Prüfgegenständen mit unterschiedlichen Durchmessern ein Berührungskontakt zwischen Prüfgegenstand und Durchlaufspulenanordnung vermieden wird.
An der Außenseite des Spulenträgers 122 sind die elektrischen Komponenten der Durchlaufspulenanordnung angebracht, unter anderem die Erregerspulenanordnung 130 und die Empfängerspulenanordnung 140.
Die Erregerspulenanordnung 130 kann eine aus Draht gewickelte Spule mit einer Vielzahl von Windungen oder eine einzige Erregerspule in Form einer Flachbandspule sein. Die Spulenebene der Erregerspulenanordnung verläuft senkrecht zur Zentralachse 124. Die beiden Enden der Erregerspulenanordnung sind über Leitungen mit einer Anschlusseinrichtung verbunden, über die die Erregerspulenanordnung mit einer in der Steuereinrichtung 250 untergebrachten Wechselspannungsquelle der Prüfvorrichtung verbunden werden kann. Zur Anpassung der Impedanzen der Erregerspulenanordnung und der Wechselspannungsquelle kann ein Übertrager zwischengeschaltet sein. Die Erregerspulenanordnung kann mit einer einzigen Erregerfrequenz oder mit mehreren unterschiedlichen Erregerfrequenzen betrieben werden.
Weiterhin ist innerhalb der Erregerspulenanordnung 130 koaxial mit dieser die um die Durchlassöffnung herum angeordnete Empfängerspulenanordnung 140 vorgesehen, zu der eine Anschlusseinrichtung zum Anschluss der Empfängerspulenanordnung an eine Auswerteeinrichtung der Prüfvorrichtung gehört. Die Auswerteeinrichtung ist Bestandteil der Steuereinrichtung 250.
Die Empfängerspulenanordnung hat im Beispielsfall eine Absolutspulenanordnung 142 und eine Differenzspulenanordnung 144, die jeweils die Durchlassöffnung 114 vollständig umschließen, so dass es sich insgesamt um eine umfassende Durchlaufspulenanordnung handelt.
Der Begriff „Differenzspulenanordnung“ soll hierbei sowohl Einfach-Differenzspulenanordnungen (einfacher Wechsel des Windungssinns von Teilsppulen) als auch Mehrfach-Differenzspulenanordnungen (mehr als ein Paar gegensinnig gewundener Teilspulen) umfassen. Mit Differenzspulenanordnungen werden im Prinzip benachbarte Metallbereiche miteinander verglichen. Mit der Differenzspulenanordnung, die „Differenzsignale“ erzeugt, können z.B. Lochfehler und Querfehler mit hoher Empfindlichkeit erfasst und/oder Längsfehler entsprechend ihrem Tiefengradienten beurteilt werden.
Die Absolutspulenanordnung liefert im Betrieb Absolutsignale. Diese können bei entsprechender Auswertung zur Fehlerdetektion genutzt werden. Mit Hilfe der Absolutspulenanordnung ist es u.a. möglich, gleichmäßige Längsfehler in ihrer vollen Länge zu erfassen. Die gleichzeitige Erfassung von Differenzsignalen und Absolutsignalen erlaubt eine zuverlässigere Qualifizierung unterschiedlicher Defekttypen.
Zur Auswertung der Absolutsignale und der Differenzsignale im Hinblick auf Defekte enthält die Steuereinrichtung 250 eine Defekt-Auswerteeinrichtung.
Die Absolutspulenanordnung kann außerdem zur groben Materialverwechslungsprüfung verwendet werden.
Die Absolutspulenanordnung dient bei dem Ausführungsbeispiel außerdem als Messsensor zur Messung der Stärke der durch die Magnetisierungseinrichtung 200 in dem eingeführten Langprodukt erzeugten Vormagnetisierung. In dieser Funktion ist die Absolutspulenanordnung funktionaler Bestandteil eines Messsystems zur Messung der Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens und zur Erzeugung eines die Stärke repräsentierenden Messsignals, das hier durch das Absolutsignal gebildet wird. Das Absolutsignal wird durch eine in die Steuereinrichtung 250 integrierte Magnetisierungs-Auswerteeinrichtung ausgewertet. Ein wesentlicher Bestandteil der Magnetisierungs-Auswerteeinrichtung ist eine Auswertungssoftware, die den Zusammenhang zwischen der Größe des Absolutsignals und der das Absolutsignal verursachenden Magnetisierung des Prüfguts abbildet.
Die Magnetisierungseinrichtung umfasst weiterhin eine Einstelleinrichtung, die für eine Einstellung der Magnetisierungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Messsignal nach Maßgabe einer vorgegebenen Zuordnungsfunktion konfiguriert ist. Aus der Zuordnungsfunktion ergibt sich, welche Stärke der Vormagnetisierung für die bestimmte Art des zu prüfenden Langprodukts und/oder für die für den Anwendungsfall besonders kritischen Fehlerarten erfahrungsgemäß optimal ist. In einem Speicher der Steuereinrichtung sind entsprechende Daten nach Art eines Kennfeldes hinterlegt bzw. gespeichert. Beispielsweise kann die einzustellende Magnetisierung als Funktion der Fehlerart und des Langprodukt-Typs mit geeigneten Daten repräsentiert werden. Über eine Fehlerart-Eingabe kann angegeben werden, für welche Art von Fehler (z.B. Riss, Loch, Lunker, Überwalzung o. dgl) die Prüfung optimiert sein soll. Über eine Langprodukt-Typ-Eingabe kann z.B. eingegeben werden, ob es sich bei dem zu prüfenden Langprodukt um ein Rohr, einen Stab, einen Draht o.ä. handelt, aus welchem Material das Langprodukt besteht und welche für die Prüfung relevanten Dimensionen es hat (z.B. Querschnittsform (rund, polygonal), mittlerer Durchmesser etc. Auf Grundlage dieser Daten kann dann die voraussichtlich optimale Vormagnetisierung automatisch und präzise eingestellt werden.
Heutzutage ist es so, dass bei Verwendung einer mit einem Netzgerät versorgten Magnetisierungseinrichtung die Spannung oder der Strom manuell vom Bediener der Prüfanlage eingestellt wird. Dabei liegt es im Ermessen des Bedieners, welche Spannung bzw. welcher Strom am Netzgerät eingestellt wird. So wird beispielsweise in der Regel bei der Prüfung von Rohren auf Dichtigkeit die Magnetisierung so hoch eingestellt, dass sich bei weiterer Erhöhung der Versorgungsspannung bzw. des Versorgungsstromes der Störpegel nicht mehr ändert.
Bei der Einstellung des Prüfsystems anhand eines vorgegebenen Testfehlers, welcher bei der Dichtigkeitsprüfung nach DIN EN ISO 10893-1 aus einer Durchgangsbohrung mit definierten Durchmesser besteht, ändert sich bei Erhöhung der Magnetisierung die Amplitude des Fehlers bei einer Spulenanordnung mit Differenzspulencharakter kaum, wenn die Magnetisierung erhöht wird, was in Anbetracht des geringer werdenden Störpegels zu einem besseren Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignalen (Nutz/Stör-Verhältnis, S/N-Ratio) führt.
Neben den erwähnten Bohrfehlern gibt es jedoch auch andere Arten von Fehlern, insbesondere andere Arten von natürlichen Fehlern, welche eine andere Charakteristik bei der Detektion mittels Wirbelstromsensoren bei Veränderung der Vormagnetisierung aufweisen können. Es wurde erkannt, dass hier eine Erhöhung der Magnetisierung über optimale Werte hinaus zu einer starken Unterdrückung des Fehlersignals führen kann, was sogar so weit führen kann, dass ein Fehler, der bei geringerer Vormagnetisierung gut detektierbarer ist, durch Erhöhung der Magnetisierung stark unterdrückt wird und schließlich im Extremfall im Störpegel sogar untergehen kann.
3 zeigt schematisch Messdiagramme, in denen die Signalamplitude SIG_D der Differenzpulenanordnung der Durchlaufspulenanordnung als Funktion der Position Z in Längsrichtung des Prüfgegenstandes dargestellt ist. Die Signalamplitude eines künstlichen Bohrungsfehlers ist jeweils mit „ART“ gegennzeichnet, diejenige eines natürlichen Defekts (z.B. eines kleinen Risses an der Prüflingsoberfläche) mit „NAT“. 3A zeigt die Signalamplituden bei geringer Vormagnetisierung, 3B dagegen bei hoher Vormagnetisierung in der Nähe der Sättigungsmagnetisierung.
Durch Erhöhung der Vormagnetisierung verringert sich der Störpegel deutlich. Ein künstlicher Bohrungsfehler, welcher z.B. für eine Prüfung nach DIN EN ISO 10893-2 vorgeschrieben ist, würde in seiner Signalamplitude über verschiedene Vormagnetisierungswerte in etwa konstant bleiben. Dies bedeutet im Beispielsfall für den Bohrungsfehler „ART“ eine Erhöhung des Nutz/Stör-Verhältnisses S/N von ca. 3:1 bei geringer Vormagnetisierung (3A) auf ca. 10:1 bei hoher Vormagnetisierung (3B).
Bei natürlichen Fehlern, wie z.B. kleinen Rissen an der Oberfläche, kann es dagegen sein, dass sich die Signalamplitude abhängig von der gewählten Magnetisierung ändert und dabei gegebenenfalls sogar im Störpegel untergeht. Aufgrund der „Spikes“ im Störpegel wäre ein Überprüfen auf solche Fehler unter Umständen nicht mehr möglich. Im Beispielsfall erzeugt die Erhöhung der Vormagnetisierung für den natürlichen Fehler „NAT“ eine Verringerung des Nutz/Stör-Verhältnisses S/N von ca. 3:1 bei geringer Vormagnetisierung auf wenig mehr als 1:1 bei hoher Vormagnetisierung.
Die beanspruchte Erfindung bringt hier Verbesserungen und unterstützt den Bediener dabei, unter unterschiedlichen Prüfbedingungen eine optimierte Einstellung der Prüfvorrichtung zu erhalten, die an die Art des zu prüfenden Langprodukts und/oder an die Art der gesuchten Fehler besonder gut angepasst ist.
Wie im Zusammenhang mit 3 erläutert, kann die Nachweisfähigkeit der Prüfervorrichtung für bestimmte Fehler, beispielsweise kleine oberflächennahe Risse, sich verschlechtern, wenn der Prüfgegenstand über einen optimalen Wert (Teilmagnetisierung) hinaus bis zur vollen Sättigung vormagnetisiert wird. Daher wird bei manchen Verfahrensvarianten die Vormagnetisierung auf einen Wert eingestellt, der deutlich unterhalb der für das Prüfvolumen charakteristischen Sättigungsmagnetisierung liegt, beispielsweise zwischen 70 % und 95 % der Sättigungsmagnetisierung. Die optimalen Werte in Abhängigkeit von der Art des Langprodukts und/oder der Art des Fehlers können in Vorversuchen ermittelt werden und können dann reproduzierbar an der Prüfvorrichtung wieder eingestellt werden.
Die Prüfvorrichtung nutzt dabei die Möglichkeit, das Ausmaß der Vormagnetisierung mithilfe der Absolutspulenanordnung zu messen. Das Signal der Absolutspulenanordnung ändert sich bei Veränderung der an die Magnetisierungsspulen angelegten Spannung bzw. des fließenden Magnetisierungsstroms so lange, bis dass das Material des Prüfgutes in Sättigung gegangen ist. Bei einer Verfahrensvariante wird die Änderung im Signal der Absolutspulen als Maß der Magnetisierung herangezogen. Die Änderung im elektrischen Signal der Absolutspulenanordnung entspricht dabei der Steigung derjenigen Kurve, die die Abhängigkeit der Signalamplitude des Absolutsignals vom Magnetisierungstrom angibt. 4A zeigt beispielhaft ein Diagramm mit einer Magnetisierungskurve MAG, die den funktionalen Zusammenhang zwischen dem durch die Magnetisierungsspulen fließenden Magnetisierungsstrom I_M und der Magnetisierung M bzw. der Signalamplitude SIG_A der Absolutspulenanordnung angibt. 4B zeigt ein vergrößertes Detail derselben Magnetisierungskurve.
Es ist erkennbar, dass sich die Magnetisierungskurve der materialspezifischen Sättigungsmagnetisierung M_SAT mit steigendem Magnetisierungstrom asymptotisch annähert, wobei zur vollständigen Magnetisierung sehr hohe Magnetisierungsstromstärken nötig wären und die Stei- gung der Magnetisierungskurve bei Annäherung an die Sättigungsmagnetisierung langsam gegen Null geht.
Es wurde erkannt, dass es für die Praxis in der Regel ausreichend ist, das Prüfgut nicht bis zur vollen Sättigung zu magnetisieren. Daher wird für die Einstellung der Vormagnetisierung ein endlicher Änderungs-Schwellwert vorgegeben, also ein relativ geringer, aber endlich großer Wert der Änderung des Absolutsignals mit der Magnetisierungsstromstärke. Derjenige Wert der Magnetisierung M, der dann erreicht ist, wenn der vorgegebene Änderungs-Schwellwert erreicht ist, wird hier als Referenz-Magnetisierung M_REF bezeichnet. Dieser Wert liegt geringfügig, aber deutlich unterhalb der Sättigungsmagnetisierung, der zugehörige Referenz-Magnetisierungsstromwert I_REF deutlich unterhalb derjenigen Stromstärke, die zur Erreichung der tatsächlichen Sättigungsmagnetisierung notwendig wäre. Zur Referenz-Magnetisierung M_REF gehört eine bestimmte Referenz-Signalamplitude SIG_REF des Absolutspulensignals, nämlich derjenige Wert, der bei Erreichen des vorgegebenen Änderungs-Schwellwertes vorliegt. Die weitere Einstellung wird dann auf diese Referenzwerte bezogen.
Beim automatischen Einstellen der Vormagnetisierung wird mittels der Steuereinrichtung 250 die Stromstärke durch die Magnetisierungsspulen ausgehend vom Wert I_M = 0 kontinuierlich erhöht und Werte für die Signalamplitude SIG_A des Absolutspulensignals werden temporär oder permanent in einem Speicher der Steuereinrichtung 250 gespeichert. Außerdem werden die zugehörigen Werte für den Magnetisierungsstrom gespeichert. Durch Bildung von Differenzquotienten kann jeweils ein Wert für die Änderung der Stärke des Absolutsignals pro Stromänderung (Differenz von Magnetisierungsstromstärken) berechnet werden. Dieser wird jeweils mit dem vorgegebenen Änderungs-Schwellwert verglichen. Die Magnetisierungsstromstärke wird so lange erhöht, solange sich eine zuvor definierte Differenz zeigt. Die Steigerung der Magnetisierungsstromstärke wird beendet, wenn der vorgegebene Änderungs-Schwellwert erreicht ist.
Auf diese Weise kann unabhängig von den Fähigkeiten eines Bedieners sichergestellt werden, dass eine für die Prüfung ausreichende Vormagnetisierung eingestellt wird, ohne dass unnötig hohe Magnetisierungsstromstärken genutzt werden, die beispielsweise zu thermischen Problemen führen können.
Bei dieser automatischen Steigerung des Magnetisierungsstroms wird auch eine Magnetisierungskurve MAG für das Langprodukt aufgenommen, die den funktionalen Zusammenhang zwischen der jeweils vorliegenden Magnetisierungsstromstärke I_M und der damit erzeugten und durch das Messsysstem gemessenen Magnetisierung M repräsentieren. Entsprechende Magnetisierungskurven-Daten, die die Funktion M = f(I_M) repräsentieren, werden in einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert.
Die automatische Einstellung kann an diesem Punkt beendet sein, wenn Fehler detektiert werden sollen, für die eine praktisch vollständige Vormagnetisierung zu einem besonders hohen Signal/Nutz-Verhältnis führt (z.B. künstliche Bohrungsfehler).
Sollen Fehler detektiert werden, für die erfahrungsgemäß eine unterhalb der Sättigungsmagnetisierung liegende Vormagnetisierung günstiger ist, wird bei der automatischen Einstellung ebenfalls zunächst bis zum vorgegebenen Änderungs-Schwellwert, d.h. bis zur Referenzmagnetisierung M_REF bzw. zur zugehörigen Referenz-Magnetisierungsstromstärke I_REF hochgefahren. Anschließend wird die Spannung bzw. der Strom wieder auf einen niedrigeren Wert I_T reduziert, um beispielsweise eine Teilmagnetisierung M_T bei 90 % der Referenz-Magnetisierung einzustellen. Dabei wird im Wesentlichen ein Stück der Magnetisierungskurve MAG zurückgefahren, Hystereseeffekte sind hier in der Regel gering und daher nicht dargestellt.
Gegebenenfalls kann nach Erreichen der Referenz-Magnetisierung M_REF auch ein höherer Magnetisierungswert für die Prüfung eingestellt werden. Die Referenz-Magnetisierung kann in jedem Fall als definierter und präzise einstellbarer Ausgangswert für die anschließende End-Einstellung dienen.
Auf welchen Wert die endgültige, bei der Wirbelstromprüfung zu nutzende Magnetisierung bzw. der einzustellende Magnetisierungsstrom oder die einzustellende Spannung an der Leistungsversorgung eingestellt wird, hängt stark von dem zu untersuchenden Material und den darin enthaltenen und relevanten Fehlern ab. So kann beispielsweise bei der oben genannten Dichtigkeitsprüfung ein vergleichsweise hoher Magnetisierungswert von z.B. 95 % der Sättigungsmagnetisierung oder 100% der Referenz-Magnetisierung als Einstellwert sinnvoll sein, da in diesem Fall Kratzer und kleine Einritzungen an der Prüflingsoberfläche nicht zur Aussortierung des Materials führen sollen. Bei Prüfgegenständen, welche später zu konstruktiv belasteten Komponenten weiter verarbeitet werden sollen, müssten dagegen auch kleine Risse detektiert werden können. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, nur bis auf deutlich geringere Magnetisierungswerte vorzumagnetisieren und beispielsweise nur noch 85 % der Sättigungsmagnetisierung bzw. 95 % der Referenz-Magnetisierung, also eine Teilmagnetisierung, einzustellen, bevor die Prüfung beginnt.
Die hier beschriebene Bestimmung eines einzustellenden Magnetisierungswertes wird bei der Kalibrierung der Prüfvorrichtung, also vor Beginn des Prüfbetriebs, vorgenommen, nicht während der eigentlichen Prüfung. Während des Prüfbetriebs sollte die Einstellung nicht mehr verändert werden, um während eines Prüfzyklus vergleichbare Prüfsignale zu erhalten. Ein Nachregeln im eigentlichen Prüfbetrieb ist nicht vorgesehen.
Eine Prüfvorrichtung der hier beschriebenen Art kann auf unterschiedliche Weise betrieben werden. Man kann beispielsweise von der Annahme ausgehen, dass der oben beschriebene Referenz-Magnetisierungwert M_REF, der bei Erreichen des vorgegebenen Änderungs-Schwellwerts erreicht wird, dem realistisch erreichbaren Sättigungswert entspricht, so dass danach entweder bei diesem Maximalwert oder bei einem geringeren Magnetisierungwert geprüft wird. Zur Einstellung eines geringeren Magnetisierungwertes würde man durch Absenken der Magnetisierungsstromstärke bis zum gewünschten Wert, beispielsweise auf 80 % von M_REF, entlang der Magnetisierungskurve zurücklaufen.
Es ist auch möglich, auf Basis der gespeicherten Werte für die gemessene Magnetisierungskurve den tatsächlichen Wert für die Sättigungsmagnetisierung wenigstens annähernd zu berechnen, indem die gemessene Magnetisierungskurve über den Wert der Referenz-Magnetisierung hinaus in Richtung noch höherer Magnetisierungen extrapoliert wird, um sich asymptotisch der theoretischen Sättigungsmagnetisierung zu nähern. Dieser theoretische Sättigungsmagnetisierungswert kann dann als 100 %-Referenzwert gewählt werden, von dem ausgehend ggf. geringere Werte für die Prüfung eingestellt werden. So kann beispielsweise ein Magnetisierungswert, der 90 % der berechneten Sättigungsmagnetisierung entspricht, eingestellt werden. Dieser kann durchaus im Bereich der Referenz-Magnetisierung M_REF oder auch darüber liegen. In der Regel wird der eingestellte Wert jedoch unterhalb M_REF liegen.
Bei relativ einfachen, kostengünstig aufgebauten Prüfvorrichtungen kann auch ohne Wissen des Verlaufs der Magnetisierungskurve auf Basis der mittels des Messsystemes gemessenen Werte für die jeweils eingestellte Magnetisierung von Beginn an ein gewünschter Magnetisierungsstromwert eingestellt werden, der sich erfahrungsgemäß als für das Langprodukt und/oder die aufzufindenden Fehler als optimal herausgestellt hat.
Besonders bedienerfreundlich sind Ausführungsformen der Prüfvorrichtung, bei denen die richtige Einstellung der Vormagnetisierung durch Eingabe von nur zwei Parametern vorgenommen werden kann. Über den ersten Parameter wird mit Hilfe des vorgebbaren Änderungs-Schwellwertes eingestellt, welcher Wert der Magnetisierungskurve als Referenz-Magnetisierung genutzt werden soll. Hierüber wird dann indirekt auch der Endwert der Magnetisierungsstromstärke beim automatischen Herauffahren der Magnetisierungsstromstärke vorgewählt. Mit Hilfe eines zweiten Parameters kann dann vorgegeben werden, ob die Prüfung bei dieser Referenz-Magnetisierung oder einem niedrigen oder höheren Wert durchgeführt werden soll, wobei durch den zweiten Parameter ggf. die gewünschte Abweichung vom Referenzwert-Magnetisierungswert (z.B. in Prozent) vorgegeben wird.
Bei den bildlich dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Durchlaufspulenanordnungen als umfassende Durchlaufspulenanordnungen ausgeführt, die es erlauben, den gesamten Umfang eines Langprodukts lückenlos zu prüfen. Es ist auch möglich, Durchlaufspulenanordnungen zu verwenden, die nur einen Teil des Umfangs des Langprodukts erfassen sollen, z.B. nur einen 90°-Umfangssegment oder ein 180°-Umfangssegment. Diese werden gelegentlich als Segment-Durchlaufspulennanordnung oder vereinfacht als Segmentspulen bezeichnet und kommen z.B. bei der Prüfung von Schweißnähten an Stahlrohren zum Einsatz.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4118407 A1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

"Wirbelstrom-Materialprüfung" von H. Stroppe und K. Schiebold, Castell-Verlag (2011) zeigt in Kapitel 6.3.7 [0011]
DIN EN ISO 10893-1 [0062]
DIN EN ISO 10893-2 [0065]

Claims

Prüfverfahren zur Prüfung von Langprodukten aus magnetisierbarem Material mittels Wirbelstrom im Durchlaufverfahren, bei dem ein Langprodukt entlang einer Durchlaufrichtung durch einen Prüfabschnitt mit einer Durchlaufspulenanordnung bewegt wird und ein jeweils im Bereich der Durchlaufspulenanordnung liegendes Prüfvolumen des Langprodukts mittels einer einstellbaren Magnetisierungseinrichtung durch Erzeugen eines das Prüfvolumen durchdringenden magnetischen Gleichfeldes vormagnetisiert wird, dadurch gekennzeichnet dass bei einer Einstellung der Magnetisierungseinrichtung eine Messung der Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens zur Erzeugung eines die Stärke repräsentierenden Messsignals durchgeführt wird und die Einstellung der einstellbaren Magnetisierungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Messsignal nach Maßgabe einer Zuordnungsfunktion erfolgt.
Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Datensätze zur Beschreibung der Zuordnungsfunktion in einem Speicher einer Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung gespeichert und für die Einstellung aus dem Speicher abgerufen werden.
Prüfverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Eingabe von Angaben zu Langprodukt-Typ und/oder gesuchter Fehlerart ein Wert oder Wertbereich für eine daran angepasste Vormagnetisierung auf Basis der gespeicherten Datensätze automatisch ermittelt und angezeigt und/oder automatisch eingestellt wird.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Messung ein entsprechender Wert der eingestellten Vormagnetisierung an einer Anzeigeeinrichtung angezeigt wird.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormagnetisierung auf einen Wert eingestellt wird, der unterhalb der für das Prüfvolumen charakteristischen Sättigungsmagnetisierung liegt, wobei vorzugsweise die Vormagnetisierung auf einen Wert eingestellt wird, der zwischen 70% und 95% der Sättigungsmagnetisierung liegt.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlaufspulenanordnung mindestens eine Absolutspulenanordnung aufweist, die ein von der Magnetisierung des Prüfvolumens abhängiges Absolutsignal erzeugt, dass die Magnetisierungseinrichtung mindestens eine Magnetisierungsspule aufweist, die über eine elektrische Leistungsversorgung mit elektrischem Strom versorgt wird, und dass die elektrische Leistungsversorgung in Abhängigkeit von dem Absolutsignal eingestellt wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absolutsignal einer Magnetisierungs-Auswerteeinheit zugeführt wird, die aus dem Absolutsignal einen der Stärke der Vormagnetisierung entsprechenden Wert ableitet.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine automatische Einstellung einer für die Prüfung geeigneten Vormagnetisierung des Prüfvolumens.
Prüfverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der automatischen Einstellung der Vormagnetisierung die Stromstärke durch die Magnetisierungsspule oder die an der Magnetisierungsspule anliegende Spannung ausgehend von einem Startwert schrittweise oder kontinuierlich gesteigert wird, die Änderung der Stärke des Absolutsignals überwacht wird und die Steigerung der Stromstärke oder Spannung beendet wird, wenn die Änderung der Stärke des Absolutsignals einen vorgegebenen Änderungs-Schwellwert erreicht.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine automatische Aufzeichnung einer Magnetisierungskurve und eine Speicherung entsprechender Magnetisierungskurven-Daten in einem Speicher einer Steuereinrichtung.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Einstellung der Magnetisierungseinrichtung nachfolgenden Prüfbetrieb der Wert der für eine Prüfung eingestellten Vormagnetisierung erfasst und gemeinsam mit dem Ergebnis der Prüfung aufgezeichnet wird.
Prüfvorrichtung zur Prüfung von Langprodukten aus magnetisierbarem Material mittels Wirbelstrom im Durchlaufverfahren, umfassend: eine Durchlaufspulenanordnung (120), die eine Erregerspulenanordnung (130) und eine Empfängerspulenanordnung (140) aufweist, wobei die Erregerspulenanordnung mindestens eine mit Wechselspannung zu versorgende Erregerspule aufweist und die Empfängerspulenanordnung im betriebsfertigen Zustand der Prüfvorrichtung an eine Auswerteeinrichtung der Prüfvorrichtung angeschlossen ist; und eine einstellbare Magnetisierungseinrichtung (200) zum Erzeugen eines magnetischen Gleichfeldes, welches ein jeweils im Bereich der Durchlaufspulenanordnung (120) liegendes Prüfvolumen des Langprodukts durchdringen und dadurch vormagnetisieren kann, gekennzeichnet durch ein Messsystem zur Messung der Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens und zur Erzeugung eines die Stärke repräsentierenden Messsignals sowie durch eine Einstelleinrichtung, die für eine Einstellung der Magnetisierungseinrichtung (200) in Abhängigkeit von dem Messsignal nach Maßgabe einer vorgegebenen Zuordnungsfunktion konfiguriert ist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlaufspulenanordnung (120) mindestens eine Absolutspulenanordnung (142) aufweist, die im Betrieb ein von der Magnetisierung des Prüfvolumens abhängiges Absolutsignal erzeugt, dass die Magnetisierungseinrichtung mindestens eine Magnetisierungsspule (210A, 210B) aufweist, die über eine elektrische Leistungsversorgung (220) mit elektrischem Strom versorgbar ist, und dass die elektrische Leistungsversorgung in Abhängigkeit von dem Absolutsignal einstellbar ist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Magnetisierungs-Auswerteeinrichtung aufweist, die dazu konfiguriert ist, aus dem Absolutsignal einen Wert für die Stärke der Vormagnetisierung des Prüfvolumens abzuleiten.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher einer Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung Datensätze zur Beschreibung der Zuordnungsfunktion für einen späteren Abruf gespeichert sind.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch ein System zur automatischen Einstellung einer für die Prüfung geeigneten Vormagnetisierung des Prüfvolumens.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur automatischen Einstellung der Vormagnetisierung konfiguriert ist, die Stromstärke durch eine Magnetisierungsspule oder die an der Magnetisierungsspule anliegende Spannung ausgehend von einem Startwert schrittweise oder kontinuierlich zu steigern, die Änderung der Stärke des Absolutsignals zu überwachen und die Steigerung der Stromstärke oder Spannung zu beenden, wenn die Änderung der Stärke des Absolutsignals einen vorgegebenen Änderungs-Schwellwert erreicht.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur automatischen Aufzeichnung einer Magnetisierungskurve und zur Speicherung entsprechender Magnetisierungskurven-Daten in einem Speicher einer Steuereinrichtung der Prüfvorrichtung.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit der Prüfvorrichtung ein Speicher vorgesehen ist, in welchem Datensätze abgespeichert werden, welche Daten für die jeweils eingestellte Vormagnetisierung mit Daten für die im Prüfbetrieb ermittelten Fehler und Daten zur Identifizierung des geprüften Langprodukts verknüpfen.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 konfiguriert ist.