DE102014008217A1

DE102014008217A1 - Verfahren zum Überwachen der Intaktheit eines Wirbelstromprüfkanals

Info

Publication number: DE102014008217A1
Application number: DE102014008217.2A
Authority: DE
Inventors: Benoit Lepage
Original assignee: Olympus NDT Inc
Current assignee: Olympus Scientific Solutions Americas Corp
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: DE102014008217B4; US20150276679A1; US9316618B2

Abstract

Eine Prüfanlage für einen Wirbelstromgegenstand weist eine Wirbelstromsonde und einen Erfassungskanal auf, der so ausgeführt ist, dass er von der Wirbelstromsonde ein Wirbelstromsignal empfängt und eine optische Ausgabe erzeugt, nämlich eine Darstellung der Impedanzebene der Ausgabe. Ein Display ist an den Erfassungskanal gekoppelt, um die optische Ausgabe anzuzeigen. Die wenigstens eine Sonde ist mit einer Prüfschleife versehen, die im Wesentlichen dieselbe umgibt und einen in Reihe geschalteten Schalter aufweist, der gezielt geschlossen oder geöffnet werden kann, um dadurch zu bewirken, dass die Abbildungsebene einen Zustand einnimmt, der auf einen möglicherweise vorhandenen Fehler in der Wirbelstromsonde hinweist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anlagen zur zerstörungsfreien Prüfung (NDT: non-destructive testing; NDI: non-destructive inspection), insbesondere beruhend auf Wirbelstrom-(EC: eddy-current) oder Wirbelstrom-Array-Technologie (ECA: eddy-current array), unter Verwendung von Wirbelstromsonden mit einer an denselben angekoppelten Prüfschleife, mit der die Intaktheit der Prüfanlage überprüft werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Wirbelstromprüfung wird im Allgemeinen als zerstörungsfreies Prüfverfahren eingesetzt, um Fehler in der Oberfläche hergestellter Bauteile zu erkennen, die aus einem leitenden Material bestehen, wie zum Beispiel Stäbe, Rohre und Sonderteile für die Automobil-, Luftfahrt- oder Energieindustrie.
Zu typischen Ausführungen von Wirbel stromsensoren gehören Impedanzmessbrücken, Sender-Empfänger-Ausführungen (auch Impuls-Echo-Anordnungen genannt) und Differentialausführungen; sie können jedoch auch komplexere Kombinationen umfassen, wie zum Beispiel Sender-Empfänger-Ausführungen mit Differentialempfängern, Mehrfach-Differential-Ausführungen usw.
Ungeachtet der Ausführung ist jede Wirbelstromanlage aus Spulen unterschiedlicher Formen aufgebaut. In einer standardmäßigen Wirbelstromprüfung wird eine stromführende kreisförmige Spule in der Nähe des Prüfmusters (das elektrisch leitend sein muss) angeordnet. Der Wechselstrom in der Spule erzeugt ein wechselndes Magnetfeld, das mit dem Prüfmuster in Wechselwirkung steht und Wirbelströme erzeugt. Veränderungen der Phase und der Größe dieser Wirbelströme können mit Hilfe einer Empfängerspule oder durch Messen von Änderungen des Stroms, der durch die primäre Treiberspule fließt, überwacht werden. Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit oder der magnetischen Permeabilität des Prüfgegenstands oder das Vorhandensein von Fehlern bewirken eine Änderung des Wirbelstroms und eine entsprechende Veränderung der Phase und der Amplitude des gemessenen Stroms.
Wirbelstrombedingungen im Feld, die mit problematischen Bauteilbedingungen (einschließlich Defekte, Schwankung der Leitfähigkeit, Dicke usw.) verbunden sind, können dann zu einer zerstörungsfreien Prüfung des Bauteils führen.
Es ist immer interessant, die ordnungsgemäße Funktion der Wirbelstromprüfanlage festzustellen bzw. nachzuweisen, einschließlich der gesamten Anlagenerfassungskette, der Treiber- und Empfängeranordnung, insbesondere wenn es sich um ein Wirbelstrom-Array mit unterschiedlichen Anzahlen von Spulen handelt, weshalb es schwierig ist, die defekten Spulen in der Anlage zu finden. Da eine zerstörungsfreie Prüfung typischerweise bei kritischen Bauteilen durchgeführt wird, wirkt sich die Möglichkeit, den einwandfreien Betrieb der Prüfanlage zu bestätigen, direkt auf das Sicherheitsniveau des untersuchten Bauteils aus, indem Risiken, die mit Funktionsstörungen der Prüfanlage zusammenhängen, beseitigt werden.
Zwischen den Untersuchungen ist es besonders wichtig und interessant, die Funktionalität der gesamten Anlagenerfassungskette festzustellen. Dadurch wird die einwandfreie Funktion der Prüfanlage gewährleistet. Ein Verfahren, mit dem die Intaktheit geprüft werden soll, sollte in der Lage sein, zwischen aufeinanderfolgenden Untersuchungen eines Stabs eine Möglichkeit zur Diagnose des Anlagenzustands zu schaffen, beispielsweise um zu bestätigen, dass eine ganze Charge von Stäben mit einer funktionsfähigen Anlage untersucht worden ist, und auch einen Alarm auszulösen, sobald eine Störung der Prüfeinrichtung erkannt wird.
Die Funktionsfähigkeit der Sonde festzustellen, ist bereits seit vielen Jahren Gegenstand von Untersuchungen, weshalb es auf diesem Gebiet patentierte Erfindungen gibt.
Im Patent US 8,395,377 wird eine Anlage beschrieben, mit der die ordnungsgemäße Funktion einer Wirbelstromsonden-/-kabelanlage festgestellt wird. Nach diesem Patent beruht die Feststellung des Zustands auf einer Frequenz des Oszillators der Wirbelstromsonde. Das Verfahren umfasst eine Vielzahl von Schritten. In einem ersten Schritt wird eine Frequenz des Oszillators der Wirbelstromsonde gemessen. In einem zweiten Schritt wird die gemessene Frequenz mit einer oder mehreren zuvor gemessenen Frequenzen und/oder mit einer vorgegebenen Frequenz und/oder einem vorgegebenen Frequenzbereich verglichen. In einem dritten Schritt wird der Zustand anhand des Ergebnisses aus dem Frequenzvergleich festgestellt. Nach einer weiteren Ausgestaltung wird die Amplitude der demodulierten Frequenz gemessen und mit einer oder mehreren zuvor gemessenen Amplituden und/oder mit einer vorgegebenen Amplitude und/oder einem vorgegebenen Amplitudenbereich verglichen. Dieser dritte Schritt der Feststellung des Zustands umfasst außerdem die Feststellung des Zustands mittels des Ergebnisses aus dem Amplitudenvergleich.
Obwohl mit dem bekannten Verfahren die einwandfreie Funktion der Wirbelstromanlage festgestellt werden kann, sind auch Einschränkungen vorhanden, die die Anwendung dieses Verfahrens einengen. Zunächst wird mit dieser Erfindung nur die Funktionalität der Sonde und nicht die gesamte Erfassungskette geprüft. Darüber hinaus wird für die Erfindung eine dedizierte Elektronik zur Überprüfung der Sonde benötigt. Ferner kann es schwierig sein, das patentierte Verfahren bei einer komplexen Sondenausführung mit einem Array aus einer Vielzahl von Spulen anzuwenden.
In einem weiteren Patent ( US 8,421,471 ) wird eine Selbsttesteinheit beschrieben, die mit der Wirbelstromanlage verbunden ist und eine systematische quantitative Überprüfung der Signalverarbeitungsfunktionen der Signalverarbeitungseinheit, der Senderspulenanordnung und der Empfangerspulenanordnung durchführt und auf Wunsch die Signalverarbeitungseinheit mit einem Kalibriernormal kalibriert, das die Senderspulenanordnung und/oder die Empfängerspulenanordnung ersetzen soll.
In Patent 8,421,471 wird behauptet, dass dies von Vorteil ist, weil es eine umfangreiche Überprüfung der Funktionen am Frontend, insbesondere der Filter und Verstärker sowie der Sonde, ermöglicht und somit eine hohe Zuverlässigkeit der Messergebnisse erzielt wird und die Kalibrierung des Geräts ebenso einfach möglich ist. Dies gilt insbesondere für die Kalibrierung in Bezug auf den einstellbaren Vorverstärker.
Dennoch werden durch die Komplexität von Patent 8,421,471 auch seine Anwendungsmöglichkeiten eingeschränkt. Das Verfahren erfordert eine Vielzahl von Schritten, zu denen es auch gehört, die Sonde und die dedizierte Elektronik und Mechanik zu trennen. Auf der Grundlage der Erklärungen hat es außerdem den Anschein, dass 8,421,471 nur für die Prüfung von Impedanzsonden geeignet ist.
Der Bedarf, eine Möglichkeit zur Diagnose der Intaktheit einer Wirbelstromanlage bereitzustellen, wird daher von den bekannten Sondenprüfverfahren zum Teil erfüllt. Dennoch ist ein neues Verfahren erforderlich, um die Einschränkungen und Nachteile der bekannten Verfahren insbesondere für Sonden, die aus mehreren Elementen bestehen, zu vermeiden. Insbesondere besteht eine Nachfrage nach einem Zustandsmonitor für die Wirbelstromanlage, der schnell genug ist, um zwischen aufeinanderfolgenden Untersuchungsabläufen betrieben werden zu können, der die Überwachung der gesamten Erfassungskette einschließlich der Sonde ermöglicht, der so gestaltet werden könnte, dass er für Typen mit mehreren Sonden einschließlich eines Wirbelstrom-Arrays geeignet ist, und der kostengünstig ist.
Im folgenden Abschnitt werden Vorteile der vorliegenden Erfindung beschrieben, die die Einschränkungen und Nachteile der in den oben erwähnten Patenten beschriebenen bekannten Technik vermeiden.
AUFGABEN UND VORTEILE
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage für die Überprüfung der Intaktheit einer Anlage für Wirbelstrom-Arrays bereitzustellen, das bzw. die zwischen Untersuchungsabläufen verwendet werden kann, ohne dass die Anlage zum Prüfen des Gegenstands insgesamt angehalten oder heruntergefahren werden muss.
Die Erfindung weist Vorteile auf, die über die von bestehenden Verfahren zur Prüfung der Intaktheit hinausgehen und wie folgt sind. Zunächst ermöglicht das Verfahren die Überprüfung der Intaktheit der gesamten Anlagenerfassungskette und verfügt über die Möglichkeit, Wirbelströme zu erzeugen, um Wirbelstromsignale zu empfangen und ein ordnungsgemäßes Signal zu erzeugen und/oder auf der Impedanzebene anzuzeigen.
Außerdem kann dieses Verfahren an bestehende Erfassungsschalttechnik für Wirbelströme oder Wirbelstrom-Arrays angepasst werden. Durch die einfache und kostengünstige Umsetzung kann es für große Anlagen aus Wirbelstrom-Arrays mit verschiedenen Typen von Sonden und Spulenkonfigurationen skaliert werden, wodurch es höchst interessant für Sonden mit Kanälen wird, die aus mehreren Elementen bestehen. Darüber hinaus ist das Verfahren extrem schnell (unter 1 Sekunde) und kann somit in den sehr kurzen Zeiträumen eingesetzt werden, die zwischen aufeinanderfolgenden Untersuchungen des Gegenstands zur Verfügung stehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung umfasst einen leitenden Stromkreis (Prüfschleife) in der Sonde, in dem die Wirbelstromsonde einen Unterschied des Potenzials induziert. Dieser Prüfstromkreis kann fernbedient geöffnet und geschlossen werden. Beim Schließen des Stromkreises (der Prüfschleife) werden Ströme erzeugt, die durch die Wirbelstromanlage erkannt werden, und es wird die Überwachung der Geräteausrüstung ermöglicht. Beim Öffnen des Stromkreises ist es möglich, die Anlage zur Untersuchung von Bauteilen zu verwenden, da sie dann nicht-eindringend wird, weil in der Prüfschleife des offenen Stromkreises keine Wirbelströme erzeugt werden.
Zur Überprüfung der Intaktheit einer Anlage aus Wirbelstrom-Arrays kann eine programmierbare Steuerung die Prüfschleife aktivieren, die dann auf jedem der Kanäle als relativ große Signaländerung sichtbar wird. Durch einen Vergleich des Referenzsignals für die Sondenüberprüfung, das man bei ordnungsgemäßem Betrieb der Anlage erhält, mit dem Signal für die aktuelle Auswertung der Sondenüberprüfung kann der Zustand der gesamten Anlage sowie einzelner Kanäle der Sonde präzise beurteilt werden.
Nach bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung umfasst die Anlage zur Überprüfung des Wirbelstromgegenstands wenigstens eine Wirbelstromsonde, die einen antriebsfühlenden Kanal enthält, wenigstens einen Wirbelstromerfassungskanal, der so ausgeführt ist, dass er von der wenigstens einen Wirbelstromsonde ein Wirbelstromsignal empfängt und eine Wirbelstromausgabe erzeugt, die für die Kennlinie des Wirbelstromsignals repräsentativ ist, wenigstens eine Prüfschleife, die im Wesentlichen die wenigstens eine Sonde umgibt, und einen Schaltmechanismus, der in Reihe mit der wenigstens einen Prüfschleife geschaltet und so ausgeführt ist, dass er gezielt geöffnet oder geschlossen werden kann, um dadurch zu bewirken, dass die optische Ausgabe einen Zustand einnimmt, der auf einen Fehler in der wenigstens einen Wirbelstromsonde hinweist.
Die Prüfschleife kann einstückig mit der Wirbelstromsonde vorgesehen sein oder getrennt von dieser und zum Ankoppeln an diese ausgelegt. Die Wirbelstromausgabe kann in Form einer Impedanzebene angezeigt oder in dieser Form elektronisch vorgesehen sein. Es können eine einzelne Wirbelstromsonde und eine einzelne Prüfschleife und/oder eine Vielzahl von Wirbelstromsonden und eine oder mehrere Prüfschleifen dafür vorgesehen sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Erfindung hervor, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die Prüfschleife für eine einfache Anordnung eines Kanals, der aus einer Spule besteht.
2 veranschaulicht ein Impedanzebenensignal, das in Zusammenhang mit der Aktivierung der Prüfschleife steht. Diese Figur zeigt das Referenzprüfschleifensignal (Vektor der Verschiebung des Betriebspunkts) sowie das Signal, das in Zusammenhang mit der Auswertung der aktuellen Sondenprüfung steht.
3A zeigt die Prüfschleife für eine Sender-Empfänger-Ausführung der Spule. Jeder Sender bzw. jeder Empfänger ist aus einem Kanal aufgebaut. Jeder Kanal kann aus einer unterschiedlichen Anzahl und Ausführung von Spulen aufgebaut sein.
3B zeigt die Prüfschleife für eine Differential-Ausführung der Spule. Jeder Sender bzw. jeder Empfänger ist aus einem Kanal aufgebaut. Jeder Kanal kann aus einer unterschiedlichen Anzahl und Ausführung von Spulen aufgebaut sein.
4 zeigt eine Wirbelstromsonde mit einer in der Anlage integrierten Prüfschleife. Die Anlage umfasst eine programmierbare Steuerung, eine Erfassungseinheit und ein Display zur Anzeige der Impedanzebene.
5 zeigt unterschiedliche Ausführungen von Spulenaktivierungen in einer Sonde eines Wirbelstrom-Arrays, die mit einer Prüfschleife verbunden ist.
5A zeigt eine Vielzahl von Spulen, die nicht gleichzeitig aktiviert und mit einer Prüfschleife verbunden sind.
5B zeigt ein Wirbelstrom-Array mit einer Vielzahl von Spulen, die gleichzeitig aktiviert und mit einer Prüfschleife verbunden sind.
5C zeigt ein Wirbelstrom-Array mit einer Vielzahl von Spulen, die gleichzeitig aktiviert und mit einer Vielzahl von Prüfschleifen verbunden sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Prüfschleife der vorliegenden Erfindung beruht auf den Grundlagen von Wirbelströmen. Wird eine Abschirmschleife um eine Prüfspule für Wirbelströme gelegt, wird in der Schleife ein Signal erzeugt, welches die Größe und die Phase des in der Spule fließenden Stroms ändert. Durch das Erkennen dieser Änderungen kann die Funktionalität der Anlage zur Prüfung des Wirbelstrom-Arrays überprüft werden.
1 zeigt eine einfache Ausführung der Prüfschleife in einem Kanal, die aus einer einzelnen Spule 1 aufgebaut ist, welche sowohl zum Erzeugen als auch zum Empfangen der Wirbelstromsignale dient. Die Prüfschleife 3 besteht in diesem Fall aus einem leitenden Stromkreis, der sich um die Untersuchungsspule 1 dreht. Der Schalter 5 wird eingesetzt, um die Prüfschleife 3 zu aktivieren. Sobald der Schalter 5 geschlossen ist, wird in der Prüfschleife 3 ein Wirbelstrom erzeugt. In der Folge ändert sich die Impedanz der Spule 1. Ist die Spule 1 jedoch defekt, erzeugt sie in der Prüfschleife 3 keinen Strom, weshalb sich in der Impedanz der Spule 1 keine Änderungen zeigen, die in Zusammenhang mit der Stellung des Schalters 5 stehen.
Die elektrische Impedanz (Z) entspricht dem Gesamtwiderstand, den ein Stromkreis einem Wechselstrom entgegenbringt. In mit Wirbelstrom in Verbindung stehenden Stromkreisen enthält die Impedanz die Anteile aus dem möglichen Widerstand (R) und dem induktiven Blindwiderstand (XL). Da der Anteil des Widerstands und der Anteil des Blindwiderstands sich nicht in Phase befinden, muss die Vektoraddition angewendet werden, um sie mit der Gesamtimpedanz in Verbindung zu setzen. Für einen mit Wirbelstrom in Zusammenhang stehenden Stromkreis mit Anteilen aus Widerstand und induktivem Blindwiderstand wird die Gesamtimpedanz mit Hilfe von
berechnet.
Diese Impedanz kann mit Hilfe des Impedanzebenendiagramms 21 graphisch angezeigt werden (2). Für die Impedanz gibt es auch einen zugehörigen Winkel, wie zum Beispiel θ₁, der als Phasenwinkel des Stromkreises bezeichnet wird und mit Hilfe von
berechnet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2 ist das Impedanzebenendiagramm sehr hilfreich für die Darstellung der Wirbelstromuntersuchungsdaten. Auch wenn die genaue Auslegung der angezeigten Ergebnisse nicht immer gleich ist, was von der jeweiligen Sondenausführung abhängt, ist die Darstellung der Impedanzebene durch ihre Anwendung und die Möglichkeit, gleichphasige und phasenverschobene Anteile des entstandenen Wirbelstromsignals graphisch darzustellen, dennoch zu dem allgemein akzeptierten Standard für Untersuchungen in der Industrie der zerstörungsfreien Prüfungen geworden. Es verstehe sich, dass die erhaltenen Daten jeweils einem einzelnen Punkt auf der Impedanzebene entsprechen, der als Betriebspunkt bezeichnet wird. Der Betriebspunkt steht in direktem Bezug zu dem allgemeinen Zustand der gesamten Untersuchungsanlage, der Sonde und dem Zustand des zu prüfenden Materials. Typischerweise sind Prüfergebnisse, die auf dem Betriebspunkt beruhen, durch Referenz auf einen bekannten Zustand möglich. Zum Beispiel lässt sich der Betriebspunkt auf einem bekannten Gutteil mit dem Betriebspunkt auf einem untersuchten Bauteil vergleichen, um festzustellen oder festzulegen, ob das Bauteil defekt ist. Für den Betrieb der Prüfschleife 3 zwischen Untersuchungen der Bauteile ist die Verschiebung des Betriebspunkts O, während sich die Sonde in der Luft befindet und die Prüfschleife offen ist, und des Betriebspunkts P, während sich die Sonde in der Luft befindet und die Prüfschleife geschlossen ist, von Interesse.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 wird die Impedanzebene für die Auswertung der Ergebnisse der Aktivierung der Prüfschleife (TLA: test-loop activation) verwendet. Wird die Prüfschleife aktiviert, wird in der Impedanzebene eine Verschiebung des Betriebspunkts erkannt. Diese Verschiebung des Betriebspunkts stellt die Änderungen dar, die auf den Betriebspunkt einwirken, der mit dem Schließen der Prüfschleife in Verbindung steht. Bei der Verschiebung des TLA-Betriebspunkts handelt es sich um einen Vektor (wie zum Beispiel v →₁ und v →₂) Bei diesem Vektor handelt es sich um das TLA-Signal, das die Grundlage der TLA-Analyse bildet.
Für die TLA-Analyse muss ein Referenzsignal festgelegt werden, das hier als TLA-Signal (v →₁) angegeben wird. Dieses Referenz-TLA-Signal erhält man durch Aktivieren der Prüfschleife, wenn die gesamte Untersuchungsanlage ordnungsgemäß arbeitet (zum Beispiel nach einem umfangreichen Kalibriertest). Indem man das Referenz-TLA-Signal mit dem TLA-Signal vergleicht, das man aktuell für die Bewertung der vorliegenden Anlagenprüfung (v →₂) erhält, lässt sich die Intaktheit der Untersuchungsanlage überwachen. In diesem Zusammenhang wird ein Sondenintaktheitsprüfwert
(PITV: probe integrity text value) berechnet, der für die Prüfungen der Intaktheit der Anlage verwendet wird. Auf der Grundlage des PITV (T) wird ein Schwellenwert gebildet, der auf den Toleranzwerten beruht, die typischerweise bei einer voll funktionsfähigen Anlage beobachtet werden. T-Anzeigewerte, die den Schwellenwert überschreiten, weisen auf einen Ausfall der Anlage hin und erzeugen einen Alarm. Dadurch wird es möglich, entsprechende Maßnahmen rechtzeitig zu ergreifen. Die TLA und die damit zusammenhängende Überwachung des PITV können jederzeit zwischen den Untersuchungen wiederholt werden.
Es ist offensichtlich, dass der TLA-Wert entweder durch die Erfassungseinheit 75 oder die programmierbare Steuerung 70 berechnet werden kann, wobei sich die Ausgestaltung jeweils im Umfang der vorliegenden Erfindung befindet.
Die in den Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung gezeigte Prüfschleife ist zwar von der Art, die die Wirbelstromspulen umgibt. Aber in dem Prinzip der vorliegenden Offenbarung sind alle Anordnungen enthalten, solange die Prüfschleife wenigstens einen Teil des elektromagnetischen Felds schneidet, das in Verbindung mit dem jeweiligen antriebsfühlenden Kanal steht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Wechselwirkung zwischen der Prüfschleife und dem elektromagnetischen Feld der Wirbelstromkanäle die Verschiebungen der Betriebspunkte bewirkt, auf denen die TLA-Berechnung beruht.
Das Prüfschleifenkonzept kann auf verschiedene Spulenausführungen angewendet werden. 3A zeigt einen Kanal, der aus Sender-Empfänger-Spulen aufgebaut ist (Senderspule 51, Empfängerspule 52). Bei dieser Ausführung gibt es eine Prüfschleife 54, bei der der Schalter 5 zu ihrer Aktivierung verwendet wird. In diesem Fall wird durch Schließen des Schalters 5 ein Strom in der Prüfschleife 54 erzeugt. Folglich ist zu erwarten, dass Änderungen der Gegeninduktivität zu erkennen sind, wenn der Kanal ordnungsgemäß arbeitet. Sind die Empfängerspule 51 und/oder die Empfängerspule 52 jedoch durch Umschalten auf die Prüfschleife defekt, sind bei der Empfängerspule keine Änderungen zu erkennen. Ansonsten sind die Funktionsweisen genau die gleichen wie beim Erhalten der TLA-Signale und der PITV-Überwachung.
Es ist anzumerken, dass die Spulenart bei dieser Ausführung verändert werden kann, die Grundlagen der Konzepte zur Sondenprüfung sich jedoch nicht ändern.
In dieser Hinsicht kann das Sondenprüfkonzept ebenso für Differentialausführungen verwendet werden (3B). In diesem Fall wird das Differentialsignal gemessen, das zwischen den Spulen entsteht. Differentialspulen werden eingesetzt, um Signale zu beseitigen, die gleichzeitig auf beide Empfängerspulen einwirken (zum Beispiel Rauschen bei Lift-Off-Varianten). Bei einer Sonde dieser Art sind beide Empfängerspulen 63A und 63B entgegengesetzt gewickelt und verbunden. Folglich heben sich Signale, die sich auf beide Empfänger auswirken, gegenseitig auf. Bei dieser Art der Ausführung wird ein anderer Verlauf der Impedanzebene mit doppelter Betriebspunktanzeige erzeugt.
Unter Bezugnahme auf 3B umfasst ein typischer Differentialkanal eine Treiberspule 61 und zwei Empfängerspulen 63A und 63B. Es ist ebenso möglich, Differentialkanäle auf viele andere Weisen zu konstruieren, die sich von der in 3B veranschaulichten Ausgestaltung unterscheiden. Es wird hier nur ein Beispiel gezeigt, um die Anwendung des Sondenprüfkonzepts zu beschreiben, da die Lösung, die in Verbindung mit 3B beschrieben wird, in Bezug auf andere Differentialkanalausführungen verallgemeinert werden kann.
Bei dieser Ausführung werden zwei getrennte Prüfschleifen (67A und 67B) benötigt, die jeweils eine entsprechende Hälfte der Ausführung, wie in 3B gezeigt, prüfen. Nur eine Prüfschleife führt dazu, dass die Differentialmessungen der Empfänger das TLA-Signal aufheben.
In diesem Fall ermöglicht das Schließen von Schalter 5a, dass in der Prüfschleife 67A ein Strom erzeugt wird, und das Schließen von Schalter 5b führt dazu, dass in der Prüfschleife 67B ein Strom erzeugt wird. Folglich ist zu erwarten, dass Betriebspunktveränderungen erkannt werden, wenn die Spulen ordnungsgemäß arbeiten, und zwar indem abwechselnd das TLA-Signal, das in Zusammenhang mit der Prüfschleife 67A und 67B steht, gemessen und zwei PITV-Messungen erzeugt werden. Ist der Treiber 61 beschädigt, wirkt sich dies auf die PITV-Messung aus, die mit beiden Empfängern in Zusammenhang steht. Ist einer der Empfänger 63A oder 63B beschädigt, wirkt sich dies auf den PITV aus, der nur mit dem jeweiligen Empfänger in Zusammenhang steht.
Die vorliegende Erfindung kann in eine Wirbelstromuntersuchungsanlage (4) integriert werden, die aus verschiedenen Teilen aufgebaut ist. Dadurch wird die Überprüfung der Intaktheit der gesamten Untersuchungsanlage ermöglicht. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Sonde in einer Anlage. Die programmierbare Steuerung 70 ermöglicht die Steuerung der Funktion der Anlage und die Aktivierung der Sondenprüfschleife 80 zwischen den Untersuchungen des Prüfgegenstands 74. Die Erfassungseinheit 75 dient zum Erfassen eines Signals, das während der Untersuchung von einer Prüfschleife oder einem Gegenstand kommt. Das Display 77 zeigt die Impedanzebene und den gemessen PITV an. Alternativ kann der Messwert der Impedanzebene zu der programmierbaren Steuerung 70 übertragen werden, um jedes Mal, wenn die TLA ausgelöst wird, automatisch den PITV zu messen. Mit der Anlage kann die Prüfschleife jederzeit zwischen den Untersuchungen programmiert und aktiviert werden, um kontinuierlich die Intaktheit der Wirbelstromuntersuchungsanlage zu gewährleisten.
Wie in 4 dieser Erfindung gezeigt, wird für die Sondenüberprüfung und die Untersuchung des Gegenstands die gleiche Erfassungskette (72 und 75) verwendet. Arbeitet eine beliebige der in 4 angegebenen Einheiten nicht ordnungsgemäß, wirkt sich dies auf die PITV-Messung aus, wodurch die diagnostische Prüfung der Untersuchungsanlage auf Fehlfunktionen und Ähnliches möglich wird.
Das Konzept für die Prüfung der Intaktheit einer Wirbelstrom-Array-Anlage kann für Sonden erweitert werden, die aus mehreren Kanälen bestehen.
Je nach Sondenausführung können diese Kanäle gleichzeitig oder nicht gleichzeitig in jedem vorgegebenen Zeitintervall aktiviert werden. In jedem Zeitintervall können die Spulen, die den Kanal umfassen, als Treiber zum Erzeugen eines Wirbelstroms und/oder als Empfänger verwendet werden. Jeder Kanal wird abwechselnd in einer vorgegebenen Schaltabfolge und bei einer vorgegebenen Schaltfrequenz in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen aktiviert.
5 zeigt verschiedene Ausführungen der Kanalaktivierung in jedem Zeitintervall. Es versteht sich, dass es sich bei den einzelnen in 5 gezeigten Kanälen um jede beliebige Kanalausführung handeln kann, die zuvor in 1 oder 3A gezeigt worden sind. Bei der Kanalausführung nach 3B wird die Prüfschleifenausführung so angepasst, dass sie geeignet ist, auf Differentialempfänger getrennt einzuwirken; ansonsten findet jedoch das gleiche Konzept Anwendung.
Unter Bezugnahme auf 5A sind acht (8) Kanäle 100A–100H, die nicht gleichzeitig aktiviert werden, mit der Prüfschleife 108 verbunden. Die gleiche reale Spule kann bei einer Vielzahl von Kanälen verwendet werden, ohne dass der Umfang dieser Ausgestaltung der Erfindung eingeschränkt wird, vorausgesetzt, die Treiberspule von nur einem Kanal wird in jedem Zeitintervall aktiviert. Die Aktivierung der Prüfschleife kann über einen Schalter 105 gesteuert werden. Unter Bezugnahme auf 5A wird nur Kanal 100A für das veranschaulichte Zeitintervall aktiviert. Ist in diesem Fall eine Spule eines Kanals defekt oder beschädigt, zeigt das TLA-Signal für die Auswertung der Sondenprüfung einen entscheidenden PITV-Wert; dabei spielt es keine Rolle, ob es sich bei der Spule um eine Treiber- oder eine Empfängerspule handelt. Daraus kann dann geschlossen werden, dass auf Grundlage des PITV bezüglich des beschädigten Kanals die Sonde in der Anlage funktionsfähig ist.
5B zeigt ein Array, das aus den Kanälen 200A–200H besteht, wobei mehrere Kanäle, d. h. 200A, 200D, 200G, gleichzeitig aktiviert und mit der Prüfschleife 208 verbunden sind. In dem in diesem Beispiel gezeigten Zeitintervall sind andere Kanäle deaktiviert. Die Aktivierung der Prüfschleife 208 kann über einen Schalter 205 gesteuert werden. Arbeitet eine Treiberspule eines Kanals in diesem Beispiel nicht ordnungsgemäß und sind mehrere Treiberkanäle in jedem Zeitintervall aktiviert, liefert das TLA-Signal nicht so viele Informationen wie bei der Aktivierung des einzelnen Kanals, wie in 5A gezeigt, weil in der Prüfschleife durch alle anderen funktionsfähigen Treiberspulen immer noch Wirbelströme erzeugt werden. Der resultierende PITV hängt von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Kanäle ab. Ist die Anzahl der aktivierten Kanäle derart, dass sich die resultierende PITV-Abweichung bei normalem Betrieb im Bereich der beobachteten Toleranzwerte befindet, wird es schwierig sein, die defekte Spule zu erkennen, so dass eine Vielzahl von Prüfschleifen erforderlich ist (5C).
Erhöht sich die Anzahl von Kanälen, unter denen sich mehrere gleichzeitig aktivierte Kanäle befinden, in einem Array, könnte eine Vielzahl von Prüfschleifen erforderlich sein, wie in 5C gezeigt. Im gezeigten Beispiel sind drei Prüfschleifen 303A, 303B, und 303C gleichzeitig aktiviert. Wie in der Figur gezeigt ist in jeder Prüfschleife jeweils nur ein Kanal in jedem Zeitintervall aktiviert. In diesem Fall entspricht jede separate Schleife der in 5A gezeigten Anordnung. Ist eine Spule eines Kanals in einer Prüfschleife beschädigt, erzeugt die Prüfschleife eine eindeutige und leicht erkennbare PITV-Signatur. Alle Prüfschleifen aus einer Vielzahl von Prüfschleifen können miteinander verbunden und gleichzeitig aktiviert werden, wodurch die Auswertung der Intaktheit der gesamten Anlage ermöglicht wird.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, die Untersuchungskanäle zu verwenden, wenn die Prüfschleife geschlossen ist, und die Intaktheit der Anlage zu überwachen, wenn die Schleife geöffnet wird. Bei dieser Ausführung funktioniert die Prüfschleife auch als Abschirmschleife und kann somit zu einem aktiven und nützlichen Bauteil für die Untersuchung als solche werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf entsprechende Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben worden ist, sind für den Fachmann viele andere Abwandlungen und Modifikationen sowie andere Verwendungen offensichtlich. Es ist daher vorzuziehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in vorliegendem Dokument beschriebene spezielle Offenbarung beschränkt ist, sondern nur durch die im Anhang aufgeführten Ansprüche.
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

US 8395377 [0009]
US 8421471 [0011, 0012, 0013]

Claims

Wirbelstromprüfanlage, umfassend: wenigstens eine Wirbelstromsonde, die wenigstens einen antriebsfühlenden Kanal enthält, der ein entsprechendes erstes zeitveränderliches elektromagnetisches Feld erzeugt, wenigstens eine Prüfschleife, die so angeordnet ist, dass sie wenigstens einen Teil des ersten elektromagnetischen Felds schneidet, das in Zusammenhang mit dem Kanal steht, eine Prüfschleifenaktivierung, die so ausgeführt ist, dass sie einen Schaltmechanismus enthält, der mit der wenigstens einen Prüfschleife in Reihe geschaltet und so ausgeführt ist, dass er gezielt geöffnet oder geschlossen werden kann, wenigstens eine Wirbelstromerfassungseinheit, die so ausgeführt ist, dass sie von dem wenigstens einen Kanal ein Wirbelstromsignal empfängt und eine Wirbelstromausgabe erzeugt, die für die Kennlinie des Wirbelstromsignals repräsentativ ist, wobei der Schaltmechanismus bewirkt, dass die Ausgabe einen Zustand einnimmt, der auf einen Fehler in dem wenigstens einen antriebsfühlenden Kanal hinweist.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Prüfschleife in der wenigstens einen Wirbelstromsonde in einem Wirbelstromsondengehäuse integriert ist.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Prüfschleife physikalisch von der Wirbelstromsonde getrennt und so ausgeführt ist, dass sie an eine vorhandene Wirbelstromsonde angekoppelt werden kann.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, die eine Datenverarbeitungs- und Displayeinheit enthält, die an die wenigstens eine Wirbelstromerfassungseinheit elektronisch gekoppelt und so ausgeführt ist, dass sie die Wirbelstromausgabe anzeigt.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem wenigstens einen antriebsfühlenden Kanal um eine einzelne Wirbelstromspule und bei der wenigstens einen Prüfschleife um eine einzelne Prüfschleife handelt.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kanal sowohl eine Treiberspule als auch eine Empfängerspule umfasst.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 6, wobei die Treiberspule und die Empfängerspule beide im Wesentlichen von der wenigstens einen Prüfschleife umgeben sind.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei die Wirbelstromausgabe in Form einer Impedanzebene erfolgt, die in Zusammenhang mit einem Betriebspunkt steht.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kanal wenigstens eine Treiberspule und ein Paar Empfängerspulen umfasst, die als Differentialspulen ausgeführt sind, und wobei die wenigstens eine Prüfschleife eine erste Prüfschleife, die einen Teil der einen der Empfängerspulen überdeckt, und eine zweite Prüfschleife, die die andere der Empfängerspulen überdeckt, umfasst.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine treiberähnliche Kanal einen einzelnen Kanal umfasst, der so ausgeführt ist, dass er die Wirbelstromausgabe erzeugt, die auf einen Fehler in dem wenigstens einen Kanal hinweist, wenn sich der Schaltmechanismus in dem geschlossenen oder dem offenen Zustand befindet.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungs- und Displayeinheit so ausgeführt ist, dass sie die Ausgabe erzeugt, die auf einen Fehler in dem wenigstens einen Kanal hinweist, wenn sich der Schaltmechanismus in dem geschlossenen oder dem offenen Zustand befindet.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 4, ferner so ausgeführt, dass sie einen Sondenintaktheitsprüfwert (PITV) erzeugt, der auf Verschiebungen des Betriebspunkts beruht, die stattfinden, wenn der Schaltmechanismus aktiviert wird.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 12, wobei der Sondenintaktheitsprüfwert PITV (T) folgender Gleichung entspricht:
wobei es sich bei den Verschiebungen des Betriebspunkts, die sich in der Verschiebung des TLA-Betriebspunkts widerspiegeln, um einen Vektor handelt (wie zum Beispiel v →₁ und v →₂)
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Kanal aus einer Vielzahl von Kanälen des gleichen Typs oder unterschiedlicher Typen stammt und die wenigstens eine Prüfschleife so angeordnet ist, dass sie wenigstens einen Teil des Magnetfelds jedes Kanals aus der Vielzahl von Kanälen schneidet.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 1, wobei der Schaltmechanismus oder der Hinweis auf einen Fehler erfolgt, während sich die Erfassungseinheit und die Wirbelstromausgabe in einem kontinuierlichen Betriebsmodus befinden.
Wirbelstromprüfanlage, umfassend: ein Array aus Wirbelstromsonden, das für die Prüfung eines Prüfgegenstands ausgelegt ist, wobei das Array aus Wirbelstromsonden mehr als zwei Spulen umfasst, die in Zusammenhang mit verschiedenen Elementen von mehr als zwei antriebfühlenden Kanälen stehen, eine Erfassungseinheit, die an das Array aus Wirbelstromsonden gekoppelt ist, um eine Impedanzebene nausgabe für jeden Kanal zu erzeugen, wobei die Erfassungseinheit mit jedem antriebsfühlenden Kanal verbunden ist, und wenigstens eine Prüfschleife, die an dem Array aus Wirbelstromsonden vorgesehen ist, und wenigstens einen Prüfschleifenschalter, der mit der wenigstens einen Prüfschleife in Reihe geschaltet ist, wobei der wenigstens eine Prüfschleifenschalter so ausgeführt ist, dass er die wenigstens eine Prüfschleife gezielt öffnet oder schließt, um dadurch zu bewirken, dass die Impedanzebenenausgabe einen Zustand einnimmt, der auf einen Fehler in einem oder mehreren Elementen des Arrays aus Wirbelstromsonden hinweist.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 16, wobei die Erfassungseinheit wirksam ist, um aus den Kanälen des Arrays aus Wirbelstromsonden ausgewählte Kanäle gezielt zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 16, wobei es sich bei der wenigstens einen Prüfschleife um eine einzelne Prüfschleife handelt, die im Wesentlichen die Elemente des Arrays aus Wirbelstromsonden umgibt und ein einzelner Prüfschleifenschalter in Reihe damit geschaltet ist.
Wirbelstromprüfanlage nach Anspruch 16, wobei es sich bei der wenigstens einen Prüfschleife um eine Vielzahl von Prüfschleifen handelt, die vorgesehen sind, wobei jede Prüfschleife aus der Vielzahl von Prüfschleifen den jeweiligen Prüfschleifenschalter umfasst und eine jeweilige Gruppe der Elemente des Arrays aus Wirbelstromsonden umgibt.
Verfahren zum Erkennen eines fehlerhaften Wirbelstromprüfkanals in einer Wirbelstromsonde, die wenigstens einen antriebsfühlenden Kanal aufweist, wobei die Sonde elektronisch an eine Erfassungseinheit gekoppelt ist, die anschließend elektronisch an eine Datenverarbeitungs- und Displayeinheit gekoppelt ist, und wobei die Erfassungseinheit von dem wenigstens einen Kanal ein Wirbelstromsignal empfängt und eine Wirbelstromausgabe erzeugt, die für die Kennlinie des Wirbelstromsignals repräsentativ ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen wenigstens einer Prüfschleife, die im Wesentlichen mit dem wenigstens einen Kanal wechselseitig zusammenwirkt, Bereitstellen eines Schaltmechanismus, der mit der wenigstens einen Prüfschleife in Reihe geschaltet und so ausgeführt ist, dass er gezielt geöffnet oder geschlossen werden kann, Bereitstellen eines Alarmsignals, wenn der Schaltmechanismus bewirkt, dass die Ausgabe einen Zustand einnimmt, der auf einen Fehler in dem wenigstens einen antriebsfühlenden Kanal hinweist.