DE102014011515B4

DE102014011515B4 - Verfahren zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings und Prüfeinrichtung

Info

Publication number: DE102014011515B4
Application number: DE102014011515.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ulm; Oliver Vogel; Martin Müller; Bastian Motzer; Kim Städtler; Ramona Beez
Original assignee: HOCHSCHULE HEILBRONN
Current assignee: HOCHSCHULE HEILBRONN
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2034-08-01
Also published as: DE102014011515A1

Abstract

Verfahren zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings (35), umfassend die Schritte:
– Bereitstellen einer Messbrücke (30) mit einer Referenzprobe (33);
– Einsetzen des Prüflings (35) in eine Prüflingsaufnahme (34) der Messbrücke (30);
– Anlegen einer Brückeneingangsspannung U_E an einen Eingang der Messbrücke (30) zum Untersuchen der magnetischen und elektrischen Eigenschaften des Prüflings (35) anhand einer Differenzmessung, wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33) aufweist;
– Erfassen einer Brückendiagonalspannung U_D der Messbrücke (30);
– Bewerten der Qualität des Prüflings durch Auswerten der Brückendiagonalspannung U_D mit Hilfe eines Signalinterpreters (40),
wobei
die Brückeneingangsspannung U_E trapezförmig ist oder wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine erste steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33) und ferner eine zweite steigende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling (35) und in der Referenzprobe (33) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Prüfeinrichtung.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine schnelle und kostengünstige Qualitätskontrolle von Magnetstählen jeglicher geometrischer Anordnung wie z. B. Bleche oder Stangen bis hin zu fertig montierten Elektrobaugruppen wie z. B. Motoren, Magnete, Elektromagnete, Hybridmagnetsysteme, und so weiter.
Derzeitig erhältliche Magnetwerkstoffe können starke Qualitätsschwankungen aufweisen. Ein Kunde erkennt solche Qualitätsschwankungen aber oft nicht rechtzeitig, sondern erst bei Auffälligkeiten im Endprodukt.
Für den Einsatzzweck einer Wareneingangskontrolle, einer Qualitätssicherung während der Produktion oder einer Qualitätsprüfung am Ende eines Fertigungsprozesses sind aus dem Stand der Technik zwar Prüfverfahren bekannt, mit denen die Qualität von Magnetwerkstoffen, insbesondere die magnetischen Eigenschafen der Magnetwerkstoffe, überprüft werden kann. Jedoch sind die bisher bekannten Prüfverfahren relativ aufwendig in der Durchführung und zeitintensiv. Die auf dem Markt vorhandenen Prüfgeräte sind entsprechend kostspielig. Beispielsweise ist es bei herkömmlichen Verfahren notwendig, sowohl eine relative Messung als auch eine absolute Messung durchzuführen, um eine eindeutige Aussage über das Vorliegen von Materialfehlern machen zu können. Zudem beschränken sich herkömmliche Verfahren aus Gründen der Wirtschaftlichkeit meist auf die Untersuchung von magnetischen Eigenschaften der Prüflinge. Eine zusätzliche Untersuchung von elektrischen Eigenschaften der Prüflinge sprengt häufig den wirtschaftlichen Rahmen, d. h. ein vertretbares Verhältnis aus Kosten und Nutzen ist nicht mehr gegeben.
Die Druckschrift US 2012/0206151 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion eines Fehlers bzw. Defekts eines beschichteten Kerns unter Verwendung einer Messbrücke und eines Referenzelements.
Die Druckschrift DE 10 2005 040 858 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen von elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften eines elektrisch leitfähigen Prüfgegenstands, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Basisteil, auf dem zwei Induktivitäten nach einem vorbestimmten Schema angeordnet sind, umfasst. Ferner weist die Vorrichtung wenigstens ein Referenzelement auf, das wenigstens einer Induktivität zugeordnet und auf dem Basisteil angeordnet ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings bereitzustellen, welche im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen einfach in der Durchführung bzw. Handhabung, schnell und kostengünstig sind.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Ein erster unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings, umfassend die Schritte:

– Bereitstellen einer Messbrücke mit einer Referenzprobe;
– Einsetzen des Prüflings in eine Prüflingsaufnahme der Messbrücke;
– Anlegen einer Brückeneingangsspannung U_E an einen Eingang der Messbrücke zum Untersuchen der magnetischen und elektrischen Eigenschaften des Prüflings anhand einer Differenzmessung, wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings und der Referenzprobe aufweist;
– Erfassen einer Brückendiagonalspannung U_D der Messbrücke;
– Bewerten der Qualität des Prüflings durch Auswerten der Brückendiagonalspannung U_D mit Hilfe eines Signalinterpreters,

_E

Unter einem magnetischen Prüfling wird im Sinne dieser Beschreibung ganz allgemein ein zu untersuchender Gegenstand verstanden, der magnetisch ist, magnetisiert werden kann und/oder magnetische Eigenschaften aufweist. Insbesondere kann eine magnetische Probe oder ein Magnetwerkstoff einen magnetischen Prüfling darstellen. Beispielsweise können auch die folgenden Gegenstände magnetische Prüflinge darstellen: Elektrobleche, Elektromagnetstähle (z. B. in Form von Stäben oder Stangen), packetierte Elektrobleche (wie z. B. Elektromotor-Statoren, Elektromotor-Rotoren, jeweils bewickelt oder unbewickelt), fertig montierte Elektrobaugruppen (z. B. Motoren, Elektromagnete), Ringproben (z. B. Ringproben, bei denen zumindest ein Ringkern mit einer Primärspule bewickelt ist), Induktivitäten, Permanentmagnete, permanentmagnetische Baugruppen, und so weiter. Die Prüflinge können in beliebiger geometrischer Anordnung, z. B. als Bleche oder Stangen, vorliegen. Beispielsweise ist ein Prüfling als Stab mit einem Durchmesser von etwa 10 mm und einer Länge von etwa 10 cm ausgebildet. Beliebige andere Geometrien und/oder Abmessungen sind jedoch ebenfalls möglich.
Unter einer Referenzprobe oder Vergleichsprobe wird im Sinne dieser Beschreibung ein fehlerloser Gegenstand verstanden, der dem jeweiligen Prüfling entspricht. Mit anderen Worten ist die Referenzprobe ein sogenanntes Gutteil des zu prüfenden Gegenstands. Je nach Art des Prüflings ist auch die Referenzprobe zu wählen. Ist beispielsweise der Prüfling ein stabförmiger Magnetstahl, so muss auch die Referenzprobe ein stabförmiger Magnetstahl sein. Insbesondere müssen die Geometrie und die Abmessungen von Prüfling und Referenzprobe im Wesentlichen übereinstimmen. Während der zu untersuchende Prüfling Fehler bzw. Mängel aufweisen kann, ist die Referenzprobe im Wesentlichen fehler- bzw. mängelfrei. Für einen bestimmten Prüfling wird somit eine zugehörige, fehler- bzw. mängelfreie Referenzprobe bereitgestellt.
Das Bereitstellen einer Messbrücke mit einer Referenzprobe kann ein Einsetzen einer Referenzprobe, insbesondere einer zu dem Prüfling zugehörigen Referenzprobe, in eine Referenzprobenaufnahme der Messbrücke umfassen.
Eine Referenzprobenaufnahme kann elektrische Anschlüsse bzw. Anschlusselemente, beispielsweise eine oder mehrere Kabelzuführungen und/oder Kontaktierungen, für die Referenzprobe umfassen. Eine Referenzprobenaufnahme kann auch einen Referenzprobenadapter umfassen, in dem die Referenzprobe eingesetzt werden kann. Eine Referenzprobenaufnahme kann auch eine Referenzprobenspule, insbesondere eine Referenzproben-Messspule umfassen, in die die Referenzprobe gelegt bzw. eingeführt werden kann. Insbesondere kann die Referenzprobenaufnahme eine Referenzprobenspule und einen in das Innere bzw. in den Kern der Referenzprobenspule einführbaren Referenzprobenadapter umfassen, wobei der Referenzprobenadapter im Inneren der Referenzprobenspule angeordnet und/oder lösbar bzw. herausnehmbar befestigt werden kann. Der Referenzprobenadapter ist vorzugsweise derart ausgebildet und/oder dimensioniert, dass der Referenzprobenadapter die Messung im Wesentlichen nicht beeinflusst.
Eine Prüflingsaufnahme kann elektrische Anschlüsse bzw. Anschlusselemente, beispielsweise eine oder mehrere Kabelzuführungen und/oder Kontaktierungen, für den zu untersuchenden Prüfling umfassen. Eine Prüflingsaufnahme kann auch einen Prüflingsadapter umfassen, in dem der Prüfling eingesetzt werden kann. Eine Prüflingsaufnahme kann auch eine Prüflingsspule, insbesondere eine Prüflings-Messspule umfassen, in die der Prüfling gelegt bzw. eingeführt werden kann. Insbesondere kann die Prüflingsaufnahme eine Prüflingsspule und einen in das Innere bzw. in den Kern der Prüflingsspule einführbaren Prüflingsadapter umfassen, wobei der Prüflingsadapter im Inneren der Prüflingsspule angeordnet und/oder lösbar bzw. herausnehmbar befestigt werden kann. Der Prüflingsadapter ist vorzugsweise derart ausgebildet und/oder dimensioniert, dass der Prüflingsadapter die Messung im Wesentlichen nicht beeinflusst.
Bei dem Einsatz von Messspulen, müssen die Referenzprobenspule und die Prüflingsspule im Wesentlichen geometrisch und elektrisch gleich sein, d. h. im Wesentlichen die gleichen Abmessungen und die gleichen elektromagnetischen Eigenschaften, aufweisen. Nur so ist eine verläßliche und genaue Differenzmessung möglich.
Die Verwendung eines Adapters für den Prüfling und/oder die Referenzprobe hat den Vorteil, dass der Prüfling und/oder die Referenzprobe schnell und einfach ausgewechselt werden kann. Zudem stellt ein Adapter eine optimale Anordnung des Prüflings und/oder der Referenzprobe, z. B. innerhalb einer Messspule sicher. Somit können die Messgenauigkeit und die Zuverlässigkeit der Messung erhöht werden.
Die jeweilige Ausgestaltung der Referenzprobenaufnahme und/oder der Prüflingsaufnahme hängt insbesondere von der Art des zu untersuchenden Prüflings bzw. der Referenzprobe ab. Ist der Prüfling z. B. ein Magnetwerkstoff wie z. B. ein zylindrischer Magnetstahl, so umfasst die Prüflingsaufnahme vorzugsweise eine Prüflingsspule und die Referenzprobenaufnahme eine Referenzprobenspule. Der Prüfling und die Referenzprobe können in das Innere bzw. in den Kern der jeweiligen Spulen, gegebenenfalls mit Hilfe eines Adapters, eingelegt, eingeführt bzw. angeordnet werden. Fließt ein Strom durch die Spulen, so wird im Inneren der Spule ein Magnetfeld erzeugt, das den Prüfling bzw. die Referenzprobe durchsetzt und somit magnetisiert. Sofern der Prüfling keine Fehler bzw. Mängel aufweist, haben der Prüfling und die Referenzprobe die gleichen magnetischen Eigenschaften. Sofern der Prüfling jedoch Fehler bzw. Mängel aufweist, kann sich dies z. B. durch unterschiedliche magnetische Eigenschaften von Prüfling und Referenzprobe bemerkbar machen. Die magnetischen Eigenschaften des Prüflings bzw. der Referenzprobe wirken sich wiederum auf die elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften der zugehörigen Messspulen aus, z. B. auf deren Widerstand. Im Rahmen einer sogenannten Differenzmessung können solche Anomalien in den magnetischen Eigenschaften des Prüflings, und somit Fehler bzw. Mängel des Prüflings, detektiert werden.
Ist der Prüfling dagegen ein komplexes Bauteil wie z. B. ein Motor, so ist es in der Regel nicht erforderlich, separate Messspulen zu verwenden. Vielmehr umfassen in diesem Fall die Prüflingsaufnahme und die Referenzprobenaufnahme vorzugsweise Anschlüsse bzw. Kontakte, um den Prüfling bzw. die Referenzprobe direkt in die Messbrücke zu integrieren, d. h. elektrisch mit der Messbrücke zu verbinden. Durch Beaufschlagung der elektromagnetischen Bauteile mit Strom verhalten sich der Prüfling und die Referenzprobe gleich, sofern kein Fehler bzw. Mangel beim Prüfling vorliegt. Liegt jedoch ein Fehler bzw. Mangel beim Prüfling vor, so resultiert dies in ein unterschiedliches elektromagnetisches Verhalten. Beispielsweise kann sich ein Fehler des Prüflings in einer von der Referenzprobe abweichenden Induktivität äußern. Im Rahmen einer Differenzmessung können solche Anomalien in den magnetischen Eigenschaften des Prüflings, und somit Fehler bzw. Mängel des Prüflings, detektiert werden.
Unter Differenzmessung wird im Sinne dieser Beschreibung eine Messung verstanden, bei der der Prüfling mit einer Referenzprobe, also einem Gutteil, verglichen wird. Mit Hilfe der Differenzmessung können Abweichungen zwischen Eigenschaften des Prüflings und der Referenzprobe erkannt bzw. detektiert werden.
Die Differenzmessung kann mit Hilfe einer Messbrücke durchgeführt werden. Die Messbrücke umfasst vorzugsweise einen Prüflingszweig und einen Referenzzweig. Der Prüflingszweig ist parallel zum Referenzzweig geschaltet. Der Prüflingszweig umfasst die Prüflingsaufnahme mit einem dazu in Serie geschalteten ersten Brückenwiderstand. Der Referenzzweig umfasst die Referenzprobenaufnahme mit einem dazu in Serie geschalteten zweiten Brückenwiderstand. Parallel zu dem Prüflingszweig und dem Referenzzweig kann eine Brückeneingangsspannung U_E an die Messbrücke angelegt werden. Eine Brückendiagonalspannung U_D kann zwischen dem Prüflingszweig und dem Referenzzweig abgegriffen werden.
Die Brückeneingangsspannung U_E weist eine steigende Flanke auf, deren Steilheit vorzugsweise derart gewählt ist, dass der Prüfling und die Referenzprobe im Wesentlichen stationär aufmagnetisiert werden. Mit anderen Worten wird die Steilheit der steigenden Flanke derart gewählt, dass zu jedem Zeitpunkt des Aufmagnetisierens stationäre Zustände herrschen. Stellen sich bei dieser Aufmagnetisierung bei dem Prüfling und der Referenzprobe unterschiedliche induzierte Spannungen ein, so stellt sich eine von Null verschiedene Brückendiagonalspannung U_D ein. Damit ist ein Vergleich der magnetischen Eigenschaften zwischen Prüfling und Referenzprobe möglich.
Durch Auswerten der Brückendiagonalspannung U_D mit Hilfe eines Signalinterpreters kann schließlich die Qualität des Prüflings bewertet werden. Insbesondere kann der Prüfling als Gutteil oder als Schlechtteil eingestuft werden.
Vorteilhafterweise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise auch Prüflinge untersucht werden, die nicht oder nur schlecht elektrisch leitfähig sind. So kann z. B. eine Qualitätskontrolle von keramischen Sinterpresslingen vorgenommen werden. Solche Sinterpresslinge werden in der Regel vom Hersteller in einem entmagnetisierten Zustand geliefert. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann z. B. überprüft werden, ob die Sinterpresslinge ausreichend magnetisierbar sind und somit z. B. für die spätere Verwendung in einem Motor, in welchem sie eingedrückt bzw. eingesetzt und anschließend magnetisiert werden können, geeignet sind.
Handelt es sich bei dem Prüfling um ein elektrisch leitfähiges Material, so kann nach der stationären Untersuchung der magnetischen Eigenschaften des Prüflings vorteilhafterweise noch eine transiente Untersuchung der elektrischen Eigenschaften des Prüflings folgen. Dazu weist in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Brückeneingangsspannung U_E ferner eine fallende Flanke auf. Vorzugsweise ist die Steilheit der fallenden Flanke größer als die Steilheit der steigenden Flanke. Die Steilheit der fallenden Flanke der Brückeneingangsspannung U_E wird derart gewählt, dass die fallende Flanke einen Wirbelstrom in dem Prüfling und in der Referenzprobe induziert. Damit kann die elektrische Leitfähigkeit des Prüflings untersucht bzw. geprüft werden. Die erzeugten Wirbelströme wirken sich nämlich auch auf die jeweils in dem Prüfling und der Referenzprobe induzierten Spannungen aus. Unterscheiden sich die Leitfähigkeiten des Prüflings und der Referenzprobe, so stellt sich eine von Null verschiedene Brückendiagonalspannung U_D ein. Auf diese Weise ist ein gezielter Vergleich der elektrischen Eigenschaften zwischen Prüfling und Referenzprobe möglich.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren können somit durch Anlegen einer Brückeneingangsspannung U_E mit einer steigenden und einer fallenden Flanke vorteilhafterweise sowohl die magnetischen Eigenschaften als auch die elektrischen Eigenschaften des Prüflings untersucht und zur Qualitätskontrolle herangezogen werden.
Die Brückeneingangsspannung U_E kann nicht erfindungsgemäß eine beliebige Signalform mit einer steigenden und fallenden Flanke aufweisen. Dabei kann sich die Steigung der steigenden und/oder fallenden Flanke zeitlich ändern, d. h. die steigende und/oder fallende Flanke kann eine Krümmung aufweisen. Beispielsweise kann die Brückeneingangsspannung U_E nicht erfindungsgemäß eine Sinus-Spannung sein. Die Steigung der steigenden und/oder fallenden Flanke kann aber auch konstant sein.
Die Brückeneingangsspannung U_E ist erfindungsgemäß trapezförmig oder weist eine erste steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings und der Referenzprobe und ferner eine zweite steigende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling und in der Referenzprobe auf.
Insbesondere weist die Brückeneingangsspannung U_E eine erste steigende Flanke für einen ersten Messdurchgang der Differenzmessung und eine zweite steigende Flanke für einen zweiten Messdurchgang der Differenzmessung auf. Mit anderen Worten umfasst die Differenzmessung einen ersten und einen zweiten Messdurchgang, wobei der erste Messdurchgang mittels einer ersten steigenden Flanke der Brückeneingangsspannung U_E erfolgt bzw. durchgeführt wird und wobei der zweite Messdurchgang mittels einer zweiten steigenden Flanke der Brückeneingangsspannung U_E erfolgt bzw. durchgeführt wird. Dabei unterscheidet sich die Steigung der ersten Flanke von der Steigung der zweiten Flanke.
Vorzugsweise ist die Steigung der zweiten Flanke größer als die Steigung der ersten Flanke. Mit anderen Worten steigt die zweite Flanke schneller an als die erste Flanke. Die Steigung der ersten Flanke ist derart gewählt, dass der Prüfling und die Referenzprobe, vorzugsweise im Wesentlichen stationär, aufmagnetisiert werden. Die Steigung der zweiten Flanke ist derart gewählt, dass in dem Prüfling und in der Referenzprobe jeweils ein Wirbelstrom induziert wird. Somit ist es vorteilhafterweise möglich, in dem ersten Messdurchgang die magnetischen Eigenschaften des Prüflings zu untersuchen und in dem zweiten Messdurchgang die elektrischen Eigenschaften des Prüflings zu untersuchen. Der erste und zweite Messdurchgang können z. B. unmittelbar nacheinander erfolgen bzw. durchgeführt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Schritt des Einsetzens des Prüflings in eine Prüflingsaufnahme der Messbrücke und vor dem Schritt des Anlegens der Brückeneingangsspannung U_E folgenden Schritt:

– Entmagnetisieren des Prüflings und der Referenzprobe mit Hilfe einer Entmagnetisierungseinheit.

Das Entmagnetisieren des Prüflings und der Referenzprobe gewährleistet identische Ausgangsbedingungen hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften und/oder des magnetischen Verhaltens des Prüflings und der Referenzprobe. Somit kann das Entmagnetisieren für eine höhere Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit der Differenzmessung sorgen. Gerade bei Prüflingen aus hartmagnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Materialien ist es vorteilhaft eine vorangeschaltete Entmagnetisierung vorzunehmen, um die Messung möglichst unabhängig von der magnetischen Vorgeschichte bzw. der Hysterese des Prüflings bzw. der Referenzprobe zu machen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bewerten der Qualität des Prüflings ein Ermitteln der Güte G des Prüflings. Die Güte G des Prüflings wird durch ein Interpretieren der Brückendiagonalspannung U_D der Messbrücke, insbesondere einem Aufintegrieren der Brückendiagonalspannung U_D der Messbrücke über eine vorbestimmte Zeitspanne, ermittelt. Somit kann die Bewertung der Qualität des Prüflings in einfacher Weise vorgenommen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht die vorbestimmte Zeitspanne der Dauer der an die Messbrücke angelegten Brückeneingangsspannung U_E. Mit anderen Worten entspricht die vorbestimmte Zeitspanne der zeitlichen Differenz aus dem Beginn bzw. Startzeitpunkt der steigenden Flanke und dem Ende bzw. Endzeitpunkt der fallenden Flanke. Dies führt zu einer optimalen Auswertung der Brückendiagonalspannung U_D und damit zu einer optimalen Beurteilung der Qualität des Prüflings, da die Integrationszeit einerseits ausreichend ist, um sowohl die magnetischen Eigenschaften des Prüflings als auch die elektrischen Eigenschaften des Prüflings zu berücksichtigen. Andererseits ist die Integrationszeit nicht länger als nötig, so dass auch die Schnelligkeit der Bewertung gewährleistet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Prüfling als Gutteil bewertet, wenn gilt:
wobei G die Güte des Prüflings, U_D die Brückendiagonalspannung, t₃ die vorbestimmte Zeitspanne und ε ein vorbestimmter Güte-Vergleichswert ist. Ist die ermittelte Güte G des Prüflings größer als der vorbestimmte Güte-Vergleichswert ε, so wird der Prüfling als Schlechtteil bewertet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren folgenden weiteren Schritt:

– Ausgeben bzw. Anzeigen eines Auswerteergebnisses des Signalinterpreters.

Das Ausgeben bzw. Anzeigen des Auswerteergebnisses des Signalinterpreters, d. h. insbesondere der Beurteilung des Prüflings als Gutteil oder Schlechtteil, kann mit Hilfe einer Signalausgabeeinheit erfolgen, die an den Signalinterpreter angeschlossen ist. Somit kann vom Bediener bzw. Qualitätsprüfer sofort die Qualität des Prüflings erkannt werden. Vorzugsweise wird das Auswerteergebnis zusammen mit der Kennzeichnung des untersuchten Prüflings in einem Speicher abgespeichert.
Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings mit Hilfe einer Differenzmessung, umfassend:

– eine Energieversorgungseinheit zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die Prüfeinrichtung;
– eine Messbrücke zur Durchführung der Differenzmessung, wobei die Messbrücke eine Prüflingsaufnahme zur Aufnahme des Prüflings und eine Referenzprobenaufnahme zur Aufnahme einer Referenzprobe umfasst und wobei die Messbrücke ausgelegt ist, eine Brückendiagonalspannung U_D als Maß für die relative Abweichung von magnetischen und elektrischen Eigenschaften des Prüflings von der Referenzprobe zu erzeugen;
– ein Steuergerät zum Steuern des Messvorgangs der Differenzmessung durch Anlegen einer Brückeneingangsspannung U_E an den Eingang der Messbrücke, wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine steigende Flanke zum, vorzugsweise stationären, Aufmagnetisieren des Prüflings und der Referenzprobe aufweist; und
– einen Signalinterpreter zum Auswerten der von der Messbrücke erzeugten Brückendiagonalspannung U_D und zum Bewerten der Qualität des Prüflings,

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Die Energieversorgungseinheit ist vorzugsweise eine Spannungsquelle bzw. Stromquelle, welche die notwendigen Versorgungsspannungen und den nötigen Strom für die Prüfeinrichtung, insbesondere für die Komponenten der Prüfeinrichtung, liefert. Vorzugsweise ist die Energieversorgungseinheit ein Leistungsnetzteil mit Überwachungsfunktionen. Die Energieversorgungseinheit stellt insbesondere dem Steuergerät elektrische Energie zur Verfügung.
Das Steuergerät umfasst vorzugsweise einen Mikrocontroller, eine Software und einen Analog-Digital-Wandler. Das Steuergerät steuert den Messvorgang der Messbrücke.
Die Messbrücke umfasst, wie bereits oben beschrieben, vorzugsweise zwei Brückenwiderstände, eine Prüflingsaufnahme und eine Referenzprobenaufnahme. Mittels der Messbrücke lässt sich eine Differenzmessung durchführen, indem eine Brückeneingangsspannung U_E an die Messbrücke angelegt wird und eine Brückendiagonalspannung U_D detektiert wird.
Der Signalinterpreter interpretiert die Brückendiagonalspannung U_D, um die Qualität des Prüflings zu bewerten bzw. zu beurteilen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung weist die Brückeneingangsspannung U_E ferner eine fallende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling und in der Referenzprobe auf.
Die Brückeneingangsspannung U_E kann trapezförmig sein oder eine erste steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings und der Referenzprobe auf und eine zweite steigende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling und in der Referenzprobe aufweisen. Somit können in einem ersten Messdurchgang der Differenzmessung die magnetischen Eigenschaften des Prüflings untersucht werden, während in einem zweiten Messdurchgang der Differenzmessung die elektrischen Eigenschaften des Prüflings untersucht werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung ist der Signalinterpreter ausgelegt, die Güte G des Prüflings durch ein Interpretieren der Brückendiagonalspannung U_D, insbesondere durch ein Aufintegrieren der Brückendiagonalspannung U_D über eine vorbestimmte Zeitspanne, zu ermitteln. Vorzugsweise ist der Signalinterpreter ausgelegt, den aus dem Aufintegrieren erhaltenen Wert durch einen Vergleich des erhaltenen Wertes mit einem vorgegebenen Güte-Vergleichswert zu bewerten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung eine Entmagnetisierungseinheit zum Entmagnetisieren des Prüflings und der Referenzprobe. Vorzugsweise bilden die Prüflingsaufnahme bzw. der Prüflingsadapter und die Referenzprobenaufnahme bzw. der Referenzprobenadapter die Entmagnetisierungseinheit. Der Entmagnetisierungsvorgang kann z. B. durch Erzeugen eines starken Wechsel-Magnetfeldes, das allmählich abklingt, durchgeführt werden. Dieses Magnetfeld muss so stark sein, dass die Koerzitivfeldstärke des aufmagnetisierten Materials erreicht wird. Durch das Wechselfeld erfolgt eine Ummagnetisierung der permanentmagnetischen Materialien mit abnehmender Amplitude. Damit wird die Hysteresekurve mit abnehmender Amplitude der magnetischen Feldstärke und der Magnetflussdichte durchlaufen, bis das Dauermagnetfeld null ist. Beispielsweise wird an die Prüflingsaufnahme und/oder die Referenzprobenaufnahme eine anfängliche Spannung von +50 V angelegt, die dann stetig auf –48 V reduziert, anschließend stetig auf +46 V erhöht, dann wieder stetig auf –44 V reduziert, anschließend wieder stetig auf +42 V erhöht wird, usw., bis sich schließlich die Spannung auf 0 V eingependelt hat. Beispielsweise kann dies mit einer Sägezahnspannung oder einer Sinus-Spannung mit zeitlich abfallender Amplitude realisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung ferner einen Schalter bzw. Umschalter, welcher von dem Steuergerät geschaltet bzw. umgeschaltet werden kann und welcher ausgelegt ist, die Energieversorgungseinheit entweder mit der Entmagnetisierungseinheit oder der Messbrücke zu verbinden.
Somit kann in besonders einfacher und energiesparender Weise der Messmodus, d. h. entweder die Entmagnetisierung oder die Differenzmessung, der Prüfeinrichtung durch das Steuergerät bzw. den Mikrocontroller eingestellt bzw. gewählt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung ferner eine Signalausgabeeinheit zum Ausgeben bzw. Anzeigen eines vom Signalinterpreter ermittelten Auswerteergebnisses.
Die Signalausgabeeinheit umfasst vorzugsweise eine Schnittstelle für die Einbindung in den Qualitätsüberwachungsprozess. Im einfachsten Fall ist die Signalausgabeeinheit eine optische Anzeige für eine Gut/Schlecht-Beurteilung des Prüflings. Alle Einstellparameter können vorzugsweise in einer Datenbank hinterlegt und vom Bediener aufgerufen werden.
Für den oben genannten weiteren unabhängigen Aspekt und insbesondere für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen des ersten Aspekts.
Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereit stellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann, und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung mit der Bezeichnung ”MagDiff” gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung ”MagDiff” gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Messbrücke gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
4a zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der an die Messbrücke angelegten Brückeneingangsspannung U_E;
4b zeigt eine beispielhafte Hysteresekurve eines Werkstoffes sowie die Zuordnung einzelner Abschnitte der Hysteresekurve zu der angelegten Brückeneingangsspannung U_E gemäß der 4a.
Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, dass für den Einsatzzweck einer schnellen Wareneingangskontrolle, einer Qualitätssicherung während der Produktion oder einer Qualitätsprüfung am Ende des Fertigungsprozesses bereits ein Verfahren genügt, welches durch einen Vergleich des zu prüfenden Prüflings mit einem entsprechenden ”Gutteil”, d. h. einer Referenz bzw. einer Referenzprobe eine Abweichung erkennt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung arbeiten daher nach dem Differenzprinzip und erlauben eine Prüfung sowohl hinsichtlich elektrischer als auch magnetischer Eigenschaften.
Die 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die Prüfeinrichtung 100, welche von den Erfindern die Bezeichnung ”MagDiff” erhalten hat, umfasst eine Energieversorgungseinheit 10, ein Steuergerät 20, eine Messbrücke 30, einen Signalinterpreter 40 und eine Signalausgabeeinheit 50.
Die Energieversorgungseinheit 10 ist z. B. ein Leistungsnetzteil mit Überwachungsfunktionen und stellt die elektrische Energie W_el dem Steuergerät 20 zur Verfügung.
Das Steuergerät 20 umfasst einen Mikrocontroller, eine Software und einen Analog-Digital-Wandler. Das Steuergerät steuert den Messvorgang der Messbrücke 30 und gegebenenfalls auch einen Entmagnetisierungsvorgang einer Entmagnetisierungseinheit 60 (in der 1 nicht gezeigt). Der Entmagnetisierungsvorgang erfolgt vor der Differenzmessung und kann nach den gängigen Verfahren des Stands der Technik durchgeführt werden. Eine Entmagnetisierung kann allerdings nur bei dafür geeigneten Prüflingen, z. B. einfachen Werkstoffteilen, erfolgen.
In der 1 symbolisiert W_el* die vom Steuergerät 20 beeinflusste Energie, deren Verlauf vom Anwender vorgegeben wird. Das Steuergerät 20 führt den Messvorgang durch, indem es zuvor den Messmodus der Messbrücke 30 wählt. Der Messmodus umfasst die Entmagnetisierung der Werkstoffproben, d. h. des Prüflings 35 und der Referenzprobe 33, sowie die anschließende Differenzmessung.
Die Messbrücke 30 umfasst eine Referenzprobenaufnahme 32, insbesondere einen Referenzprobenadapter, in die/den die Referenzprobe 33 eingesetzt werden kann. Ferner umfasst die Messbrücke 30 eine Prüflingsaufnahme 34, insbesondere einen Prüflingsadapter, in die/den der Prüfling 35 eingesetzt werden kann. Bei der Referenzprobenaufnahme 32 kann es sich auch um eine Referenzproben-Messspule handeln, in deren Inneres bzw. in deren Kern die Referenzprobe angeordnet werden kann. Entsprechend kann es sich bei der Prüflingsaufnahme 34 auch um eine Prüflings-Messspule handeln, in deren Inneres bzw. in deren Kern der Prüfling 35 angeordnet werden kann. Des Weiteren umfasst die Messbrücke einen mit der Referenzprobenaufnahme 32 in Reihe geschalteten ersten Brückenwiderstand 36 und einen mit der Prüflingsaufnahme 34 in Reihe geschalteten zweiten Brückenwiderstand 38. Der Referenzzweig, welcher die Referenzprobenaufnahme 32 und den ersten Brückenwiderstand 36 umfasst, ist mit dem Prüflingszweig, welcher die Prüflingsaufnahme 34 und den zweiten Brückenwiderstand 38 umfasst, parallel geschaltet. Ferner umfasst die Messbrücke Kontakt- bzw. Anschlusselemente zum Anschließen bzw. Anlegen einer Brückeneingangsspannung U_E. Zwischen Prüflingszweig und Referenzzweig kann eine Brückendiagonalspannung U_D abgegriffen werden.
Der Signalinterpreter 40 interpretiert die Brückendiagonalspannung U_D bzw. wertet diese aus. Die Interpretation erfolgt durch zeitliche Integration von U_D mit anschließendem Vergleich mit einem vorgegebenen Wert. Dadurch kann die Qualität bzw. die Güte des Prüflings bewertet werden. Das Ergebnis des Vergleichs wird an die Signalausgabeeinheit 50 weitergeleitet.
Die Signalausgabeeinheit 50 umfasst vorzugsweise eine Schnittstelle für die Einbindung in den Qualitätsüberwachungsprozess. Im einfachsten Fall ist die Signalausgabeeinheit 50 eine optische Anzeige für eine Gut/Schlecht-Beurteilung des Prüflings 35. Die Signalausgabeeinheit 50 kann vorzugsweise über verschiedene Einstellparameter eingestellt bzw. programmiert werden. Die Einstellparameter können in einer Datenbank hinterlegt und vom Bediener jederzeit aufgerufen werden.
Die 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 100 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 100 der 2 umfasst eine Entmagnetisierungseinheit 60 zum Entmagnetisieren von Prüfling 35 und Referenzprobe 33, sowie eine Messbrücke 30 zur Feststellung von Abweichungen zwischen Prüfling 35 und Referenzprobe 33. Die Entmagnetisierung gewährleistet gleiche magnetische Zustände von Prüfling 35 und Referenzprobe 33. Die Entmagnetisierung wird optional vor der Prüfung durchgeführt. Die Prüfung mittels Messbrücke 30 vergleicht den Prüfling 35 mit der Referenzprobe 33. Ist der Prüfling 35, und damit auch die zugehörige Referenzprobe 33, beispielsweise eine elektromagnetische Stabprobe, so werden der Prüfling 35 und die Referenzprobe 33 vorzugsweise jeweils in einen vorgesehenen Stabproben-Adapter aufgenommen und einem Magnetfeld ausgesetzt. Das Magnetfeld kann beispielsweise mit Hilfe von Messspulen, einer Prüflings-Messspule und einer Referenzproben-Messspule, erzeugt werden.
In der Prüfeinrichtung 100 gemäß der 2 bildet der Schalter S 24 zusammen mit der Mikrocontrollereinheit bzw. des Mikrocontrollers 22 das Steuergerät 20, welches den Messablauf vornimmt. Der Prüfling 35 und die Referenzprobe 33 werden zu Beginn des Messablaufs durch Aktivierung der Entmagnetisierungseinheit 60 mittels des Schalters 24 entmagnetisiert. Im Anschluss erfolgt die Differenzmessung durch Umschalten des Schalters 24 direkt auf die Messbrücke 30, gefolgt von der Ergebnisausgabe durch die Eingabe-Ausgabe-Einheit 50. Die für den Messvorgang und für das Steuergerät 20 erforderliche Energie wird von der Energieversorgungseinheit 10 bereitgestellt. Das Steuergerät 20 steuert insbesondere den Messmodus. Ist eine Entmagnetisierung erfolgt oder wird auf eine Entmagnetisierung verzichtet, so schaltet das Steuergerät 20 auf den Brückenmessmodus um. Dazu werden die in der 2 dargestellten Schalter der Messbrücke 30 geschlossen und somit die Messbrücke 30 aktiviert. In der 2 ist der Brückenmessmodus bzw. das Umschalten in den der Brückenmessmodus mit dem Symbol m gekennzeichnet. Die in der Messbrücke 30 vorgesehenen Schalter dienen insbesondere dazu, dass die Referenzprobe 33 und der Prüfling 35 unabhängig voneinander, insbesondere separat bzw. nacheinander, entmagnetisiert werden können.
Die 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Messbrücke 30. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass es sich bei dem Prüfling 35 und damit auch bei der Referenzprobe 33 um Magnetstabproben handelt. Die Messbrücke 30 umfasst in den beiden Brückenzweigen jeweils die Stabproben-Aufnahme bzw. den Stabproben-Adapter 32 für die Referenzprobe und die Stabproben-Aufnahme bzw. den Stabproben-Adapter 34 für den Prüfling 35. Die Stabproben-Aufnahme bzw. der Stabproben-Adapter besteht jeweils aus einer Spule und einem magnetischen Kreis, welcher durch die Stabproben 33, 35 geschlossen wird. Damit wird sichergestellt, dass der durch die Spule erzeugte magnetische Fluss durch die jeweilige Stabprobe 33 bzw. 35 geleitet wird.
Die Messbrücke 30 wird vor Inbetriebnahme abgeglichen, d. h. es wird ein Gleichspannnungsabgleich vorgenommen. Die Brücke gilt als abgeglichen, wenn gilt: U_D = 0 = U_Prüfling – U_R4 = U_R1 – U_Referenz (2)
Durch Anlegen der Brückeneingangsspannung U_E stellt sich eine Brückendiagonalspannung U_D ein, deren Größe durch die Unterschiedlichkeit der Werkstoffproben 33, 35 bestimmt wird. Die Brückendiagonalspannung U_D wird einem Signalinterpreter 40 zugeführt, der eine Interpretation des Signalverlaufs durch Integration der Brückendiagonalspannnung U_D vornimmt. Das zeitliche Integral über die Brückendiagonalspannnung U_D wird als Güte G bezeichnet. Die Güte G ergibt sich also zu:
Der Prüfling wird als Gutteil bewertet, wenn die Güte G einen vorbestimmten Wert ε nicht überschreitet, d. h. wenn gilt:
Um bei Werkstoffen eine Unterscheidung zwischen der elektrischen Größe κ für die elektrische Leitfähigkeit und der magnetischen Größe Ψ für den magnetischen Fluss vornehmen zu können, findet eine in der 4a dargestellte Brückeneingangsspannung U_E Anwendung. Diese Brückeneingangsspannung U_E ist dadurch gekennzeichnet, dass

– der Spannungsverlauf trapezförmig ist;
– die Amplitude U₁ frei wählbar und innerhalb der Zeitdifferenz t₂ – t₁ konstant ist;
– die Zeitdifferenz t₂ – t₁ der Zeit entspricht, in welcher magnetische Ausgleichsvorgänge vollständig abgeklungen sind, d. h. ein stationärer Zustand erreicht wird;
– die steigende Flanke durch die frei wählbare Zeit t₁ bestimmt wird;
– die fallende Flanke sich aus der frei wählbaren Zeitdifferenz t₃ – t₂ ergibt.

Die jeweiligen Zeiten sind von dem zu untersuchenden Prüfling abhängig. Beispielsweise kann für die Qualitätsprüfung eines kleinen Magneten t₁ im Bereich von etwa 300 μs bis 500 μs liegen, während t₂ z. B. im Bereich von etwa 0,5 s bis 1,5 s liegen kann. Beispielsweise kann t₂ um einen Faktor von 1000 bis 10000, insbesondere um einen Faktor von 3000 bis 6000, größer sein als t₁. Die Zeitspannen können jeweils auf den zu untersuchenden Prüfling abgestimmt bzw. optimal eingestellt werden. Die Zeitdifferenz t₂ – t₁ kann von einem Anwender angepasst werden, sie sollte aber einen vorbestimmten Grenzwert nicht unterschreiten. Optional kann die Zeitdifferenz t₂ – t₁ auch ausreichend groß gewählt werden, so dass diese Zeitdifferenz unabhängig vom Prüfling für sämtliche Messungen konstant eingestellt werden kann. Die Zeitdifferenz t₃ – t₂, welche der Dauer der fallenden Flanke entspricht, ist vorzugsweise kleiner als das Zeitintervall t₁, welches der Dauer der steigenden Flanke entspricht. Beispielsweise ist die Anstiegszeit t₁ der steigenden Flanke um einen Faktor 10 bis 1000 größer als die Abfallzeit t₃ – t₂ der fallenden Flanke. Auch diese Werte hängen in erster Linie vom zu untersuchenden Prüfling ab und können somit von den oben angegebenen Werten abweichen.
Der in der 4a gezeigte durchgezogene Spannungsverlauf ist durch einen langsamen Spannungsanstieg, d. h. einer relativ geringen Steilheit der steigenden Flanke, und einen schnellen Spannungsabfall, d. h. einer relativ großen Steilheit der steigenden Flanke, gekennzeichnet. Die gestrichelte Linie symbolisiert die Spannungseinstellmöglichkeiten, d. h. die möglichen Werte in Flanke und Amplitude.
Des Weiteren wird beim Differenzverfahren die Symmetrie der Werkstoffhysterese ausgenutzt. Dazu zeigt die 4b eine beispielhafte Hysteresekurve eines Werkstoffes sowie die Zuordnung einzelner Abschnitte der Hysteresekurve zu der angelegten Brückeneingangsspannung U_E gemäß der 4a. Auf Grund der Symmetrie der Hysteresekurve im ersten (I) und dritten (III) Quadranten, ist eine Bestromung gemäß der Spannungsvorgabe nach 4a ausreichend. Mit anderen Worten genügt es auf Grund der Symmetrie der Hysteresekurve, die magnetischen Eigenschaften des Prüflings nur im ersten Quadranten zu untersuchen.
Die steigende Flanke des trapezförmigen Brückeneingangsspannungsverlaufs ist in der 4a mit A bezeichnet, das Spannungsplateau mit B, und die fallende Flanke mit C. Die ansteigende Flanke A verursacht in 4b den Neukurvenverlauf. Die Flankensteilheit ist so gewählt, dass zu jedem Zeitpunkt stationäre Zustände herrschen. Die Amplitude U1 in der 4a bewirkt eine magnetische Sättigung des Werkstoffs, siehe auch den Punkt B in der 4b. Die fallende Flanke C in der 4a bewirkt den oberen Rücklauf in der Hysteresekennlinie der 4b.
Die Verkettung des Werkstoffs mit der induzierten Spannung ist durch
gegeben. Dabei ist Ψ der verkettete magnetische Fluss, Θ die magnetische Durchflutung, N die Windungszahl der Prüflingsspule bzw. Referenzprobenspule, R_mag der magnetische Widerstand, μ die Permeabilität des Werkstoffs, l die Eisenkreislänge und A die Fläche, durch welche der Fluss hindurch tritt. Stellen sich bei Prüfling und Referenzprobe unterschiedliche induzierte Spannungen ein, so ruft dies eine Brückendiagonalspannung U_D hervor. Ein Vergleich der magnetischen Eigenschaften zwischen Prüfling und Referenzprobe ist damit getätigt. Nach der stationären Untersuchung des Werkstoffs folgt die Prüfung der elektrischen Leitfähigkeit des Werkstoffs. Dies erfolgt indirekt mittels der steil abfallenden Flanke C, wie in der 4a gezeigt. Hierbei wird im Werkstoff ein Wirbelstrom mit
mit
induziert. Dieser wirkt sich mit
auf die induzierte Spannung U_ind aus. Unterscheiden sich die elektrischen Leitfähigkeiten κ von Prüfling und Referenzprobe, so wird eine von Null verschiedene Brückendiagonalspannung U_D hervorgerufen. Der Verlauf der trapezförmigen Brückeneingangsspannung U_E gibt damit die Analysemethode einer

– stationären Untersuchung der magnetischen Werkstoffeigenschaft, und
– einer transienten Untersuchung der elektrischen Werkstoffeigenschaft

_E

Das erfindungsgemäße Verfahren ist schnell und kostengünstig, da keine Absolutwerte ermittelt werden, sondern nur eine Aussage gemacht wird, ob der Prüfling 35 von einer Referenzprobe 33 abweicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform läuft das Verfahren folgendermaßen ab: Nach einer vorherigen Abgleichung der Messbrücke 30 und einer Entmagnetisierung der Proben wird eine Brückeneingangsspannung U_E angelegt. Die Spannung U_E weist eine steigende und eine fallende Flanke auf. Der Brückeneingangsspannungsverlauf gibt die Analysemethode vor. Der Messablauf wird von einem Steuergerät 20 gesteuert. Zunächst werden in einer stationären Untersuchung die magnetischen Eigenschaften, insbesondere der magnetische Fluss ψ, und danach in einer transienten Untersuchung die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die elektrische Leitfähigkeit κ, des Prüflings 35 mit der Referenzprobe 33 verglichen. Somit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 100 zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings 35 sowohl die magnetischen Eigenschaften wie auch die elektrischen Eigenschaften des Prüflings 35 untersucht bzw. herangezogen werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch eine schnelle und sichere Qualitätsüberwachung. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung 100 ist einfach in der Handhabung und kann kostengünstig hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Energieversorgungseinheit/Spannungsquelle/Stromquelle
20: Steuergerät
22: Mikrocontroller
24: Schalter
30: Messbrücke
31: Anschlusselemente/Kontaktelemente
32: Referenzprobenaufnahme
33: Referenz/Referenzprobe
34: Prüflingsaufnahme
35: Prüfling
36: Brückenwiderstand
38: Brückenwiderstand
40: Signalinterpreter
50: Signalausgabeeinheit/Eingabe-Ausgabe-Einheit
60: Entmagnetisierungseinheit
100: Prüfeinrichtung
R: Widerstand
L: Induktivität
U: Spannung
U_E: Brückeneingangsspannung
U_D: Brückendiagonalspannung
U_D*: Durch den Signalinterpreter interpretierte Brückendiagonalspannung
W_el: Elektrische Energie
W_el*: Vom Steuergerät beeinflusste elektrische Energie
W_el**: Von der Entmagnetisierungseinheit beeinflusste elektrische Energie
m: Brückenbetriebsmodus

Claims

Verfahren zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings (35), umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Messbrücke (30) mit einer Referenzprobe (33); – Einsetzen des Prüflings (35) in eine Prüflingsaufnahme (34) der Messbrücke (30); – Anlegen einer Brückeneingangsspannung U_E an einen Eingang der Messbrücke (30) zum Untersuchen der magnetischen und elektrischen Eigenschaften des Prüflings (35) anhand einer Differenzmessung, wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33) aufweist; – Erfassen einer Brückendiagonalspannung U_D der Messbrücke (30); – Bewerten der Qualität des Prüflings durch Auswerten der Brückendiagonalspannung U_D mit Hilfe eines Signalinterpreters (40), wobei die Brückeneingangsspannung U_E trapezförmig ist oder wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine erste steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33) und ferner eine zweite steigende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling (35) und in der Referenzprobe (33) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Brückeneingangsspannung U_E ferner eine fallende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling (35) und in der Referenzprobe (33) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verfahren nach dem Schritt des Einsetzens des Prüflings (35) in eine Prüflingsaufnahme (34) der Messbrücke (30) und vor dem Schritt des Anlegens der Brückeneingangsspannung U_E folgenden Schritt umfasst: – Entmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33) mit Hilfe einer Entmagnetisierungseinheit (60).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bewerten der Qualität des Prüflings (35) ein Ermitteln der Güte G des Prüflings (35) durch ein Interpretieren der Brückendiagonalspannung U_D der Messbrücke (30), insbesondere durch ein Aufintegrieren der Brückendiagonalspannung U_D der Messbrücke (30) über eine vorbestimmte Zeitspanne, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Zeitspanne der Dauer der an die Messbrücke (30) angelegten Brückeneingangsspannung U_E entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Prüfling (35) als Gutteil bewertet wird, wenn gilt:
wobei G die Güte des Prüflings (35), U_D die Brückendiagonalspannung, t₃ die vorbestimmte Zeitspanne und ε ein vorbestimmter Güte-Vergleichswert ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt – Ausgeben bzw. Anzeigen eines Auswerteergebnisses des Signalinterpreters (40) mit Hilfe einer Signalausgabeeinheit (50).
Prüfeinrichtung (100) zur Durchführung einer Qualitätskontrolle eines magnetischen bzw. magnetisierbaren Prüflings (35) mit Hilfe einer Differenzmessung, umfassend: – eine Energieversorgungseinheit (10) zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die Prüfeinrichtung (100); – eine Messbrücke (30) zur Durchführung der Differenzmessung, wobei die Messbrücke (30) eine Prüflingsaufnahme (34) zur Aufnahme des Prüflings (35) und eine Referenzprobenaufnahme (32) zur Aufnahme einer Referenzprobe (33) umfasst und wobei die Messbrücke (30) ausgelegt ist, eine Brückendiagonalspannung U_D als Maß für relative Abweichungen von magnetischen und elektrischen Eigenschaften des Prüflings (35) von der Referenzprobe (33) zu erzeugen; – ein Steuergerät (20) zum Steuern des Messvorgangs der Differenzmessung durch Anlegen einer Brückeneingangsspannung U_E an den Eingang der Messbrücke (30), wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33) aufweist; und – einen Signalinterpreter (40) zum Auswerten der von der Messbrücke (30) erzeugten Brückendiagonalspannung U_D und zum Bewerten der Qualität des Prüflings (35), wobei die Brückeneingangsspannung U_E trapezförmig ist oder wobei die Brückeneingangsspannung U_E eine erste steigende Flanke zum Aufmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33) und ferner eine zweite steigende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling (35) und in der Referenzprobe (33) aufweist.
Prüfeinrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die Brückeneingangsspannung U_E ferner eine fallende Flanke zum Erzeugen eines Wirbelstroms in dem Prüfling (35) und in der Referenzprobe (33) aufweist.
Prüfeinrichtung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Signalinterpreter (40) ausgelegt ist, die Güte G des Prüflings (35) durch ein Interpretieren der Brückendiagonalspannung U_D, insbesondere durch ein Aufintegrieren der Brückendiagonalspannung U_D über eine vorbestimmte Zeitspanne, zu ermitteln.
Prüfeinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend – eine Entmagnetisierungseinheit (60) zum Entmagnetisieren des Prüflings (35) und der Referenzprobe (33).
Prüfeinrichtung (100) nach Anspruch 11, ferner umfassend – einen Schalter (24), welcher von dem Steuergerät (20) geschaltet werden kann und welcher ausgelegt ist, die Energieversorgungseinheit (10) entweder mit der Entmagnetisierungseinheit (60) oder der Messbrücke (30) zu verbinden.
Prüfeinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner umfassend – eine Signalausgabeeinheit (50) zum Ausgeben bzw. Anzeigen eines vom Signalinterpreter (40) ermittelten Auswerteergebnisses.