DE102015000602A1

DE102015000602A1 - Verfahren zur akustischen Prüfung der Eigenschaften ferromagnetischer Prüflinge durch resonanzfrequenzsynchrone magnetische Anregung

Info

Publication number: DE102015000602A1
Application number: DE102015000602.9A
Authority: DE
Inventors: Lars Dittmar; Olaf Albert
Original assignee: DS AUTOMATION GmbH
Current assignee: DS AUTOMATION GmbH
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften eines Prüflings anhand seiner, durch eine magnetisch angeregten Eigenschwingung und deren messtechnische Aufnahme mit Hilfe akustischer oder magnetischer Sensoren dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anregung aus einer Pulsfolge besteht, wodurch die Erregungsenergie gegenüber derer eines Einzelpulses gesteigert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur akustischen Prüfung der Eigenschaften ferromagnetisch aktivierbarer Prüflinge durch resonanzfrequenzsynchrone magnetische Anregung derselben. Aus der emittierten akustischen Energie dieser zu Eigenschwingungen angeregten Prüflinge lassen sich durch bekannte Verfahren Rückschlüsse auf die geometrischen oder stofflichen Eigenschaften der Prüflinge selbst oder diese beeinflussende Strukturen wie der Innendruck des vom Prüfling umgebenen oder diese verschließenden Behälters ziehen.
[Stand der Technik]
Die akustische Resonanzanalyse gilt heute als ein Standardverfahren zur Überprüfung stofflicher und geometrischer Eigenschaften von Prüflingen sowohl in Form von Einzelteilen als auch zusammengesetzten Elementen oder Strukturen, aber auch zur Messung von sekundären Effekten, die die Resonanz dieser Prüflinge beeinflussen, wie z. B. bei der Messung des Füllgrades oder Behälterinnendruckes eines geschlossenen Behälters durch Messung der Resonanz des Behälters oder seines Verschlusses selbst.
Dabei bilden die Prüflinge aufgrund ihrer stofflichen und geometrischen Eigenschaften und eben aufgrund von diesen sekundären Parametern, wie ihrer Einspannung, der Umgebungstemperatur oder des vorhandenen Resonanzraumes (Füllgrad) oder des Druckes, durch den sie beaufschlagt sind, eine oder mehrere charakteristische akustische Eigenresonanzen aus, anhand deren Vermessung Rückschlüsse auf diese Eigenschaften, wie Materialfehler, geometrische Abweichungen oder auf die sekundären Parameter, wie den Behälterinnendruck möglich sind.
Das untersuchte akustische Signal des Prüflings kann dabei während des Betriebes eines Prüflings, wie z. B. im Falle eines Motors oder einer Pumpe im Betrieb entstehen oder durch geeignete Anregung für die Prüfung erzeugt werden. Typische Verfahren zur Anregung sind dabei der freie Fall des Prüflings auf eine Prallplatte, die Anregung durch einen mechanischen Impuls, wie zum Beispiel im Falle des Klöppels in einer Glocke, die Anregung durch eine akustische Quelle wie einen Lautsprecher oder einen dynamischen, elektromotorischen Schwingerreger, einen elektrischen Puls oder im Falle ferromagnetischer Prüflinge auch die berührungslose Anregung durch einen magnetischen Impuls.
In DE 196 46 685 A1 und einigen anderen Patentschriften wird diese Form der Anregung zur Prüfung des Behälterinnendruckes, des Füllstandes und der Gaszusammensetzung in verschlossenen Behältern beschrieben. Allen bekannten Verfahren ist dabei gemein, dass, wie auch in der Anregung unter DE 4004965 beschrieben, ein magnetischer Impulse (ein starkes Magnetfeld) erzeugt wird, welches den Prüfling – in diesem Falle den Behälterdeckel aus der Ruhelage herausbewegt und der dann schlagartig abgeschaltet wird. In Folge schwingt der Prüfling in einer gedämpften, also abklingenden Schwingung weiter, deren Eigenschaften von einem akustischen Sensor erfasst, und mit geeigneten mathematischen Verfahren bewertet wird.
Der Anregung der Schwingung durch einen magnetischen Impuls nach dem Stand der Technik sind physikalische Grenzen insbesondere dadurch gesetzt, dass die übertragbare Erregungsenergie durch die Stärke des Magnetfeldes und hier insbesondere durch die geometrische Ausdehnung des Systems Erregermagnet und Prüfling und durch die, bedingt durch die Eigenresonanz des Prüflings auf eine Halbwelle dieser, begrenzte Länge des magnetischen Impulses, nach der offensichtlich keine zusätzliche Erregerenergie zugeführt werden kann, weil diese dann der beginnenden Schwingung des Prüflings entgegenwirkt.
[Aufgabe der Erfindung]
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch eine geeignete Erweiterung der bekannten, impulsartigen Anregung des ferromagnetisch aktiven Prüflings mit einem magnetischen Feld sowohl die übertragbare Anregeenergie zu steigern und darüber hinaus eine signifikante Steigerung der, nach der Anregung auftretenden abklingenden Schwingung gerade jener Prüflinge zu erreichen, deren Schwingfrequenz in einem bestimmten, durch die Art der Anregung bestimmbaren Bereich liegt.
Dadurch lässt sich sowohl der Abstand der emittierten Schwingungsamplituden der Prüflinge von denen der Störgeräusche der Umgebung steigern als auch überhaupt ein Unterschied in der akustisch abgestrahlten Energie von Prüflingen mit bestimmten Eigenschaften und daher mit bestimmten Resonanzeigenschaften von jener Energie erreichen, die von Prüflingen emittiert wird, die unter gleichen Bedingungen angeregt werden, aber diese Eigenschaften nicht aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Anregeverfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine, zur Grundresonanzfrequenz oder hamonischen oder subharmonischen dieser Grundfrequenz des Prüflings synchronisierte magnetische Pulsfolge erzeugt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19646685 A1 [0005]
DE 4004965 [0005]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften eines Prüflings anhand seiner, durch eine magnetisch angeregten Eigenschwingung und deren messtechnische Aufnahme mit Hilfe akustischer oder magnetischer Sensoren dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Anregung aus einer Pulsfolge besteht, wodurch die Erregungsenergie gegenüber derer eines Einzelpulses gesteigert werden kann.
Verfahren nach 1., wobei die zeitlichen Zusammenhänge der magnetischen Pulsfolge derart ausgebildet werden, dass sie zu einer Eigenresonanz der dadurch angeregten Schwingung des Prüflings synchron ausgebildet sind.
Verfahren nach 1., wobei durch die Anzahl der magnetischen Erregerpulsfolge die akustisch emittierte Energie einer Folge von Prüflingen derart gesteuert werden kann, dass bei Erhöhung der Anzahl der Impulse der Pulsfolge die emittierte Energie jener Prüflinge, deren Eigenresonanz näher an der Frequenz der Pulsfolge liegt stärker gesteigert werden kann, als die emittierte Energie solcher Prüflinge, deren Eigenfrequenz neben der Frequenz der Erregerpulsfolge liegt.
Verfahren nach 1., wobei durch eine Stromregelung z. B. durch ein pulsweitenmoduliertes Ansteuerverfahren innerhalb eines Einzelpulses der Pulsfolge eine magnetische Sättigung der Erregerspule und in Folge eine Überlastung des Erregersystems im Verlauf der Pulsfolge selbst verhindert werden kann.
Verfahren nach 1., wobei in einem vorgelagerten Verfahren mit Hilfe einer Prüfsequenz in Form einer Modulation des zeitlichen Abstandes der Pulse der Pulsfolge bei gleichzeitiger Messung der akustischen Antwort des Prüflings dessen Resonanzeigenschaften bestimmt werden können.
Verfahren nach 1., wobei während des unter 5. beschriebenen Verfahrens der Bestimmung der akustischen Eigenschaften eines Prüflings durch die Veränderung der zeitlichen Zusammenhänge der Erregerpulsfolge, die Erregerenergie möglichst konstant gehalten wird, um aus der akustischen Energie der Schwingungsantwort des Prüflings seine Resonanzeigenschaften, und hier insbesondere die Frequenz seines Schwingungsmaximums möglichst genau bestimmen zu können.
Verfahren nach 1., wobei die eingebrachte Erregerenergie selbst zuerst die ferromagnetischen Eigenschaften eines Systems aus einem ferromagnetisch aktiven Zwischenelements nutzt, welches mechanisch direkt mit einem Erregerelement z. B. in Form eines Klöppels verbunden ist, dessen dadurch erregte Bewegung selbst in Folge auch einen nicht selbst ferromagnetisch aktiven Prüfling zu einer Schwingung erregt.