DE102017214328A1 - Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Detektion von Fehlstellen in einem ferromagnetischen Bauteil - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Detektion von Fehlstellen in einem ferromagnetischen Bauteil Download PDF

Info

Publication number
DE102017214328A1
DE102017214328A1 DE102017214328.2A DE102017214328A DE102017214328A1 DE 102017214328 A1 DE102017214328 A1 DE 102017214328A1 DE 102017214328 A DE102017214328 A DE 102017214328A DE 102017214328 A1 DE102017214328 A1 DE 102017214328A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
component
magnetic
defect
field
alternating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017214328.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Haug
Marco Beier
Karsten Frank
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017214328.2A priority Critical patent/DE102017214328A1/de
Priority to PCT/EP2018/067212 priority patent/WO2019034315A1/de
Publication of DE102017214328A1 publication Critical patent/DE102017214328A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/83Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
    • G01N27/87Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields using probes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur magnetischen Detektion mindestens einer Fehlstelle (1;1') in einem ferromagnetischen Bauteil (2; 2'), in welches über einen magnetischen Messadapter (3; 3') ein magnetisches Wechselfeld (Φ) in das Bauteil (2; 2') eingebracht wird, dessen durch die mindestens eine Fehlstelle (1; 1') moduliertes Wechselfeld (Φ') hinsichtlich hierin enthaltener Informationen über Abmessung, Beschaffenheit und/oder Lage der Fehlstelle (1; 1') ausgewertet wird, wobei das Bauteil (2; 2') während der Messung derart relativ zum Messadapter (3; 3') bewegt wird, dass hierdurch eine Änderung des Flussweges im eingebrachten magnetischen Wechselfeld (Φ) hervorgerufen wird, so dass die Fehlstelle (1; 1') in Folge des hierdurch hervorgerufenen lageabhängigen magnetischen Aussteuerung des modulierten Wechselfelds (Φ') detektiert wird, wenn das Aussteuerungssignal im Vergleich zu einem Referenzsignal in zumindest einem Parameter einen Schwellwert übersteigt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur magnetischen Detektion mindestens einer Fehlstelle in einem ferromagnetischen Bauteil, wobei über einen magnetischen Messadapter ein magnetisches Wechselfeld Φ in das Bauteil eingebracht wird, dessen durch die mindestens eine Fehlstelle moduliertes Wechselfeld Φ' hinsichtlich hierin enthaltener Informationen über Abmessung, Beschaffenheit und/oder Lage der Fehlstelle ausgewertet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung im Sinne bevorzugter Anwendungen auch eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere CNC-Bearbeitungsmaschine, für als Einzelteile ausgebildete Bauteile, sowie alternativ eine Band-/Stangenmaterial-Bearbeitungsmaschine, beispielsweise eine Kaltumformanlage, welche mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet sind.
  • Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Metallbearbeitungsmaschinen und -anlagen. Zur Qualitätssicherung bei der Bearbeitung von ferromagnetischen Bauteilen, insbesondere Stählen, ist es oftmals erforderlich, Materialeinschlüsse im Halbzeug vor der Bearbeitung im Rahmen eines Prüfschritts zu erkennen, um diesbezüglich fehlerhafte Bauteile bereits im Halbzeugzustand auszusondern.
  • Aus der WO 2003/060507 A geht ein Verfahren zur Bewertung von Einschlüssen in einem Stahlmaterial hervor, das hier als Halbzeug in Stangenform vorliegt. Die Detektion von materialfremden Einschlüssen als Fehlstellen erfolgt mittels einer Ultraschallsonde in einem Ultraschall-Übertragungsmedium. Mit der Ultraschalltechnik sind jedoch nur relativ große Einschlüsse als Fehlstellen im ferromagnetischen Bauteil zuverlässig detektierbar.
  • Demgegenüber basiert eine in der DE 10 2009 022 136 A1 offenbarte technische Lösung im Gegensatz zum Ultraschall-Messprinzip des vorstehend diskutierten Standes der Technik auf einem magnetischen Messprinzip zur Detektion von Einschlüssen. Zur zerstörungs- und berührungsfreien Detektion der Einschlüsse in einem Bauteil wird eine Senderspulenanordnung zur Beaufschlagung des Bauteils mit periodischen elektromagnetischen Wechselfeldern verwendet, welcher eine Empfängerspulenanordnung zum Erfassen eines periodisch elektrischen Signals zugeordnet ist, das eine Trägerschwingung umfasst, deren Amplitude und/oder Phase durch eine Fehlstelle im zu prüfenden Bauteil moduliert wird. Eine nachgeschaltete Signalverarbeitungseinheit erzeugt ein Nutzsignal aus dem Empfängerspulensignal, woraus eine dieser nachgeschalteten Auswerteeinheit das Nutzsignal zwecks Erkennung von Fehlstellen im Bauteil auswertet. Dieses Messverfahren basiert auf dem allgemein bekannten Wirbelstromverfahren.
  • Aus der US 4,445,088 geht ein anderes übliches Messverfahren zur zerstörungs- und berührungsfreien Erfassung von Fehlstellen in einem Bauteil hervor, welches als Magnetstreuflussmessung oder Magnetstreufeldmessung bezeichnet wird. Mittels einer Induktionsspule mit magnetischem Joch wird eine Magnetisierung des Bauteils erzeugt und der dabei von dem Bauteil erzeugte magnetische Streufluss wird mittels geeigneter Sensorik gemessen. Fehlstellen im Bauteil werden anhand ihrer Auswirkungen auf den magnetischen Streufluss detektiert.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur magnetischen Detektion mindestens einer Fehlstelle in einem ferromagnetischen Bauteil zu schaffen, welche mit einem geringen messtechnischen Aufwand eine präzise Erkennung selbst relativ kleiner Fehlstellen im Bauteil ermöglicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch Anspruch 1 gelöst. Im Hinblick auf eine diesbezügliche geeignete Vorrichtung wird auf Anspruch 5 verwiesen. Spezielle Bearbeitungsmaschinen, in denen eine solche Vorrichtung integriert angeordnet sind, werden in den Ansprüchen 12 und 14 angegeben. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das vorzugsweise in Form eines Halbzeugs vorliegende Bauteil während der magnetischen Messung derart relativ zum Messadapter bewegt wird, dass hierdurch eine Änderung des Flussweges im eingebrachten magnetischen Wechselfeld Φ hervorgerufen wird, so dass die Fehlstelle in Folge der hierdurch hervorgerufenen lageabhängigen magnetischen Aussteuerung des modulierten Wechselfelds Φ' detektiert wird, wenn das Aussteuerungssignal im Vergleich zu einem Referenzsignal in zumindest einem Parameter einen Schwellwert übersteigt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist ein magnetisches Wechselfeld Φ von nur einer Schwingungsperiode ausreichend, um einen aussagekräftigen magnetischen Aussteuerungsverlauf zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird die magnetische Charakteristik des veränderlichen Magnetfeldes aufgezeichnet. Fehlstellen im ferromagnetischen Bauteil zeichnen sich durch unterschiedliches magnetisches Verhalten im aufgezeichneten Wechselfeld Φ' ab, welches ohne eine Fehlstelle immer dasselbe magnetische Verhalten hätte. Eine Fehlstelle lässt sich durch Differenzbildung, beispielsweise des Amplitudenverlaufs als Parameter, von mindestens zwei magnetischen Kurven detektieren. Bei einem Bauteil ohne Fehlstelle wäre die Differenz null. Überschreitet die Differenz eine vorgegebene Schwelle, wird dies als Fehlstelle interpretiert. Mit anderen Worten lässt sich die erfindungsgemäße Lösung also als ein Vermessen magnetischer „Unwuchten“ an einem ferromagnetischen Bauteil beschreiben. Hiermit lassen sich auch an kleinen und komplexen Bauteilen zuverlässig Fehlstellen in Form von materialfremden Einschlüssen erkennen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich aus einer Analyse der magnetischen Eigenschaften über den Drehwinkel oder Verschiebung des Bauteils zum magnetischen Feld die geometrischen Abmaße einer Fehlstelle, auch deren Form und Größe, oder deren Lage im Bauteil ableiten lassen.
  • Vorzugsweise sollte das Bauteil insoweit durch geeignete Mittel zum Bewegen, vorzugsweise einem Schrittmotor M, um eine Achse A rotierend relativ zum eingebrachten magnetischen Wechselfeld Φ bewegt werden, um eine Änderung des Flussweges hervorzurufen, so dass eine Fehlstelle über die drehwinkelabhängige magnetische Aussteuerung detektiert wird. Denn durch das Rotieren des Bauteils um vorzugsweise 360° und damit auch der Fehlstelle wird der magnetische Flussweg charakteristisch verändert.
  • Die magnetische Aussteuerung lässt sich vorzugsweise anhand mehrerer durch Messung ermittelter Ψ(I)-Kennlinien bestimmen. Dabei werden die Hauptunterschiede bei verschiedenen Winkelstellungen des Bauteils hauptsächlich im mittleren Ψ(i)-Kennfeld an der Amplitude sichtbar, weil in diesem Bereich die größten Änderungen vorliegen. Beispielsweise kann für verschiedene Winkelstellungen, wie 22,5°, 45°, 67° und 90° des Bauteils je eine Ψ(I)-Kennlinie eingemessen werden. Falls keine Fehlstelle im Bauteil vorhanden ist, würde sich immer dieselbe Kurve abbilden. Die Messung nach einer Ψ(I)-Kennlinie erfolgt gemäß der Formel: Ψ ( I ) = U i n d d t
    Figure DE102017214328A1_0001
  • Hierbei ist Uind die Spannung einer Sekundärwicklung des Messadapters. Die Messung kann sensortechnisch, beispielsweise mittels Hallsensor, durchgeführt werden. Alternativ ist es auch möglich, die magnetische Aussteuerung anhand einer B(H)-Kennlinie zu bestimmen, welche durch Umrechnung aus einer Ψ(I)-Kennlinie ermittelbar ist. Der magnetische Fluss Ψ ist proportional zur Flussdichte B, welche von der magnetischen Feldstärke H abhängig ist, wobei die magnetischen Feldstärke H im Wesentlichen proportional zum Strom I ist.
  • Das erfindungsgemäße Messverfahren kann mit einer Vorrichtung umgesetzt werden, dessen magnetischer Messadapter das magnetische Wechselfeld Φ in das Bauteil einbringt. Vorzugsweise umfasst ein solcher magnetischer Messadapter eine Erregerspule zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes Φ aus einem elektrischen Erregersignal von mindestens einer Periodenlänge, welche mit einem Messjoch zur Weiterleitung des magnetischen Wechselfeldes Φ zu einem Prüfbereich der Vorrichtung für die Aufnahme des zu prüfenden Bauteils zusammenwirkt. Dieser Prüfbereich stellt eine Auslassung im Hüllgeometrie-Verlauf des Messjochs dar, welcher vorzugsweise rechteckig ausgebildet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Erkennung streifenförmiger Fehlstellen im Bauteil wird vorgeschlagen, den Prüfbereich derart am Messjoch auszubilden, dass dieser von im Wesentlichen gerade verlaufenden Feldlinien durchflossen wird. Hierfür eignet sich beispielsweise der der Erregerspule gegenüberliegende Bereich des vorzugsweise rechteckigen Messjochs, im welchem dann eine Ausnehmung zur Schaffung des Prüfbereiches eingebracht ist.
  • Zur Erkennung ovaler bis kugelförmiger Fehlstellen im Bauteil wird dagegen vorgeschlagen, den Prüfbereich derart am Messjoch zu positionieren, dass dieser von im Wesentlichen gekrümmt verlaufenden Feldlinien durchflossen ist. Hierzu eignet sich insoweit ein Kantenbereich des Messjochs, in welchem die Feldlinien beim rechteckigen Messjoch um 90° umgelenkt werden.
  • Vorzugsweise sollte die Erregerspule mit einer Sekundärspule zur Signalaufnahme des modulierten Wechselfeldes Φ' kombiniert werden. Es ist jedoch auch denkbar, eine solche Sekundärspule wegzulassen, um das modulierte Wechselfeld Φ' direkt mit der Erregerspule zu messen. Es gilt: U i n d = U m e s s R S p u l e I m e s s
    Figure DE102017214328A1_0002
    Hierbei ist Umess die gemessene Spulenspannung, RSpule der Spulenwiderstand und Imess der gemessene Spulenstrom.
  • Im Hinblick auf eine erste bevorzugte Anwendungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in eine Bearbeitungsmaschine implementiert werden. Vorzugsweise ist die Bearbeitungsmaschine eine CNC-Bearbeitungsmaschine, welche über eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung verfügt, um nach Werkzeugwechsel mehrere Bearbeitungsschritte am Bauteil durchzuführen. Im Rahmen des Werkzeugwechsels kann auch ein erfindungsgemäßer Messadapter zur Durchführung des erfindungsgegenständlichen Prüfschritts ausgewählt werden. Vorzugsweise erfolgt der Prüfschritt am Halbzeug, also vor dem eigentlichen Bearbeitungsbeginn. Die Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen kann insoweit beispielsweise seitens einer Halbzeugzuführung, also eingangsseitig der Bearbeitungsmaschine, angeordnet werden.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Anwendungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in eine Bearbeitungsmaschine integriert, welche ausgehend von einem Band- oder Stangenmaterial eine Werkstückbearbeitung vornimmt. Ebenso könnte dies beispielsweise eine Kaltumformanlage mit vorgeschaltetem Stahlband-Ringspeicher sein. Der Prüfschritt lässt sich vorzugsweise im Bereich der Band- oder Stangenmaterialzuführung durchführen, indem der Messadapter dort positioniert ist, um ein zu bearbeitendes Band- oder Stangenmaterial hinsichtlich eingeschlossener Fehlstellen zu prüfen, ehe dies der weiteren Bearbeitung zugeführt wird. Wird in einem Band- oder Stangenabschnitt eine signifikante Fehlstelle detektiert, so lässt sich dieser Bereich vorteilhafter Weise mit einer Ablängeinheit zum Abtrennen und Aussondern von fehlerhaften Bauteilen in Form von Band- oder Stangenabschnitten kombinieren. Hierdurch kann ein Prüfschritt auf Fehlstellen im Bauteil in eine automatisierte Produktion integriert werden. Auch eine Nachrüstung ist in einfacher Weise möglich.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
  • Figurenliste
  • Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur magnetischen Detektion von streifenförmigen Einlagerungen als Fehlstellen in einem Einzelbauteil,
    • 2a das Einzelbauteil von 1 während der Messung bei einer Winkelstellung der Fehlstelle von 0°,
    • 2b das Einzelbauteil von 1 während der Messung bei einer Winkelstellung der Fehlstelle von 45°,
    • 2c das Einzelbauteil von 1 während der Messung bei einer Winkelstellung der Fehlstelle von 90°,
    • 3a eine graphische Darstellung eines Kennlinienfeldes von Ψ(I)-Kennlinien bei unterschiedlichen Winkelstellungen über den Erregerstrom I,
    • 3b eine graphische Darstellung eines Kennlinienfeldes Δ Ψ über den Erregerstrom, welches aus den Kennlinienfeld gemäß 3a resultiert,
    • 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung zur Detektion von ovalen bis kugelförmigen Einlagerungen als Fehlstellen in einem Einzelbauteil,
    • 5 eine schematische Darstellung einer CNC-Bearbeitungsmaschine mit hierin integrierter Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in Einzelbauteilen (Halbzeug), und
    • 6 eine schematische Darstellung einer Stangenmaterial-Bearbeitungsmaschine mit hierin integrierter Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in Stangenmaterial (Halbzeug).
  • Gemäß 1 besteht eine Vorrichtung zur magnetischen Detektion einer hier exemplarisch dargestellten streifenförmigen Fehlstelle 1 in einem ferromagnetischen Bauteil 2 im Wesentlichen aus einem magnetischen Messadapter 3, der eine magnetische Erregerspule 4 zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds Φ umfasst. Die Erregerspule 4 erzeugt dieses magnetische Wechselfeld Φ aus einem elektrischen Erregersignal 5, welches die Dauer mindestens einer Schwingungsperiode aufweist. Dieses spezifische elektrische Erregersignal 5 wird von einer die Erregerspule 4 ansteuernden elektrischen Endstufe 6 generiert. Die Erregerspule 4 ist mit einem im Längsschnitt der Hüllgeometrie nach rechteckförmigen Messjoch 7 ausgestattet, welches das erzeugte magnetische Wechselfeld Φ zu einem Prüfbereich 8 weiterleitet. Der Prüfbereich 8 stellt eine Ausnehmung in der Hüllgeometrie des Messjochs 7 dar und ist so dimensioniert, dass das zu prüfende Bauteil 2 hierin einführbar ist. Hierdurch durchdringt das magnetische Wechselfeld Φ das Bauteil 2 und die Fehlstelle 1 verursacht einen Modulationseffekt, so dass das hieraus resultierende modulierte Wechselfeld Φ' Informationen hinsichtlich der Größe, Beschaffenheit und Lage der Fehlstelle 1 im Bauteil 2 enthält.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Erregerspule 4 mit einer Sekundärspule 9 versehen, welche der Signalaufnahme des modulierten Wechselfelds Φ' dient. Für die Messung ist es erforderlich, dass sich das Bauteil 2 während dessen relativ zum Messadapter 3 derart bewegt, dass durch eine Fehlstelle 1 eine Änderung des Flussweges im eingebrachten magnetischen Wechselfeld Φ hervorgerufen wird. Diese Bewegung wird in Form einer rotierenden Winkelverstellung des Bauteils 2 mittels des Schrittmotors M erzeugt. Über die lageabhängige magnetische Aussteuerung ermittelt die der Sekundärspule 9 nachgeschaltete elektronische Auswerteeinheit 10 die Größe, Beschaffenheit und Lage der Fehlstelle 1.
  • Nach 2a ist der ausschnittsweise dargestellte Prüfbereich 8 wegen der Geometrie des Messjochs 7 von im Wesentlichen gerade verlaufenden Feldlinien 11 (exemplarisch) durchflossen. Hierdurch lassen sich insbesondere streifenförmige Fehlstellen 1 detektieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugt die in Richtung der Feldlinien verlaufende streifenförmige Fehlstelle 1 bei einer Winkelstellung von 0° des Bauteils 2 relativ zum Messjoch 7 eine kaum beeinflusste lageabhängige magnetische Aussteuerung, wie anhand des hieran vorbeifließenden Feldlinienverlaufs zu erkennen ist.
  • Wird die Winkelstellung des Bauteils 2 gemäß 2b auf 45° verändert, so bewirkt dies eine größere Schrägstellung der streifenförmigen Fehlstelle 1 relativ zu den Feldlinien 11. Dies führt zu einem längeren Flussweg. Die lageabhängige magnetische Aussteuerung verringert sich entsprechend.
  • Bei einer Winkelstellung von 90° gemäß 2c ist eine weitere Abnahme der lageabhängigen magnetischen Aussteuerung zu beobachten, welche bei diesem Ausführungsbeispiel ihr Maximum erreicht. Ein Teil des Magnetfeldes, hier durch eine Strichlinie angedeutet, verläuft weiterhin durch die Fehlstelle 1 hindurch. Der dargestellte Verlauf der Feldlinien 11 resultiert daraus, dass die Fehlstelle 1 mit schlechten magnetischen Eigenschaften zu einem verstärkten Fluss um die Fehlstelle 1 herum führt. Im Umkehrschluss würde eine Fehlstelle 1 mit einer gegenüber der Umgebung besseren magnetischen Eigenschaft zu einem verstärkten Fluss durch die Fehlstelle 1 hindurch führen.
  • Je nach Winkelstellung 0°, 45° und 90° entsteht eine Art Drosselklappeneffekt hinsichtlich der magnetischen Feldlinien, die sich signalverarbeitungstechnisch eindeutig auswerten lässt.
  • Die graphische Darstellung nach 3a zeigt ein Kennlinienfeld von Ψ(I), Kennlinien der Messung gemäß des vorstehend apparativ beschriebenen Messaufbaus. Insoweit ist hier je eine Kennlinie für die Winkelstellung 0°, 45° und 90° darstellt. Bei dieser graphischen Darstellung ist der magnetische Fluss Ψ über die elektrische Stromstärke I des Erregersignals aufgetragen.
  • Mit anderen Worten wird also für jede der drei Winkelstellung 0°, 45° und 90° des Bauteils relativ zum Messadapter je eine dieser Kennlinien eingemessen, indem jeweils eine Erregersignalperiode auf den Messadapter gegeben wird. Im Idealfall, also ohne Fehlstelle, würden alle drei Kennlinien übereinanderliegen. Der hier erkennbare Abstand untereinander im Mittelbereich des Kennlinienfeldes deutet auf das Vorhandensein einer Fehlstelle hin.
  • Eine deutliche Sichtbarkeit ergibt sich in der Darstellungsform nach 3b, worin die Differenz jeder der vorstehend angegebenen Kennlinie nach 3a zu 0° als Referenz über die Erregerstromstärke I aufgetragen ist. Je stärker die Störstelle ins Magnetfeld eingedreht wird, desto größer wird die Differenz zur 0°- Messung. Aus der Analyse der Differenzkurven ist die Winkellage des Einschlusses übrigens unabhängig von der Winkelwahl der Referenzkurve möglich.
  • Gemäß 4 besteht ein Messadapter 3' einer anderen Ausführungsform im Wesentlichen ebenfalls aus einer von einer Endstufe 6 mit einem elektrischen Erregersignal 5 in Form eines periodischen wechselstrombeaufschlagten Erregerspule 4, welcher ein Messjoch 7' zugeordnet ist. Zur Signalaufnahme ist hier ebenfalls eine Erregerspule 9 vorgesehen, an welche eine elektronische Auswerteeinheit 10 angeschlossen ist.
  • Im Gegensatz zu dem eingangs detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt das Messjoch 7' hier eine im Kantenbereich angeordnete Ausnehmung zur Bildung eines dortigen Prüfbereichs 8'. An dieser Stelle verlaufen die Feldlinien 11' gekrümmt. Damit eignet sich der Messadapter 3' zur Erkennung ovaler bis kugelförmiger Fehlstellen 1' in einem Bauteil 2'. Auch hier wird das Bauteil 2' per Schrittmotor M stufenweise drehend innerhalb des Prüfbereichs 8' bewegt und die Messsignalerfassung sowie -auswertung erfolgt in analoger Weise zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Bei dem schematisch in 5 dargestellten Anwendungsfall ist der Messadapter 3 in einer CNC-Bearbeitungsmaschine 100 integriert angeordnet. Diese Integration erfolgt über eine Werkzeugwechselvorrichtung 200 der Bearbeitungsmaschine 100. Das Bauteil 2 wird als Werkstück in der durch Pfeil angedeuteten Materialflussrichtung im Halbzeugzustand zunächst durch den Messadapter 3 hinsichtlich des Vorhandenseins von Fehlstellen geprüft. Ist im Ergebnis dieses vorausgehenden Prüfschritts eine Fehlstelle 1 im Bauteil 2 festgestellt worden, so wird das fehlerbehaftete Bauteil 2 ausgesondert. Falls nicht, so erfolgt über die Werkzeugwechselvorrichtung 200 ein Werkzeugwechsel zu einem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einem Fräser. Anschließend wird das Werkstück 2 damit spanend bearbeitet. Es können gegebenenfalls weitere Prüfschritte durch eine wiederholte Auswahl eines Messadapters 3 durch die Werkzeugwechselvorrichtung 200 erfolgen.
  • Bei dem in 6 schematisch illustrierten Anwendungsfall kann die erfindungsgemäße Lösung im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Einzelbauteil-Bearbeitung auch für band- oder stangenförmiges Halbzeug als Ausgangsmaterial nutzbar gemacht werden.
  • Hierzu ist einer Bearbeitungsmaschine 100', welche eine Kaltumformmaschine darstellt, materialeingangsseitig eine Stangenmaterialzuführung 300 zugeordnet. Das im Halbzeugzustand als Stangenmaterial ausgebildete Bauteil 2' durchläuft zunächst eine Prüfung hinsichtlich Fehlstellen, ehe es in einem Bearbeitungsraum 400 der Bearbeitungsmaschine 100' gelangt. Wird im stangenförmigen Bauteil 2' durch den Messadapter 3 eine Fehlstelle 1 detektiert, so trennt eine Ablängeinheit 500 den betreffenden Stangenbereich ab, um diesen auszusondern. Nicht fehlerstellenbehaftete Stangenabschnitte des Bauteils 2' werden der umformtechnischen Bearbeitung innerhalb des Bearbeitungsraums 400 zugeführt.
  • Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist nicht allein beschränkt auf die beiden vorstehend beschriebenen bevorzugten Beispiele. So kann auch eine Anwendung außerhalb von Bearbeitungsmaschinen und -anlagen erfolgen, bei denen in einem Prüfschritt ferromagnetische Bauteile unterschiedlicher Art auf Fehlstellen, also Fremdmaterialeinschlüsse, Gasblasen und dergleichen, untersucht werden.
  • 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
    • WO 2003/060507 A [0003]
    • DE 102009022136 A1 [0004]
    • US 4445088 [0005]

Claims (16)

  1. Verfahren zur magnetischen Detektion mindestens einer Fehlstelle (1; 1') in einem ferromagnetischen Bauteil (2; 2'), in welches über einen magnetischen Messadapter (3; 3') ein magnetisches Wechselfeld (Φ) in das Bauteil (2; 2') eingebracht wird, dessen durch die mindestens eine Fehlstelle (1; 1') moduliertes Wechselfeld (Φ') hinsichtlich hierin enthaltener Informationen über Abmessung, Beschaffenheit und/oder Lage der Fehlstelle (1; 1') ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2; 2') während der Messung derart relativ zum Messadapter (3; 3') bewegt wird, dass hierdurch eine Änderung des Flussweges im eingebrachten magnetischen Wechselfeld (Φ) hervorgerufen wird, so dass die Fehlstelle (1; 1') in Folge der hierdurch hervorgerufenen lageabhängigen magnetischen Aussteuerung des modulierten Wechselfelds (Φ') detektiert wird, wenn ein Aussteuerungssignal im Vergleich zu einem Referenzsignal in zumindest einem Parameter einen Schwellwert übersteigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2; 2') um eine Achse (A) rotierend bewegt wird, um eine Änderung des Flussweges im eingebrachten magnetischen Wechselfeld (Φ) hervorzurufen, so dass die Fehlstelle (1; 1') über die drehwinkelabhängige magnetische Aussteuerung des modulierten Wechselfelds (Φ') detektiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Aussteuerung sensortechnisch anhand mehrerer durch Messung ermittelter Ψ(I)-Kennlinien bestimmt wird, welche bei je verschiedenen Lagen des Bauteils (2; 2') relativ zum Messadapter (3, 3') ermittelt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Aussteuerung anhand mehrerer durch Umrechnung aus einer jeweiligen Ψ(I)-Kennlinie resultierenden B(H)-Kennlinie bestimmt wird.
  5. Vorrichtung zur magnetischen Detektion mindestens einer Fehlstelle (1; 1') in einem ferromagnetischen Bauteil (2; 2'), in welches ein magnetischer Messadapter (3; 3') ein magnetisches Wechselfeld (Φ) in das Bauteil (2; 2') einbringt, wobei eine Auswerteeinheit (10) das durch die mindestens eine Fehlstelle (1; 1') modulierte Wechselfeld (Φ') hinsichtlich hierin enthaltener Informationen über Abmessung, Beschaffenheit und/oder Lage der Fehlstelle (1; 1') auswertet, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Bewegen des Bauteils (2; 2') während der Messung relativ zum Messadapter (3; 3') vorgesehen sind, die infolge der Bewegung des Bauteils (2; 2') eine Änderung des Flussweges im eingebrachten magnetischen Wechselfeld (Φ) hervorrufen, wobei die nachgeschaltete Auswerteeinheit (10) die Fehlstelle (1; 1') durch die hierdurch hervorgerufene lageabhängige magnetische Aussteuerung des modulierten Wechselfelds (Φ') detektiert, indem hierin enthaltene Vergleichsmittel ermitteln, ob das Aussteuerungssignal im Vergleich zu einem Referenzsignal in zumindest einem Parameter einen Schwellwert übersteigt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Messadapter (3; 3') eine Erregerspule (4) zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes (Φ) aus einem elektrischen Erregersignal (5) mit der Dauer zumindest einer Periodenlänge umfasst, wobei die Erregerspule (4) mit einem Messjoch (7; 7') zur Weiterleitung des magnetischen Wechselfeldes (Φ) zu einem Prüfbereich (8; 8') für die Aufnahme des zu prüfenden Bauteils (2; 2') zusammenwirkt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrischen Erregersignal (5) des magnetischen Wechselfeldes (Φ) die Dauer einer einzigen Periodenlänge aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfbereich (8) zur Erkennung streifenförmiger Fehlstellen (1) in einem Abschnitt des Messjochs (7) ausgebildet ist, der von im Wesentlichen gerade verlaufenden Feldlinien (11) durchflossen ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ++ dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfbereich (8') zur Erkennung ovaler bis kugelförmiger Fehlstellen (1') in einem Abschnitt des Messjochs (7) ausgebildet ist, der von im Wesentlichen gekrümmt verlaufenden Feldlinien (11) durchflossen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (4) einer Sekundärspule (9) zugeordnet ist, die das Signal des modulierten Wechselfelds (Φ') aufnimmt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bewegen des Bauteils (2; 2') einen elektrischen Schrittmotor (M) umfassen.
  12. Bearbeitungsmaschine (100) mit einer Werkzeugwechselvorrichtung (200), die eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 11 als austauschbare Messeinheit aufnimmt, welche ein zu bearbeitendes Halbzeugeinzelteil als Bauteil (2) hinsichtlich eingeschlossener Fehlstellen (1) detektiert.
  13. Bearbeitungsmaschine (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messadapter (3; 3') eingangsseitig der Bearbeitungsmaschine (100) angeordnet ist.
  14. Bearbeitungsmaschine (100') mit einer Band- oder Stangenmaterialzuführung (300) und einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 11 als Messeinheit, welche ein zu bearbeitendes band- oder stangenförmiges Halbzeug als Bauteil (2') hinsichtlich eingeschlossener Fehlstellen (1') detektiert.
  15. Bearbeitungsmaschine (100') nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Messadapter (3; 3') im Bereich einer Band- oder Stangenmaterialzuführung (300) der Bearbeitungsmaschine (100') angeordnet ist.
  16. Bearbeitungsmaschine (100') nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Band- oder Stangenmaterialzuführung (300) eine Ablängeinheit (500) zum Abtrennen und Aussondern fehlerhafter Bauteile (2') zugeordnet ist.
DE102017214328.2A 2017-08-17 2017-08-17 Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Detektion von Fehlstellen in einem ferromagnetischen Bauteil Withdrawn DE102017214328A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017214328.2A DE102017214328A1 (de) 2017-08-17 2017-08-17 Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Detektion von Fehlstellen in einem ferromagnetischen Bauteil
PCT/EP2018/067212 WO2019034315A1 (de) 2017-08-17 2018-06-27 Verfahren und vorrichtung zur magnetischen detektion von fehlstellen in einem ferromagnetischen bauteil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017214328.2A DE102017214328A1 (de) 2017-08-17 2017-08-17 Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Detektion von Fehlstellen in einem ferromagnetischen Bauteil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017214328A1 true DE102017214328A1 (de) 2019-02-21

Family

ID=62791741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017214328.2A Withdrawn DE102017214328A1 (de) 2017-08-17 2017-08-17 Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Detektion von Fehlstellen in einem ferromagnetischen Bauteil

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017214328A1 (de)
WO (1) WO2019034315A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445088A (en) 1980-05-10 1984-04-24 Institut Dr. Friedrich Forster Prufgeratebau Method and arrangement for evaluating a defect signal by comparing the ratio of maximum signal rise and maximum signal magnitude to a predetermined value
WO2003060507A1 (fr) 2002-01-17 2003-07-24 Nsk Ltd. Acier pour roulements, procede d'evaluation d'inclusions de grandes dimensions dans ledit acier, et roulement
DE102009022136A1 (de) 2009-05-20 2010-11-25 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung und Verfahren für induktive Messungen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1155817A (en) * 1967-06-09 1969-06-25 Forster F M O Magnetic nondestructive testing system
US3656054A (en) * 1969-07-14 1972-04-11 Forster F M O Leakage field flaw detector with current energization with means to control current energization by probe scan
DE102008020194A1 (de) * 2008-04-16 2009-10-22 Institut Dr. Foerster Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren von oberflächennahen Defekten mittels Streuflussmessung
DE102011003471A1 (de) * 2011-02-01 2012-08-02 Siemens Aktiengesellschaft Prüfung rotierender Bauteile

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445088A (en) 1980-05-10 1984-04-24 Institut Dr. Friedrich Forster Prufgeratebau Method and arrangement for evaluating a defect signal by comparing the ratio of maximum signal rise and maximum signal magnitude to a predetermined value
WO2003060507A1 (fr) 2002-01-17 2003-07-24 Nsk Ltd. Acier pour roulements, procede d'evaluation d'inclusions de grandes dimensions dans ledit acier, et roulement
DE102009022136A1 (de) 2009-05-20 2010-11-25 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung und Verfahren für induktive Messungen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019034315A1 (de) 2019-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3161472B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur streuflussprüfung
EP0322552B1 (de) Vorrichtung zum Prüfen von Halbzeug
EP1769239B1 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien prüfung von rohren
EP2893336B1 (de) Differentieller sensor, prüfsystem und verfahren zur detektion von anomalien in elektrisch leitfähigen materialien
DE112015006279B4 (de) Seilbeschädigungsdiagnose-Untersuchungsvorrichtung und Seilbeschädigungsdiagnose-Untersuchungsverfahren
DE102016124522A1 (de) Verfahren zur Inspektion eines Stahlbands
EP0100009B1 (de) Vorrichtung zum zerstörungsfreien Messen der Einhärtetiefe von Werkstoffen
DE19601707A1 (de) Verbesserung der linearen Auflösung von elektromagnetischen Instrumenten zum Prüfen eines Drahtseiles
DE2025807A1 (de) Magnetisches Rißuntersuchungsverfahren unter Verwendung von magnetoempfindlichen Dioden sowie Vorrichtung zum Durchfuhren des Verfahrens
DE102009022138A1 (de) Vorrichtung und Verfahren für induktive Messungen
DE3783583T2 (de) Vorrichtung zur messung magnetischer teilchen in einer fluessigkeit.
EP2051090B1 (de) Sonde für ein Magnet-Remanenz-Messverfahren und Verfahren zur Detektion von Fremdmaterialablagerungen und Einschlüssen in Hohlräumen
DE102017214328A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Detektion von Fehlstellen in einem ferromagnetischen Bauteil
DE102013209774B4 (de) Prüfverfahren und Prüfvorrichtung zur Wirbelstromprüfung mit Vormagnetisierung
DE10221340A1 (de) Sensoranordnung zur Detektierung eines Drehwinkels einer Welle
DE102006007933A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Vermessung einer Verzahnung
WO2008000012A2 (de) Einrichtung zur messung
DE102004045271B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material
WO2015176913A1 (de) Prüfverfahren und prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien werkstoffprüfung mittels sonden-array
BE1031018B1 (de) Inspektionsvorrichtung zur Untersuchung des Kathodenschutzes sowie Verfahren hierzu
EP3931576B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum bestimmen einer geschwindigkeit oder beschleunigung eines elektrisch leitfähigen objekts, sowie system
DE102020128731B3 (de) Wirbelstromsonde und Wirbelstrom-Prüfgerät
DE102006013278A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur thermografischen Detektion von Fehlstellen eines Prüfkörpers aus ferromagnetischem Material
WO2023275372A1 (de) Sensoreinrichtung und verfahren zur charakterisierung eines metallspans
DE102021110881A1 (de) Verfahren zur Qualifizierung einer Oberflächenbeschaffenheit von magnetisierbaren Prüfkörpern

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee