DE102018209318A1

DE102018209318A1 - Sensorvorrichtung und Verfahren zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts

Info

Publication number: DE102018209318A1
Application number: DE102018209318.0A
Authority: DE
Inventors: Gerald Hofmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2019-12-12
Also published as: WO2019238303A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (2) zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts (4), insbesondere aus einem nicht metallischen Material, mit mindestens einem Wirbelstromsensor (6), der mindestens eine Senderspule (8) und mindestens eine Empfängerspule (10) umfasst, die bezüglich des Messobjekts (4) jeweils eine bestimmte Sensorstellung bilden, und mit mindestens einer Einstelleinheit (12), mittels der zumindest die bezüglich des Messobjekts (4) gebildete Sensorstellung einstellbar ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromsensor (6) mindestens zwei Empfängerspulen (10) umfasst und dass die Einstelleinheit (12) mindestens ein Schaltmittel (14) zum Wechseln von einer Empfängerspule (10) zu einer weiteren Empfängerspule (10) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts, insbesondere aus einem nicht metallischen Material, mit mindestens einem Wirbelstromsensor, der mindestens eine Senderspule und mindestens eine Empfängerspule umfasst, die bezüglich des Messobjekts jeweils eine bestimmte Sensorstellung bilden, und mit mindestens einer Einstelleinheit, mittels der zumindest die bezüglich des Messobjekts gebildete Sensorstellung einstellbar ist.
Wirbelstromsensoren sind induktiv wirkende Sensoren, die sowohl berührend als auch berührungslos einsetzbar sind. Ihr Messprinzip basiert darauf, dass eine Sender-, bzw. Induktionsspule in einem Sensorkopf des Wirbelstromsensors mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird und somit ein elektromagnetisches Wechselfeld, bzw. Primärfeld erzeugt wird. Dieses Primärfeld induziert in einem zu charakterisierenden Messobjekt Wirbelströme, wodurch Wirbelstromverluste in Form von Verlustwärme hervorgerufen werden. Diese Wirbelströme rufen ein elektromagnetisches Sekundärfeld hervor, welches dem von der Spule erzeugten Primärfeld entgegengerichtet ist und somit das von dem Primärfeld und dem Sekundärfeld gebildete Gesamtfeld beeinflusst.
Der Einfluss des Sekundärfeldes und somit auch die Wirbelstromverluste können mittels Erfassens der Impedanz, bzw. der Impedanzänderung einer Empfänger-, bzw. Messspule erfasst werden. Die Wirbelstromverluste sind beispielsweise abhängig von Material des Messobjekts, worüber sich aufgrund der Wirbelstromverluste Rückschlüsse hinsichtlich der Materialeigenschaften bilden lassen.
Bei bekannten Sensorvorrichtungen bilden eine Senderspule und eine Empfängerspule einen Wirbelstromsensor. Um ein Messobjekt zu prüfen und/oder zu charakterisieren, werden mehrere Sensorstellungen durch die Einstelleinheit durch ein Verdrehen des Wirbelstromsensors relativ zum Messobjekt nach Abschluss einer Messung eingestellt. Das Verdrehen des Wirbelstromsensors erweist sich als umständlich und zeitaufwendig.
Eine Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, eine Sensorvorrichtung sowie ein Verfahren vorzuschlagen, mit der, bzw. mit dem ein Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts erleichtert ist.
Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Sensorvorrichtung dadurch gelöst, dass der Wirbelstromsensor mindestens zwei Empfängerspulen umfasst und dass die Einstelleinheit mindestens ein Schaltmittel zum Wechseln von einer Empfängerspule zu einer weiteren Empfängerspule umfasst.
Dadurch, dass der Wirbelstromsensor mindestens zwei Empfängerspulen umfasst und dadurch, dass die Einstelleinheit mindestens ein Schaltmittel zum Wechsel von einer Empfängerspule zu einer weiteren Empfängerspule umfasst, muss der Wirbelstromsensor nicht relativ zum Messobjekt verdreht werden, um von einer Sensorstellung zu einer weiteren Sensorstellung zu gelangen. Hierdurch kann der Wirbelstromsensor ortsfest bezüglich des Messobjekts angeordnet sein, wodurch sich die Qualität der Messung am Messobjekt erhöht. Darüber hinaus ist ein Wechseln von einer Empfängerspule zu einer weiteren Empfängerspule weniger zeitaufwändig als ein Verdrehen des Wirbelstromsensors relativ zum Messobjekt, wodurch ein Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts beschleunigt durchführbar ist.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts bei einer einzelnen vorbestimmten Frequenz durchgeführt wird. Es erweist sich jedoch als vorteilhaft, wenn der Wirbelstromsensor mindestens einen Frequenzregler umfasst, mit dem nacheinander elektromagnetische Wechselfelder unterschiedlicher Frequenzen erzeugbar sind.
Hierdurch sind Impedanzwerte ermittelbar und für das Charakterisieren des Messobjekts auswertbar. Die Frequenz an der Senderspule kann eine Frequenz zwischen 1 MHz und 100 MHz umfassen.
Das Messobjekts kein insbesondere einen Kohlefaserverbundwerkstoff umfassen.
Es ist denkbar, dass der Wirbelstromsensor ausschließlich eine Senderspule und zwei Empfängerspulen umfasst. Bei bekannten Sensorvorrichtungen, bei denen eine Senderspule und eine Empfängerspule angeordnet sind und das Einstellen der Sensorstellungen durch Verdrehen des Wirbelstromsensors erfolgt, werden üblicherweise acht Messungen, also acht Drehungen durchgeführt. Solchenfalls erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Wirbelstromsensor mindestens eine Senderspule und mindestens acht Empfängerspulen umfasst. Hierdurch kann auf ein Verdrehen des Wirbelstromsensors verzichtet werden. Die Drehung wird elektronisch über die Felddrehung durchgeführt.
Ferner ist es jedoch auch denkbar, dass die Sensorvorrichtung eine Senderspule und mindestens zwei Empfängerspulen umfasst und solchenfalls zusätzlich durch vierfaches Verdrehen des Wirbelstromsensors zusätzlich weitere Sensorstellungen eingenommen werden, wodurch im Vergleich zu den bisher bekannten Sensorvorrichtungen das Verfahren aufgrund weniger Verdrehungen zeitoptimiert ist.
Bei einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die mindestens zwei Empfängerspulen bezüglich eines Zentrums der Senderspule den gleichen Abstand umfassen und in Umfangsrichtung der Senderspule gleichmäßig zueinander beabstandet, insbesondere kranzartig, angeordnet sind.
Wenn die einzelnen Empfängerspulen jeweils den gleichen Abstand bezüglich des Zentrums der Senderspule umfassen, ist die Qualität einer Messung erhöht.
Ferner ist bei einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung vorgesehen, dass das Schaltmittel der Einstelleinheit einen Multiplexer aufweist, der mindestens eine Anzahl von Kanälen umfasst, die der Anzahl der Empfängerspulen entspricht.
Hierdurch ist auf einfache Weise von einer Empfängerspule auf eine weitere Empfängerspule umschaltbar.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Wirbelstromsensor ortfest und starr bezüglich des Messobjekts angeordnet ist. Darüber hinaus kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Einstelleinheit ein Antriebsmittel umfasst, durch das der Wirbelstromsensor um eine Achse der Senderspule drehbar bewegbar ist.
Hierdurch ist es ermöglicht, dass zusätzlich zu dem Schalten von einer Empfängerspule zu einer nächsten zusätzlich durch Verdrehen des Wirbelstromsensors weitere Sensorstellungen einstellbar sind.
Die weiteren Sensorstellungen können in den Sensorstellungen der weiteren Empfängerspulen entsprechen oder Zwischenpositionen umfassen. Hierdurch ist ein Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts mit einer höheren Genauigkeit durchführbar.
Die Achse kann durch das Zentrum der Senderspule verlaufen.
Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts, insbesondere aus einem nicht metallischen Material, mittels einer Sensorvorrichtung, insbesondere mit mindestens einem der zuvor genannten Merkmale, die mit mindestens einem Wirbelstromsensor, welcher mindestens eine Senderspule und mindestens zwei Empfängerspule umfasst, die bezüglich des Messobjekts jeweils eine bestimmte Sensorstellung bilden, und die mindestens eine Einstelleinheit aufweist, mittels der die bezüglich des Messobjekts gebildete Sensorstellung einstellbar ist, mit den Schritten

a. Anordnen eines Messobjekts unter einem Wirbelstromsensor einer Sensorvorrichtung;
b. Durchführen einer Messung am Messobjekt bei einer Sensorstellung des Wirbelstromsensors durch den Wirbelstromsensor;
c. Einstellen mindestens einer weiteren Sensorstellung des Wirbelstromsensors durch die Einstelleinheit mittels Wechsel von einer Empfängerspule zu einer nächsten Empfängerspule durch ein Schaltmittel der Einstelleinheit; und
d. Durchführen einer Messung am Messobjekt bei der weiteren Sensorstellung des Wirbelstromsensors durch den Wirbelstromsensor.

Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Einstellen der mindestens einen weiteren Sensorstellungen einen 45°-Schritt bezüglich der vorhergehenden Sensorstellung umfasst und/oder dass mindestens acht Messungen am Messobjekt mit acht voneinander abweichenden Sensorstellungen durchgeführt werden.
Schließlich ist bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens vorgesehen, dass das Durchführen einer Messung am Messobjekt bei einer Sensorstellung des Wirbelstromsensors durch den Wirbelstromsensor ein Einstellen unterschiedlicher Frequenzen durch einen Frequenzregler des Wirbelstromsensors umfasst, mit dem nacheinander elektromagnetische Wechselfelder erzeugbar sind.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Sensorvorrichtung und des Verfahren zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts.
In der Zeichnung zeigt:

1 Eine schematische Vorderansicht auf ein Ausführungsbeispiel der Sensorvorrichtung;
2 Eine schematische perspektivische Seitenansicht auf die Sensorvorrichtung gemäß 1 mit einem Messobjekt;
3 Ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehene Sensorvorrichtung zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts 4 (in der 2 dargestellt). Die Sensorvorrichtung 2 umfasst einen Wirbelstromsensor 6, der bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Senderspule 8 und acht Empfängerspulen 10 umfasst. Die Empfängerspulen 10 sind in einem Winkel von 45° kranzartig um die Senderspule 8 angeordnet. Darüber hinaus umfasst die Sensorvorrichtung 2 eine Einstelleinheit 12, mittels der bezüglich des Messobjekts 4 Sensorstellungen zwischen der Senderspule 8 und einer Empfängerspule 10 einstellbar ist. Hierzu wechselt die Einstelleinheit 12 mit mindestens einem Schaltmittel 14 von einer Empfängerspule 10 zu einer weiteren Empfängerspule 10.
Darüber hinaus umfasst das in 1 ersichtliche Ausführungsbeispiel einen Frequenzregler 16, mit dem nacheinander elektromagnetische Wechselfelder unterschiedlicher Frequenzen zwischen der einen Senderspule 8 und einer Empfängerspule 10 erzeugbar und einstellbar sind.
2 zeigt die Sensorvorrichtung 2 gemäß 1 in einer über einem Messobjekt 4 angeordneten Position. Hierbei werden zwischen der Senderspule 8 und einer der Empfängerspulen 10 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, wobei sich die Senderspule 8 und die Empfängerspule 10 in einer Sensorstellung befinden. Durch Wechseln durch das Schaltmittel 14 der Einstelleinheit 12 von einer Empfängerspule zu einer weiteren Empfängerspule 10, ist eine weitere Sensorstellung einstellbar. Dieses ermöglicht ein Prüfen und/oder Charakterisieren des Messobjekts 4 in Abhängigkeit der unterschiedlichen Sensorstellungen. In 2 sind beispielhaft Sensorstellungen von -45°, 45°, 90° und 0° dargestellt.
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Unter Bezugnahme an die Darstellungen der 1 bis 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend erläutert:

In einem ersten Schritt 100 wird ein Messobjekt 4 unter einem Wirbelstromsensor 6 der Sensorvorrichtung 2 angeordnet.

In einem nachfolgenden Schritt 101 wird eine Messung am Messobjekt 4 bei einer ersten Sensorstellung des Wirbelstromsensors 6 durch den Wirbelstromsensor 6 durchgeführt.
Im Anschluss hierauf wird in einem nachfolgenden Schritt 102 eine weitere Sensorstellung des Wirbelstromsensors 6 eingenommen. Dieses erfolgt durch das Schaltmittel 14 der Einstelleinheit 12, durch das von einer Empfängerspule 10 in eine weitere Empfängerspule 10 umgeschaltet wird. Hierdurch erfolgt gleichzeitig ein Verändern der Sensorstellung auf eine weitere Sensorstellung.
Im Anschluss hieran wird in einem nachfolgenden Schritt 103 erneut eine Messung am Messobjekt 4 durchgeführt, die der weiteren Sensorstellung des Wirbelstromsensors 6 zugrunde liegt.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

2: Sensorvorrichtung
4: Messobjekt
6: Wirbelstromsensor
8: Senderspule
10: Empfängerspule
12: Einstelleinheit
14: Schaltmittel
16: Frequenzregler
100– 103: Verfahrensschritte

Claims

Sensorvorrichtung (2) zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts (4), insbesondere aus einem nicht metallischen Material, mit mindestens einem Wirbelstromsensor (6), der mindestens eine Senderspule (8) und mindestens eine Empfängerspule (10) umfasst, die bezüglich des Messobjekts (4) jeweils eine bestimmte Sensorstellung bilden, und mit mindestens einer Einstelleinheit (12), mittels der zumindest die bezüglich des Messobjekts (4) gebildete Sensorstellung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromsensor (6) mindestens zwei Empfängerspulen (10) umfasst und dass die Einstelleinheit (12) mindestens ein Schaltmittel (14) zum Wechseln von einer Empfängerspule (10) zu einer weiteren Empfängerspule (10) umfasst.
Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromsensor (6) mindestens einen Frequenzregler (16) umfasst, mit dem nacheinander elektromagnetische Wechselfelder unterschiedlicher Frequenzen erzeugbar sind.
Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromsensor (6) mindestens eine Senderspule (8) und mindestens 8 Empfängerspulen (10) umfasst.
Sensorvorrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Empfängerspulen (10) bezüglich eines Zentrums der Senderspule (8) den gleichen Abstand umfassen und in Umfangsrichtung der Senderspule (8) gleichmäßig zueinander beabstandet, insbesondere kranzartig, angeordnet sind.
Sensorvorrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (14) der Einstelleinheit (12) einen Multiplexer aufweist, der mindestens eine Anzahl von Kanälen umfasst, die der Anzahl der Empfängerspulen (10) entspricht.
Sensorvorrichtung (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinheit (12) ein Antriebsmittel umfasst, durch das der Wirbelstromsensor (6) um eine Achse der Senderspule (8) drehbar bewegbar ist.
Verfahren zum Prüfen und/oder Charakterisieren eines Messobjekts (4), insbesondere aus einem nicht metallischen Material, mittels einer Sensorvorrichtung (2), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die mit mindestens einem Wirbelstromsensor (6), welcher mindestens eine Senderspule (8) und mindestens zwei Empfängerspule (10) umfasst, die bezüglich des Messobjekts (4) jeweils eine bestimmte Sensorstellung bilden, und die mindestens eine Einstelleinheit (12) aufweist, mittels der die bezüglich des Messobjekts (4) gebildete Sensorstellung einstellbar ist, mit den Schritten a. Anordnen eines Messobjekts (4) unter einem Wirbelstromsensor (6) einer Sensorvorrichtung (2); b. Durchführen einer Messung am Messobjekt (4) bei einer Sensorstellung des Wirbelstromsensors (6) durch den Wirbelstromsensor (6); c. Einstellen mindestens einer weiteren Sensorstellung des Wirbelstromsensors (6) durch die Einstelleinheit (12) mittels Wechsel von einer Empfängerspule (10) zu einer nächsten Empfängerspule (10) durch ein Schaltmittel (14) der Einstelleinheit (12) und d. Durchführen einer Messung am Messobjekt (4) bei der weiteren Sensorstellung des Wirbelstromsensors (6) durch den Wirbelstromsensor (6).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen der mindestens einen weiteren Sensorstellungen einen 45°-Schritt bezüglich der vorhergehenden Sensorstellung umfasst und/oder dass mindestens acht Messungen am Messobjekt (4) mit acht voneinander abweichenden Sensorstellungen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen einer Messung am Messobjekt (4) bei einer Sensorstellung des Wirbelstromsensors (6) durch den Wirbelstromsensor (6) ein Einstellen unterschiedlicher Frequenzen durch einen Frequenzregler (16) des Wirbelstromsensors (6) umfasst, mit dem nacheinander elektromagnetische Wechselfelder erzeugbar sind.