DE102020214570A1

DE102020214570A1 - Vorrichtung und Verfahren zur berührungslosen Streuflussmessung

Info

Publication number: DE102020214570A1
Application number: DE102020214570.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Peters
Original assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Current assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Eine Prüfvorrichtung zur Streuflussmessung an Prüflingen (15) weist wenigstens eine Magnetisierungseinrichtung (5, 6) zum wenigstens teilweisen Magnetisieren der Prüflinge (15) und wenigstens eine Magnetfeldsonde (8, 11) zum berührungslosen Erfassen von an Oberflächen magnetisierter Prüflinge (15) austretenden Magnetfeldern auf, die dabei relativ zum Prüfling (15) um denselben rotiert. Entsprechend wird bei einem Verfahren zur Streuflussmessung an Prüflingen (15) ein Prüfling (15) mittels wenigstens einer Magnetisierungseinrichtung (5, 6) wenigstens teilweise magnetisiert, wenigstens eine Magnetfeldsonde (8, 11) wird in einem Abstand zu einer Oberfläche des magnetisierten Prüflings (15) angeordnet, die Magnetfeldsonde (8, 11) wird relativ zum Prüfling (15) um denselben rotiert und ein an einer Oberfläche des magnetisierten Prüflings (15) austretendes Magnetfeld wird von der Magnetfeldsonde (8, 11) dabei berührungslos erfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zur Streuflussmessung an Prüflingen mit wenigstens einer Magnetisierungseinrichtung zum wenigstens teilweisen Magnetisieren der Prüflinge und wenigstens einer Magnetfeldsonde zum Erfassen von an Oberflächen magnetisierter Prüflinge austretenden Magnetfeldern, die dabei relativ zum Prüfling um denselben rotiert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Streuflussmessung an Prüflingen, bei dem ein Prüfling mittels wenigstens einer Magnetisierungseinrichtung wenigstens teilweise magnetisiert und die Magnetfeldsonde relativ zum Prüfling um denselben rotiert und ein an einer Oberfläche des magnetisierten Prüflings austretendes Magnetfeld von der Magnetfeldsonde erfasst wird.
Bei der Prüfung von Halbzeugen auf Fehler wie Risse und Lunker mittels magnetischer Prüfverfahren unterscheidet man grundsätzlich zwischen dem Wirbelstrom- und dem Streuflussverfahren. Sowohl beim Wirbelstrom- als auch beim Streuflussverfahren werden Prüflinge einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt, um anschließend mit geeigneten Sonden oder Magnetfeldsonden Magnetfeldänderungen erfassen zu können, die sich infolge von Fehlerstellen des Prüflings einstellen. Allerdings werden beim Wirbelstromverfahren im Inneren des Prüflings lediglich Wirbelströme induziert. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein lokales oder begrenztes Prüfvolumen des Prüflings einem die Wirbelströme induzierenden oder erregenden Magnetfeld ausgesetzt, das sich nahe bei der Magnetfeldsonde befindet. Ferner sind Magnetfeldsonden beim Wirbelstromverfahren in einem vorgegebenen Abstand bzw. möglichst nahe an der Oberfläche des Prüflings angeordnet. Im Unterschied dazu kommt es beim Streuflussverfahren zu einer wenigstens teilweisen Magnetisierung der Prüflinge, weswegen die Prüflinge aus magnetisierbaren Materialien bestehen müssen.
Eine Anordnung zum Prüfen von Rohren aus ferromagnetischem Material auf Fehler an und unter der Oberfläche ist beispielsweise in der DE 2 065 003 A1 offenbart. Dabei werden die Rohre zunächst magnetisiert und dann mit gleichförmiger Geschwindigkeit von einer Prüfvorrichtung abgetastet, wobei Komponenten von an Fehlerstellen aus der Oberfläche des Prüflings austretenden magnetischen Streuflüssen an zwei nebeneinanderliegenden Orten ermittelt werden.
Dagegen zeigt die DE 10 2008 020 194 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von oberflächennahen Defekten, bei dem ein Prüfvolumen eines Prüflings mittels eines magnetischen Gleichfeldes und gleichzeitig mittels eines dem Gleichfeld überlagerten magnetischen Wechselfeldes magnetisiert wird.
Die DE 10 2008 038 174 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Wirbelstrommessung oder einer magnetischen Streuflussmessung mit einer Überwachungseinrichtung, die mindestens drei in Umfangsrichtung um einen Prüfling herum verteilt angeordnete Abstandssensoren zum berührungslosen Erfassen des Abstands zwischen der dem jeweiligen Sensor zugewandten Oberfläche des Prüflings und dem jeweiligen Sensor aufweist.
Aus der DE 10 2012 108 241 A1 ist eine Sondeneinrichtung bzw. ein Sondenträger für ein als Rotiersystem ausgebildetes Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung eines langgestreckten Prüflings mittels Streufluss oder Wirbelströmen bekannt. Der Sondenträger ist modular und steckbar ausgeführt, so dass die Anpassung des Prüfgeräts an einen veränderten Prüflingsdurchmesser schnell erfolgen kann.
Eine Prüfvorrichtung für das Streuflussverfahren kann um den Prüfling rotierend ausgebildete Magnetfeldsonden oder mehrere, stationär am Umfang angeordnete Magnetfeldsensoren aufweisen. Rotierende Magnetfeldsonden befinden sich während der Streuflussmessung stets in Kontakt mit dem Prüfling bzw. mit einer Oberfläche des Prüflings, was sich als grundsätzlicher Nachteil gegenüber stationären Magnetfeldsonden als auch gegenüber dem Wirbelstromverfahren erweist. Da die rotierenden Magnetfeldsonden direkt auf dem Prüfling geführt sind und diesen berühren, schleifen sie infolge des Kontaktes während der Streuflussmessung auf dessen Oberfläche und nutzen sich dadurch ab. Insbesondere dann, wenn der Prüfling eine raue Oberfläche aufweist, wie dies beispielsweise bei unlegiertem Stahl oder Schwarzstahl der Fall ist, nutzen sich die Magnetfeldsonden besonders stark und schnell ab.
Ferner ist es bei der Streuflussmessung mit rotierenden Magnetfeldsonden zur Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen Magnetfeldsonden und Prüfling erforderlich, die Magnetfeldsonden mit einem gewissen Anpressdruck gegen den Prüfling zu drücken und gedrückt zu halten. Dieser Anpressdruck sollte nicht zu hoch eingestellt sein, da sich dies sonst ungünstig auf den mechanischen Verschleiß der Magnetfeldsonden auswirkt. In der Praxis erweist sich dieser Anpressdruck daher oft als zu schwach eingestellt, so dass die Magnetfeldsonden während der Streuflussmessung von der Oberfläche des Prüflings abheben. Dies ist insbesondere bei Prüfvorrichtungen der Fall, bei denen die Magnetfeldsonden an einem sogenannten Rotierkopf angeordnet sind, der sich während der Streuflussmessung um den Prüfling dreht, und wenn mit einer solchen Prüfvorrichtung große Prüflinge bei entsprechend hohen Drehzahlen des Rotierkopfes geprüft werden. Weil die Höhe oder Stärke eines von den Magnetfeldsonden erzeugten Ausgangssignales vom Abstand zwischen den Magnetfeldsonden und dem Prüfling abhängt, wird die Stärke dieses Ausgangssignales geschwächt, wenn es zu einem Abheben der Magnetfeldsonden vom Prüfling kommt. Um dies zu vermeiden ist es oft nicht möglich, den Anpressdruck der Magnetfeldsonden gegen den Prüfling ausreichend zu vergrößern, da ein höherer Anpressdruck wie bereits erwähnt wiederum die mechanische Abnutzung der Magnetfeldsonden verstärkt.
Im Allgemeinen muss aus diesen Gründen ein hoher Aufwand betrieben werden, um die Abnutzung rotierender Magnetfeldsonden zu verringern und deren Standzeiten zu erhöhen, was beispielsweise durch eine Optimierung des Anpressdruckes oder die Verwendung teurer Keramiken auf Oberflächen der Magnetfeldsonden erreicht werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prüfvorrichtung und ein Verfahren zur Streuflussmessung an Prüflingen zu schaffen, mit denen Standzeiten rotierender Magnetfeldsonden signifikant verlängert werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Prüfvorrichtung und das Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung ist die Magnetfeldsonde zum berührungslosen Erfassen von an Oberflächen magnetisierter Prüflinge austretenden Magnetfeldern eingerichtet, bzw. sie ist dazu eingerichtet die Magnetfelder zu erfassen, während zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings ein Abstand vorhanden oder vorgesehen oder eingestellt ist. Dementsprechend wird beim erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens eine Magnetfeldsonde in einem Abstand zu einer Oberfläche des magnetisierten Prüflings angeordnet und ein an einer Oberfläche des magnetisierten Prüflings austretendes Magnetfeld wird von der Magnetfeldsonde berührungslos erfasst. Somit erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung eine Streuflussmessung an Prüflingen auf berührungslose Weise, wobei die Magnetfeldsonde relativ zum Prüfling um denselben rotiert. Mithin ist die rotierende Magnetfeldsonde gemäß der vorliegenden Erfindung während der Messung oder Streuflussmessung vom Prüfling beabstandet und nicht mit diesem bzw. mit dessen Oberfläche in Kontakt. Infolge des fehlenden Kontaktes zwischen der Magnetfeldsonde und dem Prüfling werden sämtliche Verschleißprobleme umgangen, die ein solcher Kontakt mit sich bringt. Es müssen weder teure verschleißfeste Materialien für die Magnetfeldsonde vorgesehen werden noch muss ein Anpressdruck der Magnetfeldsonde an den Prüfling eingestellt, während der Messung überwacht oder optimiert werden. Auch Schwankungen eines von der Magnetfeldsonde erzeugten Ausgangssignales, die sich aufgrund eines Abhebens der Magnetfeldsonde vom Prüfling einstellen, finden nicht mehr statt.
Die Magnetisierungseinrichtung kann wenigstens ein Joch, bevorzugt aber zwei Joche aufweisen, mit dem oder mit denen der Prüfling mit einem externen Magnetfeld beaufschlagt und mit diesem magnetisiert werden kann. Eine Streuflussprüfung von Prüflingen kann dabei entweder im Wechselfeld-Streuflussverfahren oder im Gleichfeld-Streuflussverfahren erfolgen.
Bei der Wechselfeld-Streuflussprüfung werden Prüflinge berührungslos in Querrichtung magnetisiert. Hierfür weist die Magnetisierungseinrichtung zumeist zwei Joche auf, die den Prüfling umlaufend ausgeführt und von einer Spule umwickelt sind, durch die ein Wechselstrom fließt. Magnetfeldsonden sind geschützt an zwischen den Jochen befindlichen sogenannten Prüfschuhen vorgesehen, mit denen die Oberfläche des Prüflings berührend abgetastet wird. Da sich der magnetische Fluss an der Oberfläche der Prüflinge konzentriert, ist die Wechselfeld-Streuflussprüfung besonders empfindlich für den Nachweis von Oberflächenfehlern im µm-Bereich.
Hingegen wird beim Gleichfeld-Streuflussverfahren der gesamte Querschnitt des Prüflings magnetisiert. Vor allem längsorientierte und querorientierte Fehler an Rohraußen- und Rohrinnenoberflächen rohrförmiger Prüflinge lassen sich auf diese Weise erkennen, wobei mit zunehmender Wanddicke des Prüflings die Nachweisbarkeit von Innenfehlern abnimmt. Für die Erfassung von längsorientierten Fehlern wird mit zwei rotierenden Jochen ein zirkuläres Magnetfeld erzeugt, wobei rotierende Magnetfeldsonden den Streufluss detektieren. Im Unterschied dazu wird zur Erfassung von querorientierten Fehlern ein Magnetfeld durch zwei in Längsrichtung des Prüflings stationär angeordnete durchgängige Spulen erzeugt, in denen der Prüfling angeordnet wird. Ein oder mehrere Magnetfeldsonden sind zur Detektion des Streuflusses am Umfang des Prüflings vorgesehen.
Insofern weist die Magnetisierungseinrichtung vorteilhaft wenigstens ein von einer Spule umwickeltes Joch auf, wobei die Spule zur Leitung von entweder Gleichstrom oder Wechselstrom eingerichtet ist oder die Magnetisierungseinrichtung weist wenigstens eine durchgängige Spule auf, die zur Aufnahme der Prüflinge ausgebildet und zur Leitung eines Gleichstromes eingerichtet ist. Entsprechend wird bei dem Verfahren vorteilhafterweise die Magnetisierungseinrichtung mit wenigstens einem Joch und einer das Joch umwickelnden Spule vorgesehen und es wird entweder Gleichstrom oder Wechselstrom durch die Spule geleitet oder die Magnetisierungseinrichtung wird mit wenigstens einer durchgängigen Spule vorgesehen, der Prüfling wird in der Spule angeordnet und es wird anschließend Gleichstrom durch die Spule geleitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Prüfvorrichtung ist die Magnetfeldsonde Teil eines Magnetfeldsondenpaares mit an jeweiligen diametral voneinander abgewandten Seiten der Prüflinge positionierbaren Magnetfeldsonden und/oder die Magnetfeldsonde ist an einem Rotierkopf angeordnet. Sofern eine Prüfvorrichtung wenigstens ein Magnetfeldsondenpaar aufweist, deren Magnetfeldsonden relativ zum Prüfling diametral und einander zugewandt angeordnet werden können oder sind, ist es möglich, die zwischen den Magnetfeldsonden befindlichen Prüflinge zwischen den Magnetfeldsonden hindurchzuschieben, so dass die Magnetfeldsonden in der Lage sind, simultan zwei einander entgegengesetzte Seiten des Prüflings zu überprüfen. Dabei sind Prüfvorrichtungen in der Praxis oftmals als Rotiersysteme ausgebildet. Bei derartigen Rotiersystemen sind Magnetfeldsonden an drehbaren Rotierköpfen der Prüfvorrichtung angeordnet. Indem der Rotierkopf mitsamt den daran angeordneten Magnetfeldsonden gedreht wird während ein länglicher Prüfling durch eine mittige Durchlassöffnung durch den Rotierkopf hindurch geschoben wird, bewegen sich die Magnetfeldsonden relativ zum Prüfling auf einer schraubenförmigen Bahn um den Prüfling herum. Somit kann auf einfache Weise die gesamte Oberfläche von Prüflingen von den Sonden überdeckt werden.
Anstatt die Magnetfeldsonde beweglich auszubilden und um den Prüfling zu rotieren, kann eine Rotation der Magnetfeldsonde relativ zum Prüfling und um denselben auch durch eine stationär angeordnete Magnetfeldsonde und ein Rotieren des Prüflings erreicht werden.
Im Idealfall hat ein mittels Streuflussmessung zu prüfender Prüfling einen perfekt runden Querschnitt und die Magnetfeldsonde bewegt während der Streuflussmessung relativ zum Prüfling auf einer zum Prüflingsquerschnitt exakt konzentrischen Kreisbahn, so dass die Magnetfeldsonde stets einen gleichbleibenden Abstand zur Prüflingsoberfläche hat. In der Praxis liegen solche idealen Gegebenheiten jedoch selten vor. Stattdessen ändert sich der Abstand zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings während der Streuflussmessung, weil der Prüfling einen ungleichmäßigen Querschnitt aufweist oder nicht genau zur Kreisbahn der Magnetfeldsonde zentriert ist. Dies erweist sich als problematisch, weil Streuflusssignale bzw. ein von der Magnetfeldsonde erzeugtes Ausgangssignal besonders empfindlich vom Abstand zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings abhängen. Ganz allgemein stehen die Signalstärke des Ausgangssignals und der Abstand zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche der Prüflinge in der Regel in einer funktionalen Beziehung zueinander, weil zum Beispiel die Signalstärke wie oben beschrieben mit einem Anwachsen des Abstands kleiner wird. Besonders bevorzugt ist die Prüfvorrichtung daher dazu eingerichtet, während des Erfassens eine durch eine Veränderung des Abstandes zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings verursachte Änderung eines Ausgangssignals der Magnetfeldsonde zu kompensieren. Entsprechend wird beim erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt während des Erfassens eine durch eine Veränderung des Abstandes verursachte Änderung eines Ausgangssignales der Magnetfeldsonde kompensiert. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass während der gesamten Streuflussmessung die Signalstärke des Ausgangssignals ausreichend ist, wodurch sich die Qualität der Streuflussmessung verbessert. Das Regeln des Ausgangssignals sowie das Regeln des Abstandes können insbesondere automatisch anhand eines vorgegebenen Algorithmus erfolgen.
Besagte Regelung zur Kompensation der durch Abstandsänderungen hervorgerufenen Änderung der Signalstärke des Ausgangssignals der Magnetfeldsonde kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann bei der Prüfvorrichtung zur Kompensation der Änderung des Ausgangssignales der Abstand regelbar sein. Sofern während der Streufeldmessung eine Vergrößerung des Abstandes zwischen Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings eintritt, wird diese Vergrößerung und damit die Änderung bzw. Schwächung des Ausgangssignales dadurch kompensiert, dass die Magnetfeldsonde entsprechend näher an den Prüfling heran geführt und der Abstand wieder verkleinert wird. Im umgekehrten Fall wird die Magnetfeldsonde bei einer Verkleinerung des Abstandes entsprechend vom Prüfling wegbewegt und der Abstand dadurch wieder vergrößert.
Alternativ oder auch zusätzlich dazu kann bei der Prüfvorrichtung zur Kompensation der Änderung des Ausgangssignales die Magnetisierung der Prüflinge regelbar sein. Schwächt sich das Ausgangssignal ab, weil sich der Abstand zwischen Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings vergrö-ßert, wird in dieser Ausführungsform mittels der Magnetisierungseinrichtung die Magnetisierung des Prüflings verstärkt, wodurch sich auch das von der Magnetfeldsonde erfasste Streuflusssignal und damit deren Ausgangssignal entsprechend verstärken. Bei einer Verkleinerung des Abstandes wird der Prüfling entsprechend schwächer magnetisiert.
Ebenfalls alternativ oder auch zusätzlich dazu kann bei der Prüfvorrichtung zur Kompensation der Änderung des Ausgangssignales das Ausgangssignal selbst regelbar, bzw. direkt regelbar, sein. Hierbei wird das Ausgangssignal erst nach dessen Erzeugung entsprechend verstärkt oder abgeschwächt, je nachdem ob sich der Abstand zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings vergrößert oder verkleinert.
Auf entsprechende Weise kann auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Kompensation der Änderung des Ausgangssignales der Abstand und/oder die Magnetisierung der Prüflinge und/oder das Ausgangssignal geregelt werden.
Vorteilhafterweise weist die Prüfvorrichtung wenigstens einen Abstandssensor und/oder wenigstens einen Signalverstärker und/oder wenigstens einen Signalabschwächer auf.
Mittels des Abstandssensors kann insbesondere der Abstand zwischen Magnetfeldsonde und Prüfling gemessen oder erfasst werden. So kann die Magnetfeldsonde während eines dynamischen Einmessvorganges zu Beginn der Streuflussmessung auf der Grundlage von Messwerten, die der Abstandssensor liefert, in einem vorgegebenen Abstand zur Oberfläche eines Prüflings angeordnet werden. Ebenso kann die Prüfvorrichtung dazu eingerichtet sein, die Magnetfeldsonde zu Beginn der Streufeldmessung mit Hilfe des Abstandssensors automatisch in einem vorgegebenen Abstand zur Oberfläche des Prüflings anzuordnen. Auch das Messen des Abstandes und das Korrigieren desselben während der Streuflussmessung können von der Prüfvorrichtung auf automatische Weise durchgeführt werden. Während der Streuflussmessung kann der Abstand zwischen Magnetfeldsonde und Prüfling je nach Art des Abstandssensors kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen gemessen und die Einhaltung des Abstands dadurch überwacht und gegebenenfalls korrigiert werden.
Hingegeben ist ein Signalverstärker für den Fall von Vorteil, dass ein vom Magnetfeldsensor ausgegebenes Ausgangssignal für dessen weitere Verarbeitung zu schwach sein sollte. Da die an der Oberfläche der Prüflinge austretenden und vom Magnetfeldsensor gemessenen Magnetfelder mit zunehmender Entfernung vom Prüfling schnell schwächer werden, tritt dieser Fall in der Praxis relativ häufig auf. Mittels des Signalverstärkers kann die Signalstärke solcher schwacher Ausgangssignale auf ein für deren weitere Verarbeitung notwendiges Maß erhöht werden.
Ein Signalabschwächer kann gegebenenfalls in Kombination mit einem Signalverstärker zur oben beschriebenen direkten Regelung des Ausgangssignals vorgesehen sein. In besonderen Fällen können mit einem Signalabschwächer auch Ausgangssignale, die für die weitere Verarbeitung zu stark sind, abgeschwächt werden.
Grundsätzlich kann der Abstandssensor den Abstand mittels einer mechanischen oder optischen oder akustischen Messung bestimmen. Im erfindungsgemäßen Verfahren kann dementsprechend der Abstand mittels einer mechanischen oder optischen oder akustischen Messung bestimmt werden. Mechanische Abstandssensoren können dabei insbesondere mit einem Abstandsfühler oder Messfühler ausgestattet sein, der für die Abstandsmessung mit der Oberfläche des Prüflings in Kontakt steht. Optische und akustische Messungen hingegen sind berührungslose Messverfahren, die in der Regel auf der Bestimmung der Laufzeit eines Lichtstrahles oder eines akustischen Signales zwischen dessen Aussendung und Empfang beruhen. Dabei kann das Licht der Lichtstrahlen im optisch sichtbaren Frequenzbereich aber auch im unsichtbaren Frequenzbereich wie dem Ultraviolettbereich oder dem Infrarotbereich liegen. Insbesondere kann es sich bei den Lichtstrahlen um Laserlichtstrahlen handeln. In solchen Fällen kann die Abstandsmessung auch auf einer Interferenzmessung beruhen. Entsprechend können akustische Signale im hörbaren Frequenzbereich oder außerhalb desselben, beispielsweise im Ultraschallbereich, liegen.
Ferner wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens vorteilhaft die Magnetfeldsonde vor und/oder nach der Messung mit der Oberfläche des Prüflings in Kontakt gebracht und ein an der Oberfläche des magnetisierten Prüflings austretendes Magnetfeld wird gemessen, während die Magnetfeldsonde mit dem Prüfling in Kontakt ist. Eine derartige zusätzliche nicht berührungsfreie Streufeldmessung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die Signalstärke des von der Magnetfeldsonde erzeugten Ausgangssignales beispielsweise an manchen Stellen des Prüflings als nicht ausreichend erweist, um eine berührungslose Streufeldmessung sinnvoll durchzuführen. Der Abstand zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings kann dementsprechend bei der Prüfvorrichtung ausgehend von Null, was einem Kontakt oder einer Berührung zwischen Magnetfeldsonde und Prüfling entspricht, einstellbar sein. Somit kann der Abstand zwischen der Magnetfeldsonde und der Oberfläche des Prüflings auch den Fall des Kontakts oder die Berührung zwischen Magnetfeldsonde und Prüfling während eines Teils der Messung bzw. vor und/oder nach der Messung beinhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Rotierkopf mit zwei Magnetfeldsonden;
2 den Rotierkopf der 1 in räumlicher Darstellung;
3 eine Detailansicht des Rotierkopfes mit auf einem Prüfling aufliegenden Magnetfeldsonden;
4 eine Detailansicht des Rotierkopfes mit fliegenden Magnetfeldsonden.

In der 1 ist ein bekannter runder Rotierkopf 1 einer als Rotiersystem ausgebildeten Prüfvorrichtung zur Streuflussmessung dargestellt. Der Rotierkopf 1 weist ein zentrales Durchgangsloch 2, zwei im Wesentlichen identisch ausgebildete Sondeneinrichtungen 3 und 4 und zwei als Magnetisierungseinrichtungen dienende Joche 5 und 6 auf. 2 zeigt denselben Rotierkopf 1 in räumlicher Darstellung.
Die Sondeneinrichtung 3 des Rotierkopfes 1 umfasst einen Trägerarm 7, der nach Art eines zweiseitigen Hebels um eine in der 2 als Punktlinie angedeutete Drehachse drehbar gelagert ist. An einem dem Durchgangsloch 2 zugewandten Ende des Trägerarms 7 ist eine sich parallel zum Durchgangsloch 2 erstreckende Magnetfeldsonde 8 gehalten, während an vom Durchgangsloch 2 abgewandten Enden des Trägerarmes 7 Gegengewichte 9 angeordnet sind. Von den Gegengewichten 9 ist eines in den 1 und 2 nicht zu sehen, da es sich aus den Perspektiven dieser Figuren hinter dem Rotierkopf 1 befindet. Schließlich greift vor und hinter dem Rotierkopf 1 jeweils eine Spiralfeder 10 an einer Stelle zwischen der drehbaren Lagerung des Trägerarmes 7 und den Gegengewichten 9 an dem Trägerarm 7 und somit an einem von der Magnetfeldsonde 8 abgewandten Endabschnitt des Trägerarms 7 an demselben an.
Die Sondeneinrichtung 4 entspricht in ihrem Aufbau im Wesentlichen der Sondeneinrichtung 3. Insbesondere weist auch die Sondeneinrichtung 4 eine Magnetfeldsonde 11 auf, die an einem Trägerarm 12 befestigt ist. Um eine in der 2 als Punktlinie angedeutete Drehachse ist dieser Trägerarm 12 drehbar gelagert. An einem der Magnetfeldsonde 11 entgegengesetzten Ende des Trägerarmes 12 der Sondeneinrichtung 4 sind Gegengewichte 13 vorgesehen, von denen aus perspektivischen Gründen in den 1 und 2 ebenfalls nur eines zu sehen ist. Vor und hinter dem Rotierkopf 1 greift jeweils eine Spiralfeder 14 an einem von der Magnetfeldsonde 11 abgewandten Endabschnitt des Trägerarms 12 der Sondeneinrichtung 4 an einer Stelle zwischen der drehbaren Lagerung des Trägerarms 12 und dem Gegengewicht 13 an dem Trägerarm 12 an.
Im Rotierkopf 1 sind die beiden Sondeneinrichtungen 3 und 4 derart angeordnet, dass sich deren jeweilige Magnetfeldsonden 8 und 11 in Bezug auf einen innerhalb des Durchgangsloches 2 befindlichen Prüfling 15 im Wesentlichen diametral gegenüberliegen. Auch die beiden Joche 5 und 6 sind in Bezug auf einen innerhalb des Durchgangsloches 2 befindlichen Prüfling 15 im Wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnet. Dabei weisen die Joche 5 und 6 an ihren dem Prüfling 15 zugewandten Seiten jeweilige Aussparungen oder Ausnehmungen 16 und 17 auf, in welchen die jeweiligen Magnetfeldsonden 8 und 11 aufgenommen sind bzw. aufgenommen werden können. So ist die Magnetfeldsonde 8 der Sondeneinrichtung 3 in der Ausnehmung 16 des Joches 5 aufgenommen oder aufnehmbar und die Magnetfeldsonde 11 der Sondeneinrichtung 4 ist in der Ausnehmung 17 des Joches 6 aufgenommen oder aufnehmbar.
Im Betrieb der Prüfvorrichtung wird nun ein von den Magnetfeldsonden 8 und 11 zu prüfender, länglicher Prüfling 15 durch das Durchgangsloch 2 geschoben und durch ein von den Jochen 5 und 6 erzeugtes äußeres Magnetfeld zumindest teilweise oder bereichsweise magnetisiert, während der Rotierkopf 1 um den Prüfling 15 rotiert. Durch geeignete Wahl der Gegengewichte 9 und 13 der Sondeneinrichtungen 3 und 4 sowie der an den Sondeneinrichtungen 3 und 4 angreifenden Spiralfedern 10 und 14 kann der Abstand, den die Magnetfeldsonden 8 und 11 während der Drehung des Rotierkopfes 1 von der Oberfläche des Prüflings 15 einzuhalten haben, bzw. die Anpresskraft, mit der die Magnetfeldsonden 8 und 11 auf die Oberfläche des Prüflings 15 drücken, eingestellt werden.
In der 3 ist in einer vergrößerten Detailansicht die Positionierung der Magnetfeldsonden 8 und 11 während herkömmlicher Streuflussmessungen an Prüflingen 15 dargestellt. Wie in der 3 deutlich zu sehen ist, liegen die Magnetfeldsonden 8, 11 auf dem Prüfling 15 auf und stehen mit dessen Oberfläche in Kontakt. Infolge der Drehung des Rotierkopfes 1 bei gleichzeitiger Translationsbewegung des Prüflings 15 durch das Durchgangsloch 2 kommt es infolge von Reibung zwischen den Magnetfeldsonden 8 und 11 und dem Prüfling 15 zu einer starken mechanischen Beanspruchung und Abnutzung der Magnetfeldsonden 8 und 11.
In der 4 findet die Streuflussmessung hingegen mit fliegenden Magnetfeldsonden 8 und 11 statt, also mit Magnetfeldsonden 8, 11, die von der Oberfläche des Prüflings 15 abgehoben oder beabstandet sind und bei denen ein Abstand zur Oberfläche des Prüflings 15 vorgesehen ist. Reibung zwischen den Magnetfeldsonden 8 und 11 und dem Prüfling 15 kann nun nicht mehr stattfinden und die Magnetfeldsonden 8 und 11 werden demzufolge auch nicht abgenutzt. Eventuelle Einbußen bei der Signalstärke von Ausgangssignalen, die von den Magnetfeldsonden 8, 11 während der Streuflussmessung erzeugt werden, werden dabei durch eine an sich bekannte Signalverstärkung kompensiert. Erforderlichenfalls kann der Abstand zwischen den Magnetfeldsonden 8, 11 und dem Prüfling 15 variiert werden, um damit die Signalstärke der Ausgangssignale zu regeln.
In der Regel ergeben sich Unregelmäßigkeiten des Abstandes zwischen den Magnetfeldsonden 8, 11 und dem Prüfling 15 weil der Prüfling 15 nicht exakt mittig innerhalb des Durchgangsloches 2 und damit zwischen den Magnetfeldsonden 8 und 11 zentriert ist und seine Mittelachse nicht exakt mit der Mittelachse des Durchgangsloches 2 zusammenfällt. Bei Drehen des Rotierkopfes 1 um den Prüfling 15 beschreiben die Magnetfeldsonden 8 und 11 deshalb eine exzentrische Bahn um denselben, wobei sie dem Prüfling 15 abwechselnd näher kommen und sich von ihm entfernen und sich deren momentaner Abstand zum Prüfling 15 aus diesem Grund permanent ändert. Auch Unregelmäßigkeiten des Durchmessers des Prüflings 15 tragen zu einer Änderung des momentanen Abstandes zwischen dem Prüfling 15 und den Magnetfeldsonden 8 und 11 bei. Da die Signalstärke von Ausgangssignalen der Magnetfeldsonden 8 und 11 empfindlich vom Abstand zwischen den Magnetfeldsonden 8 und 11 und dem Prüfling abhängt und insbesondere bei einer Vergrößerung des Abstandes schnell kleiner wird, wirken sich Unregelmäßigkeiten des Abstandes unvorteilhaft auf die Streuflussmessung aus.
Um den verfälschenden Einfluss eines sich während der Streuflussmessung ändernden Abstandes zwischen den Magnetfeldsonden 8 und 11 und dem Prüfling 15 auf die Signalstärke der von den Magnetfeldsonden 8 und 11 erzeugten Ausgangssignale einzudämmen, muss während der Streuflussmessung bzw. während des Erfassens von Magnetfeldern durch die Magnetfeldsonden 8 und 11 eine durch eine Veränderung des Abstandes verursachte Änderung der Ausgangssignale kompensiert werden. Hierfür ist es notwendig ein Ausgangssignal bzw. dessen Signalstärke zu verstärken, wenn der Abstand zwischen dem Prüfling 15 und einer der Magnetfeldsonden 8, 11 größer wird, und das Ausgangssignal bzw. dessen Signalstärke zu abzuschwächen, wenn der Abstand zwischen dem Prüfling 15 und einer der Magnetfeldsonden 8, 11 kleiner wird. Eine derartige Kompensation kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden.
Grundsätzlich können zur Kompensation der Änderung der Signalstärke infolge einer Abstandsänderung zwischen den Magnetfeldsonden 8, 11 und dem Prüfling 15 entweder der Abstand oder die Signalstärke oder beide geregelt werden. Im ersten Fall wird die Änderung der Signalstärke des Ausgangssignals indirekt über die Abstandsregelung kompensiert, im zweiten Fall direkt durch Regelung der Signalstärke des Ausgangssignals nach dessen Erzeugung. Beispielsweise können die Magnetfeldsonden 8, 11 zur Abstandsregelung mechanisch mittels der jeweiligen Trägerarme 7 und 12 näher an den Prüfling 15 heran oder von diesem weg verschoben werden. Ein direktes Kompensieren der Signalstärke des Ausgangssignals nach dessen Erzeugung ist hingegen auf elektronische Weise mittels geeigneter elektronischer Bauelemente wie Signalverstärkern oder Signalabschwächern möglich.
Eine weitere Möglichkeit zur Regelung der Signalstärke der von den Magnetfeldsonden 8, 11 erzeugten Ausgangssignale und damit zur Kompensation von Änderungen der Signalstärke infolge von Abstandsänderungen zwischen den Magnetfeldsonden 8, 11 und dem Prüfling 15 besteht darin, mittels der Magnetisierungseinrichtung die Magnetisierung des Prüflings 15 entsprechend entweder zu verstärken oder abzuschwächen. Da die Magnetfeldsonden 8, 11 einander diametral gegenüberliegend relativ zum Prüfling 15 angeordnet sind und bei nicht konzentrischer Anordnung des Prüflings 15 innerhalb des Durchgangsloches 2 der Abstand zwischen dem Prüfling 15 und den Magnetfeldsonden 8, 11 deswegen nicht für beide der Magnetfeldsonden 8, 11 gleichzeitig kleiner oder größer werden kann, und weil sich die Stärke der Magnetisierung des Prüflings 15 auf die Ausgangssignale beider Magnetfeldsonden 8, 11 auswirkt, wird diese Regelung der Signalstärke insbesondere dann eingesetzt, wenn beide Magnetfeldsonden 8, 11 gleichzeitig dieselbe Abstandsänderung erfahren. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn sich die Drehzahlt des Rotierkopfes 1 und damit die auf die Magnetfeldsonden 8, 11 einwirkende Fliehkraft ändern.
Sollte sich das Ausgangssignal trotz der Signalverstärkung an manchen Stellen als zu schwach erweisen, um eine vernünftige Streuflussmessung durchzuführen, ist es auch möglich, die Magnetfeldsonden 8 und 11 wie in der 3 zeitweilig in Kontakt mit dem Prüfling 15 zu bringen, so dass die Streuflussmessung zumindest teilweise mit vom Prüfling 15 getrennten Magnetfeldsonden 8 und 11 erfolgt und teilweise mit auf dem Prüfling 15 aufliegenden Magnetfeldsonden 8 und 11.
Obwohl in den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Prüfkopf 1 mit einem Paar mit zwei Magnetfeldsonden 8 und 11 vorgesehen ist, sind auch Prüfvorrichtungen ohne einen solchen Prüfkopf 1 möglich. Insbesondere kann eine Prüfvorrichtung auch mit lediglich einer Magnetfeldsonde ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste

1.: Rotierkopf
2.: Durchgangsloch
3.: Sondeneinrichtung
4.: Sondeneinrichtung
5.: Joch
6.: Joch
7.: Trägerarm
8.: Magnetfeldsonde
9.: Gegengewicht
10.: Spiralfeder
11.: Magnetfeldsonde
12.: Trägerarm
13.: Gegengewicht
14.: Spiralfeder
15.: Prüfling
16.: Ausnehmung
17.: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2065003 A1 [0003]
DE 102008020194 A1 [0004]
DE 102008038174 A1 [0005]
DE 102012108241 A1 [0006]

Claims

Prüfvorrichtung zur Streuflussmessung an Prüflingen (15) mit wenigstens einer Magnetisierungseinrichtung (5, 6) zum wenigstens teilweisen Magnetisieren der Prüflinge (15) und wenigstens einer Magnetfeldsonde (8, 11) zum berührungslosen Erfassen von an Oberflächen magnetisierter Prüflinge (15) austretenden Magnetfeldern, die dabei relativ zum Prüfling (15) um denselben rotiert.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 die dazu eingerichtet ist, während des Erfassens eine durch eine Veränderung eines Abstandes zwischen der Magnetfeldsonde (8, 11) und der Oberfläche des Prüflings (15) verursachte Änderung eines Ausgangssignales der Magnetfeldsonde (8, 11) zu kompensieren.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, bei der zur Kompensation der Änderung des Ausgangssignales der Abstand und/oder die Magnetisierung des Prüflings (15) und/oder das Ausgangssignal regelbar sind.
Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem Abstandssensor und/oder mit wenigstens einem Signalverstärker und/oder mit wenigstens einem Signalabschwächer.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der Abstandssensor den Abstand mittels einer mechanischen oder optischen oder akustischen Messung bestimmt.
Verfahren zur Streuflussmessung an Prüflingen (15), bei dem ein Prüfling (15) mittels wenigstens einer Magnetisierungseinrichtung (5, 6) wenigstens teilweise magnetisiert wird, wenigstens eine Magnetfeldsonde (8, 11) in einem Abstand zu einer Oberfläche des magnetisierten Prüflings (15) angeordnet wird und die Magnetfeldsonde (8, 11) relativ zum Prüfling (15) um denselben rotiert und ein an einer Oberfläche des magnetisierten Prüflings (15) austretendes Magnetfeld von der Magnetfeldsonde (8, 11) dabei berührungslos erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem während des Erfassens eine durch eine Veränderung des Abstandes verursachte Änderung eines Ausgangssignales der Magnetfeldsonde (8, 11) kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zur Kompensation der Änderung des Ausgangssignales der Abstand und/oder die Magnetisierung des Prüflings (15) und/oder das Ausgangssignal geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Abstand mittels einer mechanischen oder optischen oder akustischen Messung bestimmt wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Magnetfeldsonde (8, 11) vor und/oder nach der Messung mit der Oberfläche des Prüflings (15) in Kontakt gebracht und ein an der Oberfläche des magnetisierten Prüflings (15) austretendes Magnetfeld gemessen wird, während die Magnetfeldsonde (8, 11) mit dem Prüfling (15) in Kontakt ist.