DE10229735A1

DE10229735A1 - Verfahren zum Erkennen und Lokalisieren von Materialfehlern

Info

Publication number: DE10229735A1
Application number: DE2002129735
Authority: DE
Inventors: Carsten Mayer; Berthold Schweikart
Original assignee: RINAS GERAETETECHNIK GmbH; Rinas Geratetechnik GmbH
Current assignee: RINAS GERAETETECHNIK GmbH; Rinas Geratetechnik GmbH
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-01-22
Also published as: AU2003281276A1; WO2004005912A3; AU2003281276A8; WO2004005912A2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erkennen und Lokalisieren von Materialfehlern, insbesondere zur Längsriss-, Längstiefenfehler- und Punktfehlererkennung, wobei mittels Wirbelstromprüfung zumindest eine Erregerspule (1) und zumindest eine Messspule (3) mit einem Material zusammenwirken, soll ein Signal (S¶1¶) der Messspule (3) und ein Signal (S¶2¶) der Erregerspule zueinander abgeglichen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen und Lokalisieren von Materialfehlern, insbesondere zur Längsriss-, Längstiefenfehler- und Punktfehlererkennung, wobei mittels Wirbelstromprüfung zumindest eine Erregerspule und zumindest eine Messspule mit einem Material zusammenwirken. Dabei kann die Erregerspule und die Messspule dieselbe Spule sein.
Bei herkömmlichen Messverfahren wird mittels einer Durchlaufspule bspw. ein als Halbzeug ausgebildetes zu prüfendes Material, wie Drähte, Stangen, Rohre, auf lokale Risse und lochartige Fehlstellen überprüft. Hierzu wird mittels des Wirbelstromverfahrens eine zerstörungsfreie Messung durchgeführt, die sich in Fertigungsprozesse integrieren lässt. Dabei wird meist das Material durch eine Durchlaufspule bewegt, und während des Durchbewegens werden die Materialfehler durch Wirbelstrommessung lokalisiert.
Ein anderes Verfahren zeigt, dass mittels Wirbelstromsonden die Oberfläche eines Materials abgescannt wird.
Es sind auch bewegte bzw. rotierende Sensoren oder Sonden bekannt, die sich über einem Material bewegen, um entsprechende Materialfehler zu erkennen.
Nachteilig ist an herkömmlichen Verfahren, dass diese apparativ äusserst aufwendig sind, insbesondere was sogenannte Rotiersonden betrifft. Zumeist sind auch herkömmliche Systeme sehr grossvolumig einzubauen und daher nicht überall verwendbar.
Derartige Systeme sind jedoch nicht geeignet, um bspw. tiefe oder eingeschlossene Risse zu erkennen, da diese meistens mit relativ hohen Frequenzen arbeiten müssen und somit nur an der Oberfläche prüfen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile beseitigt und mit welchem auf einfache und kostengünstige Weise ein effektives Messverfahren geschaffen wird, welches Materialfehler auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten, eingebunden im Fertigungsprozess, bspw. als Längsrisse, als Längstiefenrisse und/oder als Punktfehler erkennt und lokalisiert.
Zudem soll der Einbau raumsparend erfolgen und Gefügeveränderungen sollen im zu prüfenden Material erkannt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass ein Signal der Messspule und ein Signal der Erregerspule zueinander abgeglichen werden.
Bei der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise eine Erregerspule und zumindest eine Messspule in einer einzigen Spule oder Sonde zusammengefasst, wobei die Signale von Messspule und Erregerspule, die an einer Spannungs- bzw. Stromquelle angeschlossen ist, miteinander in einem Subtrahierer und/oder Addierer zueinander abgeglichen werden, wenn kein Prüfmaterial sich in der Anordnung von Erregerspule und Messspule befindet. Ggf. können vor dem Abgleich der Signale von Erregerspule und Messspule diese Signale auf eine gleiche Amplitude verstärkt werden und/oder mittels eines Phasenverschiebers auf eine gleiche Phase gebracht werden.
Es resultiert aus dem Subtrahierer und/oder Addierer ein Messsignal gleich null bzw. annähernd null, wenn kein Material sich im Wirkbereich von Erreger- und/oder Messspule befindet.
Wird die Spule über das Material geschoben, bzw. das Material in die Spule eingeführt oder durchgeführt, so ergibt sich ein exaktes, aus dem Subtrahierer und/oder Addierer resultierendes Signal, welches ggf. in einem Messverstärker verstärkt wird, welches eine absolute genaue Lokalisierung und Erkennung der o. g. Materialfehler zulässt.
Dabei soll auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, dass anstelle von Subtrahierer und/oder Addierer, ggf. Verstärker bzw. Differenzverstärker und Phasenverschieber sowie Messverstärker ein digitaler Signalprozessor diese Aufgaben übernimmt.
Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, dieses resultierende Signal, welches bspw. in einer beliebigen Auswerteinheit zur Erkennung und zur Lokalisierung der Messfehler ausgewertet wird, einem Messgerät zu übergeben, welches dieses Messsignal mit einem weiteren oder demselben Vergleichssignal nochmals in oben beschriebener Weise abgleicht. Dabei kann das Vergleichssignal bspw. eine Erregerspannung der Erregerspule oder sogar eine Spannung der Messspule aus der ersten Stufe sein, wobei im Messgerät die zweite Stufe bzw. ein zweiter Abgleich erfolgt. Auf diese Weise lassen sich noch wesentlich sensiblere Messergebnisse erzielen, so dass mittels der tiefen Messfrequenzen Materialfehler lokalisiert und erkannt werden, was sehr hohe Messtiefen ermöglicht.
Mit diesem Verfahren können tiefe bzw. kleine Messfrequenzen verwendet werden, um innenliegende bzw. tiefliegende Fehler oder Gefügeänderungen zu erkennen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf eine erste Stufe eines Ablaufes des erfindungsgemässen Messverfahrens;
2 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf eine zweite Stufe des erfindungsgemässen Messverfahrens, im Messgerät.
Gemäss 1 wird bei einem Messverfahren zum Erkennen und Lokalisieren von Materialfehlern, wie bspw. Längsrissen, Längstiefenfehler und Punktfehler eine hier nur angedeutete Erregerspule 1 an eine Spannungsquelle 2 angeschlossen, wobei auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen soll, eine Mehrzahl von Erregerspulen 1 vorzusehen. Es können auch mehrere Messspulen und/oder Erregerspulen vorgesehen sein. Dies soll ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.
Ferner ist zumindest eine Messspule 3 vorgesehen, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen soll, dass zumindest eine Erregerspule 1 sowie zumindest eine Messspule 3 ein einziges Bauteil bilden.
Damit entsprechende Materialfehler gemessen werden können, wird, wie hier nicht dargestellt, das zu prüfende Material durch die Messspule 3 bewegt oder die Messspule 3 axial entlang des Materials oder radial um das Material herum bewegt, so dass über die entstehenden Wirbelströme entsprechende Messfehler erkannt werden können.
Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, über eine Justierung der Spulen, materialspezifisch, durchmesserspezifisch vorzunehmen, indem die von Erregerspule 1 und Messspule 3 ausgehenden Signale S₁, S₂ in einem Subtrahierer 4 und/oder Addierer 5 miteinander abgeglichen werden, um ein Messsignal S_M zu erhalten.
Über dieses Messsignal S_M lässt sich ein Materialfehler, ein Längsriss, ein Tiefenfehler oder ein Punktfehler im Material erkennen. Damit die Messung besonders schnell, zuverlässig und genau erfolgt, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Erregerspule 1 und die Messspule 3 noch vor dem Einführen des Materials in die Erregerspule 1 und Messspule 3 die Signale S₁ + S₂ gegeneinander abgeglichen werden, so dass entweder als Summe der Signale S₁ + S₂ = S_M = 0, oder als Differenz der Signale S₁ – S₂ = S_M = 0 resultiert .
Ggf. kann dem Subtrahierer 4 bzw. Addierer 5 ein Verstärker 6 und/oder ein Phasenverschieber 7 zur Abstimmung der Phase vorgeschaltet sein.
Erfolgt anschliessend nach dem Abgleichen der Signale S₁, S₂ der Erregerspule 1 bzw. Messspule 3 ein Messen, so resultiert aus dem Subtrahierer 4 und/oder Addierer 5 ein Messsignal S_m, welches sich durch einen Messverstärker 8 verstärken lässt, um die Materialfehler zu lokalisieren und in einer ggf. anschliessenden Auswerteeinheit 9 weiter zu verarbeiten.
Dabei soll auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, dass der Abgleich der Signale S₁, S₂, ggf. eine Verstärkung der Amplitude und eine Phasenverschiebung sowie ggf. eine resultierende Verstärkung des Messsignales S_M in einem digitalen Siganalprozenssor DSP erfolgt. Dabei soll ebenfalls daran gedacht sein, dass innerhalb des digitalen Signalprozessors DSP die Signale von Erregerspule 1 und Messspule 3 ggf. im Eingangs- und Ausgangsbereich digitalisiert oder als analoges Ausgangssignal weiter verarbeitet werden.
Es hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, insbesondere an die erste Stufe I eine zweite Stufe II, wie es in 2 angedeutet ist, insbesondere an dem Messverstärker 8 anzuschliessen, wobei das Messignal S_M in ein Messgerät 10 eingespeist wird.
Im Messgerät 10 wird in oben beschriebener Weise das von der ersten Stufe I ausgehende Messsignal S_M mit einem beliebigen, je nach Messaufgabe verwendeten Vergleichssignal S_V, in einem Subtrahierer 4 und/oder Addierer 5 abgeglichen, wobei ggf. wie oben beschrieben dem Subtrahierer 4 und/oder Addierer 5 ein oder mehrere Verstärker 6 zur Verstärkung der Signale auf eine gleiche Amplitude und/oder ein oder mehrere Phasenverschieber 7 zur Abstimmung der gleichen Phasen des Messsignales S_M und des Vergleichsignales S_V vorgeschaltet sind, wobei nach einem Abgleich von Vergleichssignal S_V und Messsignal S_M ein Messverstärker 8 anschliesst.
In oben beschriebener Weise kann anstelle von Verstärker 6 Phasenverschieber 7, Messverstärker 8 sowie Subtrahierer 4 und/oder Addierer 5 auch ein digitaler Signalprozessor DSP eingesetzt sein. Wichtig ist hier, dass das Messsignal S_M aus der ersten Stufe I in die zweite Stufe II im Messgerät 10 nochmals abgeglichen wird und als Vergleichssignal S_V ein beliebiges Signal, bspw. die Erregerausgangsspannung oder die Erregereingangsspannung von Erregerspule 1 und/oder Messspule 3 oder eines beliebigen anderen Bauteiles zur Durchführung des Abgleiches genommen wird.
Auch hier sei daran gedacht, dass innerhalb des digitalen Signalprozessors DSP die Signale digitalisiert werden und analog oder digitalisiert ausgegeben werden können.
Positionszahlenliste

Claims

Verfahren zum Erkennen und Lokalisieren von Materialfehlern, insbesondere zur Längsriss-, Längstiefenfehler- und Punktfehlererkennung, wobei mittels Wirbelstromprüfung zumindest eine Erregerspule (1) und zumindest eine Messspule (3) mit einem Material zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal (S₁) der Messspule (3) und ein Signal (S₂) der Erregerspule (1) zueinander abgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Signal (S₁, S₂) die jeweiligen Spannungen oder Ströme von Erregerspule (1) und Messspule (3) gemessen und miteinander abgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale (S₁, S₂) vor dem Einführen von Material in Erregerspule (1) und/oder Messspule (3), insbesondere in Luft miteinander abgeglichen werden, so dass die Summe der beiden Signale (S₁, S₂) als Messsignal (S_M) 0 ergibt .
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abgleichen der Signale (S₁, S₂) zumindest eine Verstärkung der Signale (S₁, S₂) in einem Verstärker (6) auf eine gleiche Amplitude erfolgt.
Verfahren nach wenigstens. einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Abgleich der Signale (S₁, S₂) zumindest in einem Phasenverschieber (7) eine Phasenverschiebung, insbesondere eine Abstimmung auf gleiche Phasen der beiden Signale (S₁, S₂) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abgleichen der Signale (S₁, S₂) eine Messung des Materials erfolgt, wobei ggf. das Messsignal (S_M) verstärkt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgleich der Signale (S₁, S₂) zwischen Erregerspule (1) und Messspule (3), sowie ggf. eine Verstärkung und ggf. eine Phasenverschiebung in einer ersten Stufe (I) in einem digitalen Signalprozessor (DSP) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale (S₁, S₂) im digitalen Signalprozessor (DSP) digital umgewandelt werden und als Ausgangssignal digital oder anlog aus dem digitalen Signalprozessor (DSP) ausgegeben werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über zumindest einen Temperatursensor eine Temperatur von Mess- und/oder Erregerspule (1, 3) erfasst wird und eine Temperaturkompensation der Signale (S₁ und/oder S₂) und/oder des Messsignals (S_M) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal (S_M), als resultierendes Messsignal (S_M) der Signale (S₁ und S₂) an ein Messgerät (10) weitergegeben wird, wobei im Messgerät (10) das Messsignal (S_M) mit einem beliebigen Vergleichssignal (S_V) der Erregerspule (1) und/oder Messspule (3), insbesondere Spannung oder Strom der Erregerspule (1) oder Spannung oder Strom der Messspule (3) abgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abgleichen des Messsignales (S_M) mit einem beliebigen Signal von Messspule (3) und/oder Erregerspule (1) eine Verstärkung in einem Verstärker (6) auf gleiche Amplituden und/oder eine Abstimmung auf gleiche Phasen in einem Phasenverschieber (7) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abgleich des Messsignales eine Verstärkung erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich des Messsignales (S_M), ggf. die Verstärkung im Verstärker (6), ggf. die Abstimmung der Phasen im Phasenverschieber (7) und ggf. eine anschliessende Verstärkung des resultierenden Messsignals (S_M) in einem Verstärker (6), einem Phasenverschieber (7), einem Subtrahierer (4) und/oder – addierer (5) und einem daran anschliessenden Verstärker (6) erfolgt, oder in einem digitalen Signalprozessor (DSP) durchgeführt wird.