DE10297360B4

DE10297360B4 - Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung und zerstörungsfreies Prüfverfahren

Info

Publication number: DE10297360B4
Application number: DE10297360T
Authority: DE
Inventors: Kazunobu Ikeda Imamoto; Takashi Nagoya Kimura
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Magnegraph Co Ltd
Current assignee: Nippon Kouatsu Electric Co Ltd Obu-Shi Ai Us; Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: US7084623B2; JPWO2003027660A1; DE10297360T5; US20040232909A1; JP4184962B2; WO2003027660A1

Abstract

Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung, aufweisend:
einen eine Magnetfluß erregende Fläche (11) beinhaltenden Erregerpol (10) zum Erregen eines Magnetflusses, um ein magnetisches Feld in einem Prüfobjekt (110) auszubilden;
einen eine Magnetfluß rückführende Fläche (31) beinhaltenden Rückführungspol (30) zum Zurückführen des von der erregenden Fläche (11) erregten Magnetflusses; und
eine eine Mehrzahl von Schleifenspulen (51a, 52a), durch welche der von der erregenden Fläche (11) erregte Magnetfluß vor dem Erreichen des Prüfobjektes (110) durchläuft, beinhaltende Spulenanordnung (50),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spulenanordnung (50) innerhalb eines Bereichs zwischen der Mitte (a1-a1) der Magnetfluß erregenden Fläche (11), von deren Breite (L8) aus gesehen, und einem Randbereich (a2) der Magnetfluß erregenden Fläche (11), welcher an den Rückführungspol (30) angrenzt, angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung und ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zum Erhalt von Informationen bezügllich der inneren Struktur, beispielsweise des Schweißzustands, der Härte und innerer Fehler, in einem magnetischen Teil, beispielsweise einer Stahlplatte, in zerstörungsfreier Weise.
STAND DER TECHNIK
Das Punktschweißen ist eine bekannte Schweißtechnologie zum Zusammenschweißen von Metallplatten, die bei der Herstellung von Automobilen, elektrischen Haushaltprodukten und dergleichen verwendet werden kann. Beim Punktschweißen werden in der in 23 dargestellten Weise zuerst zwei übereinander gelegte Metallplatten 100a, 100b zwischen zwei Elektroden 150a, 150b geklemmt. In diesem Zustand wird mit Hilfe der zwei Elektroden 150a, 150b örtlich Druck auf die Metallplatten 100a, 100b aufgebracht, und zwischen den Elektroden 150a, 150b wird Strom hindurchgeleitet. Der Strom fließt konzentriert durch den zwischen den Elektroden 150a, 150b geklemmten Bereich der Metallplatten 100a, 100b und erzeugt deshalb Joule-Wärme. Durch diese Joule-Wärme wird ein Bereich der Metallplatten 100a, 100b geschmolzen, worauf der Stromfluß angehalten wird. Wenn der geschmolzene Bereich der Metallplatten 100a, 100b abkühlt und erstarrt, werden die Metallplatten 100a, 100b miteinander verschweißt.
24 ist eine Querschnittsansicht eines punktgeschweißten Bereichs der beiden Metallplatten 100a, 100b, die in der beschriebenen Weise punktgeschweißt wurden. In dem punktgeschweißten Bereich sind die Außenflächen der Metallplatten 100a, 100b auf Grund des durch die Elektroden 150a, 150b aufgebrachten Drucks eingedrückt. Dieser eingedrückte Teil wird „Vertiefung" genannt, und die Länge L1 derselben wird „Vertiefungsdurchmesser" genannt. In dem punktgeschweißten Bereich sind ein Schweißlinsenbereich 102 und ein druckverbundener Bereich 103 ausgebildet. Der Schweißlinsenbereich 102 befindet sich in einem Bereich, wo die Metallplatten 100a, 100b durch Verschmelzung auf Grund des Aufbringens von Druck und Wärme und dann des Erstarrens vereinigt sind. Die Länge L2 des Schweißlinsenbereichs 102 wird „Schweißlinsendurchmesser" genannt. Dieser Schweißlinsendurchmesser wirkt sich stark auf die Schweißfestigkeit aus, die in dem punktgeschweißten Bereich erzielt wird. Je größer der Schweißlinsendurchmesser L2 ist, desto größer ist die Schweißfestigkeit des Punktschweißbereichs. Der druckverbundene Bereich 103 ist ein Bereich, der die Auswirkungen der aufgebrachten Wärme und des aufgebrachten Drucks empfangen hat, und wo die Metallplatten 100a, 100b unter Druck miteinander verbunden sind. Zusammen sind der Schweißlinsenbereich 102 und der druckverbundene Bereich 102 als „Verbindungsbereich 104" bekannt, und die Länge L3 dieses Verbindungsbereichs 104 wird Verbindungsdurchmesser genannt. Das den Verbindungsbereich 104 umgebende Originalmaterial 105 ist ein Bereich, der nicht zur Verbindungsfestigkeit der Punktschweißnaht beiträgt.
Im allgemeinen beträgt der Schweißlinsendurchmesser L2 oder der Druckverbindungsdurchmesser L3 in dem durch Schweißen zustande gebrachten Punktschweißbereich 10 Millimeter oder weniger, was relativ wenig ist. Deshalb ist es in vielen Fällen erforderlich, den Punktschweißbereich zu prüfen, um zu kontrollieren, daß er ausreichende Schweißfestigkeit aufweist. Da die Schweißfestigkeit des Punktschweißbereichs stark von dem Schweißlinsendurchmesser L2 beeinflußt wird, kann der Schweißlinsendurchmesser L2 dann effektiv als Basis für eine Beurteilung, ob der Punktschweißbereich einen geeigneten Schweißzustand aufweist oder nicht, verwendet werden.
In dem offengelegten Japanischen Patent Nr. Hei 10-26609 wird eine Prüftechnik offenbart, deren eine Aufgabe es ist, den Schweißlinsendurchmesser L2 in zerstörungsfreier Weise zu messen und auf der Basis dieser Meßergebnisse zu beurteilen, ob der geschweißte Zustand eines Punktschweißbereichs geeignet oder nicht geeignet ist. Gemäß dieser Patentveröffentlichung wird eine Erregerspule in der Nähe des Prüfobjekts angeordnet, und zwischen dem Inspektionsziel und der Erregerspule wird eine Schleifenspule angeordnet, die einen Sensor bildet. In diesem Zustand wird durch Hindurchleiten eines Gleichstroms durch die Erregerspule ein statisches Magnetfeld erzeugt, das durch das Prüfobjekt und den Sensor hindurch läuft. Danach, wenn das statische Magnetfeld abgeschaltet ist, wird die Induktivität der Schleifenspule (oder eine physikalische Größe, die der Induktivität derselben direkt proportional ist) bestimmt, indem der Lauf des Verlusts des in dem Prüfobjekt verbleibenden elektrischen Feldes aufgenommen wird. Durch diese Induktivität wird die magnetische Permeabilität des Schweißlinsenbereichs 102 und des druckverbundenen Bereichs 102 oder dergleichen angezeigt, der den Punktschweißbereich bildet, durch den das Restmagnetfeld läuft. Wenn eine Messung dieser Art in einer Mehrzahl von Positionen in bezug auf das Prüfobjekt erfolgt, dann tritt eine Schwankung in der Mehrzahl von erhaltenen Induktivitäten ein. Diese Schwankung in der Induktivität spiegelt Schwankungen in der inneren Struktur des Punktschweißbereichs wider. Deshalb kann der Schweißlinsendurchmesser L2 durch Erfassungung der Schwankungen in der magnetischen Permeabilität und folglich der Schwankungen der Induktivität, die durch Änderungen in der inneren Struktur des Punktschweißbereichs verursacht werden, mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüftechnologie eingeschätzt werden.
25 zeigt eine herkömmliche zerstörungsfreie Prüfvorrichtung X2 zur Ausführung eines zerstörungsfreien Prüfverfahrens in der oben beschriebenen Weise. Die zerstörungsfreie Prüfvorrichtung X2 umfaßt einen Erregerpol 210, eine um diesen Pol herum gewickelte Erregerspule 220, einen Rückführungspol 230, einen den Erregerpol 210 und den Rückführungspol 230 verbindenden Verbindungsbereich 240 und eine in der Nähe des Erregerpols 210 angeordnete Spulenanordnung 250.
Der Erregerpol 210 ist ein Eisenkern zur Erhöhung der Magnetflußintensität des Magnetfeldes, das induziert wird, wenn ein Strom in der Erregerspule 220 fließt, und er ist mit Hilfe des Verbindungsbereichs 240 einstückig mit einem Rückführungspol 230 ausgebildet. Der Erregerpol 210 weist ein fein gespitztes Ende auf und besitzt eine den Magnetfluß erregende Fläche 211, die an dem vorderen Ende desselben gebildet wird. Die den Magnetfluß erregende Fläche 211 ist eine Fläche, die über die Spulenanordnung 250 gegenüber dem Prüfobjekt angeordnet ist. Die Erregerspule 220 ist mit einem (nicht dargestellten) Ansteuerkreis verbunden, der eine Gleichstromversorgung, einen Schalter und einen vorgeschriebenen Widerstand ansteuert. Der Rückführungspol 230 weist an seinem vorderen Ende eine Rückführungsfläche 231 auf. Der von der den Ma gnetfluß erregenden Fläche 211 des Erregerpols 210 erregte Magnetfluß wird durch die Rückführungsfläche 231 zurückgeführt.
Die Spulenanordnung 250 dient zur Erfassung magnetischer Änderungen in der Nähe des Prüfobjekts und gibt dieselben in Form einer Spannung aus, und besteht aus einer vorgeschriebenen Anzahl von Schleifenspulen 251, die nacheinander in einer Position gegenüber der den Magnetfluß erregende Fläche 211 angeordnet sind. Die Schleifenspulen 251 bestehen aus einem leitenden Material, beispielsweise Cu, und sind auf ein (nicht dargestelltes) flexibles Trägermaterial aufstrukturiert.
26 beinhaltet eine Querschnittsansicht längs der Linie XXVI-XXVI gemäß 25, die einen Zustand zeigt, in dem der Schalter des Ansteuerkreises eingeschaltet ist und die von der Gleichstromversorgung ausgegebene Spannung an die Erregerspule 220 angelegt wird und dabei bewirkt, daß ein statisches Magnetfeld F3 an den Punktschweißbereich einer Stahlplatte 110 angelegt wird. Der innere Bereich der Stahlplatte 110, durch die der Magnetfluß läuft, wird gemäß des statischen Magnetfelds F3 magnetisiert. Die zerstörungsfreie Prüfvorrichtung X2 setzt sich in einer solchen Weise zusammen, daß sie den Verlauf des Verschwindens des Restmagnetfeldes an der magnetisierten Stelle, wenn das statische Magnetfels F3 ausgeschaltet ist, mit Hilfe verschiedener Sensorspulen 251 aufnimmt, wodurch die Zeitkonstante bei der Übergangsänderung jedes Verlaufs des Verschwindens des Magnetflusses gemessen werden kann.
Bei einer herkömmlichen zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X2 beträgt jedoch der Trennabstand L4 zwischen der den Magnetfluß erregenden Fläche 211 und der magnetischen Rückführungsfläche 231 annähernd 3 mm, was relativ lang ist. Wenn der Trennabstand L4 zwischen der den Magnetfluß erregenden Fläche 211 und der magnetischen Rückführungsfläche 231 lang ist, dann wird die Strecke, die das durch die anderen Bereiche als den Schweißlinsenbereich 102 laufende Restmagnetfeld durchläuft, ebenfalls entsprechend länger. Deshalb tritt dadurch wahrscheinlich ein Rauschen in dem Verlauf des Verschwindens des Restmagnetfeldes auf, und daher gibt es Fälle, in denen vom Gesichtspunkt der Genauigkeit und des Signal-Rausch-Verhältnisses her keine hinreichenden Informationen bezüglich des Schweißlinsenbereichs 102 erlangt werden können.
Außerdem sind bei einer herkömmlichen zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X2 die jeweiligen Sensorspulen 251, welche die Spulenanordnung 250 bilden, über die gesamte Länge der den Magnetfluß erregenden Fläche 211 hin in der Breitenrichtung L5 derselben vorgesehen. Bei einer Zusammensetzung dieser Art wird selbst dann, wenn das statische Magnetfeld F3 abgeschaltet ist, immer noch eine Komponente des Verlaufs des Verschwindens des Restmagnetfeldes erfaßt, das dem Magnetfeld F3 entspricht, das nicht durch den Schweißlinsenbereich 102 gelaufen ist, was von den Gesichtspunkten der Genauigkeit und des Signal-Rausch-Verhältnisses her unerwünscht ist.
Weiterhin ist die Breite L5 der den Magnetfluß erregenden Fläche 211 der herkömmlichen zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X2 auf eine kleinere Breite als die Breite L6 des Erregerpols 210 ausgebildet, und die Oberfläche, von der aus der Magnetfluß erregt wird, ist klein. Deshalb läuft der Magnetfluß, wenn das statische Magnetfeld F3 angelegt wird, nicht ohne weiteres durch den Schweißlinsenbereich 102 und, mit anderen Worten, es treten Fälle ein, wo der Punktschweißbereich nicht in befriedigender Weise magnetisiert werden kann.
Auf diese Weise bringt die herkömmliche zerstörungsfreie Prüfvorrichtung X2 Probleme bei der Magnetisierung des Punktschweißbereichs beim Erzeugen des statischen Magnetfeldes F3 und bei der Erfassung des Restmagnetfelds nach dem Abschalten des statischen Magnetfelds F3 mit sich. Deshalb hat es beispielsweise Fälle gegeben, wo es nicht möglich war, ausreichend sichere Ergebnisse bei der Messung des Linsendurchmessers L2 in einem Punktschweißbereich oder dergleichen zu erhalten.
Aus der US 6 232 774 B1 ist eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung bekannt, die einen eine Magnetfluss erregende Fläche beinhaltenden Erregerpol zum Erregen eines Magnetflusses aufweist, um ein magnetisches Feld in einem Prüfobjekt auszubilden, wobei eine Spulenanordnung sich über die gesamte Fläche der den Magnetfluss erregenden Fläche und darüber hinaus erstreckt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung und ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zu schaffen, wodurch mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfung sehr sichere Prüfergebnisse erhalten werden können, um Informationen bezüglich der inneren Struktur eines magnetischen Teils, beispielsweise des Schweißzustands, der Härte oder innerer Fehler desselben oder dergleichen zu erlangen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung geschaffen. Diese zerstörungsfreie Prüfvorrichtung umfaßt: einen Erregerpol mit einer den Magnetfluß erregenden Fläche zur Erregung eines Magnetflusses zur Bildung eines Magnetfeldes in einem Prüfobjekt; einen Rückführungspol mit einer den Magnetfluß zurückführenden Fläche zur Zurückführung des von der den Magnetfluß erregenden Fläche erregten Magnetflusses; und eine Spulenanordnung mit einer Mehrzahl von Schleifenspulen, durch die der von der den Magnetfluß erregenden Fläche erregte Magnetfluß vor Erreichen des Prüfobjekts läuft, wobei die Spulenanordnung zu dem Rückführungspol hin in bezug auf die den Magnetfluß erregende Fläche versetzt ist.
Mit der obigen Anordnung lassen sich aus der zerstörungsfreien Prüfung der Eignung oder Nichteignung oder dergleichen sehr sichere Prüfergebnisse für den geschweißten Zustand in einem Punktschweißbereich erhalten. Bei Verwendung dieser Vorrichtung wird, wenn der Erregerpol einen Magnetfluß erregt, der Magnetfluß, der von der den Magnetfluß erregenden Fläche erregt wird, in eine Komponente geteilt, die sich zu dem Rückführungspol hin bewegt, mit anderen Worten, in eine Komponente, die durch den Linsenbereich des Punktschweißbereichs läuft, und in eine Komponente, die sich in der Gegenrichtung bewegt. Da die Spulenanordnung in einer Position angeordnet ist, die zu dem Rückführungspol hin in bezug auf die den Magnetfluß erregende Fläche versetzt ist, vermindert sich dann die Größe des sich in Gegenrichtung bewegenden Magnetflusses, der durch die Spulenanordnung läuft. Folglich kann die Spulenanordnung die Änderung im Magnetfluß an dem Rückführungspol, mit anderen Worten, den durch den Linsenabschnit laufenden Magnetfluß, in befriedigender Weise aufnehmen. Deshalb verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis, und es lassen sich sehr sichere Prüfergebnisse erhalten.
Vorzugsweise kann die Spulenanordnung innerhalb eines Bereiches zwischen dem Mittelpunkt der den Magnetfluß erregenden Fläche, in der Breite derselben betrachtet, und dem Randbereich der den Magnetfluß erregenden Fläche angrenzend an den Erregerpol angeordnet werden. Auf diese Weise können die oben beschriebenen günstigen Wirkungen sichergestellt werden.
Vorzugsweise kann der Trennabstand zwischen der den Magnetfluß erregenden Fläche und der den Magnetfluß zurückführenden Fläche im Bereich von 1,0–2,0 mm liegen. Bei einer herkömmlichen zerstörungsfreien Prüfvorrichtung nach der obigen Beschreibung beträgt der Trennabstand zwischen der den Magnetfluß erregenden Fläche und der den Magnetfluß zurückführenden Fläche annähernd 3 mm, was relativ groß ist. Dagegen beträgt der Trennabstand zwischen der den Magnetfluß erregenden Fläche und der den Magnetfluß zurückführenden Fläche bei der vorliegenden Zusammensetzung 1,0 bis 2,0 mm, und deshalb verkürzt sich die von dem Magnetfluß durchlaufene Strecke in geeigneter Weise. Je kürzer die von dem Magnetfluß durchlaufene Stecke ist, desto größer ist die Neigung zum Ausbilden eines stabilen Magnetfeldes. Folglich vermindert sich im Verlaufe des Verschwindens des Restmagnetfeldes das Rauschen bei der mit Hilfe der die Sensoren bildenden Schleifenspulen erfolgten Erfassung, und daher läßt sich das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern.
Vorzugsweise können die den Magnetfluß erregende Fläche und die den Magnetfluß zurückführende Fläche deckungsgleiche Formen aufweisen. Auf diese Weise kann ein stabiler Magnetfluß erregt werden, und deshalb lassen sich Erfassungsergebnisse von hoher Genauigkeit erhalten.
Vorzugsweise kann die den Magnetfluß erregende Fläche über die Gesamtheit der Fläche die gleiche Breite wie der Rumpfbereich des Erregerpols aufweisen. Bei einer herkömmlichen zerstörungsfreien Prüfvorrichtung nach der obigen Beschreibung weist der Erregerpol eine gespitzte Form auf und umfaßt eine ebene den Magnetfluß erregende Fläche am vorderen Ende desselben. Mit anderen Worten, die den Magnetfluß erregende Fläche ist schmaler als der Rumpfbereich des Erregerpols. Dagegen ist bei der vorliegenden Erfindung die den Magnetfluß erregende Fläche derart geformt, daß sie die gleiche Breite wie der Erregerpol über die gesamte Länge desselben aufweist, und deshalb wird eine möglichst große Oberfläche für die den Magnetfluß erregende Fläche sichergestellt. Folglich kann der Magnetfluß beispielsweise leichter durch den Linsenbereich des Punktschweißbereichs hindurch laufen.
Vorzugsweise können die Schleifenspulen der Spulenanordnung eine Mehrzahl von Spulenreihen bilden, und jede Spule ist in Erstreckung in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zu der Richtung liegt, in welcher der Erregerpol und der Rückführungspol voneinander getrennt sind. Mit dieser Anordnung läßt sich die Änderung im Magnetfluß über einen großen Oberflächenbereich in der Tiefenrichtung des Prüfobjektes messen, und folglich lassen sich eine größere Anzahl von Erfassungsergebnissen und Ergebnisse von hoher Genauigkeit erhalten.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein zerstörungsfreies Prüfverfahren bereitgestellt, das unter Verwendung einer zerstörungsfreien Prüfvorrichtung ausgeführt wird, die aufweist: Einen Erregerpol mit einer den Magnetfluß erregenden Fläche zur Erregung eines Magnetflusses zur Bildung eines Magnetfeld in einem Prüfobjekt; einen Rückführungspol mit einer den Magnetfluß zurückführenden Fläche zur Zurückführung des von der den Magnetfluß erregenden Fläche erregten Magnetflusses; und eine Spulenanordnung mit einer Mehrzahl von Schleifenspulen umfaßt, durch die der von der den Magnetfluß erregenden Fläche erregte Magnetfluß vor Erreichen des Prüfobjekts läuft, wobei die Spulenanordnung zu dem Rückführungspol hin in bezug auf die den Magnetfluß erregende Fläche versetzt ist. Dieses zerstörungsfreie Prüfverfahren umfaßt die folgenden Schritte: einen Schritt des Magnetisierens des Prüfobjektes durch Erzeugen eines ersten statischen Magnetfeldes an das Prüfobjekt; einen Schritt des Abschaltens des ersten statischen Magnetfeldes und des Messens der Übergangsänderung in der differentiellen Magnetflußdichte an einer Mehrzahl von Positionen in einem durch das magnetisierte Prüfobjekt hindurch laufenden ersten Restmagnetfeldes; einen Schritt des Bestimmens einer ersten Zeitkonstante mittels der Hauptzeitkonstanten der Übergangsänderung an den jeweiligen Meßpositionen; einen Schritt des Magnetisierens des Prüfobjektes durch Erzeugen eines zweiten statischen Magnetfeldes an das Prüfobjekt; einen Schritt des Abschaltens des zweiten statischen Magnetfeldes und des Messens der Übergangsänderung der differentiellen Magnetflußdichte an den jeweiligen Meßpositionen in einem durch das magnetisierte Prüfobjekt hindurch laufenden zweiten Restmagnetfeldes; einen Schritt des Bestimmens einer zweiten Zeitkonstante mittels der Hauptzeitkonstanten der Übergangsände rung an den jeweiligen Meßpositionen; und einen Schritt des Erhaltens von Informationen bezüglich der inneren Struktur des Prüfobjektes auf der Basis der Differenzen zwischen der Verteilung der ersten Zeitkonstante und der Verteilung der zweiten Zeitkonstante an den Meßpositionen. Durch Anwendung eines zerstörungsfreien Prüfverfahrens dieser Art auf der Basis der Ergebnisse der zwei Prüfreihen lassen sich zuverlässige Rückschlüsse bezüglich der inneren Struktur und dergleichen des Prüfobjektes treffen.
Vorzugsweise kann das Prüfobjekt ein Punktschweißbereich in einem durch das Punktschweißen zweier Metallplatten verbundenen Element sein. Bei dem Schritt des Erhaltens von Informationen lassen sich Informationen bezüglich der Form des in dem Punktschweißbereich enthaltenen Linsenbereichs erhalten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine konzeptionelle Ansicht, welche die allgemeine Zusammensetzung einer Vorrichtung zur Ausführung einer zerstörungsfreien Prüfung mit Hilfe des Erzeugens und Abschaltens eines statischen Magnetfelds zeigt, und die auch die Funktionsweise dieser Vorrichtung zeigt;
2 ist eine weitere konzeptionelle Ansicht, welche die allgemeine Zusammensetzung einer Vorrichtung zur Ausführung einer zerstörungsfreien Prüfung mit Hilfe des Erzeugens und Abschaltens eines statischen Magnetfelds zeigt, und die auch die Funktionsweise dieser Vorrichtung zeigt;
3 zeigt ein Modell des Verlaufs eines Verschwindens einer geschlossenen Schleife eines Magnetflusses nach dem Abschalten eines statischen Magnetfelds;
4 zeigt einen äquivalenten Schaltkreis in bezug auf den Übergangstrom in 3;
5 stellt die geschlossene Schleife der Magnetflußdichte gemäß 4 dar, wie sie in eine äquivalente Magnetschaltung umgewandelt ist;
6 zeigt eine geschlossene Schleife eines Magnetflusses, der unmittelbar nach dem Abschalten eines statischen Magnetfelds durch eine einzelne Sensorspule läuft;
die 7a–7d zeigen die Übergangsänderung in den jeweiligen physikalischen Eigenschaften bei der zerstörungsfreien Prüfung gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt den Zustand des Magnetflusses in der Nähe des Endbereichs eines Verbindungsbereichs eines Punktschweißbereichs;
9 zeigt die Beziehung zwischen der Verteilung einer Zeitkonstanten τ₂ in den Dämpfungseigenschaften des Verschwindens des Übergangstroms und der Position der Sensorspule;
10 ist eine Schrägansicht einer zerstörungsfreien Prüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie XI – XI gemäß 10; 12 zeigt eine auf ein flexibles Trägermaterial aufstrukturierte Spulenanordnung;
13 zeigt die Zusammensetzung eines Systems zum Betreiben der in 10 gezeigten zerstörungsfreien Prüfvorrichtung;
14a–14c zeigen jeweils die Änderung in der angelegten Spannung, die Änderungen in der Magnetflußdichte und die Änderung in der Ausgangsspannung (die Änderung in der Differenz der Magnetflußdichte), wenn die in 10 dargestellte zerstörungsfreie Prüfvorrichtung betrieben wird;
15 zeigt einen Zustand, wo mit Hilfe der in 10 dargestellten zerstörungsfreien Prüfvorrichtung ein statisches Magnetfeld angelegt ist;
16 zeigt ein auf der Basis von τ₁ bestimmtes analytisches Diagramm (Differentialkurve einer Näherungskurve zweiter Ordnung);
17 zeigt die Magnetflußdichte in bezug auf das angelegte Magnetfeld für eine jeweilige, einen Punktschweißbereich bildende Position;
18 zeigt zwei analytische Graphiken, die mit Hilfe eines zerstörungsfreien Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wurden;
19 zeigt ein Beispiel für Erfassungsergebnisse in einem Fall, wo zwei Spulenreihen einer zerstörungsfreien Prüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in kombinierter Weise betrieben werden;
20 zeigt ein Beispiel für den Querschnitt eines Punktschweißbereichs in einem Fall, in dem die Ergebnisse der in 19 gezeigten Erfassung erzielt werden;
21 zeigt ein weiteres Beispiel für Erfassungsergebnisse in einem Fall, in dem zwei Spulenreihen einer zerstörungsfreien Prüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in kombinierter Weise betrieben werden;
22 zeigt ein Beispiel für den Querschnitt eines Punktschweißbereichs in einem Fall, in dem die Ergebnisse der in 21 gezeigten Erfassung erzielt werden;
23 ist ein Schema, das eine Punktschweißung zeigt;
24 ist eine Querschnittsansicht eines Punktschweißbereichs in zwei durch Punktschweißung verbundenen Metallplatten;
25 zeigt eine herkömmliche zerstörungsfreie Prüfvorrichtung; und
26 zeigt einen Querschnitt längs der Linie XXVI-XXVI gemäß 25.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung und ein zerstörungsfreies Prüfverfahren unter Anwendung von im folgenden beschriebenen Prinzipien.
1 und 2 sind konzeptionelle Ansichten, welche die allgemeine Zusammensetzung einer Vorrichtung zur Ausführung einer zerstörungsfreien Prüfung mit Hilfe des Erzeugens und Abschaltens eines statischen Magnetfelds zeigt, und die auch die Funktionsweise dieser Vorrichtung zeigt. Die zerstörungsfreie Prüfvorrichtung umfaßt eine um einen Eisenkern 2 gewickelte Erregerspule 1, einen Ansteuerkreis 3 zum Ansteuern der Erregerspule 1 und eine Mehrzahl von Sensorspulen 4. In dem Ansteuerkreis 3 sind eine Gleichstromversorgung 3a, ein Schalter 3b und ein Widerstand 3c enthalten. Die Sensorspulen 4 sind Schleifenspulen. Bei der Ausführung der Prüfung ist diese Vorrichtung in der Nähe des Prüfobjekts positioniert. In 1 und 2 ist die Vorrichtung in der Nähe des Punktschweißbereichs eines durch Punktschweißen zweier Stahlplatten gebildeten Stahlplattenglieds 110 positioniert. Innerhalb dieses Punktschweißbereichs besteht ein Linsenbereich 102.
Wie in 1 gezeigt, wird ein statisches Magnetfeld F1 an den Punktschweißbereich angelegt, wenn der Schalter 3b eingeschaltet wird. Insbesondere wird, wenn der Schalter 3b eingeschaltet wird, ein von der Gleichstromversorgung 3a ausgegebene Spannung an die Erregerspule 1 angelegt, und in der Erregerspule 1 fließt ein Gleichstrom, wodurch ein statisches Magnetfeld F1 geschaffen wird, das die Erregerspule 1 umgibt. Ein Teil des statischen Magnetfelds F1 wird in dem Stahlplattenglied 110 gebildet. Die Stelle, an der das Magnetfeld in dem Stahlplattenglied 110 gebildet wird, mit anderen Worten die Stelle, durch die der Magnetfluß läuft, wird gemäß der Intensität des Magnetfelds magnetisiert. Um die Eignung oder Nichteignung des Schweißzustands in dem Punktschweißbereich entsprechend der Größe des Linsenbereichs 102 zu beurteilen, wird die zerstörungsfreie Prüfvorrichtung in einer solchen Weise positioniert, daß der Magnetfluß durch den Linsenbereich 102 läuft, wenn das Magnetfeld angelegt wird.
Wie in 2 gezeigt, wird das statische Magnetfeld F1 abgeschaltet, wenn der Schalter 3b ausgeschaltet wird. Insbesondere wird, wenn der Schalter 3b ausgeschaltet wird, der Gleichstrom abgeschaltet, der bis jetzt in der Erregerspule 1 geflossen ist, und deshalb wird auch das statische Magnetfeld F1 abgeschaltet. Da das statische Magnetfeld F1 abgeschaltet wird, trennen sich die Schleifen des Magnetflusses des statischen Magnetfelds F1 in eine geschlossene Schleife C1 des Magnetflusses in dem die Erregerspule 1 umgebenden Bereich und eine geschlossene Schleife C2 des Magnetflusses in dem das Stahlplattenglied 110 umgebenden Bereich. Die geschlossene Schleife C1 schwächt sich schnell ab und verschwindet. Dagegen verschwindet die geschlossene Schleife C2 nicht sofort, sondern schwächt sich eher auf Grund der aufrechterhaltenden Wirkung des Stahlplattenglieds 110, das ein magnetischer Körper ist, allmählich ab.
Im Verlaufe des Verschwindens der geschlossenen Schleife C1 erfassen die jeweiligen, in der Nähe der Oberfläche des Stahlplattenglieds 110 positionierten Sensorspulen 4 die Änderung im Magnetfluß. In einer idealen Situation nimmt die von den Sensorspulen 4 erfaßte Änderung im Magnetfluß stetig exponentiell ab, nachdem das statische Magnetfeld F1 abgeschaltet ist. In der Praxis jedoch weicht die Situation von diesem idealen Änderungszustand ab. Wie angenommen, wird diese Abweichung vom Übergangsstrom verursacht, der durch die Änderung in dem Magnetisierungszustand in dem Stahlplattenglied 110 im Verlaufe des Verschwindens der in dem Stahlplattenglied 110 angesammelten magnetischen Energie (des Restmagnetfeldes) in dem Stahlplattenglied 110 induziert wird. Deshalb kann das im folgenden beschriebene Modell als hypothetisch für die Änderung in dem Magnetfluß des Restmagnetfeldes nach dem Ausschalten des statischen Magnetfeldes betrachtet werden.
3 zeigt ein Modell des Verlaufs des Verschwindens des Restmagnetfeldes. In diesem Verlauf des Verschwindens in der in 3 dargestellten Weise wird die Dichte des durch eine der Sensorspulen 4 verlaufenden Magnetflusses Φ mit B bezeichnet. Weiterhin ist die Mehrzahl der durch die Änderung in der Magnetflußdichte B in dem Stahlplattenglied 110 induzierten Übergabgsströme mit In₁, In₂, In₃, ... bezeichnet, und die Induktionskoeffizienten bezüglich dieser induzierten Übergangsströme sind mit M₁, M₂, M₃, ... bezeichnet. Die durch die Änderung in der Magnetflußdichte B induzierten Übergangsströme In₁, In₂, In₃, ... gelten als unabhängig voneinander. Dabei können die Übergangsströme In₁, In₂, In₃, ... durch einen einzigen Übergangstrom i₂ ersetzt werden; der gemäß der Änderung in der Magnetflußdichte B von einem Induktionskoeffizienten M = ΣM_i (i = 1, 2, 3, ...) induziert wird. Deshalb kann der Verlauf des Verschwindens des durch eine beliebige Sensorspule 4 verlaufenden Magnetflusses Φ durch die Magnetflußdichte B und den auf Grund der Änderung in der Magnetflußdichte B von dem Induktionskoeffizienten M induzierten Übergangstrom i₂ ausgedrückt werden.
4 zeigt einen äquivalenten Schaltkreis gemäß 3. Dabei zeigt R₂ den elektrischen Widerstand bezüglich des Übergangstroms i₂, und L₂ zeigt die Induktivität bezüglich des Übergangstroms i₂.
5 ist ein Schaltbild, bei dem die geschlossene Schleife des Magnetflusses Φ in dem Stromlaufplan gemäß 4 (die geschlossene Schleife C2, die in 2 durch eine einzelne Sensorspule 4 hindurch läuft) durch einen äquivalenten Magnetschaltkreis ersetzt ist. Hier entspricht i₁ der Magnetflußdichte (B in 4). R₁ entspricht einer gegebenen Irreversibilität des Magnetflusses Φ. L₁ entspricht der Induktivität des Magnetkreises, die eine physikalische Größe ist, die direkt proportional dem Volumen des gesamten Magnetflußraums ist, der den Magnetfluß Φ aufrechterhält. Weiterhin entspricht in dem in 5 gezeigten Stromlaufplan der Induktionskoeffizient M der gegenseitigen Induktivität zwischen der Induktivität L₁ des Magnetschaltkreises und der Induktivität L₂ des Übergangstromkreises.
6 zeigt eine schematische Ansicht der geschlossenen Schleife C2 mit dem Magnetfluß Φ (der Magnetflußdichte B (= i₁)), der durch eine einzelne Sensorspule 4 läuft, nachdem das statische Magnetfeld F1 ausgeschaltet ist. Wie weiter oben beschrieben, schwächt sich nach dem Abschalten des statischen Magnetfeldes die magnetische Energie W, die sich beim Erezeugen des Magnetfeldes in dem Stahlplattenglied 110 angesammelt hat, allmählich ab, anstatt sofort zu verschwinden. Diese magnetische Energie W wird in dem Regelkreisraum des Magnetflusses Φ aufrechterhalten, und sie verschwindet allmählich gemäß der Irreversibilität des Magnetflusses Φ. Die magnetische Energie läßt sich allgemein mit der folgenden Gleichung (1) ausdrücken.
Dabei ist L ein Wert, der direkt proportional dem Volumen des Raums, in dem ein Magnetfluß mit der Magnetflußdichte i₁ aufrechterhalten wird, mit anderen Worten, dem Volumen des Raums ist, in dem die magnetische Energie aufrechterhalten wird. Dagegen ist Gleichung (1) die gleiche wie die Gleichung, welche die Energie ausdrückt, die sich ansammelt, wenn ein Strom von i₁ in einer Spule mit der Induktivität L fließt. Deshalb ist zu sehen, daß die Induktivität L1 in dem in 5 gezeigten Stromlaufplan direkt proportional dem Volumen des Gesamtraums ist, in dem der Magnetfluß aufrechterhalten wird.
Der in 5 gezeigte äquivalente Schaltkreis kann durch Gleichung (2) dargestellt werden.
Wenn die in Gleichung (2) angegebenen gleichzeitigen Differentialgleichungen für i₁ und i₂ gelöst werden, dann erhält man die folgenden Gleichungen (3a) und (3b) als jeweilige Gleichungen. i1 = A1 exp{–(α – γ)t} – A2 exp{–(α + γ)t} (3a) i2 = A3 exp{–(α – γ)t} – A4 exp{–(α + γ}t} (3b)
Dabei werden die jeweiligen Konstanten in Gleichung (3a) und Gleichung (3b) für die Ausgangsbedingungen bestimmt, wobei die Magnetflußdichte i₁ (= B) zu der Zeit, zu der das statische Magnetfeld F1 ausgeschaltet ist (t = 0), als B0 angenommen wird. In diesem Fall erhält man unter der Annahme, daß der Induktionskoeffizient M niedrig ist und der durch die Änderung in der Magnetflußdichte i₁ induzierte Übergangsstrom i₂ klein ist, mit anderen Worten, L1·L2 >> M·M, dann die folgenden Ergebnisse:

A2 ≈ 0 (4d) A3 ≈ 0 (4e) A4 ≈ 0 (4f)
Wenn Gleichung (4a) und Gleichung (4b) in Gleichung (3a) eingesetzt werden und i₁ durch B ersetzt wird, dann erhält man Gleichung (5). B = A1 exp(–t/τ1) – A2 exp(–t/τ2) (5)
Gleichung (5) zeigt die Übergangsänderung in der Magnetflußdichte B des durch die Sensorspule 4 laufenden Magnetflusses Φ an. Dabei kann man unter Berücksichtigung von Gleichung (4d) das zweite Glied auf der rechten Seite von Gleichung (5) ignorieren. Deshalb kann die Änderung in der Magnetflußdichte B des Magnetflusses Φ, der die in 6 gezeigte geschlossene Schleife C2 bildet, nur dem ersten Glied auf der rechten Seite von Gleichung (5) angenähert werden. 7a zeigt die Übergangsänderung in der Magnetflußdichte B an, die nur durch das erste Glied auf der rechten Seite von Gleichung (5) gegeben ist, nach dem Zeitpunkt, zu dem das Magnetfeld abgeschaltet wird (t = 0). Der Wert der Magnetflußdichte vor t = 0 zeigt die Magnetflußdichte B₀ an, wenn das statische Magnetfeld angelegt wird. Dagegen ist die Übergangsspannung, die tatsächlich im Verlaufe des Verschwindens des Magnetfeldes von einer Sensorspule 4 erfaßt wird, gleich der Frequenz der Änderung der Magnetflußdichte B in der Zeit, mit anderen Worten, gleich der differentiellen Magnetflußdichte dB/dt, multipliziert mit der Querschnittsfläche des durch die Sensorspule 4 laufenden Magnetflusses. Deshalb kann man durch Differenzieren beider Seiten der Gleichung (5) nach der Zeit Gleichung (6) herleiten, mit anderen Worten, eine Gleichung für die differentielle Magnetflußdichte.
7b zeigt die Übergangsänderung in der durch Gleichung (6) erhaltenen differentiellen Magnetflußdichte. Diese Wellenform stimmt bekanntlich annähernd mit der Wellenform überein, die man erhält, wenn tatsächliche Messungen unter Verwendung einer Sensorspule 4 als magnetischer Sensor vorgenommen werden. Deshalb kann behauptet werden, daß das gemäß 3 bis 6 beschriebene Modell eine genaue Widerspiegelung des Verlaufs des Verschwindens des Restmagnetfeldes ist. Mit anderen Worten, Gleichung (5) stellt die Änderung in der Magnetflußdichte B des durch die Sensorspule 4 laufenden Magnetflusses Φ dar, und Gleichung (6) stellt die differentielle Änderung der Magnetflußdichte dB/dt dar.
Hier ist zu sehen, daß der Ausdruck τ₁ in dem ersten Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6) gleich L₁/R₁ ist, wie aus Gleichung (4a) entnommen werden kann, und er deshalb gleichwertig der Zeitkonstante des in 5 gezeigten Magnetkreises der Magnetflußdichte i₁ (= B) ist. Folglich stellt das erste Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6) ideale, stetige Dämpfungsparameter dar, bei denen die Magnetflußdichte B des Magnetflusses in der Nähe des Stahlplattengliedes 110 exponentiell abnimmt, nachdem das statische Magnetfeld F1 abgeschaltet wurde, und es mit anderen Worten die idealen Dämpfungsparameter der magnetischen Energie darstellt. Dabei wird vorausgesetzt, daß die in dem ersten Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6) ent haltene Zeitkonstante τ₁ als „Hauptzeitkonstante" bezeichnet wird. 7c zeigt die durch den ersten Ausdruck auf der rechten Seite von Gleichung (6) ausgedrückten Dämpfungsparameter der magnetischen Energie (die geschlossene Schleife C2 des Magnetflusses Φ).
Um die Zeitkonstante τ₁ zu bestimmen, erhält man zuerst Gleichung (7), indem an den Logarithmus jeder Seite von f₁(t) nimmt, der durch das erste Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6) ausgedrückt wird. Wenn Gleichung (7) auf einem Diagramm aufgetragen wird, erhält man eine Gerade des Gradienten 1/τ₁. Deshalb läßt sich τ₁ aus dem Gradienten des Diagramms bestimmen.
In der beschriebenen Weise kann man die Zeitkonstante der Übergangsänderung in der differentiellen Magnetflußdichte des Restmagnetfeldes bestimmen, das verschwindet, wenn das statische Magnetfeld abgeschaltet ist. Experimentell wurde bestätigt, daß in einem Punktschweißbereich eine Änderung mit einer Zeitkonstanten τ₁ in dem Linsenbereich, in dem durch das vorübergehende Schmelzen des Metalls eine Änderung der Metallzusammensetzung hervorgerufen wird, und in dem Bereich außerhalb dieses Linsenbereichs eintritt, der keine Änderung in der Metallzusammensetzung erfährt. Deshalb kann man durch Messung und Analyse der Verteilung der Zeitkonstanten τ₁ in dem Punktschweißbereich Informationen bezüglich der Form und der Abmessungen des Bereichs erhalten, in dem sich die Metallzusammensetzung wie in dem Linsenbereich geändert hat.
Da dagegen der Ausdruck τ₂ des zweiten Glieds auf der rechten Seite von Gleichung (6) gleich L₂/R₂ ist, wie aus Gleichung (4b) ersehen werden kann, entspricht er der Zeitkonstante des äquivalenten Schaltkreises i₂, der in 5 gezeigt ist. Deshalb stellt das zweite Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6) die Dämpfungsparameter beim Verschwinden des Übergangstroms dar. 7d zeigt diese Dämpfungsparameter beim Verschwinden des Übergangstroms, ausgedrückt durch das zweite Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6). Dabei wird angenommen, daß der Ausdruck τ₂, der die Zeitkonstante in dem zweiten Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6) dar stellt, als „sekundäre Zeitkonstante" bekannt ist. Das Verfahren zur Bestimmung von τ₂ ist das gleiche, das oben mit bezug auf τ₁ beschrieben wurde. R₂ ist der Widerstand bezüglich des Übergangstroms, er entspricht mit anderen Worten dem elektrischen Widerstand des Materials an der Stelle, durch die der Übergangsstrom fließt. Weiterhin entspricht L₂ dem Volumen des von dem Übergangstrom magnetisierten Raums. Wie in 6 gezeigt ist, kann dann, wenn die Oberfläche, durch die der Magnetfluß hindurch läuft, als ds angenommen wird, die Länge des magnetisierten Bereiches in dem Stahlplattenglied 110 in der folgenden Gleichung (8) durch L₂ ausgedrückt werden. L1 ∝ ∫dv = l·ds (8)
Aus Gleichung (4b) und Gleichung (8) ist zu ersehen, daß die Zeitkonstante τ₂ der Dämpfungsparameter beim Verschwinden des Übergangstroms direkt proportional der Länge der von dem des Übergangstroms erzeugten magnetischen Bahn ist, mit anderen Worten, der durch die Stahlplatte laufenden magnetischen Bahn ist, wie im folgenden in Gleichung (9) dargestellt wird. τ2 ∝ l (9)
Deshalb läßt sich die Änderung in der Länge der magnetischen Bahn 1 des hindurchlaufenden Magnetflusses in der Nähe des Punktschweißbereichs als Änderung in der Zeitkonstanten τ₂ der Dämpfungsparameter in dem zweiten Glied auf der rechten Seite von Gleichung (6) erfassen.
8 zeigt die Nähe des Endbereichs eines Verbindungsbereichs 104 des Punktschweißbereichs während des Erzeugens des statischen Magnetfeldes. 8 zeigt einen Fall, wo eine größere Anzahl von Sensorspulen 4 in einer linearen Anordnung angeordnet ist, im Vergleich zu 1 und 2. Wenn das statische Magnetfeld angelegt ist, nimmt der Magnetfluß des statischen Magnetfeldes F1 in der Nähe der Grenze P zwischen dem Verbindungsbereich 104 und dem Spaltbereich 106 die in 8 gezeigte Form an. In diesem Fall besteht in der Nähe des Endbereichs des Verbin dungsbereichs 104 eine Stelle, wo sich die Bahn des Magnetflusses sehr stark in die linke und die rechte Richtung teilt. Beispielsweise läuft in 8 die Magnetflußlinie A über den Spaltbereich 106 zwischen den Stahlplattenglieden 110, die Magnetflußlinie B läuft jedoch durch den Verbindungsbereich 104 und dann zur Unterseite des Spaltbereichs 106. Die Magnetflußlinien trennen sich auf diese Weise, da die Grenze P zwischen dem Verbindungsbereich 104 und dem Spaltbereich 106 vorhanden ist. Diese Differenz in der magnetischen Bahn, wenn ein statisches Magnetfeld angelegt ist, spiegelt sich auch in dem Restmagnetfeld wider, nachdem das statische Magnetfeld abgeschaltet ist. Deshalb läßt sich, wenn die Position festgestellt werden kann, an der die Bahn des das Restmagnetfeld bildenden Magnetflusses plötzlich ändert, die Position des Endes des Verbindungsbereichs 104 einschätzen. Dabei erscheint die Differenz zwischen A und B als Differenz in der Länge der Magnetflußbahn, mit anderen Worten, in der Länge der magnetischen Bahn.
9 zeigt, wie sich die Verteilung der Zeitkonstanten τ₂ in den Dämpfungsparametern für das Verschwinden des Übergangstroms in bezug auf die Position der Sensorspule 4 ändert. Wenn eine Mehrzahl von Sensorspulen 4 in der Nähe des Punktschweißbereichs des Stahlplattengliedes 110 angeordnet ist und die Zeitkonstante τ₂ an der Position jeder Sensorsule 4 gemessen wird, dann läßt sich der Punkt der plötzlichen Änderung in der Zeitkonstante nach der Darstellung in 9, mit anderen Worten der Punkt der plötzlichen Änderung in der Länge der magnetischen Bahn, finden. Auf der Basis dieses Punktes der plötzlichen Änderung läßt sich das Ende des Verbindungsbereichs 104 in der in 24 dargestellten Weise einschätzen, und infolgedessen läßt sich die Verbindungslänge L3 in dem Punktschweißbereich herleiten.
10 zeigt eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung X1 gemäß der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie XI-XI gemäß 10. Die zerstörungsfreie Prüfvorrichtung X1 ist als Vorrichtung ausgebildet, mit der die oben beschriebenen Prinzipien angewandt werden, bei denen ein statisches Magnetfeld angelegt und ausgeschaltet wird. Die zerstörungsfreie Prüfvorrichtung X1 umfaßt einen Erregerpol 10, eine um diesen gewickelte Erregerspule 20, einen den Erregerpol 10 und den Rückführungspol 30 verbindenden Verbindungsbereich 40 und eine in der Nähe der Erregerbereichs 10 angeordnete Spulenanordnung 50.
Der Erregerpol 10 ist ein Eisenkern zur Erhöhung der Magnetflußdichte des durch den Durchlauf des Stroms in der Erregerspule 20 induzierten Magnetfeldes, und er ist mit Hilfe des Verbindungsbereichs 40 einstückig mit dem Rückführungspol 30 ausgebildet. Der Erregerpol 10 besitzt eine den Magnetfluß erregende Fläche 11 am vorderen Ende desselben. Die Breite L7 des Rumpfbereichs des Erregerpols 10 ist die gleiche wie die Breite L8 der den Magnetfluß erregenden Fläche 11. Bei der vorliegenden Ausführungsform betragen die Breite L7 und die Breite L8 3,0 bis 5,0 mm. Die Breite L9 des Rumpfbereichs des Rückführungspols 30 ist die gleiche wie die Breite L7 des Rumpfbereichs des Erregerpols 10 und beträgt deshalb zwischen 3,0 und 5,0 mm. Der Rückführungspol 30 weist eine Rückführungsfläche 31 am vorderen Ende desselben auf. Der von der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 des Erregerpols 10 erregte Magnetfluß wird an der Rückführungsfläche 31 zurückgeführt. Die Rückführungsfläche 31 weist eine ähnliche Form wie die den Magnetfluß erregende Fläche 11 des Erregerpols 10 auf. Der Trennabstand L10 zwischen der Rückführungsfläche 31 und der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 ist kürzer als beim Stand der Technik, und er beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform 1,0 bis 2,0 mm.
Die Spulenanordnung 50 umfaßt eine Mehrzahl von (annähernd in 10 und 11 gezeigten) Schleifenspulen und erfaßt die Änderung der Magnetisierung in der Nähe des Prüfobjekts während des Erzeugens eines statischen Magnetfeldes und nach dem Abschalten des Magnetfeldes, und gibt diese Differenz in Form einer Spannung aus. Die jeweiligen Schleifenspulen bestehen aus einem leitfähigen Material, beispielsweise Kupfer oder dergleichen, und sind auf einen flexiblen Trägermaterial 55 aufstrukturiert. Die Spulenanordnung 50 ist in einem (durch die diagonale Schraffur angezeigten) Spulenanordnungsbildungsbereich 55a auf dem flexiblen Trägermaterial 55 ausgebildet.
Das flexible Trägermaterial 55 ist in einer solchen Weise angeordnet, daß der Spulenanordnungsbildungsbereich 55a der den Magnetfluß erregenden Fläche gegenüberliegt. 12 zeigt eine Spulenanordnung 50, die durch Aufstrukturieren auf ein fle xibles Trägermaterial 55 ausgebildet ist. Die Spulenanordnung 50 besteht aus einer ersten Spulenreihe 51, bei der 16 Schleifenspulen 51a, die magnetische Sensoren bilden, in einer Reihe angeordnet sind, und eine zweite Spulenreihe 52, bei der weitere 16 Schleifenspulen 52a, die magnetische Sensoren bilden, in ähnlicher Weise in einer Reihe angeordnet sind. Wie in 10 und 11 dargestellt, wird die in dem Spulenanordnungsbildungsbereich 55a gebildete Spulenanordnung 50 in einem vorgeschriebenen Abstand von der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 direkt unterhalb der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 gehalten, und die erste und die zweite Spulenreihe 51, 52 sind in einer solchen Weise angeordnet, daß sie sich in der Längsrichtung der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 erstrecken. Weiterhin ist die Spulenanordnung 50 derart angeordnet, daß sie zu dem Rückführungspol 30 hin in bezug auf die den Magnetfluß erregenden Fläche 11 versetzt ist. Insbesondere ist die Spulenanordnung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung derart angeordnet, daß sie einem Bereich von der Mitte a₁ der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 in der Breitenrichtung derselben zu dem Randbereich a₂ der Seite derselben gegenüberliegt, die am nächsten zu dem Rückführungspol 30 liegt.
13 zeigt die Zusammensetzung eines Systems zur Betätigung der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1. Dieses System umfaßt einen Sensorbetätigungsbereich 60, einen Steuerungsbereich 70 und einen Datenverarbeitungsbereich 80.
Der Sensorbetätigungsbereich 60 umfaßt einen Sensorausgangsschaltbereich 61 und einen Pufferverstärker 62. Der Sensorausgangsschaltbereich 61 ist ein Schaltkreis zum Auswählen nur eines Ausgangs aus den entsprechenden Ausgängen der Mehrzahl der Spulenanordnung 50 bildenden Schleifenspulen 51a, 52a und zur Ausgabe desselben zu dem Pufferverstärker 62. Der Sensorausgangsschaltbereich 61 wählt die Ausgänge der jeweiligen Schleifenspulen 51a, 52a nacheinander und gibt diese gemäß einem Sensorausgangsschaltsignal 51 von 4 Bit zu dem Pufferverstärker 62 aus. Der Pufferverstärker 62 ist ein Pufferschaltkreis zum Ausgeben des Ausgangssignals von dem Sensorausgangsschaltbereich 61 zu dem Steuerungsbereich 70 in Form eines Erfassungsignals S2.
Der Steuerungsbereich 70 wird von einem Steuerkreis gebildet, der über einen gewöhnlichen Bus 78 mit dem Datenverarbeitungsbereich 80 verbunden ist, und er umfaßt einen Sensorsteuerungsbereich 70a und einen Signalverarbeitungsbereich 70b. Der Sensorsteuerungsbereich 70a umfaßt einen Erregungssteuerungsbereich 71 und einen Sensorausgangssteuerbereich 72. Der Signalverarbeitungsbereich 70b umfaßt einen Wellenformeinstellbereich 73, einen A/D-Wandler 74, einen Dual-Port-Speicher 75, eine A/D-Steuereinheit 74a und eine Speichersteuereinheit 75a. Der Steuerungsbereich 70 ist auf einem Steuerungsträgermaterial ausgebildet, das mit einem gewöhnlichen Einschub eines Computers verbunden ist.
Der Erregungssteuerungsbereich 71 des Sensorsteuerungsbereichs 70a gibt ein Ansteuersignal S3 zu der Erregerspule 20 aus, um ein statisches Magnetfeld mit einer vorgeschriebenen Intensität zu erzeugen oder abzuschalten. Mit anderen Worten, der Erregungssteuerungsbereich 71 legt eine vorgeschriebene Spannung an die Erregerspule 20 an und schaltet sie ab. Der Sensorausgangssteuerbereich 72 gibt ein Sensorausgangsschaltsignal S1 von 4 Bit aus, um nacheinander den Ausgang aus der Mehrzahl von in der Spulenanordnung 50 enthaltenen Schleifenspulen 51a, 52a zu dem Sensorausgangsschaltbereich 61 auszuwählen.
Die Wellenformeinstellbereich 73 des Signalverarbeitungsbereichs 70b stellt das Erfassungsungssignal S2 von dem Pufferverstärker 62 gemäß der Eingangsspezifikation des A/D-Wandlers 74 ein. Der A/D-Wandler 74 wandelt das Eingangserfassungsungssignal von analog in digital um. Der Dual-Port-Speicher 75 speichert die digitalen Daten nach der A/D-Umwandlung. Die ND-Steuereinheit 74 steuert die Zeitgabe des A/D-Wandlers 74. Die Speichersteuereinheit 75a steuert die Vorgänge des Einschreibens in und Auslesens von dem Dual-Port-Speicher 75.
Wenn das Prüfobjekt eine Stahlplatte ist, dann treten die Wirkungen des Wirbelstromverlustes nach annähernd 10 μs oder weniger nach dem Abschalten des statischen Magnetfeldes merklich in den Übergangsänderungsparametern des Erfassungssignals S2 auf (wobei der Mittelwert annähernd 3 bis 6 μs beträgt). Unter Berücksichtigung dessen und der Genauigkeit der Datenverarbeitung ist es erwünscht, daß der A/D- Wandler 74 eine Umwandlungsgeschwindigkeit von 4 Msps oder mehr und eine Umwandlungsgenauigkeit von 12 Bit oder mehr besitzt.
Der Datenverarbeitungsbereich 80 ist mit Hilfe eines herkömmlichen Computers mit einer nicht dargestellten CPU und einem Hauptspeicher ausgeführt. In dem Datenverarbeitungsbereich 80 wird der Linsendurchmesser des Punktschweißbereichs durch Verarbeitung der Erfassungsdaten festgestellt, die von dem Sensorbetätigungsbereich 60 ausgegeben und von dem Signalverarbeitungsbereich 70b verarbeitet werden. Der Datenverarbeitungsbereich 80 umfaßt einen Monitor zum Anzeigen verschiedener Meßwellenformen und Meßdatentabellen. Die verschiedenen Arten der im folgenden beschriebenen Datenverarbeitung kommen dadurch zustande, daß eine CPU in dem Datenverarbeitungsbereich 80 ein Computerprogramm ausführt, das in einem Hauptspeicher (Speichermedium) gespeichert ist.
Als nächstes wird ein Beispiel für eine Prüfung, die mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 vorgenommen werden kann, an Hand von 13 und von 14a bis 14c beschrieben.
Zuerst werden das Erzeugen und das Abschalten des statischen Magnetfeldes beschrieben. Wie oben beschrieben, werden das Erzeugen und das Abschalten des statischen Magnetfeldes auf der Basis der Erregerspule 20 durch Ausgabe eines Ansteuerungssignals S3 aus dem in 13 dargestellten Erregungssteuerungsbereich 71 gesteuert. Wenn das statische Magnetfeld angelegt wird, wird zuerst das Ansteuerungssignal S3 über den Zeitraum T1 in der in 14a gezeigten Weise auf ein Hochspannungssignal V1 eingestellt, um schnell ein statisches Magnetfeld zu generieren. Danach wird das Ansteuerungssignal S3, um eine stabile Magnetflußdichte in dem Meßobjekt aufrechtzuerhalten, über den notwendigen Zeitraum T2 auf ein Niedrigspannungsignal V2 eingestellt. Danach wird, um das statische Magnetfeld abzuschalten, das Ansteuerungssignal S3 über einen Abschaltzeitraum T3 abgeschaltet. Wenn das Prüfobjekt eine Stahlplatte ist, dann sollte der notwendige Abschaltzeitraum T3 beispielsweise annähernd 3 bis 6 μs betragen. 14b zeigt die Änderung in die Zeit für die Magnetflußdichte des statischen Magnetfeldes, das von dem Ansteuerungssignal S3, mit anderen Worten durch das Anlegen einer Spannung, geschaffen wird.
Als nächstes wird der Vorgang des Messens der Änderung in der Magnetisierung beschrieben. Im Verlaufe des Generierens und des Abschaltens des statischen Magnetfeldes mißt die Spulenanordnung 50 der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 die Änderungen im Magnetfluß in der Nähe des Prüfobjekts. Zuerst gibt der Sensorausgangssteuerbereich 72 ein Sensorausgangsschaltsignal S1 aus und wählt dadurch eine Gruppe von Schleifenspulen 51a, 52a in der Spulenanordnung 50 aus. Danach wird das statische Magnetfeld in der oben beschriebenen Weise angelegt und dann abgeschaltet, und es wird die Ausgangsspannung aus der ausgewählten Gruppe von Schleifenspulen 51a, 52a erfaßt. 14c zeigt die Änderung in der mithin von einer der Schleifenspulen erhaltenen Ausgabe. Diese Änderung in der Ausgangsspannung entspricht der Änderung im Zeitdifferential der Magnetflußdichte. Diesen Ausgang verarbeitet der Signalverarbeitungsbereich 70b als Erfassungssignal S2. Diese Messung der Änderung der Magnetflußdichte erfolgt nacheinander für sämtliche Schleifenspulen 51a, 52a. In dem Signalverarbeitungsbereich 70b wird das Erfassungssignal S2 von dem A/D-Wandler 74 mit einer Umwandlungsgeschwindigkeit von 4 Msps in digitale Daten von 12 Bit umgewandelt und wird in dem Dual-Port-Speicher 75 gespeichert.
Auf diese Weise werden Meßdaten für jede der Schleifenspulen 51a, 52a erhalten, worauf der in 13 dargestellte Datenverarbeitungsbereich 80 die Erfassungsdaten von den jeweiligen Schleifenspulen 51a, 52a, die in dem Dual-Port-Speicher 75 gespeichert sind, verarbeitet und die Daten bestimmt, die zur Erkennung des Linsendurchmessers und dergleichen benötigt werden.
15 stellt den vorgenannten Meßvorgang in einem Zustand dar, wo ein statisches Magnetfeld F2 mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 an den Punktschweißbereich angelegt ist. Bei der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist die auf den Spulenanordnungsbildungsbereich 55a des flexiblen Trägermaterials 55 aufstrukturierte Spulenanordnung 50 in einer solchen Weise angeordnet, daß sie zu dem Rückführungspol 30 hin in bezug auf die den Magnetfluß erregende Fläche 11 des Erregerpols 10 versetzt ist. Insbesondere ist die Spulenanordnung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Position gegenüber einem Bereich von der Mitte a₁ der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 in der Breite bis zu dem Randbereich a₂ an der Seite derselben angeordnet, die am nächsten zu dem Rückführungspol 30 liegt. Der von der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 erregte Magnetfluß teilt sich in eine Komponente, die in Richtung zu dem Rückführungspol 30 läuft, mit anderen Worten, in eine Komponente, die durch den Linsenbereich 102 in dem Punktschweißbereich und die Umgebung desselben läuft, und in eine Komponente, die in Gegenrichtung läuft, aber da die Spulenanordnung 50 in einer Position angeordnet ist, die zu dem Rückführungspol 30 hin in bezug auf die den Magnetfluß erregende Fläche 11 versetzt ist, kann die Spulenanordnung 50 die Änderung in dem durch den Linenbereich 102 laufenden Magnetfluß in befriedigender Weise verfolgen. Folglich verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis, und es lassen sich sehr sichere Prüfergebnisse erhalten.
Weiterhin ist bei der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 die Breite L8 der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 die gleiche wie die Breite L7 des Rumpfbereichs des Erregerpols 10 und beträgt etwa 3,0 bis 5,0 mm. Deshalb wird der Magnetfluß, wenn das statische Magnetfeld angelegt wird, von einer den Magnetfluß erregenden Fläche 11 mit einer größeren Oberfäche als nach dem Stand der Technik erregt, und folglich läßt sich das Prüfobjekt befriedigend magnetisieren.
Weiterhin besitzen bei der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 die den Magnetfluß erregende Fläche 11 des Erregerpols 10 und die Rückführungsfläche 31 des Rückführungspols 30 die gleiche Form und deshalb die gleiche Oberfläche. Folglich ist die Magnetflußdichte des von der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 erregten gesamten Magnetflusses annähernd die gleiche wie die Magnetflußdichte des an der Rückführungsfläche 31 zurückgeführten gesamten Magnetflusses, und daher läßt sich ein stabiles statisches Magnetfeld F2 ausbilden.
Weiterhin ist bei der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 der Trennabstand L10 zwischen der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 und der Regenierierungsfläche 31 kürzer als nach dem Stand der Technik und beträgt etwa 1,0 bis 2,0 mm. Deshalb ist dann, wenn das statische Magnetfeld abgeschaltet wird, die Strecke, die von dem durch den anderen Bereich als den Linsenbereich 102 laufenden Restmagnetfeld zu durchlaufen ist, kürzer als nach dem Stand der Technik, und daher wird im Verlaufe des Ver schwindens des Restmagnetfeldes wahrscheinlich kein Rauschen auftreten. Deshalb lassen sich Informationen bezüglich des Linsenbereichs 102 erhalten, die vom Standpunkt der Genauigkeit und des Signal-Rausch-Verhältnisses befriedigend sind.
Weiterhin besteht bei der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 die Spulenanordnung 50 aus zwei Spulenreihen 51, 52, die in Breitenrichtung der den Magnetfluß erregenden Fläche 11 ausgerichtet sind. Deshalb kann in der in 15 gezeigten Weise die Änderung in der Magnetisierung über einen weiteren Bereich in der Tiefenrichtung des Prüfobjekts und mit einer höheren Auflösung erfaßt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Bestimmung des Linsendurchmessers mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 beschrieben. Zuerst wird eine Gesamtzahl von 16 Werten für τ₁ für die Position jeder Schleifenspule auf der Basis der Erfassungssignale S2 von sämtlichen Schleifenspulen 51a, die in der ersten Spulenreihe 51 enthalten sind, oder von sämtlichen Schleifenspulen 52a bestimmt, die in der zweiten Spulenreihe 51 enthalten sind. Wenn die Spulenposition auf der horizontalen Achse und die Zeitkonstante τ₁ auf der vertikalen Achse aufgetragen werden, dann werden die Änderungsdaten für die Zeitkonstante τ₁, die jeder Schleifenspulenposition entsprechen, durch eine stufenförmige Funktion dargestellt. Die Näherungskurve f(x) für diese Stufenfunktion wird durch Verwendung der Methode des kleinsten Quadrats gefunden. In diesem Fall wird in Anbetracht der Näherungsgenauigkeit der Näherungskurve vorzugsweise eine Näherungsgleichung sechster oder höherer Ordnung verwendet. Die Gleichung ist jedoch nicht darauf beschränkt, daß sie eine Näherungsgleichung sechster oder höherer Ordnung ist, und gemäß der genäherten Wellenformgestalt kann eine Gleichung fünfter oder niedrigerer Ordnung verwendet werden. Da der Punkt der plötzlichen Änderung in τ₁ durch einen Drehungspunkt in der Näherungskurve f(x) dargestellt wird, lassen sich das Differential f'(x) erster Ordnung und das Differential f''(x) zweiter Ordnung für die Näherungskurve bestimmen. 16 zeigt ein Beispiel für das Differential f''(x) zweiter Ordnung, mit anderen Worten ein analytisches Diagramm. Es werden die Lösungen für f''(x) = 0 bestimmt, die bei Einsetzung in f'(x) Maximal- und Minimalpunkte erzeugen, und zwar β1 und β2. Die Positionen von β1 und β2 sind die Positionen, an denen sich τ₁ auf Grund der Wirkungen der Änderung in der Metallzusammen setzung in dem Linsenbereich plötzlich ändert. Deshalb läßt sich der Linsendurchmesser L2 aus der folgenden Gleichung (10) ermitteln. In ähnlicher Weise wie bei der vorstehenden Beschreibung läßt sich der Verbindungsdurchmesser L3 aus den Änderungsdaten der Zeitkonstanten τ₂ bezüglich der jeweiligen Schleifenspulenpositionen ermitteln, und die Vertiefungslänge L1 läßt sich aus den Änderungsdaten für die Dichte des statischen Magnetfeldes bestimmen, wenn das statische Magnetfeld angelegt wird. L2 = |β1 – β2| (1)
Als nächstes wird ein weiteres Verfahren zur Bestimmung des Linsendurchmessers mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 beschrieben. Das Differential f''(x) zweiter Ordnung für die Näherungskurve f(x), das aus der Reihe von τ₁-Daten erhalten wird, die der in einer einzelnen Reihe enthaltenen Schleifenspulenposition entspricht, weist die in 16 dargestellte Form auf, wie weiter oben beschrieben. Dagegen wird auf der Basis des Experimentierens festgestellt, daß eine allgemeine Beziehung besteht, wie sie annähernd durch das in 17 gezeigte Diagramm dargestellt ist, welche die Magnetisierungskraft oder das Magnetfeld H zwischen dem Linsenbereich 102, dem druckverbundenen Bereich 103 und dem Originalmaterial 105 sowie die von diesem Magnetfeld erzeugten Magnetflußdichte B verbindet. Das Verhältnis dB/dH, mit anderen Worten der Gradient des Diagramms gemäß 17, entspricht der magnetischen Permeabilität μ. In der graphischen Darstellung gemäß 17 erfolgt praktisch keine Änderung in der magnetischen Permeabilität μ des Linsenbereichs 102 zwischen dem Magnetfeld H1 und dem Magnetfeld H2. Jedoch wird die magnetische Permeabilität μ des druckverbundenen Bereichs 103 und dem Originalmaterial 105 größer, wenn sich das Magnetfeld H1 auf H2 vergrößert. Der Wert von τ₁ ist direkt proportional zu der Induktivität L₁ gemäß den oben beschriebenen Meßprinzipien, und da L₁ direkt proportional zu der magnetischen Permeabilität μ des Bereiches ist, durch den L₁ läuft, folgt daraus, daß τ₁ ebenfalls proportional der magnetischen Permeabilität μ ist. Deshalb ist die Änderungsfrequenz von τ₁ die gleiche wie die Änderungsfrequenz der magneti schen Permeabilität und daher entspricht die Erfassung der Verteilungsfunktion für τ₁ der Erfassung der Verteilungsfunktion für die magnetische Permeabilität μ.
Deshalb werden durch geeignete Einstellung der Spannung der Stromversorgung in einem Fall, wo ein Magnetfeld H1 angelegt wird, und einem Fall, wo ein Magnetfeld H2 angelegt wird, mit Hilfe der ersten Spulenreihe 51 oder der zweiten Spulenreihe 52 der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 zwei Gruppen von Messungen ausgeführt. H1 und H2 sind Magnetfelder, die ähnlich wie bei den Kurven gemäß 17 kaum eine Änderung in der magnetischen Permeabilität μ des Linsenbereichs 102 hervorbringen. Wenn die auf den jeweiligen Magnetfeldern H1, H2 basierenden beiden analytischen Graphiken für τ₁ (und zwar die Differentialkurven zweiter Ordnung für die Näherungskurven für τ₁) bestimmt werden, dann gibt es in der in 18 gezeigten Weise einen Bereich β3–β4, wo sich diese zwei Kurven überlappen oder zueinander parallel sind. Die horizontale Achse der graphischen Darstellung gemäß 18 zeigt eine Position, die anders als die gemäß 16 ist. Die beiden analytischen Graphiken gemäß 18 zeigen, daß keine sehr große Änderung in der magnetischen Permeabilität vorliegt, selbst wenn eine Änderung in dem Magnetfeld in dem Bereich β3–β4 des Punktschweißbereichs vorliegt. Die übrigen Bereiche zeigen auf Grund der Änderung im Magnetfeld eine starke Änderung in der magnetischen Permeabilität, Mit anderen Worten, bei gleicher Tiefe von der Oberfläche des Prüfobjekts ausgehend, entspricht der Bereich β3–β4 dem Linsenbereich 102, und die anderen Bereiche entsprechen dem druckverbundenen Bereich 103 und dem Originalmaterial 105. Es wurde experimentell bestätigt, daß der Linsendurchmesser genauer hergeleitet werden kann, wenn der Abstand zwischen β3 und β4 als Linsendurchmesser genommen wird, anstatt den Linsendurchmesser L2 aus einer einzelnen analytischen Graphik herzuleiten. Deshalb wird es gemäß einem Verfahren dieser Art möglich, eine sehr sichere Prüfung bezüglich der Eignung oder Nichteignung des geschweißten Zustands eines Punktschweißbereichs auszuführen.
Wenn jede der vorerwähnten Meßverfahren für den Linsendurchmesser gleichzeitig mit Hilfe der zwei jeweiligen Spulen 51, 52 ausgeführt wird, läßt sich eine größere Menge an Informationen bezüglich des Linsenbereichs 102 erzeugen.
19 zeigt zwei analytische Graphiken (Differentialkurven zweiter Ordnung der Näherungskurven), die für eine Reihe von Messungen von τ₁ aus den jeweiligen Spulenreihen 51, 52 in einem Fall erhalten wurden, wo der Linsenbereich 102 in seiner Größe dick ist, wie beispielsweise in 20 dargestellt. Die Graphik G1 wird aus der mit Hilfe der ersten Spulenreihe 51 erfolgten Erfassung erhalten, und die Graphik G2 wird aus der mit Hilfe der zweiten Spulenreihe 52 erfolgten Erfassung erhalten. Die Dimension bezüglich des Linsenbereichs 102, die auf der Basis von Graphik G1 hergeleitet ist, wird als La₁ angenommen, und die Dimension bezüglich des Linsenbereichs 102, die auf der Basis von Graphik G2 hergeleitet ist, wird als Lb₁ angenommen. Dagegen zeigt 21 zwei analytische Graphiken (Differentialkurven zweiter Ordnung der Näherungskurven), die für eine Reihe von Messungen von τ₁ aus den jeweiligen Spulenreihen 51, 52 in einem Fall erhalten wurden, bei dem der Linsenbereich 102 in seiner Größe dünn ist, wie es beispielsweise in 22 dargestellt ist. Die Graphik G1' wird aus der mit Hilfe der ersten Spulenreihe 51 erfolgten Erfassung erhalten, und die Graphik G2' wird aus der mit Hilfe der zweiten Spulenreihe 52 erfolgten Erfassung erhalten. Die Abmessung bezüglich des Linsenbereichs 102, die auf der Basis von Graphik G1' hergeleitet ist, wird als Lag genommen, und die Abmessung bezüglich des Linsenbereichs 102, die auf der Basis von Graphik G2' hergeleitet ist, wird als Lb₂ genommen. Wenn der Linsenbereichs 102 dünn ist wie in 22, dann kann es vorkommen, daß der Magnetfluß, der durch eine Schleifenspule 51a in der ersten Spulenreihe 51 läuft, kaum durch den Linsenbereich 102 läuft, und daß in solchen Fällen der Wert von Lag sehr klein oder gleich Null wird, wie in 21 gezeigt ist.
Wenn man sich beispielsweise auf die Parameter La₁/Lb₁ und La₂/Lb₂ konzentriert, liegen viele Fälle vor, wo diese Werte gemäß der Form des Linsenbereichs 102 auseinandergehen. Selbst in Fällen, wo die durch Erfassung mit Hilfe der zweiten Spulenreihe 52 erhaltenen Abmessungsinformationen Lb₁, Lb₂ einander genäherte Werte aufweisen, und wenn eine sehr große Differenz zwischen den Werten der Maßinformationen La₁, La₂ besteht, dann besteht eine sehr große Differenz zwischen den Parametern La₁/Lb₁ und La₂/Lb₂. Diese Differenz spiegelt Informationen bezüglich der Dicke des Linsenbereichs 102 wider.
Auf diese Weise kann man mit Hilfe der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung X1 eine größere Menge an Informationen erhalten, wenn die Prüfung bei kombinierter Verwendung der zwei Spulenreihen ausgeführt wird, und deshalb lassen sich der Linsendurchmesser und dergleichen mit einem höheren Grad an Genauigkeit herleiten.
Die vorliegende Erfindung wurde oben beschrieben, indem als Beispiele eine zerstörungsfreie Prüfvorrichtung und ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für einen Punktschweißbereich genommen wurden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt und kann auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung und Prüfung von inneren Fehlern, der Härte, der aufgebrachten Beanspruchung und dergleichen in einem magnetischen Teil, das aus Stahl oder dergleichen besteht, in zerstörungsfreier Weise angewandt werden. Weiterhin wurden die visuellen Konzepte des zerstörungsfreien Verfahrens mit Hilfe von graphischen Darstellungen beschrieben, es ist jedoch auch möglich, Daten in einer Vielzahl von Weisen mit Hilfe der Berechnungsverarbeitung auf der Basis von Funktionen, die diesen jeweiligen Graphiken entsprechen, zu verarbeiten und zu analysieren.

Claims

Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung, aufweisend: einen eine Magnetfluß erregende Fläche (11) beinhaltenden Erregerpol (10) zum Erregen eines Magnetflusses, um ein magnetisches Feld in einem Prüfobjekt (110) auszubilden; einen eine Magnetfluß rückführende Fläche (31) beinhaltenden Rückführungspol (30) zum Zurückführen des von der erregenden Fläche (11) erregten Magnetflusses; und eine eine Mehrzahl von Schleifenspulen (51a, 52a), durch welche der von der erregenden Fläche (11) erregte Magnetfluß vor dem Erreichen des Prüfobjektes (110) durchläuft, beinhaltende Spulenanordnung (50), dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (50) innerhalb eines Bereichs zwischen der Mitte (a1-a1) der Magnetfluß erregenden Fläche (11), von deren Breite (L8) aus gesehen, und einem Randbereich (a2) der Magnetfluß erregenden Fläche (11), welcher an den Rückführungspol (30) angrenzt, angeordnet ist.
Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennabstand zwischen der Magnetfluß erregenden Fläche (11) und der Magnetfluß rückführenden Fläche (31) 1,0 bis 2,0 mm beträgt.
Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfluß erregende Fläche (11) und die Magnetfluß rückführende Fläche (31) formdeckungsgleich sind.
Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfluß erregende Fläche (11) in ihrer Breite vollständig einem Rumpfbereich des Erregerpols (30) entspricht.
Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenspulen (51a, 52a) der Spulenanordnung (50) eine Mehrzahl von Spulenreihen (51, 52) bilden, wobei jede Spulenreihe (51, 52) sich in einer Querrichtung zu einer Richtung, in der der Erregerpol (10) und der Rückführungspol (31) getrennt sind, erstreckend angeordnet ist.
Zerstörungsfreies Prüfverfahren, das unter Verwendung der zerstörungsfreien Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird und aufweist: einen Schritt des Magnetisierens des Prüfobjektes (110) mittels Anwenden eines ersten statischen Magnetfeldes auf das Prüfobjekt (110); einen Schritt des Abschaltens des ersten statischen Magnetfeldes und Messens der Übergangsänderung in einer differentiellen Magnetflußdichte an einer Mehrzahl von Positionen in einem ersten durch das magnetisierte Prüfobjekt (110) laufenden Restmagnetfeld; einen Schritt des Bestimmens einer ersten Zeitkonstanten mittels einer Hauptzeitkonstanten der Übergangsänderung bei den entsprechenden Meßpositionen; einen Schritt des Magnetisierens des Prüfobjektes (110) mittels Anwenden eines zweiten statischen Magnetfeldes auf das Prüfobjekt (110); einen Schritt des Abschaltens des zweiten statischen Magnetfeldes und Messens der Übergangsänderung der differentiellen Magnetflußdichte an den entsprechenden Meßpositionen in einem zweiten durch das magnetisierte Prüfobjekt (110) laufenden Restmagnetfeld; einen Schritt des Bestimmens einer zweiten Zeitkonstanten mittels der Hauptzeitkonstanten der Übergangsänderung an den entsprechenden Meßpositionen; und einen Informationserfassungsschritt des Erhaltens von Informationen bezüglich der inneren Struktur des Prüfobjektes (110) auf der Basis der Differenzen zwischen der Verteilung der ersten Zeitkonstante und der Verteilung der zweiten Zeitkonstante an den entsprechenden Meßpositionen.
Zerstörungsfreies Prüfverfahren nach Anspruch 6, wobei das Prüfobjekt (110) ein Punktschweißbereich in einem mittels Punktschweißens zweier Metallplatten ausgebildeten Verbindungsglied ist und wobei die Information bezüglich der Gestalt des Schweißlinsenbereichs (102) in dem Punktschweißbereich in dem Informationserfassungsschritt erhalten wird.