DE1648633A1 - Wirbelschallpruefungsverfahren und Einrichtung fuer dasselbe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Analysierung gewisser Eigenschaften τοη Materialien durch Benutzung mechanischer Vibration oder τοη Spannungswellen, die zur Schallerzeugung imstande sind. Insbesondere umfaßt die Erfindung Verfahren und Einrichtungen zur Erzeugung τοη Wirbelströmen, um eine informative akustische Ausstrahlung aus einem Werkstück zu erzeugen, um Struktureigenschaften desselben, einschließlich Spannungsmustern, Festigkeit und Fehlern

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wahrzunehmen oder zu identifizieren. In erster Linie findet die Erfindung ihre weiteste Anwendung sowohl in der Wahrnehmung als in der Identifizierung der Unteroberflächenform und in der Lokalisierung von Fehlern in festen oder anderen Strukturen, insbesondere zusammengesetzter Gegenstände und Gegenständen von hohler Konstruktion, insbesondere bei solchen, die so gelegen sind, daß sie den direkten Zugang an nur einen begrenzten Teil der äußeren Oberfläche dieser Gegenstände gestatten.

Eine besondere Notwendigkeit für diese Erfindung besteht in Verbindung mit der Fabrikation und dem Gebrauch von zusammengesetzten Gegenständen, z.B. Schichtungen sowohl wie verwickelten dünnwandigen Gegenständen u. dgl., von denen leichte Tafeln der sandwicb-artigen Konstruktion weitgehend bei der Fabrikation von modernen Luft- und Baumfahrzeugen hoher Geschwindigkeit typisch sind.

Dementsprechend wird, obwohl die Erfindung für eine große Mannigfaltigkeit von verschiedenen Zwecken und mit verschiedenen Stoffen und konstruktiven Formen nützlich ist, dieselbe zur Erläuterung in Verbindung mit der Prüfung von Bautafeln oder Platten der vorhergebenden Art beschrieben.

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Platten oder Tafeln der vorerwähnten Art enthalten typischerweise ein Paar von im Abstand voneinander angeordneten Flächenblättern, die mit einem gering dichten Kern, z.B. aus Stahl- oder Kunststoff-Bienenwabenmaterial verbunden sind, das eine so geringe Zellwanddicke wie

0,0254 mm hat. Die Stirnblätter sind mit dem Kernmaterial an jeder Seite desselben durch Verbindungsverfahren verbunden, die von den eingeschlossenen Stoffen abhängen und können im Falle von Metallen Diffusionsverbindung, Schweißen, Löten oder Klebstoffe einschließen. Ferner enthalten zusammengesetzte Strukturen der Plattengattung häufig sowohl metallische als auch nichtmetallische Bestandteile, einschließlich Kernmaterialien von verschiedener Form, die mit dazwischenliegenden Schichten aus Metall, faseriger Zusammensetzung, Kork, Keramik oder Kunststoff verbunden sind.

Die Benutzung solcher Platten oder Tafeln in modernen Luft- oder Raumfahrzeugen erfordert die äußerste strukturelle Integrität in der fertigen Platte, da sie hoch beanspruchte Teile oder Hitze, Stoß- oder Druckschranken der Luftrahmen oder Fahrzeugstruktur enthalten

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kann, an denen sie befestigt sind. So sind gleichmäßige Festigkeit und zuverlässige Verbindungen zwischen den Schichten und zwischen den Stirnblättern und dem verbindenden Kernmaterial wichtig und die Entdeckung von irgendwelchen Fehlern, die in den Bindungen vorhanden sein können, die zwischen den Tafelbestandteilen gebildet sind, ist verhältnismäßig lebenswichtig. Zu diesem Zweck ist häufig eine sorgfältige und vollständige Prüfung dieser Tafeln erforderlich, um die Qualität und die G-esamtunverletztheit jedes Bestandteiles nicht nur zur Zeit der ursprünglichen Fabrikation, sondern periodisch während der Lagerung oder des Transportes und auch vor jedem Flug des Fahrzeuges oder des Geschosses, an welchen solche Teile angebracht sind, zu gewährleisten. Wo Tafeln der erwähnten Gattung durch Schweißung installiert werden, besteht ein unvermeidbares Beschädigungsrisiko an den Tafelverbindungen und andere schädliche Wirkungen in dem Grundmetall infolge der beiläufigen Wirkungen der Schweißhitze. Das Fehlen dieser Wirkungen muß mit Sicherheit bestimmt werden, bevor dem Fahrzeug, welches solche Tafeln enthält, gestattet wird, seine beabsichtigte Funktion auszuführen.

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Wo eine Tafel vollständig eingebaut und dauernd mit der benachbarten Konstruktion in einem Fahrzeug verbunden und der Zugang an nur eine Seite der Tafel infolge des baulichen Dazwischenkommens von umgebenden Fahrzeugbestandteilen möglich ist, ist die Prüfung der Tafeln äußerst schwierig und kann mit normalen technischen Kenntnissen der früheren Technik nicht ausgeführt werden, die das Eintauchen oder den vollständigen Zugang an beide Seiten des Gegenstandes, der untersucht werden soll, erfordern. Ferner kann, wo eine Trennung oder Lösung tief in der Tafel und nicht dicht an der Oberfläche vorhanden ist, an die der Zugang möglich ist, die Lage und Identifizierung des Schadens gewöhnlich nicht durch solche wohlbekannten Prüfungsverfahren wie Röntgenstrahlenvorrichtungen od. dgl. ausgeführt werden.

Die Erfindung schließt in diesem Falle eine zerstörungsfreie Prüfung und Inspektion von mehrwandigen und sonstwie leichten geschichteten oder anderen hohlen Strukturen durch Analysierung des akustischen Verhaltens der getesteten Struktur ein, insbesondere in Hinsicht ihrer akustischen Ausstrahlung, die durch Wirbelstrom-

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erregung bewirkt wird. Das Wirbelstrommuster und das akustische Verhalten γοη zusammengesetzten Strukturen oder Gebilden ist mathematisch verwickelt und tatsächlich durch theoretische Analysis nicht vorausbestimmbar, wegen ihrer strukturellen Geometrie und Änderungen der Materialzusammensetzung, Verdichtung und Massenverteilung, Herkömmliche Ultraschallverfahren, die insbesondere pulsierende Signale einschließen, sind von äußerst beschränkter Fähigkeit im Hinblick auf das Testen von Gebilden, wie sie vorher beschrieben sind, insbesondere einer zusammengesetzten Konstruktion und ungleichförmigen Stoffen, insbesondere nichtmetallischen Stoffen und besonders, wenn der Zugang auf eine Oberfläche des Gebildes beschränkt ist. Komplizierte Echos, Interferenz, Wirkungsumkehrungen und übermäßige Abschwächung, insbesondere in oder über dem hohen Kilohertzbereich sind Hauptfaktoren, welche die meisten der wohlbekannten Ultraschallprüfungsarten in dieser Hinsicht ungeeignet machen. Wenn so eine zusammengesetzte, z.B, eine klebstoffgebundene Bienenwabensandwichtafel bei hohen Frequenzen impedanzgeprüft wird, ist eine angemessene Energieübertragung durch die vorerwähnten Faktoren ernstlich

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behindert» Da die akustische Impedanz sowohl den Energieeingang als den Energieausgang beeinflußt, ist die Empfindlichkeit des reinen akustischen (z.B. Impulsecho) Tests schwer durch Verluste gefährdet, und zwar soviel wie 90 $> der Eingangsenergie, wodurch der Ausgang nur eine 10 $> - Leistungsfähigkeit bei der Signalübertragung darstellt, die in solchen Werkstücken erzielt wird. Auch verhindern die Materialcharakteristiken häufig die befriedigende Bildung einer stehenden Welle bei hohen Frequenzen durch die Zusammensetzung mit dem Ergebnis, daß der Test nur die Verbindungscharakteristiken zwischen den Grenz- oder Zwischenflächen nächst an und dicht in der Nähe der Quelle der stehenden Welle offenbart. In dem Falle von stark gedämpften Sohichtungen, z.B. verbundenen Kork-, Glasfaser- oder Gummischichten, kann sich normalerweise die Schallenergie nicht durch die gebundene Zwischen- oder Grenzfläche hindurch fortpflanzen. Wenn eine Schallwelle nicht von der gebundenen Grenz- oder Zwischenfläche reflektiert wird, ist keine Änderung der ^ellencharakteristik zwischen einer guten oder einer schlechten Verbindung zu erhalten und es sind andere Mittel zur Prüfung der Bindung oder Verbindung

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nötig. Herkömmliche Ultraschallinstrumente, die in der früheren Technik bekannt sind, sind daher im allgemeinen imstande, nur Oberflächen zu testen, aber keine Massen in der Tiefe mit Bezug auf zusammengesetzte Werkstücke der angegebenen Gattung, insbesondere Platten τοη wesentlicher Stärke, z.B. 12,7 mm und mehr. Es ist auch ein Hauptnachteil aller herkömmlichen Ultraschallprüfungen, daß ein flüssiges Kupplungsmittel zwischen einer Sonde und der Werkstückoberfläche erforderlich ist. So kann ein Werkstück, welches zu groß ist, um bequem in Flüssigkeit untergetaucht zu werden, oder welches sonstwie gegen Flüssigkeiten empfindlich ist, nicht durch die gewöhnlichen Ultraschallverfahren geprüft werden.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Prüfung eines Gegenstandes, die Mittel enthält, um progressiv eine Vibration in dem Gegenstand an einer Mehrzahl von darin befindlichen Stellen zu induzieren, eine auf die Vibration ansprechende Signaleinrichtung, um für Signale zu sorgen, die proportional charakteristisch für die Vibrationen an jeder der genannten Stellen sind und mit dieser Signaleinrichtung verbundene Datendarstellungsmittel, um die Signale, die an jeder der Stellen

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erhalten werden, anzuzeigen, um den Vergleich zwischen ihnen zu gestatten.

Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Unverletztheit von verbundenen Verbindungen in einem zusammengesetzten Gegenstand, der eine äußerlich zugängliche Oberfläche und mindestens ein elektrisch leitfähiges Element in dieser Zusammensetzung hat, welche Vorrichtung eine im wesentlichen zylindrische Spuleneinrichtung enthält, um ein magnetisches Feld von wechselnder Stärke, ansprechend auf einen angewendeten Strom zu erzeugen, eine Kerneinrichtung, welche die Spulen umgibt und eine im wesentlichen zylindrische Masse aus hochmagnetischem Permeabilitätsmaterial enthält, welche ein axial durch die Längsmitte der Masse gehendes Loch aufweist, eine Krafteinrichtung, um den Strom an die Spule in einem genügenden Ausmaß zu liefern, um das Magnetfeld mit einer Stärke zu erzeugen, damit die Vibration des magnetisch ansprechenden Elementes bewirkt wird, ferner eine auf die Vibration ansprechende Einrichtung, die in dem Loch zum Fühlen der Vibration befestigt ist, einschließlich die Vibration des genannten Elementes

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und Datendarstellungsmittel, um das Ansprechen der auf die Vibration ansprechenden Vibrationsansprecheinrichtung sichtbar anzuzeigen·

Die Erfindung schafft ferner das Verfahren zur Prüfung eines Gegenstandes, welches die Schritte der Erzeugung eines primären magnetischen Feldes enthält, das den Gegenstand durchdringen kann, die Änderung der Stärke des primären magnetischen Feldes, um die Vibration des Gegenstandes an einer Mehrzahl von darin befindlichen Stellen zu bewirken, das Abfühlen der Vibration an jeder der Stellen und das Vergleichen der abgefühlten Vibrationen mit einer Bezugsangabe.

Die Vorrichtungen und das Verfahren nach der Erfindung ermöglichen die Prüfung von Strukturen, insbesondere zusammengesetzten Strukturen fortlaufend durch ihre gesamte Masse und erfordern kein flüssiges Kupplungsmittel zwischen der Prüfungssonde und der Werkstückoberfläche.

Die Vorrichtungen und das Verfahren nach der Erfindung zeigen höhere Empfindlichkeit, welche die genaue Tiefen- oder Raumörtlichkeit und Flächenbestimmung

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von Fehlern oder strukturellen Diskrepanzen in zusammengesetzten Strukturen, insbesondere an Verbindungen zwischen einzelnen Elementen solcher zusammengesetzter Strukturen ermöglicht und die zerstörungsfreie Prüfung der gesamten Dicke von tafelartigen Teilen gestattet, die dauernd in einer umgebenden Konstruktion eingebaut sind, wobei der Zugang nur auf einer Seite erforderlich ist.

Die Zwecke und Vorteile gehen deutlicher aus der nachfolgenden beispielsweisen Beschreibung einer Ausführung der Erfindung anhand der Zeichnungen hervor, in welchen sind: Fig. 1 die allgemeine perspektivische Ansicht einer Ausführung der Sonde nach der Erfindung, die in diesem Falle mit einem Werkstück während der Prüfung desselben wirksam in Beziehung gebracht ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Ende der Sonde nach Fig. 1, Fig. 3 eine Querschnittsansieht des in Fig. 1 gezeigten Gebildes unter Hinzufügung der Stromkreisbestandteile, die der Sonde zugeordnet und in Blockform gezeichnet sind,

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Fig. 4 eine Fig. 3 ähnliche Ansicht, aber mit einer

abweichenden Prüfungsstruktur, Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Struktur.

Fach den Zeichnungen und insbesondere nach Fig. 1 enthält die hierin offenbarte Erfindung eine ein Magnetfeld erzeugende und akustische Fühleinrichtung, die zur Erläuterung die Form einer Sonde 10 haben kann. Die Sonde 10 hat im allgemeinen zylindrische Gestalt und kann eine Oberfläche des Teiles oder Werkstückes, welches geprüft werden soll, berührten oder darüber aufgehängt sein, wie es beispielsweise durch die Platte dargestellt ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 12 in Fig. 1 bezeichnet ist.

Das Werkstück 12 enthält zur Erläuterung eine Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten dünnen Blättern oder Blechen 14, 16, und 18, die verhältnismäßig gering dichtes Kernmaterial, z.B. Wabenkernabschnitte 20 und 22 dazwischen in der in Fig. 1 gezeigten Weise enthalten. Der Kernabschnitt 20 kann zur Erläuterung metallisches Material, z.B. Aluminium oder Stahl,

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enthalten, während der Kernabschnitt 22 entweder metallisch oder nichtmetallisch, z.B. verstärktes Papier, Kunststoff oder keramisches Material sein kann. Irgendeines der Blätter 14_f 16 oder 18, kann metallisch oder nichtmetallisch sein, obwohl die wirklichen Testverfahren und die Interpretation der Testergebnisse etwas differieren kann, was davon abhängt, welches der vorgenannten Blätter metallisch ist oder besonders, wenn keines der Blätter metallisch ist. Der Erfindungsgedanke ist in diesem Falle besonders für die Prüfung des Werkstückes 12 geeignet, um die strukturelle Unverletztheit desselben durch seine gesamte Dicke hindurch und besonders an den kritischen Ebenen zu bestimmen, die durab&ie Verbindungen· zwischen den Kernabschnitten 20 und 22 bestimmt sind, wo sie mit den Blättern 14, 16 und 18 an jeder Seite derselben verbunden oder sonstwie befestigt sind.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Ende der Sonde 1O₁ die geeignet ist, die obere Fläche 24 des Werkstückes 12 zu berühren oder nahezu zu berühren, mindestens eine Lageroberfläche enthält und vorzugsweise zwei im wesentlichen konzentrische und auf Abstand stehende, im wesentlichen planare Lageroberfläohen 36

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und 38, die durch einen ringförmigen Spalt getrennt sind, der durch einen Hohlraum 44 gebildet ist, welcher eine schraubenförmige Spule 32 enthält. In der Mitte des Kreises, der durch die Lageroberfläche 38 bestimmt ist, befindet sich eine Vibrations- oder akustische Fühl- oder Überwachungseinrichtung 34, die zur Erläute-

t rung eine akustisch ansprechende Einrichtung, wie ein Mikrophon, ein Accelerometer oder ein anderes elektroakustisches Wandleraufnahmeelement enthalten kann.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß ein Hauptteil der flußbündelnden und verstärkenden Masse, welche die Sonde enthält, aus magnetflußübertragendem Material 30 besteht, welches irgendein geeignetes Material ist, das magnetischen Fluß mit maximaler Leistungsfähigkeit und minimalem Verlust

* übertragen kann, z.B. eine Ferritschale oder Silizium-Eisen oder Stahl und welches, wenn gewünscht, aus einer Mehrzahl von Schichten in der üblichen Weise von magnetischen Kernen gebildet sein kann, die in Feldwicklungen und dgl. benutzt werden, oder es kann Guß in einer dielektrischen Matrize sein, wie er in Computer-Speicherstromkreisen gebraucht wird. Die flußbündelnde Masse

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ist im wesentlichen eine feste Masse aus Material hoher magnetischer Permeabilität und von im allgemeinen zylindrischer Form mit einer Öffnung oder einem Loch 42, welches axial auf der Längsachse des genannten Zylinders liegt. Außerdem erstreckt sich die ringförmige, vorher erwähnte Höhlung, die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet ist, von einem Ende der Masse 30 in Längsrichtung, wobei sie an einer Stelle zwischen den beiden Enden des durch die Masse 30 gebildeten Zylinders aufhört. Die Tiefe des im allgemeinen zylindrischen Hohlraumes 44 ist erforderlich, um sich der Spule 32 anzupassen, die darin enthalten ist, und die Größe und Kapazität derselben ist mehr oder weniger durch die Form, die Gestalt, die Materialien und die Massenverteilung in dem Werkstück bestimmt, welches mittels der Sonde 10 geprüft werden soll. Eine mit der Spule 32 zur elektrischen Erregung derselben verbundene Kraftquelle kann irgendeine passende Form haben, solche wie den Signalgenerator 46, der ein alternierendes, pulsierendes, weißes (beliebiges) Geräusch oder sonstwie ungleichförmigen Strom an die Spule durch den Verstärker 48 zuführt.

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Die Vibrationssignalkontroll- und Ausleseeinrichtung ist mit dem elektroakustischen Wandler 34 verbunden und kann die Form des Verstärkers 50, Filters 52, wo erwünscht, annehmen,sowie eine geeignete Informationsdarstellungseinrichtung, solche wie die Katodenstrahlröhre 54, das Meßinstrument 56, die Spektrumanalysiervorrichtung oder die Toneinrichtung 58, von denen irgendeine oder alle benutzt werden können, wie es durch Fig. 3 vorgeschlagen ist. Jedoch ist es verständlich, daß irgendeine geeignete Datenaufzeichnungs- und Analysier- oder Anzeigeeinrichtung, die einen Ton oder ein Vibrationssignal elektrisch von dem Element 34 aufnehmen kann, entweder mit Sicht- oder Aufzeichnungsvorrichtungen anstatt der vorhergehenden Gegenstände 50 bis 58 gebraucht werden kann. Ferner kann ein elektrischer Impuls benutzt werden, um die notwendige Vibration des Werkstückes zu erzeugen. Phase, Frequenz, Filterung, Modulation sowohl wie Amplitudenanalysis des entdeckten Signals können angepaßt werden, um das hierin offenbarte Erfindungsverfahren in der Praxis auszuführen .

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Wirkungsweise

Obwohl die hierin offenbarte Einrichtung für eine Mannigfaltigkeit von verschiedenen Stoffen, Werkstücken und für verschiedene Zwecke benutzt werden kann, braucht ihre Wirkung sich in irgendeinem Falle nicht wesentlich von demjenigen, der nachfolgend zur Erläuterung beschrieben ist, zu unterscheiden. Einleitend kann angenommen werden, daß die Tafel 12 dauernd in einem Fahrzeug oder in einer anderen Konstruktion befestigt oder sonstwie angebracht ist, was den Zugang zu den äußeren Oberflächen beider Stirnblätter 14 und 18 verhindert, wodurch der Zugang nur auf das obere Stirnblatt 14 beschränkt ist. Mit den Stromkreisbestandteilen, die allgemein so geschaltet sind, wie es durch die schematische Ansicht nach Fig. 3 gezeigt ist, wird die Sonde 10 entweder in den Kontakt oder in dichte Iahe zu der Oberfläche 24 des Werkstückes eingestellt und die elektrische Signalquelle 46 wird erregt. Es ist ein bemerkenswerter Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem Falle, daß die Sonde keine flüssige Kupplung zwischen der Sonde und der

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Werkstückoberfläche erfordert. In dieser Hinsicht ist die Sonde während der Prüfung wirksam in Beziehung gebracht, wofür eine Luftkupplung in dieser Hinsicht angemessen ist, die durch den Spalt 66 gezeigt ist.

Ausgehend von einem diskontinuierlichen elektrischen Signal, nachstehend der primäre Strom genannt, ™ von der Quelle 46 durch den Verstärker 48, erregt die Spule 32, die ein primäres magnetisches Feld gemäß den wohlbekannten elektrischen Prinzipien mit Spulen erzeugt. Die Richtung der FluJBlinien in dem genannten Feld wird von der Richtung des primären elektrischen Stromes abhängen, der die Spule 32 erregt und die Benutzung von Wechselstrom aus der Quelle 46 wird eine periodische Umkehrung in der Richtung der Flußlinie 50 des primären Feldes mit einer Frequenz erzeugen, die den zyklischen Änderungen der Stromrichtung entspricht, Jedoch wird die Stelle des Flußfeldes fortfahren, im allgemeinen mit derjenigen übereinzustimmen, die durch die Linien 50 in Fig. angegeben sind, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Masse 30 aus Materialien hergestellt ist, die eine sehr hohe magnetische Permeabilität haben, wodurch das meiste

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des Flußfeldes konzentriert und daher längs einer Bahn durch die Masse 30 gebündelt ist und im allgemeinen nicht durch die umgebende Atmosphäre oder durch die Öffnung 42.

Das primäre magnetische Feld, welches durch die Flußlinien 50 bestimmt ist, expandiert und fällt konstant zusammen sowohl wie es seine Richtung oder Polarität umkehrt, wo das primäre erregende Signal für die Spule .32 Wechselstrom ist. Es ist verständlich, daß diese Bewegung des magnetischen Feldes relativ zu dem stationären Werkstück 12 ihrerseits sekundäre elektrische Ströme in jenen Bestandteilen des Werkstückes erzeugt, die in dem genannten Feld liegen, welche metallisch oder sonstwie elektrisch leitfähig sind. Die so induzierten elektrischen Ströme werden wirbeln oder sonstwie ungleichförmige Richtung und Stärke infolge der Gestalt und des Materiales der Werkstück bildenden Elemente haben und ferner infolge G-leichförmigkeitsmangel in der Richtung und Stärke des primären magnetischen Feldes. Die vorhergehenden Wirbelströme werden auch ein sekundäres magnetisches Feld erzeugen, welches nicht in Fig. 3 dargestellt ist,

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aber welches sich im allgemeinen der Kraft und Eichtung des primären magnetischen Feldes, welches durch die Flußlinien 50 bestimmt ist, widersetzt oder sonstwie damit kollidiert. Die gesamte magnetische, durch die vorhergehenden ungleichförmigen primären und sekundären magnetischen Felder erzeugte Kraft bringt eine mechanische Kraft hervor, welche dauernd in der Stärke und Eichtung variiert, und zwar in einem Grad, der durch die Charakteristiken des Eingangssignales beeinflußt ist, und der nicht notwendig in dem Ton- oder Hörbereich liegt. Als eine Folge der genannten mechanischen Kraft werden Spannungswellen oder akustische Vibrationen in dem Gesamtwerkstück erzeugt und von ihm ausgesandt, die anfänglich von jenen Bestandteilen herrühr-en, die Wirbelströme tragen. Diese akustischen Vibrationen breiten sich durch das gesamte Werkstück aus und bewirken eine akustische Ausstrahlung, die für die gesamte Werkstückdicke in der geprüften Fläche charakteristisch ist. Die vorerwähnten Vibrationen werden bestimmte charakteristische Amplituden, Phasen und Frequenzspektren haben, welche im wesentlichen (aber nicht notwendigerweise absolut)

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gleichförmig durch jedes besondere Werkstück hindurch sind, wo immer keine Schaden oder Ungleichförmigkeiten der tferkstückstruktur, der Gestaltung oder Zusammensetzung vorhanden sind. Wo jedoch Mißverbindungen oder defekte Verbindungen, wie sie beispielsweise in Fig. 3 durch die Bezugszeichen 62 und 64 angegeben sind, in dem Werkstück 12 auftreten, besteht die Wirkung irgendeines solchen Defektes darin, die Vibrationscharakteristiken des Werkstückes im Bereich des Defektes zu ändern, so daß eine definitive Änderung in dem Gesamtton oder den charakteristischen Vibrationseigenschaften des Werkstückes in dem genannten Bereich auftritt. Die vorhergehende Änderung kann gering oder drastisch sein, aber ist im allgemeinen immer bestimmt und durch verschiedene tonempfindliche Einrichtungen einschließlich vieler in der früheren Technik bekannten unterscheidbar. Die genauen Änderungen der gesamtakustischen Ausstrahlung, die an jeder getesteten Fläche erhalten wird, kann qualitativ klassiert oder analysiert werden, um die Tiefe des Defektes relativ zu der Gesamtwerkstückdicke zu bestimmen. In dem vorliegenden Falle enthalten die Vibrationsfühlmittel

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das Mikrophonelement 34, welches irgendeine der zahlreichen Formen haben kann, welche den Fachleuten auf dem Vibrations- oder Schallgebiet geläufig sind. Das Mikrophonelement 34 fühlt oder stellt dauernd den Ton oder das allgemeine Vibrationsmuster dar, welches sich aus der Wirkung der Sonde 10 in der vorherbeschriebenen Weise ergibt, und durch solche üblichen Vorrichtungen, wie Verstärker 50 und Filter 52, werden Sicht- oder andere Datenentdeckungsmittel mit einer fortlaufenden Ablesung oder Aufzeichnung von Wechseln in dem charakteristischen laut- oder Vibrationsmuster geschaffen, die in dem Werkstück 12 während der Wirkung der Sonde 10 erzeugt und von ihm ausgesendet werden. Es ist ferner verständlich, daß die Sonde 10 während ihrer fortlaufenden Betätigung in der vorhergehenden Weise fortlaufend in einem passenden Muster von Bewegungen über die Oberfläche 24 bewegt wird, um das gesamte Werkstück abzutasten, wodurch laufend Ablesungen für jede Werkstückstelle erhalten werden.

In dem Falle, daß keines der Werkstückelemente, solche wie die Kernabschnitte 20, 22 oder die Stirn-

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blätter 14, 16 oder 18 metallisch oder elektrisch leitfähig ist, oder sonstwie auf magnetische Kraft anspricht, ist gefunden worden, daß vollständig nichtmetallische Werkstücke nichtsdestoweniger sehr wirksam durch das Erfindungsverfahren geprüft werden können, wenn ein dünnes metallisches Element, z.B. ein metallisches Band oder ein elektrisch leitfähiger Sprühüberzug an einer Oberfläche des Werkstückes entgegengesetzt von der durch die Sonde 10 berührten oder an anderen solchen Stellen an dem Werkstück, wie es bequem sein mag, befestigt wird.

Weiter ist es bezüglich der Materialien, die in verschiedenen Werkstücken gebraucht werden, welche durch das hier offenbarte Erfindungsverfahren geprüft werden sollen, zweckdienlich, zu bemerken, daß solche nichtmagnetischen Metalle, wie Aluminium und Kupfer beispielsweise noch auf ein sich bewegendes magnetisches Feld durch Erzeugung von Wirbelströmen ansprechen. Solche Ströme werden mehr als ausreichend ungleichförmige Kräfte erzeugen, um die Vibration der Aluminium- oder Kupferelemente in einem Werkstück zu veranlassen.

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Magnetische Materialien, z.B. solche wie Stahl, werden ebenfalls durch das primäre magnetische Feld induzierte Wirbelströme aufweisen und solche Ströme erzeugen ihrerseits die sekundären magnetischen Felder, die vorher besprochen sind. In beiden Fällen sind die Vibration und die akustischen Ausstrahlungsprinzipien im wesentlichen die gleichen und das hier offenbarte Verfahren ist an beiden allgemeinen Arten von Materialien anwendbar. Ferner sind Materialien, die ferromagnetisch sind, aber elektrischen Strom nicht über irgendeine merkliche Strecke leiten können, noch für Vibration und Inspektion durch das hier offenbarte Verfahren empfindlich.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die allgemeine Form des Flußfeldes durch die relative Lage der magnetisch empfindlichen Elemente in dem Werkstück beeinflußt wird. So wird, wenn das obere Stirnblatt 14 einer zusammengesetzten Sandwichtafel 63 metallisch oder sonstwie magnetisch empfindlich ist, eine Flußbahn im allgemeinen der Linie 65 entsprechen, was sich aus der Erregung der Spule 33 ergibt. Die Spule 33 in Fig. 4 ist zum Zwecke der Erläuterung doppelt gewickelt, aber funktioniert in

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der gleichen vorher beschriebenen Weise mit Bezug auf die Spule 32, die in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn das untere Stirnblatt 18 des Werkstückes 63 magnetisch empfindlich ist, wird sich eine Flußbahn ergeben, die im allgemeinen der Linie 67 entspricht. Wenn nur das Blatt 14 magnetisch empfindlich ist, und die übrigen Werkstückbestandteile dies nicht sind, dann werden im wesentlichen alle Flußlinien, die von der Spule 33 und dem Kern 30 ausgehen, durch das Blatt 14 hindurchgehen und nur gelegentlich oder zufällig wird die Flußkraft durch andere Teile des Werkstückes reichen, wodurch die Linie 67 nicht die Bahn irgendeines bemerkenswerten Flusses darstellt. In ähnlicher Weise wird die Linie 65 sich nicht in irgendeiner Weise auf die dominierende Flußbahn beziehen, wenn nur das Blatt 18 magnetisch empfindlich wäre.

Fig. 5 zeigt eine Änderung des vorher besprochenen Verfahrens und der Einrichtung, ohne von den Erfindungsgrundprinzipien abzuweichen. So ist in einer Ansicht nach Fig. 5 ein akustisches Fühlelement 70 gezeigt, welches aber eine Mehrzahl von Vibrationsinduzierenden Einrichtungen in der Nähe dazu aufweist, wie die

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Spulen 72, 74, 76, 78, 80 und 82, welche in der Form und Funktion der Spule 32 oder 33, die vorher besprochen sind, entsprechen. Durch aufeinanderfolgende Erregung der verschiedenen Spulen 72 - 82 in einem gewünschten Schema und in einem passenden Grad kann die relative Lage von Mißbindungen oder anderen fehlerhaften Verbindungen in " einem Werkstück bequemer entdeckt werden, als durch die Bewegung der Sonde 10 in einem gegebenen Falle rund über eine Oberfläche.

In weiterer Beziehung auf die Lage von Fehlern in einem zusammengesetzten Werkstück durch die hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren ist gefunden worden, daß resonante Frequenzen, wie zwischen der Sonde und dem Werkstück, in irgendeinem besonderen Falle nicht wesentlich sind. Jedoch erzeugen manche Frequenzen in dem Erregungssignal an Spule 32 in Fig. 3 beispielsweise größere Empfindlichkeit in bestimmten Schichten eines zusammengesetzten Werkstückes als andere Schichten oder Anpassungsflächen in dem gleichen Werkstück, wodurch Frequenzvariationen in der genannten Beziehung häufig eine nützliche Annäherung bei der Entdeckung der Tiefe einer

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Mißverbindung oder eines anderen Fehlers in der
Gesamtdicke eines Gegenstandes bilden können.

Obwohl die besonderen Einzelheiten, die vorher beschrieben sind, vollständig zur Erreichung der Ziele und der Bildung der hier genannten Vorteile imstande
sind, sollen die offenbarte Konstruktion und das Verfahren nur der Erläuterung dienen und könnte im Rahmen der Erfindung zur Erzielung der gleichen Ergebnisse
verändert oder abgewandelt werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Vorrichtung zur Prüfung eines Gegenstandes durch Schallanalyse, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (46,48,32) zur fortlaufenden Vibrationserzeugung in dem Gegenstand (63) an einer Mehrzahl von darin befindlichen

   ) Stellen, eine auf die Vibration ansprechende Signaleinrichtung (34) zur Bildung von Signalen, die für die Vibrationen an jeder der genannten Stellen proportional charakteristisch sind sowie eine mit der Signaleinrichtung verbundene Datendarstellungseinrichtung (50,52), um die an jeder der Stellen erhaltenen Signale anzuzeigen und einen Vergleich dazwischen zu gestatten.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur fortschreitenden Erzeugung der Vibrationen eine Sondeneinrichtung (10) zur Erzeugung eines fluktuierenden magnetischen Feldes einschließt, wobei die Signaleinrichtung eine vibrationsempfindliche Einrichtung zur Bildung eines elektrischen Signales enthält und die Datendarstellungseinrichtung eine elektrische signalempfindliche Ausleseeinrichtung (56) zur Aufnahme

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   des genannten Signales von der vibrationsempfindlichen Einrichtung einschließt.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondeneinrichtung (10) eine mit Bezug auf den Gegenstand so gerichtete Spule (32,33) enthält, daß das magnetische Feld in den Gegenstand (63) eindringt und daß die Sondeneinrichtung (10) ferner eine flußbündelnde Masse aus Material (30) hoher magnetischer Permeabilität enthält, welche das magnetische Feld in einem lokalisierten Teil des Gegenstandes konzentrieren kann.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flußbündelnde Masse (30) im allgemeinen zylindrische Form hat und die zylindrischen Seitenoberflächen der Spule (32,33) umgibt.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Vibrationen in dem Gegenstand eine gewickelte Spule (32,33) zur Erzeugung eines fluktuierenden magnetischen Feldes in der Nähe einer Oberfläche des Gegenstandes (63) enthält, sowie eine Stützeinrichtung, um die Spule abzustützen, wobei sie

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   eine Masse (30) aus Material hoher magnetischer Permeabilität enthält, welche ein Loch (42) durch die Masse hindurch aufweist, wobei die Signaleinrichtung in dem Loch angeordnet ist und die Datendarstellungseinrichtung, welche das Vorhandensein oder Fehlen der Vibration und Änderungen in dem Ausmaß derselben offenbart, mit der Signaleinrichtung verbunden ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (30) aus Material hoher magnetischer Permeabilität einen ringförmigen Hohlraum (44) an einem Ende derselben aufweist, welcher die Spule (32,33) aufnehmen kann, wobei der Hohlraum im wesentlichen konzentrisch mit dem Loch (42) ist.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinrichtung einen elektroakustischen Wandler enthält.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleinrichtung einen Mikrophonaufnehmer (34) enthält.

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   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand aus zusammengesetzter Form ist, wobei er mindestens ein nichtelektrisch leitfähiges Element in der Zusammensetzung und mindestens ein elektrisch leitfähiges Element hat, welches mit dem nichtelektrisch leitfähigem Element in Kontakt befestigt ist und daß die Einrichtung, die fortschreitend Vibrationen erzeugt, eine Krafteinrichtung (46) einschließt, um iirregungsstrom an die Spule (32,33) in einer genügenden Menge zuzuführen, um das magnetische Feld zu veranlassen, in den Gegenstand (63) einzudringen und um das elektrisch leitfähige Element in diesem Feld einzuschließen.

   10. Verfahren zur Prüfung eines Gegenstandes durch Schallanalyse, gekennzeichnet durch die Erzeugung eines primären Magnetfeldes, welches in den Gegenstand eindringen kann, die Änderung der Stärke dieses primären magnetischen Feldes, um die Vibration des Gegenstandes an einer Mehrzahl von darin befindlichen Stellen zu bewirken, das Abfühlen dieser Vibration an jeder der Stellen und das Vergleichen der abgefühlten Vibrationen mit einer Bezugsangabe.

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   11. Verfahren nach Anspruch 10 zur zerstörungsfreien Prüfung eines zusammengesetzten Gegenstandes, der mindestens eine Verbindung zwischen zwei Bestandteilelementen des zusammengesetzten Gegenstandes hat, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre magnetische Feld durch Anbringen einer elektromagnetischen Flußquelle dicht in

   ^ der Nähe einer Oberfläche des Gegenstandes erzeugt und die Quelle mit einem elektrischen Signal erregt wird, welches das Flußfeld von wechselnder Intensität und genügender Stärke erzeugen kann, um durch die genannte Verbindung in dem Gegenstand hindurchzudringen und die Vibration der genannten Elemente zu bewirken, wobei mindestens eine der Stellen ein im wesentlichen fehlerfreier Teil des Gegenstandes ist und wobei die abgefühlten

   * Vibrationen an der Mehrzahl der Stellen mit den Vibrationen verglichen werden, die an der genannten einen Stelle erhalten werden, um das Vorhandensein von Unterschieden dazwischen zu bestimmen.

   • 12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Veränderung der Frequenz des genannten Initialsignales über einen Bereich von Frequenzen an jeder der Stellen.

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   13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre magnetische Feld durch Anbringung einer Mehrzahl von elektromagnetischen Flußquellen dicht in der Nähe einer äußeren Oberfläche des Gegenstandes erzeugt wird und daß diese Flußquellen im allgemeinen symmetrisch um einen akustisch empfindlichen Fühler herum angeordnet werden, wobei die Flußquellen aufeinanderfolgend durch elektrische Signale von wechselnder Intensität erregt werden, die geeignet sind, den genannten Fluß in Feldern von wechselnder Intensität zu erzeugen, um Vibration in dem Gegenstand zu erzeugen, und wobei die Vibrationen durch Beobachtung der Vibrationen abgefühlt werden, die getrennt durch jede der Flußquelle bewirkt werden, wenn sie durch den genannten akustisch empfindlichen Fühler abgefühlt werden und wobei die abgefühlten Vibrationen verglichen werden, um das Vorhandensein von Fehlern in dem Gegenstand durch Differenzen zwischen den abgefühlten Vibrationen zu bestimmen.

   14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13_t dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gegenstand Tor der Erregung der Flußquelle an dem Gegenstand eine magnetisch empfindliche Schiebt befestigt wird.

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