DE1955509C3 - Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der Wirbelstromroethode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommelhode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nach Hauptpatent 19 17 855.

Als Prüflinge kommen insbesondere nichtferromagnetische Rohre und »Nadeln« aus Kernbrennstoff in Frage.

Zur Durchführung der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung wird der Prüfling in das Innere der Induktionsspule des Hartley-Oszillators gesetzt, wobei die Induktionsspule einerseits als Generatorspule zur Erzeugung eines Wechsel-Magnetfelds, das Wirbelströme im Prüfling induziert, und andererseits als Detektorspule für das durch die Wirbelströme induzierte Feld dient.

Eine Untersuchung von Änderungen der Kurve, die die Gitterspannung v_g des elektronischen Bauelements bzw. aktiven Organs des Hartley-Oszillators oder die vom Wechselspannungsgenerator gelieferte Spannung Vdarstellt, in Abhängigkeit von der Frequenz, der sog. Empfindlichkeitskurve der Vorrichtung, erlaubt für jede Fehlerart des Prüflings die Ermittlung einer Frequenz, für die Empfindlichkeit maximal ist, entsprechend der Eigenfrequenz des Hartley-Oszillators und einer Frequenz, für die diese Empfindlichkeit NuI! oder sehr

schwach ist

Das Erfassen und die Identifizierung eines Fehlers können also vorgenommen werden:

entweder durch Oberstreichen eines Frequenzbands um die Eigenfrequenz des Hartley-Oszilla- S tors und durch Untersuchung von Deformation der Empfindlichkeitskurve

oder durch Einstellen einer vorbestimmten Frequenz, die in einer Zone gewählt ist in der die Empfindlichkeit gegenüber dem zu erfassenden ι ο Fehler den größtmöglichen Wert annimmt, dagegen die Empfindlichkeit gegenüber anderen Fehlerarten möglichst klein ist und durch bei dieser Frequenz erfolgender Beobachtung der Änderung der Spannung v_g und/oder der Spannung V.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß die Bestimmung von charakteristischen Frequenzen jeder Fehlerart und eine automatische Serienkontrolle mit möglicher Ansteuerung einer Aussorticreinrichtung für fehlerhafte Prüflinge möglich sind.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Besonders vorteilhaft ist die Lehre nach dem Anspruch 9, da verschiedene Untersuchungen gezeigt haben, daß vorzugsweise anstelle eines vollständigen Hartley-Oszillators ein Selektivverstärker verwendet werden sollte, der sich vom Hartley-Oszillator darin unterscheidet, daß er keine Wirkkapazität besitzt und im linearen Bereich arbeitet. Die Messungen sind dann geringeren Schwankungen unterworfen, und das Verhältnis der Windungszahl der beiden Hälften der Induktionsspule kann geändert werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert, in deren Figur ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung abgebildet ist.

Ein Verstärker hat eine Induktionsspule 1, deren Ende A geerdet ist, und als elektronisches Bauelement einen Feldeffekttransistor 2 (im Hauptpatent ist noch eine Elektronenröhre vorgesehen), dessen Quelle (Kathode) an einen Zwischenpunkt M der Induktionsspule 1 angeschlossen ist. Eine Spannung V veränderlicher Frequenz wird an das Gatter des Feldeffekttransistors 2 angelegt. Das zu prüfende Rohr 4, das sich in der Spule 1 befindet, kann im Innern der Spule durch Antriebsrollen 5 verschoben werden, die durch einen Motor 6 betätigt werden.

Die Spannung V veränderlicher Frequenz wird erzeugt, indem in einen Mischer 7 zwei Spannungen eingespeist werden, von denen die eine von einem Oszillator 8 fester Frequenz (30MHz) und die andere von einem Oszillator 9 variabler Frequenz stammt. Letzterer hat zur Bildung der Kapazität seines Schwingkreises eine Kapazitätsdiode, deren Kapazität sich mit der an ihr anliegenden Vorspannung ändert. Die Frequenz des Oszillators 9 wird also durch die Vorspannung der Kapazitätsdiode bestimmt.

Zur Stabilisierung der Amplitude der Ausgangsspannung des Mischers 7 wird diese in einen Verstärker 10 eingespeist, der zum Mischer 7 gegengekoppelt ist. Die am Gatter des Feldeffekttransistors 2 anliegende Spannung V ist die von dem Verstärker 10 abgegebene Spannung.

Die Spannung im Punkt B wird durch eine Schaltung 3

erfaßt und bei niedriger Impedanz zu einem Tiefpaßfilter übertragen, das durch eine übliche Schaltung einer Induktivität 11 und einer Kapazität 12 gebildet ist, und darauf dem Eingang eines Oszillographen 13 zugeführt Die gleiche Spannung wird auch in einen Verstärker 14 mit veränderlicher Verstärkung eingespeist der als aktives Riter wirkt auf den ein Spitze- Spitze-Detektor 15 folgt der ebenfalls in den Oszillographen 13 eine Spannung einspeist, die die Änderung der Spannung darstellt die durch einen vorhandenen Fehler des Rohrs hervorgerufen wird.

Ein Umschalter 16 mit vier Stellungen erlaubt daß an die Kapazitätsdiode des Oszillators 9 eine Vorspannung angelegt wird, die erzeugt wird:

in der Stellung A durch einen Sägezahnsignalgenerator 17, der eine konstante Wiederholungsfrequenz (100 Hz) hat die bei der Spannung V ein zyklisches Überstreichen eines Frequenzbereichs hervorruft der von /bis f + Δ /reicht wobei die Frequenzen /und Af durch zwei nicht abgebildete Potentiometer einstellbar sind;

in der Stellung B durch einen Generator 18 für Sägezahnsignale, die in aufeinanderfolgenden Stufen ansteigen und eine Frequenzänderung der Spannung V von F auf F+ AF durch eine Reihe von gleichmäßig getrennten Stufen veranlassen, wobei die Werte Fund AF durch zwei nicht abgebildete Potentiometer einstellbar sind. Die Länge einer Stufe, d. h. die Dauer, während der die Spannung V eine vorbestimmte Frequenz aufweist, ist durch einen anderen Sägezahnsignalgenerator 19 bestimmt und entspricht der Zeit, die notwendig ist, damit der Motor 6 dem Rohr 4 einen Durchlauf in der Spule 1 (von einigen Zentimetern) verleihen kann;

in der Stellung Cdurch einen Gleichspannungsgenerator 20, dessen Gleichspannung durch ein Potentiometer einstellbar ist, das die Spannung V auf einer festen Frequenz F₀ hält. Eine Steuereinrichtung 24 erlaubt mit Hilfe von zwei Drucktasten A Vund AR, den Motor 6 im einen oder anderen Drehsinn entsprechend der gewünschten Durchlaufrichtung des Rohrs laufen zu lassen. Die vom aktiven Filter 14 abgegebene Spannnung wird in den Eingang einer Schwellenwertschaltung 25 eingespeist. Wenn ihr Wert groß genug ist, um die Schwelle auszulösen, gibt diese Schaltung an die Steuereinrichtung 24 ein Signal ab, das das Anhalten des Antriebsmotors 6 bewirkt; und

in der Stellung D durch einen Gleichspannungsgenerator 21, der einem Umschalter 22 zugeordnet ist dessen vier Stellungen der Abgabe von vier unterschiedlichen Spannungen an die Kapazitätsdiode entsprechen, deren durch Potentiometer einstellbare Werte die Frequenz der Spannung V auf Fo (gleich dem in der Stellung Cgeregelten Wert), Fi, F₂ und F₃ festlegen. Ein Programmgeber 23, der für jedes zu prüfende Rohr eine Folge von vier Durchläufen in der Spule 1 (zwei vorwärts und zwei rückwärts) steuert, Steuer; gleichzeitig die vier Stellungen des Umschalters 22 so, daß jeder der vier Durchläufe sich für jede der vier Frequenzen F₀, F₁, F₂ und F₃ vollzieht.

Die Schwellenwertschaltung 25 ist auch an den Ausgang eines Speichers 26 angeschlossen, der z. B. vier Flip Flops verwendet, die nacheinander durch einen Umschalter 27 gleichfalls durch den Programmgeber 23 synchron zum Umschalter 22 gesteuert werden und in den Zustand Eins übergehen oder den Anfangiizustand Null beibehalten, je nachdem, ob der Schwellenwert durch die von der Einrichtune 14 abeeeebene Snannune

für jede der vier Frequenzen F₀, Fi, F₂ und F₃ ausgelöst worden ist oder nicht.

Gemäß dem Zustand der vier Flip-Flops am Ende jeder Folge der vier Durchläufe kann eine Kontrolleinrichtung auf eine Aussortiereinrichtung 28 einwirken, die das automatische Aussortieren fehlerhafter Rohre gewährleistet.

Wenn die Vorrichtung in der Stellung B des Umschalters 16 arbeitet, wird die von der Einrichtung 15 abgegebene Spannung für jede durch die Einrichtung 18 bestimmte Frequenz in einer Einheit 29 von Analogspeichern gespeichert. In diesem Fall kann man, wenn die Zahl der Arbeitsfrequenzen gleich π ist, für jedes geprüfte Rohr η Durchläufe in der Spule vorsehen. Der Sägezahnsignaigenerator 19 gewährleistet dann synchron mit den η Stufen das Umschalten der Speicher und die Steuerung der π Durchläufe. Wenn die letzte Stufe erreicht ist, schließt ein Umschalter 30 automatisch die Einheit 29 an eine Lesetaktschaltung 31 an, die die Übertragung des Inhalts der Speicher zum Oszillographen 13 steuert.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besitzt vier Betriebsarten, die den vier Stellungen des Umschalters 16 entsprechen. Die Stellungen A, B und C dienen für eine gegebene Rohrart zur Bestimmung der charakteristischen Parameter jedes Fehlers, der die Qualität dieses Rohrs beeinträchtigen kann. Die Stellung D entspricht einem automatischen Betrieb für die Reihenprüfung der Rohre mit einer Steuerung der Aussortiereinrichtung, die die fehlerhaften Rohre aussortiert.

Bei der Betriebsart in der Stellung A des Umschalters 16 erhält man auf dem Schirm des Oszillographen 13 die Empfindlichkeitskurve der Vorrichtung. Wenn man in die Spule 1 Rohre mit bekannten Fehlern einführt, kann man also für jede Fehlerart die Frequenz F₀ des Empfindlichkeitsmaximums und eventuell die Frequenz bestimmen, für die diese Empfindlichkeit Null oder sehr schwach wird. Man kann ferner auf dem Schirm des Oszillographen diejenige Kurve erhalten, die für jede Fehlerart den Wert der von der Einrichtung 15 abgegebenen Spannung in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz darstellt, und insbesondere ihren Wert bei der Frequenz des Empfindlichkeitsmaximums feststellen.

Bei der Betriebsart in der Stellung S des Umschalters 16 erlauben die π Durchläufe eines Rohres mit bekanntem Fehler, wenn jedesmal eine andere Arbeitsfrequenz verwendet wird, die Aufzeichnung auf dem Schirm des Oszillographen 13, nachdem diesem der Inhalt der Analogspeicher der Einheit 29 zugeführt worden ist, wenn η durch die Einrichtung 15 erfaßten Spannungswerten, die daher die charakteristische Kurve dieses Fehlers darstellen. Durch Wiederholung dieses Vorgangs mit Rohren, die verschiedene bekannte Fehlerarten aufweisen, erhält man also eine Reihe von Kurven, die für jede Art die Bestimmung der Frequenzen Fi, F2, Fj erlauben, die zusammen mit der Frequenz F₀ diesen genau charakterisieren.

Bei der Betriebsart in der Stellung Cdes Umschalters 16, wenn der Schwellenwert der Schaltung 25 auf einen Pegel eingestellt ist, der für eine Fehlerart charakteristisch ist (bestimmt in der Betriebsart in der Stellung Aj und die vom Generator 20 abgegebene Spannung so eingestellt ist, daß die Spannung V die Frequenz Fc entsprechend dieser Fehierari aufweist, kann man die Rohre mittels der Drucktasten AV und AR der Steuereinrichtung 24 durchlaufen lassen. Wenn die Schwellenwertschaltung ausgelöst ist, wird die Rohrbewegung angehalten, was das Vorhandensein eines zu erfassenden Fehlers genau in der Spule anzeigt.

Bei der Betriebsart in der Stellung D des Umschalters 16 nimmt die Vorrichtung eine automatische Reihenprüfung der Rohre vor. Diese erfahren automatisch vier Durchläufe in der Spule bei Frequenzen, die nacheinander den Wert F₀, Fi, F₂ und F₃ haben, die genau eine bestimmte Fehlerart kennzeichnen. Wenn beispielsweise am Ende dieser vier Durchläufe der Speicher 2i anzeigt, daß die Schwellenwertschaltung mindesten! einmal ausgelöst worden ist, wird das betreffende Rohi automatisch durch die Aussortiereinrichtung 28 aussortiert. Der gleiche Vorsprung wiederholt sich für alle Arten zu erfassender Fehler, wobei die durch die Aussortiereinrichtung 28 aussortierten Rohre auch nach der Fehlerart zu Gruppen zusammengefaßt werden.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel dei Vorrichtung kann in verschiedener Weise abgewandeil werden. In der beschriebenen Vorrichtung wird die Erfassung der Fehler durch eine am Punkt ßder Spule 1 abgenommene Spannung vorgenommen, es ist jedoch genauso gut möglich, die Gatterspannung des Feldef fekttransistors 2 oder die Spannung V selbst zi verwenden. Außerdem kann die Vorrichtung ebenso gui wie mit einem Selektivverstärker, der hier beschrieber worden ist, mit einem Hartley-Oszillator arbeiten. Ir diesem Fall reicht es aus, zwischen den Punkt B dei Wicklung 1 und das Gatter des Feldeffekttransistors 2 eine Wirkkapazität 32 zu schalten (in Strichlinie in dei Zeichnung abgebildet). Um mit der einen oder anderer dieser Schaltungen zu arbeiten, kann man in Serit mi· dieser Kapazität einen Schalter 33 vorsehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nach der Wirbelstrommethode, bestehend

aus einem Hartley-Oszillator mit einer den Prüfling aufnehmenden Induktionsspule, die mit einem Zwischenabgriff versehen ist, und mit einem elektronischen Bauelement dessen Gitter und Kathode mit einem der Enden bzw. dem ι ο Zwischenabgriff der Induktionsspule verbunden sind, die gleichzeitig als Spule zum Erzeugen eines Wechselmagnetfeldes und als Spule zum Erfassen des Feldes im Prüfling wirkt, wobei die Gitterspannung des elektronischen Bauelemeiits des Hartley-Oszillators gemessen wird, aus einem mit der Induktionsspule gekoppelten, in seiner Frequenz durchstimmbaren Wechselspannungsgenerator, dessen Ausgangsspannungsfrequenz durch eine Steuereinrichtung zyklisch änderbar ist, und aus einer Einrichtung zur Anzeige oder Registrierung der vom Prüfling hervorgerufenen Änderung der Gitterspannung und/oder der vom Wechselspannungsgenerator gelieferten Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz der Wechselgeneratorspannung, nach Hauptpatent P 19 17 8553-52, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsgenerator einen Oszillator (8) mit fester Frequenz, einen Oszillator (9) mit durch ein Stellorgan einstellbarer Frequenz und einen Mischer (7) aufweist, der die Ausgangsspannungen der beiden Oszillatoren empfängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan eine Kapazitätsdiode ist, deren Kapazität von der Vorspannung abhängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zur Steuerung der Frequenz der vom Wechsclspannungsgenerator gelieferten Spannung (V) einen Generator (18) für in aufeinanderfolgenden Stufen ansteigende Sägezahnsignale hat, der die Änderung der Frequenz in einer Folge von Stufen erlaubt, die gleichmäßig getrennt sind und deren Dauer im wesentlichen gleich der Zeit ist, damit der durch eine Antriebseinrichtung (5) verschiebbare Prüfling (4) die Induktionsspule (1) einmal durchläuft.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Gleichspannungsgenerator (21) mit mehreren Ausgängen, die unterschiedlich große Spannungen abgeben, und einen Umschalter (22) aufweist, der die aufeinanderfolgende Einspeisung dieser Spannungen in den Wechselspannungsgenerator (9) erlaubt, damit die Frequenz der Wechselspannung nacheinander mehrere verschiedene Werte annimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glieder der Steuereinrichtung durch einen Umschalter (16) einschaltbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung der Änderungen der Ausgangsspannung des Oszillators und/oder der vom Wechselspannungsgenerator gelieferten Spannung (^aufweist:

pinen S"!tze-S"itze-Detektor (15\ der die

Spannungen empfängt,

eine Einheit (29) von Analogspeichern, die an den Ausgang des Spitze-Spitze-Detektors und einen Oszillographen (13) angeschlossen ist, in den der Inhalt der Einheit der Analogspeicher übertragen werden kann, und einen Synchronisationsgenerator (19), der synchron mit den Frequenzstufen das Umschalten der Analogspeicher und die Steuerung der Antriebseinrichtung (S) vornimmt, damit jeder Prüfling (4) eine vorgegebene Anzahl oft die Induktionsspule (1) durchläuft

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Programmgeber (23), der für jeden Prüfling (4) eine Folge von mehreren Durchläufen durch die Induktionsspule (1) und gleichzeitig für jeden Durchlauf die Änderung der Stellung des Umschalters (22) am Gleichspannungsgenerator (21) hervorruft eine Schwellenwertschaltung (25), die die Ausgarvgsspannung des Oszillators oder der vom Wechselspannungsgenerator gelieferten Spannung (V) empfängt, und einen Speicher (26), der an den Ausgang der Schwellenwertschaltung angeschlossen ist, um bei jedem Durchlauf deren Auslösung zu speichern, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit von den gespeicherten Daten eine Einrichtung (23) zur Aussortierung fehlerhafter Prüflinge (4) steuert

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das elektronische Bauelement des Hartley-Oszillators ein Feldeffekttransistor (2) ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkkapazität (32) des Hartley-Oszillators in Serie mit einem Schalter (33) geschaltet ist, der das Umschalten des Oszillators >n einen Selektivverstärker erlaubt und daß die Spannung zur Erfassung eines Fehlers an den Enden (A, B)de\r Induktionsspule (1) abgenommen wird.