DE19915099A1

DE19915099A1 - Electrodynamic transducer head, has tiltable probe with bearer supported with respect to holder via spring element in form of flat spring element or flat spring

Info

Publication number: DE19915099A1
Application number: DE1999115099
Authority: DE
Original assignee: Mannesmann AG; Nukem GmbH
Current assignee: Vodafone GmbH; Nukem GmbH
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-26

Abstract

The device has a holder connected to an adjustment mechanism and a tiltable probe with at least one transmission and reception coil and a bearer (10) with a sliding element for placing on the workpiece. The bearer is supported with respect to the holder via a spring element (12) in the form of a flat spring element or a flat spring, which is in a peripheral holder such as an annular groove (32).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrodynamischen Wandlerkopf zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken, insbesondere Rohren, mittels Ultraschall mit einer mit einer Einstellmechanik verbundenen, insbesondere eine Magnetfeldzuführung umfassende Halte rung, gegenüber der ein zumindest eine eine Sende- und Empfangsspule aufweisende Sonde mit auf dem Werkstück aufzusetzenden Gleitelementen aufweisender Träger kippbar gelagert ist.The invention relates to an electrodynamic transducer head for non-destructive Testing of workpieces, especially pipes, using ultrasound with one with a Adjustment mechanism connected, in particular comprising a magnetic field supply holding tion, against which an at least one probe having a transmitting and receiving coil with supports on the workpiece to be fitted with sliding elements is.

Mittels elektrodynamisch erzeugten Ultraschalls werden Werkstücke wie Rohre zerstörungs frei geprüft. Um die dem Werkstück zugewandten Sonden zu schützen, gehen die Sonden zusammen mit Gleitelementen wie Gleitsteinen von einem Träger aus (DE 40 02 100 C2), die unmittelbar auf das Werkstück aufgesetzt werden. Dabei können mehrere Sonden anein andergereiht entlang einer Linie angeordnet sein, wobei jede Sonde - oder auch Schwinger genannt - eine z. B. aus Kupferdraht oder einer Feinstleiterplatine bestehende Sendespule und eine Empfangsspule umfasst, die über Steckkontakte mit Anschlüssen verbindbar sind, um die Spulen zu erregen bzw. von diesen empfangene Signale weiterzuleiten. Die Sendespule selbst kann dabei auf einem Magnetfeldkonzentrator angeordnet sein, über den das magnetische Feld geleitet wird. Die Sonden können ferner in einer Vergussmasse eingebettet sein, deren Außenflächen in Bezug auf die der Gleitelemente zurückversetzt verlaufen.Workpieces such as pipes are destroyed by means of electrodynamically generated ultrasound freely checked. To protect the probes facing the workpiece, the probes go together with sliding elements such as sliding blocks from a carrier (DE 40 02 100 C2), the be placed directly on the workpiece. Several probes can be connected lined up along a line, each probe - or vibrator called - a z. B. made of copper wire or a fine circuit board transmitter coil comprises a receiving coil which can be connected to connectors via plug contacts in order to To excite coils or to transmit signals received by them. The transmitter coil itself can be arranged on a magnetic field concentrator, via which the magnetic Field is headed. The probes can also be embedded in a casting compound, the Outer surfaces are set back with respect to those of the sliding elements.

Der die Sonden aufnehmende Träger kann gegenüber einer mit einer Einstellmechanik verbundenen Halterung über eine Wippe zur kippbaren Lagerung verbunden sein. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, einen Ausgleich von Abweichungen eines Rohres in dessen Längsachse von der Geraden vorzunehmen, d. h. die Prüfköpfe können in begrenztem Umfang der Rohrlängsachse folgen. Die Achse der Wippe ist dabei starken Belastungen ausgesetzt, z. B. bei kurzen Stößen durch das Rohr. Durch die Achsenlagerung der Wippe werden allein Kräfte in Rohrlängsachse ausgeglichen, ohne dass Torsionsbewegungen, die durch radiale Kräfte hervorgerufen werden, gedämpft werden. Daher ist festzustellen, dass die Achse der Wippe häufig bricht, so dass eine regelmäßige Wartung bzw. ein Austausch erforderlich ist.The carrier receiving the probes can be compared to one with an adjustment mechanism connected bracket can be connected via a rocker for tiltable storage. Hereby it is possible to compensate for deviations in a pipe To make the longitudinal axis from the straight line, d. H. the probes can be in limited Follow the circumference of the pipe longitudinal axis. The axis of the seesaw is heavy loads exposed, e.g. B. with short bumps through the pipe. Through the axle support of the seesaw forces in the longitudinal axis of the pipe are balanced without torsional movements caused by radial forces are dampened. It can therefore be concluded that the Axis of the rocker frequently breaks, so that regular maintenance or replacement is required.

Des Weiteren sind sowohl die Gleitsteine als auch die Achse der Wippe starken Belastungen ausgesetzt, wenn der Wandlerkopf auf ein Werkstück aufgesetzt ist, da dies grundsätzlich derart erfolgt, dass zunächst ein Gleitstein mit dem Werkstück wie Rohr in Kontakt gelangt.Furthermore, both the sliding blocks and the axis of the rocker are heavy loads exposed when the transducer head is placed on a workpiece, as this is fundamentally takes place in such a way that a sliding block first comes into contact with the workpiece, such as a pipe.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen elektrodynamischen Wand lerkopf der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass nicht nur durch Abweichungen der werkstück- wie einer Rohrlängsachse, sondern auch durch Torsionsbewegungen hervor gerufene Kräfte gedämpft werden können. Auch sollen auf den Träger wirkende Stöße gegenüber der Halterung weitgehend gedämpft werden.The present invention addresses the problem of an electrodynamic wall to further develop the head of the type mentioned at the beginning so that it is not only due to deviations the workpiece as a pipe longitudinal axis, but also by torsional movements called forces can be damped. Shocks should also act on the carrier be largely damped compared to the bracket.

Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Träger gegenüber der Halterung mittels eines Federelementes abgestützt ist. Dabei handelt es sich bei dem Federelement vorzugsweise um ein Blattfederelement. Dadurch, dass der Träger gegen über der Halterung über das Federelement abgestützt ist, kann ein Aufsetzen des Prüfkopfes auf das Werkstück wie Rohr derart gleichmäßig erfolgen, dass die Gleitsteine gleichzeitig mit dem Werkstück in Berührung gelangen. Somit erfolgt ein Dämpfen beim Aufsetzen des Prüfkopfes, so dass die ansonsten auftretenden Stöße nicht auf die Halterung übertragen werden. Durch die Blattfeder bedingt sind Belastungen während der Prüfung besser kompen sierbar mit der Folge, dass die Standzeiten der Blattfeder im Vergleich zu denen einer Wippenlagerung größer sind. Ferner erfolgt ein Dämpfen der Bewegungen der Prüfköpfe, die sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung den Abweichungen einer idealen Oberfläche des Werkstückes wie Rohres folgen. Ferner werden kurze Stöße von dem Träger aufgrund der Dämpfung der Blattfeder bzw. -federn auf die Einstellmechanik nicht weitergeleitet.According to the invention, the problem is essentially solved in that the carrier is supported against the bracket by means of a spring element. It is about the spring element preferably around a leaf spring element. In that the carrier against The test head can be placed over the bracket via the spring element on the workpiece such as pipe so evenly that the sliding blocks at the same time come into contact with the workpiece. Thus there is a damping when putting on the Test head, so that the otherwise occurring shocks are not transmitted to the bracket become. Due to the leaf spring, loads are better compensated during the test The result is that the service life of the leaf spring compared to that of one Rocker bearings are larger. Furthermore, the movements of the test heads are damped the deviations of an ideal surface both in the longitudinal and in the circumferential direction follow the workpiece like pipe. Furthermore, short bumps from the wearer due to the Damping of the leaf spring or springs not passed on to the adjustment mechanism.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Blattfederelement umfangsseitig in einer umlaufenden Nut des Trägers verläuft. Um eine Relativbewegung zwischen dem Blattfederelement und dem Träger bzw. dessen Aufnahme zu ermöglichen, weist die Blattfeder einen Durchmesser auf, der geringer als der Durchmesser der die Funktion einer Aufnahme ausübenden Nut ist.In particular, it is provided that the leaf spring element on the circumferential side in a circumferential Groove of the carrier runs. To a relative movement between the leaf spring element and To enable the carrier or its inclusion, the leaf spring has a diameter which is smaller than the diameter of the groove performing the function of a receptacle.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Blattfederelement halterungsseitig an einer konvex verlaufenden Fläche abgestützt ist, wodurch die gewünschte dämpfende Kippbewegung zwischen Träger und Halterung ermöglicht wird.Furthermore, it is provided that the leaf spring element on the bracket side on a convex extending surface is supported, creating the desired damping tilting movement between carrier and bracket is made possible.

Das Blattfederelement selbst ist über eine Befestigung wie Schraube mit der Halterung verbunden, wobei die Längsachse des Befestigungselements die Blattfeder mittig durchsetzt.The leaf spring element itself is attached to the bracket like a screw connected, the longitudinal axis of the fastener passing through the leaf spring in the center.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.Further details, advantages and features of the invention result not only from the Claims, the features to be extracted from these - individually and / or in combination -, but also from the following description of one of the drawings preferred embodiment.

Der einzigen Figur ist ein Ausschnitt eines elektrodynamischen Wandlerkopfes zu entnehmen, dessen grundsätzlicher Aufbau z. B. der DE 40 02 100 C2 zu entnehmen ist. Insoweit wird auf die Offenbarung des entsprechenden Dokuments und den in diesem abgehandelten Stand der Technik verwiesen. The only figure shows a section of an electrodynamic transducer head, whose basic structure z. B. DE 40 02 100 C2 can be seen. So far on the disclosure of the relevant document and the status dealt with in this document referred to the technology.

Der elektrodynamische Wandlerkopf wird zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken mittels elektrodynamisch erzeugten Ultraschalls benutzt. Ein hierzu erforderliches Magnetfeld wird mittels eines nicht dargestellten Elektromagneten erzeugt, wobei der Wandlerkopf mit einem beweglichen Polschuh des Magneten verbunden sein kann. Der Wandlerkopf umfasst einen Träger 10, der über eine Blattfeder 12 mit einer Halterung verbunden ist, die ihrerseits von einer Einstellmechanik ausgeht, um den Wandlerkopf auf ein Werkstück aufzusetzen bzw. von diesem abzuheben. Die Halterung umfasst im Ausführungsbeispiel eine Magnetzu leitungsführung 14 in Form eines Achtkants.The electrodynamic transducer head is used for the non-destructive testing of workpieces using electrodynamically generated ultrasound. A magnetic field required for this is generated by means of an electromagnet, not shown, wherein the transducer head can be connected to a movable pole piece of the magnet. The transducer head comprises a carrier 10 , which is connected via a leaf spring 12 to a holder, which in turn is based on an adjustment mechanism in order to place the transducer head on a workpiece or to lift it off. In the exemplary embodiment, the holder comprises a magnetic lead guide 14 in the form of an octagon.

Der Träger 10 weist in seiner werkstückseitigen Oberfläche nicht dargestellte Sende- und Empfangsspulen umfassende Sonden auf, die über Steckkontakte mit elektrischen Anschlüs sen verbindbar sind, um die Spulen zu erregen bzw. von diesen empfangene Signale weiterzu leiten. Dabei kann eine Sendespule z. B. aus Kupferdraht oder einer Feinstleiterplatine beste hen und unmittelbar auf einem Magnetfeldkonzentrator 16 angeordnet sein, über den das Magnetfeld geleitet wird. Der Magnetfeldkonzentrator 16 selbst kann sondenseitig ein platten förmiges Zwischenteil aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff mit geringer elektrischer Leitfähigkeit aufweisen. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch dann, wenn im Magnetsystem eine Wirbelstromausbildung und somit eine Erzeugung parasitärer Ultraschall wellenanregung erfolgen sollte, keine von der Empfangsspule empfangenen Signale ausgewer tet werden, die zu einer fehlerhaften Beurteilung des zu prüfenden Werkstoffes führen.The carrier 10 has in its workpiece-side surface, not shown, transmitting and receiving coils comprising probes which can be connected via plug contacts to electrical connections in order to excite the coils or to transmit signals received by them. Here, a transmitter coil z. B. from copper wire or a fine printed circuit board best hen and be arranged directly on a magnetic field concentrator 16 , via which the magnetic field is conducted. The magnetic field concentrator 16 itself can have a plate-shaped intermediate part made of a soft magnetic powder composite material with low electrical conductivity on the probe side. This ensures that even if eddy current formation and thus parasitic ultrasound wave excitation should occur in the magnet system, no signals received by the receiving coil are evaluated which lead to an incorrect assessment of the material to be tested.

Die Spulen sind in einer Vergussmasse eingebettet und von einer Schutzkappe 18 umgeben, deren Oberfläche gegenüber seitlichen Gleitstücken oder -steinen 20, 22 zurückversetzt ver laufen. Die Gleitsteine 20, 22 selbst werden auf die Werkstückfläche während der Ultraschall prüfung aufgesetzt. Ferner gehen von den Gleitsteinen 20, 22 bzw. deren Aufnahmen Kühl körper wie -rippen 24, 26 aus, um durch die Reibung zwischen dem Werkstück und den Gleitsteinen 20, 22 entstehende Wärme abzuleiten.The coils are embedded in a potting compound and surrounded by a protective cap 18 , the surface of which runs back set against lateral sliding pieces or stones 20, 22. The sliding blocks 20 , 22 themselves are placed on the workpiece surface during the ultrasound test. Furthermore go from the sliding blocks 20 , 22 or their receptacles cooling bodies such as fins 24 , 26 to dissipate heat generated by the friction between the workpiece and the sliding blocks 20 , 22 .

Der Träger 10 umfasst eine Prüfkopfgrundplatte 28, die halterungsseitig mit einer Prüfkopf aufnahmeplatte 30 verbunden ist. Diese weist eine durch eine umlaufende Nut 32 gebildete Hinterschneidung mit Nutboden 34 auf, die Aufnahme für die Blattfeder 12, d. h. deren peripheren Rand 36 bildet. Die Prüfkopfaufnahmeplatte 30 weist eine plane Auflagefläche 38 für die Blattfeder 12 auf. Die Fläche 38 dient dabei als Abstützfläche für die Blattfeder 12.The carrier 10 comprises a test head base plate 28 which is connected on the bracket side to a test head mounting plate 30 . This has an undercut formed by a circumferential groove 32 with a groove bottom 34 , which forms the receptacle for the leaf spring 12 , ie the peripheral edge 36 thereof. The test head mounting plate 30 has a flat contact surface 38 for the leaf spring 12 . The surface 38 serves as a support surface for the leaf spring 12 .

Der Durchmesser der Blattfeder 12 selbst ist kleiner als der lichte Durchmesser der Aufnahme 32, also der Abstand zwischen zwei diametral zur Mittelachse liegenden Punkten des Nutbodens 34. Mittig ist die Blattfeder 12 von einem Befestigungselement wie Schraube 40 durchsetzt, die mit der Halterung bzw. dem Achtkant 14 verbunden ist.The diameter of the leaf spring 12 itself is smaller than the clear diameter of the receptacle 32 , that is to say the distance between two points of the groove base 34 lying diametrically to the central axis. In the middle, the leaf spring 12 is penetrated by a fastening element such as screw 40 , which is connected to the holder or the octagon 14 .

Halterungsseitig ist die Blattfeder 12 auf einer zum Träger 10 hin konvex verlaufenden Fläche 42 abstützbar. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, dass der Träger 10 in Bezug auf die Halterung zur Längsachse des zu prüfenden Werkstücks wie Rohr kippbar gelagert ist.On the bracket side, the leaf spring 12 can be supported on a surface 42 which is convex toward the carrier 10 . This results in the possibility that the carrier 10 is mounted such that it can be tilted with respect to the holder relative to the longitudinal axis of the workpiece to be tested, such as a pipe.

Um beim Prüfen des Werkstückes durch Abrieb anfallenden ferromagnetischen Staub von der zu dem Träger 10 kippbar bzw. verstellbaren Magnetfeldzuführung 14 fernzuhalten, ist dieser trägerseitig von einem Faltenbalg 44 umgeben, der über Befestigungsschellen 46, 48 einer seits mit der Prüfkopfaufnahmeplatte 30 und andererseits mit einer die Magnetfeldzuführung 14 umgebenden Führung 50 verbunden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Bereich zwischen dem Träger 10 und dem trägerseitigen Bereich der Halterung, d. h. der Magnetfeld zuführung 14 und insbesondere zwischen der Blattfeder 12 und der zu dieser konvex ver laufenden Fläche 42 gegen Verschmutzung abgeschirmt ist.In order to keep the workpiece away from the magnetic field feed 14 , which can be tilted or adjusted to the carrier 10 due to abrasion, the workpiece is surrounded on the carrier side by a bellows 44 , which is attached to the test head mounting plate 30 on the one hand via fastening clamps 46 , 48 and on the other hand with a Magnetic field feed 14 surrounding guide 50 is connected. This ensures that the area between the carrier 10 and the carrier-side region of the holder, ie the magnetic field supply 14 and in particular between the leaf spring 12 and the surface 42 which is convex to this ver is shielded from dirt.

Die die Blattfeder 12 mit der Magnetfeldzuführung 14 verbindende Schraube 40 ist derart angezogen, dass die Blattfeder 12 in dem die Schraube 40 umgebenden Bereich flächig an der konvexen Fläche 42 des Trägers anliegt.The screw 40 connecting the leaf spring 12 to the magnetic field feed 14 is tightened in such a way that the leaf spring 12 lies flat against the convex surface 42 of the carrier in the area surrounding the screw 40 .

Dadurch, dass der Träger 10 mit der Halterung über die Blattfeder 12 verbunden und somit abgestützt ist, ergibt sich die Möglichkeit, dass beim Zustellen des Wandlerkopfes auf das Werkstück ein gleichmäßiges Aufsetzen auf die Gleitsteine 20, 22 erfolgt. Gleichzeitig erfolgt ein Dämpfen des Stoßes beim Aufsetzen, wodurch die Halterung und damit die Einstell mechanik geschont werden. Ein weiterer Vorteil der Blattfeder 12 ist es, dass diese Belastun gen während der Prüfung stärker standhält als durch Wippen gebildete Verbindungen zwischen Halterung und Träger.Because the carrier 10 is connected to the holder via the leaf spring 12 and is thus supported, there is the possibility that when the transducer head is placed on the workpiece, it is placed evenly on the sliding blocks 20 , 22 . At the same time, the shock is damped when touching down, which protects the bracket and thus the adjustment mechanism. A further advantage of the leaf spring 12 is that these loads withstand the stresses during the test to a greater extent than connections formed by rockers between the holder and the carrier.

Da die Prüfköpfe sowohl in ihrer Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung den Abwei chungen von einer idealen Oberfläche folgen, werden die diesbezüglichen Bewegungen durch die Blattfeder 12 gedämpft und somit auf die Halterung nicht oder nur unwesentlich über tragen.Since the test heads follow the deviations from an ideal surface both in their longitudinal direction and in the circumferential direction, the movements in this regard are damped by the leaf spring 12 and thus not or only insignificantly transmitted to the holder.

Claims

1. Electrodynamic transducer head for the non-destructive testing of workpieces by means of ultrasound with a holder connected to an adjustment mechanism, against which a probe having at least one transmitting and receiving coil with a support ( 10 ) having sliding elements to be placed on the workpiece is tiltably mounted, characterized in that the Carrier ( 10 ) is supported relative to the holder via a spring element ( 12 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the spring element is a leaf spring element or a leaf spring ( 12 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the leaf spring element ( 12 ) extends circumferentially in a circumferential receptacle such as an annular groove ( 32 ).

4. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the leaf spring element ( 12 ) is supported on the bracket side on a convex surface ( 42 ) of the holder.

5. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the leaf spring element ( 12 ) is connected to the holder via a fastening element such as a screw ( 40 ).

6. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fastening element ( 36 ) passes through the leaf spring element ( 12 ) in the center.

7. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the leaf spring element ( 12 ) has a diameter which is less than that of the receptacle ( 32 ).