DE2151870C3 - Einrichtung zur Erfassung von Fehlern nach der Wirbelstrommethode in einem längs eines Arbeitsweges bewegten Werkstück - Google Patents

Einrichtung zur Erfassung von Fehlern nach der Wirbelstrommethode in einem längs eines Arbeitsweges bewegten Werkstück

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DE2151870C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung von Fehlern nach der Wirbelstrommethode in einem längs eines Arbeitsweges bewegten Werkstück, mit einer Anordnung zum Erzeugen von Wirbelströmen in dem Werkstück und mit einer Vielzahl von auf der Außenseite des Werkstücks angeordneten Abfühlspulen, die mit einer Auswerteschaltungsanordnung verbunden sind, die ein Prüfsignal erzeugt, wenn die Abfühlspulen einen Fehler erfassen, und die eine Lokalisierung des Fehlers längs des Umfangs ermöglicht
Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 21 24579 bekanntgeworden. Bei der Einrichtung nach dieser Patentschrift ist (siehe Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14) eine auf den gesamten Umfang des Werkstücks sich erstreckende Spule mit mehreren Anzapfungen vorgesehen. Diese Anordnung weist jedoch mehrere Nachteile auf. Da die Abfühlspule aus einzelnen, im Abstand voneinander liegenden Windungen besteht, ergibt sich eine ungenügende Impedanzanpassung zwischen der Oberfläche des Werkstücks und der Schaltungsanordnung zur Erfassung des elektrischen Prüfsignals. Femer ist die an den Spulenenden auftretende normale Betriebsspannung wegen der Serienschaltung der einzelnen Spulenabschnitte wesentlich größer als die induzierte Spannung, die bei Vorliegen eines Fehlers im Werkstück an zwei benachbarten Anzapfungen der Spule auftreten.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtung besteht darin, daß der Fehler in einem begrenzten Abschnitt des Werkstücks nicht unabhängig von dessen anderen Teilen erfaßt werden kann. In der rechten Spalte auf Soite 3, Zeilen 31 bis 41 dieser US-PS ist zwar angegeben, daß jeder zwischen zwei Anzapfungen liegenden Abschnitt des Werkstücks unabhängig von in seinen anderen Teilen auftretenden Fehlern geprüft werden kann, indem die Schaltungsanordnung für das Prüfsignal nacheinander an jedes Paar von Anzapfungen angeschaltet wird. Da die einzelnen Spulenabschnitte jedoch in Serie zueinander liegen, macht sich die in einem Spulenabschnitt induzierte Spannung auch in anderen Abschnitten bemerkbar und beeinflußt auch die Signale, die zwischen einem anderen Paar von Anzapfungen aufgrund eines in dem zugeordneten Abschnitt des Werkstücks erfaßten Fehlers auftreten.
Im bekannten Fall ist eine Lokalisierung des Fehlers längs des Umfanges zwar dadurch möglich, daß die Spulenteile einzeln nacheinander mit der Prüfsignalschaltungsanordnung verbunden werden. Dadurch ist mit Nachteil zu einem Zeitpunkt nur ein Abschnitt des Umfanges prüfbar.
Dem Anmeldungsgegenstand liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erfassung von Fehlern in einem Werkstück verfügbar zu machen, die eine empfindliche Erfassung kleiner Fehler ermöglicht, während das Werkstück gleichzeitig über seinen gesamten Umfang geprüft wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß eine Vielzahl von Abfühlarmen mit jeweils einer zugeordneten Abfühleinheit vorgesehen ist, daß jede Abfühleinheit eine Vielzahl von einzelnen Abfühlspulen aufweist derart, daß sich die Abfühlspulen in der Betriebsstellung im wesentlichen auf den gesamten Umfang des Werkstücks erstrecken, daß jeder Abfühlarm an einem um eine senkrecht zum Arbeitsweg des Werkstücks verlaufende Achse drehbaren Stützbügel angebracht ist, so daß die Abfühlspulen der Abfühleinheiten eine erste Stellung in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks und eine zweite Stellung in vorbestimmtem Abstand von dem Werkstück einnehmen können, und daß die Auswerteschaltungsanordnung gleichzeitig mit den Abfühlspulen jeder Abfühleinheit verbunden ist und so aufgebaut ist, daß sie auch
anzeigt, welche Abfühleinheit den Fehler erfaßt hat
Die Erfindung weist folgende Vorteile auf. Es ist eine empfindliche Messung möglich. Das Werkstück wird gleichzeitig Ober seinen gesamten Umfang geprüft Mit Röhren als Werkstücke lassen sich dabei auch in Röhren größeren Durchmessers sehr kleine Fehler lückenlos nachweisen. Die Ausrichtung der Abfiihleinheiten ist sehr einfach.
Weitere ausgestaltende Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Schrägansicht der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
F i g. 2 bis 6 verschiedene Ansichten der Einrichtung nach F i g. J;
F i g. 7 eine Schrägansicht, die die Konstruktion der Abfühleinheit darstellt, die in F i g. 1 gezeigt ist; und
Fig.8 ein schematisches, elektrisches Blockschaltbild, das die zugehörige elektrische Schaltung darstellt
Die Fig. 1 bis 6 zeigen die Fehlersucheinrichtung IO der vorliegenden Erfindung, die aus einem Stützrahmen 12 besteht, an dem vier Stützbügel 14,16,18,20 befestigt sind; diese Stützbügel halten vier Abfühlarme 22,24,26, 28. Die Abfühlarme 22, 24, 26, 28 bestehen aus vier Aufnahmeannen 30, 32, 34, 36, wobei jeder Arm eine Mehrzahl von Abfühleinheiten 38,40,42 bzw. 44 trägt Die Abfühleinheiten 38, 40, 42, 44 werden durch ihre jeweiligen Aufnahmeanne 30,32,34 und 36 in der Nähe des bewegten Werkstücks 46, z. B. einem Rohr, das untersucht werden soll, gehalten.
Die F i g. 3 läßt erkennen, daß der Stützrahmen 12 einen Durchgang 48 vorgibt Die Stützbügel 14,16,18, 20 sind auf dem Rahmen 12 montiert und in'gleichen Abständen um die öffnung 48 herum angeordnet; sie besitzen jeweils eine in allgemeinen L-förmige Konfiguration und haltern jeweils einen pneumatisch wirkenden Betätigungszylinder 50, 52, 54, 56. Der L-förmige Stützbügel 18 enthält ein Paar von parallel sich erstreckenden Flanschteilen 58, 60. Eine Welle 62 erstreckt sich zwischen den Flanschteilen 58,60 und ist so orientiert, daß ihre Achse sich in eine Richtung erstreckt die im allgemeinen senkrecht zur Richtung des Vorschubweges des Werkstückes 46 liegt Der Aufnahmearm 34 ist auf der Welle 62 drehbar montiert, so daß das Ende des Armes 34, das die Abfühleinheit 42 haltert, zu oder von dem Werkstück 46 bewegt werden kann, um so die Abfühleinheit 42 in die Nähe des Werkstückes 46 oder von diesem weg zu bewegen.
In ähnlicher Weise enthält der Stützbügel 14 ein Paar von Flanschteilen 64, 66, um eine Welle 68 zu haltern. Die Welle 68 besitzt eine Achse, die sich ebenfalls in eine Richtung transversal zur Richtung des Vorschubweges des Werkstückes 46 erstreckt Zusätzlich ist der Aufnahmearm 30 drehbar auf der Welle 68 so gelagert daß das Ende des Armes 30, daß die Abfühleinheit 38 trägt, zu dem Werkstück 46 hin oder von ihm weg bewegt werden kann, um so die Abfühleinheit 38 in die Nähe des Werkstückes 46 oder von ihm weg zu bewegen.
In einer gleichen Weise weist der Stützbügel 16 ein Paar von Flanschteilen 70, 72 auf. Zwischen den Flanschteilen 70, 72 erstreckt sich eine Welle 74. Der Aufnahmearm 32 ist drehbar auf der Welle 74 gelagert, so daß die Abfühleinheit 40, die durch den Aufnahmearm 32 getragen wird, in die Nähe des Werkstückes 40 oder von ihm weg bewegt werden kann.
Der Stützbügel 20 enthält ein Paar von Flanschteilen
76, 78 zum Haltern einer Welle 80. Der Aufnahmearm 36 ist drehbar auf der Welle 80 gelagert so daß die Abfühleinheit 44, die durch den Arm 36 getragen wird, auch in die Nähe des Werkstückes 46 oder von ihm weg bewegt werden kann. Die Wellen 74 und 80 sind so angeoidnet daß sich die Achsen dieser Wellen in einer Richtung erstrecken, die transversal zu dem Vorschubweg des Werkstückes 46 liegt Die Betätigungszylinder 50,52,54,56 sied jeweils auf
ίο den L-förmigen Stützbügel 14,16,18, 20 montiert Der Zylinder 54 enthalt eine Arbeitsstange 82, die am gegenüberliegenden Ende (das die Abfühleinheit 42 trägt) des Aufnahmearmes 34 befestigt ist Ein Lufteinlaß 84 ist an dem Zylinder 54 vorgesehen, so daß Luftdruck auf den Zylinder gegeben werden kann, um die Arbeitsstange 82 nach unten zu bewegen, wie aus F i g. 4 zu erkennen ist, um so den Aufnahmearm 34 im Uhrzeigersinn um die Welle 62 zu drehen, d. h. um die Abfühleinheit 42 von dem Werkstück 46 weg zu bewegen. Wenn der Luftdruck am Lufteinlaß 84 weggenommen wird, kehrt die Welle 82 infolge einer Federvorspannung in die ursprüngliche Stellung zurück. Wie in F i g. 6 gezeigt ist wird die Federvorspannung durch eine Feder erzeugt die innerhalb des Zylinders 54 angeordnet ist und die Abfühleinheit 42 gegen die äußere Fläche des Werkstückes 46 drückt
Zweckmäßig sind die Aufnahmearme 30, 32, 34, 36 ebenso wie die entsprechenden Abfühleinheiten 38,40, 42, 44 von gleicher Konstruktion, mit Ausnahme der
so Länge der Aufnahmearme; es ist daher nur eine Beschreibung eines Aufnahmearmes (34) und seiner entsprechenden Abfühleinheit 42 anhand der F i g. 4 und 5 notwendig. Dieser Aufnahmeann 34 besteht aus einem verlängerten, kanalförmigen Teil zum Haltern der die
Γι Abfühleinheit 42 tragenden Montierplatte 86. Die Montierplatte 86 besteht aus einer flachen Platte, die einen Sockelteil 88 besitzt auf der ein Kugelteil 90 aufgenommen ist das sich nach unten von dem Aufnahmearm 34 weg erstreckt um so eine Kugel · und Sockelanordnung zu bilden. Ein Federteil 92 ist zwischen dem Arm 34 und der Montierplatte 86 angebracht um das Plattenteil leicht in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen (wie in F i g. 4 zu erkennen ist), wenn der Arm 34 in der zurückgezogenen Position sich
ι '< befindet d. h. wenn die Abfühleinheit von dem Werkstück 46 weg bewegt ist.
Die Abfühleinheit 42 ist entsprechend dem Umfang des zylindrischen Werkstücks gebogen. Sie ist auf der Montierplatte 86 mit Hilfe von vier Montierschrauben
ν« angebracht, von denen nur zwei Schrauben 94,96 in der Fig.4 dargestellt sind. Ein Rückhaltestift 98 erstreckt sich nach oben von der Montierplatte 86, um eine Bewegung der Montierplatte 86 über den Punkt hinaus zu verhindern, bei der der Stift 98 die obere Wand des
> < Aufnahmearmes 34 berührt
Ein nachgiebiges vorspannendes Teil 100 erstreckt sich nach unten von dem Aufnahmearm 34, um zu verhindern, daß das Werkstück 46 von der rechten Kante der Abfühleinheit 42 berührt wird, wenn das
ι" Werkstück anfänglich in die Abfühleinheit eingeführt wird. Wenn der Aufnahmearm 34 zurückgezogen ist, d.h. wenn die Abfühleinheit 42 aus der in Fig.4 gezeigten Position nach oben bewegt ist, verursacht näm!::h das Federteil 92, daß die Montierplatte und die
■ . Abfühleinheit 42 sich gegen den Uhrzeigersinn drehen, so daß die rechte Kante der Abfühleinheit 42 zu einer Stellung oberhalb der unteren Kante des nachgiebigen vorspannenden Teils 100 angehoben wird.
Wenn der Aufnahmearm 34 in eine Stellung bewegt wird, die in F i g. 4 dargestellt ist, d. h. in eine Stellung, in der die Abfühleinheit 42 gegen das Werkstück 46 gedrückt wird, drückt das Werkstück 46 gegen den linken Tei! der Abfübleinheit 42 und verursacht dabei, daß die Abfühleinheit 42 etwas im Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß die Bodenfläche der Abfühleinheit 42 mit der Oberfläche des Werkstückes 46 in Eingriff tritt
Wie in F i g. 5 gezeigt ist, erstreckt sich ein elektrisches Kabel von der Abfühleinheit 42 und entlang des Aufnahmearmes 34, um eine elektrische Verbindung zwischen der Abfühleinheit 42 und der Auswerteschaltung herzustellen.
Fig.6 zeigt die sich überlappende Anordnung der Abfühleinheiten 38,40,42,44 in der Stellung, bei der sich die Einheiten in der Nähe des Werkstückes 46 befinden. Jeder der Abfühleinheiten weist die gleichen Abmessungen auf und enthält nach außen sich erstreckende Teile, die sich mit den angrenzenden Abfühleinheiten verzahnen. Die Aufnahmearme 32,36 sind etwas kürzer als die Arme 30, 34, um so eine Verzahnung zwischen angrenzenden Abfühleinheiten zu bilden. Daher bilden die Abfühleinheiten 38,40,42,44, wenn sie in der Nähe des Werkstückes 46 bewegt sind, einen fortlaufenden Ring um das Werkstück 46 herum.
Wie in den F i g. 3 und 6 dargestellt ist, enthält eine Antriebsmechanismus 112 ein Paar von Antriebswellen 114,116, die an das Arbeitsstück in eine Richtung nach links eingreifen, wenn man in der F i g. 6 entlang dem Werkstück blickt
F i g. 7 zeigt im einzelnen die Konstruktion einer eier Abfühleinheiten, hier der Position 4Z Die anderen Abfühleinheiten 38, 40, 44 sind ähnlich konstruiert; daher wird nur die Abfühleinheit 42 im Detail beschrieben. Die Abfühleinheit 42 enthält ein Paar von dünnen gebogenen Teilen 118,120, die generell parallel zueinander angeordnet sind.
Sechs Abfühlspulen 122, 124, 126, 128, 130, 132 erstrecken sich so zwischen den gebogenen Teilen 118, 120, daß sich eine gebogene Anordnung der Abfühlspulen ergibt Die Spulen 122,124,126,128,130,132 sind in Serie geschaltet und die Anschlüsse dieser Spulen sind mit Ausgangsanschlüssen 134, 136 verbunden. Es ist weiterhin ein Paar von gebogen geformten Stützblökken 138, 140 auf den gebogenen Teilen 118 bzw. 120 montiert; es erstreckt sich nach außen, um die Abfühleinheit 42 auf der Montierplatte 86 zu haltern. Die gebogenen Teile 118, 120 und die gebogen geformten Stützblöcke 138, 140 bestehen aus Kunststoff. Die gesamte Anordnung nach F i g. 7 ist mit einem dünnen Isoliermaterial 142 umkapselt (vgl. F i g. 4).
Aus den F i g. 1 und 7 ist zu erkennen, daß die
Abfühlspulen 122, 124, 126, 128, 130, 132 der Abfühleinheit 42 sich über eine Distanz erstrecken, so daß, wenn die Abfühleinheiten 38,40,42,44 miteinander verzahnt sind, die Abfühlspulen den Umfang des r, Werkstückes 46 vollständig umgeben.
F i g. 8 zeigt die Auswerteschaltung 144. Sie weist ein Solenoid 146 auf, das an einem Gleichspannungsgenerator 148 liegt und das so angeordnet ist, daß es ein Sättigungsmagnetfeld in dem Werkstück 46 induziert.
ΙΊ Ein hochfrequenzmäßig erregender Magnet 150 ist über einen Leistungsverstärker 152 mit einem Hochfrequenzoszillator 154 verbunden. Der Magnet 150 ist so angeordnet, daß er Wirbelströme in dem Werkstück 46 erzeugt.
! ■■ Die Abfühleinheiten 38, 40, 42, 44 enthalten jeweils
Aufnahmespulen 156,158,160,162, wobei jede aus sechs Abfühlspulen besteht, wie z. B. die Abfühlspulen 122,
124,126,128,130,132 der Abfühleinheit 42.
Die Anschlüsse der Aufnahmespulen 156, 158, 160,
2D 162 sind mit geeigneten abgleichenden Netzwerken 164, 166, 168, 170 verbunden, die jeweils durch eine Wheatstone-Brückenschaltung gebildet werden. Die Ausgangsanschlüsse der Brückenschaltungen 164, 166, 168,170 sind jeweils über Hochfrequenzverstärker 172, 174,176,178 mit Demodulatorschaltungen 180,182,184, 186 verbunden. Weiterhin sind die Ausgangsanschlüsse der Demodulatorschaltungen 180,182,184,186 über die differenzierenden Impulsverstärker 188, 190, 192, 194, die Multivibratorschaltungen 196,198,200, 202 und die
.!" Relaisschaltungen 204, 206, 208, 210 mit den Schaltungen 212,214,216 bzw. 218 verbunden.
Die Ausgangsanschlüsse der Demodulatorschaltungen 180, 182, 184, 186 sind ferner über einen Phasenschiebeverstärker 220 und ein Phasenschiebe-
y, netzwerk 222 an einen Leistungsverstärker 152 angeschlossen, der wiederum an die Brückenschaltungen 164,166,168,170 angeschlossen ist
Bei der vorgenannten Einrichtung mißt daher jede der Aufnahmespulen 156, 158, 160, 162 ein vorherbe-
•w stimmtes Teil des Umfanges des Werkstückes aus, und zwar währenddessen das Werkstück sich entlang des Verschubweges bewegt
Die Signale, die durch die Abfühlspulen jeder der Abfühleinheiten 38, 40, 42, 44 erzeugt werden, werden
■i, jeweils zu einem der vier Kanäle geführt, die durch die Brückenschaltungen 164,166,168,170 definiert werden, um so eine Ausgangsanzeige an einer der jeweiligen Schaltungen 212,214,216,218 zu erzeugen. Die Anzeige enthält ein Prüfsignal, das einen Fehler anzeigt, und
~><i lokalisiert durch das spezifische Ansprechen einer der Schaltungen 212 bis 218 zugleich auch den Teil des Umfanges, auf dem der Fehler liegt
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Erfassung von Fehlern nach der Wirbelstrommethode in einem längs eines Arbeitsweges bewegten Werkstück, mit einer Anordnung zum Erzeugen von Wirbelströmen in dem Werkstück und mit einer Vielzahl von auf der Außenseite des Werkstücks angeordneten Abfühlspulen, die mit einer Auswerteschaltungsanordnung verbunden sind, die ein Prüfsignal erzeugt, wenn die Abfühlspulen einen Fehler erfassen, und die eine Lokalisierung des Fehlers längs des Umfanges ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Abfühlarmen (22, 24, 26, 28) mit jeweils einer zugeordneten Abfühleinheit (38, 40, 42, 44) i> vorgesehen ist, daß jede Abfühleinheit eine Vielzahl von einzelnen Abfühlspulen (122,124,126,128,130, 132) aufweist derart, daß sich die Abfühlspulen in der Betriebsstellung im wesentlichen auf den gesamten Umfang des Werkstücks erstrecken, daß jeder Abfühlarm an einem um eine senkrecht zum Arbeitsweg des Werkstücks verlaufende Achse drehbaren Stützbügel (14,16,18,20) angebracht ist, so daß die Abfühlspulen der Abfühleinheiten eine erste Stellung in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks (46) und eine zweite Stellung in vorbestimmtem Abstand von dem Werkstück einnehmen können, und daß die Auswerteschaltungsanordnung (144) gleichzeitig mit den Abfühlspulen jeder Abfühleinheit verbunden ist und so )o aufgebaut ist, daß sie auch anzeigt, welche Abfühleinheit den Fehler erfaßt hat.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehung der eine Vielzahl von Abfühlspulen tragenden Abfühlarme ein pneumatisch wirkender Betätigungszylinder (54) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlspulen jedes Abfühlarmes senkrecht zur Bewegungsrichtung des 4u Werkstücks ausgerichtet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlspulen einer Abfühleinheit etwa 1A des Umfangs des Werkstücks umfassen. 4
5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Abfühlarme vorgesehen sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ">» jeder Abfühlarm sechs Abfühlspulen aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung für jede Abfühleinheit eine Brückenschaltung (164,166,168,170) aufweist. r>
8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abfühleinheit jeweils zur benachbarten Abfühleinheit überlappend angeordnet ist.
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