DE2247026A1

DE2247026A1 - Schaltvorrichtung zur magnetischen pruefung von werkstuecken

Info

Publication number: DE2247026A1
Application number: DE19722247026
Authority: DE
Inventors: Walter J Bantz; Richard J Pittaro
Original assignee: Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1973-04-05
Also published as: US3701941A; DE2247026B2; DE2247026C3; CA952196A

Description

30. 3. 1972 IG/Bü

KRAUTKRÄMER GMBH .

5 Köln-Klettenberg, Luxemburger Str.,449» Postfach 420250

Schaltvorrichtung zur magnetischen Prüfung von Werkstücken.

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur magnetischen Prüfung von Werkstücken, mit einem elektrische Wicklungen aufweisenden, in einen Prüfling einführbaren Prüfkopf, dessen Wicklungen mit vorbestimmter, veränderbarer Frequenz durch eine angeschlossene Erregerschaltung gespeist sind.

Solche Vorrichtungen bezwecken,Risse und sonstige Fehler in elektrischen stromleitenden Werkstoffen nachzuweisen, wobei eine magnetische Prüfung durchgeführt wird und in vorteilhafter Weise bei verschiedenen, unterschiedliche elektrische ■ Charakteristika aufweisenden Werkstoffen anwendbar ist.

Zwar ist es bereits bekannt (US-PS 3.050.678) Fehler magnetisch.. zu prüfen, - (vgl. ebenfalls "Eddy Current Instrument for Maintenance Inspections" von Frank G. Parker, Zeitschrift "Materials Evaluation", Evanston, Illinois, Band XXVI, No. 11, November 1968, Seiten 29A-36A). Hiernach wird ein als Fühler verwendeter Prüfkopf mit zwei axial zueinander versetzten ringförmigen Wicklungen verwendet, wobei die Vorrichtung durch Metallrohre ' hindurchgezogen

werden kann und der Prüfkopf an eine elektronische Schaltung angeschlossen ist, um Signale zu erzeugen, welche die Anwesen-, heit von Fehlern in Wandquerschnitten des geprüften Rohres zeigen, z.B. Dickenabweichungen, Risse, Fremdeinschlüsse udgl. Die bekannte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer elektrischen Impedanzbrücke, die durch Wechselstrom erregt wird, dessen Frequenz in einzelnen Stufen in einem Bereich von

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0,5 - 40 khz veränderbar ist, um geeignete PrüfVerhältnisse im Werkstoff unterschiedlicher eldtrischer Leitfähigkeit und V.'anddicken hervorzurufen. Um Frequenzänderungen durchzuführen, ist die bekannte Vorrichtung mit einer Reihe von Kapazitäten, Oszillatorelementen zur Herstellung einer unterschiedlichen Frequenz und mit Verstärkern, einschließlich unterschiedlicher Siebketten, usw. versehen, die alle dem Zweck dienen, unterschiedliche Versuchsfrequenzen ein- oder umzuschalten und ein vorbestimmtes Signal mit nur einer richtigen Frequenz zu gewährleisten, durch welche der Fühlerprüfkopf erregt werden woll. Durch solche Schaltungsteile soll auch sichergestellt werden, daß nur die von Fehlern herrührenden Signale mit der richtigen Frequenz angezeigt werden sollen.

Die bekannte Anordnung ist jedoch insofern nachteilig, als die Verwendung von KapazitätBreJten, einer Mehrzahl von 3iebkettran und. geeigneten Schaltern nicht nur preislich, sondern auch räumlich aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine räumlieh gedrungenere oder tragbare, zuverlässiger und mit weniger Leistungsbedarf arbeitende Schaltung3vorrichtung anzugeben, die auch den Einsatz integrierter Schaltungsteile oder vereinfachter Elementengruppen gestattet.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen! daß elektrische 3igriE.le mit einer ersten Frequenz und mit einer zweiten Frequenz ; durch Oszillatoren oder Schwingkreise gebildet sind und daß diesen ein Frequenzwandler, insbesondere eine Frequenz-Differenz schal bung nachge3chaltet ist, sodaß hier ein erstes Ausgangssignal mit der Jrequenz gebildet ist, deren Wert gleich der Differenz der vorstehenden Frequenzen ist und daß hier gleichfalls ein zweites Ausgangssignal gebildet ist, das dieser Differenz entspricht, jedoch zum ersten Ausgangssignal phasenverschoben ist, daß an diese Frequenz-Differe.izschaltung eine Ausgleichsschaltung angekoppelt ist, in welche das erste und das zweite Ausgangssignal eingespeist wird und die Ausgleichsschaltung einen Phasenschieber hat, der ein

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drittes Ausgangssignal mit vorbestimmter Frequenz abgibt, derart, daß letzteres Signal in Bezug auf das erste und das zweite Ausgangssignal phasenverschoben ist, diese Phasenverschiebung durch Phasenstellglieder einstellbar ist und die . Ausgleichsschaltung ferner eine Schalteinrichtung hat, durch ■ welche ein weiteres, zum Abgleich dienendes Signal als Ausgangssignal abgegeben wird, und die Wicklungen'des an das Werkstück angekoppelten Prüfkopfes durch das dritte Ausgangssignal erregt sind und ein viertes Ausgangssignal abgeben, dessen Frequenz dieser Differenz gleich ist und dessen Phase als auch Amplitude als Messanzeige für die Zähler im Werkstück verwendet wird, daß ferner ein Fehlerveratärker, insbesondere ein Differenzverstärker an den Prüfkopf angekoppelt und das vierte Ausgangssignal in ihn eingespeist wird, wobei dieser Verstärker gleichzeitig an die Ausgleichsschaltung angekoppelt ist, sodaß im Ausgang dieser Ausgleichsschaltung ein fünftes Ausgangssignal mit einer Frequenz gebildet ist, welches die Phasen- und Amplitudeninformation als Differenz der. von der Differenzschaltung eingehenden Signale enthält und daß ein elektrischer Schaltungsteil wie eine zweite Frequenz-Differenzschaltung an den Differenzverstärker angekoppelt ist und von ihm das fünfte Ausgangssignal und darüberhinaus ein weiteres Signal von einem Oszillator erhält, sodaß ein Signal mit der Frequen* gebildet ist, dessen Phase und Amplitude die Mess- bzw. Prüfinformation der Fehler enthalten und daß der Frequenzwandler-Einriohtung wie der zweiten Frequenz-Differenz schaltung ein die Phase trennender Eeterodyn-Siebkreis angekoppelt ist, in weichen das Ausgangssignal dieser Schaltung und ferner Signale von einem Oszillator eingespeist werden und durch den Siebkreis die Signalinformation als ein Grleichstrom-Ausgangssignal abgegeben wird, das die ^! Fehlerinformation enthält.

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Die bekannten Kachteile werden also erfindungsgemäß durch Anwendung einer neuen Schaltungstechnik überwunden, die den Einsatz eines Bereiches von Frequenzen vorsieht, die in vorbestimmten (diskreten) Stufen veränderbar sind. Somit eieht die Erfindung im einzelnen zur Lösung der gestellten Aufgabe in diesem Bereich der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung vor, Schaltungsbauteile der Frequenzaddition und Frequenzsubtraktion einzusetzen., um einen "Satz" von Frequenzen zu verwenden. Ferner, während die bekannte Schaltungsvorriohtung nur mit einem Ausgangssignal arbeitet, welches ein auflerhalb des Abgleiche liegendes Signal ist, sowie ftit augehöriger Anzeigevorrichtung, um ein derartiges Signal mit der zugehörigen Stellung des Prüfkopfes innerhalb des rohrförmigen Werkstückes anzuzeigen, und wobei das Registriergerät ein Banddiagramm ist, werden dagegen erfindungsgemäß zwei Ausgangssignale verwendet. Diese werden auf zwei senkrecht zueinanderstehende Achsen auf dem Schirm einer Braun*sehen Röhre sichtbar gemacht, sodaß sie zusätzliche, bisher nicht erhältliche Phaseninformationen enthalten. Die Fehlerortung wird somit leichter, unabhängig davon, ob der Fehler sich auf der Innen- oder Außenseite des z.B. rohrförmigen Prüflings befindet.

Ferner ist die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung, bzw. das zugehörige Verfahren, welches die Bildung unterschiedlicher Frequenzen durch mathematische Differenzbildung (oder Addition) vorsieht, auch insofern vorteilhaft, als die zugehörigen Bausteine eine Miniaturschaltung fördern, Platz sparen, eine Standardisierung und Einsatz von Bauteile-Gruppen ermöglichen, die handelsüblich sind. Ferner kann die Frequenzänderung durch die einfache Maßnahme verwirklicht werden, daß auf einen anderen Kristall übergeschaltet wird, der sich in einem vorbestimmten Resonanzzustand befindet. Außerdem können durch die erfindungsgemäße, magnetisch arbeitende Schaltvorrichtung metallische, rohrförmige, aus nicht-magnetischem V/erkstoff bestehende Werkstücke geprüft werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Schaltungsvorrichtung einen elektronischen Kreis hat, der

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selektiv auf eine Frequenz von einer Mehrzahl von. diskreten Frequenzen anspricht, mit Bauteilen, um zwei Ausgangssignale entlang von zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen anzugeben.

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Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 einen Querschnitt in Längsrichtung eines Fühler-Prüfkopfes, welcher an eine elektronische Schaltung anschließbar ist.

Fig. 2 Gchematisch eine elektrische Blockschältung für den Grundgedanken der Erfindung.

Fig.3 eine schematische elektrische Blockschaltung

einer bevorzugten Ausführungsfora der Erfindung, mit Darstellung von Einzelheiten.

Fig.4 schematisch eine elektrische Schaltung, die einen Teil des Erfindungsgegenstandes zeigt, wobei die Fühlerwicklungen in abweichender

Art geschaltet sind.

Fig.5 schematisch die elektrische Schaltung eines Oszillators und

Fig.6 eine schematische elektrische Schaltung einer •abweichenden Ausführungsform der Erfindung.

Aus den Figuren und insbesondere aus Pig. 1 ist ersichtlich, daß die Gestalt des Prüfkopfes 10 dem Zweck dienen soll, ihn durch ein rohrförmiges Werkstück wie ein Kesselrohr oder ein Kühlrohr, hindurchziehen zu können. Der Prüfkopf besteht aus einem nicht-magnetischen Gehäuse 11, welches zwei axial voneinander abstehende ringförmige Wicklungen und 14 abstützt, die jeweils miteinander über elektrische Leiter 16,18 und 20, wie dargestellt, verbunden sind. Die beiden Wicklungen 12 und 14 haben im wesentlichen eine gleiche Wicklungsgeometrie, d.h. sie haben die gleiche Anzahl von Windungen gleicher Drahtstärke und sind auf im wesentlichen identische Wicklungsträger aufgewickelt.

Die vereinfachte Blockschaltung nach Fig. 2 zeigt einen ersten HF-Oszillator 22, der ein Ausgangssignal mit einer Frequenz f.. üblicherweise 500 üMz abgibt. Ferner ist ein

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zweiter HF-Oszillätor 24 vorhanden,· dessen Ausgangs^gnar έine Frequenz f.. +Af abgibt, üblicherweise 500,5 bis 700 khz. Die Ausgangssignale werden einer Frequenz-Differenzschaltung 26 zugeführt, die ebenfalls einen Phasenschieber aufweist. Die von den Oszillatoren abgegebenen Signale sind relativ zueinander phasenverschoben und voneinander subtrahiert, sodaß zwei neue Ausgangssignale geschaffen werden, wobei eines dieser Signale die Differenzfrequenz Af und das andere die gleiche Frequenz, d.h. Äf hat, wobei letzteres jedoch um 90° relativ zum ersten Signal phasenverschoben ist.

Die von der Frequenz-Differenzschaltung 26 abgehenden Ausgangssignale werden dann in eine Ausgleichsschaltung 28 eingespeist, welche Stellglieder 30 und 31 zur Änderung des in der Leitung 32 gebildeten Ausgangssignals aufweist,. . , wobei dieses Signal als Eingangssignal dem Fehler- oder Differenzverstärker 34 zugeführt wird. Der Fühler-Prüfkopf 10 ist ebenfalls an die Ausgleichsschaltung 28 angeschlossen. Die Stellglieder 30 und 31 für Phase und Amplitude dienen dazu, Fehlersignale auszugleichen, die im Ausgang des Verstärkers 34 erscheinen, wenn die Arbeitsbedingungen für den Prüf kopf, bzw. den Versuch vereinheitlicht werden sollen.

Ist der Prüfkopf 10 magnetisch an das Werkstück angekoppelt und über Leitung 18 ein Signal dem Verstärker 34· zugeführt, so ist ersichtlich das Ausgangssignal vom Differenzverstärker, das in der Leitung 36 auftritt, kennzeichnend für die Anomalien, bzw. die Fehler im zu prüfenden Werkstück. Das vom Verstärker 34 kommende, das Fehlersignal'-, als auch die Oberwellenverzerrung enthaltende Ausgangssignal wird der Frequenz-Differenzsehaltung 38 zugeführt, die ebenfalls ein Signal empfängt, das dem voa Oszillator 24 abgegetoenenAusgangssignal entspricht. Die Frequenz-Differenzsehaltung 38 gibt ein Ausgangssignal von der Frequenz f₁ zu einem, die Phase trennenden Heterodyn-Siebkreis 40 ab, welohes:"weitergeleitet wird mit einem Signal, welches der Frequenz f ₁ bei 0 —Phasenverschiebung vom Oszillator 22 entspricht, somit mit einem zweiten Signal, das eine Frequenz f₁ plus 90° Phasenverschiebung hat. Der, der Phasentrennung dienende übero- \ dyn-Siebkreis 40 gibt ein Paar von Ausgangs Signalen ab, welche ';

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auf dem Niveau eines Gleichstromes sind, jedoch um eine Phase von 90 getrennt sind. Entweder das eine oder diese beiden Ausgangssignale werden einem Anzeigeinstrument 42 zugeführt, um ein Signal darzustellen, das kennzeichnend für die festgestellten Fehler udgl. ist. Falls eine Banddiagramm-Aufzeichnung verwendet wird, macht man nur von einem einzigen Ausgangssignal Gebrauch. Bei Einsatz einer Braun¹sehen Röhre werden beide Signale benutzt, wobei je ein Signal einem der Eingangskanäle zugeführt wird, und man erreicht eine Signaldarstellung, die in sehr anschaulicher Weise die Amplitude und die Phasenverschiebung darstellt, welche von dem, durch den Prüfkopf 10 abgefühlten Fehler stammt. Durch einzeln an sich bekannte Maßnahmen können nunmehr die Größe und der Ort, bzw. die Beschaffenheit des Fehlers etc. bestimmt werden.

Fig. 3 zeigt weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Ausgangs signal mit einer Frequenz f.., das vom HF-Oszillator 22 erzeugt wird, wird einem elektrischen Phasenschieberkreis 261 zugeführt, in welchem das empfangene Signal um 90° phasenverschoben wird, und dann wird das phasenverschobene Signal seinerseits als Eingangssignal dem Frequenzmischer 262 eingespeist, der ebenfalls ein HF-Signal von einer Frequenz f.. + A f erhält, das vom HF-Oszillator 24 erzeugt wurde. Frequenzmischer 262 erzeugt ein Signal mit einem Frequenz Δ f_f jedoch in Phase um 90° verschoben, wobei dieses Signal dann einer Niederfrequenz-Siebkette 263 zugeführt wird. Ein ähnlicher Frequenzmischer 264 erhält ein Aus gangs signal mit der Frequenz f.. vom Oszillator 22 und-ein zweites Signal mit der Frequenz f.. + Af vom Oszillator 24, und erzeugt ein Signal mit der Differenzfrequenz Δ f, ohne Phasenverschiebung. Dieses Signal wird der Niederfrequenz-oiebkette 265 zugeführt.

Die Ausgangssignale von den Niederfrequenz-Siebketten 263 und 265, beide mit einer Frequenz von Af, wobei jedoch ein Signal um 90 hinsichtlich des anderen Signales phasenverschoben ist, werden den jjveiligen Verstärkern 281 und 282 zugeführt und gelangen nachfolgend zu einer Ausgleichsschaltung, die einen veränderlichen Widerstand 283 enthält, ferner in ein Summenglied auf der Grundlage von Widerständen, wobei das Summenglied zwei Widerstände 2Ö4 und 235 aufweist. Eine mittlere Abgriffkl-emme

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266, die ein sinusförmiges Signal mit einer Frequenz Δ f erzeugt, wobei dieses um 45 zu einem Signal phasenverschoben ist, das von der Niederfrequenz-Siebkette 265 kommt, ist* über eine Treibröhre, bzw. einen 'Treibverstärker 287 mit einem unsymmetrischen ₍(nicht abgeglichenen) Netzkreis 50 verbunden, in webhem Schalter und ein Satz von unterschiedlichen Impedanzen wie (Ohm'sche) Widerstände-und induktive Widerstände vorhanden sind. Ferner ist hier auch'ein Nebenschluß vorgesehen, um den unsymmetrischen Netzkreis 50 vom Netz abzuschalten. Der Zweck des unsymmetrischen Netzkreises besteht darin, einen der Wicklungen des Prüfkopfes außerhalb des abgeglichenen Zustandes zu halten, um auf diese Art die Empfindlichkeit des Prüfkopfes für ausgedehnte Fehler, z.B. eine Verdünnung der Wandstärke udgl. zu erhöhen. Netzkreis 50 ist im wesentlichen gleich dem Anti-Abgleichkreis (37) der bekannten Vorrichtung in der U3-PS 3· 050. 678.

Das Ausgangs signal des Treibversiärkers 287 wird, entweder abgeändert durch den Anti-Abgleichkreis 50 odsrj ohne Abänderungen, wie dargestellt, der Leitung 16 de's Prüfkopfes 10 zugeführt, dessen Wicklungen 12 und 14, wie in der Zeichnung dargestellt, zur Prüfung von Differenzen geschaltet sind. Der Abgriff zwischen den Wicklungen steht über Leitung 18 mit einem Fehlerverstärker wie Fehlerverstärker 34 in Verbindung, welcher auch als Differential-Verstärker bezeichnet wird. Dieser empfängt ferner ein Abgleichsignal über Leitung 32 von einer veränderlichen, mit dem Potentiometer 283 in Verbindung stehenden Abgriffklemme, wobei dieses Signal durch eine andere, verstellbare, mit dem Potentiometer 289 in Verbindung stehende Abgriffklemme beeinflußt worden ist. Potentiometer 283 dient dazu, den Phasenwinkel des Signals, das Potentiometer 289 wiederum dazu, die Amplitude des ausgleichenden Signals nachzustellen, sodaß beim Einstellen der Versuchsbedingungen das Ausgangssignal vor dem Fehlerverstärker 34 auf dem Wert 0 eingestellt wird.

Während des Versuches werden alle Fehler des Werkstückes zu einem Ungleichgewicht, bzw. einer Abweichung vom Normalzustand führen. Sie erzeugen ein Fehlersignal im Ausgang des Verstärkers 34 mit einer Frequenz A. f und enthalten die Information der Oberwellenverzerrung. Dieses Ausgangssignal wird als Eingangs-

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signal über den Leiter 36 dem Mischkreis 3Ö2 eingespeist, der als weiteres Eingangssignal ebenfalls ein Signal aufnimmt, welches dem Ausgangssignal f. +^f vom Oszillator 24 entspricht. Der Mischkreis wirkt als eine, Frequenz-Differenzschaltung und erzeugt in seinem Ausgang ein Fehlersignal von der Frequenz f.., welches die Phasen- und Amplitudeninformation enthält, welche charakteristisch für die Fehler sind, die durch die Prüfwicklungen aufgefunden wurden. Dann wird das vom Mischkreis 332 erzeugte Ausgangssignai dem, die Phase trennenden Heterodyn-Siebkreis 40 eingespeist, der eine Mehrzahl von Einzelkreisen enthält.

Phasenschieber 391 erhält ein Signal f₁ aus dem Ausgang des Oszillators 22 bei O-Phasenverschiebung und ein Signal aus dem Ausgang des Phasenschieber-Kreises 261, mit Frequenz f.., um 90° phasenverschoben. Phasenschieber 391 ist ferner mit einem Überwachungsgerät 392 versehen, um eine einstellbare Phasenverschiebung für das Ausgangssignai zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Phasenschiebers 391 wird einem festem Phasenschieber 393 eingespeist, dessen Ausgangssignal dsr Mischstufe 404 mit einer Frequenz eingespeist wird, die f.. + ein einstellbarer Phasenwinkel ist, wie durch das Gerät 392 einstellbar, zuzügüch einer 90° Phasenverschiebung, erzeugt durch den festen Phasenverschieber 393. Die zweite Mischstufe 405 empfängt ein Bingangssignal aus dem Ausgang des Phasenschiebers 391 und von dem Mischkreis 3Ö2. Aus der Kombination der Mischstufe 404 und der 2. Mischstufe 405 sowie des Phasenschiebers des Schaltblockes wird eine um 360 veränderliche Phasendrehung des aufgrund des Fehlers oder einer Anomalie herrührenden und vom Fehlerverstärker 36 erzeugten Signals gewonnen.

Ausgangssignale der Mischstufen 404 und 405 werden in Niederfrequenzfilter 406 und 407 eingespeist, um auf dem Gleichstrom-Niveau liegende Fehler-Ausgangssignale zu erzeugen, die lediglich der Fehlerinformation bei der Frequenz ^ f proportional sind und von den differentiell geschalteten Wicklungen 12 und 14 herrühren. Die Ausgangssignale von den NF-Filtern 406 und 407 werden wegen der Einwirkung des festen Phasenschiebers 393 um 90 in der Phase voneinander getrennt und verbleiben um

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phasenverschoben, unabhängig von der Phasenverstellung, welche t von dem einstellbaren Überwachungsgerät 392 eingestellt werden mag. Auf diese Weise kann sowohl die Phasen- als auch die Amplitudeninformation des Werkstückfehlers bestimmt werden. Wenn nunmehr die X-und Y-Eingangsklemmen einer Braun'sehen Röhre eines Oszilloskopen 42 mit den NP-FiItern verbunden werden, so zeigt sich der Fehler in Form eines Leuchtpunktes 421 auf dem Leuchtschirm der Braun'sehen Röhre.,

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Anzeigegerät für streifenförmiges Diagramm-Papier odgl. mit einem der Ausgangssignale verbunden werden, um vorwiegend Amplitudenänderungen des Ausgangssignales anzuzeigen, obgleich es möglich ist, die Phaseninformation aus der Art der erhaltenen Signal-Umkehr, wie einzeln an sich bekannt, abzutrennen.

Ferner ist ersichtlich, daß der Phasenschieber 391 dazu-dient, die Darstellung auf der Braun*sehen Röhre zu drehen. Auf ihn kann verzichtet werden, wenn diese Art nicht erwünscht ist.

Fig. 4 zeigt die Wicklungen 14 und 12 in der sogenannten absoluten Testschaltung, verglichen mit der Differenzschaltung, gemäß Fig. 3. Der Unterschied im Anschluß besteht im wesentlichen in dem Widerstände. 284 und 285 enthaltenden Kreis, d.h. iiüiem Widerstand 284 vom Ausgang des Verstärkers 281 abgetrennt und an einer Seite geerdet ist, wird eine in Serie liegende Amplituden-Überwachung geschaffen, die ebenfalls die Phase zu stellen vermag, sodaß eine 45° Phasenverschiebung des Signals erreicht wird.. Ferner ist ein Nebenschluß für die Wicklung 14 durch den Schalter 14a vorgesehen, sodaß lediglich die Wicklung 12 als aktives Fühlbauteil eingeschaltet bleibt.

Die bevorzugte Ausführungsform für den Oszillator 22 zum Erzeugen unterschiedlicher Frequenzen ist in Fig. 5 gezeigt. Die grundlegende Schaltung ist diejenige eines kristall-gesteuerten RückkoppelungsOszillators mit einer selbsttätigen Verstärkungsüberwachung (Automatic Gain Control.), wie z.B.bekannt aus "Electronic Designers'Handbook¹¹ von Robert W. Landee und Co-Autoren,im McGraw-Hill Verlag 1957 ausgegeben und erfasst in der Kongressbibliothek Katalog Nr. 56-6898, Seiten 6-24, Figuren 6-26. Um die Frequenz zu verändern, sind verschiedene

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Frequenz-Steuerkristalle 241, 242, 243 usw. vorhaTMren, are^* jeweils durch Schalter 244 eingeschaltet werden.

Durch obige Anordnung wird die zur Verlegung stehende Frequenz auswahl wesentlich vergrößert. Während bisher lediglich Frequenzen im Bereich von 40 khz verfügbar waren, gestattet die vorliegende Schaltung genaue Einzelfrequenzen im Bereich von 200 khz zu gewinnen, sodaß auch der Anwendungsbereich der Vorrichtung vergrößert wird.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, anstelle einer Frequenz-Differenz schaltung Summationsglieder zu verwenden.

Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Schaltung als Ausführungsbeispiel für die vorgeschlagene Vorrichtung. Hier wird jedoch der erhältliche Frequenzbereich im Vergleich zu denjenigen nach Fig. 1-5 herabgesetzt. Die Schaltung gemäß Fig. 6 verwendet eine Frequenz-Differenzschaltung, mit einem Frequenzmischer 262, um ein Signal mit der Frequenz A f zu erzeugen, das die Differenz von Signalen ist, die von den Oszillatoren 22 und 24 erzeugt werden. Das Ausgangssignal des Mischkreises 262 wird einem KF-Filter 263 eingespeist, geht zum Verstärker 281 und gelangt als Eingangssignal in eine Brückenschaltung, welche zwei Prüf kopf v/i cklungen 12 und 14 und zwei Widerstände

13 und 15 in jeweiligen Brückenzweigen der Schaltung enthält. (Es ist ersichtlich, daß bei der vorliegenden Verschaltung die jäveiligen Leiter der Wicklungen 12 und 14 herausgeführt sind). Die Brückenschaltung und der Differential- bzw. Fehlerverstärker 34 werden in Bezug auf Phase und Amplitude mit Hufe von Signalen abgeglichen, die von veränderlichen Gleitkontakten 13a und 15a herrühren, sodaß das Abgleichverfahren wie vorstehend angegeben, durchgeführt wird. Wicklungen 12 und

14 sind für eine Differenzmessung geschaltet.

Das Ausgangssignal im Leiter 36, welches auf Fehler im abgefühlten Werkstück zurückgeht, wird dem Mischkreie 3Ö2 eingespeist, der gleichzeitig ein Eingangssignal vom Ausgang des Oszillators 24 erhält. Das Ausgangssignal vom HiGchkreis 3Ö2» wird der Mischstufe 104 und einem NF-Filter 406 angekoppelt, sodaß ein Ein-Kanal-AusgangssignäL geschaffen wird. Biese Aus-

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führungsform ist eher eine Grundanordnung und ergibt eine beschränkte Information. Durch Zuschalten von Phasenschiebern 391, 392, vgl. Fig. 3 , kann die Leistungsfähigkeit der Apparatur insofern verbessert werden, als die Empfindlichkeit in Bezug auf Erkennung der Fehlerausrichtung einstellbar'gemacht wird. - ' Man erhält eine verbesserte Ausgangsinformation,indem ein zweiter Signalkanal zugeschaltet wird, welcher ein um 90 phasenverschobens Ausgangssignal relativ zum ersten Kanal abgibt. Hier wird der Phasenschieber 393, der eine 90° Phasenverschiebung erzeugt, so geschaltet, daß er ein Signal vom Ausgang des Oszillators 22 aufnimmt. Das phasenverschobene, im Ausgang des festen Phasenschiebers 393 erhaltene Signal wird einer Mischstufe·405 angekoppelt, welche ihrerseits mit einem NF-PiIter 407 verbunden ist. Auf diese Weise erreicht man eine Phasentrennung des Ausgangssignals vom Differentialverstärker 34. Falls erwünscht ist, eine drehbare Darstellung zu erhalten, werden nachstellbare Phasenstellglieder 391, 392, wie in Fig. 3 dargestellt, in Serie mit dem zur Trennung dienendem Phasenschieber 393 geschaltet.

Während die obige Brückenschaltung eine Anzahl von Ohm¹sehen Widerständen enthält, so kann, je nach Einzelfall, erfindungsgemäß auch ein Einsatz von Kapazitäten oder induktiven Widerständen vorgesehen werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht eine Abänderung der im Prüfkopf 10 aufgewickelten Spulen vor. In Bezug auf Fig. 3 kann das vom Leiter 16 zu den Wicklungen abgegebene Eingangssignal einer separaten Treibwicklung (3. Wicklung) zugeführt werden, die am entgegengesetzten Ende geerdet ist. Die zum Abfühlen dienenden Wicklungen 12 und liegen in Reihe zueinander, sind -jedoch induktiv mit der Treibwicklung gekoppelt. Das von den Wicklungen abgehende Differenzsignal ist an einen Leiter 18 gekoppelt, .welcher deshalb ein Signal dem Verstärker 34 zuführt, das von einem Zähler odgl. herrührt.

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Claims

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30.3.1972 IG/Bü

KHAUTKRi!ISR GMBH

Patentansprüche;

/i. SchaltvorriQhtung zur magnetischen Prüfung von Werkstücken, mit einem, elektrische Wicklungen aufweisenden, in einen Prüfling einführbaren Prüfkopf, dessen Wicklungen mit vorbestimmter, veränderbarer Frequenz durch eine angeschlossene Reglerschal tung gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Signale mit einer ersten Frequenz, f.., und mit einer zweiten Frequenz, f. + Af, durch Oszillatoren oder Schwingkreise (22»24) gebildet sind und daß diesen ein Frequenzwandler, insbesondere eine Frequenz-Differenzschaltung (26) angekoppelt ist', sodaQ hier ein erstes Ausgangssignal mit der Frequenz (ß f) gebildet ist, deren Wert gleich der Differenz Δ f der vorstehenden Frequenzen ist, und daß hier gleichfalls ein zweites Ausgangssignal gebildet ist, daß dieser Differenz, ^ f, eni^richt, jedoch zum ersten Ausgangssignal phasenverschoben ist, daß an diese Frequenz-Differenzschaltung (20) odgl. eine Ausgleichsschaltung (28) angekoppelt ist, in welche das erste (^Δ f) und das zweite (^f+ 90°) Ausgangssignal eingespeist werdenund die Ausgleichsschaltung (2Ö) einen Phasenschieber hat, der ein drittes Ausgangssignal mit vorbestimmter Frequenz, A f _t abgibt, welches zum ersten und zweiten Ausgangssignal phasenverschoben und diese Phasenverschiebung durch Phasenstellglieder (30,31) einstellbar ict und die Ausgleichsschaltung (2S) ferner eine Schalteinrichtung hat, durch welches ein weiteres, zum Abgleich dienendes Ausgangssignal abgegeben v/ird, und die Wicklungen (12, 14)

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-r-

des an das Werkstück angekoppelten Prüfkopfes durch das dritte Ausgangssignal (bei 16,20) erregt sind und ein viertes Ausgangssignal (1Ö) abgeben, dessen Frequenz, & f, dieser Differenz gleich ist und dessen Phase als auch Amplitude als eine Prüfanzeige für die Fehler im Werkstück Verwendet wird, daß ferner in einen an den'Prüfkopf (10) angekoppelten Fehlerverstärker, insbesondere einen Differenzverstärker (34) das vierte Ausgangssignal eingespeist wird, wobei dieser Verstärker (34) auch an die Ausgleichsschaltung (2δ) angekoppelt ist, sodaß im Ausgang (bei 36) letzterer ein fünftes Ausgangssignal mit einer Frequenz, A f, gebildet ist, welche clie Phasen- und Amplitudeninformation als Differenz der von der Differenzschaltung (34) empfangenen Signale enthält _f und daß ein elektrischer Schaltungsteil wie eine zweite Frequenz-Differenz schaltung (38) an den Differenzverstärker ..(34) angekoppelt ist und durch ihn das fünfte Ausgangssignal und darüberhinaus ein weiteres Signal mit vorbestimmter Frequenz, f., + Δ f, von einem Oszillator empfangen wird, sodaß ein Signal mit der Frequenz f.. gebildet ist, dessen Phase und Amplitude die Messbzw. Prüfinformation der Fehler enthalten und daß der Frequenzwandler-Eiiarichtung wie der zweiten Frequenz-Differenz schaltung (33) ein die Phase abtrennender Heterodyn-Siebkreis angekoppelt ist, in welchen das Ausgangssignal dieser Schaltung (38) und ferner Signale von diesem Oszillator eingespeist werden und durch den Siebkreis (40) die Sigiialinformation als ein Gleichstrom-Ausgangssignal abgegeben wird, das die Fehlerinformation erhält.

2., Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, da'durch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschaltung (28) Stellglieder (30,31)-für Phase und Amplitude enthält, durch die das vierte, durch die Differenzschaltung vor der Prüfung des Werkstückes gebildete Ausgangssignal abgeglichen ist.

3» Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ausgangssignal eine Phasenverschiebung von im wesentlichen 90°, bezogen auf die elektrische Phase, relativ zum ersten Ausgangssignal hat, daß durch die Ausgleichsschaltung

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das drixte Ausgangssignal um im wesentlichen 45 hinsichtlich der elektrischen Phase, phasenverschoben ist und daß das Ausgleichssignal durch die Stellglieder (3C, 31) hinsichtlich Amplitude und Phase von O-9O abgleichbar ist, sodaß.hierdurch das vierte Ausgangs signal der Differenzschaltung vor der Fehlerprüfung des Werkstückes abgeglichen wird.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (12,14) seines Prüfkopfes (1O) in rieihe zueinander geschaltet sind.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wicklungen hinsichtlich eines Fehlersignals * als unwirksam geschaltet, z.B. überbrückt ist.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Paars von im wesentlichen gleichen Wicklungen (12,14) mindestens eine Impedanz in Reihe mit einem dieser Wicklungen geschaltet und somit eine der Wicklungen elektrisch nicht abgeglichen ist, während durch mindestens einen Schalter die Impedanz -dieser Wicklung zu oder abschaltbar ist.

7i Schaltvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurcii gekennzeichnet, daß mindestens ein Phasenschieber im Kreis zwischen mindestens einem Oszillator und einen die Phase trennenden Keterodyn-Siebkreis (40) geschaltet ist, sodaß die Information, des Ausgangs signals bei visueller Beobachtung phasenverschoben ist.

o. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hiasenverschiober mit Stell- oder Uberwaehungsgliedern zur Nach- bzw. Einstellung der Phase für das dargestellte Signal versehen ist.

i). Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 ihr Oszillator-feil einen kristallgesteuerten Oszillator enthillt, wobei eine I.ehrzahl von bei unterschiedlichen Frequenzen arbeitende-η kristallen verwendet wird» und Ci-Q ein

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oder mehrere Schalter vorhanden sind, durch die wahlweise einer dieser kristalle in den Schaltkreis eingeschaltet ist, soda3 der Oszillatorteil eine vorbestimmte Frequenz abgibt.

10. 3ehaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, uai3 mindestens einem Siebkreis (40) mindestens eine, die . oigiial'information äarsbellende Anzeigevorrichtung (42) elektrisch angekoppelt ist.

11. Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Anzeigevorrichtung (42) ein einzeln für sich bekannter Me.sstr.eifenanzei.ger ist.

12. .Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anseigevorrichtung (42) eine einzeln an ι sich bekannte Braunsche. Röhre enthält.

13. οchaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der, die Phase trennende lieterodyn-Siebkreis (40) mindestens ein Schaltelement enthält, durch welches die Information des Ausgangssignals zwei Ausgangssignale -er;hält, die um 90° zueinander phasenverschoben sind und Amplitudeninformation sowie Phaseninformation enthalten.

3 O 9 8 U /OJB 51 - _β1/ΜΜΑΙ

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