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Vorrichtung zur Ultraschall@Prüfung von Rund- und Profil material
im Impuls-Reflexions-Verfahren.
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Die erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von Rundmaterial
und gleichseitigem Profilmaterial, wie Stangen, Rohre u. dgl. sowohl auf längs-,
quer- und schrägorientierte Oberflächenrisse als auch auf Innenfehler mit Hilfe
von Ultraschallwellen im lm)uls-Reflexions-Verfahren.
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Bei den bekanntenlrüfeinrichtungen für diese Zwecke wird die für die
Prüfung erforderliche Relativbewegung zwischen Prüflingsoberfläche und Prüfsystem
entweder durch Drehung der Prüfköpfe um den Prüfling (rotierendes Prüfsystem) oder
durch Drehen der Prüflinge relativ zum feststehenden Prüfsystem (rotierender Prüfling
erzeugt.
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Bei den bekannten rotierenden Prüfsystemen sind jeweils in einem Rotationsgehäuse
ein oder mehrere Ultraschallschwinger untergebracht, wobei zum Nachweis von längs-
und querorientiertcn Oberflächenrissen wie auch von Innenfehlrn normalerweise getrennte,
voneinander unabhängige Rotationsgehäuse Verwendung finden. Die Schwinger sind dabei
es weder gleichmäßig auf den Umfang verteilt oder in axialer Richtung des Prüflings
nebeneinander angeordnet.
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Eine zentrale Einstellung der Schwinger ist nicht möglich.
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Die Prüfung erfolgt entweder im Impuls-Reflexionsverfahren, bei dem
jeder Schwinger gleichzeitig als Sender und Empfänger arbeitet oder im SE-Verfahren,
bei dem jeweils zwei Schwinger ein Paar bilden, das mit einem Schwinger als Sender
und einem zweiten Schwinger als Empfänger arbeitet. Um schalenförmige Risse nachzuweisen,
werden für den Längs- und Querfehlernachweis zwei rotierende Prüfsysteme mit spiegelbildlicher
Einschallrichtung eingesetzte Die Übertragung der an den Schwingern anstehenden
Spannungsimpulse erfolgt mit Hilfe von induktiven Übertragern. Jedes Rotationsgehäuse
ist nur zur Prüfung eines kleinen Durchmesserbereiches von ca. 10 mm Differenz zwischen
kleinstem und größtem Durchmesser geeignet, Für die Einstellung der Schwinger sind
umfangreiche Hilfseinrichtungen vorgesehen, deren Verstellung nur unter
erheblichem
zeitlichen Aufwand möglich ist, sodaß in den meisten Fällen für jeden Au3endurchmesser
ein gesondertes Rotationsgehäuse mit eigenen Schwingern eingesetzt wird, was immerhin
auch einen beträchtlichen Aufwand darstellt. Überdies haben die bekannten rotierenden
Prüfsysteme den Nachteil, daß feste Kabelanschlüsse an die Prüfköpfe nicht möglich
sind.
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Bei den feststehenden Prüfsystemen mit rotierendem Prüfling sind Schwinger
einzeln oder zu mehreren in axialer Richtung des Prüflings angeordnet zum Nachweis
von längs-und querorientierten Oberflächenrissen und von Innenfehlern in einer Tauchwanne
hintereinander angeordnet.
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Die Prüfung erfolgt im Impuls-Reflexions-Verfahren, bei dem jeder
Schwinger als Sender arbeitet und als Empfänger0 Zum Nachweis schalenförmiger Risse
werden für die Längs-und Querfehlerprüfung jeweils senkrecht zur Fehlerrichtung
entsprechende Schwinger mit spiegelbildlicher Einschallrichtung in derselben Tauchwanne
angeordnet. Die Übertragung der an den Schwingern anstehenden Spannungsimpulse erfolgt
mit fest angeschlossenen, abgeschirmten Kabeln. Eine Einjustierung der Prüfköpfe
auf den Prüflingsdurchmesse ist innerhalb der Tauchwanne mittels zentraler Einstellvorrichtungen
möglich. Der Rotationsvorschub der Prüflinge macht jedoch eine aufwendige Mechanik
erforderlich.
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trägt man für die beiden bekannten Prüfsysteme die wirksame Schallfeldbreite
z.B. der Längsfehlerprüfschwinger über der Abwicklung des Prüflingsumfanges auf,
wie Fig.
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3 zeigt, so erkennt man, daß für den Fall, daß der Vorschub je Umdrehung
des Prüfsystems bzw. des Prüflings gleich der wirksamen Schallfeldbreite ist, eine
100ffi-ige Abtastung der Prüflingsoberfläche gegeben ist.
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Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, eine Herabsetzung
des beträchtlichen mechanischen Aufwandes zu ermöglichen, der durch die Rotationsbewegung
entweder des Prüfsystems oder des Prüflings bedingt ist und eine Vorrichtung mit
den Vorteilen der bekannten feststehenden Prüfsysteme (feste Kabelanschlüsse an
die Prüfköpfe) und der bekannten rotierenden Prüfsysteme (einfacher Längstransport
des Prüflings) unter Vermeidung der wesentlichen Nachteile dieser Systeme zu schaffen.
Die erfinderische Lösung beruht auf dem Grundgedanken, zwar ein drehbar gelagertes
Prüfsystem mit gleichmäßig auf den Umfang verteilten und gegebenenfalls zu mehreren
axial nebeneinander angeordnten Pfüfköpfen zu verwenden, das nach dem Impulsjedoch
Reflexionsverfahren arbeite die Rotationsbewegung durch eine oszillierende Schwingbewegung
des Prüfsystems zu ersetzen
Eine nach diesem Erfindungsprinzip ausgebildete
Vorrichtung zum Prüfen von Rundmaterial ist dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsystem
aus zwei axialnebeneinander angeordneten Prüfkopfsystemen besteht, die in gesonderten,
in der Schwingbewegung um 1806 phasenverschobenen Trägern untergebracht sind und
die für jede Halbschwingung wechselweise an eine zentrale Prüfelektronik angeschaltet
werden.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal bilden die Prüfköpfe innerhalh
eines Systems zwei gleichmäßig über den Umfang verteilte Gruppen, wobei jede Gruppe
nach jeder Halbschwingung weshselweise an die zentrale Prüfelektronik angeschaltet
bzw. von dieser abgeschaltet wird.
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Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform sind die Prüfköpfe in Drehsegmenten
geführt, deren Achsen in einem radialen Ringflansch eines Schwing-Prüfkopfträgers
drehbar gelagert sind und an ihrem durch diesen Ringflansch hindurchgeführten freien
Ende ein Stirnrad tragen, das mit einem zentralen Außenzahnrad kämmt, welches unter
zentraler Winkelverstellung der Drehsegmente mit Prüfköpfen mittels einer Spindel
od. dgl. verstellbar ist.
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Die Prüfköpfe sind zweckmäßigerweise mittels eines in Querrichtung
durch sie hindurchgeführten Zapfens, der in eine kurvenförmige Nut in der Stirneeite
eines gegen die Prüfköpfe in axialer Richtung angedrückten Stellringes eingreift
in ihren Drehsegment-Pührungen durch Drehung des Stellringes zentral auf den Prüflingsdurchmesser
einz stellbar.
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Erfindungsgemäß kann die Vcrrichtung auch als reines Roterkopfsystem
verwendet werden und - bei Stillsetzen des Schwingantriebes - zum Prüfen von gleichseitigem
Profilmaterial wie Sechskant- und Vierkantmaterial.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung einer beispielsweisen Au8fuhrung8form einer Vorrichtung gemäß der Erfindung
anhand der Zeichnungen.
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Fig. 1 ist ein der Linie I-I der Fig. 2 folgender Schnitt durch eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung für die Ultraschall-Prüfung von Rundmaterial im
Impuls-Reflexions-Verfahren, Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig.
1 und die Fig. 3 und 4 stellen Abwicklungen des Prüflingsumfanges dar, welche die
Abtastung des Umfangs mittels eines bekannten Prüfsystems (Fig. 3) und mittels eines
Prüfsystems
nach der Erfindung veranschaulichen.
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Die Prüfköpfe 1 werden bei der Vorrichtung nach den Fig.
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1 und 2 von einem Prüfkopfträger 2 getragen, der in einem Wälzlager
3 eines feststehenden Lagerbockes 4 gelagert ist.
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Als Halterung für die Prüfköpfe 1 dienen mehrere auf dem Umfang des
Prüfkopfträgers 2 gleichmäßig verteilt angeordnete irehsegmente 5 mit mittig angeordneten
Schlitzen für das Einsetzen eines oder mehrere zum Prüfling P hin gerichteter Prüfköpfe
1. Diese Drehsegmente 5 sind bezüglich ihrer Winkeleinstellung und damit der Ausrichtung
der in sie eingesetzten Prüfköpfe 1 gegenüber dem Prüfling P zentral verstellbar,
und zwar mittels auf die Enden ihrer Achsen 5a Stirnräder 6, die mit einem auf dem
Prüfkopfträger 2 gelagerten zentralen Außenrad 7 kämmen, das durch eine Spindel
8 verstellbar ist. Bei Verwendung von Senkrechtprüfköpfen können somit sowohl innen-
als auch längs orientierte Oberflächenfehler und bei Verwendung von Winkelprüfköpfen
sowohl quer- als auch schräg orientirte Oberflächenrisse nachgewiesen werden.
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Mit dem Prüfkopfträger 2 ist ein Klemmring 9 fest verbunde, Dieser
dient dazu, einen Stellring 10, der in einem Wälzlager 11 eines zweiten Lagerbockes
12 gelagert ist, mit seinem radialen Flansch 10a fest gegen die Drehsegmente 5 und
die Prüfköpfe 1 anzudrücken, sodaß diese
unter gleichzeitiger Abdichtung
exakt geführt werten.
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In die Stirnseite des Stellringflansches 10a sind kurvenförmige Nuten
13 eingearbeitet, in die ein durch alle Prüfköpfe t innerhalb eines Drehsegmentes
5 hindurchgesteckter Zapfen 14 eingreift. Durch Drehung des Stellringes 10 werden
die Zapfen 14 innerhalb der Nuten 13 geführt und je nach Drehrichtung nach oben
cder unten bewegt, wobei sie die Prüfköpfe 1 mitnehmen, welche auf diese Weise zentral
innerhalb eines Durchmesserbereiches von z.B. 100 mm auf den Jeweiligen Prüflingsdurchmesser
einstellbar sind. Zum Verdrehen des Stellringes 10 gegenüber dem Prüfkopfträger
2 dient ein mit dem Stellring 10 verbundenes Schneckenrad 15, das mittels einer
Stellspindel 16 mit Schnecke verdrehbar ist.
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Die Zufuhr des Koppelmediums erfolgt durch in den Lagerböcken 4 und
12 befeatigte und in den Prüfkopfträger 2 bzw.
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den Stellring 10 mittig hineingeführte Dichtringe 17, welche die Vorschubbahn
für den Prüfling 2 mit Ausnahme des freien Ringraumes unterhalb der Prüfköpfe t
radial abgrenzen.
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Das aus den Prüfköpfen 1 met den sie haltenden Teilen (Prür'opfträger
2 mit Drehsegmenten 5, Kle=aring 9 und Stellring 10) bestehende Prüfsystem kann
innerhal@ 2-r Wälzlager 3, 11 in schwingende Bewegung versetzt werden@
und
zwar mittels einer am Prüfkopfträger 2 oder am Stellring 10 befestigten Gabel 18,
die durch einen Bolzen 19 mit einem Hebel 20 verbunden ist, der über eine Exzenterwelle
oder einen mechanisch bzw. hydraulisch wirkenden Stösseltrieb bewegt wird.
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Die Prüfung erfolgt im Iepuls-Reflexionsverfahren mit getrennten Sendern
und Vorverstärkern für jeden Prüfkopf innerhalb eines Schwingprüfsystems, wobei
die Köpfe mittels fester Kabel mit den nachgeschalteten Sendern und Vorverstärkern
verbunden sind. Der Prüfling P wird bei der Prüfung ohne Rotation durch die fluchtenden
Miteloffnungen der Dichtringe 17 vorge3choben. Es wird mit zwei Systemen von spiegelbildlich
zur Richtung der nachzuweisenden Risse angeordneten Prüfköpfen 1 gearbeitet, wie
das für den Nachweis schalenförmiger Fehler erforderlich ist. Diese Systeme werden
gemäß der Erfindung mittels ihrer Träger in der Schwingung um 1800 phasenverschoben
gegeneinander bewegt und abwechselnd für die Dauer einer Halbschwingung bei jedem
Schwingungsricntungswechsel an die zentrale Ultraschall-Elektronik angeschaltet,
sodaß zwar kontinuierlich jeweils ein System an die Ultraschall-Elektronik angeschaltet
ist und eine Prüfinformation liefert, jedoch bei jeder Halbschwingung dieses System
wechselt und somit das einzelne
System für jeweils eine Halbschwingung
an die Ultraschall-Prüfelektronik angeschaltet ist und für die darauf folgende Schwingung
abgeschaltet ist.
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Innerhalb eines Schwingprüfsystems befinden sich zwei gltichmäßig
auf den Umfang verteilte Gruppen von spiegelbildlich zentral im Winkel verstellbaren
Prüfköpfen, die abwechselnd nach jeweils einer Halbschwingung auf die nachgeschaltete
Ultraschall-Elektronik umgeschaltet werden.
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Stellt man für ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Prüfsystem die
Abtastung der Oberflächenabwicklung des Prüflings durch eine Schwingeranordnung
der wirklichen SchalL-feldbreite b dar (Fig. 4), so erkennt man, daß infolge des
Umschaltens der Ultraschall-Prüfelektronik nach jeweils einer Halbschwingung mit
der Vorrichtung nach der Erfindung bei gleichem Aufwand an elektrischen Bauelementen
der gleiche effektive Vorschub für den Prüfling erreicht werden kannswie bEi:den
bekAnnten Systemen, wobei die komplizierte Rotationsmechanik entfällt.
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Eine universelle Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
zusätzlichen Prüfung von gleichseitigem Profilmaterial ist dadurch möglich, daß
bei Stillsetzen des Schwingantriebs das System mit Hilfe der zentralen Winkel- und
Durchmesserverstellung so ausgerichtet werden kann, daß ein Nachweis der genannten
Pehlerarten möglich ist.
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Darüber hinaus läßt sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Bedarfsfall
auch als reines rotierendes Prüfsystem verwenden, wobei die Übertragung der Spannungsimpulse
der rotierenden Prüfköpfe durch kapazitive Übertrager erfolgt, die gegenüber den
bisher bei rotiernden Prüfsystemen verwendeten induktiven über tragern den wesentlichen
Vorteil haben, daß sie gegen störende magnetische äußere Fremdfelder unempfindlich
sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten &usführungsformen
beschränkt. Das PrUfsystem kann zoB auch aus n axial nebeneinander angeordneten
Prüfkopfsystemen bestehen, die in der Schwingbewegung um 360/n0 phasenverschoben
sind bei gleichzeitiger Verschiebung der Schwingungsmittellage um den n-teh Teil
der Schwingungsamplitude.