DE2559125C3

DE2559125C3 - Vorrichtung zur Markierung von Fehlstellen bei der Ultraschallprüfung von Werkstücken

Info

Publication number: DE2559125C3
Application number: DE2559125A
Authority: DE
Inventors: Victor P. Dipl.-Ing. Anoliu; Silviu I. Dipl.- Ing. Heretoiu; Gheorghe C. Dipl.-Ing. Ionescu; Andrei Gh. Lutescu
Original assignee: INSTITUTUL NATIONAL PENTRU CREATIE STIINTIFICA SI TEHNICA - INCREST BUKAREST
Current assignee: INSTITUTUL NATIONAL PENTRU CREATIE STIINTIFICA SI TEHNICA - INCREST BUKAREST
Priority date: 1974-12-30
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1980-07-17
Also published as: DE2559125B2; FR2296848B1; CH592307A5; US4018082A; RO66002A2; FR2296848A1; DE2559125A1

Description

Die Erfindang betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der AT-PS 2 66 488 be kann L Dabei ist die Elektrode unbeweglich und mit Abstand gegenüber dem Werkstück angeordnet Mit dieser Anordnung ist der Nachteil verbunden, daß zum jedesmaligen Zünden wie auch während der Dauer eines jeden Lichtbogens eine relativ hohe Spannung erforderlich ist Zu diesem Zweck ist neben einem Stromkreis niederer Spannung ein Stromkreis sehr viel höherer Spannung vorgesehen, der jeweils von dem Stromkreis /liedriger Spannung eingeschaltet wird. Es ist also eine relativ komplizierte Schaltung erforderlich.

Demgegenüber liegt der Erfir-iung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Art so weiterzubilden, daß die Schaltung bedeutend vereinfacht werden kann, indem nur ein Wechselstromkreis mit niedriger Spannung erforderlich ist, dagegen der bei der bekannten Vorrichtung zusätzlich erforderliche Wechselstromkreis hoher Spannung zum Zünden des Lichtbogens entfällt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektrode zwischen dem Werkstück und dem Kern einer von dem Wechselstrom beaufschlagten Spule hin- und herbeweglich ist. Die Elektrode schwingt also mit der Frequenz des Wechselstroms zwischen dem Werkstück und dem Spulenkern hin und her und schließt und öffnet jeweils den Stromkreis an der Berührungsstelle mit dem Werkstück, wobei jeweils ein Funke überspringt bzw. ein Lichtbogen gezündet und damit die Fehlstelle markiert wird. Wegen des anfänglichen direkten Kontaktes, also geringen Widerstandes, kann die Spannung weit schwächer sein und trotzdem wird eine gute Markierung erreicht. Aufgrund ihrer Einfachheit weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine geringere Störanfälligkeit und damit auch eine längere Lebensdauer auf.

Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend ein AusfUhruiigsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, Es zeigt

F i g. I eine axonometrische Ansicht der Vorrichtung,

F i g. 2 zeigt die Vorrichtung schematisch, in Seitenansicht, teilweise geschnitten;

F i g. 3 zeigt in Seitenansicht bzw. axialem Schnitt den Ultraschallempfänger und -geber mit der erfindungsgemäßen Markierungs-Elektrode;

F i g. 4a einen Hnlter für den Ultraschallsender; F i g. 4b einen axialen Schnitt durch den Halter;

Fig,S ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer ertindungsgemäßen Vorrichtung für automatischen Betrieb; s F i g. 7a eine Abwicklung eines zylindrischen Werkstücks mit einer markierten Fehlerstelle;

Fi g. 7b die Darstellung der Impulse längs des Weges der Ultraschallsende- und Empfangsanordnung hzw. der Markierungselektrode über das Werkstück.

ίο F i g. 8 zeigt ein Foto gemäß F i g. 7a.

Der in das Gestell oder Gehäuse 1 eingebaute Motor 2 treibt über Keilriemen 3 ein Getriebe 4, welches über eine elastische Kupplung 5, Schneckengetriebe 6 und elastische Kupplung 7 eine senkrechte Welle 8 antreibt

is Von der senkrechten Welle 8 wird die Bewegung zu einem Stirnradgetriebe übertragen, welches aus einem Ritzel 9 und einem Zahnrad 10 mit Schrägverzahnung besteht Das Zahnrad 10 treibt einen Drehtisch U an. Auf der Achse 8 ist ein Kegelrad 12 angeordnet welches mit einem Kegelrad 13 in ständigem Eingriff steht Die

Bewegung des Kegelrades i3 wird durch eine Weile i4

zu einem zylindrischen Ritzel 15 übertragen, welches mit einem Zahnrad 16 kämmt

Die Bewegung wird weiter durch eine elektromagne-

tische Kupplung 17 zu einer Welle 18 und dann zu den Zahnrädern 19 und 20 übertragen, wobei eine Wechselmöglichkeit der Zahnräder zur Erzielung verschiedener Vorschubwerte vorgesehen ist Die Bewegung des Wechselrades 20 wird zum kegelförmi-

x> gen Ritzel 21 und durch ein Kegelrad 22, die in ständigem Eingriff bleiben, zu einer Schraubenspindel 23 übertragen. Die Bewegung der Schraubenspindel 23 kann auch von Hand mittels einer Kurbel 20a (Fig. 2) erfolgen.

1' Die Schraubenspindel 23 kann auch von einem Reduktionsmotor 24 angetrieben werden, nachdem vorher die elektromagnetische Kupplung 17 ausgekuppelt ist. Der Reduktionsmotor 24 ist auf einer senkrechten Säule 25 befestigt, welcvc auf dem Gehäuse

•to l befestigt ist. Die Schraubenspindel 23 treibt eine Schraubenmutter 26, welche längs einer Führung 25a auf der senkrechten Säule 25 gleitet. Auf der Schraubenmutter 26 ist mittels einer Achse 27 ein waagerechter Arm 28 montiert, welcher mit einer Nut

*5 28a versehen ist.

Der waagerechte Arm 28 kann sich in Horizontalebene um die Achse 27 um einen bestimmten Winkel drehen. Auf der Säule 25 sind zvei elektrische Begrenzungskontakte 29 eingesetzt, die von einem auf der Schraubenmutter 26 befestigten Nocken 30 betätigt werden. Die elektrischen Kontakte 29 bestimmen somit d;n Hub der Schraubenmutter 26 auf der Führung 25a der Säule 25.

In der Nut 28a des waagerechten Armes 25 gleitet

eine waagerechte Schraubenmutter 31, welche von Hand durch eine Schraubenspindel 32 betätigt wird. An der waagerechten Schraubenmutter 31 ist ein Gestell 33 befestigt, welches mit einer Nut 34 versehen ist In der Nut 34 gleiten zwei Halter 35, die unabhängig von Hand durch zwei Schrauben 36 betätigt werden, Auf jedem Halter 35 ist eine Stange 37 befestigt, an deren unterem Ende je ein Halteteil 38 befestigt wird, woran je ein piezoelektrischer Sender 39 angebracht ist (F i g. 3). Die Halteleilc 38 können in Horizontal- bzw. Vertikalebene

f>5 folgendermaßen eingestellt werden (F i g. 3,4a und 4b):

— man löst eine Schraube 40, die die Drehung des Halteteils 38 in Horizontalebene erlaubt,

— man lost die Schraube 41, die die Drehung des

Hulteteils38 in Vertikalebene erlaubt

Die piezoelektrischen Sender 39 sind in dem Halter 38 mittels einiger Schrauben 42 und einiger Büchsen (nicht dargestellt) befestigt, deren Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser der piezoelektrischen Sender 39 ist, welcher mit einem piezoelektrischen Kristal! 39a versehen ist

An einer der beiden Stangen 37 ist ein Halter 43 für eine Spule 44 und einer dieser zugeordnete Efektrode 44a befestigt Die Maschine ist mit einem Ultraschalldefektoskop 45 (F i g. 5 und 6) und einem Steuerblock 46 (F i g. 6) für die Spule 44 ausgerüstet Die Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Sender 39 und dem Ultraschalldefektoskop 45 wird mittels zweier Kabel 47 und diejenige zwischen dem Bogenschreiber 44 und seinem Steuerblock 46 mittels eines Kabels 48 hergestellt; der zweite Anschluß des Steuerblocks 46 an dem zu prüfenden Werkstück 49 wird durch ein anderes Kabel 50 hergestellt

Das zu prüfende Werkstück 49 wird in einen Behälter 51 eingetaucht, weicher auf dem Drehtisch Ii mittels eines Ringes 49a befestigt ist Der Behälter Sl ist mit einem Entleerungsstöpsel (nicht dargestellt) versehen. Die Zentrierung des zu prüfenden Werkstückes 49 auf dem Drehtisch 11 erfolgt mittels eines bzw. einiger Ringe 49a. Der Steuerblock 46 ist durch zwei Kabel 52 mit dem Ultraschalldefektoskop 45 verbunden. Die Kabel 52 sind an ein Relais 53 angeschlossen, welches mit Kontakten 54 versehen ist Das Ultraschalldefektoskop 45 ist mittels zweier Kabel 55 und Kabel 56 mit den w Kontakten 54 bzw. 57 verbunden. Der Kontakt 57 gehört zu einem Kontaktgeber 58. Ein Kabel 59 verbindet die Kontakte 54 des Relais 53 mit den Kontakten 57 des Kontaktgebers 58. Der Kontaktgeber 58 ist mit einigen Kontakten 60 versehen, an die die -f> Netzspannung, z. B. 220 Volt, angelegt wird.

Die Kontakte 60 sind an die Primärwicklung eines Abspannungstransformators 61 angeschlossen. Die Kabel 48 und 50 stellen die Verbindung zwischen der Sekundärwicklung des Abspannungstransformators 61 und dem Bogenschreiber 44 bzv. dem zu prüfenden Werkstück 49 her.

Das Blockschaltbild gemäß F i g. 6 für eine automatisierte Vorrichtung zeigt einen Steuerblock 62 für die allgemeine Stromversorgung, an den ein Steuerblock 63 für den Antriebsmotor 2 und ein Steuerbiock 64 für den Getriebemotor 24 angeschlossen sind; an den Getriebemotor 24 für die Spindel 23 ist ein Steuerblock 65 für die elektromagnetische Kupplung sowie ein Steuerblock 66 für die den Hub der Schraubenmutter 26 steuernden v> elektrischen Kontakte 29 angeschlossen. Über eine Zwischensteuerung 67 ist der Steuerblock 62 an dem Steuerblock 46 für die Spule 44 sowie an das Ultraschalldefektoskop 45 angeschlossen.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: M

Nach Einschalten des Steuerblocks 62 wird der Steuerblock 63 betätigt, wodurch der Elektromotor 2 eingeschaltet wird. Dieser setzt über das Getriebe 4, den Schneckenreduktor 6, die senkrechte Welle 8, das zylindrische Ritzel mit Sehrägverzahnung 9 und das «> Zahnrad 10 den Drehtisch U in Drehbewegung, auf dem der Behälter 51 befestigt ist. In diesem befindet sich das zu prüfende Werkstück 49 (z. B. ein Gleitlager mit Weißmetallschicht, deren Adhärenz an den Stahlstützkörper geprüft werden soll). b^r>

Durch das Kegelrad 22 und das Kegelrad 13 wird die Bewegung von der senkrechten Welle 8 zur Welle 14, zum zylindrischen Ritzel 15 und zu dem frei auf der Welle eingesetzten Rad 16 übertragen.

Die elektromagnetische Kupplung 17 erlaubt in dnr von dem Steuerblock 65 gesteuerten Stellung »gekoppelt« die Weiterübertragung der Bewegung durch die Welle 18, die Zahnräder 19 und 20, das kegelförmige Ritzel 21 und das Kegelrad 22 zur Schraubenspindel 23 und zur Schraubenmutter 26, an der der waagerechte Arm 28 angelenkt ist

Durch die Zusammensetzung der Drehbewegung des zu prüfenden Werkstückes und der vertikalen Translationsbewegung des waagerechten Arms 28 wird die gesamte Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes 49 nach einer schraubenförmigen Bahn abgetastet, wobei die Steigerung durch den Durchmesser des piezoelektrischen Kristalls 39a des Senders 39 gegeben ist Man braucht hierbei nur auf die Berührung oder die teilweise Überdeckung der vom Sender bei aufeinanderfolgenden Drehungen geprüften Zonen zu achten.

Bei eineai gegebenen Verhältnis der Zahnräder 19 und 20 hat die erzielte Bahn el--s gleichbleibende Steigung, abgesehen von der Drehzahl des Drehtisches 11, die sich in Abhängigkeit vom Durchmesser des geprüften Werkstückes 49 mittels des Getriebes 4, verändern kann.

Durri? Austausch der Zahnräder 19 und 20 erhält man schraubenförmige Bahnen mit verschiedenen Steigungen, die den Durchmessern der piezoelektrischen Kristalle 39a der bestmöglichen gewählten Sender 39 entsprechen.

Für schnelle senkrechte Bewegungen des waagerechten Arms 28 nach Beendigung der Prüfungsarbeit läßt man den Reduktionsmotor 24 an, indem man dessen Steuerblock 64 betätigt welcher gleichzeitig die elektromagnetische Kupplung 17 mittels ihres Steuerblocks 65 entkuppelt

Um den Hub des waagerechten Arms 28 zu begrenzen, ist die Vorrichtung mit zwei elektrischen Kontakten 29 ausgerüstet, die auf der senki echten Säule befestigt sind und folgendermaßen arbeiten:

Wenn die piezoelektrischen Sender 39 die ganze Höhe des zu prüfenden Werkstückes 49 überquert haben und dessen Unterseite erreichen, betätig» der Nocken 30 den unteren elektrischen Kontakt 29, welcher den Steuerblock 66 einschaltet, der seinerseits den Steuerblock 65 für die elektromagnetische Kupplung 17 betätigt, indem er sie entkuppelt, sowie den Steuerblock 63 für den Elektromotor 2, indem er ihn abstellt.

Der Reduktionsmotor 24 dreht die Schraubenspindel 23 unter Anhebung des waagerechten Arms 28, bis der Nocken 30 den oberen elektrischen Kontakt 29 betätigt. Dieser veranlaßt durch ssinen Steuerblock 66 und durch den .^leijerblock 64 die Abstellung der ganzen Anlage.

Der Elektromotor 2 und die Steuerung zum Anlauf bzw. Anhalt des waagerechten Arms 28 Können auch von Hand durch die Steuerblöcke 63 und 64 betätigt werden.

Die vertikale Bewegung des A rms 28 kann auch durch Handbetätigung in der Stellung »entkuppelt« der elektromagnetischen Kupplung 17 erfolgen. Je nach den Durchmessern der geprüften Werkstücke müssen die piezoelektrischen Sender 39 näher oder ferner vom Mittelpunkt des Drehtisches 11 angelegt werden.

Diese Arbeit wird von Hand mittels der Schraubenspindel 32 durchgeführt, die die waagerechte Schraubenmutter 31 entlang der Nut 28a des waagerechten Arms 28 bewegt.

Mittels der Spindel 36 werden die Halter 35 — und

damit die Spule 44 mit der Elektrode 44a gegenüber dem Werkstück 49 auf den richtigen Abstand eingestellt.

Nachstehend wird nochmals beispielsweise beschrieben, wie die Haftung der Weißmetallschicht an dem stählernden Stützkörper eines Gleitlagers mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung geprüft wird:

Man füllt den Behälter 51 bis zum vorher festgestell ten Niveau mit Wasser. Ein Musterstück mit bekannter Adhärenz der Weißmetallschicht an den Stahlstützkörper wird in den Behälter 51 eingetaucht und zentriert. Die Stellungen und die Abstände der piezoelektrischen Sender 39 und der Spule 44 relativ zur Oberfläche des Musterstückes werden festgelegt, und gleichzeitig werden die Einstellungen des Ultraschalldcfcktors 45 durchgeführt, um auf dem Bildschirm 45«·? des Defektoskops einen maximalen Sendeimpuls zu erzielen.

Das Musterstück wird herausgenommen; das zu prüfende Lager, von dem vorher eine Schicht von Weißmetall zur Beseitigung der Gußunregelmäßigkeiten abgedreht wurde, wird eingetaucht und zentriert.

Zwischen dem zu prüfenden Werkstück und dem Steuerblock 46 für die Spule 44 wird mittels Kabels 50 eine Verbindung hergestellt. Da die Adhärenz der Weißmetailschicht an den Stahlstützkörper verteilt ist. wird der Sendeimpuls auf dem Bildschirm 45.7 des Defektoskops verschiedene Größen haben, wobei sein Maximalwert der besten Adhäsionsqualität entspricht.

Für einen gewünschten Adhärenzgrad. wird die Markierungsvorrichtung des Defektoskops auf dessen Wert eingestellt. Alle Sendeimpulse, welche einen Adhärenzgrad unter dem angenommenen angeben, werden von der Markierungsvorrichtung angezeigt. Nach Beendigung aller Vorarbeiten setzt man die Vorrichtung in Gang.

Die piezoelektrischen Sender 39 untersuchen nun die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes 49 auf der erwähnten schraubenförmigen Bahn. Wenn an einer bestimmten Stelle des Lagers der Adhärenzgrad der Weißmetallschicht kleiner als der angenommene ist. wird der Sendeimpuls auf dem Bildschirm 45a des Defektoskops 45 unter den angenommenen Wert sinken und die Markierungsvorrichtung wird das anzeigen.

Die Signalisierungsspannung der Markierungsvorrichtung wird durch die Kabel 52 (F i g. 5) an das Relais 53 angelegt. Hierbei wird der Kontakt 54 geschlossen und der Kontaktgeber 58, welcher die Kontakte 60 schließt und die Primärwicklung des Transformators 61 an Spannung legt, wird unter Spannung gesetzt. In der Sekundärwicklung entsteht eine Spannung, die mittels

to der Kabel 48 und 50 an die Spule 44 und das zu prüfende Werkstück 49 angelegt wird. Über das Werkstück wird der Stromkreis geschlossen, wobei die Elektrode 44;i zwischen der Werkstückoberfläche und dem Spulenkern hin und her schwingt, wobei sie den Stromkreis schließt und öffnet. Durch die hierbei zwischen Elektrode 44a und Werkstück 49 überspringenden Funken wird die Fehlstelle markiert. Der Lichtbogen ruft sichtbare Spuren auf der Lageroberfläche in der Zone mit einem Adhärenzgrad unter dem angenommcnen hervor (Fi g. 7a und 7b).

Bei jedem Durchgang durch einen Fehlerbcreich wird die Elektrode 44a eine Linie markieren, welche die gleiche Länge wie der betreffende Fehlcrbercich hat. Man erhält somit eine Anzahl von Parallcllinicn

2°) verschiedener Länge, deren Hüllkurve die Form und Größe der Fehlerstelle anzeigt (Fig. 7a und Fig. 8). Laut Fip. 7a werden auf einer Bahn A-B vier Punkte verschieuenen Adhärenzgrades dargestellt.

In F i g. 7b sind die diesen vier Punkten entsprechcn-

JO den Sendeimpulse dargestellt. Nach der Untersuchung der gesamten Oberfläche des zu prüfenden Werkstükkes 49, betätigt der Nocken 30 den unteren elektrischen Kontakt 29, wobei er den Steuerblock 63 für den Elektromotor 2 und die Zwischensteuerung 67 für den

Γι Bogenschreiber 44 abstellt. Gleichzeitig wird über Steuerblock 64 der Reduktionsmotor 24 eingeschaltet, wodurch der waagerechte Arm 28 in seine obere Stellung gehoben wird. Nun wird die ganze Anlage durch den oberen elektrischen Kontakt 29 ausgeschaltet

■Ό und man nimmt das geprüfte und markierte Werkstück 49 aus der Vorrichtung heraus.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Markierung von Fehlstellen bei der Ultraschallprüfung von Werkstücken mit einer zusammen mit der Ultraschall-Sende- und Empfangsanordnung längs des Werkstücks bewegbaren Elektrode, die in einen über das Werkstück verlaufenden Wechselstromkreis eingeschaltet ist, der jeweils beim Auftreten eines Fehlers geschlossen wird und die Fehlerstelle durch Lichtbogen auf dem Werkstück markiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (44a) zwischen dem Werkstück (49) und dem Kern einer von dem Wechselstrom beaufschlagten Spule (44) hin und herbeweglich ist