DE2721031A1 - Strukturpruefer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfinäun^ bezieht sich auf Prüfgeräte zur zerstörungsfreien Prüfung, bei welcher Wirbelströme auu Nachweis von in der Oberfläche und unter der Oberfläche liegenden Strukturinhomogenitäten oder verschiedenen Fehlern in ausgedehnten abzutastenden, elektrisch leitenden Objekten verwendet v/erden, insbesondere betrifft sie hoch- und niederfrequenten Wirbelströme verwendende Wirbelstrom-Prüfgeräte mit automatischer Erkennung und unabhängiger Registrierung von in der Oberfläche und unter der Oberfläche Hegenden Strukturinhomogenitäten oder Fehlern. Die Erfindung ist auf die Überwindung von bei derartigen Geräten entstehenden verschiedenen technologischen Schwierigkeiten gerichtet»

Es ist gut bekannt, daß die abzutastenden Objekte auf in der Oberfläche oder unter der Oberfläche liegende Strukturinhomogenitäten oder Fehler sowie auch zugleich

809846/0274

auf "beide Typen der Strukturstörungen hin unter Verwendung einer "bekannten Frequenz des !Erregerfeldes geprüft werden« Diese bestehenden Verfahren und Einrichtungen zur V.'irbelstromprüfung von ausgedehnten abzutastenden,elektrisch leitenden Objekten eignen sich jedoch nicht für die unabhängige Erkennung in der Oberfläche und unter der Oberfläche liegender Strukturinhomogenitäten und Fehler.

iiS wurden auch hochfrequente und niederfrequente Wirbelströme als Mittel zur irennung der in der Oberfläche und der unter der Oberfläche liegenden Dafekte bei der zerstörungsfreien Prüfung des Objekts vorgeschlagen.

Ein bekanntes Prüfgerät (s. USA-Patent Nr. 2240466, Kl. 324-40) umfaßt einen Hoch- und einen Niederfrequensgenerator, Vvirbelstromwandler, ein Stroh system mit Synchronisator, einen Hochfrequenz- und einen ßiederfrequenz-Meßkanal und eine Registriereinrichtung. Bei diesem Gerät beruht die unabhängige Erkennung der in der Oberfläche und der unter der Oberfläche liegenden Defekte auf der Steuerung des Hochfrequenz- und des NiederfrequeriZ-Meßkanals gemäß dem Programm des Synchronisators, der die Zeit der Arbeit der Erregergeneratoren vorgibt. Die Folge ist, daß bei in der Oberfläche liegenden Defekten einer bestimmten Ausdehnung beide Meßkanäle ansprechen und gleichsam das gleichzeitige Erscheinen eines in der Oberfläche wie eines unter der Oberfläche liegenden Defekts signalisieren. Dabei werden die

nicht

einzelnen Abschnitte des abzutastenden Prüfobjekts/gleich-

809846/0274

zeitig auf dio in der Oberfläche und die unter der Oberfläche liegenden JJefckte hin geprüft. Die Genauigkeit des unabhängigen Nachweises der in der Oberfläche und der unter der Oberfläche liegenden Defekte bei dem bekannten Gerät ist unzureichende

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Behebung der aufgeführten Nachteile und Schaffung eines Prüfgeräts ei·** höhter Genauigkeit mit unabhängiger Erkennung in der Oberfläche und unter der Oberfläche liegender Inhomogenitäten oder Fehlci' in ausgedehnten abzutastenden Objekten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Art, in der die ivießsignale verarbeitet werden, dahingehend zu verändern, daß sie unabhängig davon, ob in der oder unter der Oberfläche des zu prüfenden Materials die sie verursachende Defekte liegen, sehr schnell, und zwar getrennt erkannt werden,.

Zur Lösung der angegebenen Aufgabe und Erreichung des angegebenen und anderer Ziele wird mit der vorliegenden Erfindung ein Strukturprüfer zur zerstörungsfreien Prüfung der inneren und Oberflächenstruktur von sich kontinuierlich bewegenden elektrisch leitenden Objekten unter Verwendung von '.Virbelströmen vorgeschlagen, der einen Genera-

ein ein

tor für/hoch- und einen für/niederfrequentes Signal, eines für Betrieb mit vorzugsweise Oberflächen-, das andere für

809846/0274

solchen mit vorzugsweise verdeckten Defekten des zu prüfenden Objekts, Wirbelstromwandler zur Umwandlung der aufgeführten, ^eneratorsignale in Wirbelatröme, die mit den von ihnen induzierten. Feldern in den Defekten des Materials verkettet sind, und Meßkanäle in den Ausgängen der aufgeführten Wirbelstromv/andler zur Signalisierung des lürscheinens von Defekten der Materialstruktur an sekundäre Registriergeräte umfaßt und sich dadurch kennzeichnet, daß die Wirbelstromwandler in der Bev/egungslinie der zu prüfenden Objekte in einoin Abr-:t·· :id voneinander angeordnet sir..!, vbtei dar larbelstroimvandTer, der mit hochfrequenten Signsien arbeitet und die Objekte auf die Oberflächendefekte hin prüft, vor dem niederfrequenten V.irbelstromwandler nach der Bewegungsrichtung der Objekte hin angeordnet ist, und zwischen den Meßkanälen der . Wirbelstromwandler eine Selektionseinheit mit einem Strobgenerator eingeschaltet ist, derart, daß der Strobimpuls den Ideßkanal des niederfrequenten WirbelsOromwandlers bei Erscheinen eines Defektsignals aus dem hochfrequenten Wirbels trumwandler sperrt.

Eine solche technische Lösung gestattet es vor allem, die Oberflächen- und verdeckten Defekte beim Nachweis mit mehr Sicherheit zu trennen, dadurch, daß die den Strobimpulserzeugende Selekt,<Lonseinheit mit den von den Wirbelstromwandlern gelieferten Defektsignalen selbst gesteuert, d. h, in Abhängigkeit von der Zeit des Erscheinens der De-

809846/0274

ORIGINAL INSPECTED

fekte im zu prüfenden Werkstück umgeschaltet wird. Außerdem verhindert die Selektionseinheit bei beliebiger ■Ausdehnung und Tiefenlage der Defekte ein Fehl ansprechen der Kegistriergeräte für die Oberflächen- und verdeckten Defekte,

was bei der Schnellkontrolle von ausgedehnten Objekten besonders nichtig ist.

Gemäß anderen Ausführungsformen ^der vorliegenden Erfindung wird ein Strukturprüfer vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Selektionseinheit Schwelleneleiaente einschließt, jeweils eingeschaltet zwischen dem Meßkanal des hoch- bzw. niederfrequenten Wirbelstromwandlers und dem erwähnten Strobgenerator, dessen Ausgang auf einen dem Ausgang des Meßkanals des niederfrequenten Yiirbelstromwandlers nachgeschalteten str^bimpulsgesteuerten Verstärker (Strobverstärker) arbeitet.

Diese Ausführung der Selektionseinheit eignet sich speziell dafür, die Funktionen des hoch- und des niederfrequenten Kanals optimal aufeinander abzustimmen, so daß falsche Signalgaben bestimmter Zustände der zu prüfenden Materialien unterbleiben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform " der vorliegenden Erfindung wird ein Strukturprüfer vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß auf den Eingang des Strobgenerators ein aus einem Geschwindigkeitsgeber und Gleichstromverstärker bestehender Spannungswandler zur iär-

809846/0274

zeugung einer der Bewegungsgeschv/indigkeit der zu prüfenden Objekte proportionalen Spannung arbeitet.

Diese schaltungotechnische Lösung ist aus der Sicht der Sicherung der störungsfreien Arbeit des Strukturprüfers besonders dann nützlich, wenn der vom hochfrequenten uirbelstromwandler erfaßte Defekt des katerials den niederfrequenten Wirbelstromwandler nicht zum Ansprechen bringt. In diesem Fall erhält man durch den Geachwindigkeitsgeber und Gleichstromverstärker ein Signal, das die Sperrung des Kanals des niederfrequenten Wirbelstromwandlers aufhebt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird schließlich ein Strukturprüfer vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß jedes Schwellenelerneni; einen Schmidt-Trigger einschließt, der im Eingang einer dem Strobgenerator vorgeschalteten Differenzierkette liegt.

Diese technische lösung stellt eine der wirksamsten Schaltungen . der Selektionseinheit dar,

wie sie im erfindungsgemäßen Apparat eingesetzt wird.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden später aus der Betrachtung der Beschreibung und Zeichnung klar·

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Funktionsschaltung eines Strukturprüfers,

809846/0274

- ίο -

Fig. 2 ßpannungsdiagramrae für die einzelnen Schaltteile gemäß Fig. 1 zur Veranschaulichung ^der Funktion des ßtrukturprüfers im Fall des Wachweises eines Oberflächendefekts größerer Ausdehnung;

Fig. 3 desgleichen im Fall des Nachweises eines Oberflächendefekts mit einer Ausdehnung, bei welcher er nur vom hochfrequenten Wirbelstromwandler erfaßt wird;

Fig. 4 desgleichen im Fall des Nachweises eines unber der Oberfläche liegenden Defekts.

Die unabhängige Erkennung in dor Oberfläche und unter der Oberfläche liegender Strukturinhomogenitäten und Fehler in ausgedehnten abzutastenden elektrisch leitenden Objekten geht vor sich mit Hilfe von unabhängigen Wirbelstromwandlern, die aus entsprechenden Generatoren für ungedämpfte kontinuierliche Schwingungen hoher bzw. niedriger Frequenz gespeist werden und die in der Längsrichtung des Prüfobjekts konstruktiv so verteilt sind, daß im Sinn der Bewegung des abzutastenden Objekts der hochfrequente Wirbelstromwandler als erster, der niederfrequente als zweiter kommt. Mit den von den erkannten Defekten herrührenden Ausgangssignalen des Meßkanals für hohe und des für niedrige Frequenzen wird automatisch, in Abhän·»· gigkeit von der Geschwindigkeit der Abtastung, ein speziell les Strobsystem umgeschaltet, das einen Stroblmpuls zur Sperrung des Ausgangs des niederfrequenten Meßkanals für die

809846/0274

Dauer des Durchlaufs der in der Überfläche des Prüfobjekts liegenden Strukturinhoiaogenitäten oder Fehler durch die Arbeitszone des niederfrequenten Wirbelstromwandlers erzeugt· Die in Fig. 1 dargestellte ochaltung des Prüfgeräts

Generator

enthält einen Generator 1a für hohe und einen/ib für niedrige Frequenzen. An die Generatoren sind entsprechende Erregerspulen zweier Durchlauf-WirbeIstromwandler 2a und 2b für hohe und niedrige Frequenzen angeschlossen, die längs der Längsachse des zu prüfenden Objekts 3» d.h. in Richtung der Abtastung, in einem Abstand hintereinander angeordnet sind. Die. Meßspulen der Viirbelatroinwandler 2a, 2b sind .. _{O1 n} an die Eingänge des Meßkanals 4a für hohe bzv/.des Meßkanals ^³

,4b für niedrige Frequenzen angeschlossen. Ausgangsseitig sind die Meßkanäle an eint? Selektionseinheit 5 angeschlossen, in deren Eingängen Schwellenelemente 6a und 6b liegen. Die Ausgänge dieser letzteren sind mit Differenzierketten 7a und 7b verbunden, die an einen Strobgenerator 8 angeschlossen sind. Der Ausgang des Generators arbeitet auf den einen Eingang eines Strobverstärkers 9> an dessen anderem Eingang der Ausgang des Meßkanals 4b für niedrige Frequenzen liegt. Die Ausgänge des Meßkanals 4a für hohe Frequenzen und des Strobverstärkers 9 sind entsprechend an Registriergeräte 10a und 10b zur unabhängigen Registrierung der in der Oberfläche und der unter der Oberfläche liegenden Strukturinhomogenitäten oder Fehler angeschlossen. Ein Abtastgeschwindigkeitsgeber 11 ist über einen Gleichstromverstärker 13 mit dem Strobgenerator 8 gekoppelt.

809846/0274

Die Einrichtung arbeitet wie folgt.

Die den Generatoren 1a und 1b für kontinuierliche unge· dämpfte Schwingungen (die 'Xxägerfrequenzen werden je nach Durchmesser und ivlaterialbeticiiaffenheit des Prüfobjekts gewählt) entnommenen Spannungen hoher und niedriger Frequenz werden den Erregerspulen der entsprechenden wirbelstromwandler 2a und 2b zugeleitet ₉ Bei .erscheinen eines Oberflächenfehlers oder einer Strukturinhomogenität größerer Ausdehnung im zu prüfenden Objekt J> (s_# Fig· 2) spricht dar¹ i:i Richtung der Abtastung des Prüfobjekts J> zuerst liegende hochfrequente .Virbclstronr.vandler 2a an, so daß ein Signal iu Zeitpunkt t^ im Meßkanal 4a für hohe Frequenzen erscheint. Das Signal wird dabei auch am Eingang des Registriergeräts 10a und an dem einen Eingang der Selektionseinheit 5» d.h. im Kreis des Ansteuerungsimpulses für den Strobgenerator 8 wirksam. Ein rechteckiger Impuls entsteht für die Zeit t-j-^ ^am Ausgang ^des Schwellenelements 6a. In der Differenzierkette 7a wird aus der Vorderflanke des vom Schwellenelement 6a gelieferten Impulses ein Änsteuerungsimpuls für den Strobgenerator 8 gewonnen, der nach dem Ansprechen den Sfcrobverstärker 9 Qit der vorderen negativen Flanke seines Impulses sperrt« Nach Ablauf der Zeit t = »» mit d als Abstand zwischen Anfang der Arbeitszone des Wirbelstromwandlers 2a und Anfang der Arbeitszone des Wirbelstromwandlers 2b und V als Geschwindigkeit der Abtastung spricht der in der Abtastrichtung hin als zweiter kommen-

809846/0274

de niederfrequente wirbelstromv/andler 2b an, so daß ein Signal im Zeitpunkt t-, im Meßkanal 4b für niedrige Frequenzen erscheint. Das Signal wird dabei auch an dem anderen Eingang der Selektionseinheit 5» d.h. im Kreis des Rückstellimpulses für den Strobgenerator 8, und am für das Signal des Defekts bestimmten Eingang des Strobverstärkers 9 v/irksam. Der letztere ist zu dom Zeitpunkt t± immer noch durch den Strobimpuls aus dem Generator 8 gesperrt und bleibt in die-. eem Zustand, bis die in der Oberfläche liegende Struktur— Inhomogenität oder der Oberflächujfehler die Λΐ-beitszone des niederfrequenten VJirbelstromwandlerü 2b durchlaufen hat.

Ein rechteckiger Impuls entsteht für die Zeit t^t^, am Ausgang des im Kreis des Hucksteilimpulses liegenden Schwellenelements 6b, In der Differenzierkette 7b wird aus der Hinterflanke des vom Schwellenolement 6b gelieferten Impulses im Zeitpunkt t^, zu dem die in der Oberfläche liegende Strukturinhomogenität oder der Oberflächenfehler die Arbeitszone des niederfrequenten .»irbelstr-omwandlers 2b gerade passiert, ein Ruckste11impuls gewonnen, mit dem die Sperrung des Strobverstärkers 9 aufgehoben wird»

Über den Strobverstärker 9 gelangt das Signal aus dem Meßkanal 4b für niedrige Frequenzen 4b zum Registriergerät 10b.

Die Maximaldauer des Strobimpulses wird für beliebige Abtastgeschwindigkeit mit der über den Gleichstromverstärker 13 am Strobgenerator 8 anliegenden Spannung des Ab-

809846/0274

tastgeüchwindigkeitcyebers 12 vorgegeben. Sie ist stets etvwas größer als t,, =^, mit D als Abstand zwischen Anfang der Arbeitszone des einen und I&ide der Arbeitszone des anderen der beiden Wirbelstroinv/aridler 1a und 1b.

Bei Durchlauf oiner Inhomogenität der Oberflächenstruktur oder eine3 Fehlers mit einer Ausdehnung, bei der nur der hochfrequente .»'irbelstromwandler 2a (Fig. J) anspricht, erscheint im Zeitpunkt t^ ein Signal im Meßkanal 4a für hohe !'"requenzcn» Das Signal wird dabei auch am Eingang (Us Registriergeräts 10a und am Schwellenelement 6a wirksam. Am Ausgang des letzteren entsteht für die Zeit t^ to ein rechteckiger Impuls, mit dessen in der Differenzierkette 7^a verarbeiteter Vorderflanke im Zeitpunkt t* der ßtrobimpulSoenera.tor 8 angestoßen wird. Hierdurch wird der Strobverstärker 9 für die Dauer des Durchlaufs der in der Oberfläche liegenden Strukturinhomogenität oder des Oberflächenfehlers durch die Arbeitszone des niederfrequenten Wirbelstromwandlers 2b gesperrt.

Beim Ausbleiben des Rückstellimpulses kippt der Strobimpulsgenerator 8 von selbst in den Anfangszustand zurück, weil mit der über den Gleichstromverstärker am Strobgenerator 8 anliegenden Spannung des Abtastgeschwindigkeit sgebers 11 eine bestimmte Maximaldauer des Strobim-

eine

pulses (etwas größer als t^ = -^ ) für/beliebige Abtastgeschwindigkeit vorgegeben wird_e

Bei Durchlauf einer unter der Oberfläche liegenden.

809846/0274

Strukturinhomogenität oder eines verdeckten Fehlers (s. Fig. 4·) spricht nur der niederfrequente WirbeIstromwandler 2b an. Dabei erscheint am ausgang des Meßkanals 4b für niedrige itequenzen ein Signal, das über den nicht gesperrten Strobverstärker 9 zum Registriergerät 10b gelangt, l'er im Kreis des Schwellenelements 6b und der Differenzierkette 7b gewonnene Rückstellimpuls bleibt dabei ohne Wirkung auf den Strob.yerstärker 8.

809846/0274

Claims (4)

1.) Strukturpriifer zur zerstörungsfreien Prüfung der inneren und Oberflächenstruktur von sich kontinuierlich bewegenden elektrisch leitenden Objekten unter Verwendung von Virbelströmen, der einen Generator für hoch- und einen für niederfrequentes Signal, für den Betrieb mit vorzugsweise verdeckten Defekten des zu prüfenden Objekts, Wirbelstromwendler zur Umwandlung der Generatorsignale in Wirbelströme, die mit den von ihnen induzierten Feldern in den Defekten des Materials verkettet sind, und Meßkanäle in den Ausgängen der aufgeführten Wirbelstromwandler zur Signalisierung des Erscheinens von Defekten der Materialstruktur an sekundäre Registriergeräte umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstromwandler (2a, 2b) in der Bewegungslinie der zu prüfenden Objekte in einem Abstand angeordnet sind, wobei der V/irbel-

809846/0274

ORIGINAL

stromwandler (2a), der mit hochfrequenten Signalen arbeitet und die Objekte (3) auf die Oberfllichendefekte hin prüft, in Bewegungsrichtung der Objekte (3) vor dom niederfrequenten Wirbelstroniwcndler angeordnet ice, und zwischen den Meßkanälen (Aa, Ab) der Wirbel st ronv/andler eine Selektionseinheit (5) mit Strobgenerator (8) eingeschaltet ist, derart, daß der Strobimpuls den Heßknnal (Ab) des niederfrenuenten V/irbelstroinwrndlers (2b) bei Erscheinen eines Signals des Defekts r.us dem hochfrequenten Y/irbelstromwandler (2a) sperrt.

2. Strukturprüfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die aui/reii'hrte ,^c-elektionr.einbr;it (*■) Schvcllenelemr-v-te (6a, 6b) einschließt, die jeweils zwischen dem Meßksnal (Aa bzw. Ab) des hoch- b:iv/. niederfrequenten V/irbelstromwandlers (2a bzw. 2b) und dem Strobgenerator (8) eingeschaltet sind, dessen Ausgang auf einen dein Ausgang des Meßkrnals (Ab) des niederfrequenten V/irbelstrorawandlers (2b) nachgeschalteten Strobverstärker (9) arbeitet.

3. Strukturprüfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß auf den Eingang des erwähnten Strobimpulsgenerators (8) ein aus einem Geschwindigkeitsgeber (12) und Gleichstromverstärker (13) bestehender Umformer (11) zur Erzeugung einer der Bewegungsgeschwindigkeit der zu prüfenden Objekte (3) proportionalen Spannung arbeitet.

4. Strukturprüfer nach Anspruch 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet , daß jedes Schwellenelement (6a, 6b)

809846/0274

einen Schmidt-Triffier enth=», der i. Eine·»« einer den Stromgenerator (β) vorbehaltet™ Difronmzierkette (7« b». 7b) liegt.

8Π»;^: '■■■■' η?7 ζ.