DE2721031B2

DE2721031B2 - Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von sich kontinuierlich bewegenden, elektrisch leitenden Objekten

Info

Publication number: DE2721031B2
Application number: DE2721031A
Authority: DE
Inventors: Valentin Nikolaevitsch Irkutsk Baschkirov (Sowjetunion)
Original assignee: IRKUTSKIJ FILIAL VSESOJUZNOGO NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKOGO I PROEKTNOGO INSTITUTA ALJUMINIEVOJ MAGNIEVOJ I ELEKTRODNOJ PROMYSCHLENNOSTI IRKUTSK (SOWJETUNION)
Current assignee: IRKUTSKIJ FILIAL VSESOJUZNOGO NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKOGO I PROEKTNOGO INSTITUTA ALJUMINIEVOJ MAGNIEVOJ I ELEKTRODNOJ PROMYSCHLENNOSTI IRKUTSK (SOWJETUNION)
Priority date: 1977-04-26
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1980-04-03
Also published as: DE2721031A1; US4146837A; DE2721031C3

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von sich kontinuierlich bewegenden, elektrisch leitenden Objekten unter Verwendung von Wirbelströmen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, abzutastende Objekte auf in der Oberfläche und/oder unter der Oberfläche liegende Inhomogenitäten unter Verwendung einer -dekannten Frequenz des Erregerfeldes zu prüfen. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Wirbelstromprüfung ausgedehnter abzutastender, elektrisch leitender Objekte eignen sich jedoch nicht für die unabhängige Erkennung in der Oberfläche und unter der Oberfläche liegender Inhomogenitäten. Es ist auch bekannt, hochfrequente und niederfrequente Wirbelströme zur Trennung in der Oberfläche und unter der Oberfläche liegender Inhomogenitäten bei der zerstörungsfreien Prüfung eines Objekts zu verwenden.

Bei dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 33 40 466 bekannten Prüfgerät beruht die unabhängige Erkennung der in der Oberfläche und unter der Oberfläche liegenden Inhomogenitäten auf der Steuerung des Hochfrequenz- und des Niederfrequenz-Meßkanals nach dem Programm einer Synchronisiereinrichtung, die die Zeit der Arbeit der errege>iden Generatoren vorgibt. Die Folge ist, daß bei in der Oberfläche liegenden Inhomogenitäten bestimmter Ausdehnung beide Meßkanäle ansprechen und gleichsam das gleichzeitige Erscheinen einer in und einer unter der Oberfläche liegenden Inhomogenität signalisieren. Dabei werden die einzelnen Abschnitte des abzutastenden Objekts nicht gleichzeitig auf die in und die unter der Oberfläche liegenden Inhomogenitäten hin geprüft. Daher ist die Genauigkeit des unabhängigen Nachweises der in und der unter der Oberfläche liegenden Defekte bei dem bekannten Prüfgerät unzureichend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von sich kontinuierlich bewegenden, elektrisch leitenden Objekten zu schaffen, das eine möglichst genaue und unabhängige Erkennung in und unter der Oberfläche liegender Inhomogenitäten in ausgedehnten abzutastenden Objekten gestattet.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Prüfgerät erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Prüfgerät werden die Meßsignäle derart verarbeitet, daß sie unabhängig davon, ob in oder unter der Oberfläche des zu prüfenden Objekts die Meßsignale verursachende Inhomogenitäten liegen, sehr schnell, und zwar getrennt erkannt werden können. Das erfindungsgemäße Prüfgerät gestattet es nämlich, die in der Oberfläche und unterhalb der Oberfläche liegenden Inhomogenitäten beim Nachweis dadurch mit hoher Sicherheit zu trennen, daß die den Taktimpuls erzeugende Selektionseinheit mit den von den Meßspulen gelieferten Fehlersignalen selbst gesteuert, das heißt in Abhängigkeit von der Zeit des Erscheinens der Fehler im zu prüfenden Werkstück umgeschaltet wird. Außerdem verhindert die Selektionseinheit bei beliebiger Ausdehnung und Tiefenlage der Inhomogenitäten ein fehlerhaftes Ansprechen der Registriergeräte für die in und unter der Oberfläche liegenden Inhomogenitäten, was bei der Schnellkontrolle ausgedehnter Objekte besonders wichtig ist.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Prüfgeräts sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4,

Im einzelnen eignet sich die Selektionseinheit nach Patentanspruch 2 speziell dafür, die Funktionen des hoch- und des niederfrequenten Kanals optimal aufeinander abzustimmen, so daß falsche Signalgaben bestimmter Zustände der zu prüfenden Objekte unterbleiben.

Das Prüfgerät nach Patentanspruch 3 ist besonders dann nützlich, wenn die von der Meßspule für die hochfrequenten Signale erfaßte Inhomogenität die Meßspule für die niederfrequenten Signale nicht zum Ansprechen bringt In diesem Fall erhält man durch den Geschwindigkeitsgeber und den Gleichstromverstärker ein Signal, das die Sperrung des Kanals der Meßspule für die niederfrequenten Signale aufhebt

Die im Patentanspruch 4 beschriebene Schaltung der Selektionseinheit stellt eine besonders wirksame Lösung dar.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Funktionsschaltbild eines Prüfgeräts,

Fig.2 Spannungsdiagramme für die einzelnen Schaltteile gemäß F i g. 1 zur Veranschaulichung der Funktion des Prüfgeräts im Fall des Nachweises eines Oberflächendefekts größerer Ausdehnung,

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

F i g. 4 desgleichen im Fall des Nachweises eines unter der Oberfläche liegenden Defekts.

Die unabhängige Erkennung von in der Oberfläche und unter der Oberfläche liegenden Strukturinhomogenitäten und Fehler in ausgedehnten abzutastenden elektrisch leitenden Objekten geht vor sich mit Hilfe von unabhängigen Wirbelstrornwandlern, 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 Ausgan^ssignalen des Meßkanals für hohe und des für niedrige Frequenzen wird automatisch, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Abtastung, ein spezielles Taktsystem umgeschaltet, das einen Taktimpuls zur Sperrung des Ausgangs, des -,0 niederfrequenten Meßkanals für die Dauer des Durchlaufs der in der Oberfläche des Prüfobjekts liegenden Strukturinhomogenitäten oder Fehler durch die Arbeitszone des niederfrequenten Wirbelstromwandlers erzeugt. γ,

Die in Fig. I dargestellte Schaltung des Prüfgeräts enthält einen Generator la für hohe und einen Generator ib für niedrige Frequenzen. An die Generatoren sind entsprechende Erregerspulen zweier Durchlauf-Wirbelstromwandler 2a und 2b für hohe und bo 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 Wirbelstromwandler 2a, 2b sind an die Eingänge des Meßkanals 4a für bs hohe bzw. des Mcßkanals Ab für niedrige Frequenzen angeschlossen. Ausgangsseitig sind die Meßkanäle an eine Selektionseinheit 5 angeschlossen, in deren Eingängen Schwellenelemente 6a und 6b liegen. Die Ausgänge dieser letzteren sind mit Differenzierketten 7a und Ib verbunden, die an einen Taktimpuisgenerator 8 angeschlossen sind. Der Ausgang des Generators arbeitet auf den einen Eingang eines Impulsverstärkers 9, an dessen anderem Eingang der Ausgang des Meßkanals 4b für niedrige Frequenzen liegt Die Ausgänge des Meßkanals 4a für hohe Frequenzen und des Impulsverstärkers 9 sind entsprechend an Registriergeräte 10a und 106 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 Taktimpuisgenerator 8 gekoppelt

Die Einrichtung arbeitet wie folgt:

Die den Generatoren la und ib für kontinuierliche ungedämpfte Schwingungen (die Trägerfrequenzen werden je nach Durchmesser und Materialbeschaffenheit des Prüfobjekts gewählt) entnommenen Spannungen hoher und niedriger F.^quenz werden den Erregerspulen der entsprechenden Wirbelstromwandler 2a und 2b zugeleitet Bei Erscheinen eines Oberflächenfehlers oder einer Strukturinhomogenität größerer Ausdehnung im zu prüfenden Objekt 3 (siehe F i g. 2) spricht der in Richtung der Abtastung des Prüfobjekts 3 zuerst liegende hochfrequente Wirbelstromwandler 2a an, so daß ein Signal im Zeitpunkt fi 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 Taktimpuisgenerator 8 wirksam. Ein rechteckiger Impuls entsteht für die Zeit ii — k am Ausgang des Schwellenelements 6a. In der Differenzierkette Ta wird aus der Vorderflanke des vom Schwellenelement 6a gelieferten Impulses ein Ansteuerungsimpuls für den Taktimpuisgenerator 8 gewonnen, der nach dem Ansprechen den Impulsverstärker 9 mit der vorderen negativtn Flanke

seines Impulses sperrt. Nach Ablauf der Zeit t = ^ mit d ais Abstand zwischen Anfang der Arbeitszone des Wirbelstromwandlers 2a und Anfang der Arbeitszone des Wirbelstromwandlers 2b und Kais Geschwindigkeit der Abtastung spricht der in der Abtastrichtung hin als zweiter kommende niederfrequente Wirbelstroinwandler 2b an, so daß ein Signal im Zeitpunkt u im Meßkanal 46 für niedrige Frequenzen erscheint. Das Signal wird dabei auch an dem anderen Eingang der Selektionseinheit 5, d. h. im Kreis des Rückstellimpulses für den Taktimpulsgenentor 8, und am für das Signal des Defekts bestimmten Eingang des Impulsverstärker 9 wirksam. Der letztere ist zu dem Zeitpunkt /3 immer noJn durch den Taktimpuls aus dem Generator 8 gesperrt und bleibt in diesem Zustand, bis die in der Oberfläche liegende Strukturinhomogeniiät oder der Oberflächenfehler die Arbeitszone des niederfrequenten Wirbelstromwandlers 2bdurchlaufen hat.

Ein rechteckiger Impuls entsteht für die Zeit tj— u am Ausgang des im Kreis des Rücksteliimpulses liegenden Schwellenelements 6b. In der Differenzierkette 7b wird aus der Hinterflanke des vom Schwellenelement 6b gelieferten Impulses im Zeitpunkt u, zu dem die in der Oberfläche liegende Strukturinhomogenität oder der Oberflächenfehler die Arbeitszone des niederfrequenten Wirbelstromwandlers 2b gerade passiert, ein Rückstellimpuls gewonnen, mit dem die Sperrung des Impulsverstärkers 9 aufgehoben wird.

Über den Impulsverstärker 9 gelangt das Signal aus dem Meßkanal Ab für niedrige Frequenzen Ab zum Registriergerät Wb.

Die Maximaldauer des Taktimpulses wird für beliebige Abtastgeschwindigkeit mit der über den Gleichstromverstärker 13 am Taktimpulsgenerator 8 anliegenden Spannung des Abtastgeschwindigkeitsgebers 12 vorgegeben. Sie ist stets etwas größer als

fi =p-, mit D als Abstand zwischen Anfang der Arbeitszone des einen und Ende der Arbeitszone des anderen der beiden Wirbelstrom wandler la und Ib.

Bei Durchlauf einer Inhomogenität der Oberflächenstruktur oder eines Fehlers mit einer Ausdehnung, bei der nur der hochfrequente Wirbelstromwandler 2a (Fig. 3) anspricht, erscheint im Zeitpunkt ii ein Signal im Meßkanal Aa für hohe Frequenzen. Das Signal wird dabei auch am Eingang des Registriergeräts 10a und am

letzteren entsteht für die Zeit fi, t2 ein rechteckiger Impuls, mit dessen in der Differenzierkette Ta verarbeiteter Vorderflanke im Zeitpunkt t\ der Taktimpulsgenerator 8 angestoßen wird. Hierdurch wird der Impulsverstärker 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 Taktimpulsgenerator 8 von selbst in den Anfangszustand zurück, weil mit der über den Gleichstromverstärker am Taktimpulsgenerator 8 anliegenden Spannung des Abtastgeschwindigkeitsgebers 11 eine be stimmte Maximaldauer des Taktimpulses (etwas größer

als t] = — J für eine beliebige Abtastgeschwindigkeit vorgegeben wird.

Bei Durchlauf einer unter der Oberfläche liegenden Strukturinhomogenität oder eines verdeckten Fehlers (siehe F i g. 4) spricht nur der niederfrequente Wirbelstromwandler 2b an. Dabei erscheint am Ausgang des Meßkanals Ab für niedrige Frequenzen ein Signal, das

Registriergerät 10f> gelangt. Der im Kreis des Schwellenelements 6b und der Dil'ferenzierkette Tb gewonnene Rückstellimpuls bleibt dabei ohne Wirkung auf den Impulsverstärker 9.

Hier/u 1 BInM

Claims

Patentansprüche;

1. Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung von sich kontinuierlich bewegenden, elektrisch leitenden s Objekten unter Verwendung von Wirbelströmen, mit dem zwischen in der Oberfläche und unter der Oberfläche des Objekts liegenden Inhomogenitäten (Fehler) unterschieden wird, mit einem Generator für hoch- und einem Generator für niederfrequente ι ο Signale, mit zwei getrennten, daran angeschlossenen Erregerspulen zur Umwandlung der hoch- bzw. niederfrequenten Signale in Wirbelströme, mit einer Meßspulenanordnung, an die ein Hoch- und ein Niederfrequenz-Meßkanal angeschlossen ist, die ι? beide je ein Fehler-Registriergerät aufweisen, sowie mit einem Taktimpulsgenerator, der so aufgebaut ist, daß er den Fehlersignal-Durchgang in den beiden Meßkanälen zu den entsprechenden Fehler-Registriergerrtensteuert, dadurch gekennzeich- net, da3die Meßspulenanordnung aus zwei in der Bewegungslinie der zu prüfenden Objekte zusammen mit den dazugehörigen Erregerspulen in einem Abstand voneinander angeordneten Meßspulen (2a, 2b) besteht, von denen die Erreger- und Meßspule (2a) für die hochfrequenten Signale in Bewegungsrichtung der Objekte (3) vor der Erreger- und Meßspule (2b) für die niederfrequenten Signale angeordnet ist, daß eine den Taktimpulsgenerator (8) umfassende Selektionseinheit (5) vorgesehen ist, jo deren einer Eingang an den Hochfrequenz-Meßkanal {4a) zur Erzeugung eines Ansteuerungs- impulses an einen Eingai-.^ des Taktimpulsgenerators (8) und dert.i anderer Eingang an den Niederfrequenz-Meßkänal (41,¹ZUr Erzeugung eines J5 Rückstellimpulses an einen anderen Eingang des den Niederfrequenz-Meßkanal (4b) sperrenden bzw. freigebenden Taktimpulsgenerators (8) angeschlossen ist, wobei mit Hilfe einer ein Maß für das Zeitintervall zwischen dem Durchlaufen der beiden -to Meßspulen (2a,), (2b), an einer Objektstelle liefernden Einrichtung (12, 13) der Niederfrequenz-Meßkanal (Ab) auch dann freigegeben wird, wenn nur am Hochfrequenz-Meßkanal (4a) ein Fehlersignal auftritt. 4)

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionseinheit (S) jeweils zwischen dem Hoch- und dem Niederfrequenz-Meßkanal (4a bzw. 4b) und dein Taktimpulsgenerator (8) eingeschaltete Schwellenelemente (6a bzw. 6b) v> aufweist und daß der Ausgang des Taktimpulsgenerators (8) auf einen dem Ausgang des Niederfrequenz-Meßkanal (4b) nachgeschalteten Impulsverstärker (9) arbeitet.

3. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch μ gekennzeichnet, daß die ein Maß für das Zeitintervall zwischen dem Durchlaufen der beiden Meßspulen (2a, 2b) an einer Objektstelle liefernde Einrichtung aus einem einen Geschwindigkeitsgeber (12) und einen Gleichstromverstärker (13) umfassen- bo den Umformer(ll)besteht.

4. Prüfgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schwellenelement (6a, 6b) einen Schmitt-Trigger enthält, der im Eingang einer dem Taktimpulsgenerator (8) vorgeschalteten Diffe- b5 renzierkette (7a bzw. Ib) liegt.