DE2745159B2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Prüfkopf mit einem eine oder mehrere Prüfsonden aufnehmenden Tragkörper,
der sich zum Abtasten einer Oberfläche durch die Prüfsonden zwischen zwei Endpunkten einer Bahn hin
is und her bewegt, mit einer Führungsvorrichtung, die die
Bahn des Tragkörpers bestimmt, und mit einer Antriebsvorrichtung, die die oszillierende Bewegung
des Tragkörpers erzeugt.
Derartige Prüfköpfe sind in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, insbesondere zum Prüfen von
Halbzeugoberflächen auf Fehler seit langem und in verschiedenen Formen bekannt. Aus US-PS 32 81 667
ist eine Anordnung bekannt, in der eine an der Spitze eines Hebels befestigte Prüfsonde dadurch hin und her
bewegt wird, daß der mittig gelagerte Hebel an seinem Ende mit einem Exzenter verbunden ist. In US-PS
34 69 182 ist ein Sondenbalken mit einer Anzahl von Prüfsonden beschrieben, dem an seinen beiden Enden
durch Exzenter eine oszillierende Bewegung überlagert
jo wird. Ein erster Nachteil der beschriebenen Gegenstände,
der im gekrümmten Verlauf der Sondenbahnen gesehen wird, ließe sich relativ einfach durch Verwendung
entsprechender Führungen vermeiden. Ein schwerer wiegender Nachteil besteht darin, daß die Ge-
J5 schwindigkeit der oszillierenden Bewegung sich sinusförmig
zwischen Null und einem Maximalwert ändert und nur in einem sehr kleinen Bereich annähernd
Konstant ist. Es ist festgestellt worden, daß sich dieser Umstand insbesondere bei der Weiterverarbeitung der
Sondensignalspannung im Filtern störend auswirkt. Bedingt durch die schwankende Geschwindigkeit der
Sonden wird eine zu große Brandbreite des Filters nötig. Das wiederum führt zu einer Verschlechterung des
Störabstandes der Signalspannung. Für die Prüfung von Knüppeln ist aus US-PS 33 11819 eine Anordnung
bekannt, die innerhalb eines gewissen Bereichs, d. h. über die Breite eines Knüppels eine Abtastbewegung
weitgehend konstanter Geschwindigkeit ermöglicht. Die oszillierende Bewegung der Prüfsonde wird hier
vom Kolben eines Hydraulikarbeitszylinders abgenommen, dessen Bewegungsrichtung jedesmal umgesteuert
wird, wenn ein Fühler das Erreichen der Knüppelkante durch den Sondenträger meldet. Von Nachteil sind die
hohen Kosten, die Abhängigkeit von einer Hydraulikzu-
v, leitung sowie der große Raumbedarf einer solchen Anordnung.
Die Erfindung stellt sich dem gegenüber einen Prüfkopf gemäß der eingangs beschriebenen Gattung
zur Aufgabe, der bei geringem Raum- und Kostenbedarf
Mi und einfacher Konstruktionsweise innerhalb eines weiten Bereichs der Bahn streng konstante Geschwindigkeit
gewährleistet.
Die Aufgabe wird bei einem Prüfkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruch ! durch die kennzeich-
b5 nenden Merkmale dieses Patentanspruchs gelöst.
Man erzielt dabei in einfacher Weise einen Bereich konstanter Geschwindigkeit, der fast beliebig groü
gemacht werden kann, so groß nämlich, wie der
Achsabstand der beiden Umlenkrotierkörper. Die Konstanz der Geschwindigkeit im genannten Bereich
hängt dabei im wesentlichen nur vom dabei verwendeten Antriebsmotor ab. Eine sehr kompakte Bauweise
wird möglich. Daraus resultiert ein breiter Anwondungsbereich des erfindungsgemäRi;n Prüfkopfes. Bei
entsprechender Auslegung lassen sich auch ohne weiteres recht hohe Schwinggeschwindigkeiten erzielen.
Das wiederum ermöglicht eine schnelle Vorrchubbewegun^
des Prüfkopfes quer zur Bahn der oszillierenden Bewegung und damit eine hohe Prüfgeschwindigkeit.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe einer Figuren näher
erläutert. Es zeigt im einzelnen
F i g. 1 Schnitt durch einen Handtaster mit Prüfkopf
Fig. 2 weiterer Schnitt durch den H-ndtaster nach Fig.!
Fig.3 weiterer Schnitt durch den Handtaster nach Fig.l
F i g. 4 alternatives Einzelteil
F i g. 5 Prüfkopf für die Brammenprüfung
F i g. 6 Schnitt durch den Prüfkopf nach F i g. 5.
Die Fig. 1—3 stellen in verschiedenen Schnitten einen Handtaster als Anwendungsbeispiel es erfindungsgemäßen
Prüfkopfes dar. Dabei soll unter Handlaster ein von Hand über die Oberfläche eines
Prüfteils zu führender Taster mit Fehlerprüfsonden, insbesondere Wirbelstromsonden verstanden werden.
Solche Prüftaster besitzen normalerweise unbeweglich eingebaute Sonden, neuerdings jedoch auch auf einer
Kreisbahn rotierende Sonden, namentlich zur Prüfung der Wandung von Bohrungen. Im vorliegenden Falle
führt die Sonde eine oszillierende Bewegung entlang einer geraden Bahn durch. Dadurch können breitflächige
manuelle Fehlerprüfungen durchgeführt werden, die insbesondere für die routinemäßigen Überprüfungen
von Bauteilen in der Luftfahrttechnik von großem Interesse sind.
Die wesentlichen Baugruppen des Handtasters 1 sind: ein Tragkörper 3, eine Führungsvorrichtung 5. eine
Antriebsvorrichtung 7, ein Gehäuse 9 und ein Anschlußkabel 11. Tragkörper 3 birgt in einer Bohrung
13 eine Prüfsonde 15, die über Anschlußdrähte 17 mit dem Kabel 11 verbunden ist. An seiner Oberseite weist
der Tragkörper 3 eine quer zu seiner Bewegungsrichtung verlaufende Nut 19 auf. Zur Führung des
Tragkörpers 3 dient die Führungsvorrichtung 5, die aus einem Rundstab 21 und einer Vierkantleiste 23 besteht.
Rundstab 21 und Vierkantleiste 23 laufen in einer Bohrung bzw. Nut des Tragkörpers 3. Die einzelnen
Bauteile der Antriebsvorrichtung 7 sind an einem Balken 25 angebracht. Dieser ist zwischen zwei Blechen
27 befestigt, die auch Rundstab 21 und Leiste 23 der Führungsvorrrichtung 5 tragen. Ein Antriebsmotor 29
mit Anschlußdrähten 30 ist mittels Lasche 31 und Schraube 33 am Balken 25 befestigt. Im Balken 25 sind
ferner Lager 35 und 37 montiert, in denen Wellen 39 und 41 laufen.
Welle 41 wird von Motor 29 angetrieben über ein Stirnrad 43 und ein Triebrad 45. Die unteren Enden der
Wellen 39 und 41 tragen Umlenkrollen 47 und 49, auf die textilverstärktes endloses Treibband 51 aufgezogen ist. μ
Am äußeren Umfang des Treibbandes 51 ist ein Stift 53 senkrecht zur Bandiaufrinhtung angebracht. Er wird
eehalten mit Hilfe eines Streifens 55. der mit dem Treibband 51 in geeigneter Weise, z. B. durch Kleben
und Vulkanisieren, verbunden ist. Stift 53 überragt die Breite des Treibbandes 51 und greift mit seinem unteren
Teil in die Nut 19 des Tragkörpers 3 ein. Gegenüber von Umlenkrolle 49 ist in einer Lasche 52 ein Fühler 50
gehaltert, dessen AnschluUdrähte 54 am Kabel 11 angeschlossen sind. Fühler 50 besteht in einem Tonkopf
und gibt bei jedem Vorbeilauf des zj diesem Zweck magnetisierten Stiftes 53 einen Synchronisationsimpuls
ab.
Die Bauteile des Handtasters 1 werden geschützt und zusammengefaßt durch das Gehäuse 9. das aus einen'
Mantel 55, zwei Mantelblechen 57, zwei Seitenblechen 59 und einer Bodenplatte 61 besteht. Da die letztere
vom magnetischen Wechselfeld der Prüfsonde 15 durchdrungen werden soll, ist sie in geringer Dicke und
aus magnetisch und elektrisch schwach leitendem Material, z. B. austenitischem Stahl, ausgeführt. Das
Kabel 11 ist durch eine Durchführungstülie 63 am Blech
59 des Gehäuses 9 befestigt. Es verbinde! Antriebsmotor 29, Prüfsonde 15 und Fühler 50 elektrisch mit einem
hier nicht dargestellten Steuer- und Auswertegerät.
Der beschriebene Handtaster 1 arbeitet wie folgt. Umlenkrolle 49 wird vom Antriebsmotor 29 in einer
Drehzahl angetrieben, die durch die Räder 45 und 43 etwa 6 : I untersetzt worden ist. Das mit einer Frequenz
von etwa 10 Hz umlaufende Treibband 51 zwingt dem Tragkörper 3 durch den in Nut 19 eingreifenden Stift 53
eine oszillierende Bewegung der gleichen Frequenz auf. Dabei bewegt sich Punkt 64 des Tragkörpers auf einer
Bahn 65 zwischen den Endpunkten 69 hin und her. Zwischen den Punkten 67, deren Abstand voneinander
dem Abstand der Umlenkrollen 47 und 49 entspricht, bleibt die Geschwindigkeit der oszillierenden Bewegung
streng konstant. Zwischen den Punkten 69 und 67 ändert sich die Geschwindigkeit sinusförmig.
In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, das Signal der Prüfsonde 15 in den kurzen Bereichen zu
unterdrücken, in denen sich die Geschwindigkeit sinusförmig ändert. Dies ist leicht möglich, indem man
im Übertragungsweg einen Schalter vorsieht, der vom Umlaufzyklus des Treibbandes 51 gesteuert wird. So
könnten z. B. an den Punkten 67 jeweils beiderseits des Treibbandes 51 zwei Fühler angebracht sein, die beim
Vorbeilauf des Stiftes 53 Impulse abgeben. Der Impuls des ersten Fühlers könnte durch den genannten Schalter
den Übertragungsweg unterbrechen, der Impuls des zweiten Fühlers könnte ihn wieder schließen. Im
vorliegenden Beispiel soll die Steuerung eines solches Schalters von einer elektronisch gewonnenen Impulsfolge
gesteuert werden. In diesem Falle genügt es, einen Fühler 50 vorzusehen, dessen Signal die Impulsfolge mit
der Umlauffrequenz des Treibbandes 51 synchronisiert.
Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Nut 19 in der Oberseite des Tragkörpers 3. Bei der bisher beschriebenen
Ausführung mit gerader Nut 19 entspricht der Weg des Tragkörpers 3 zwischen den Punkten 67 und 69 dem
Radius der Bewegung des Stiftes 53, also etwa dem Radius der Umlenkrollen 57 und 49. Der für die
Prüfteilabtastung nicht ausgenützte »tote« Weg zwischen den Punkten 67 und 69 kann verkürzt werden,
indem man den Stift 53 nicht an einer geraden Nut 19. sondern an einer Kurve: 71 entlanggleiten läßt, die nur in
ihien äußeren Bereichen einen geraden Verlauf senkrecht zur Bahn 65 nimmt, im mittleren Bereich
jedoch annähernd den Verlauf der Krümmung der beiden Umlenkrollen 47 und 49 nimmt.
In den F iß. 5 und 6 sind zwei Schnitte durch einen
Prüfkopf 73 dargestellt, der für die Prüfung von Brammen vorgesehen ist und der ein Teil eines Sysicnis
zur vollständigen Abtastung dor Oberfläche einer Bramme bildet. Prüfkopf 73 hat darin die Aufgabe einen
Streifen der Breite b abzutasten, während er in Richtung von Pfeil 74 über die Brammenoberfläche gleitet.
Tragkörper 75 des Prüfkopfes 73 trägt in einer kreisförmigen Öffnung einen Sondenkörper 77, der mit
Schrauben 78 befestigt ist und in dessen Innerem eine Prüfsonde (nicht sichtbar) eingebaut ist. Zur Abschirmung
gegen Störfelder besitzt der Sondenkörper 77 einen dicken Mantel aus Kupfer. An dem Sondenkörper
ist ein Rohr 79 angelötet, das über eine Kabelausführung 81 in Kabel 82 mündet. Am Rohr 79 ist ein Eisenblech 83
angebracht. Tragkörper 75 wird geführt von einer Führungsvorrichtung 85, die in einem Rundstab 87 und
einer Vierkantleiste 89 besteht. Die letztere läuft in einer Nut 91 einer U-förmigen Leiste 93, die durch eine
Schraube 95 am Tragkörper 75 befestigt ist. Rundstab 87 und Vierkantleiste 89 sind mit Hilfe von Montagewinkeln
92 mit den Gehäusewänden 94 verbunden. Eine Antriebsvorrichtung 96 ist an eine Tragschiene 97
montiert, die mittels Winkeln 99 an den Gehäusewänden 94 angebracht ist. Zwei Wellen sind durch Stifte 103
fest an Tragschiene 97 fixiert und tragen auf nicht dargestellten Lagern zwei Kettenräder 105 mit jeweils
zwei Zahnkränzen 107 und 109. Auf den letzteren läuft eine Doppelkette 111, von der der Einfachheit halber
nur einige Glieder dargestellt sind.
Die Einzelketten der Doppelkette 111 sind in gewohnter Weise aufgebaut und mit Innenlaschen 113,
Außenlaschen 115, Gleitrollen 117 und Verbindungsachsen
119 ausgestattet, wobei die Verbindungsachsen 119 und eine Außenlasche 115 beiden Einzelketten gemeinsam
zugehören.
Verbindiingsachse 121 ist einseitig verlängert unt
trägt an dieser Seite einen Zylinderkopf 123, mi welchem sie die oszillierende Bewegung des Tragkör·
"> pers 75 antreibt. Durch ihre Aufhängung an dei
beschriebenen Doppelkette 111 verbessert sich die Befähigung der Verbindungsachsc 121, Kräfte it
Richtung der Führungsvorrichtung 85 zu übertragen, ir erheblichem Maße. Der Zylinderkopf 123 gleitei
lü zwischen zwei gehärteten Schienen 125, die mil Schrauben 127 in einer Quernut 129 des Tragkörpers 75
befestigt sind. Die Kraftübertragung auf die Doppelkette 111 erfolgt durch ein zusätzliches Kettenrad 131, das
von oben her in die Glieder der Doppelkette eingreift Kettenrad 131 wird über Welle 133 von einem nicht
dargestellten Getriebsmotor in Rotation versetzt. Zum Herstellen von Sychronisationsimpulsen dient ein
mittels Muttern 132, Scheibe 134 und Klötzchen 135 am Gehäuse 137 befestigten Annäherungsfühler 139, der
über Kabel 141 an die entsprechende elektronische Steuereinheit angeschlossen ist. Ein Synchronisationsimpuls erfolgt jedesmal, wenn bei Endlage des
Tragkörpers 75 das Eisenblech 83 in Eingriff mit dem Annährungsfühler 139 kommt. In der Bewegungsbahn
des Sondenkörpers 77 gegenüber gelegenen Bereich ist eine Reduzierung 142 des Querschnittes des Bodens von
Gehäuse 137 vorgesehen, die dem besseren Durchgriff der Prüfsonde dienen soll. Am Boden des Gehäuses 137
angebrachte Gleitrippen 143 sind im der Bewegungsbahn des Sondenkörpers 77 gegenliegenden Bereich
unterbrochen, um nicht Anlaß zu Pseudofehleranzeigen zu bilden. Der Betrieb des Prüfkopfes 73 erfolgt in voller
Analogie zu dem des Prüfkopfes in Handtaster 1.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Prüfkopf mit einem eine oder mehrere Prüfsonden aufnehmenden Tragkörper, der sich zum
Abtasten einer Oberfläche durch die Prüfsonden zwischen zwei Endpunkten einer Bahn hin und her
bewegt, mit einer Führungsvorrichtung, die die Bahn des Tragkörpers bestimmt, und mit einer Antriebsvorrichtung,
die die oszillierende Bewegung des Tragkörpers erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegung des Tragkörpers (3; 75) auf der oben genannten Bahn (65) von einem
Punkt (53; 121) eines zwischen mindestens zwei Umlerikrotierkörpern (47, 49; 105) umlaufenden
endlosen, flexiblen Organs (51; 111) gesteuert wird.
2. Prüfkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit dem genannten Punkt verbundenes mechanisches Übertragungsglied (53; 121, 123) am Tragkörper (3, 75) entlang einer Linie
(19, 71) angreift, die wenigstens während eines Teils
ihrer Länge im wesentlichen quer zur Bahn (65) des Tragkörpers (3; 75) verläuft.
3. Prüfkopf nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (19) in einer senkrecht zur
Bahn (65) verlaufenden Geraden besteht.
4. Prüfkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (71) in ihren äußeren
Bereichen senkrecht zur Bahn verläuft und in dazwischen liegendem Bereich an die Krümmung
der Umlenkrotierkörper (47,49) angepaßt ist.
5. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende
Organ in einem Band (51) besteht und die Umlaufrotierkörper in Rollen (47, 49) bestehen, auf
denen das Band (51) abrollt.
6. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper
(3), die Führungseinrichtung (5) und die einen Antriebsmotor einschließende Antriebsvorrichtung
(7) in ein Gehäuse (9) eingebaut sind und mit diesen zusammen einen Handtaster (1) darstellen.
7. Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Organ
in einer Treibkette (111) und die Umlenkrotierkörper
in Kettenrädern (105) bestehen, die in die Treibkette (111) greifen und von ihr umfangen
werden.
8. Prüfkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkette (111) von einem
zusätzlichen Kettenrad (131) angetrieben wird.
9. Prüfkopf nach Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Übertragungsglied
in einer Verlängerung einer Verbindungsachse (121) zwischen zwei Kettengliedern der
Treibkette (111) besteht.
10. Prüfkopf nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet,
daß die Treibkette (111) als Doppelkette auf Doppelkettenrädern (105,107,109) läuft.
11. Prüfkopf nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prüfsonde(n) von Auswerteschalterungen abtrennt,
sobald der genannte Punkt (53; 121) den Bereich konstanter Geschwindigkeit in Bohrrichtung verläßt.
12. Prüfkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß dem umlaufenden Organ (51; 111) ein Fühler (50; 139) benachbart ist, der ein Synchronisationssignal
abgibt, wenn ein bestimmter Punkt des Organs (53; 121) den Fühler (50; 139) passiert.
13. Prüf kopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor
der aktiven Seite der Prüfsonde(n) eine dünne Schutzschicht (61) aus magnetisch und elektrisch
schlecht leitendem Material befindet.
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