DE2815228B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung beiriffl eine Prüfanordnung für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von metallischem Prüfgut, insbesondere Brammen, Knüppeln u. dgl. auf Oberflächenfehler, mit einer Schleppeinrichtung, die eine Bewegung entlang der Prüfgutoberfläche ausführt, mit einer Prüfkopfaufhängung, die an der Schleppeinrichtung angebracht ist, mit einem eine oder mehrere Prüfsonden enthaltenden Prüfkopf, der einen für schleifende Berührung mit der Prüfgutoberfläche geeigneten Boden besitzt und der von der Prüfkopfaufhängung geschleppt wird, wobei zur Aufnahme der horizontalen Kräfte zwischen Priifkopfaufhängung und Prüfkopf eine Gelenkverbindung, die ein Kippen des Prüfkopfes um eine Achse senkrecht zur Schlcpprichtung und parallel zur Prüfgutoberfläche erlaubt, und zur Aufnahme der vertikalen Kriifte zwischen Priifkopfaufhängung und Prüfkopf gesonderte Verbindungsmittel vorgesehen sind.

Bei einer Anordnung, die weitgehend etwa der beschriebenen Gattung entspricht und die aus DE-OS 39 662 bekannt ist, wird auf den Prüfkopf ein einstellbarer Anpreßdruck ausgeübt, der von einem in seiner Länge veränderbaren, senkrecht zur Prüfgutoberfläche angeordneten ersten Verbindungsglied auf-

gebracht wird, während ein in seiner Länge unveränderbares, parallel zur Prüfgutoberfläche sich erstreckendes zweites Verbindungsglied gelenkig am Priifkopf angreift und dabei eine Bewegung des Prüfkopfes senkrecht zur Fahrtrichtung und parallel zur Prüfgutoberfläche verhindert

Derartige Anordnungen benutzt man zum Ermitteln und gegebenenfalls Farbmarkieren, von an oder in der Nähe der Oberfläche gelegenen Fehlern und ermöglicht auf diese Weise die Beseitigung solcher Fehler vor der Weiterverarbeitung der Rohprodukte.

Als Fehlersignalwandler werden dabei die verschiedensten Sonden der zerstörungsfreien Werkstoffprüftechnik eingesetzt, vorzugsweise jedoch magnetische oder magnetinduktive Sonden. Diese sind im Prüfkopf unmittelbar über dessen Boden eingebaut und können, da dieser auf der Prüfgutoberfläche gleitet, zur letzteren stets einen etwa konstanten Abstand einhalten. Das ist erforderlich, um weitgehend gleichbleibende Empfindlichkeit der Sonden gewährleisten zu können. Bedingt durch die in der Praxis stets vorhandenen Krümmungen und Unebenheiten der Prüfgutoberfläche ergibt sich dabei die Notwendigkeit, den Prüfkopf mit uiindestens einem Freiheitsgrad auszustatten, der ihm eine Kippbewegung um eine senkrecht zur Fortbewegungsrichtung und parallel zur Prüfgutoberfläche gelegene Achse erlaubt, damit sich der Prüfkopfboden der Oberflächenkrümmung anpassen kann.

Naturgemäß besteht der Wunsch, die Prüfung bis möglichst nahe an die Ränder des Prüfgutes auszudehnen. Daher wird oft die Forderung gestellt, beim Aufsetzen des Prüfkopfes auf das Prüfgut und bei seinem Abheben von demselben einen Überhang des Prüfkopfes über den Rand des Prüfgutes zu dulden. Der notwendige Überhang des Prüfkopfes kann weit über die Hälfte der Bodenfläche des Prüfkopfes hinausgehen. Er wird besonders groß, wenn in Fortbewegungsrichtung mehrere Sonden oder Sondensysteme hintereinander im Prüfkopf angeordnet sind. Das kann der Fall sein, wenn unterschiedliche Fchlcrtypcn, z. B. Fehler verschiedener Ausrichtung, von unterschiedlichen Sonden ermittelt werden sollen. Der zulässige Überhang wird bei der bekannten Anordnung durch die beiden Drehmomrve bestimmt, die von Gewicht und vertikaler Anpreßkraft um die Kante de« Prüfgutes ausgeübt werden. Überwiegt das jenseits der Prüfgutkante angreifende Drehmoment, so kippt der Prüfkopf um die Prüfgutkante.

Dabei entfernt sich der Boden des Prüfkopfes und mit ihm die Sonden von der Prüfgutoberfläche, so daß die F.mpfindlichkeit der letzteren nachläßt oder gan/ verschwindet. Verschiebt man den Angriffspunkt der vertikalen Anpreßkraft gegenüber dem Schwerpunkt des Prüfkopfes in der Fortbewegungsrichtung, so kann man zwar auf einer Seite den zulässigen Überhang vergrößern, man veringert ihn jedoch auf der anderen Seite um den gleichen Betrag. Hat man es nur mit der Schwerkraft zu tun, entfällt also die vertikale Anpreßkraft, so darf im äußersten Fall der Schwerpunkt des Prüfkopfes oberhalb der Priifgutkarite liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs definierten Gattung dem Prüfkopf einen möglichst großen Überhang über die Prüfgutkante zu ermöglichen, ohne daß dadurch das Anliegen des Prufkopfbodens an der Priifgutoberfläclv: in nennenswertem Umfang beeinträchtigt wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung, die gemäß Patentanspruch I gekennzeichnet ist.

Bei fciner derartigen Anordnung werden weite Überhangstrecken des Prüfkopfes möglich bei vernachlässigbar kleinen Kippwinkejn des überhängenden Prüfkopfbodens mit der Prüfgutoberfläche. Für den ϊ Prüfkopfboden ergibt sich ein Minimum an Reibung und Verschleiß. Dennoch läßt sich die erfindungsgemäße Lösung mit einfachen Mitteln und ohne großen Kostenaufwand realisieren. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

in Im folgenden wird die Erfindung an Beispielen und unter Zuhilfenahme einiger Figuren näher erläutert.
Es zeigt im einzelnen

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Prüfanordnung,
F i g. 2 eine Draufsicht auf deren Prüfkopf,

ii F i g. 3 eine alternative Ausführung.

Die F i g. 1 und 2 geben in vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung zum Prüfen von Brammen wieder.

Eine Anzahl von Prüfköpfen (1) ist senkrecht zur Zeichenebene gestaffelt und wird von einer gemeinsa-

.'0 men Schleppeinrichtung, von der ö-.r Einfachheit halber nur die Traverse (2) gezeichnet ist, in R chiung von Pfeil (3) über die Oberfläche (4) der Bramme (5) geschleppt. Im Innern eines jeden Prüfkopfes (1) sind dicht über dessen Boden (33) zwei magnetinduktive Prüfsonden

ji einge'¹ aut, die wie weiter unten noch näher angegeben plaziert sein können. Jedem Prüfkopf (I) ist eine Prüfkopfaufhängung (6) zugeordnet, die im wesentlichen aus einem Winkelrahmen (7) und einer Welle (8) besteht. Die letztere läuft in einem Axiallager (9), das an

ίο der Traverse (2) befestigt ist. Ein ebenfalls an Traverse (2) befestigter Vierkantstab (10), führt die Prüfkopfaufhängung (6) in der Fortbewegungsrichtung, indem er in einer gabelförmigen Lagerung (11) an der Spitze eines Fortsatzes (12) des Winkelrahmens (7) gleitet. Für die

r> Höheneinstellung der Prüfkopfaufhängung (6) ist ein Hydraulikzylinder (13) vorgesehen, der einerseits am waagrechten Arm des Winkelrahmens (7), andererseits an einer an der Traverse (2) festmontierten Sch.ene (14) angelenkt ist.

ίο Für die Gelenkverbindung zwischen Prüfkopfaufhängung (6) und Prüfkopf (1) wurde ein Doppelkreuzkopf (15) gewählt, der am besten in Fig. 2 zu erkennen ist.

Durch ihn erhält der Prüfkopf (1) eine exakte t-ührung in der Fortbewegungsrichtung (3), während er Freiheits-

r, grade innerhalb zweier Ebenen erhält, die senkrecht aufeinander und auf der Zeichenebene von Fig. 2 stehen. Optimale Anpassung an alle Unebenheiten der Prüfgutoberfläche (4) ist dadurch gewährleistet. Die Gelenkverbindung mit Doppelkreuzkopf (15) ist wie

,(i folgt aufgebaut. An zwei Laschen (16), die am Rahmen (7) befestigt sind, ist ein Glied (17) drehbar um eine Achse (18) angehängt Zwischen zwei Balken (19) des U-f'i :iiigen Gliedes (17) ist ein Rohrkreuz (20) um eine Achse (21) drehbar gelagert. Rohrkreuz (20) ist

,ι seinerseits drehbar verbunden mit einem Bolzen (22). der starr am Priifkopf (1) angebracht ist.

Außer durch die ober, beschriebene Gelenkverbindung sind Pri-fkopf (1) und Prüfkopfaufhängiing (6) durch zwei Spiralfedern (23, 24) untereinander verbun-

ho den. An ihrem oberen Ende sind die Spiralfedern (23, 24) durch eine Lasche (25) fest, bzw. durch eine Lasche (26), einen Gewindebolzen (27) und Muttern (28) verstellbar am Rahmen (7) aufgehängt. Das untere Ende der Spiralfedern (23, 24) greift über eine Lasche (29) bzw.

hi über einen zwischen zwei Laschen (30) laufenden Gewindebolzen (31) am Prüfkopf (1) an. Dabei ist der Angriffspunkt der Spiralfeder (24) durch Verdrehen des Gewindebolzens (31), in dessen Nut (32) die feder

gelagert ist, in seitlicher Richtung verstellbar. Bei der Justage wird der Boden (33) des frei und ohne Berührung mit der Bramme an den Spiralfedern (23, 24) hängenden Prüfkopfes (1) mit Hilfe der Gewindebolzen (27, 31) parallel zur Brammenoberfläche (4) eingestellt. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, die sich als Verbindung zwischen den Angriffspunkten der Spiralfedern (23,24) ergebende Drehachse (34) nur wenig höher als den Schwerpunkt (S)des Prüfkopfes (1) liegen zu lassen.

Dadurch wird einerseits eine stabile Mittellage des Prüfkopfcs (1). andererseits eine gute seitliche Beweglichkeit des letzteren um die Achse des Bolzens (22) gewährleistet. Mit Hilfe eines Bleches (41) ist am Prüfkopf (I) eine Farbmarkiereinrichtung (40) befestigt, die in bekannter Weise gesteuert von den Signalen der Prüfsonden die Oberfläche der Bramme (5) an fehlerstellen kennzeichnet.

In der Darstellung von F i g. I ragt der Schwerpunkt (S) um eine Strecke (ig) über die Kante der Bramme (5) hinaus. Die Abstände L\ und /.2 von der Kantenebene zu den Angriffspunkten der Federn (23, 24) dürfen sich im Beispiel wie 2 : I verhalten. Dabei soll der Kippwinkel /x des Bodens (33) zur Brammenoberfläche nicht größer als etwa 2^C werden. Eine einfache Rechnung zeigt, daß dies möglich ist. Wir nehmen, obwohl der Schwerpunkt (S) des Prüfkopfes (1) durchaus außerhalb der Mitte der Angriffspunkte der Federn (23, 24) liegen kann, der Einfachheit halber eine symmetrische Lastverteilung an.

Für die Federkräfte Fo. F?n gilt die Gleichung:

F„, = /·,„ = 1 2 C = C

mit dem Gewicht (G), der Federkonstante (C) und der Grundauslenkung (xo) bei frei hängendem Prüfkopf (1). Beim Aufsetzen des Prüfkopfes (1) verkürzt sich die Fcderauslcnkung im Mittel um den Betrag x. Damit verringern sich die Federkräfte auf

f'i. - fY, = C(.v_n - ν).
Für das Gleichgewicht der Momente gilt:

[C(V_n - vl + Γ · Lv₁] · /.,

= [Clv,, - λ) - Γ · I .V₂] · L₂ -i ('' ■ /g (4)

mit der zusätzlichen oder abzüglichen Federkraft JFi, bzw. AF_2x und der zusätzlichen oder abzüglichen Auslenkung Δχι bzw.zl^.

Weiterhin gilt:

I V, I X₁

tan λ = — -^- = —

L₂ L₁

Wegen der Lastsymmctric ist:
2 Ig = /., - L₂ .

Außerdem ist wegen (I):

■v„ - _2f.
Daraus ergibt sich:

tan λ =

Iv₁

= ν

L₁ - L₁

Den Wert ν wählt man zweckmäßigerweise größer als die maximal zu erwartenden Federauslcnkiingen auf Grund von Unebenheiten der Brammenobcrflächc (4). Im vorliegenden Beispiel sollen .V=IO mm. Λ, =200 mm und L₂= 100 mm sein. Damit erhält man einen Winkel λ=ΓΙ0'.

Für die Dimensionierung ist noch von Bedeutung, daß die Restandruckskraft größer scm soll als die insbesondere in den Gelenken auftretenden Reibungskräfte. Die Restandruckskraft ergibt sich als Differenz zwischen dem Gewicht (G) des Prüfkopfes (1) und den Federkräften /Ί + F₂ bei aufsitzendem Prüfkopf (1) und bei der maximal zugelassenen durch Unebenheiten der Prüfgutoberfläche (4) hervorgerufenen Auslenkung der Federn (23,24).

Sehr wichtig ist es. daß der Arbeitspunkt der beiden Federn während der Fortbewegung des Prüfkopfes (1) über die Bramme (5) auf dem gewählten Wert x_n — \ konstant gehalten wird. Reine Niveauschwankungen innerhalb der Oberfläche einer Bramme oder Unterschiede in der Stärke verschiedener Brammen sollen also nicht zu Verkürzung oder Verlängerung der Federn (23, 24) führen. Im Beispiel nach den F i g. 1 und 2 ist für die Konstanthaltung des Federarbeitspunktes ein einfaches Regelsystem vorgesehen. Als Geber des letzteren ist ein Hebel (35) an Glied (17) des Kreuzkopfes (15) befestigt. Dieser besitzt zwei Signalfahnen (36, 37). die Annäherungsfühlern (38, 39) zugeordnet sind. Die letzteren sind durch Übertragungsglieder mit dem in zwei Richtungen steuerbaren Hydraulikzylinder (13) verbunden. Sobald der Hebel (35) von der dargestellten mittleren Lage abweicht, überdeckt eine der beiden Signalfahnen (36, 37) den zugehörigen Annäherungsfühler (38 oder 39) und löst damit im überdeckten Annäherungsfühler ein Signal aus. Die mittlere Lage des Hebels (35) entspricht dabei dem vorgesehenen Arbeitspunkt der Federn (23, 24). Folgt der Prüfkopf (1) einer Niveauänderung der Prüfgutoberfläche, indem er sich hebt oder sfnkt, so wird diese Bewegung durch das Glied (17) auf den Hebel (35) übertragen. Das von Hebel (35) bewirkte Signal eines der beiden Annäherungsfühler (38, 39) veranlaßt über den Hydraulikzylinder (13) solange ein Heben und Senken der Prüfkopfaufhängung (6), bis der Hebel wieder seine mittlere Lage erreicht hai. Auf diese Weise läßt sich der vorherige Arbeitspunkt der Federn (23,24) wiederherstellen und dauernd erhalten.

Häufig kann auch eine noch einfachere Einrichtung zum Konstanthalten der Höhe der Prüfkopfaufhängung über der Prüfgutoberfläche benutzt werden, wie sie in Fig.3 dargestellt ist. Der Prüfkopf (1) und seine Verbindung zur Prüfkopfaufhängung (6) können grundsätzlich wie oben beschrieben ausgeführt sein. An die Stelle des Regelsystems tritt jedoch eine Stützeinrichtung mit zwei Stützrädern (42, 43), von denen das erste mit seinem Radkasten (44) am senkrechten Arm des Winkelrahmens (7) der Prüfkopfaufhängung (6), das

zweite durch einen Balken (45) am waagrechten Arm des Winkelrahmens (7) der Prüfkopfaufhängung (6) befestigt ist. Die Prüfkopfaufhängung (6). die durch Welle (8) von der Schleppeinrichtung im wesentlichen parallel zur Prüfgiitoberfläche (4) geführt wird, kann sich so in jedem Falle mit einem der beiden Stützräder (42, 47 gegen die Prüfgutoberfläche (4) abstützen, bei rückwäfligem Überhang des Prüfkopfes (1) mit Stützrad (42), bei vorderseitigem Überhang des Prüfkopfes mit Stiitzrad (43). Der Abstand der Stiitzräder Van der Mitte des Prüfkopfcs braucht nicht so groß zu sein, wie in f i g. 3 angegeben, jedoch darf der mit Prüfsonden belegte Bereich von den Stützrollen nicht überschritten werden, wenn die Prüfung bis zum Rand der Bramme (5) erfolgen soll. In F" i g. 3 ist die Lage zweier Prüfsonden (46, 47). die in Fortbewegiingsrichtung hintereinander angeordnet sind, angegeben. Man kann leicht erkennen. (|aß pin σι-nHrr 1 Ihrrhnnp rlrs Pnifknnfps Ii) nolwendie ist, soll die Prüfung den Rand der Bramme (5) noch erreichen.

In Fig.3 sind am Prüfkopf (1) ferner drei Prüfgutmelder (48, 49, 50) wiedergegeben, deren einer vor, der zweite zwischen, der dritte hinter den beiden Sonden Mch befindet, jeweils in Fortbewegungsrichtung (3) gesehen. Die Prüfgutmelder (48, 49, 50) geben ein besonderes Signal ab, wenn durch Aufsitzen auf dem Prüfgut ihr Fühlrad nach oben gedrückt ist. Ihre Aufgabe ist es. den zugehörigen Prilfkanal einzuschalten, sobald eine Prüfsonde voll über der Brammenoberfläche (4) steht. Das ist für Prüfsonde (46) der Fall, wenn Prüfgutmelder (48 und 49) eingerückt sind, für Prüfsonde (47), wenn Prüfgutmelder (49 und 50) eingerückt sind. Durch Und-Verknüpfung der Signale von Prüfgutmelder (48 und 49 bzw. 49 und 50) läßt sich die obige Aufgabe schaltiingstechnisch leicht lösen.

llicivu I Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Prüfanordnung für die zerstörungsfreie Prüfung von metallischem Prüfgut, insbesondere Brammen, Knüppeln u.dgl. auf Oberflächenfehler, mit einer Schleppeinrichtung, die eine Bewegung entlang der Prüfgutoberfläche ausführt, mit einer Prüfkopfaufhängung, die an der Schleppeinrichtung angebracht ist, mit einem eine oder mehrere Prüfsonden enthaltenden Prüfkopf, der einen für schleifende Berührung mit der Prüfgutoberfläche geeigneten Boden besitzt und der von der Prüfkopfaufhängung geschleppt wird, wobei zur Aufnahme der horizontalen Kräfte zwischen Prüfkopfaufhängung und Prüfkopf eine Gelenkverbindung, die mindestens ein Kippen des Prüfkopfes um eine Achse senkrecht zur Fortbewegungsrichtung und parallel zur Prüfteiloberfläche erlaubt, und zur Aufnahme der vertikalen Kräfte !wischen Prüfkopfaufhängung und Prüfkopf gesonderte Verbindungsmittel vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gesonderten Verbindungsmittel in zwei federnden Elementen (23,24) bestehen, die in Fortbewegungsrichtung (3) gesehen vor und hinter dem Schwerpunkt

(5) des Prüfkopfes (1) am legieren angreifen, daß die Verbindungslinie (34) zwischen den beiden Angriffspunkten der federnden Elemente (23, 24) am Prüfkopf (1) höher als der Schwerpunkt (S) des letzteren liegt, daß die Höhe der Prüfkopfaufhängung (6) gegenüber der Schleppeinrichtung (2) veränderbar ist und daß ei t Einrichtung vorgesehen ist, die die Höhe der Prüfkopfaufhängung (6) über der Prüfgutoberfläche (4) onstant halt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Höhe der Prüfkopfaufhängung (6) über der Prüfgutoberfläche (4) konstant hält in zwei an der Prüfkopfaufhängung

(6) befestigten Stützrollen (42, 43) besteht, die in Foribewegungsrichiung (3) gesehen vor und hinter dem Prüfkopf (i) oder wenigstens vor und unter einem mittleren Bereich des letzteren sich auf der Prüfgutoberfläche (4) abstützen können.

3. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Höhe der Priifkopfaufhängung (6) über der Prüfgutoberfläche (4) konstant hält in einem Regelsystem mit einer Fühleinrichtung (35 - 39), die die Höhe der Prüfkopfaufhängung (6) meldende Signale erzeugt und mit einer Stelleinrichtung (13), die gesteuert von dessen Signalen die Höhe der Priifkopfaufhängung (6) verändert, besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (13) in einem Hydraulik- oder Pneumatikzylinder besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 3-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung zur Signalbildung einen Hebel (35) benutzt, der an der Gelenkverbindung (15) zwischen Prüfkopf (I) und Priifkopfaufhängung (6) befestigt ist.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente (23,24) in Spiralfedern bestehen.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Verbindungslinie (34) zwischen den beiden Angriffspunkten der federnden Elemente (23, 24) am Prüfkopf (1) über dessen Schwerpunkt (S) klein ist gegenüber der Höhe des Schwerpunktes (S) über dem Boden (33) des Prüfkopf es (1).

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Angriffspunkte der federnden Elemente {23, 24) am Prüfkopf (1) quer zur Fortbewegungsrichtung (3) und parallel zur Prüfgutoberfläche (4) verschiebbar ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden ίο Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung wenigstens eines der federnden Elemente (23, 24) einstellbar ist

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Restandruckskraft, die sich ergibt als Differenz zwischen dem Gewicht (G) des Prüfkopfes (1) und den Federkräften (F^ + F2) bei auf der Prüfgutoberfläche (4) aufsitzendem Prüfkopf (1) und bei der maximalen durch Unebenheiten der Prüfgutoberflä-

>o ehe (4) hervorgerufenen Auslenkung der federnden Elemente (23, 24) etwas größer isi als die maximal auftretenden Reibungskräfte.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-

>-> spannung so justiert wird, daß der Boden (33) des Prüfkopfes (I) im freien Flang parallel zur Prüfgutoberfläche (4) liegt.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Prüf-

xi kopf (1) zwei Sonden oder Sondengruppen (46,47) in Fortbewegungsrichiung(3) hintereinander angeordnet sind und daß drei die Berührung zwischen Prüfkopfboden {M) und Prüfgutoberfläche (4) meldende Fühler (48, 49, 50) im Prüfkopf (I)

π ebenfalls in Fortbewegungsrichtung (3) aufeinanderfolgend derart angeordnet sind, daß die erste Sonde oder Sondengruppe (46) zwischen dem vorderen und mittleren Fühler (48, 49), die zweite Sonde oder Sondengruppe (47) zwischen dem mittleren und dem

in !linieren Fühler (49,50) liegt.