DE2855511C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung von fehlerhaften Stellen in langgestreckten metallischen Erzeugnissen, die mindestens eine zu einer Längsmittel ebene des Erzeugnisses symmetrische Oberfläche aufweisen, mit einer geraden Zahl von in Meßbrücken geschalteten, längs der zu prüfenden Oberfläche verschiebbaren und diese in ihrer gesamten Breite überdeckend angeordneten elektro magnetischen Spulen, deren komplexer Widerstand während ihrer Verschiebebewegung bei einer oder mehreren Frequenzen des zu speisenden Stroms ausgewertet wird.The invention relates to a device for detection from imperfections in elongated metallic Products that are at least one to a longitudinal mean plane of the product have a symmetrical surface, with an even number of connected in measuring bridges, slidable along the surface to be tested and this Electro arranged over its entire width magnetic coils whose complex resistance during their shifting motion at one or more frequencies of the current to be fed is evaluated.
Bei einer bekannten, zur zerstörungsfreien Prüfung metalli scher Erzeugnisse eingesetzten Vorrichtung dieser Art (GB-PS 11 61 106) wird das zu prüfende Erzeugnis unter einer Mehr zahl von Spulen entlangbewegt, die zur Herstellung einer Meßbrücke in einer Gruppe zusammengeschaltet sind. Durch eine an einer Diagonalen der Meßbrücke angelegte Wechsel spannung werden in den Spulen Magnetfelder erzeugt, die im Material des Prüfkörpers Wirbelströme induzieren. Diese Wirbelströme, die wiederum das Magnetfeld der Spulen und damit deren komplexen Widerstand beeinflussen, verändern sich beim Auftreten von Oberflächenfehlern oder bei Ver änderungen der Materialeigenschaften im Inneren des Prüf körpers, wobei die Veränderungen der komplexen Spulenwider stände durch Messung der Spannungsänderung an der anderen Diagonale der Brücke aufgezeigt werden können. Die bekannte Vorrichtung reagiert sehr empfindlich bereits auf gering fügige Veränderungen der Materialeigenschaften im Inneren des Prüfkörpers, z. B. auf Veränderungen der Textur, der chemischen Zusammensetzung, der Temperatur oder der inneren Spannungen, die den spezifischen elektrischen Widerstand bzw. die magnetische Leitfähigkeit und damit die induzierten Wirbelströme beeinflussen. In a known, non-destructive testing metalli sher products used device of this type (GB-PS 11 61 106) the product to be tested is classified as a multiple number of coils moved along to produce a Measuring bridge are interconnected in a group. By a change created on a diagonal of the measuring bridge Magnetic fields are generated in the coils Induce eddy currents in the material of the test specimen. These Eddy currents, which in turn change the magnetic field of the coils to influence their complex resistance itself when surface defects occur or when ver Changes in the material properties inside the test body, the changes of the complex coils resisting by measuring the change in voltage at the other Diagonal of the bridge can be shown. The well-known Device is already very sensitive to low compliant changes in the material properties inside the test specimen, e.g. B. on changes in texture, the chemical composition, temperature or internal Voltages reflecting the specific electrical resistance or the magnetic conductivity and thus the induced Influence eddy currents.
Weiter ist es bei einer Vorrichtung zum Aufspüren von Fehlern bei Walzerzeugnissen an sich bekannt (GB-PS 12 09 423), die Veränderung des komplexen Widerstands von je zwei, parallel über die Oberfläche des zu prüfenden Erzeug nisses geführten Meßspulen zu vergleichen, wobei die beiden Meßspulen jedoch nebeneinanderliegend im Inneren einer die Wirbelströme induzierenden Erregerspule angeordnet sind. Das Ausgangssignal der gegeneinander geschalteten Meßspulen verändert sich, sobald ein Oberflächenfehler oder eine Veränderung der Materialeigenschaften nicht gleichzeitig unter beiden Spulen auftritt.It is also a device for the detection of Errors in rolled products known per se (GB-PS 12 09 423), the change in the complex resistance of each two, parallel across the surface of the product under test nisses guided measuring coils to compare, the two Measuring coils, however, lying side by side inside one arranged the eddy current inducing excitation coil are. The output signal of the mutually connected Measuring coils change as soon as a surface defect or a change in the material properties occurs simultaneously under both coils.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Meßvorrichtung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie nur bei Fehlern in der Oberfläche des Erzeugnisses anspricht, während im Inneren des Erzeug nisses auftretende Effekte eliminiert werden.The invention has for its object the known Measuring device of the type specified above to improve that only when there are flaws in the surface of the product, while inside the product effects are eliminated.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Erfindung die im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk male vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this problem, according to the invention in the characterizing part of claim 1 specified note male suggested. Further advantageous configurations and further developments of the invention result from the dependent claims.
Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß die Materialeigenschaften eines symmetrischen Walzer zeugnisses in zur Längsmittelebene dieses Produkts symmetri schen Bereichen nahezu identisch sind. Zwar wirken sich Veränderungen der Materialeigenschaften auch hier auf den Scheinwiderstand einer jeden Spule aus. Durch die Anordnung von je zwei in gleichem Abstand rechts und links der Längs mittelebene des Erzeugnisses geführten Spulen in Differen tialschaltung innerhalb getrennt abgleichbarer Meßbrücken werden derartige Veränderungen jedoch automatisch kompen siert, so daß nur noch die eigentlichen Oberflächenfehler in Form eines Ausgangssignals an den einzelnen Meßbrücken angezeigt werden.The invention makes use of the knowledge that that the material properties of a symmetrical waltz certificate in symmetri to the median longitudinal plane of this product areas are almost identical. Admittedly Changes in the material properties here too Impedance of each coil. By the arrangement of two at equal distances to the right and left of the longitudinal middle level of the product led coils in differences tial circuit within separately adjustable measuring bridges however, such changes will automatically be compensated siert, so that only the actual surface defects in the form of an output signal at the individual measuring bridges are displayed.
Die Anordnung der beiden Spulen in Differentialschaltung innerhalb der Meßbrücke bedeutet dabei, daß die Spulen jeweils in zwei aneinanderstoßenden Zweigen der Meßbrücke angeordnet sind. Durch diese Maßnahme führen die durch gleichartige Materialveränderungen bedingten gleichgroßen Veränderungen ihres Scheinwiderstands nicht zu einer Verän derung der in der Diagonalen der Meßbrücke anliegenden Spannung.The arrangement of the two coils in a differential circuit inside the measuring bridge means that the coils each in two abutting branches of the measuring bridge are arranged. Through this measure they carry out Similar material changes caused the same size Changes in their impedance do not change change in the diagonal of the measuring bridge Tension.
Zweckmäßig wird der Durchmesser der Spulen etwas größer gewählt als der Abstand der zueinander parallelen Linien auf denen die axial etwas gegeneinander versetzten Spulen gegenüber dem Erzeugnis verschiebbar sind. Dadurch überlap pen sich die von den verschiedenen Spulenpaaren überdeckten Zonen gegenseitig, so daß jedes Flächenelement sicher von der Prüfung erfaßt und auch ein Fehler festgestellt wird, der nur die Form einer parallel zur Längsachse verlaufenden Linie aufweist.The diameter of the coils expediently becomes somewhat larger chosen as the distance between the parallel lines on which the coils are slightly offset axially are movable relative to the product. This overlaps the covered by the different pairs of coils Zones mutually so that each surface element is safe from the test is recorded and an error is found, which only has the shape of a parallel to the longitudinal axis Has line.
Weiter ist es vorteilhaft, die Abmessungen der Spulen so zu wählen, daß sie den auftretenden Fehlerstellen etwa entsprechen. Wählt man den Durchmesser zu klein, so sind die Spulen zu sehr den lokalen Veränderungen der die Messung beeinflussenden Parameter unterworfen. Auch wird dann eine große Zahl solcher Spulen benötigt, um die gesamte zu prü fende Oberfläche zu erfassen. Weisen die Spulen einen zu großen Durchmesser auf, so ist die Abtastung der Oberfläche nicht ausreichend empfindlich. Bei der Untersuchung von Gleisschienen, insbesondere des Schienenkopfes und des Schienenfußes gibt ein Durchmesser zwischen 10 und 25 mm befriedigende Ergebnisse.It is also advantageous to measure the dimensions of the coils to choose that they the occurring error points about correspond. If you choose the diameter too small, there are the coils too much the local changes of the measurement influencing parameters. Then also one large number of such coils are required to test the whole surface. Assign the coils to one large diameter, so is the scanning of the surface not sufficiently sensitive. When examining Track rails, especially the rail head and the Rail foot gives a diameter between 10 and 25 mm satisfactory results.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung stehen die Spulenachsen stets senkrecht auf der Oberfläche des zu prüfenden Erzeugnisses. Die Spulenpaare sind zweckmäßig in Aussparungen eines starren, der Oberfläche des Erzeug nisses angepaßten Blocks so angeordnet, daß sie von der Oberfläche des Erzeugnisses denselben Abstand aufweisen und bei der Verschiebung des Blocks gegenüber dem Erzeugnis ihre gegenseitige Lage beibehalten.According to a preferred embodiment of the invention the coil axes always perpendicular to the surface of the product to be tested. The coil pairs are useful in recesses of a rigid, the surface of the product nisses adapted blocks arranged so that they from the Have the same distance from the surface of the product and when the block moves relative to the product maintain their mutual situation.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Werkstoff des Blocks gute elektrisch isolierende Eigen schaften, einen hohen Dielektrizitätskoeffizienten und eine hohe mechanische Wärmefestigkeit auf.According to an advantageous embodiment of the invention the material of the block has good electrical insulating properties , have a high dielectric coefficient and high mechanical heat resistance.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Prü fung der Oberflächen des Schienenkopfes und des Schienen fußes einer Gleisschiene geeignet, darüber hinaus jedoch auch zur Oberflächenprüfung von Halbzeug in der Stahlindu strie einsetzbar.The device according to the invention is particularly for testing the surfaces of the rail head and the rails suitable for a rail track, but moreover also for surface inspection of semi-finished products in the steel industry can be used.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich nung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbei spiels näher erläutert. Es zeigtIn the following the invention with reference to one in the drawing tion shown in a schematic manner explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Schienen kopfes mit sechs auf seiner Oberfläche angeordneten Spulen; Figure 1 is a perspective view of a rail head with six coils arranged on its surface.
Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen Schienen kopf und einen über ihm angeordneten, die Spulen aufnehmenden Block. Fig. 2 is a vertical section through a rail head and an arranged above it, the coil receiving block.
Über der Oberfläche 1 des in Fig. 1 gezeigten Schienen kopfes 2 sind sechs Prüfspulen a, a′, b, b′ und c, c′ jeweils paarweise in gleichem Abstand von der zwischen a und a′ verlaufenden Längsmittelebene und gegeneinander versetzt angeordnet, wobei die Zahl der Spulenpaare nur von der Breite der Oberfläche des Prüflings und dem Durchmesser der Spulen abhängt. Die Oberfläche 1 des Schienenkopfes 2 ist durch strichpunktierte Linien in sechs, im wesent lichen gleichgroßen Längsstreifen unterteilt. Jeder dieser Längsstreifen wird bei der Verschiebebewegung zwischen Schienenkopf und Prüfspulen von einer Spule überstrichen. Der Durchmesser der Spulen ist ein wenig größer als die Breite eines solchen Streifens, so daß sich die Meßgebiete auf beiden der zwei Seiten einer strichpunktierten Linie angeordneten Spulen, z. B. c′ und b′ überschneiden.Above the surface 1 of the rails shown in Fig. 1 the head 2 are six search coils a, a ', b, b' and c 'in pairs at the same distance from the between a and a' are arranged c extending longitudinal center plane and offset from each other, wherein the number of coil pairs depends only on the width of the surface of the test specimen and the diameter of the coils. The surface 1 of the rail head 2 is divided by dash-dotted lines in six, in wesent union of the same length strips. Each of these longitudinal strips is covered by a coil during the sliding movement between the rail head and the test coils. The diameter of the coils is a little larger than the width of such a strip, so that the measuring areas on both of the two sides of a dash-dotted line arranged coils, z. B. c ' and b' overlap.
Die auftretenden und bei der Prüfung feststellbaren Feh ler sind zweifacher Art: Fehler mit einer gewissen Längser streckung, wie z. B. Risse, und Fehler in der Art von Borsten oder Spänen, die nur eine verhältnismäßig geringe Länge aufweisen. Fig. 2 zeigt zwei in einer Meßbrücke in Differen tialschaltung angeordnete, auf Linien in gleichem Abstand rechts und links der Längsmittelebene des Erzeugnisses geführte Spulen b und b′, die so in Aussparungen 5 des Blocks 4 eingesetzt sind, daß sie im wesentlichen vollkommen von dem dielektrischen Material des Blocks 4 umgeben sind. Dieses Material muß sehr gute isolierende Eigenschaften, einen hohen Dielektrizitätskoeffizienten und bei den auf tretenden Temperaturen, die bei der Prüfung von Walzerzeug nissen um 80°C betragen eine ausreichende Wärmefestigkeit aufweisen. Sehr gute Resultate wurden mit einer Poly phenyl-Schwefelverbindung mit Glasfaserverstärkung erzielt. The errors that occur and can be determined during the test are of two types: errors with a certain length, such as B. cracks, and defects in the type of bristles or chips, which have only a relatively short length. Fig. 2 shows two arranged in a measuring bridge in Differen tialschalt, on lines at equal distances to the right and left of the longitudinal median plane of the product coils b and b ' , which are inserted into recesses 5 of the block 4 that they are essentially completely from that dielectric material of the block 4 are surrounded. This material must have very good insulating properties, a high dielectric coefficient and at the occurring temperatures, which are about 80 ° C in the testing of rolled products nits have sufficient heat resistance. Very good results have been achieved with a polyphenyl-sulfur compound with glass fiber reinforcement.
Die der Oberfläche 1 des Prüflings gegenüberliegende Fläche des Blockes 4 ist so ausgebildet, daß die Krümmung der konkav ausgebildeten Fläche im wesentlichen der Krümmung der Oberfläche des Prüflings entspricht. Die Achsen der Spulen b und b′ sind ebenso wie die der nicht gezeigten anderen Spulen senkrecht zur Oberfläche 1 des Schienen kopfes angeordnet.The surface of the block 4 opposite the surface 1 of the test specimen is designed such that the curvature of the concave surface essentially corresponds to the curvature of the surface of the test specimen. The axes of the coils b and b ' are, like those of the other coils, not shown, arranged perpendicular to the surface 1 of the rail head.
Der Abstand der Spulen von der Oberfläche 1 des Schienen kopfes beträgt etwa 2 mm. Hiervon entfällt etwa die Hälfte auf den zwischen Spule und Schienenkopf befindlichen Boden des Blocks 4 und die andere Hälfte auf den Abstand zwischen Block 4 und Oberfläche 1 des Schienenkopfes. Da sich der Abstand, den die Spulen von der Oberfläche des Prüflings aufweisen, nachhaltig auf den Widerstand der Prüfspulen auswirkt, muß dieser Abstand aufweisen so konstant wie nur irgendmöglich gehalten werden. Deshalb ist es von wesentlicher Bedeutung jede Art der Bewegung der Spulen senkrecht zur Verschiebebewegung zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind die in ihrer Gesamtheit einen einzigen Prüfkopf bildenden Spulen in dem starren, aus dielektrischem Material bestehenden Block 4 angeordnet, der unter Einhaltung eines konstanten Abstandes an der Oberfläche des Prüflings ent langgeführt wird. Auf eine Darstellung einer bereits be kannten Führungsvorrichtung wurde verzichtet.The distance of the coils from the surface 1 of the rail head is about 2 mm. About half of this is due to the bottom of block 4 located between the coil and the rail head and the other half to the distance between block 4 and surface 1 of the rail head. Since the distance that the coils have from the surface of the test object has a lasting effect on the resistance of the test coils, this distance must be kept as constant as possible. It is therefore essential to avoid any kind of movement of the coils perpendicular to the sliding movement. For this purpose, the coils forming a single test head are arranged in the rigid block consisting of dielectric material 4 , which is guided along the surface of the test object while maintaining a constant distance. A representation of an already known guide device has been dispensed with.
Zur elektrischen Fehlerermittlung ist jedes Spulenpaar a, a′, b, b′ und c, c′ in Differentialschaltung in einer von Wechselstrom gespeisten Meßbrücke angeordnet. Solange keine Fehlerstelle festgestellt wird sind die Brücken im Gleich gewicht. Jede Störung dieses Gleichgewichts ergibt in der Brücke ein Signal, das nach bekannten, auf einer Phasen analyse beruhenden Verfahren ausgewertet wird. Bei diesen Verfahren ist es mittels Rechtwinkelprojektionen auf be stimmte bevorzugte Richtungen möglich, zwischen den Wider standsänderungen zu unterscheiden, die durch Veränderungen des Abstands bzw. des spezifischen elektrischen Widerstands verursacht wurden. Die zur Mittelebene symmetrische An ordnung der Spulen und ihre Anordnung senkrecht zu der zu prüfenden Oberfläche, sowie ihre paarweise Anordnung in Differentialschaltung in einer Meßbrücke erlauben es, alle den Widerstand verändernden Störfaktoren praktisch vollständig auszuschalten und damit beim Aufspüren von Oberflächenfehlern eine Meßempfindlichkeit von hohem Grad zu erreichen.For electrical fault detection, each pair of coils a, a ', b, b' and c, c 'is arranged in a differential circuit in a measuring bridge fed by alternating current. As long as no fault location is found, the bridges are in equilibrium. Every disturbance of this equilibrium results in a signal in the bridge, which is evaluated according to known methods based on a phase analysis. In these methods, it is possible by means of right-angle projections on certain preferred directions to differentiate between the resistance changes which were caused by changes in the distance or the specific electrical resistance. The symmetrical arrangement of the coils with respect to the central plane and their arrangement perpendicular to the surface to be tested, as well as their paired arrangement in a differential circuit in a measuring bridge, make it possible to virtually completely eliminate all disturbing factors that change the resistance and thus to a high degree of sensitivity when detecting surface defects to reach.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, beispielsweise am Ende einer Walzstraße, auch so verwendet werden, daß der Prüfling sich entlang der ortsfest angeordneten Vorrichtung bewegt.The device according to the invention can, for example, on End of a rolling mill, also used so that the Test object is along the fixed device emotional.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: WOLF, E., DIPL.-PHYS. DR.-ING., PAT.-ANW., 7000 ST |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |