-
-
Anordnung zum Abtasten der Oberfläche eines magnetisier-
-
ten ferromagnetischen Prüfgutes Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zum Abtasten der Oberfläche eines ferromagnetischen Prüfgutes auf von Fehlern verursachte,
aus der Oberfläche austretende magnetische Streuflüsse, bzw, zum Abtasten der Oberfläche
eines magnetographischen Speicherträgers, in den Aufzeichnungen solcher Streuflüsse
eingespeichert sind, mit einer Induktionsspule, an deren Ausgang der Eingang einer
Auswerteeinheit angeschlossen ist, mit einer in sich kurzgeschlossenen, eine oder
mehrere Windungen aufweisenden Induktionsschleife, die mit einem Teil ihres Umfanges
der Oberfläche gegenübersteht und relativ zu ihr eine Abtastbewegung ausführt, durch
einen anderen Teil ihres Umfanges sich in induktiver Kopplung mit der Induktionsspule
befindet.
-
Eine derartige Anordnung ist beschrieben in der- US - PS 3 465 274.
Bei der dort beschriebenen Anordnung handelt es sich um eine Suchspuleneinrichtung,
bei der sowohl die sekundäre. Induktionsspule als auch die den magnetischen Streufluß
aufnehmende Induktionsschleife in der Technik gedruckter Schaltungen auf eine Platte
aus
Isoliermaterial aufgebracht worden sind. Beide stehen durch
einen ringförmigen Kern aus ferromagnetischem Material in fester Kopplung miteinander.
Die genannte Suchspuleneinrichtung ist dem Wunsch entsprungen, die nur ein oder
zwei Windungen umfassende Induktionsschleife besser an die nachfolgenden Verstärker
anzupassen und dabei die Ein streuung von Storspannungen zu reduzieren.
-
Alle bisherigen Suchspuleneinrichtungen, die zum Abtasten von relativ
zu ihnen bewegten Oberflächen auf magnetischen Streufluß benutzt werden, einschließlich
der oben benannten Einrichtung, weisen den Nachteil auf r daß entweder bewegliche
Zuleitungen oder aber aufwendige Vorrichtungen wie Schleifkontakte oder Rotierübertrager
zum Verbinden der Eìnrichtung mit dem Eingang nachfolgender Auswerteeinrichtungen
benötigt werden. Bewegliche Zuleitungen werden angewendet, wenn die Abtastung in
einer oszillierenden Bewegung geschieht. Sie setzen hinsichtlich der Geschwindigkeit
und dem Weg der Abtastbewegung sowie hinsichtlich ihrer Lebenserwartung enge Grenzen.
Darüber hinaus haftet der Abtastung in oszillierender Bewegung der Nachteil an,
daß konstante Geschwindigkeit, die ja die Voraussetzung für die Konstanz der induzierten
Streuflußsignale bildet, nur näherungsweise in einem begrenzten Bereich möglich
ist. Für eine rotierende Abtastung kommen zum Anschluß der Suchspuleneinrichtung
nur Schleifkontakte oder Rotierübertrager in Frage.
-
Hier müssen jedoch neb-en dem relativ hohen Aufwand häufig starke
Störeinstreuungen in Kauf genommen werden. Soll die Abtastung linear erfolgen, wie
dies z. B. bei magnetographischen Aufzeichnungen fast immer der Fall ist, so ist
mit rotierender Abtastweise nur eine Annäherung an den gewünschten Abtastweg möglich,
und auch das nur auf einer begrenzten Strecke.
-
Die Erfindung macht sich demgegenüber eine Anordnung zum Abtasten
der Oberfläche eines magnetisierten ferromagnetischen Prüfgutes zur Aufgabe, bei
der die bewegliche Suchspuleneinrichtung ohne bewegliche Kabelanschlüsse, Schleifkontakte
oder Rotierübertrager betrieben werden kann.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichnete
Anordnung.
-
Mit der erfindungsgemäßen Lösung verbindet sich der Vorteil, daß die
Abtastbewegung nur noch von einem sehr einfachen und leichten Bauteil, der in sich
kurzgeschlossenen Induktionsschleife, ausgeführt werden muß. Eine elektrische Kontaktierung
dieses Bauteiles entfällt, da es mit der Prüfgutoberfläche und der Induktionsspule
gleichermaßen in induktiver Verbindung steht. Es kann auf diese Weise eine verhältnismäßig
hohe Abtastgeschwindigkeit angewendet werden. Sieht man senkrecht zum Abtastweg
eine relative Bewegung zwischen der Anordnung und der Prüfgutoberfläche vor, so
ergibt sich für eine gewünschte bestimmte Abtastdichte eine schnelle vollständige
Abfragung einer gegebenen Prüfgutoberfläche. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung sind eine Anzahl der o. g.
-
Induktionsschleifen in festem Abstand hintereinander angeordnet. Damit
läßt sich ohne Reduzierung der Abtastdichte die für eine vollständige Abfragung
nötige Zeit weiter verkürzen, da jede Induktionsschleife eine eigene Abtastbahn
erhält. Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können die Induktionsschleifen
untereinander in einer flexiblen Verbindung stehen.
-
Dadurch wird die Beibehaltung des festen Abstandes gewährleistet,
ohne daß die Anpassung an eine unregelmäßige Oberflächenform beeinträchtigt wird.
Eine zweckmäßige Ausführungsform der Induktionsschleifen ergibt
sich,
wenn man elektrische Leiter am Profilumfang eines biegsamen Stranges zur Schleife
formt. Der Strang kann vorzugsweise ein rechteckiges oder trapezförmiges Profil
besitzen. Zu einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gelangt man,
wenn man den Strang zu einem endlosen Gürtel schließt. Das führt zu einer einfachen
Möglichkeit linearer Abtastung mit konstanter Geschwindigkeit. Alternativ zum Strang
als Träger der Induktionsschleifen wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen,
die Induktionsschleifen jeweils in Tragkörpern einzubauen, die untereinander zu
einer Kette verbunden sind. Die Tragkörper können kugelförmige Gestalt aufweisen
und zu einer endlosen Kette zusammengeschlossen sein. Die Kette kann in einem Rohr
geführt und von Preßluft angetrieben werden. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung
besteht darin, daß eine Anzahl von Induktionsspulen in Richtung der Abtastbewegung
aneinander gereiht sind. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß jeder Induktionsspule eine gleichaufgebaute Spule zugeordnet ist, die quer zur
Richtung der Abtastbewegung neben oder oberhalb der zugehörigen Induktionsspule
angeordnet ist und mit ihr differenzbildend zusammengeschaltet ist. Schließlich
besteht noch eine Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Ausgänge der Induktionsspulen
mit den Eingängen eines elektronischen Umschalters verbunden sind, der seinerseits
der Position der Induktionsschleifen entsprechende Steuersignale erhält.
-
Im folgenden werden zum besseren Verständnis der Erfindung einige
Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und durch Figuren erläutert.
-
Es zeigen im einzelnen Figur 1 die grundsätzliche Arbeitsweise der
Erfindung Figur 2 ein umlaufendes Band mit Induktionsschleifen Figur 3 eine Kette
von Kugeln mit Induktionsschleifen Figur 4 eine durch Preßluft angetriebene Kette
derartiger Kugeln Figur 5 die Abtastung eines Flossenrohres durch ein Band mit Induktionsschleifen
Figur 6 die Differenzschaltung zweier Induktionsspulen Figur 7 ein Satz Induktionsspulen
mit elektronischer Abtragung Zur grundlegenden Erläuterung der Arbeitsweise der
Erfindung ist in Figur 1 eine Anordnung zum Abtasten der Oberfläche 2 eines Prüfteiles
1 auf magnetischen Streufluß dargestellt, und zwar nach Figur 1a in Vorderansicht,
nach Figur 1b in Seitenansicht. Bei dem Prüfteil kann es sich beispielsweise um
einen Knüppel handeln, in den durch eine der Einfachheit halber nicht dargestellte
Magnetisierungseinrichtung ein Magnetfluß mit Feldlinien 3 eingeprägt wurde. Ein
Riß 4 lenkt die Feldlinien ab und veranlaßt einige Feldlinien 11, aus der Oberfläche
2 des Prüfteiles 1 herauszutreten. Oberhalb des Prüfteiles 1 und in konstantem Abstand
zu seiner Oberfläche 2 ist eine lange
Induktionsspule 5 angebracht,
die sich quer zur Längsrichtung des Prüfteiles 1 erstreckt und deren verhältnismäßig
hohe Windungszahl gleichmäßig auf die Länge der Spule verteilt ist. Die Anschlüsse
6 der Induktionsspule 5 sind an den Eingang einer nicht abgebildeten Auswerteeinheit
herkömmlicher Art angeschlossen. Im Raum zwischen Oberfläche 2 und Induktionsspule
5 bewegt sich eine in sich kurzgeschlossene Leiterschleife mit einer oder mehreren
Windungen, im folgenden Induktionsschleife 7 genannt, in Richtung des Pfeiles 8.
Die von der Induktionsschleife 7 aufgespannte Fläche 9 bleibt dabei im wesentlichen
parallel zu den Windungsflächen 10 der Induktionsspule 5.
-
Bei ihrer Bewegung schneidet die Induktionsschleife 7 die vom Riß
4 aus der Oberfläche 2 gedrängten Feldlinien 11, den sogenannten Fehlerstreufluß.
Dabei wird in der Induktionsschleife 7 ein von der Tiefe des Risses abhängender
Kurzschlußstrom i induziert.
-
Dieser bringt ein Magnetfeld hervor, das durch die Feldlinien 12 symbolisiert
wird, und das einen Teil der Windungen der Induktionsspule 5 durchdringt. In der
letzteren wird auf diese Weise durch die Bewegung der Induktionsschleife 7 eine
Spannung induziert, die an den Anschlüssen 6 abgenommen werden kann und deren Betrag
ein Maß für die Tiefe des Risses 4 bildet, ohne daß dazu eine Bewegung der Induktionsspule
5 relativ zum Prüfteil 1 notwendig war. An die Genauigkeit der Bahn der Induktionsschleife
7 sind keine allzu großen Forderungen zu stellen. Entfernt sich die Induktionsschleife
während ihrer Bewegung etwas von der Oberfläche 2, so nähert sie sich auf der anderen
Seite der Induktionsspule 5. Die Empfindlichkeit der Erfassung des Fehlerstreuflusses
ändert sich dabei nur unwesentlich.
-
Figur 2 gibt eine einfache Möglichkeit zum Herstellen einer gleichförmigen
Bewegung von Induktionsschleifen wieder, die in einer Anordnung 15 ihre Realisierung
gefunde-n hat. Über die Oberfläche 2 des Prüfteiles 1 bewegt-slch--ein-endlose-s
Band 16 aus biegsamem Werkstoff, das zwischen zwei Rollen 17 aufgespannt ist und
dessen Bewegung In Richtung des Pfeiles 18 von einer der beiden Rollen 17 angetrieben
wird. Das Band 16 besitzt einen rechteckigen Querschnitt. In regelmäßigen Abständen
d sind am Umfang eines Bandquerschnittes kurzgeschlossene Leiterschleifen, Induktionsschleifen
19 angebracht. Diese können nach Art der gedruckten Schaltkreise hergestellt und
mit einer isolierenden Schutzschicht überzogen sein, sie können aber auch in herkömmlichen
Drahtleitern bestehen, die in den biegsamen Werkstoff-des Bandes 16 eingebettet
sind. Gegenüber der Rückseite der unteren Hälfte des Bandes 16 ist ein aus fünf
Einzeispulen mit Anschlüssen 21 bestehender Satz von Induktionsspulen 20 angeordnet.
-
Diese sind in Richtung der Bandbewegung aneinandergereiht und entsprechen
in ihrer Breite dem Abstand d zwischen zwei Induktionsschlelfen 19. Das Prüfteil
1 wird in bekannter Weise durch einen Magnetfluß magnetisiert, der aufgrund des
Risses 4 magnetischen Streufluß erzeugt. Das Prüfteil 1 wird in seiner Längsrichtung
gegenüber der Anordnung 15 voranbewegt, so daß das schnell laufende Band 16 ständig
neue Bahnen auf der Oberfläche 2 des Prüfteiles 1 durchläuft.
-
Jede Induktionsspule 20 ist über Anschluß 21 an einen eigenen Prüfkanal
angeschlossen, der einem Längsstreifen der Oberfläche 2 des Prüfteiles 1 zugeordnet
ist.
-
Die-Abtastung-der Oberfläche läuft in den einzelnen Kanälen kontinuierlich
ab. Sobald eine Induktionsschleife 19 den Bereich einer Induktionsspule 20 verläßt,
tritt die nachfolgende Induktionsschleife in den Bereich ein.
-
Figur 3 zeigt eine Anordnung 25, die in anderer Weise die Bewegung
der Induktionsschleifen realisiert und die zum Abtasten eines magnetischen Speicherbandes
26 auf eingespeicherte magnetische Streuflußsignale dienen soll. Dabei spielt keine
Rolle, auf welche Weise das Einspeichern der Signale in das magnetische Speicherband
erfolgt ist, ob statisch, indem das Prüfteil magnetisiert wurde, nachdem man zuvor
das Speicherband auf die zu prüfende Stelle aufgelegt hatte oder ob dynamisch, indem
man das magnetische Speicherband kontinuierlich auf der Oberfläche des magnetisierten
Prüfteiles abrollen läßt. Die entsprechenden Technologien sind dem Fachmann vertraut
und bedürfen keiner näheren Beschreibung. Anordnung 25 ist nach Figur 3a in Seitenansicht,
nach Figur 3b in einem Schnitt wiedergegeben. Zum Transportieren der Induktionsschleifen
sind besondere Träger vorgesehen, die in Figur 3c am besten zu erkennen sind. Bei
den genannten Trägern handelt es sich um eine Anzahl von Kugeln 27 aus elektrisch
nicht leitendem Material, die in festem Abstand d auf eine endlose, kräftige Saite
28 aufgezogen und dort befestigt sind. Jede Kugel 27 trägt in einer Rille 29 eine
Induktionsschleife 30, die in einem band- oder drahtförmigen Leiter bzw. in einem
elektrisch leitenden Überzug bestehen kann. Die von den Kugeln 27 und der Saite
28 gebildete endlose Kette 31 ist zwischen zwei Rollen 32 gespannt, von denen eine
die Antriebsrolle sein soll. Die Rollen 32 besitzen kalottenförmige, im Abstand
d angebrachte Einbuchtungen 33, die untereinander durch einen Schlitz 34 verbunden
sind Kugeln 27 und Saite 28 der Kette 31 greifen in die Einbuchtungen 33 bzw. den
Schlitz 34 ein.
-
Damit ist ein sicherer Antrieb und eine gute Abstützung der Kette
31 durch die Rollen 32 gewährleistet.
-
Zur besseren Führung können die Kugeln 27 entlang der
Prüfstrecke
ein Rohr 35 durchlaufen. Entlang der Prüfstrecke ist ein Satz Induktionsspulen 36
mit Anschlüssen 39 angebracht. Die Induktionsspulen 36 sind so geformt, daß sie
die Bahn der Kugeln 27 teilweise umhüllen, um so in möglichst guter Kopplung mit
den Induktionsschleifen 29 zu stehen. Anordnung 25 ist in einem Gehäuse 37 untergebracht,
das zur Dämpfung von Schwingungen und zur Schmierung, insbesondere wenn sehr hohe
Abtastgeschwindigkeiten verlangt werden, teilweise oder ganz mit öl gefüllt sein
kann. Im Betriebszustand wird das magnetische Speicherband 26 in Richtung von Pfeil
38, also quer zur Abtastrichtung, voranbewegt. Damit wird eine dichte, lineare zeilenweise
Abtastung des magnetischen Speicherbandes möglich.
-
Anordnung 41 nach Figur 4 kann ebenfalls zur Abtastung eines magnetischen
Speicherbandes 26 benutzt werden.
-
Sie bedient sich dabei zum Befördern der Induktionsschleifen 30 einer
Kette 42, die sich aus den gleichen Gliedern wie zuvor beschrieben und in Figur
3c dargestellt zusammensetzt. Die endlose Kette 42 wird geführt und umgelenkt in
einer Rohrleitung 43 mit gekrümmten Teilstucken 44, 45. Durch ein spitzwinklig in
die Rohrleitung 43 einmündendes Anschlußstück 46 strömt Preßluft ein und treibt
den Umlauf der Kette 42 in Richtung von Pfeil 47 an. Für die Abnahme und Weitergabe
der Streuflußsignale sind Induktionsspulen 48 mit Anschlüssen 49 vorgesehen. Die
Induktionsspulen 48 sind in ihrer Form an den Umfang der Rohrleitung 43 angepaßt.
-
In Figur 5 ist eine Anordnung 51 dargestellt, die der Abtastung der
relativ kompliziert geformten Oberfläche eines Flossenrohres 52 dient. Die Magnetisierung
des Flossenrohres 52 soll in bekannter Weise erfolgen.
-
Ein biegsames Band 53 mit rechteckigem oder trapezförmigem Profil,
auf dem in regelmäßigen Abständen Induktionsschleifen 54 angebracht sind, läuft
über vier Umle-nkrollen 55 R.on denen eine angetrieben werden kann, und durch eine
Führung 56, die dem halben Umfang des Flossenrohres 52 angepaßt ist. Die umlaufenden
Induktionsschleifen 54 tasten dabei die Oberfläche des senkrecht zur Zeichenebene
voranbewegten Flossenrohres 52 auf magnetischen Streufluß ab und geben in der zuvor
beschriebenen Weise ihre Signale weiter an einen.
-
Satz von acht Induktionsspulen 57.
-
Die Einstreuung von Störspannungen in die Induktionsspulen kann weitgehend
dadurch eliminiert werden, daß man zwei benachbarte Induktionsspulen, die im wesentlichen
den gleichen Störfeldern unterworfen sind, miteinander in Differenz schaltet. Nach
Figur 6 sind zu diesem Zweck oberhalb einer Induktionsschleife 61 zwei gleich dimensionierte
Induktionsspulen 62 und 63 übereinandergeordnet und mit ihren Anschlüssen gegensinnig
in Serie geschaltet. Fehlerstreuflüsse aus dem Prüfteil 64 werden von der Induktionsschleife
61 nur in die ihr unmittelbar benachbarte Induktionsschleife 62 eingekoppelt. Eventuelle
Störspannungen werden in den beiden Induktionsspulen 62 und 63 im gleichen MaB induziert.
Sie heben sich infolgedessen an den Klemmen 65 heraus, so daß dort nur Signalspannungen
anstehen, die auf Fehlerstreuflüsse- zurückgehen. Die gleiche Wirkung kann man erzielen,
wenn man von den Induktionsspulen nach den Figuren 2, 3, 4 und 5 jeweils zwei benachbarte
in Differenz schaltet und zu einem Kanal zusammenfaßt.
-
Figur 7 befaßt sich mit der elektronischen Weiterverarbeitung von
aus den Induktionsspulen 71 entnommenen elektrischen Signalen, die auf magnetische
Streuflüsse 72 eines Risses 73 in einem Prüfteil 74 zurückzuführen sind und von
der Induktionsschleife 75 in die Induktionsspulen 71 eingekoppelt werden. Es spielt
dabei keine Rolle, welche Art von Trägern für die Induktionsschleifen 75 benutzt
wird. Die Ausgänge aller Induktionsspulen 71 sind mit Eingängen 76 eines elektronischen
Umschalters 77 verbunden, an dessen Steuereingang 78 ein der Position der Induktionsschleifen
75 entsprechendes Taktsignal liegt. Im Takt dieses Signales werden abwechselnd die
Eingänge 76 zum Ausgang 79 durchgeschaltet, der seinerseits an den Eingang einer
Elektronikeinheit 80 zur weiteren Signalverarbeitung wie Verstärkung, Filterung
usw. angeschlossen ist.
-
Ein zweiter elektronischer Umschalter 81 teiltdie Signale der Elektronikeinheit
81 im gegebenen Takt den Kanalausgängen 82 zu, die für jeden Kanal getrennt auswertbare
Signale zur Verfügung stellen.