DE3005915C2

DE3005915C2 - Wirbelstromprüfgerät für Oberflächenfehler

Info

Publication number: DE3005915C2
Application number: DE3005915A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 8720 Schweinfurt Hentrich
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1980-02-16
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3005915A1; GB2069708A; FR2476318A1; FR2476318B1; IT1135435B; IT8119687A0

Description

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Die Erfindung betrifft ein WirHIstromprüfgerät für Oberflächenfehler auf metallischen Werkstücken, bestehend aus einem eine Prüfspale sr^isenden Hochfrequenzoszillator mit nachfolgendem Verstärker, Frequenzdemodulator, Bandpaßfilter und Signalverstärker, dessen Verstärkungsfaktor eine Funktion des Abstandes Prüfspule-Werkstück ist

Ein Wirbelstromprüfgerät dieser Art ist bereits aus der DE-OS 25 28 625 und der DE-OS 28 50 433 bekannt Außer der eingangs beschriebenen Blockfolge des Kanals für ein frequenzmoduliertes Fehlersignal, weist da* Gerät noch einen zweiten Kanal für die Amplitudenauswertung auf. Beide Kanäle sind bei der bekannten Ausführung notwendig, um ein dem Abstand Prüfspule-Werkstück proportionales Signal für die Abstandskompensation zu erzeugen. Der hierfür erforderliche Schaltungsaufwand ist sehr groß. Bei Wirbelstrom-Prüfverfahren mit Auswertung der Frequenzänderung muß sich die Schwingfrequenz des Oszillators, hervorgerufen durch die Prüfspule, ändern können. Dies geschieht durch Änderung der Blindkomponente der Prüfspulenimpedanz sowohl bei Fehlern im Werkstückmaterial als auch bei Änderung des Abstandes Prüfspule-Werkstück und bei Änderung des Werkstückmaterials selbst. Um in den optimalen Arbeitsbereich des Frequenzdemodulators zu kommen, ist es deshalb bei dem bekannten Wirbelstromprüfgerät zu Beginn jeder Prüfung bei angestellter Prüfspule erforderlich, die Frequenz des Hochfrequenzoszillators mit Hilfe von Einstellreglern auf die Mitte des Frequenzdemodulators abzugleichen. Es wäre auch möglich, zum Zweck eines großen Hubes eine relativ flache Kennlinie des Frequenzdemodulators vorzusehen, jedoch geht das auf Kosten der Geräteempfindlichkeit. Darüber hinaus weist die bekannte Ausführung insbesondere bei der Prüfung rotationssymmetrischer Werkstücke entscheidende Nachteile auf. Nicht immer laufen die zu prüfenden Oberflächen konzentrisch mit der Einspannachse des Drehantriebs. Auch bei der Prüfung der Stirnseiten (Radialflächen) von Rotationsteilen muß damit gerechnet werden, daß während einer Umdrehung des Werkstückes sich der Abstand der fest eingespannten Prüfspule zur Werkstückoberfläche stetig verändert, was zu einem mit der Umdrehung wechselnden Signal am Frequenz-Demodulator-Ausgang und je nach Geradlinigkeit der Demodulator-Keniilini'i bezogen auf den Umfang des Werkstückes zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten des bekannten Wirbelstromgerätes führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wirbelstrom-Prüfgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit geringem Aufwand herzustellen ist und eine hohe Gerä-'leempfindlichkeit aufweist, die auch bei sich stetig während einer Umdrehung des Werkstückes änderndem Abstand zwischen Prüfspule und Werkstück gleichbleibt und das einfach bedient werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwingkreis des Hochfrequenzoszillators mit Kapazitätsdioden versehen ist, die, über ein Tiefpaßfilter mit einem Ausgang des Frequenzdemodulators verbunden, die Prüffrequenz unabhängig vom Abstand Prüfspule-Werkstück konstant halten.

Die Steuerspannung ist dabei die Ausgangsspannung des Frequenzdemodiilators. Damit die Steuerung bei steilflankigen Impulsen, wie sie durch Materialfehler z. B. Risse erzeugt werden, unterbleibt, ist ein abgestimmtes Tiefpaßfilter eingebaut Alle langsameren Frequenzabweichungen werden durch diese Schaltung und mit Hilfe von Kapazitätsdioden im Schwingkreis des Hochfrequenzoszillators sofort kompensiert. Durch diese vorteilhafte Schaltungsanordnung bleibt die Prüffrequenz stabil und ändert ihren Wert nicht wenn

— die Prüfspule mit unterschiedlichem Abstand zum Werkstück angestellt ist,

— durch Toleranzabweichungen unter den Werkstükken bei fest eingestellter Prfcspule sich unterschiedliche Prüfspulenabstände ergeben,

infolge stetiger Formfehler bei den Werkstücken (Ovalität, Seitenschlag, mangelnde Koaxialität) während einer Umdrehung sich ändernde Prüfspulenabstände ergeben,

— mit abweichenden Materialeigenschaften zu rechnen ist,

— sich die Oberflächenstruktur des Werkstückes ändert

Alle hier angeführten Fehlerarien können u. a. insbesondere beim automatischen Prüfablauf vorkommen. Durch die vorteilhafte Schaltungsauslegung des erfindungsgemäßen Wirbelstromprüfgerätes kann der automatische Prüfablauf über einen langen Zeitraum unbeaufsichtigt und ohne Wartung erfolgen, weil das Wirbelstromprüfgerät sich automatisch den sich dauernd ändernden Bedingungen an der Prüfstelle anpaßt.

Dadurch, daß die Prüffrequenz immer konstant bleibt, kann bei dem Frequenzdemodulator eine sehr steile Kennlinie vorgesehen werden, wodurch vorteilhafterweise eine hohe Empfindlichkeit und hohe Fehlerauflösung erzielt wird. Durch die konstante Oszillatorfrequenz befindet sich der Arbeitspunkt immer in der Mitte und somit unabhängig von den oben genannten Einflüssen immer im steilsten Bereich der schon grundsätzlich stellen Kennlinie. Außer der oben beschriebenen hohen Empfindlichkeit ist dadurch auch eine gleichbleibende Empfindlichkeit erzielt worden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen dem Ausgang des Tiefpaßfilters und dem Steuereingang des Signalverstärkers ein Logarithmierverstärker angeordnet

In bekannter Weise wird über einen Regelkreis die Verstärkung eines Signalverstärkers so gesteuert, daß die durch größeren Abstand Prüfspule-Werkstück verminderte Empfindlichkeit des Wirbelstromprüfgerätes ausgeglichen wird. Das Ergebnis ist eine in einem bestimmten Abstandsbereich nahezu gleichbleibende Empfindlichkeit Erfindungsgemäß enthält der Regelkreis einen Logarithmierverstärker, da zwischen dem Ausgangssignal des Frequenzdemodulator und dem Prüfspulenabstand kein linearer Zusammenhang besteht Dadurch kann die Genauigkeit der Regelung erhöht werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Ausgangsspannung des Frequenzdemodulators des einzigen Gerätekanals die Steuerspannung sowohl für den Hochfrequenzoszillator als auch für den Signalverstärker.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Wirbelstromprüfgerätes für Oberflächenfehler mit Frequenz- und Empfindlichkeitsregelung,

F i g. 2 ein Diagramm der Fehlersignalhöhe bei verschiedenem Prüfspulenabstand.

Das in F i g. 1 im Blockschaltbild dargestellte Wirbelstromprüfgerät besteht aus einer an einem Hochfrequenzoszillator 1 angeschlossenen Prüfspule 2 mit einer einzigen Wicklung. Die Prüfspule 2 ist ein Teil des Oszillators 1 und bestimmt zusammen mit dem Kondensator 3 dessen Schwingfrequenz, die gleichzeitig Prüffrequenz ist

Über einen Verstärker 4 gelangt das hochfrequente Signal zum Frequenzdemodulator 5, der die durch einen Fehler im Werkstück hervorgerufene Frequenzänderung in ein niederfrequentes Fehlersignal umsetzt. Ein nachfolgende^ Bandpaßfilter 6 läßt das eigentliche Fehlersignal passieren und schwächt Störsignale. Eine aus dem Frequenzdemodulator 5 gewonnene Spannung gelangt über ein Tiefpaßfilter 7, das nur gegenüber dem Fehlersignal langsamere Frequenzänderungen passieren läßt, und dient als Steuerspannung für eine dem Schwingkreis des Hcchfrequenzoszillfitors 1 parallel geschaltete Kette aus Kapazitätsdioden 8. Gleichzeitig dient diese Steuerspannung über einen zweiten Regelkreis mit Logarithmierverstärker 9 zur Verstärkungssteuerung eines dem Ban.ipaßfilter 6 nachgeschalteten Signalverstärkers 10. Nachfolgende Bestandteile des Wirbelstrorrverstärkers sind einstellbarer Signalverstärker It, Komparator 12, Fehlersignalspeicher 13 und ggfs. Anzeige.

Das Diagramm ir. F i g. 2 zeigt die Regeleigenschaften des Wirbelstromprüfgerätes. Die ausgezogene Kurve zeigt den Verlauf der Signalhöhe am Ausgang des Signalverstärkers bei verschiedenen Abständen der Prüfspule zum Werkstück. Die Meßwerte wurden bei einem praxisnahen Versuch aufgenommen, wobei ein zylindrisches Werkstück mit einem kleinen Oberflächenriß in einer Aufnahmevorrichtung rotierte und die Prüfspule mit verschiedenen Abständen angestellt wurde.

Aus dem Diagramm geht die hohe Qualität der Regelung hervor. Mit einer Abweichung von nur ± 1 dB in einem Abstandsbereich der Prüfspule von nahezu Berührune bis fast 0.5 mm Abstand zum Werkstück. Es handelte sich hierbei um eine sehr kleine Prüfspule mit einem Kern von 0,5 mm 0. Bei größeren Prüfspulen wirkt die Regelung in einem relativ größeren Abstandsbereich.

Die dick gestrichelte Kurve zeigt das mit zunehmendem Abstand der Prüfspule stark abfallende Fehlersignal bei abgeschalteter Regelung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wirbelstromprüfgerät für Oberflächenfehler auf metallischen Werkstücken, bestehend aus einem eine Prüfspule speisenden Hochfrequenzoszillator mit nachfolgendem Verstärker, Frequenzdemodulator, Bandpaßfilter und Signalverstärker, dessen Verstärkungsfaktor eine Funktion des Abstandes Prüfspule-Werkstück ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis des Hochfrequenzoszillators (1) mit Kapazitätsdioden (8) versehen ist, die, über ein Tiefpaßfilter (7) mit einem Ausgang des Frequenzdemodulators (5) verbunden, die Prüffrequenz unabhängig vom Abstand PrüfspuIe-(2)Werkstück konstant halten.

2. Wirbelstromprüfgerät nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Tiefpaßfilters (7) und dem Steuereingang des Signalversiäirkers (10) ein Logarithmierverstärker (9) angeordnet ist

3. Wirbelstromprüfgerät nach einem der Ansprii-· ehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung vom Frequenzdemodulator (5) des einzigen Gerätekanals die Steuerspannung sowohl für den Hochfrequenzoszillator (I) als auch für den Signalverstärker (10) ist