DE3006412A1

DE3006412A1 - Vorrichtung zur fehlerermittlung in elektrisch leitenden werkstoffen

Info

Publication number: DE3006412A1
Application number: DE19803006412
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. 8000 München Bosch
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1981-08-27

Description

Vorrichtung zur Fehlerermittlung in elektrisch leiten-
den Werkstoffen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fehlerermittlung in elektrisch leitenden Werkstoffen mit Hilfe eines mit Wechselstrom erregten und. mit gleichbleibendem Abstand. über d.ie Oberfläche des Werkstoffes bewegten Suchkopfes, der einen Elektromagneten enthält, welcher einen d.er Werkstoffoberfläche zugewend.eten Luftspalt aufweist.
Zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung sind. Einrichtungen d.er genannten Art bekannt, bei denen zur Ortung ein ner Fehlerstellung sog. Wirbelstromsonden verwendet werden.
Mit Wirbelstromsonden der bekannten Art, von denen bei spielsweise eine in der DE-OS 25 23 413 beschrieben ist, werden durch einen Materialfehler hervorgerufene Änderungen in der Feldverteilung eines Wirbelstromfeldes vornehmlich mit Hilfe einer oder mehrerer Induktionsspulen ermittelt, wobei aus den induzierten Strömen Rückschlüsse auf die Lage und Erstreckung der Fehlerstelle gezogen werden. Zur Ermittlung relativ kleiner Fehlerstellen, z.B. von Haarrissen auf der nicht zugänglichen Seite eines Bleches, sind. komplizierte Ausbildungsformen d.er Induktionsspulen und ein relativ hoher Zeitaufwand bei d.er Durchführung d.er Messung erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund.e, eine Sießvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein besseres Auflösungsvermogen d.er Einrichtung und. damit eine schnellere Ermittlung der Lage und Erstreckung von Materialfehlern möglich ist.
Die obengenannte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Elektromagnet in mindestens einer Richtung beweglich im Suchkopf gelagert ist und in der Bewegungsrichtung mit einem elektromechanischen Eraftaufnehmer verbundenen ist, an d.en eine Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist.
Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Anordnung, bei der die Kraftkomponente des Elektromagneten anstelle einer Wechselstromgröße zur Ermittlung von Fehlerstellen benützt wird. lleßsignale liefert, die wegen ihrer genaueren Aussage bezüglich d.er Erstreckungsrichtung von Fehlerstellen kürzere Meßzeiten ermöglicht.
Nachfolgend. sind zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand d.er Zeichnung beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlerstellen in elektrisch leitendem Material mit einem in einer Richtung beweglich im Suchkopf gelagerten Elektromagneten in einem schematisch vereinfachten Längs schnitt; Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Suchkopfes mit einem in zwei Richtungen beweglich gelagerten Elektromagneten.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Fehlerermittlung in elektrisch leitenden Werkstoffen 11 weist einen Suchkopf 2 auf, in dessen Gehäuse 3 ein mit einer Erregerwicklung 4 versehener Elektromagnet 5, d.er in einer auf seinem Luftspalt 6 senkrechten Richtung beweglich gelagert ist. Hierzu greifen in Abstand. voneinander angeordnete Kugellager 5 an einem starr mit dem Elektromagneten 5 verbundenen Stößel 7 an. Ebenfalls starr mit d.em Stößel 7 und. starr mit d.em Gehäuse 3 ist ein IiraftauSnell3ller 9 verbund.en, wobei durch d.essen Ptückstellkraft oder d.urch eine zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassene elastische Rückstelleinrichtung d.er Elektromagnet im Ruhezustand. in d.er gezeichneten Lage gehalten ist. Der Kraftaufnehmer 9 kann dabei vorzugsweise in bekannter Weise eine veränd.erbare Indulctivität aufweisen od.er eine analog wirkende Kapazität bzw. einen piezoelektrischen Körper.
Zur Ermittlung von Fehlerstellen 10 (Rissen, Lunker, Einschlüssen) in einem elektrisch leitenden Werkstoff 11 wird. der Suchkopf 2 mittels eines zur Vereinfachung d.er Darstellung weggelassenen Antriebes in einem durch eine Kugel- od.er Rollenlagerung 13 angedeuteten konstanten Abstand. über die Oberfläche 12 des Werkstoffes 11 bewegt.
Dabei ist die Erregerwicklung 4 d.es Elektromagneten 5 aus einem Wechselstromgenerator 14 gespeist, dessen Frequenz regelbar ist0 Bei einem einwandfreien homogenen Werkstoff 11 bildet sich in d.iesem ein formkonstantes Wirbelstromfeld. aus, von dem eine ebenfalls konstante Kraft auf den Elektromagneten 5 einwirkt. Dieser Kraft entspricht ein konstantes Signal, das in einem mit d.em Elektromagneten 5 starr verbundenen Kraftaufnehmer 9 erzeugt wird. und. einer elektronischen Signalanzeigeeinrichtung 16 zugeführt --isto Das zur Anzeige gelangend.e Signal stellt dabei den "Nullpunkt" für weitere Messungen d.ar.
Bei vorhand.enen Fehlerstellen 10 wird das Wirbelstromfeld. verzerrt, was sich auch in einer Änderung d.er von ihm auf d.en Elektromagneten 5 ausgeübten Kraft auswirkt und. die analog d.er vorherbeschriebenen Art als 1Nullpunktsabweichung11 zur Anzeige gelangt. Durch eine geeignete Dimensionierung des Luftspaltes 6 des Elektromagneten 5, dessen Spaltbreite zweclcmäßig etwa die Hälfte der Erstreckungsrichtung einer zu ermittelnden Fehlerstelle beträgt, ist die Einrichtung den unterschiedlichsten Aufgaben anzupassen. Mit Hilfe der einstellbaren Frequenz des von einem Ifechselstromgenerator 14 gelieferten Erregerstromes, läßt sich die Bind.ringtiefe d.es Wirbelstromfeldes im Werkstoff 11 regeln, so daß aus den zur Anzeige gelangenden Signalen auf die Tiefenlage d.er Störstelle Rückschlüsse möglich sind.
Es hat sich gezeigt, daß aufgrund der mit der Vorrichtung vorgenommenen Itraftmessungen und. der besseren Anpassungsfähigkeit d.er Vorriditung gegenüber vergleichbaren Geräten mit abweichendem Meßprinzip für vergleichbare Meßergebnisse eine erhebliche Einsparung an zeitlichem Meßaufwand erreicht wird.
Der Zeitaufwand ist weiter zu verringern, wenn im Suchkopf 2 der Elektromagnet 5 in mehreren Richtungen beweglich gelagert ist und. jed.er Bewegungsrichtung ein Kraftaufnehmer mit entsprechendem Anzeigegerät zugeord.-net ist, wobei der Antrieb des Suchkopfs 2 mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.
In d.er Fig0 2 ist zu obigen ein weiterer Suchkopf 22 gezeigt, in dessen Gehäuse 23 ein im übrigen im vorherbeschriebenen Beispiel entsprechender Elektromagnet 25 in paralleler und. senkrechter Richtung zur Oberfläche 32 eines Werkstoffes 31 beweglich gelagert ist0 Bin gestörtes Wirbelstromfeld im Werkstoff 31 ruft dabei eine Änderung der auf d.en Elektromagneten einwirkenden Kräfte in senkrechter Richtung und auch in waagrechter Richtung hervor. Diese Kräfte werd.en über Gelenkverbindungen 37 und. Stößel 27 analog dem vorherbeschriebenen Beispiel gestalteten und. angeordneten Kraftaufnehmern 29v und 29h mitgeteilt und zur Anzeige gebracht.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind in der Fig. 2 die elektronischen Einrichtungen zum Erregen des Elektromagneten 25 und die Einrichtungen zur Anzeige der Signale aus den Kraftaufnehmern 29v und 2911 weggelassen, die dem vorherbeschriebenen Beispiel entsprechen. Bei konstanter Antriebsgeschwindigkeit des Suchkopfes 22 liefert der Kraftaufnehmer 29h Signale für die waagrechte Komponente d.er auf den Magneten 25 einwirkenden Kräfte beim Auftreten von Fehlerstellen, wobei durch Vergleich der aus den beiden Kraftaufnehmern 29v und 29h gelieferten Signale noch genauere Rückschlüsse bezüglich Lage, Erstreckungsrichtung und. Tiefe von Störstellen möglich sind und weiterer zeitlicher Meßaufwand einsparbar ist.
Im Weiteren stiinnit das Ausführungsbeispiel nach d.er Fig. 2 hinsichtlich seiner Funktion und seines Aufbaus mit dem Beispiel der Fig. 1 überein.
Leerseite

Claims

Vorrichtung zur Fehlerermittlung in elektrisch leitenden Werkstoffen P a t en t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zur Fehlerermittlung in elektrisch leitenden Werkstoffen mit Hilfe eines wechselstromerregten und. mit gleichbleibendem Abstand.

über die erkstoffoberfläche bewegten Suchkopfes, der einen Elektromagneten enthält, welcher einen der Werkstoffoberfläche zugewendeten Luftspalt aufweist, dad.urch g e k e n n z e i c h n e t daß der Elektromagnet (5) in mindestens einer Richtung beweglich im Suchkopf (2) gelagert ist und. in der Bewegungsrichtung mit einem elektromechanischem Kraftaufnehmer (9) verbunden ist, an d.en eine Signalanzeigeeinrichtung (16) angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß d.er Kraftaufnehmer (9) eine veränderbare Ind.uIctivität aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k c n n z e i c h n e t , daß der Kraftaufnehmer (9) eine veränderbare Kapazität aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der EraftaufnelLmer (9) einen piezoelektrischen Körper aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad.urch g e k e n n z e i c h n e t daß der Elektromagnet (5) in einer senkrechten und. in einer waagrechten Richtung zur Werkstoffoberfläche (12) beweglich im Suclikopf (22) gelagert ist und. mit konstanter Geschwindigkeit über das Werkstück geführt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad.urch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elektromagnet (5) mit Hilfe eines in seiner Frequenz regelbaren Wechselstromgenerators (14) erregt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Breite des Luftspaltes (6) d.es Elektromagneten (5) die Hälfte der kleinsten Erstreckung einer nachzuweisenden Fehlerstelle beträgt.