DE3050497T1

DE3050497T1 - Eddy current sensor in a device for non-destructive testing of openings in articles and pipes and method of its manufacture

Info

Publication number: DE3050497T1
Application number: DE803050497T
Authority: DE
Inventors: V Sukhorukov; V Gerasimov; M Zhivaev; L Minyat; V Annapolsky; D Solomakhin; Y Ulitin
Original assignee: Moskovsky Energetichesky Institut
Current assignee: Helmut Fischer GmbH and Co
Priority date: 1980-07-31
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1982-08-26
Also published as: SE8201698L; GB2102575B; WO1982000523A1; NL186655C; SU987508A1; GB2102575A; NL186655B; NL8020516A; JPS57501100A; FR2487969A1; DE3050497C2; FR2487969B1

Description

WIRBBLSTROMGE'BEH EINER EINRICHTUNG FÜR ZERSTÖRUNGSFREIE PRÜFUNGEN VON BOHRUNGEN BEI ERZEUGNISSEN UND VON ROHREN UND DESSEN HERSTELLUNGSVERFAHREN

Gebiet der Technik . .

Die vorliegende Erfindung betrifft Mittel für zerstörungsfreie GutGPrüfungen bei Erzeugnissen und bezieht sich insbesondere auf. Wirbelstromgeber für zerstörungsfreie . Prüfungen von Bohrungen bei Erzeugnissen und von Rohren.

Vorheriger Stand der Technik

Die Güteprüfungen bei einem elektrisch leitenden Überzug in Bohrungen von in der modernen Industrie weit verbreiteten Leiterplatten haben eine große Bedeutung für die Erhöhung der Zuverlässigkeit von zahlreichen komplizierten funkelektronischen Einrichtungen, beispielsweise von aller-Iei Inforraationsmeßsystemen, Slektronenrechenmaschinen, Einrichtungen, der Nachrichtentechnik. Die Leiterplatten stellen zur Zeit beinahe ein einziges Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Bauelementen der elektronischen Einrichtungen, beispielsweise zwischen Kondensatoren_s Widerständen, Trafisistoren, JViikroschalt ungen u.a. dar.

Eine besondere Bedeutung komiat einer Metallisierung von Bohrungen in Mehrlagenleiterplatten zu, die in der modernen Radioelektronik immer weiter verwendet werden. Hier werden die elektrischen Verbindungen zwischen den Lagen der Platte nur durch Metallisierung von Bohrungen hergestellt. Kann eine Unterbrechung der Verbindung als Ergebnis eines Fehlers der Metallisierung der Bohrung, im Vorgang elektrischer Prüfungen der Leiterplatte entdeckt werden, so laßt sich eine Verringerung der Dicke des elektrisch leitenden Überzuges unter einen zulässigen Wert im Vorgang der elektrischen Prüfungen der Platte überhaupt nicht aufspüren. Es entsteht also ein verdeckter Fehler, der sicn später bei Betrieb eines kritischen und aufwendigen Erzeugnisses .25 bemerkbar machen kanu, dessen Beatandteil die Leiterplatte ist. ·

Meist weisen die Bohrungen der Leiterplatten einen Durchmesser von ca. 0,5 his 2 mm bei einer Plattenstärke von 0,5 bis J mm auf. Die Stärke der Metallisierung liegt in

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Grenzen von 1$ bis 50 /um. Die Abmessungen des Prüfobjektes - eines durch die Metallisierung gebildeten Röhrchens sind also: Länge 0,5 bis 't> mm, Außendurchmessor 0,5 bis 2 mm, Wanddioke 15 bis 50 .am.. Als Werkstoff für die Metallisierung dient üblicherweise Kupfer, das galvanisch aufgetragen wird.

Die Miniatur is ierung des Objektes erschwert die Aufgabe seiner Prüfungen, insbesondere wenn es eine komplizierte Form aufweist. An dem durch den Überzug gebildeten Röhrchen liegen von dessen Enden Kontaktflächen an, die zur Montage von Bauelementen dienen. Die Abmessungen dieser Kontaktflächen können in weiten Grenzen variieren. Bei Mehrlagenleiterplatten liegen an dem durch den überzug gebildeten Röhrchen auch flache weiter der einzelnen Lagen an, die uessen Konfiguration komplizieren.

Zur Güteprüfung bei der Metallisierung der Bohrungen, der Leiterplatten werden verschiedene Methoden angewendet: optische, elektrische Kontakt-, Strahlungs-, Wärme-, Wirbelstrom-Methoden usw. Macht eil ig bei der Sichtkontrolle sind deren Subjektivität und niedrige Leistung. Diese Methode gestattet es, die Oberflächengüte des Überzuges zu bewerten, keinesfalls aber die Dicke des Überzuges zumessen.

Nachteil der elektrischen Kontaktmethode besteht in der Unmöglichkeit, die Güteprüfung bei den Überzügen in den . Bohrungen vor Beginn einer Ätzung der Leiterplatten vorzunehmen. Dies hängt damit zusammen, daß vor der Ätzung die Bohrungen durch eine .Folienschicht auf den Oberflächen der Platte mite inander elektrisch verbunden sind, und der elektrische Widerstand zwischen den Kontakten des Gebers von der 3>Q Anzahl und den Parametern der metallisierten Bohrungen der Platte abhängt.

Die Strahlungsmethode erfordert eine sorgfältige Eichung des Geräts, hat eine niedrige Leistung (Die Meüzeig beträgt etwa I Minute pro Bohrung). Die Anwendung der Strahluhgsmethode erfordert außerdem die Einhaltung von Strahlenschutzsicherheitsmaßnahmen, was deren Verwendung in der Produktion hemmt.

Die (Infrarot-) Wärmemethode verlangt die Anwendung

einer komplizierten und aufwendigen Apparatur und wird für die Zwecke einer Defektoskopie des Überzuges der Bohrungen, d.h. für die Aufspürung von Störungen der Ganzheit, unbedeckten Flecken, üinschlüssen u.a. in einem Stichprobenverfahren eingesetzt.

Gegenwärtig werden Untersuchungen zum Zwecke der Auanutzung cer Wirbelstrom-Methode zur Güteprüfung bei der Metallisierung in den Bohrungen der Leiterplatten durchgeführt. Der Vorteil dieser Methode gegenüber den obengenannten besteht in der ErmÖe;lichunp; einea kontaktlosen Gütekontrollverfahrens beim elektrisch leitenden überzug in den Bohrungen der Leiterplatten in einer hohen Leistungsfähigkeit, einem einfachen Aufbau der entsprechenden Kinrichtungen, im Fehlen erhöhter Forderungen an die Sicherheits-I^ Vorschriften.

Es sind Wirbelstrom-lnnendurchgangsgeber zur zerstörungsfreien Güteprüfung bei der Innenflache hohler elektrisch leitender Objekte (s. Handbuch "Zerstörungsfreie Prüfungen", redigiert von R. Mc-iviaster, Übersetzung aus dem Englischen, Teil II, Moskau, Verlag "Energia", I965) weit bekannt.

Diese bekannten Wirbelstrom-Inaendurchgangsgeber zur zerstörungsfreien Güteprüfung bei der Innenfläche hohler elektrisch leitender Objekte stellen einen zylindrischen Tragkörper mit einer oder mehreren diesen Koaxial umschließenden Wicklungen dar, der innerhalb der- Bohrung eines zu untersuchenden Objektes untergebracht wird.

Der vorliegende Geber kann in einer parametrischen Ausführungsforiu hergestellt werden, d.h. wenn über die Para- · meter des PrüfObjektes nach einer Änderung des komplexen Widerstandes einer Wicklung geurteilt wird, die zur Induzierung von Wirbelströmen im Prüfobjekt dient. In einer transformatorischen Ausführungsform trägt die -Information über das Prüfobjekt die EMK einer anderen Meßwicklung. Der Transformatorgeber kann als Differentialgeber ausgeführt sein. In diesem Fall wird eine Abweichung der entsprechenden Parameter des Prüfobjektes von den Nennwerten nach einer Differenz der EMK zweier Meßwicklungen bewertet, die innerhalb dea Prüf Objektes bzw. eines Normaler Zeugnisses

untergebracht sind.

Der zylindrische Tragkörper mit den Wicklungen wird in den Hohlraum einer zu prüfenden Bohrung in der Weise eingeführt, daß deren Achsen zusammenfallen. Die an einen Wecnselstromgenerator angeschlossene Erregerwicklung erregt in einem zu prüfenden Erzeugnis Kreis-Wirbelstroine. Das durch das Erregerfeld und das Feld der Kreis-Wirbelströme best innate elektromagnetische Gesamtfeld beeinflußt den Wider standswert, der Erregerwicklung und die EMK der Meßwicklungen. Die Information in Form von Änderungen des komplexen Widerstandes oder der EMK der entsprechenden Wicklungen wird nach der Verarbeitung in den elektronischen Einrichtungen durch Meßgeräte registriert.

Ss ist ein Wirbelstromgeber für zerstörungsfreie Prüfungeii eines eleictrisch leitenden Überzuges in Bohrungen von Leiterplatten bekannt, der einen länglichen Zylinderkern mit einer diesen umschließenden Erreger- und einer Meßwicklung enthält, deren Leiter in Achsrichtung des Kernes gestreckt • sind (s. die US-PS 4072895, Kl. 324/258, 1978). Der ge-' nannte Geber wird in eine zu prüfende Bohrung in der Weise eingeführt, daß der Stab mit den Wicklungen axial zur Bohrung verläuft. Die Länge der Wicklungen ist um das mindestens I,2fache größer als die Dicke der Leiterplatte.

Das bekannte Herstellungsverfahren für den beschriebenen Geber besteht im Aufwickeln se.iner Wicklungen aus isoliertem Draht auf den zylindrischen Tragkörper. Dieses Verfahren wird auch·· bei der Herstellung anderer Wirbelstromgeber (s. beispielsweise die vorstehend angegebenen Bezugnahmen) weit verwendet.

Dieser Geber arbeitet ebenso wie die oben beschriebenen Innendurchgangsgeber mit koaxial angeordneten Wicklungen, nur daß die in den Wänden der zu prüfenden Bohrung induzierten WirbelstrÖme in -,Achsrichtung der Bohrung fließen und an den Enden der Bohrung in sich schließen. Da die Leiter der Wicklungen des bekannten Gebers den Zylinderkern umfassen, wobei sie sloii an dessen Stirnseiten schneiden, entstehen Schwierigkeiten beim Aufwickeln dieser Leiter, die auf geringe Abmessungen des Kernes

. (unterhalb von. I mm) zurückzuführen sind. Hierbei liegt eine starke Streuung elektrischer Kenndaten der Geber bei deren unter einem Mikroskop ausgeführter manueller- Aufwicklung vor. Außerdem ist eine Beschädigung der Leiter der Wicklungen des Gebers bei dessen Einführung in eine zu

prüfende Bohrung möglich, insbesondere dort, wo die Leiter von der Zylinder- auf die Stirnfläche des Stabes übergehen. Darlegung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Konstruktion eines Wirbelstromgebers einer Einrichtung für zerstörungsfreie Prüfungen von Bohrungen bei Erzeugnissen und von Rohren und dessen Herstellungsverfahren zu schaffen, wo aufgrund einer Änderung der Anordnung der Wicklungen auf dem Kern und des Verfahrens für deren Formierung die Verschleißfestigkeit und Fertigungsfreundlichkeit der letzteren beträchtlich erhöht werden.

Die Lösung der genannten Aufgabe erfolgt dadurch, daß die Leiter der Wicklungen des Gebers unter Ausbildung einer Spirale miteinander verbunden und ganz nur auf der Seitenfläche des Kernes angeordnet sind.

Dadurch weist der Geber eine höhere Verschleißfestigkeit auf, weil die Leiter der Wicklungen auf die Stirnfläche des Stabes nicht übergehen und die Wahrscheinlichkeit deren Beschädigung bei einem Stoß der Stirnseite des Gebers .gegen eine feste fläche im Prüfverfahren gering ist.

Der andere Vorteil des erfindungsgemaßen Gebers besteht in seiner einfachen Ausführung. Die ausschließliche Anordnung der Leiter der Wicklungen des Gebers auf der Seitenfläche des Stabes ohne gegenseitige Kreuzungen gestattet es, ein arbeitsintensives und eine niedrige Herst ellungsgenauigkeit aufweisendes Aufwickeln der Wicklungen mit einem Draht zu vermeiden und dieses durca hochproduktive und exakte Wicklungsverfahren, wie sie Fotolithografie oder Laserstrahlbearbeitung sind, zu ersetzen.

Zweckmäßig wird der Kern des Gebers in Form eines regelmäßigen Vielflaches oder eines Zylinders mit einer Längs-Symmetrieachse aufgeführt.

Es ist auch zweckmäßig, daß'die Querschnittsform des Kernes die der zu prüfenden Bohrung nachahmt.

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Dadurch, wird das Herstellungsverfahren für die Wicklungen des Gebers vereinfacht, weil die Wicklungen auf den ebenen flächen des Kernes mit Hilfe der Projektionsfotolithografie oder eines Laserstraals bequem zu formen sind. Außerdem weist der Geber, dessen Kern im Querschnitt die Querschnittsform der zu prüfenden Bohrung nachahmt, eine maximale ümpfindlichkeit gegen die Parameter des Prüfobjektes auf.

Ss ist möglich, die Wicklungen des Gebers mit Kontakt flächen zu versehen und in !Form eines Paares von um eine der Langs-Symmetrieebenen des Kernes symmetrisch angeordneten Wicklungsteilen auszuführen und in jedem Wicklungsteil die Leiter paarweise symmetrisch um die andere Syuiaetrieebene des Kernes anzuordnen, die zur genannten Symmetrieebene des Kernes quer verläuft, wobei die das Paar bildenden Wicklungsteile gleichsinnig in Reihe zu schalten sind.

Ss ist auch zweckmäßig, daß der Kern aus einem elektrisch leitenden oder nichtleitenden Werkstoff ausgeführt ist.

Zweckmäßig werden, die Wicklungen auf einer Seite eines auf dem Kern einlagig befestigten elastischen dielektrischen Substrats angeordnet, sowie daß der Geber mit auf der anderen Seite des dielektrischen Substrats angeordneten Zusatzwicklungen versehen ist.

Durch die Symmetrie der Anordnung der Leiter der Wicklungen auf der Oberfläche des Kernes wird eine Verringerung der Beeinflussung des Signals des Gebers durch eventuel-. Ie QuerνerSchiebungen des Gebers in der zu prüfenden Bohrung erreicht, was die Genauigkeit von mit Hilfe des Gebers JO durchgeführten Messungen erhöht. Die Anwendung des elastischen dielektrischen Substrats im Geber gestattet es, die Herstellung des Gebers zu vereinfachen, weil es dadurch möglich wird, die Arbeitsgänge zur formierung der Wicklungen auf dem Substrat und zu deren Befestigung auf dem Stab zu trennen. Die Verwendung der Zusatzwicklungen auf der anderen Seite des Substrats im Geber erhöht die Smpfindlicnkeit des Gebers gegen die Parameter des Prüfobjektes.

Auch zweckmäßig werden die Kontaktflächen dor Wick-

lungen auf der einen und auf der anderen Seite des Substrats gegeneinander längs der Achse des Kernes verschoben sind, während das Substrat mit den auf dieses aufgebrachten Wicklungen auf den Kern mehrlagig gewickelt ist, und daß der Geber mehrere übereinander angeordnete Substrate mit den auf diese aufgebrachten Wicklungen enthält.

Dadurch wird eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit des Gebers gegen die Parameter des Prüfobjektes erreicht, denn es wird die 'Windungszahl vergrößert. Durch eine gegenseiti^e Versetzung der Kontaktflächen längs der Achse des Kernes wird es möglich, in verschiedenen Lagen befindliche Wicklungen untereinander zu verbinden.

Die Losung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt auch durch das Herstellungsverfahren für den Geber, bestehend da-X^ rin, daß aus einem elastischen nichtleitenden Werkstoff ein flaches Substrat gefertigt wird, dessen Abmessungen denen des Kernes entsprecnen, auf dem ersteren Wicklungen geformt werden, worauf dieses auf der Oberfläche des Kernes befestigt wird.

Dadurch wird der Pertigungsprozeß für den Geber vereinfacht und die Arbeitsintensität dieses Prozesses abgesenkt. Die Wicklungen können auf dem flachen Substrat auch gruppenweise geformt werden, was die Arbeitsintensität der Herstellung der Geber sprunghaft herabsetzt und die Variationen ihrer Kenndaten geringer hält.

Es ist möglich, im elastischen Substrat Bohrungen auszuführen, daa Substrat zu metallisieren, Wicklungen auf beiden Seiten des Substrats derart zu formen, daß der Wicklungsanfang und das Wicklungsende auf der gegenüber dem Kern inneren Seite der Substrate mit der ivietallisierung der entsprechenden Bohrungen im Substrat verbunden werden, auf der entgegengesetzten Seite des Substrats Kontaktflächen zu for~ men, deren jede mit der Metallisierung der entsprechenden Bohrung verbunden ist, und an die Kontaktflächen nach der Befestigung des Substrats auf der Oberfläche des Kernes Außenanschlüsse zu legen.

Dadurch wird eine weitere Vereinfachung des ffertigungaprozesses für den Geber erreicht, da mit Hilfe der me-

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tallisierten Bohrungen im Substrat die Verbindung der Außenanschlüese mit den Wicklungen auf der gegenüber dem Stab inneren Seite des Substrats towie die Verbindung der einzelnen Paare der Wicklungsteile der Mehr lagenwicklung en unter-' einander erleichtert werden.

Zweckinäßigerweise ist auch das Substrat durch Vakuumbedaiapfung. oder nacheinander durch chemische und elektrolytisohe Abscheidung zu metallisieren. Als Ausgangsstoff für die Formierung der Wicklungen ist es auch zweckmäßig, ein flaches Substrat mit einer auf dieses aufgetragenen Metallfolie zu benutzen. Zur Formierung der Wicklungen auf dem metallisierten Substrat ist es vorteilhaft, von der Fotolithografie Gebrauch zu machen.

Dadurch werden Automatisierung der Formierung der Wick-15' lungen, Absenkung der Arbeitsintensität der Herstellung des Gebers und Verringerung der Variationen seiner Kenndaten erreicht *

Die Wicklungen mit Kontaktflächen können unmittelbar auf dem Kern selbst geformt werden.

Dadurch wird die Arbeitsintensität der Herstellung des Gebers zusätzlich gesenkt, weil eine Operation zur Befestigung des elastischen Substrats mit den Wicklungen auf dem Kern entfällt.

Zur Formierung der Wicklungen unmittelbar auf dem Kern selbst ist es zweckmäßig, seine Oberfläche, beispielsweise durch Vakuumbedampfung oder durch aufeinanderfolgende chemische und elektrolytische Abscheidung^ zu metallisieren. . Ist der Kern aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt, so wird seine Oberfläche vor der Metallisierung mit einer Isolierschicht bedeckt. Auf der metallisierten Oberfläche sind die Wicklungen zweckmäßigerweise im foto- . lithografischen Verfahren zu formen. Zweckmäßig ist es auch, die Wicklungen auf der metallisierten Oberfläche mit einem Laserstrahl zu formen. In diesem Fall ist das Material für die Isolierschicht der Oberfläche des Stabes aus einer Gruppe der wärmebeständiger Materialien zu wählen.

Durch Ausnutzung der geschilderten Methoden zur Formierung dar Wicklungen unmittelbar auf dom Kern eälbct wird

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die Arbeitsintensität der Herstellung des Gebers zusätzlich gesenkt.

Zweckmäßig ist es auch, die Wicklungen nacn deren Formierung auf dem Kern mit Isolierschichten zu überziehen, ^ auf deren jeder zusätzlich Wicklungen zu formen sind, die

zweckmäßigerweise untereinander über vorgefertigte Bohrungen in den Isolierschichten zu verbinden sind. Hierbei werden die Bohrungen metallisiert.

Dadurch wird eine. Erhöhung der . Empfindlichkeit des Gebers erreicht.

Zweokmäßigerweise sind die Wicklungen des Gebers auch durch Vakuumbedampfung über Masken sowie durch Siebdruck zu formen.

. Dies gestattet es, die Herstellungstechnologie des Gebers zu vereinfachen, weil die Durchführung der Metallisierung und der Fotolithografie entfällt. KurzbeSchreibung von Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand deren konkreter Ausführungsbeispiele und beiliegender Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. I einen erfindungsgemäßen Wirbelstromgeber mit einer Wicklung, die ganz auf der Seitenfläche des Stabes angeordnet ist;

Fig. 2 Spiralwicklungen des erfindungsgemäßen Gebers auf beiden Seiten eines flachen elastischen Substrats;

Fig. 2 einen Querschnitt durcn den erfindungsgemäßen Geber mit einem kreisförmigen elektrisch leitenden Zylinderkern und mit zwei Wicklungen;

Fig. 4 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Geber mit einem elektrisch leitenden Kern quadratischen Querschnitts und mit einer Wicklung;

Fig. 5 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Geber mit einem elektrisch leitenden Kern hexagonalen Quer-. sohnitts und mit einer einteiligen Wicklung; Fig. 6 einen in einer Bohrung einer Mehrlagenleiter-

. platte untergebrachten erf indungsgemaßen Wirbelstromgeber vom Transformatortyp mit zwei auf einem elastischen dielektrischen Substrat formierten zweiteiligen Wicklungen, das auf einem Zylinderkern befestigt ist;

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5¹Ig. 7 Qin erf indungs gemäß es flaches Substrat aus einem. elastischen Dielektrikum mit zwei auf dessen beiden Seiten angeordneten zweiteiligen Wicklungen;

Fig. a einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße flache Substrat mit zwei auf dessen beiden Seiten angeordneten zweiteiligen Wicklungen;

Jig. 9 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Geber mit einer auf einem elastischen dielektrischen Substrat ausgeführten Mehrlagenwicklung; Fig. 10 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Geber mit einem kreisrunden Zylinderkern aus Dielektrikum und mit drei Paaren von um einen Winkel von 60 gegeneinander versetzten Wicklungsteilen;

Fig. II einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Geber mit einem hexagonalen dielektriscnen Kern und mit drei Paaren von um einen Winkel von 60 gegeneinander versetzten Wicklungste ilen;

Fig. 12 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Geber mit einem kreisrunden Zylinderkern aus Dielektrikum mit einer Zweilagenwicklung aus vier- Paaren von Wicklungsteilen.

Die beste Ausführungsform der Darlegung der Erfindung

Obwohl die vorliegende Erfindung, wie bereits mehrfach erwähnt, mit Erfolg in Einrichtungen eingesetzt werden kann, die für zerstörungsfreie Prüfungen von Bohrungen bei den verschiedensten Erzeugnissen und von Rohren vorgesehen sind, wird sie nichtsdestoweniger, da die vorliegende Erfindung aia wirksamsten für zerstörungsfreie Prüfungen der Metallisierung von Bohrungen bei Leiterplatten anzuwenden ist, zur Vereinfachung und-Verdeutlichung der Darlegung der Erfindung im weiteren an deren konkretem Ausführungsbeispiel für zerstörungsfreie Prüfungen der Metall is ir ung der Bohrungen der Leiterplatten näher erläutert werden.

Der Wirbelstromgeber I (Fig.I) einer Einricntung für ■55 zerstörungsfreie Prüfungen von Bohrungen bei Erzeugnissen und von Rohren enthält einen länglichen Kern 2. und eine Wicklung 5, deren Leiter 4 und 5 parallel zur z-Achse des Kernes 2 verlaufen. Die Wicklung 5 ist in Form einer Spirale

ausgeführt, die ganz auf der Seitenfläche des Kernes 2 (Jig. I bis 5) angeordnet ist.

Derartiger Geber weist eine hohe Verschleißfest igkeit auf, weil die ganz auf der Seitenfläche des Kernes angeordneten Leiter seiner Wicklungen eventuellen mechanischen Bescnädigungen weniger als im Falle der Anordnung der Leiter auf den Stirnseiten des Kernes ausgesetzt. sind.

Die WicIdung 3 ^ω'¹⁽3 eine Zusatzwicklung 6 können auch in !Form von Paaren spiralförmiger Wicklungsteile 7 »2 bzw.

IQ 9, IO (Fig. 6,7) ausgeführt werden, die symmetrisch um eine von χ ο z-Länge-Symmetrieebeneri des Kernes 2 angeordnet sind. In jedem der Wicklungsteile 7 ti is 10 sind die Leiter 4 und 5j II und 12 paarweise symmetrisch um eine andere, zur χ ο z-Ebene senkrecüt verlaufende y ο z-Langs-Syinmetrieebene des Kernes 2 angeordnet. Die ein Paar bildenden Wicklungsteile 7 und S sind gleichsinnig in Reihe mit dem Ziel geschaltet, daß deren Magnetflüsse addiert werden. Analog sind auch die Wicklungsteile 9» IO der Wicklung 6 ausgeführt. Die Ausführung der Wicklungen 3 und 6 in Form der Paare der Wicklungsteile 7, 8 bzw.'9,10 (Fig. 2,7) gestattet es, eine Differenz von Längen der Leiter 4 sowie der Leiter 5, II,. 12 gegenüber der Differenz der Längen der gleichen, eine einteilige Wicklung 3 oder-6 mit der gleichen Leiterzahl· (Pig. 2) zusammensetzenden Leiter zu verringern. Dadurch wird eine Verringerung der Lange von unwirksamen Teilen der Leiter verringert, die die Grenzen einer zu prüfenden Bohrung bei der Arbeit des Gebers überragen. Wie nachstehend. gezeigt wird, muß die Länge des kürzesten Leiters II der kürzeren Wicklung 6 die Dicke einer Leiterplatte IJ über-JO schreiten. Auf solohe Weise wird infolge der Ausführung der Wicklungen· 3 und 6 aus zwei Teilen eine relative Empfindlichkeit des Gebers erhöht, die als Änderung seines relativen Signals bei einer geringen Änderung eines .Meßparameters, beispielsweise der Dicke des Überzuges in der Bohrung, defl-' niert wird. Hierbei wird unter dem relativen Signal ein Verhältnis des Signals des Gebers zu einem Anfangssignal des Gebers verstanden, das bei Fehlen des Prüf Objektes' in der Nähe des Gebers ermittelt wird.

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Der Kern 2 ist in Form eines Zylinders, beispielsweise eines Kre iszylinders (Fig. I,5,6,9»IO,I2) ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform weist der Kern 2 die Form eines regelmäßigen Sechs flaches, beispielsweise mit einem quadratischen (Fig. 4) oder einem hexagonalen Querschnitt (Figo> II) auf. Der Werkstoff des Kernes wird elektrisch nichtleitend oder leitend gewählt. Zweckmäßig, besitzt der Werkstoff des Kernes eine hohe Biegefestigkeit, was eine Festigkeit des Gebars gegen Biegekräfte sichert, die bei einer Schiefstellung des Gebers in der zu prüfenden Bohrung entstehen. Als Werkstoff des Kernes ist zweckmäßigerweise zum Beispiel industrieller Diamant zu wählen. Zum Zwecke einer Absenkung der Kosten des Gebers und einer Vereinfachung, seiner Herstellung ist es vorteilhaft, als Werkstoff des Kernes ein Metall oder eine Legierung zu wählen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, daß der Werkstoff des Kernes eine niedrige spezifische Leitfähigkeit aufweist. Dann'steigt die ümpfindlicxikeit des Gebers an, weil die Dichte der Wirbelströme im Kern abnimmt. Solche Forderungen erfüllt beispielsweise nichtrostender Stahl.

Zweckmäßig ist, daß die Querschnittsform des Kernes die einer zu prüfenden Bohrung 14 nachahmt.

Die Enden jeder der Wicklungen 3. und 6 sind mit Kontaktflächen 15, 16 bzw. 1?,la (Fig. 1,2,3,6,7) versehen, die für Außenanschlüsse 19, 20, 21,22 (Fig. 1,6) dienen.

Der Anschluß der Wicklungen des Gebers an die Einrichtung für zerstörungsfreie Prüfungen erfolgt ebenso wie bei allen ähnlichen Einrichtungen, in denen die Wirbelstromgeber ausgenutzt werden.
Die Wicklung 3 wird über die Kontaktflächen 15, 16 (Fig. I, 2, 6,7) mit dem Ausgang eines (in Fig. nicht angedeuteten) Wechselstromgenerators verbunden und dient zur Erzeugung eines quer zur z-Achse des Kernes 2 gerichteten magnetischen Wechselflusses 23 (Fig. 3,4,5)> der in der zu prüfenden Bohrung 14 (Fig. 6) Wirb el ströme induziert, die längs ihrer Achse gerichtet sind. Ist der Geber zur Prüfung von Rohren eingesetzt, werden die Wirbel ströme ^ⁿ den fiohrwänden induziert und sind auch längs der Achse des

Roiares gerichtet.

Die Wicklung 6 wird über die Kontaktflächen 17, 18 (Fig. 6, V) mit einer (in Pig. nicht gezeigten) Meßeinrichtung verbunden, die zur Registrierung einer in der Wicklung 6 induzierten EMK dient, die von den Parametern der Bohrung, beispielsweise von der Dicke eines elektrisch leitenden Überzuges 24 in der zu prüfenden Bohrung 14 oder von der -Wanddicke, des zu prüfenden Rohres, oder vom Innendurchmesser der Bohrung oder des Rohres sowie von der spezifischen Leitfähigkeit des Werkstoffes des Überzuges 24 der Wand der Bohrung 14 oder des Rohres abhängt.

li's ist eine Ausführung des Gebers I mit einer Wicklung 5 (parametrische Ausfühxungsform) möglich, die zur Induzierung der Wirbelstrom^ im Überzug 24 und zur .He-X^ gistrierung eines von den Parametern des Überzuges 24 abhängigen Widerstandswertes der Wicklung dient. In diesem Fall ist die Wicklung in eine (in Pig. nicht gezeigte) Brückenschaltung gelegt, deren einer Diagonalζwe ig an den Generator und anderer an die Meßeinrichtung angeschaltet ist. Ss ist auch möglich, die Wicklung in den Resonanzkreis eines selbsterregten Generators oder eines Verstärkers (in Fig. nicht angedeutet) einzuschalten. Die genannten Schaltungen der Wicklung sind gut bekannt (s. z.B. "Geräte für eine zerstörungsfreie Güteprüfung -bei Werkstoffen und Srzeugnissen", Handbuch, redigiert von V.V.Kljueb, Heft 2,· Moskau, VerlaK "Mashinostroenie", 1976).

Die Wicklungen 5 und 6 des Gebers I sind auf den entgegengesetzten Seiten eines elastischen dielektrischen Substrats 25 (I¹Ig* 2,2,6j,7>ö) angeordnet, das auf dem Kern 2 beispielsweise mit Hilfe eines Klebemittels fest anliegend angebracht wird. Hierbei wird der elektrisch leitende Kern 2 vorher mit einer dünnen Isolierschicht 26 bedeckt, um einen Windungsschluß bei der gegenüber dem Kern 2 inner en Wicklung 6 (Fig. 5,9) zu vermeiden. Die Leiter 4 und 5, II und 12 der" Wicklungen 5 bzw. 6 sind zweckmäßigerweise einander gegenüber auf den entgegengesetzten Seiten eines Substrats 25 zur Vergrößerung der Empfindlichkeit des Gebers durch Vergrößerung der I?lußverkettung der Wicklungen

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5 und 6 in. diesem Fall anzuordnen. Enthält der Geber eine V/ic klang 3, wird sie auf einer bezüglich des Kernes 2 äußeren Seite des Substrats 25 (Fig. 4» 5) angeordnet.

- Die Kontaktflächen 15 und 1? sind gegeneinander entlang der z-Achse des Kernes 2 in der Weise versetzt, daß sie einander nicht überdecken. Zu diesem Zweck iat die Wicklung 6 auf der äußeren Seite des Substrats 25 kürzer als die Wicklung 3 auf der inneren ^eite des Substrats. Dasselbe trifft auch auf die Kontaktflächen 16,la und auf die Längen der Wicklungsteile 7 und Ü zu. Hierbei muli die Länge des kürzesten Leiters II (Fig.6,7) oder 12 (FiK. 2) der kürzeren Wicklung 6 die Dicke der Leiterplatte IJ um das mindestens I,2fache überschreiten, um den Einfluß eventueller Axialverschiebungen des Gebers I in der Bohrung auf die Signale des Gebers abzuschwächen.

Ist der Geber I für Prüfungen von Langrohren oder Bohrungen bei Erzeugnissen größerer Dicke vorgesehen, so ist die Länge der Leiter der Wicklungen des. Gebers I kleiner als die Lange der zu prüfenden üohre oder die Dicke der Srzeugniss.e mit den zu prüfenden Bohrungen. In diesen Fällen wird die Länge der Leiter der Wicklungen aus Erwägungen der Bequemlichkeit des Umganges mit dem Geber bestimmt, da durch die Lange der Leiter der Wicklungen die Länge des Kernes 2 festgelegt wird, während der Einfluß der e.ventuellen Axialverschiebungen des Gebers I in den Bohrungen oder Rohren auf die Signale des Gebers praktisch ausbleibt.

Die Kontaktflächen 27» 28 auf der bezüglich des Kernes 2 äußeren Oberfläche des Substrats 25 sind mit den entsprechenden Leitern 4 der Wicklung 3 über Bohrungen 29» 30 im T)Q Substrat 25 (Fig. 6,7) verbunden. Die Verbindung kann durcn eine an den Wänden der Bohrungen 29, 30 abgeschiedene Metallschicht verwirklicht werden, die mit den entsprechenden Kontaktfläcnen 27, 2Ü und den Leitern 4 der Wicklung 3 über die Kontaktflächen 15» 16 auf der bezüglich des Kernes 2 . inneren ¹^eite des Substrats 25 verbunden wird. Dadurch wird die Verbindung der AuÜenanschlüsse mit den Wicklungen vere infacht.

Es ist eine Ausführungsform des Gebers mit Wicklungen möglich, die auf einem Substrat 25 angeordnet sind, das

um den Kern 2 in mehreren gegeneinander elektrisch isolier-■ ten Lagen (Pig. 9) gewickelt ist. Auf dem mit einer mehrlagigen, hier vierlagigen, Isolierschicht 25 bedeckten Kern 2 ist das Substrat 25 mit den daran angeordneten Leitern 4,5 der Wicklungen befestigt. Die erforderlichen gegenseitigen Verbindungen der .Wicklungen in den durch das Substrat 25 gebildeten Lagen kommen über (in Pig. 9 nicht gezeigte) metallisierte Bohrungen zustande, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

D^r Geber I mit einer Mehrlagenwicklung (Fig. 9) kann in einer parametrischen Ausführ ungsform mit einer 'Wicklung ausgeführt werden, die mehrere einzelne Wicklungsteile in Analogie zu dem in Pig. 1,2 gezeigten oder mehrere Paare in Reihe liegender Wicklungsteile in Analogie zu den Wicklurigsteilen 9, 10 in Pig. 7 enthält.

Der gleiche Geber kann in einer transformatorischen Ausführungsform mit zwei Wicklungen - einer Erreger- und einer ivieJiwicklung - hergestellt werden, deren jede mehrere Paare in Seihe liegender Wicklungsteile in Analogie zu den i*¹ S¹Ig· 6 und 7 gezeigten enthält.

Die andere Ausführungsform des Gebers mit einer mehrlagigen Anordnung der Wicklungen kann in Gestalt eines Stabes mit mehreren übereinander angeordneten Substraten hergestellt werden, auf deren jedes die Leiter der Wicklungen aufge-

tragen sind. .

Es ist eine weitere Ausführungsform des Gebers möglich, in der die Paare 9a, IOa; 9b, XOb-, 9ο,ΙΟο,9ά.^Οάαα: Wicklungsteile gegeneinander um einen Winkel um die Längsachse des Stabes (Pig.. 10,11,12) verschoben sind. Hierbei be-/tragen die Winkel zwischen den Achsen 51a, 51b, 51c, von durch die entsprechenden Paare der Wicklungsteile erzeugten Magnetflüssen beispielsweise 60° (Pig. 10,11) oder 45° (Pig. 12).

Derartige Ausführungsform des Gebers kann bequem durch Anwendung einer Mehrlagenwicklung (Pig. 12) verwirklicht werden. Hierbei ist die durch das entsprechende Paar der Wicklungsteile der einen Lage eingenommene Zone 9a, IOa um einen Winkel von beispielsweise 45° gegen die andere durch

das entsprechende Paar der Wicklungsteile der anderen Lage besetzte Zone 9c, 10c verschwenkt.

Indem der Drehwinkel der Paare der Wicklungsteile gegeneinander durcii Vergrößerung der Paarzahl der Wicklungsteile vergrößert wird, kann eine entsprechende Verringerung ües Winkels zwiscnen den Achsen der Magnetflüsse der Paare der Wicklungsteile und dadurch eine gleichmäßigere Empfindiichkeit des Gebers nach einer Winkelkoordinate in Bezug auf dessen Längsachse erzielt werden.

,Q Der die einteiligen Wicklungen 2,6 (U¹Ig* Ij 2) oder die

aus einem Paar der Wicklungsteile 9» IO und 9,ä (Fig.6,7) zusammengesetzten Wicklungen 3 bzw. 6 aufweisende Geber I besitzt die höchste Ungleichmäßigkeit der Empfindlichkeit nach der Winkelkoordinate, weil der durch diesen erzeugte

Iß ,/iap;netfluß 2 2 die höchste Ungleichmäßigkeit der Verteilung nach der WinkelKoordinate aufweist. Diese Eigenschaft des Gebers i^t zwecianäßigerwe ise zur Bewertung der Güte der . Wände der zu prüfenden Bohrung um deren Achse herum, beispielsweise zur Bewertung der Dickenunterschiedlichkeit des Überzuges in der Bohrung oder : · der Rohr w and e ,. auszunutzen.

Die oben beschriebenen Variationen der Anordnung der V/i ckl angst eile des Gebers auf dessen Kern gestatten es, Geber mit verschiedener WinkeIempfindlichkeit zu erhalten, die in verschiedenen Fällen zur Anwendung gelangen können. So ist der Geber mit einer gleichmäßigen Winkelempfindlichkeit zu einer integralen Einschätzung von Eigenschaften eines Prüf Objektes, be itipielsweifle zur Messung einer auf dem Umfang der Bohrungen der Leiterplatten mittleren Dicke der ivletallisierung, geeignet. Der Geber mit einer ungleicnmäßigen Winkelempfindlicnkeit ist zu einer lokalen Einschätzung von Eigenschaften des PrüfObjektes, beispielsweise zur Messung einer Dickenunterschiedlichkeit der Wände elektriscn leitender Rohre, der der ivletallisierung der Bohrungen der Leiterplatten oder zur Entdeckung von Rissen, Blasen und anderen Störungen der Ganzheit in Rohren, Wänden von Bohrungen bei Erzeugnissen aus elektrisch leitenden Werkstoffen oder in Metallüberzügen von Bohrungen

bei Erzeugnissen aus Dielektriken, beispielsweise in der Metallisierung der Bohrungen der Leiterplatten, geeignet.

Der erfindung3gemäße Geber wird wie folgt hergestellt. Auf einem aus einem elastischen elektrisch nicntleitenden Werkstoff hergestellten flachen Substrat 25» dessen Abmessungen denen des Kernes 2 entsprechen, werden Wicklungen 3 und 6 (Fig. 2, 7) geformt. Die Breite 1 des Substrats 25 muß gleich dem Umfang des Kernes 2 unter Berücksichtigung der Isolierschicht 26 (S¹Ig.. 3") bei einlagiger Anordnung des Substrats 25 auf dem Kern 2 und ohne Berücksichtigung der Isolierschicht bei der Anordnung des Substrats 25 auf dem Kern 2 aus einem elektrisch nicntleitenden Werkstoff sein. Wird das Substrat 25 auf dem Kern 2 mehrlagig angeordnet, muß die Breite 1 jeder nachfolgenden Lage des Substrats 25 jeweils derart vergrößert werden, daß sie dem Umfang der vorhergehenden Lage gleich wird.

■ Im elastischen. Substrat 25 weraen zuerst Bohrungen 29, 30 ausgeführt, dann das Substrat, einschließlich der Wände der Bohrungen 29, 30, metallisiert, Wicklungen 3 und 6 von beiden Seiten des Substrats 25 in der Weise geformt, daß der Anfang und das Ende der Wicklung 6 auf der gegenüber dem Kern 2 inneren Seite des Substrats mit einer Metallisierung 32, 33 der entsprechenden Bohrungen 29» 30 im Substrat 25 (i'ig. 6,7) verbunden werden. Auf der entgegengesetzten Seite des Substrats 25 werden mit der Metallisierung 32, 33 tier entsprechenden Bohrungen 29> 30 verbundene Kontaktflächen 27 und 28 formiert und an die Kontaktflächen 27, 28 und 17, 18 nach der Befestigung des Substruts 25 auf der Oberfläche dee Kornes 2 Außenanachlüsse 21, 24 bzw. 171 35 gelegt. Zur Verbindung der Kontaktflächen 27, 28 und 17, 18 mit den Außenanscalüssen 21, 34 und 17, werden beispielsweise Löten oder Scnweißen verwendet. Hierbei wird eine gute "Wärmeableitung von der Verbindungsstelle über den Kern 2 ermöglicht, und das Substrat 25 wird nicht beschädigt. Die Metallisierung des Substrats 25 erfolgt beispielsweise durch Vakuumbedämpfung oder aufeinanderfolgende chemische und elektrolytische Abscheidung. Gemäß einem anderen Herstellungsverfahren für den

3050*9?

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Wirbelstromgeber werden auf dem flachen dielekLriscnen Substrat 25 mit einer auf dieses beidseitig- aufgetragenen I'Olie, beispielsweise Kupferfolie, Wicklungen 2 und 6 mit Kontaktflächen 15» 16 und 17, lü formiert, an sie Außenan-Schlüsse gelegt und dann das Substrat 25 auf der überfläcrie des Kernes 2 beispielsweise mit Hilfe eines Klebemittels befestigt. Dies gestattet es, als Substrat 25 durch die Industrie produzierte metallkaschierte Dielektriken einzusetzen, wodurch die Metallisierung des Substrats 25 entfällt und der Fertigungsprozeß für den Geber vereinfacht wird.

Zur X'' or tu ie rung aer Wicklungen j5 und ΰ wird vom bekannten f otolithograf iscnen Verfahren Gebrauch gemacht. Zweckmäßig ist, die Wicklungen 5 und 6 auf dem Substrat 25

}t gruppenweise herzustellen, indem mit Hilfe einer mehrstelligen einheitlichen Fotomaske auf einmal eine Gruppe, beispielsweise 25» der Wicklungen 5 und 6 auf beiden Seiten des ■ Substrats 25 formiert wird, worauf das Substrat mit den Wicklungen in einzelne Abschnitte entsprechend den geforderten Maßen getrennt wird. Dies gestattet es, die Arbeitsproduktivität bei der Formierung von Wicklungen zu erhöhen. Zur Herstellung der mehrstelligen Fotomaske wird ein Dupli-' zieren von einem Fotooriginal verwendet, wodurch eine hohe Reproduzierbarkeit der Form .und der Abmessungen der Wickiungen und folglich auch eine geringe Streuung elektrischer Kenndaten der Geber erreicht werden.

Eine noch weitere Herstellungsweise für den Wirbelstromgeber besteht darin, daß die Wicklungen 5 und 6 direkt auf dem Kern 2 selbst geformt werden. Die Oberfläche des JO Kernes 2 wird beispielsweise durch Vakuumbedampfung oder aufeinanderfolgende chemische und elektrolytische Abscheidung metallisiert, worauf die V/ic kl ung en beispielsweise mit Hilfe der Fotolithografie oder eines Laserstrahls formiert werden. Ist der Kern 2 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt, wird die Oberfläche des Kernes vor der Metalliaierung mit einer Isolierschicht 26 überzogen, wahrend zur Formierung der Wicklungen mit dem Laserstrahl die Isolierschicht 26 aus einer Gruppe wärmebeständiger Stoffe,

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wie sie Email oder Glas sind, gewählt wird.

Die erfind ung Sg emäße Formung der Wicklungen unmittelbar auf dem Kern gestattet es, eine manuell auszuführende Operation zur Auftragung der Wicklungen auf den Kern im Falle der Anwendung der Fotolithografie, Aufdampf ung durch Masken u.a. zu eliminieren.

Die Formierung der Wicklungen unmittelbar auf dem Kern selbst ist zweckmäßigerweise anzuwenden, wenn der Kern die Form eines Vielflaches aufweist. In diesem Fall ist es bequem, die Wicklungen auf den ebenen Flächen des Kernes mit Hilfe einer Kontakt- oder Projektionsfotalithografie oder mit einem Laserstrahl zu formieren. Zur Herstellung von Mehrlagenwicklungen wird die erste Lage nach deren Formierung auf dem Kern mit einer Isolierschicht überzogen, worauf in der gleichen V/eise die Wicklungen einer weiteren Schicht formiert werden usw. Hierbei werden die Wicklungen untereinander beispielsweise über in den Isolierschichten vorgefertigte Bohrungen mittels Metallisierung verbunden.

Die Formierung der Wicklungen unmittelbar auf dem Kern selbst gestattet es, den Arbeitsgang zur Befestigung des elastischen Substrats 25 auf der Oberfläche des Kernes 2 auszuschließen und dadurch den Fertigungsprozeß für den Geber zu vereinfachen.

Ein noch weiteres Verfahren zur Formierung der Wicklangen 5,6 auf dem elastischen Substrat 25 oder unmittelbar auf dem Kern 2 selbst besteht in der Anwendung der Vakuumaufdampfung von Metall durch Masken. Hierbei entsprechen die Durchbrüche in der Maske dem Leiterbild und den Kontaktflächen der Wicklungen.

Sin anderes Verfahren zur Formierung der Wicklungen .besteht in der Anwendung des Siebdruckverfahrens.

Diese zwei letzteren Verfahren sind zweckmäßigerweise zur Formierung der Wicklungen 5»6 zu. verwenden, deren Leiter 4,5» II, 12 eine Breite von über 100 A*m aufweisen. Der Wirbelstromgeber I arbeitet wie folgt. .

Die Erregerwicklung 5 und die Meßwicklung 6 des Gebers werden an einen Wechselstromgenerator bzw. an eine Meßeinrichtung (in Fig. nicht angedeutet), wie oben beschrieben,

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-WtS-

Der erf indung 2 gemäße Geber I, der in eier par ame t riscixen Ausführungsform nur eine Wicklung enthält, kann entweder in einen Resonanzkreis eines se'ibsterregten Generators oder eines Resonanzverstärkers, oder in eine $ Brückensohaltung eingeschaltet werden, deren einer Diagonalzweig an den Generator und anderer au die ivieii einrichtung (in Fig. nicht gezeigt) angeschlossen ist. Alle obengexiaunten Schaltungen des Gebers sind allbekannt.

Der Kern 2 mit den Wicklungen 5 und 6 wird in eine zu prüfende Bohrung 14 der Leiterplatte 12 senkrecht zu deren Oberfläche eingeführt und gleichachsig mit der Bohrung 14 in der Weise angeordnet, daß die Heizwicklung 6 eine Mittelst ellung bezüglich der Bohrung 14 (Pig. 6) einnimmt.

Bei Prüfungen von Rohren wird der Kern 2 mit den Wicklangen 3 und 6 i:a Rohr gleichachsig zu diesem angeordnet. ■ In gleicher Weise wird der Geber I auch bei Prüfungen von Bohrungen in Erzeugnissen, beispielsweise in Metallteilen, eingestellt.

In der Wicklung 2 läuft ein Wechselstrom um, der einen magnetischen Wechselfluß 25 erzeugt, dessen Achsen JI quer zur Acnse des Gebers I (Pig. 2)4,510, II, 12). gerichtet sind. Dieser Magnetfluß erzeugt im Überzug 24 der zu prüfenden Bohrung 14 Wirbelströme, die in Achsrichtung der Bohrung 14 umlaufen. Die Frequenz des Wechselstroms in der Wick-. lung 2 wird derart gewählt, daß die Sindringtiefe der Wirbelströme in den Überzug 24 der Bohrung 14 ungefähr gleich der Dicke des Überzuges 24 ist, deshalb dringen fast keine Wirbelströme in die Randgebiete der Kontaktflächen 26, 37 der Bohrung 14 und in die Leiter JQ bis 41 in den Lagen der Mehrlagenleiterplatte 13 ein. Die müglichen Variationen der Abmessungen der Kontaktflächen 26» 37 und der Leiter 38 bis 41 beeinflussen daner die Wirbelströme praktisch keinesfalls. Zur selben Zeit hängen die Wirbelströme von der Dicke des Überzuges 24 der Bohrung 14 und von in diesem vorhandenen Längs- und Q.uerrissen sowie anderen Fehlern ab. Das durch die Wirbelströme aufgebaute Magnetfeld ist von denselben Parametern der zu prüfenden Bohrung 14 abhängig, und das ■resultierende Magnetfeld in der Bohrung hangt gleichfalls

von den aufgezählten Parametern der Bohrung 14 ab. Von den gleichen Parametern hängt also auch eine in der Wicklung 6 der transformator is c he η Ausfuhr ungsi'orra des Gebers I induzierte Ei¹IK oder ein komplexer Widerstand der Wicklung der parametrischen Ausführungsform des Gebers I ab. Der Geber 1 kann also zur Dickenmessung beim Überzug 24 d.er Bohrung 14 oder zur Entdeckung von Fehlern bei diesem herangezogen werden. Hierbei ist der erf indungsgemaße Geber wenig empfindlich gegen die Variationen der Form und der Abmessungen der Kontaktflächen 36, 3¹/ der Bohrung 14 und der Leiter 38 bis 41 in den Lagen der Mehrlagenleiterplatte 13. Die Meßgenauigkeit für die Dicke der Metallisierung der Bohrungen ist also hoch.

Bei Prüfungen von Rohren oder Bohrungen in Erzeugniseen werden die Wirbelströme in den Wänden der Rohre oder Bohrungen in Ach^enrichtung induziert. Die Dichte der Wir-■b el ströme hängt von den Abmessungen der Rohre und Bohrungen, beispielsweise von deren Durchmesser, von der Stärke der Rohrwande, von der spezifischen Leitfähigkeit und den magnetischen Eigenschaften der Werkstoffe ab, aus denen ■ die Rohre oder. Werkstücke .mit Bohrungen hergestellt sind. Durch Frequenz wahl beim Wechselstrom in der Wicklung 3 des Gebers I nach bekannten Empfehlungen wird erreicht, daß die Wirbelströme und folglich auch das Signal des Gebers im ' wesentlichen von einem zu messenden Parameter des PrüfObjektes, beispielsweise vom Durchmesser der Bohrung oder vom Innendurchmesser des Rohres abhängen. Infolgedessen wird ein Indikator, der am Ausgang der Leßeinrichtung liegt, an deren Eingang der Geber I angeschlossen ist, den V/ert des zu messenden Parameters, beispielsweise des Durchmessers, anzeigen. Nach einer entsprechenden Eichung der Meßeinrichtung mit Hilfe speziell gewählter Muster können die Parameter der PrüfObjekte, beispielsweise Durchmesser von Bohrungen, Rohren, spezifische Leitfähigkeit von Werkstoffen, aus denen sie hergestellt sind, u.dgl.m. gemessen werden.

Wie bereits erwähnt, gestattet der vorliegende Geber, nicht nur die geometrischen und elektrophysikalischen Parameter der Prüfobjekte zu messen, sondern auch Störungen der

Ganzneit bei diesen aufzuspüren. So bewirken. Risse, Blasen, Striche und andere Fehler der PrüfObjekte eine Umverteilung von W'irbe!strömen bei diesen Objekten, was die Signale des Gebers ändert. Andererseits kann durch Änderung der elektrophysikalischen Parameter eine Änderung von rait diesen zusammenhangenden Parametern der Prüf Objekte festgestellt werden. So können nach einer Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes Variationen der chemischen Zusammensetzung, der Harte, Vorhandensein und Grad iaechanischer Spannungen im Werkstoff der PrüfObjekte beurteilt werden. Der erfindungsgemäße Geber kann also zur Messung vieler Parameter derartiger Prüfobjekte herangezogen werden, wie sie Rohre, Bohrungen in den Werkzeugen sind.

Der erfindungsgeaaßs Geber ist einfach in der Herstellung dank den Besonderheiten der Konstruktion und seinem Herstellungsverfahren. Die Konfiguration der Leiter der Wicklungen gestattet es, moderne hochproduktive Verfahren zur Formierung von Wicklungen, wie sie Fotolithografie, Aufdampfung durch Masken, Siebdruck u.a. sind, anzuwenden.

Die gruppenweise Formierung der Wicklungen auf einem elastischen Substrat mit einer anschließenden Befestigung des Substrats auf dem Kern erlaubt es, Geber mit einer geringen Variierung elektrischer Kenndaten zu erhalten. Dadurch sind die Geber gegeneinander austauschbar.

Der Geber weist auch eine schwache Empfindlichkeit gegen mögliche Radial- und Axialverschiebungen in einer zu prüfenden Bohrung, gegen Variationen geometrischer Parameter von Kontaktflächen und Leitern in den Lagen von ivlehrlafan-Ie it er plat ten in einem weiten Bereich auf. Die Konstruktion und das Herstellungsverfahren sind besonders wirksam für die Erhaltung miniaturisierter Geber, die zur Prüfung der Metallisierung von Bohrungen der Leiterplatten notwendig sind, die einen Durchmesser unter I mm aufweisen.

Der Geber gestattet es, kontaktlose, hochproduktive

y? Prüfungen von Leiterplatten in Anfangest ad ie η ihrer Produktion, vor einer Ätzung, zu realisieren. Dadurch können rechtzeitig Abweichungen der Parameter der Metallisierung der Bohrungen in den Platten entdeckt und entsprechende

y V ν ν tv r

Maßnahmen getroffen, werden., um auf solche Weise dem Ausschuß vorzubeugen.

1 au uü t r i ο 1 iQ Λaw e nü b arkö it

Ixi erster Linici kann clia vorliegende) Erfindung auf al-"len Gebieten der Technik verwertet worden, wo die Leiterplatten hergestellt und angewendet werden, insbesondere im Gerätebau, in der Radiotechnik, in der elektrotecnniscnen Industrie, in der Rechentechnik für zerstörungsfreie Güteprüfungen bei einem elektrisch leitenden Überzug in Bohrungen von Leiterplatten. Sie kann auch im Maschinenbau, insbesondere in der Flugzeugindustrie, im Geräte-, Werkzeugbau zur Messung geometrischer Parameter von Bohrungen, beispielsweise von deren Durchmesser, in elektrisch lietenden Objekten, wie sie Metallbleche, Wal/-profile u.a. sind, sowie zur Aufspürung von Störungen der Ganzheit (Risse, Blasen u.dgl. ία.) in den Wanden der Bohrungen der gleichen Objekte, verwendet werden.

Die Erfindung kann auch zur Prüfung von Eigenschaften eines elektrisch leitenden Werkstoffes der Wände der Bohrungen, wie sie spezifischer elektrischer Widerstand und magnetische Eigenscnaften sind, ausgenutzt werden. Dadurch kann sie zur Bestimmung des Bearbeitungsrades des Werkstoffes der Wände der Bohrungen, beispielsweise zur Prüfung der Richtigkeit der Abläufe einer Wärme- und einer thermochemiscnen Behandlung, zur Entdeckung von Bereichen einer Überhitzung, bei einer mechanischen Bearbeitung von Bohrungen usw., verwendet werden.

Ferner kann die Erfindung in der metallurgischen Industrie, in der Energetik, insbesondere in der Kernenergetik, und in anderen Bereichen des Maschinenbaues und des Transportwesens für eine Güteprüfung bei Rohren aus elektrisch leitenden Werkstoffen, beispielsweise für eine Messung ihres Innendurchmessers und der Wanddicke der Rohre aus elektriscn leitenden Werkstoffen, für eine Dickenmessung elektrisch leitender. Überzüge auf der Innenfläche der Rohre aus elektriscn leitenden und nichtleitenden Werkstoffen, für eine Entdeckung von Störungen Ganzheit in den Wänden dieser Rohre angewendet werden. Die genannte Anwendung der Er-

findung ist besonders wichtig in den Fallen, wo die Rohre fur die Prüfungen nur von innen, beispielsweise in Dampferzeugern von Energie anlagen, speziell in Atomkraftwerken, zugänglich sind.

Claims

" I.) Wirbelstromgeber einer Einrichtung für zerstörungsfreieprüfungen von Bohrungen bei Erzeugnissan und von Rohren, der einen länglichen Kern und Wicklungen enthält, deren Leiter parallel zur Längsachse des Kernes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,daßdie Leiter (4 und 5 ) der Wicklungen ( 3 ) unter Ausbildung einer Spirale raiteinander verbunden und ganz nur auf der Seitenfläche des Kernes C 2 ) angeordnet sind. 2. Wirbelstromgeber nach Anspruch !,dadurch gekennze ichnet, daß die Qusr schnitt sforra des Kernes (2) die einer zu prüfenden Bohrung (' 14 ) nachahmt.

2. Wirbelstromgeber nach Anspruch I, dadurch gekennze ichnet, daß der Kern ( 2 ) in Form eines regelmäßigen Vielflaches ausgeführt ist, das mindestens zwei aufeinander senkrecht stehende Längs-Symmetrieebenen aufweist.

4. Wirbelstromgeber nach Anspruch !,dadurch g ekennze ichnet, daß der Kern ( 2 ) in Form .eines Zylinders ausgeführt ist, der mindestens zwei aufeinander senkrecht stehende Längs-Symmetrieebenen aufweist.

5· Wirbelstromgeber nach Anspruch !,dadurch ge kennze i ohne t, daß jede Wicklung ( 5 ) i-ⁿ £Orm eines Paares von um eine der (χ ο ζ )~Längs-Symmetrieebenen des Kernes ( 2 ) angeordneten spiralförmigen Wicklungsteilen ( 7, 8 und 9> 10) ausgeführt ist und in jedem Wicklungsteil (7 bis 10) die Leiter ( 4 und 5; II und 12) paarweise symmetrisch um die andere (y ο χ )-Längs-3ymmetrieebene des Kernes ( 2 ) angeordnet sind, die zur genannten (χ ο z)-Symiiietrieebene des Kernes(2) senkrecht verläuft, : w.obei die das Paar bildenden Wickluugsteile (7 und 8) gleichsinnig in Reihe geschaltet sind.

6. Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen I bis 5» <3 adurch gekennzeichri.et,daßdie Enden jeder Wicklung mit Kontaktflächen (15, 16 und 17, IS) versahen sind.

7· Wirbelstromgeber nach einem beliebigen der Ansprüche , d ad ur ch ge kennze i chnet,d«ß

der Kern ( 2 ) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgeführt ist.

. / 8. Wirbelstromgeber nach einem beliebigen der Ansprüche, dadurch ge kenennze ichnet, daß der Kern ( 2 ) aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff ausgeführt ist.

9« Wirbelstromgeber nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (5 und 6) auf einer Seite eines auf dem Kern (2 ) einlagig befestigten dielektrischen Substrats (25) angeordnet sind.

10. Wirbelstromgeber nach Anspruch 9> dadurch gekennze ichnet, daß er mit auf der anderen Seite des dielektrischen Substrats (25) angeordneten Wicklungen zusätzlich versehen ist.

II. Wirbelstromgeber nach Ansprucn 10, d a d u r c h gekennze ichnet, daß die Kontaktflächen (15 und 17 )» (16 und 18) der Wicklungen auf der einen und auf der anderen Seite des Substrats (25) entlang der Achse dea Kernes (2) gegeneinander versetzt sind.

12. Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 9, 10,11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (25) mit den auf diesem geformten Wicklungen auf den Kern (2) mehrlagig aufgewickelt ist.

IJ. Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 9,10,11, d adurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern (2) mehrere übereinander angeordnete Substrate mit auf diesen geformten Wicklungen befestigt sind.

14. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber der Einrichtung für zerstörungsfreie Prüfungen von Bohrungen

^D bei Erzeugnissen und von Rohren nach Anspruch I, d ad urch gekennze ichnet, daß zuerst ein flaches Substrat (25) aus einem elastischen nichtleitenden Werkstoff gefertigt wird, dessen Abmessungen denen des Kernes (2) entsprechen, wonach auf diesem Wicklungen ( '*> und 6) geformt werden, worauf dieses auf der Oberfläche des Kernes (2)'befestigt wird.

15. Herstellungsverfahren für den -Wirbelstromgeber nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, daß im elastischen Substrat (25) Bohrungen (29 und JO)

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ausgeführt, das Substrat (25) metallisiert, Wicklungen (2 und 6) auf beiden Seiten des Substrats (25) geformt werden, wobei der V/icklungsanfang und das- 'Wicklungsende auf der gegenüber dem Kern (2) inneren Seite des Substrats (25) mit der Metallisierung (22, 't>'t>) der entsprechenaen Bohrungen (29, 20) im Substrat (25) verbunden, auf der entgegengesetzten Seite das Substrats (25) Kontaktflächen (27 und 28) geformt, deren jede mit der Metallisierung der entsprechenden Bohrung (29,20) verbunden ist, und an die Kontaktflächen (27, 2ü und 17, IS) nach der Befestigung des Substrats auf der Oberfläche des Kernes (2) Außenanschlüsse (21, 24 und 17j25) gelegt werden.

16. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (25) durch Vakuumbedämpfung metallisiert wird. .

17. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach Anspruch I5, d adur ch ge kennze i chne t, daß das Substrat (25) nacheinander durch chemische und elektrolytische Abscheidung metallisiert wird.

18. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c hn e t,. daß auf dem flachen Substrat (25) mit einer auf dieses aufgetragenen Polie Wicklungen. (2 und 6) mit Kontaktflächen (15, 16 und 17, Id) formiert, an die Kontaktflächen Außenanschlüsee gelegt und dann das Substrat (25) auf der Oberfläche des Kernes (2) befestigt wird.

19. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 14, I5, Ib, 17,IB, d ac u r· c h g ekennzeichnet, daß die V/icklungen (2 und 6) und die Kontaktflächen in einem fotolitnografischen Verfahren geformt werden.

20. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber der Einrichtung für zerstörungsfreie Prüfungen von Bohrungen und Hohren naen Anspruch I, d ä d u r c η gekennzeichnet, daß die Wicklungen (2 und 6) mit den Kontaktfläcnen (15» 16.und 17, 18)unmittelbar auf dem Kern (2) seibat geformt werden.

21. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 20 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kernes (2) metallisiert wird, wonaCii auf diesem die Wicklungen (3 und 6) geformt werden.

22. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach Anspruch 21,dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kernes (2) durch Vakuumbedampfung metallisiert wird.

Xq 25. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach

Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kernes (2) durch aufeinanderfolgende chemische und elektrolytische Metallabscheidung metallisiert wird.

1<j 24. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nacn

den Ansprüchen 21 und 7, dad urch gekennze ichn e t, daß die Oberfläche des Kernes (2) vorher mit einer Isolierschicht bedeckt wird.

25. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach Ansprucn 21,dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen ( 5 und 6) in einem fotolithografischen Verfaaren geformt werden.

26. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach Ansprucn 24, dadurch gekennze ic Jh-η e t, daß das Material für die Isolierschicht aus einer Gruppe wärmebeständiger Materialien gewählt wird.

27. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 21 und 8,dadurch gekennzeichnet, daß der nichtleitende Werkstoff für den Kern (2) aus einer Gruppe wärmebeständiger Werkstoffe gewählt wird.

28. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 26, 2?, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (5 und 6) mit einem Laserstrahl formiert werden.

29. Herstellungssverfahren für den Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 20 bis 28,dadurch gekennzeichnet, daß naoh der Formierung der Wicklungen

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(3 und 6) auf dem. Kern (2) die. "letzteren, mit Isolierschichten (26) bedeckt werden, auf deren jeder Zusatzwicklungen (6) formiert werden.

30. Hersteilungsverf anrerx für den 'Wirbelstromgeber nach IP Anspruch 29, dadurch gekennzeicnnet, daß- zuerst die Bohrungen (29,JO) in den Isolierschichten (26) ausgeführt und dann über diese Bohrungen die Wicklungen miteinander verbunden werden.

51. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach IQ Anspruch JO, d ad urch gekennze i. chnet, daß die Bohrungen (29., 30) metallisiert werden.

32. Herstellungsverfahren für den Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 14, 20, 24, 29, 30, 31> d ad u r cn ge k e η η a e i c η η e t, daß die 'Wicklungen (3 und 6) durch Vakuumbedämpfung über Masken, geformt werden.

33· Herstellungsverfanren für den Wirbelstromgeber nach den Ansprüchen 14, 20, 24, 29i 30, 31, dadurch gekennze ichnet, daß die Wicklungen (3 und 6) in einem Siebdruckverfahren formiert werden.