DE3447781A1

DE3447781A1 - Pruefgeraet zur zerstoerungsfreien pruefung einer werkstoffprobe

Info

Publication number: DE3447781A1
Application number: DE19843447781
Authority: DE
Inventors: Herbert 8553 Ebermannstadt Baumgartner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-12-29
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1986-07-10

Description

"Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung einer
Werkstoffprobe" Die Erfindung betrifft ein Prüfgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiges Prüfgerät ist z.B. aus der deutschen Patentanmeldung P 32 o7 569.3 bekannt.
Mit Hilfe derartiger Prüfgeräte lassen sich Werkstoffproben entweder in Form eines kontinuierlich hergestellten Produkts, wie eines Rohrs oder eines Drahtes, oder aber in Form von einzelnen Proben untersuchen und überwachen. Insbesondere lassen sich Eigenschaften ermitteln bzw. Abweichungen von vorgegebenen, gewünschten Eigenschaften feststellen, welche auf Gefügeänderungen nach Wärmebehandlungen oder Kaltverfestigungen zurückgehen.
Dabei kann es vorkommen, daß sich die gemessenen Impedanzen bei einer Abweichung in einer bestimmten Eigenschaft sehr stark und signifikant ändern. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß das Auflösungsvermögen hinsichtlich anderer interessierender Eigenschaften sehr gering ist, so daß eine zuverlässige Unterscheidung bzw. Aussortierung nicht möglich ist.
Nun ist es bekannt, daß ferromagnetische Werkstoffe, also Eisen, Kobalt, Nickel und deren Legierungen, ein Hystereseverhalten zeigen, welches sehr empfindlich von zahlreichen interessanten Werkstoffeigenschaften abhängt. Eine befriedigende theoretische Erfassung der Zusammenhänge ist aufgrund der zahlreichen zu berücksichtigenden Parameter häufig nicht möglich.
Jedoch werden experimentell unter definierten Bedingungen gut reproduzierbare Ergebnisse erhalten.
Hiervon ausgehend wurde nun festgestellt, daß auch die mit Prüfgeräten der gattungsgemäßen Art gemessenen Impedanzen durch Anlegen einer entsprechenden Vormagnetisierung sich in charakteristischer Weise ändern, wobei insbesondere häufig erreicht werden kann, daß bei Anlegen einer Vormagnetisierung eine Auflösung sonst nicht trennbarer Impedanzmeßwerte von Proben mit unterschiedlichen Eigenschaften erzielt wird.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Prüfgerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß hinsichtlich bestimmter Eigenschaften ferromagnetischer Proben eine verbesserte Auflösung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Die danach vorgesehene Einrichtung zur Erzeugung eines definierten äußeren Magnetfelds ermöglicht die Einstellung einer Vormagnetisierung.
Nachdem die gemessenen Impedanzwerte einer ferromagnetischen Probe unmittelbar von deren Magnetisierungszustand abhängen, welcher wiederum eng mit zahlreichen wichtigen Materialeigenschaften korreliert ist, gestattet das Anlegen einer Vormagnetisierung häufig die Auflösung von beim Fehlen einer Vormagnetisierung dicht zusammenliegenden Meßwerten.
Zur Erzeugung einer gewünschten Vormagnetisierung bietet sich eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 an.
Eine selbsttätige Veränderung des die Vormagnetisierung hervorrufenden Magnetfeldes entsprechend Anspruch 3 führt dazu, daß die Hysteresekurve der untersuchten Probe ganz oder teilweise durchfahren wird, so daß sichergestellt ist, daß für den angestrebten Zweck besonders aussagekräftige Bereiche der Hysteresekurve erfaßt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Veränderung des Feldes der Vormagnetisierungs-Spule entsprechend Anspruch 4.
Dabei kann die sinus- oder sägezahnförmige Änderung so vorgenommen werden, daß sie eine Richtungsumkehr des angelegten Feldes umfaßt, oder aber so, daß die Feldrichtung stets die gleiche bleibt, so daß also jeweils immer nur der gleiche Ast der Hysteresekurve durchfahren wird und so die Zahl der erhaltenen Meßwerte überschaubar bleibt.
Eine stufenweise Änderung des Feldes der Vormagnetisierungs-Spule entsprechend Anspruch 5 läßt sich über einen Mikrocomputer leicht realisieren und ermöglicht die Konstanthaltung des Feldes während der Durchführung einer Impedanzmessung.
Die gemäß Anspruch 6 vorgesehene Einrichtung gestattet es, einer Bedienungsperson einen schnellen überblick über das Verhalten einer bestimmten Probe zu gewinnen und ermöglicht es darüber hinaus, auf einfache Art eine automatische Sortierung vorzunehmen, indem ein anhand einer Probe mit bekannten Eigenschaften erstelltes Toleranzfeld in der imaginären Ebene festgelegt wird.
Die gemäß Anspruch 7 vorgesehene Möglichkeit der Messung bei unterschiedlichen Frequenzen, welche als solche an sich bekannt ist, gestattet über die Differenzierung aufgrund unterschiedlicher Vormagnetisierung hinaus eine zusätzliche Selektierung.
Die gemäß Anspruch 8 vorgesehene Einreichung zur Einstellung von Toleranzfeldern ermöglicht es, sowohl den gemessenen Werten bei unterschiedlicher Vormagnetisierung als auch den gemessenen Werten bei unterschiedlicher Meßfrequenz individuelle Toleranzfelder zuzuordnen, d.h. also Felder, in welchen die Meßwerte zu erwarten sind, wenn die gemessenen Proben vorbestimmte Soll-Eigenschaften aufweisen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Auswerte-Einrichtung gestattet es darüber hinaus, z.B. eine Schnittmenge der Toleranzfelder zu bilden, d.h. nur solche Proben als gut zu befinden, deren Meßwerte innerhalb beider in Betracht stehender Toleranzfelder liegen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Dabei zeigen Fig. 1 eine schematische, blockschaltbildartige Darstellung des erfindungsgemäßen Prüfgeräts, Fig. 2 den möglichen zeitlichen Verlauf des Stroms durch die Vormagnetisierungs-Spule und Fig. 3 eine schematische Darstellung der Impedanzvektoren in Abhängigkeit vom Magnetfeld der Vormagnetisierungs-Spule.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Sendespule 1 und eine Empfängerspule 2. Die Sendespule 1 ist über eine Versorgungsleitung 3 mit einem Sender 4 verbunden, welcher in an sich bekannter Weise an die Sendespule 1 Ströme mit einer Frequenz abgibt, welche zur Erzeugung von Wirbelströmen geeignet ist.
Der Empfängerspule 2 ist eine Auswerteeinrichtung 5 über die Leitung 6 nachgeschaltet.
Im Ausführungsbeispiel sind Sendespule 1 und Empfängerspule 2 als die Probe 7 umgebende Ringspulen ausgebildet. Bei der Probe kann es sich z.B. um einen kontinuierlich vorbeilaufenden und zu überprüfenden ferromagnetischen Draht handeln.
Sende- und Empfängerspule 1 bzw. 2 sind konzentrisch umgeben von einer Vormagnetisierungsspule 8. Die Vormagnetisierungsspule 8 ist über eine Leitung 9 verbunden mit einer Einrichtung lo zur Stromversorgung der Vormagnetisierungsspule.
Die Einrichtung lo umfaßt eine Einrichtung 11 zur selbsttätigen Veränderung des Stroms iv der Vormagnetisierungsspule, welcher in der Leitung 9 fließt.
Die Einrichtung lo, der Sender 4 und die Auswerteeinrichtung 5 sind mit einem Gerätebus 12 verbunden, an welchem weiterhin ein Mikroprozessor 13, ein Speicher 14, insbesondere zur Abspeicherung von bei Messungen an einer Probe mit bekannten Eigenschaften gewonnenen Meßwerten, Ausgabeeinrichtung 15, welche einen Bildschirm und einen Drucker umfassen kann, und eine Sortierelektronik 16 angeschlossen ist.
Mit Hilfe des Mikroprozessors 13 und der Einrichtungen lo bzw. 11 kann der Strom 1v in der Vormagnetisierungsspule 8 entsprechend Fig. 2 sägezahnförmig erhöht und abgesenkt werden. Die Veränderung des Stroms 1v erfolgt dabei in einer Mehrzahl von Treppenschritten, wobei die Einrichtung so programmiert werden kann, daß während der Strom iv bei einem bestimmten Treppenabschnitt konstant bleibt, eine Impedanzmessung vorgenommen wird, daß also z.B.
eine solche Messung bei jedem n-ten Schritt erfolgt.
In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich der Impedanzvektor V bei einer bestimmten Sendefrequenz in der imaginären Ebene in Abhängigkeit von der Vormagnetisierung ändert. Dabei wird deutlich, daß z.B. ohne Vormagnetisierung die durch Kreuze bzw. Kreise veranschaulichten Meßwerte A bzw. B sehr eng beieinanderliegen können, während die Meßwerte mit Vormagnetisierung A' und B' so weit auseinanderliegen, daß bei Wahl eines geeigneten Toleranzfeldes eine automatische Aussortierung mit Hilfe der Sortierelektronik 16 vorgenommen werden kann. Bei einer Betriebsweise, bei welcher selbsttätig ein sägezahnförmiger oder sinusförmiger Stromverlauf in der Vormagnetisierungsspule eingestellt wird, kann die Wiederholungsfrequenz vorzugsweise 2 bis lo Hz betragen.

Claims

Ansprüche 1. Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung einer Werkstoffprobe, insbesondere zur Unterscheidung und Wiedererkennung von ferromagnetischen Metallen und Legierungen mit bestimmten Eigenschaften, wobei eine Sendespule mit einer Frequenz zur Erzeugung von Wirbelströmen in der zu prüfenden Probe betrieben und über eine Auswerteeinrichtung die Impedanz gemessen wird, und wobei ein Vergleich der gemessenen Impedanzvektoren mit früher gemessenen Impedanzvektoren anderer Proben mit bekannten Eigenschaften durchgeführt wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Vormagnetisierung der Probe mittels eines definierten äußeren Magnetfelds.
2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines definierten äußeren Magnetfelds durch eine Vormagnetisierungsspule (8) im Bereich der Sendespule (1) gebildet wird.
3. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld der Vormagnetisierungsspule (8) mittels einer Einstelleinrichtung (lo) selbsttätig veränderbar ist.
4. Prüfgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld der Vormagnetisierungsspule (8) etwa sinus- bzw. sägezahnförmig veränderbar ist.
5. Prüfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld der Vormagnetisierungsspule (8) stufenweise veränderbar ist. -
6. Prüfgerät nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (15) zur gleichzeitigen Ausgabe bzw. Aufzeichnung einer Mehrzahl von bei unterschiedlichen Vormagnetisierungen gemessenen Impedanzwerten.
7. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Meßfrequenzen.
8. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einstellung eines zweidimensionalen Toleranzfeldes in der imaginären Ebene.