DE3525376C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von symmetrischen, ferromagnetischen Körpern oder Körperabschnitten, in denen jeweils ein stationäres Magnetfeld erzeugt wird, dessen außerhalb des jeweiligen Körpers oder Körperabschnitts verlaufende Streuflüsse mit an oder über der Oberfläche angeordneten Magnetfeldsensoren gemessen werden, wobei durch Positionsveränderungen des Körpers, Körperabschnitts oder der Magnetfeldsensoren nacheinander Streuflüsse an der Oberfläche gemessen werden.

Ferromagnetische Körper werden auf Gefügestörungen mit Hilfe von magnetischen Streuflüssen zerstörungsfrei geprüft, die durch in den Körpern erzeugte stationäre Magnetfelder bei inneren Gefügestörungen außerhalb der Körperoberflächen auftreten. Die Streuflüsse werden mit an oder nahe an den Körperoberflächen angebrachten Magnetfeldsensoren festgestellt. Eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung ferromagnetischer Körper ist z. B. in der DE-PS 31 32 808 beschrieben.

Bei Körpern mit unstetigem Verlauf der Oberfläche treten an den unstetigen Stellen, z. B. an Kanten und Ecken, außerhalb der Körper höhere magnetische Streufelder auf, deren Größe häufig die durch Gefügestörungen im Inneren von Körperabschnitten mit stetigen Oberflächen hervorgerufenen Streufelder übersteigt. Deshalb war die Prüfung mit magnetischen Streufeldern bisher auf Körper mit stetigem Oberflächenverlauf bzw. auf die Körperabschnitte mit stetigem Oberflächenverlauf beschränkt. In den Bereichen von Kanten, Ecken oder Enden von Körpern wurden deshalb andere Fehlerprüfverfahren angewendet. Beispielsweise wurden diese Bereiche mit Hilfe der Magnetpulverprüfung oder der Farbeindringprüfung auf Gefügestörungen untersucht. Da diese Verfahren mit einer Sichtkontrolle des jeweiligen Prüflings verbunden sind, wird die Prüfung relativ langwierig und aufwendig.

In der Literaturstelle H. Heptner, H. Stroppe, Magnetische und Magnetinduktive Werkstoffprüfung, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1973, S. 117, S. 122 bis 123, S. 132 bis 135, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von symmetrischen, ferromagnetischen Körpern oder Körperabschnitten beschrieben. Hierbei werden die außerhalb der Körperoberfläche verlaufenden Streuflüsse mit an oder über die Oberfläche angeordneten Magnetfeldsensoren gemessen. Die Streuflüsse werden durch Positionsveränderungen des Körpers, Körperabschnitts oder der Magnetfeldsonsoren nacheinander an der Oberfläche gemessen. Während der Messung werden die Oberflächenabschnitte spiralförmig an mehreren Magnetfeldsensoren nacheinander vorbeibewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von ferromagnetischen Körpern mit Oberflächenabschnitten, die an Kanten und/oder Ecken aneinandergrenzen, zu entwickeln, das auf einfache, jedoch sichere Art und Weise auch in den Bereichen an den Kanten und/oder Ecken mit Hilfe der Messung magnetischer Streufelder die Feststellung von Gefügestörungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer ersten Meßphase die Streuflüsse längs eines ersten Oberflächenabschnitts, dessen Lage durch relative Positionsveränderungen zwischen dem jeweiligen Körper und den Magnetfeldsensoren aufgrund der Symmetrie von anderen Oberflächenabschnitten einnehmbar ist, gemessen und als auf den Ort ihrer Entstehung bezogene Kompensationswerte gespeichert werden, daß danach durch die Positionsveränderungen nacheinander die anderen Oberflächenabschnitte an die Stelle des ersten Oberflächenabschnitts bewegt werden, daß sodann an den anderen Oberflächenabschnitten Streuflüsse jeweils in einer zweiten Meßphase gemessen werden, daß die an den einzelnen Orten längs des ersten Oberflächenabschnitts in der ersten Meßphase erhaltenen und gespeicherten Kompensationswerte von den in den zweiten Meßphasen an den gleichen Orten gemessenen Streuflußmeßwerten substrahiert werden und daß danach die Differenzen auf Überschreiten von vorgebbaren Schwellenwerten geprüft werden, die ein Maß für einen Gefügefehler sind.

Zwar ist für die Ultraschallprüfung die ortsbezogene Erfassung und Speicherung von Meßdaten bekannt, die mit später jeweils am gleichen Ort gemessenen Daten verarbeitet werden (DE-OS 24 17 946 oder DE-OS 28 28 376), allerdings erfolgt keine Verarbeitung von Meßdaten aus verschiedenen Orten, die in bezug auf den Aufbau des Prüflings gleichwertig sind.

Im Gegensatz dazu werden erfindungsgemäß ortsbezogene Meßdaten für einen Oberflächenabschnitt gespeichert, an dessen Stelle in bezug auf die Magnetfeldsensoren später andere Oberflächenabschnitte bewegt werden. Die ortsbezogene Speicherung von Meßdaten nur für einen Teil der Oberfäche, den sukzessive andere Oberflächenteile unter Ausnutzung der Symmetrie ersetzen, reicht erfindungsgemäß für die Fehlererfassung aus, da nach der Messung der anderen Oberflächenteile die Differenzbildung und die Prüfung auf Schwellwertüberschreitungen stattfindet, so daß Fehler ohne Speicherung weiterer ortsbezogener Meßwerte festgestellt werden können.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Kompensationswerte längs zweier, einander diametral gegenüberliegender Oberflächenabschnitte gemessen werden, daß danach der jeweilige Körper oder Körperabschnitt um 360°C gedreht wird und daß die während jeder halben Umdrehung erhaltenen Streuflußmeßwerte ortsgetreu in bezug auf die Oberfläche des Körpers oder des Körperabschnitts miteinander verglichen werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens mit Magnetfeldsensor in geringem Abstand von der Oberfläche eines symmetrischen, ferromagnetischen Körpers oder Körperabschnitts, in dem jeweils ein stationäres Magnetfeld erzeugt wird, dessen außerhalb des Körpers oder Körperabschnitts verlaufende Streufelder mit dem Magnetfeldsensor gemessen werden, wobei durch Positionsveränderungen des Körpers, Körperabschnitts oder Magnetfeldsensors nacheinander Streuflüsse an der Oberfläche gemessen werden, zeichnet sich dadurch aus, daß bei rotationssymmmetrischen Körpern (1) oder Körperabschnitten (2) Magnetfeldsensoren (12) in einer Reihe angeordnet sind, die in geringem gleichbleibendem Abstand dem Umriß des Körpers (1) oder Körperabschnitts (2) längs einer durch eine Symmetrieachse des Körpers (1) bzw. Körperabschnitts (2) verlaufenden Ebene folgt, daß der Körper bzw. Körperabschnitt (2) oder die Magnetfeldsensoren (12) um die Symmetrieachse drehbar gelagert sind und daß den Magnetfeldsensoren (12), denen jeweils eine eindeutige Lage in bezug auf die Oberfläche des Körpers bzw. Körperabschnitts (12) zugeordnet ist, eine Anordnung mit einem Speicher (25) für die Speicherung von auf den Ort ihres Auftretens an der Oberfläche des Körpers (1) oder Körperabschnitts (2) bezogenen Kompensationswerten, mit einem Subtrahierer (23) für Streuflußmeßwerte und Kompensationswerte und mit einem Schwellwertdiskriminator (26) nachgeschaltet ist.

Die Reihen von Magnetfeldsensoren sind zweckmäßigerweise je mit einem Halter verbunden, der schwenkbar gelagert und in eine Prüfposition bewegbar ist, in der die Magnetfeldsensoren in geringen Abständen von der Oberfläche des zu prüfenden Körpers angeordnet sind.

Vorzugsweise ist der zu prüfende Körper durch mindestens einen Anschlag in seiner Prüfstellung gegenüber der oder den Reihen von Magnetfeldsensoren fixierbar. Der Körper kann beispielsweise aus einem längeren rotationssymmetrischen Abschnitt mit steigendem Oberflächenverlauf bestehen, wie dies bei Rohren der Fall ist, deren Enden muffenförmig erweitert sind. Die Prüfung des mittleren Abschnitts erfordert zumindest eine Längsverschiebung der Rohre. Durch den Anschlag wird die Längsverschiebung beendet und die Voraussetzung für eine Drehung in der richtigen Stellung gegenüber der auf dem Halter angeordneten Reihe von Magnetfeldsensoren geschaffen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind nahe an der Oberfläche des zu prüfenden Körpers bzw. Körperabschnitts im Abstand voneinander mindestens zwei Magnetpole angeordnet, wobei mindestens ein Magnetfeldsensor zwischen beiden Magnetpolen in gleichen Abständen von diesen nahe an der Oberfläche des zu prüfenden Körpers oder Körperabschnitts angeordnet ist. Die Magnetpolschuhe erzeugen ein stationäres Magnetfeld, das in dem zu prüfenden, ferromagnetischen Körper seine höchsten Feldstärkewerte hat.

Es ist auch günstig, in den zu prüfenden Körpern einen elektrischen Strom einzuleiten, der ein Magnetfeld erzeugt, das bei Gefügestörungen magnetische Streufelder hervorruft. Bei rotationssymmetischen Körpern wird über entsprechend angeordnete Anschlüsse ein in axialer Richtung fließender Strom erzeugt. Hierbei ist es zur Erzielung eines einfachen konstruktiven Aufbaus vorteilhaft, den Anschlag als Elektrode auszubilden.

Falls für die Prüfung nur ein Magnetfeldsensor eingesetzt wird, ist es zweckmäßig, diesen am Ende eines Arms einer elektromechanischen Handhabungsvorrichtung zu befestigen, die so programmiert ist, daß das Ende des Arms eine Bewegung in axialer Richtung eines rotationssymmetrischen Körpers ausführt, während dieser sich dreht.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines zeichnerisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines ferromagnetischen, rotationssymmetrischen Körpers, der als Rohr mit einem muffenförmig erweiterten Ende ausgebildet ist, in Seitenansicht,

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung von vorne,

Fig. 3 einen Halter für Magnetfeldsensoren von der Seite,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Anordnung zur Verarbeitung der von Magnetfeldsensoren bei der Prüfung des Körpers gemäß Fig. 1 gemessenen Werte der magnetischen Felder,

Fig. 5 ein Diagramm der magnetischen Feldstärke an der Oberfläche des Körpers gemäß Fig. 1 längs einer konzentrisch zur Symmetrieachse verlaufenden Kreisbahnen und

Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Anordnung zur Verarbeitung der von Magnetfeldsensoren bei der Prüfung des Körpers gemäß Fig. 1 gemessenen Werte der magnetischen Felder.

Ein zu prüfender Körper 1 ist als Rohr mit einem muffenförmigen Ende 2, auch Körperabschnitt 2 genannt ausgebildet, das einen vom Rohr ausgehenden kegelstumpfförmigen Abschnitt 3, einen zylindrischen Abschnitt 4 und eine kreisförmige Stirnseite 5 hat.

Zwei magnetische Polschuhe 6, 7 sind an diametral einander gegenüberliegenden Seiten des Endes 2 angeordnet. Die dem Ende 2 zugewandten Flächen der Polschuhe 6, 7 haben einen der Form der Oberfläche des Endes 2 an der jeweiligen Stelle angepaßten Verlauf. Die Polschuhe 6, 7 umgreifen daher das Ende 2 an der Stirnseite 5 und am Abschnitt 3.

Mit den Polschuhen 6, 7 wird ein Magnetfeld im Ende 2 erzeugt. Dieses Magnetfeld verläuft bei fehlerfreiem Werkstoff im wesentlichen im ferromagnetischen Körper 1 oder Ende 2. Bei Gefügestörungen im Körper 1 bzw. Ende 2 entstehen außerhalb des Körpers 1 bzw. Endes 2 verlaufende Streuflüsse, die mit Magnetfeldsensoren gemessen werden.

Die Magnetfeldsensoren sind an zwei Haltern 8, 9 befestigt, die in geringem Abstand von der Oberfläche des Endes 2 an zwei diametral einander gegenüberliegenden Stellen angeordnet sind. Die Halter 8, 9 mit den Magnetfeldsensoren befinden sich jeweils in der Mitte zwischen den Polschuhen 6, 7. Die beiden Polschuhe 6, 7 sind an einem als Elektromagnet 10 ausgebildeten Joch befestigt. Die Halter 8, 9 haben an ihren dem Ende 2 zugewandten Seiten einen an den Abschnitt 3, den Abschnitt 4 und die Stirnseite 5 angepaßten Verlauf, der in Fig. 3 mit 11 bezeichnet ist. Die Halter 8, 9 tragen bespielsweise in nicht näher bezeichneten Nuten in der Oberfläche der dem Ende 2 zugewandten Seiten Magnetfeldsensoren 12, die in einer Reihe in Längsrichtung des Körpers 1 bzw. Endes 2 angeordnet sind. Sie folgen in kurzem Abstand von der Oberfläche des Endes 2 dessen Verlauf, d. h. einem Umriß, der sich aus den Schnittlinien einer durch die Symmetrieachse 13 des Körpers 1 verlaufenden Ebene mit den Außenflächen des Körpers 1 ergibt. Die Magnetfeldsensoren 12 sind vorzugsweise als Hallgeneratoren ausgebildet. Es sind z. B. zwei Lagen von Hallgeneratoren übereinander angeordnet, wobei die zwei an der gleichen Stelle übereinanderliegenden Hallgeneratoren jeweils in Differenzschaltung miteinander verbunden sind. Die Hallgeneratoren können mit ihren Breitseiten oder ihren Schmalseiten übereinanderliegen. Die Symmetrieachse 13 ist bei dem Körper 1 nebst Ende 2 zugleich die Längsachse.

Die Halter 8, 9 sind jeweils an einem Ende an einem Drehteller 14 angelenkt, an dem auch der Elektromagnet 10 befestigt ist. Ein ortsfest angeordneter Antriebsmechanismus 15 versetzt den Drehteller 14 mit den daran befestigten Bauteilen 6, 7, 8, 9 und 10 in Drehung, während das Rohr 1 stillsteht. Am Drehteller 14 ist ferner eine Prallplatte 16 als Anschlag für die Stirnseite 5 des Endes 2 befestigt. Die Prallplatte 16 stoppt die Längsverschiebung des Rohrs 1 und zentriert dieses gegenüber den Magnetpolschuhen 6, 7 und den Haltern 8, 9. Die Halter 8, 9 und die Magnetpolschuhe 6, 7 sind jeweils über Gestänge 17, 18 mit einem Ring 19 verbunden, der in axialer Richtung des Drehtellers 14 verschiebbar gelagert ist. Über die Längsverschiebung der Gestänge 17, 18 lassen sich die gelenkig am Drehteller 14 befestigten Halter 8, 9 und Polschuhe 6, 7 um ihre Gelenkachsen schwenken.

Der Körper 1 wird beispielsweise mit einer Vorrichtung wie sie in der DE-PS 31 32 808 beschrieben ist, auf Gefügestörungen geprüft. Diese Prüfung umfaßt nur den zylindrischen Teil in der Mitte des Rohres. Das Ende 2 des Körpers 1 wird mit der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtung geprüft. Die Prüfung auf die in der DE-PS 31 32 808 beschriebene Art wird beendet, wenn die Stirnseite 5 des Körpers 1gegen die Prallplatte 16 stößt, die die Längsverschiebung des Körpers 1 beendet. Hierbei ist der Ring 19 gegen den Antriebsmechanismus 15 verschoben, so daß die Halter 8, 9 und die Magnetpolschuhe 6, 7 scherenförmig auseinandergespreizt sind. Wenn sich das Ende 2 in seiner durch die Prallplatte 16 bestimmten Endstellung befindet, werden die Halter 8, 9 und die Magnetpolschuhe 6, 7 über das Ende 2 geschwenkt.

Die Magnetfeldsensoren 12 sind z. B. paarweise als Gradientensonden über Differenzverstärker an Eingänge eines Multiplexers 20 angeschlossen. In Fig. 4 sind lediglich zwei Magnetfeldsonden 12 dargestellt, die von einem Taktgenerator 21 mit Steuerstromimpulsen beaufschlagt werden. Der Multiplexer 20 hat zahlreiche weitere, an Gradientensonden angeschlossene Eingänge, die in Fig. 4 durch Pfeile angedeutet sind.

An den Multiplexer 20 ist eine Auswerteschaltung 22 angeschlossen, die einen Analog-Digital-Wandler 24 und einen Subtrahierer 23 enthält, der vom Analog-Digital-Wandler 24 gespeist wird. Es ist auch möglich einen analogen Subtrahierer zu verwenden, dann läßt sich auf den Analog- Digital-Wandler 24 verzichten. Mit einem Eingang des Subtrahierers 23 ist ein Speicher 25 verbunden, in den Daten vom Subtrahierer 23 aus eingelesen werden können und der Subtrahenden an den Subtrahierer 23 ausgibt. Dem Subtrahierer 23 ist ein Schwellwertdiskriminator 26 nachgeschaltet, dem wahlweise einstellbare Schwellenwerte über eine Steuereinheit 27 vorgebbar sind, die auch die Ein- und Ausgabe von Daten mit dem Speicher 25 und die Einstellung des Multiplexers 20 steuert.

Wenn sich die Magnetpolschuhe 6, 7 und Halter 8, 9 gegenüber dem Ende 2 in ihrer Prüfstellung befinden, wird der Elektromagnet 10 eingeschaltet, der im Ende 2 ein bezüglich der Magnetfeldsensoren stationäres magnetisches Feld erzeugt, das bei der Abwesenheit von Gefügestörungen im wesentlichen nur im ferromagnetischen Ende 2 hohe Feldstärken hat. Wegen der Kanten 41, 42, 43 des Endes 2 ergeben sich jedoch Streuflüsse deren Höhe diejenigen von auf Gefügestörungen beruhenden Streuflüssen erreichen kann. Mit den Magnetfeldsensoren 12 wird der Verlauf des magnetischen Streufeldes gemessen. Jedem Magnetfeldsensor ist eine eindeutige Stelle auf der Oberfläche des Körpers 1 bzw. Endes 2 zugeordnet. Der an dieser Stelle gemessene Streuflußwert wird unter einer dieser Stelle zugeordneten Adresse im Speicher 25 abgespeichert. Der Streufluß kann beispielsweise längs einer konzentrisch zur Längsachse 13 verlaufenden Kreisbahn der Oberfläche des Endes den in Fig. 5 mit 28 bezeichneten Verlauf haben. Während der ersten Messung des Streufeldes findet vorzugsweise keine Relativbewegung zwischen dem Körper 1 und den Haltern 8, 9 sowie den Magnetpolschuhen 6, 7 statt. Es wird dann z. B. an dieser Stelle von einem der Magnetfeldsensoren 12 ein Streufluß mit der Amplitude 29 gemessen und abgespeichert. Dieser Streuflußwert wird als Bezugswert verwendet. Für die weiteren Magnetfeldsensoren 12 werden in gleicher Weise die Streuflußwerte gemessen und als Bezugswerte abgespeichert. Die Feststellung und Abspeicherung der Bezugswerte erfolgt in einer ersten Meßphase. Die Bezugswerte können von einem Prüfling gewonnen werden, der keine Gefügestörungen aufweist.

Es ist jedoch nicht von Bedeutung, ob ein Gefügefehler gerade an der Stelle vorhanden ist, an der ein Bezugswert ermittelt wird. Die Auswertung der Streuflußmeßwerte wird nur auf die Bezugswerte abgestellt. Deshalb wirkt sich das Vorhandensein oder Fehlen einer Gefügestörung an der Stelle des Körpers oder Teils, an der ein Bezugswert gewonnen wird, nur auf das Vorzeichen der Streuflußmeßwerte aus.

In einer zweiten Meßphase werden die Halter 8, 9 und die Magnetpolschuhe 6, 7 in Drehung versetzt. Während der Drehung werden die Streufelder gemessen und im Subtrahierer 23 von den gespeicherten Bezugswerten subtrahiert. Beispielsweise kann die Prüfvorrichtung eine Umdrehung ausführen. Die Streufeldmeßwerte werden also mit den Bezugswerten kompensiert. Es werden immer nur die in einem bestimmten Magnetfeldsensor gemessenen Streuflußmeßwerte von den mit dem gleichen Magnetfeldsensor gemessenen Bezugswerten subtrahiert. Das Ergebnis der Subtraktion wird im Schwellwertdiskriminator auf Überschreiten des voreingestellten, ein Maß für einen Gefügefehler bildenden Schwellenwert geprüft. In Fig. 5 ist als Beispiel die Amplitude 30 eines durch einen Gefügefehler verursachten Streuflußmeßwerts dargestellt. Die Differenz der Amplitude 30 und des Bezugswerts 29 überschreitet den eingestellten Schwellenwert Δ B, so daß eine Fehlermeldung vom Schwellenwertdiskriminator 26 ausgegeben wird.

Während der vollen Umdrehung des zu prüfenden Körpers werden die beiden diametral einander gegenüberliegenden Reihen von Magnetfeldsensoren 12 mit zugleich gemessenen Bezugswerten versorgt. Mit der Messung über einen Drehwinkel von 360° wird mehr als ein Streuflußmeßwert pro Meßstelle auf dem Körper erhalten. Die beiden Streuflußmeßwerte je Meßstelle werden miteinander verglichen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Störimpulse detektiert und ausgeblendet werden können.

Bei größeren Unterschieden in den mit und ohne Gefügefehler an den verschiedenen Stellen des jeweils zu prüfenden Körpers vorhandenen Streufeldern sind Magnetfeldsonden mit in einem weiten Magnetfeldbereich linearer Charakteristik zu verwenden.

Die oben erläuterte Messung beruht auf dem Prinzip des Vergleichs von Streuflußmeßwerten an verschiedenen, der Lage der Magnetfeldsensoren am Prüfling zugeordneten Stellen. Es findet demnach keine Auswertung von Absolutwerten sondern von Relativwerten statt. Diese Prüfung ist möglich, weil jeder Magnetfeldsensor einen eigenen Bezugswert zur Kompensation der Meßwerte haben kann.

Die Messung kann auch ohne einen gefügestörungsfreien Prüfkörper als Bezugswertgeber durchgeführt werden. Es wird dann der zu prüfende Körper 1 selbst als Geber für die Bezugswerte verwendet. Im allgemeinen wird in der ersten Meßphase nicht gerade ein Gefügefehler erfaßt. Sollte dies doch der Fall sein, wird z. B. die Amplitude 30 als Bezugswert abgespeichert, obwohl es sich um einen auf einen Materialfehler hindeutenden Wert handelt. Beim Vergleich dieses Bezugswerts mit der überwiegenden Zahl der anderen, an der gleichen Bahn des Endes 2 gewonnenen Streuflußwerte, die an störungsfreien Stellen erhalten wurden, spricht der Schwellwertdiskriminator 26 an, wenn ihm die Absolutwerte der Differenzen zugeführt werden. Es ist dann sofort erkennbar, daß die Stelle, an der der Bezugswert gemessen wurde, einen Materialfehler aufweisen muß, so daß eine Bezugswertkorrektur möglich ist.

Das für die Prüfung nach der Streuflußmethode notwendige Magnetfeld kann auch mit einem über den Körper 1 in dessen axialer Richtung fließenden Strom erzeugt werden. Hierbei wird zweckmäßigerweise die Prallplatte 16 als eine Kontaktelektrode ausgebildet, während die andere Elektrode z. B. ein Schleifkontakt ist. Bei dieser Vorrichtung entfallen die Magnetpolschuhe 6, 7 und der Elektromagnet 10. Im übrigen läuft die Messung wie oben erläutert ab.

Bei einer Strommagnetisierung kann der gesamte Prüfling bzw. der gesamte zu prüfende Bereich durch Magnetfeldsensoren abgedeckt sein. In diesem Fall erübrigt sich eine Relativbewegung zwischen dem Prüfling und den Magnetfeldsensoren. Die Prüfung kann sehr schnell erfolgen. Die Bezugswerte werden vorzugsweise mit einem fehlerfreien Prüfkörper gemessen.

Es ist auch möglich, zu prüfende Körper 1 mit einem einzigen Magnetfeldsensor abzutasten, der in verschiedenen Richtungen bewegt werden muß, wenn der Körper 1 bzw. das Ende 2 bei der Prüfung stillsteht. Beispielsweise kann sich der Prüfling, sofern es sich um einen rotationssymmetrischen Körper handelt, drehen, während der Magnetfeldsensor mit einem elektromechanischen Handhabungsgerät, das auf eine bestimmte Bahnkurve programmiert ist, die in kurzem Abstand vom Umriß des Prüflings verläuft, in axialer und/oder radialen Richtungen des Prüflings bewegt wird.

Die Prüfung kann auch bei Blechen und deren Randzonen durchgeführt werden, wobei die gleichen Magnetfeldsensoren und die gleiche Auswertanordnung verwendet wird, während die mechanische Anordnung der Magnetfeldsensoren auf die Gestalt der Prüflinge abgestimmt wird.

Als Schwellenwerte können Signalhübe und deren Frequenzanteile vorgegeben werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 sind zwei Magnetfeldsensoren 12 mit ihren Anschlußelektroden dargestellt. Die Art der Schaltung aller anderen Paare bildenden Magnetfeldsensoren 12 entspricht derjenigen der beiden Magnetfeldsensoren, die in Fig. 5 dargestellt sind.

Die Zuführelektroden für den Steuerstrom sind bei den Magnetfeldsensoren 12 in Reihe geschaltet. Der Taktgenerator 21 speist die Zuführelektroden für den Steuerstrom. Die Elektroden zur Abnahme der Hallspannung sind bei den Magnetfeldsensoren 12 jeweils an einen Eingang eines Verstärkers 31, 32 gelegt.

Der Taktgenerator 21 erzeugt eine Impulsfolge mit einem Impulspausen-zu-Impulsdauerverhältnis von 1 : 10.

Die Ausgänge der Verstärker 31, 32 sind mit den Eingängen des Multiplexers 20 verbunden, an den auch die von den anderen Magnetfeldsensoren 12 gespeisten Verstärker angeschlossen sind, die nicht näher dargestellt sind. Der Multiplexer 20 steht mit seinen Ausgängen, auf denen die von den Verstärkern 31, 32 oder den anderen nicht dargestellten Verstärkern abgegebenen analogen Signale übertragen werden, mit einem Eingang eines Kompensationsverstärkers 44 in Verbindung.

Der Kompensationsverstärker 44 ist als Differenzverstärker ausgebildet. Der zweite Eingang dieses Differenzverstärkers wird von einem Digital- Analog-Wandler 45 gespeist, dessen digitale Eingänge mit einem ersten Register 33 verbunden sind. Der Ausgang des Kompensationsverstärkers 44 ist mit einem multiplizierenden Ausgleichsglied 34 verbunden, das über ein weiteres Register 35 mit dem jeweiligen Multiplikationskoeffizient versorgt wird. An den Ausgang des Ausgleichsgliedes 34 ist ein Verstärker 36 angeschlossen, dem ein Analog-Digital-Wandler 37 nachgeschaltet ist. Mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 37 sind erste Eingänge eines Addierwerks 38 verbunden, dessen zweite Eingänge an ein zusätzliches Register 39 angeschlossen sind. Die Ausgänge des Addierwerks 38 sind an Eingänge eines Prozessors 40 gelegt, der über Ausgänge mit den Eingängen der Register 33, 35 und 39 verbunden ist. Der Prozessor 40 ist auch mit den Steuereingängen des Multiplexers 20 verbunden.

Der Lageeinfluß auf die Hallspannungen U_H der in einer Reihe angeordneten Magnetfeldsensoren 12 muß zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit beseitigt werden. Der Prozessor 40 enthält einen nicht dargestellten Speicher, in dem die Bezugswerte für die verschiedenen Positionen der Magnetfeldsensoren 12 enthalten sind. Die Bezugswerte beziehen sich sowohl auf die zentrische Anordnung des Körpers 1 als auch auf außermittige Positionen. Die dem Kompensationsverstärker 44 zugeführten Hallspannungen werden dann mit den Kompensationswerten aus dem Register 33 korrigiert.

Mit der Umschaltung des Ausgangs des Multiplexers 20 auf jeweils einen anderen Eingang wird derjenige Bezugswert, der dem an diesen Eingang angeschlossenen Magnetfeldsensor zugeordnet ist, in das Register 33 eingegeben.

Da der Multiplexer 20 bereits eine gewisse Verstärkung aufweist, die z. B. zwischen 100 und 1000 liegt, treten am Ausgang des Multiplexers 20 bei den verschiedenen Hallgeneratoren erhebliche Pegelunterschiede auf, die zur Reduzierung von Meßfehlern vermindert werden müssen. Über den Digital-Analog-Wandler 45 werden dem Kompensationsverstärker 44 die von der Lage der Magnetfeldsonden abhängigen Bezugswerte zugeführt. Damit lassen sich alle groben Fehlanzeigen und die Restpegel aus der Magnetfeldverteilung ausgleichen.

Über die Querschnitte der Hallgeneratoren treten aber neben den rein additiven auch multiplikative Ablagewerte auf. Diese rühren daher, daß die Empfindlichkeitskennlinien der Hallgeneratoren streuen und daß durch die unterschiedliche Feldstärkeverteilung auch die Fehleranzeigen unterschiedlich hoch sein werden. Der Ausgleich dieser Fehler kann über das multiplizierende Ausgleichsglied 34 erfolgen. Die Multiplikationskoeffizienten stehen im Register 35 sondenabhängig bereit. Erst nach diesem Ausgleich werden die Signale durch den Verstärker 36 auf den endgültigen Pegel verstärkt, ehe sie von dem A/D-Wandler 37 digitalisiert werden. Da sich durch die Verarbeitungsstufen weitere Toleranzen ergeben und die Resttoleranzen weiter verstärkt sind, findet im Addierwerk 38 die endgültige Kompensation statt. Die Kompensationswerte sind im Register 39 sondenabhängig abgelegt.

Diese Kompensation in drei Schritten findet aus Dynamikgründen statt. Da eine A/D-Wandlung in der benötigen Zeit nicht die erforderliche hohe Auflösung erbringt, sind Störpegel vor der eigentlichen Verstärkung zu unterdrücken.

Bei dem multiplizierenden Ausgleichsglied 34 kann es sich um einen Analogmultiplizierer handeln. In diesem Fall ist dem Register 35 ein Digital-Analog-Wandler nachzuschalten. Da derartige Analogmultiplizierer auch eine Verstärkungsfunktion ausüben, kann vielfach auf den Verstärker 36 verzichtet werden. Es ist auch möglich, als Ausgleichsglied 34 einen multiplizierenden Digital-Analog-Wandler zu verwenden, dessen Digitaleingänge mit dem Register 35 verbunden sind.

Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung weist ebenso wie die Anordnung gemäß Fig. 4 einen Schwellwertdiskriminator auf, der durch den Prozessor 40 realisiert ist. Der Kompensationsverstärker 44 entspricht dem Subtrahierer 23 gemäß Fig. 4.

Mit der oben erläuterten Methode lassen sich bei Rohrenden ohne den Einsatz von Magnetpulver-Prüfgeräten Gefügestörungen feststellen. Ein besonderer Vorteil besteht noch darin, daß durch einen Mustervergleich mit Hilfe eines Gratrohrs Scheinanzeigen, wie sie bei der Magnetpulverprüfung auftreten können, vermieden werden.

Es ist günstig, wenn jeweils zwei Hallgeneratoren zur Messung der Gradienten magnetischer Streufelder verwendet werden. Die beiden Hallgeneratoren sind vorzugsweise mit ihren Breitseiten auf einem ebenen Trägersubstrat im Abstand voneinander längs einer gemeinsamen Linie unter gleicher Ausrichtung in bezug auf die Linie jeweils nahe an den Rändern zweier gegenüberliegender, von Anschlüssen freier Seiten des Trägersubstrats angeordnet. Da die Hallgeneratoren nicht mehr mit ihren Breitseiten übereinander sondern nebeneinander angeordnet sind, lassen sich zahlreiche solcher Einheiten wegen ihrer geringen Stärke nebeneinander anordnen. Die Einheiten stehen sich dabei mit ihren Breitseiten gegenüber. Hierbei ist eine feinere Zuordnung der Oberfläche des zu prüfenden Körpers 1 zu den Hallgeneratoren möglich. Damit können Fehler bzw. Gefügestörungen genauer lokalisiert werden. Es sind auch relativ kleine Gefügefehler im zu prüfenden Körper erfaßbar. Eine derartige Anordnung ist in der Deutschen Patentanmeldung P 34 35 455.7 eingehend erläutert. Vor dem Analog-Digital-Wandler 24 kann eine Vorrichtung angeordnet sein, mit der bei hoher Dynamik der Ausgangssignale der Magnetfelddetektoren eine von der Lage des jeweiligen Magnetfelddetektors und den Streuungen der Parameter der Magnetfelddetektoren weitgehend unabhängige Erfassung der Streuflußmeßwerte möglich ist. Ein solche Vorrichtung enthält vorzugsweise einen dem Multiplexer 20 nachgeschalteten Kompensationsverstärker, mit dem ein Eingang eines multiplizierenden Ausgleichsglieds verbunden ist. Die weiteren Eingänge dieses Ausgleichsglieds sind mit Multiplikationskoeffizienten beaufschlagbar, mit denen die auf den Streuungen der Empfindlichkeitskennlinien der Magnetfelddetektoren und den unterschiedlichen Stärken des Magnetfelds beruhenden Einflüsse auf die Anzeige kompensiert werden. Das vom Ausgleichsglied erzeugte Produkt wird nach Verstärkung dem Analog-Digital-Wandler 24 zugeführt. Dem Analog-Digital-Wandler 24 ist zweckmäßigerweise ein Addierwerk nachgeschaltet, dessen zweiten Eingängen den einzelnen Magnetfelddetektoren zugeordnete Kompensationswerte zuführbar sind, mit denen die auf Toleranzen der Schaltungsteile vor dem Addierwerk beruhenden Einflüsse kompensiert werden. In der Deutschen Patentanmeldung P 34 46 867 ist eine derartige Anordnung eingehend beschrieben.

Auch die in den Deutschen Patentanmeldungen 34 16 015 und 34 46 615 beschriebenen Anordnungen lassen sich vorteilhafterweise in Verbindung mit der oben erläuterten Anordnung einsetzen.

Der oben erläuterte Mustervergleich bei der Prüfung von Gratrohren ist der Deutschen Patentanmeldung 34 35 442.5 im einzelnen zu entnehmen. Hierbei werden vorgegebene Stellungen der Magnetfelddetektoren in bezug auf die Schweißnaht Kompensationswerte angeordnet. Diese Kompensationswerte werden von den durch die Magnetfelddetektoren jeweils ausgegebenen Streuflußmeßwerten vorzeichenrichtig subtrahiert. Die korrigierten Meßwerte werden mit den vorab festgelegten Schwellenwerten auf das Vorhandensein von Gefügestörungen geprüft. Laterale Veränderungen der Stellungen der Magnetfelddetektoren gegenüber der Schweißnaht werden Kompensationswerte gemäß der tatsächlichen Stellung des jeweiligen Magnetfelddetektors bezüglich der Schweißnaht vor der Korrektur mit den Meßwerten neu zugeordnet.

Claims (11)

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von symmetrischen, ferromagnetischen Körpern oder Körperabschnitten, in denen jeweils ein stationäres Magnetfeld erzeugt wird, dessen außerhalb des jeweiligen Körpers oder Körperabschnitts verlaufende Streuflüsse mit an oder über der Oberfläche angeordneten Magnetfeldsensoren gemessen werden, wobei durch Positionsveränderungen des Körpers, Körperabschnitts oder der Magnetfeldsensor nacheinander Streuflüsse an der Oberfläche gemessen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer ersten Meßphase die Streuflüsse längs eines ersten Oberflächenabschnitts, dessen Lage durch relative Positionsveränderungen zwischen dem jeweiligen Körper und den Magnetfeldsensoren aufgrund der Symmetrie von anderen Oberflächenabschnitten einnehmbar ist, gemessen und als auf den Ort ihrer Entstehung bezogene Kompensationswerte gespeichert werden, daß danach durch die Positionsver­ änderungen nacheinander die anderen Oberflächenabschnitte an die Stelle des ersten Oberflächenabschnitts bewegt werden, daß sodann an den anderen Oberflächenabschnitten Streuflüssen jeweils in einer zweiten Meßphase gemessen werden, daß die an den einzelnen Orten längs des ersten Oberflächenabschnitts in der ersten Meßphase erhaltenen und gespeicherten Kompensationswerte von den in den zweiten Meßphasen an den gleichen Orten gemessenen Streuflußmeß­ werten substrahiert werden und daß danach die Differenzen auf Überschreiten von vorgebbaren Schwellenwerten geprüft werden, die ein Maß für einen Gefügefehler sind.

2. Verfahren zur Prüfung rotationssymmetrischer Körper oder Körperabschnitte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswerte längs zweier, einander diametral gegenüberliegender Oberflächenabschnitte gemessen werden, daß danach der jeweilige Körper oder Körperabschnitt um 360° gedreht wird und daß die während jeder halben Umdrehung erhaltenen Streuflußmeßwerte ortsgetreu in bezug auf die Oberfläche des Körpers oder des Körperabschnitts miteinander verglichen werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, oder 2 mit Magnetfeldsensoren in geringem Abstand von der Oberfläche eines symmetrischen, ferromagnetischen Körpers oder Körperabschnitts, in dem jeweils ein stationäres Magnetfeld erzeugt wird, dessen außerhalb des Körpers oder Körperabschnitts verlaufende Streufelder mit dem Magnetfeld­ sensor gemessen werden, wobei durch Positionsveränderungen des Körpers, Körperabschnitts oder Magnetfeldsensors nacheinander Streuflüsse an der Oberfläche gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei rotationssymmetrischen Körpern (1) oder Körperab­ schnitten (2) Magnetfeldsensoren (12) in einer Reihe angeordnet sind, die in geringem gleichbleibendem Abstand dem Umriß des Körpers (1) oder Körperabschnitts (2) längs einer durch eine Symmetrieachse des Körpers (1) bzw. Körperabschnitts (2) verlaufenden Ebene folgt, daß der Körper bzw. Körperabschnitt (2) oder die Magnetfeldsensoren (12) um die Symmetrieachse drehbar gelagert sind und daß den Magnetfeldsensoren (12), denen jeweils eine eindeutige Lage in bezug auf die Oberfläche des Körpers bzw. Körperabschnitts (12) zugeordnet ist, eine Anordnung mit einem Speicher (25) für die Speicherung von auf den Ort ihres Auftretens an der Oberfläche des Körpers (1) oder Körperabschnitts (2) bezogenen Kompensationswerten, mit einem Subtrahierer (23) für Streuflußmeßwerte und Kompen­ sationswerte und mit einem Schwellwertdiskriminator (26) nachgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reihen von Magnetfeldsensoren (12) je mit einem Halter (8, 9) verbunden sind, der schwenkbar gelagert und in eine Prüfposition bewegbar ist, in der die Magnetfeldsen­ soren (12) in geringen Abständen von der Oberfläche des zu prüfenden Körpers oder Körperabschnitts (2) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Körper bzw. Körperabschnitt (2) durch mindestens einen Anschlag in seiner Prüfstellung gegenüber der oder den Reihen von Magnetfeldsensoren (12) fixierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nahe an der Oberfläche des zu prüfenden Körpers (1) oder Körperabschnitts (2) im Abstand voneinander mindestens zwei Magnetpolschuhe (6, 7) angeordnet sind, wobei mindestens ein Magnetfeldsensor zwischen beiden Magnetpolen (6, 7) in gleichen Abständen von diesen nahe an der Oberfläche des zu prüfenden Körpers (1) oder Körperab­ schnitts (2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den zu prüfenden Körper (1) oder Körperabschnitt (2) ein elektrischer Strom einleitbar ist, der ein Magnetfeld erzeugt, das bei Gefügestörungen magnetische Streufelder hervorruft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag eine Kontaktelektrode für den Strom ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren am Arm einer elektromechanischen Handhabungsvorrichtung befestigt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpolschuhe (6, 7) schwenkbar gelagert sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihen angeordneten Magnetfeldsensoren (12) jeweils in Differenzschaltung an Eingänge eines Multiplexers (20) angeschlossen sind, mit dessen Ausgang ein Kompen­ sationsverstärker (44) verbunden ist, der in Abhängigkeit von der Auswahl der Magnetfelddetektoren durch den Multiplexer mit den Bezugswerten beaufschlagbar ist, mit denen die auf der ungleichmäßigen Größe des Magnetfelds an den verschiedenen Positionen der Magnetfeldsensoren beruhenden Einflüsse kompensiert werden, daß mit dem Kompensationsverstärker (44) ein Eingang eines multipli­ zierenden Ausgleichsglieds (34) verbunden ist, dessen weiterer Eingang bzw. weitere Eingänge mit den einzelnen Magnetfeldsensoren (12) zugeordneten Multiplikationskoeffi­ zienten beaufschlagbar sind, mit denen die auf den Streuungen der Empfindlichkeitskennlinien der Magnetfeld­ sensoren und den unterschiedlichen Stärken des Magnetfeldes beruhenden Einflüsse auf die Fehleranzeige kompensiert werden und daß das vom Ausgleichsglied (34) erzeugte Produkt nach Verstärkung einem Analog-Digital-Wandler (37) zuführbar ist, dem erste Eingänge eines Addierwerks (38) nachgeschaltet sind, dessen zweite Eingänge den einzelnen Magnetfeldsensoren zugeordnete Kompensationswerte zuführbar sind, mit denen die auf Toleranzen der dem Addierwerk (38) vorgeschalteten Schaltungsteile beruhenden Einflüsse kompensierbar sind.