DE3620491C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der DE-OS 32 07 569 oder DE-OS 33 30 824 bekannt.

Mit Hilfe derartiger Prüfverfahren lassen sich Werkstoffproben entweder in Form eines kontinuier­ lich hergestellten Produktes, wie eines Rohres oder eines Drahtes, oder aber in Form einzelner Probenstücke untersuchen und überwachen.

Dabei stellt sich häufig das Problem, daß bei einer bestimmten Einstellung der Meßparameter die einer bestimmten Probenart zugehörigen Meßpunkte näher an den einer anderen Probenart zugehörigen Meßpunkten liegen, während bei einer anderen Para­ meterwahl die Entfernung größer ist. Dabei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß die Meßpunkte für eine bestimmte Probenart nicht - wie dies im Idealfall wünschenswert wäre - jeweils deckungs­ gleich aufeinanderliegen, sondern z.B. durch lokal unterschiedliche Gefügezustände aufgrund einer nicht völlig homogenen Wärmebehandlung oder mechani­ schen Bearbeitung an unterschiedlichen Punkten in der komplexen Ebene zu liegen kommen, wobei diese Abweichungen noch von der jeder physikalischen Messung immanenten Meßungenauigkeit überlagert werden. Dementsprechend stellen die Meßpunkte selbst ein und derselben Probenart ein Streufeld dar, welches bei der Darstellung der Meßpunkte in der komplexen Ebene eine durchaus nicht vernach­ lässigbare Ausdehnung haben kann.

Dies führt dazu, daß bei bestimmten Meßparameterein­ stellungen die im Idealfall ermittelten Meßpunkte zweier zu differenzierender Probenarten zwar noch voneinander getrennt werden können, daß unter Berücksichtigung des realen Streufeldes aber eine zufriedenstellende Auflösung nicht mehr erzielbar ist. Dementsprechend ist es für die Durchführung einer optimalen Messung äußerst wünschenswert, solche Meßparameter aufzufinden, welche sich für eine Differenzierung möglichst gut eignen.

Aus H. Heptner, H. Stroppe: Magnetische und magnetinduktive Werkstoffe; 2. Auflage, Leipzig 1969, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Seite 261 bis 268, Seite 243, Seite 245 ist es an sich bekannt, die unterschiedlichen Meßparametern zuzuordnenden Streufelder zu untersuchen und die Parameter so auszuwählen, daß die Streufelder einen möglichst großen Abstand voneinander haben. Eine derartige Auswahl läßt sich gemäß diesem Stand der Technik deshalb relativ leicht treffen, weil in sämtlichen dort beschriebenen Beispielen die Längsachsen der Streufelder parallel zueinander liegen, d. h. der Abstand der Streufelder läßt sich einfach durch die geometrische Abstandsdefinition, d. h. die Länge der senkrechten Verbindungsstrecke zweier benachbarter Längsachsen definieren.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches das Auffinden einer optimalen Meßparametereinstellung zur Differenzierung von zu untersuchenden Probenarten gestattet, wobei dieses Verfahren auch vollautomatisch durchführbar sein soll, so daß es erforderlichenfalls auch ohne willkürliche Beurteilung und Einflußnahme durch eine Bedienungsperson zur Einstellung der jeweils günstigsten Meßverhältnisse geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der Erkenntnis, daß eine möglichst gute Auflösung im praktischen Meß- und Untersuchungsbetrieb nicht allein dadurch gewonnen werden kann, daß die Meßgeräteeinstellung so erfolgt, daß die für die jeweiligen Probenarten zu erwartenden "Idealmeßpunkte" einen möglichst großen Abstand voneinander haben, wie dies an sich naheliegend erscheint, sondern daß darüber hinaus die Form des realen Streufeldes um jeden "Idealmeßpunkt" berücksichtigt werden muß. Insoweit wurde in umfangreichen Untersuchungen insbesondere festgestellt, daß die Streufelder in der Regel nicht eine isotrope, d.h. gleichmäßige Verteilung um den "Idealpunkt" herum aufweisen, sondern daß diese Verteilung anisotrop ist, d.h. eine Vorzugsrichtung z.B. bezogen auf die reale Achse der komplexen Ebene aufweist. Dabei ist diese Vorzugsrichtung gemäß den im Rahmen der Erfindung gewonnenen Erkenntnissen keineswegs für alle Meßpunkte die gleiche, so daß also die Streufelder der Meßpunkte, welche zwei unterschiedlichen Probenarten zuzuordnen sind, durchaus eine ganz unterschiedliche Streufeld-Anisotropie aufweisen können.

Ausgehend hiervon wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.

Durch dieses erfindungsgemäße Vorgehen wird für die Auswahl der optimalen Meßparametereinstellung ein bisher nicht berücksichtigtes, sehr wesentliches Kriterium an die Hand gegeben. Durch Bestimmung der Vorzugsrichtung der Anisotropie ist es nämlich möglich, gegebenenfalls eine Meßparametereinstellung zu bevorzugen, welche gegenüber einer anderen Meßparametereinstellung zwar schwerpunktmäßig näher beieinanderliegende Idealmeßpunkte liefert, welche aber gleichwohl eine bessere Differenzierung gestattet, weil die Streufeld-Anisotropie z.B. im wesentlichen senkrecht zur Abstandsgeraden der Idealmeßpunkte verläuft, d.h. die in Betracht stehenden Streufelder mit ihren sämtlichen Einzelmeßpunkten einen gut auflösbaren Abstand voneinander aufweisen. Demgegenüber ist es andererseits vorstellbar, daß bei einer bestimmten Meßparametereinstel­ lung zwar die Idealmeßpunkte zweier unterschied­ licher Probenarten relativ weit voneinander entfernt liegen, daß sich die Streufelder dieser idealen Meßpunkte aber aufeinanderzu erstrecken, so daß ein Auseinanderhalten schwieriger oder bei einer Überlappung der Streufelder praktisch unmöglich wird.

Anspruch 2 gibt eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Hüllkurven von Streufeldern in der komplexen Ebene für zwei verschiedene Meß-Frequenzen f ₁ und f ₂ und

Fig. 2 und 3 die Darstellung der Streufelder zweier unterschiedlicher Probenarten bei einer Meßfrequenz von 25 KHz bzw. 1,6 KHz.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die einzelnen Meßpunkte unterschiedlicher Probenarten nicht dargestellt, sondern der Übersichtlichkeit halber lediglich im Ausführungsbeispiel als Ellipsen ausgestaltete Hüllkurven mit den Mittelpunkten M ₁₁ bzw. M ₂₁ bei der Frequenz f ₁ und M ₁₂ bzw. M₂₂ bei der Frequenz f₂. Zur Auswahl des geeigneten Meßparameters, im Ausführungsbeispiel also der entsprechenden Frequenz f wird der Abstand der Streufelder um die Mittelpunkte M ₁₁ bzw. M ₂₁ und M ₁₂ bzw. M ₂₂ herangezogen. Der rein geometrische Abstand wird jedoch gewichtet durch die Anisotropie der Streufeldverteilung, welche bestimmt werden kann durch den Winkel α zwischen der großen Halbachse der jeweiligen Ellipse und der areellen Achse der komplexen Ebene, den Betrag der großen Halbachse jeder Ellipse und den Betrag der kleinen Halbachse jeder Ellipse. Für eine mathematische Auswertung sind weiterhin die Koordinaten der Mittelpunkte M der verschiedenen Ellipsen von Bedeutung.

Die erfindungsgemäß vorgesehene und auf ganz unter­ schiedliche Art und Weise vornehmbare Gewichtung des Abstandes der Streufelder, d.h. des Abstandes der Mittelpunkte der Streufelder, wird nun im Ausführungsbeispiel so vorgenommen, daß die den Mittelpunkten M umschriebenen Ellipsen gleichförmig, d.h. mit dem gleichen Streckfaktor, zentrisch so gestreckt werden, daß sich die Hüllkurven gerade berühren. Dies ist durch die Einzeichnung von Kurvenscharen mit verschiedenen Streckfaktoren (1,5; 2; 2,5) in Fig. 1 veranschaulicht.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsfaktor wird eine Berührung der Hüllkurven bei einem Streck­ faktor von 2,5 bei der Frequenz f ₁ und beim Streck­ faktor von 3 bei der Frequenz f ₂ erreicht.

Als Kriterium für die Auswahl des zu bevorzugenden Meßparameters wird nun vorgegeben, daß derjenige Meßparameter, d.h. im Beispiel diejenige Frequenz, heranzuziehen ist, bei welchem der Streckfaktor maximal ist. Dies bedeutet, daß im gewählten Beispiel bei der Frequenz f ₂ gemessen werden würde, obwohl der geometrische Abstand der Mittelpunkte M ₁₂ und M ₂₂ kleiner ist als der geometrische Abstand der Mittelpunkte M ₁₁ und M ₂₁.

In Fig. 2 und 3 sind Darstellungen der Meßwerte in der komplexen Ebene veranschaulicht, wie sie bei unterschiedlichen Frequenzen, nämlich bei 25 KHz bzw. 1,6 KHz bei Messungen an Stahllegierungen VA4404 (Meßpunkte als Rauten dargestellt) und VA4571 (Meßpunkte als Striche dargestellt) gewonnen wurden.

Diese Messungen zeigen, daß die Anisotropie und die Richtung der anisotropen Verteilung der Streufel­ der bei unterschiedlichen Frequenzen ganz signifikant verschieden ist, und daß dementsprechend die Berück­ sichtigung dieser Anisotropie einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung des Auflösungsvermögens und der Differenzierungssicherheit bietet.

Claims (2)

1. Verfahren zur Prüfung bzw. Bestimmung von Werkstoffen bzw. Werkstoffeigenschaften mit einem Wirbelstrom- Prüfgerät, insbesondere zur Unterscheidung oder Wiedererkennung von Metallen, Metallegierungen und Metallgefügen nach Wärmebehandlungen oder Kaltverfestigungen, wobei eine Sendespule mit einer Frequenz zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem zu prüfenden Werkstück betrieben und über eine Auswerteeinrichtung die Rückwirkung gemessen und die Meßwert-Vektoren in der komplexen Ebene dargestellt werden, wobei veränderbare Meßparameter wie Frequenz, Spulenstrom, Vormagnetisierung, Form des Erregerfeldes einstellbar sind, wobei die Anisotropie des Streufeldes der Meßwert-Vektoren in der komplexen Ebene erfaßt wird, wobei eine Reihe von Probemessungen mit variierenden Meßparametern an den zu bestimmenden bzw. zu unterscheidenden Proben durchgeführt wird und die gegebenenfalls unterschiedlichen Richtungen der Anisotropen der einzelnen Streufelder der zu bestimmten Probenarten und Parametereinstellungen gehörenden Meßpunkte in der komplexen Ebene erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die sich an die Probemessungen anschließenden Serienuntersuchungen zunächst die Anisotropie eines jeden Meßpunkt- Streufeldes dadurch festgelegt wird, daß eine anisotrope Hüllkurve, wie ein Rechteck, eine Ellipse od. dgl. dem Streufeld so zugeordnet wird, daß um die Meßpunkte eines Streufeldes eine kleinstmögliche Hüllkurve gelegt wird, und daß dann ermittelt wird, welche der den zu untersuchenden Proben zugehörigen Streufelder einen möglichst großen Abstand derart aufweisen, daß wenn die Hüllkurven zentrisch so gestreckt werden, sie sich gerade berühren, wobei der maximale der so ermittelten Streckfaktoren als maximaler Abstand definiert wird, und daß diejenigen Meßparameter ausgewählt werden bei welchen der Abstand maximal ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Werkstoffunterscheidung bzw. -erkennung diejenige Einstellung der Meßparameter gewählt wird, bei der der Abstand der Hüllkurven um die Meßwert-Streufelder verschiedener Probenarten gewichtet durch die Größe der Anisotropie des jeweiligen Streufeldes maximal ist.