DE60128424T2

DE60128424T2 - Methode und Gerät zur Inspektion von Komponenten

Info

Publication number: DE60128424T2
Application number: DE60128424T
Authority: DE
Inventors: Shridhar Champaknath Niskayuna Nath; Curtis Wayne Mechanicville Rose; Thomas James Burnt Hills Batzinger; Paul Peter Schenectady Stryjek
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: DE60128424D1; EP1176420A2; CA2353043C; CA2353043A1; EP1176420A3; SG97186A1; CN1339701A; AU5766001A; BR0103028A; EP1176420B1; CN100437107C; JP2002139477A; AU773318B2; US6414483B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen Wirbelstromprüfung, und insbesondere Komponenten mit permanent angebrachten Wirbelstromelementen.
Die Wirbelstromprüfung wird allgemein angewendet, um Risse in elektrisch leitenden Komponenten, wie zum Beispiel Aluminiumkraftstofftanks von Flugzeugen zu detektieren. Bei dieser Art von Prüfung wird elektromagnetische Induktion genutzt, um Wirbelströme in die zu prüfende Komponente zu induzieren. Im Allgemeinen wird eine Sonde mit einer oder mehreren Spulen verwendet, um elektrische Wechselmagnetfelder zu erzeugen, welche die Wirbelströme in der Komponente induzieren. Wenn Risse in der Komponente vorhanden sind, wird der Fluss der Wirbelströme geändert. Die geänderten Wirbelströme erzeugen Änderungen in einem sekundären Magnetfeld, welche durch die Sonde detektiert werden. Die Sonde erzeugt in Reaktion auf das geänderte sekundäre Magnetfeld ein elektrisches Signal. Die Amplitude und die Phase des elektrischen Signals sind im Allgemeinen zu der Größe des Risses proportional.
Wie vorstehend erwähnt wurde in der Vergangenheit eine Sonde mit einer oder mehreren Spulen zur Durchführung der Prüfungen verwendet. Die Sonde wurde angrenzend an die zu prüfende Oberfläche positioniert. Die Anwendung einer Sonde zum Prüfen von Innenflächen von Komponenten wie zum Beispiel von Kraftstofftanks innerhalb von Flugzeugflügeln erzeigenden Schottwänden erforderten die Zerlegung der Struktur, um die Sonde angrenzend an die Oberfläche zu positionieren. Abhängig von der Komplexität der Struktur kann die Zerlegung, Prüfung und der Wiederzusammenbau mehrere Stunden, Tage, Wochen oder länger dauern. Während dieser Zeit steht die Struktur nicht zur Verfügung. Ferner können die für die Durchführung dieser Aufgaben erforderlichen Arbeitskosten hoch sein. Demzufolge besteht ein Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Durchführung einer Wirbelstromprüfung von Innenoberflächen komplexer Strukturen ohne Zerlegung dieser Strukturen.
GB 886,247 offenbart ein Verfahren zum periodischen Messen der Impedanz von in Dichtungsscheiben oder Dichtungen eingebauten Spulen zur Sicherstellung, ob irgendeine Rissbildung oder physische Änderung in einer Struktur erzeugt wurden, in welche die Spulen eingebaut sind.
Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Prüfen eines vorgewählten Bereichs einer elektrisch leitenden Komponente bereit, um zu ermitteln, ob darin Risse vorhanden sind. Das Verfahren weist die Schritte einer permanenten Befestigung eines Wirbelstromelementes mit mehreren Wirbelstromspulen, die auf der Komponente über dem vorgewählten Bereich angeordnet sind, und die Erregung des Elementes zum Erzeugen von Magnetwechselfeldern unmittelbar an der Komponente auf, um dadurch Wirbelströme in die Komponente zu induzieren. Ein elektrisches Signal, das durch ein sekundäres Magnetfeld erzeugt wird, das unmittelbar an der Komponente durch die Wirbelströme ausgebildet wird, wird von dem Element detektiert, und das detektierte elektrische Signal wird mit einem Bezugssignal verglichen, um zu ermit teln, ob sich das detektierte Signal von dem Bezugssignal unterscheidet, wobei das Bezugssignal durch mehrere Spulen auf der Komponente an einer als rissfrei bekannten Bezugsstelle erzeugt wird. Eine Differenz in den Signalen zeigt an, dass ein Riss in der Komponente vorhanden ist.
Das Verfahren umfasst ferner das Anbringen einer Rohrleitung an der Komponente. Ein Leiter wird an jedem primären und Bezugswirbelstromelementen befestigt, die Leiter werden gebündelt und durch die Rohrleitung geführt, um selektiv das Wirbelstromelement mit einem entfernt angeordneten Wirbelstromprüfgerät zu verbinden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine elektrisch leitende Komponente mit einem zur Prüfung ausgewählten Bereich in Kombination mit einer Vorrichtung zur Detektion von Rissen in dem ausgewählten Bereich der Komponente bereit. Die Vorrichtung weist die in Anspruch 4 offenbarten Merkmale auf.
Die Erfindung wird nun detaillierter im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Teilansicht einer Komponente mit einer Prüfvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Vorderseitenaufriss der Prüfvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Darstellung ist, welche die Prüfvorrichtung und eine Antwort aus dem Wirbelstromgerät für eine Komponente ohne Risse darstellt;
4 eine schematische Darstellung ist, welche die Vorrichtung und eine Antwort für eine Komponente mit einem kleinen Riss darstellt; und
5 eine schematische Darstellung ist, welche die Vorrichtung und eine Antwort für eine Komponente mit einem größeren Riss darstellt.
Entsprechende Bezugszeichen zeigen entsprechende Teile durchgängig durch die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen an.
In den Zeichnungen und insbesondere in 1 ist eine elektrisch leitende Komponente, wie zum Beispiel ein Abschnitt einer Schottwand, die zum Erzeugen eines Flugzeugkraftstofftankes verwendet wird, insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Komponente 10 ist in jeder Hinsicht herkömmlich und wird nicht weiter im Detail beschrieben.
Wie es ferner in 1 dargestellt ist, ist eine (insgesamt mit 12 bezeichnete) Prüfvorrichtung auf der Komponente 10 zum Detektieren von Defekten (zum Beispiel einem Riss 14) in einem vorgewählten Bereich 16 der Komponente befestigt. Obwohl nur ein kleiner Abschnitt der Komponente 10 durch die Vorrichtung 12 in 1 abgedeckt wird, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass die Vorrichtung über jedem kritischen Abschnitt der Komponente oder denjenigen Abschnitten angebracht werden kann, welche besonders ausfallempfindlich sind. Ferner kann die gesamte Komponente 10 (oder diejenigen Abschnitte, welche durch die Wirbelstromprüfung prüfbar sind) von der Vorrichtung 12 abgedeckt werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wie es in 2 dargestellt ist, enthält die Vorrichtung 12 ein Substrat 20, das so bemessen und gestaltet ist, dass es den vorgewählten Bereich 16 der Komponente 10 abdeckt. Obwohl das Substrat andere Größen und Formen aufweisen kann, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist das Substrat 20 der bevorzugten Ausführungsform rechteckig und hat eine Breite von etwa 12,5 mm und eine Länge von etwa 112,5 mm. Ferner ist, obwohl das Substrat auch aus anderen Materialien ohne Abweichung von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, das Substrat 20 der bevorzugten Ausführungsform eine Folie aus einem Kapton-Band mit einer klebenden Rückseite für die Befestigung des Substrates an der Komponente 10 über dem vorgewählten Bereich 16. Kapton ist eine US-bundesweit registrierte Handelsmarke von E.I. du Pont de Nemours and Company of Wilmington, Delaware. Alternativ kann ein (nicht dargestelltes) getrenntes Klebeband verwendet werden, um das Substrat 20 an der Komponente 10 anzubringen.
Ein insgesamt mit 22 bezeichnetes Primärwirbelstromelement, mit mehreren Wirbelstromspulen 24 ist auf dem Substrat 20 (2) montiert. Obwohl andere Anzahlen und Muster von Primärspulen 24 verwendet werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, hat das Primärelement 22 der bevorzugten Ausführungsform eine Anordnung von Spulen, die durch neun Reihen von Spulen gebildet wird, die jeweils drei überlappende Spulen enthalten. Obwohl andere Spulengrößen und Formen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist jede von den Spulen der bevorzugten Ausführungsform rechteckig, mit einer Breite von etwa 0,75 mm und einer Länge von etwa 42,5 mm. Somit ist das Element 22 der bevorzugten Ausführungsform so bemessen und gestaltet, dass es wenigstens einen Abschnitt des vorgewählten Bereichs 16 abdeckt, um Risse in der Komponente zu detektieren. Ferner sind die Spulen 24 in jeder Reihe der bevorzugten Ausführungsform über eine Strecke von etwa 7,5 mm überlappt. Obwohl die Spulen aus anderen Materialien und mittels anderer Prozesse hergestellt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, sind die Spulen der bevorzugten Ausführungsform aus Kupfer und werden mittels eines herkömmlichen fotolithographischen Prozesses in das Substrat geätzt.
Wie es ferner in 2 dargestellt ist, ist ein Bezugswirbelstromelement 26 mit Wirbelstromspulen 28 auf dem Substrat 20 unter der untersten Reihe der Primärwirbelstromspulen 24 montiert. Wie der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, sind, da sowohl das Primärwirbelstromelement 22 als auch das Bezugswirbelstromelement 26 von der Komponente über das Substrat 20 in einem Abstand angeordnet sind, diese Elemente von der Komponente im Wesentlichen in einen im Wesentlichen gleichen und konstanten Abstand (das heißt, mit der Dicke des Substrats) angeordnet. Obwohl andere Anzahlen und Muster von Bezugsspulen verwendet werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfin dung abzuweichen, besitzt das Bezugselement der bevorzugten Ausführungsform zwei getrennte Spulen 28, die über einen Bezugsbereich 30 (1) der Komponente 10 außerhalb des für den Prüfungsbereich 16 gewählten Bereiches positioniert sind.
Messleitungen 32 sind mit jeder Primärspule 24 und jeder Bezugsspule 28 gemäß Darstellung in 2 verbunden. Diese Leitungen 32 sind gebündelt und durch ein Schutzrohr oder eine Rohrleitung 34 geführt, welche diese zu einem elektrischen Verbinder 36 führt, der für einen Zugriff durch Techniker zum selektiven Verbinden des Primärelementes 22 und des Bezugselementes 26 mit einem herkömmlichen Wirbelstromgerät (insgesamt mit 40 in 3 bezeichnet) positioniert ist. Obwohl das Rohr 34 andere Konfigurationen aufweisen kann, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ist in einer bevorzugten Ausführungsform das Rohr ein zylindrisches Rohr mit einem Außendurchmesser von etwa 5 mm. Ferner ist, obwohl eine andere Einrichtung zum Befestigen des Rohres 34 an der Komponente verwendet werden kann, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, das Rohr in einer Ausführungsform an der Komponente mit einem geeigneten herkömmlichen Kleber befestigt. Löcher und/oder Nuten oder andere Öffnungen können in Gebieten mit niedrigen Beanspruchungen der Komponente 10 erzeugt werden, um das Rohr 34 aufzunehmen. Ferner können die Enden des Rohren 34 mit einem geeigneten herkömmlichen Dichtungsmittel verschlossen werden, um zu verhindern, dass Verschmutzungen in das Rohr und die Komponente 10 eintreten. Ferner ist es vorstellbar, dass Öffnungen in der Seite des Rohres 34 ausgebildet werden können um einen Zugang für die Leiter 32 zu schaffen.
Wie der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, kann die vorstehend beschriebene Vorrichtung 12 zum Prüfen eines vorgewählten Bereichs 16 einer elektrisch leitenden Komponente 10 verwendet werden, um zu ermitteln ob Defekte (zum Beispiel ein Riss 14) vorhanden sind. Zuerst wird ein Wirbelstromelement 22 permanent auf der Komponente 10 über dem vorgewählten Bereich 16 befestigt. Wenn der vorgewählte Bereich geprüft wird, wird ein herkömmliches Wirbelstromgerät 40 mit dem Element 22 unter Verwendung des Verbinders 36 verbunden. Das Gerät 40 erregt das Element 22, um Wechselmagnetfelder unmittelbar an der Komponente 10 zu erzeugen, um dadurch Wirbelströme in die Komponente zu induzieren. Wie der Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, detektiert das Element 22 ein elektrisches Signal, das von einem sekundären Magnetfeld erzeugt wird, das unmittelbar an der Komponente durch die Wirbelströme ausgebildet wird. Das detektierte elektrische Signal wird mit dem Bezugssignal verglichen, um zu ermitteln, ob das detektierte Signal anders als das Bezugssignal ist. Eine derartige Differenz zeigt das Vorhandensein eines Risses 14 in der Komponente 10 an.
Gemäß Darstellung in 3 sind, wenn keine Risse vorhanden sind, die von den Primärspulen (zum Beispiel den Spulen 42, 44) empfangenen Signale gleich den von den Bezugsspulen 28 empfangenen Bezugssignalen. Somit ist, wenn die Impedanz der Spule 42 mit der Impedanz der Bezugsspulen 28 auf einer entsprechenden Anzeige 46 des Wirbelstromgerätes 40 verglichen wird, der Unterschied Null. Ebenso ist, wenn die Impedanz der Spule 44 mit der Impedanz der Bezugsspulen 28 auf einer entsprechenden Anzeigeeinrichtung 48 des Wirbelstromgerätes 40 verglichen wird, der Unterschied Null. Jedoch zeigt, wenn ein Defekt, wie zum Beispiel ein Riss 14, auf eine Länge wie sie in 4 dargestellt ist, wächst, die Anzeigeeinrichtung einen Unterschied in der Impedanz zwischen der Spule 42 und den Spulen 28 an. Da sich die Länge des Risses nicht bis unter die Spule 44 erstreckt, zeigt die entsprechende Anzeigeinrichtung 48 einen Wert von Null an. Wenn der Riss gemäß Darstellung in 5 länger wird, zeigen die Anzeigeinrichtungen 46 und 48 beide einen Unterschied in der Impedanz zwischen den entsprechenden Spulen an. Somit kann die Lage und die Länge aller Risse unter Verwendung des Gerätes 12 und des vorstehend beschriebenen Verfahrens detektiert werden.
Bei Einführung von Elementen der vorliegenden Erfindung oder deren bevorzugter Ausführungsform(en) sollen die Artikel "ein", "einer", "der" und "besagt" bedeuten, dass eines oder mehrere von den Elementen vorhanden sind. Die Begriffe "aufweisend", "enthaltend", und "mit" sollen einschließend sein und die Bedeutung haben, dass zusätzliche Elemente außer den angegebenen Elementen vorhanden sein können.

Claims

Verfahren zum Prüfen eines vorgewählten Bereichs (16) eines elektrisch leitenden Bauteils (10), um zu ermitteln, ob darin Risse (14) vorhanden sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: permanentes Befestigen eines Primärwirbelstromelementes (22) mit mehreren Wirbelstromspulen (24), die in einer Anordnung auf dem Bauteil (10) über den vorgewählten Bereichen (16) angebracht sind; Erregen des Elementes (22), um Wechselmagnetfelder unmittelbar unmittelbar an dem Bauteil zu erzeugen, um dadurch Wirbelströme in dem Bauteil zu induzieren; Detektieren mit jeder von den mehreren Spulen in dem Element eines elektrischen Signals, das durch ein sekundäres Magnetfeld erzeugt wird, das unmittelbar an dem Bauteil durch die durch das Element induzierten Wirbelströme ausgebildet wird; und gekennzeichnet durch: Befestigen eines Bezugswirbelstromelementes (26) mit mehreren getrennten Spulen (28) auf dem Bauteil an einer Bezugsstelle (30), die bekanntermaßen rissfrei ist, und Vergleichen des von jeder der mehreren Primärwirbelstromelementspulen (24) in dem Element detektierten elektrischen Signals, um zu ermitteln, ob sich das detektierte Signal von einem Bezugssignal unterscheidet, das durch das Bezugswirbelstromelement erzeugt wird, um dadurch das Vorhandensein eines Risses in dem Bauteil anzuzeigen, welcher im Wesentlichen der vorbestimmten Stelle der verglichenen Spule entspricht; Anbringen einer Rohrleitung (34) an dem Bauteil; und Anbringen eines Leiters (32) an jeder der Primär- und Bezugswirbelstromspulen, um selektiv die Wirbelstromspulen mit einem entfernt angeordneten Wirbelstromprüfgerät zu verbinden; und Bündeln der Leiter und Durchführen dieser durch die Rohrleitung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten: Erzeugen einer Öffnung in dem Bauteil (10), die zur Aufnahme der Rohrleitung eingerichtet ist; und Positionieren der Rohrleitung in der Öffnung.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt der Abdichtung der Rohrleitung enthält, um den Durchtritt von Verschmutzungen dadurch zu vermeiden.
In Kombination, ein elektrisch leitendes Bauteil (10) mit einem zur Überprüfung ausgewählten Bereich (16) und eine Vorrichtung (12) zum Detektieren von Rissen (14) in dem ausgewählten Bereich des Bauteils, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Substrat (20), das auf dem Bauteil über dem zur Überprüfung gewählten Bereich befestigt wird. ein Primärwirbelstromelement (22), das auf dem Substrat über wenigstens einem Abschnitt des ausgewählten Bereichs zum Detektieren von Rissen in dem Bereich befestigt ist, wobei das Primärwirbelstromelement mehrere in einem vorgewählten Muster angeordnete Wirbelstromspulen (24) aufweist; und gekennzeichnet durch: ein Bezugswirbelstromelement (26) mit mehreren getrennten Spulen (28), die auf einer als rissfrei bekannten Bezugsstelle befestigt sind, um ein Bezugssignal zu erhalten, das einem Abschnitt des Bauteils ohne Risse entspricht; und ein Bündel von Leitern (32), die in einer Rohrleitung (34) vorgesehen sind, wobei die Leiter an Primär- und Bezugswirbelstromspulen (22, 26) angeschlossen sind, um die Wirbelstromspulen selektiv mit einem getrennten Weibelstromprüfgerät zu verbinden.
Kombination nach Anspruch 4, wobei: sowohl das Primärwirbelstromelement (22) als auch das Bezugswirbelstromelement (26) von dem Bauteil in einem im Wesentlichen gleichen und konstanten Abstand angeordnet sind.
Kombination nach Anspruch 4, wobei das Substrat (20) geklebt mit dem Bauteil über dem für die Überprüfung ausgewählten Bereich verbunden ist.
Kombination nach Anspruch 4, ferner mit einem elektrischen Verbinder (36), der auf dem Bauteil befestigt ist, um selektiv das Primärwirbelstromelement mit dem entfernten Wirbelstromprüfgerät zu verbinden.
Kombination nach Anspruch 4, wobei die mehreren Wirbelstromspulen (24) in dem Primärwirbelstromelement auf dem Substrat (20) im Wesentlichen über dem gesamten gewählten Bereich befestigt werden.