EP1029237A1 - Tastkopf zur wirbelstromprüfung, verfahren zur herstellung eines tastkopfes für eine wirbelstromprüfung und wirbelstromprüfverfahren - Google Patents

Tastkopf zur wirbelstromprüfung, verfahren zur herstellung eines tastkopfes für eine wirbelstromprüfung und wirbelstromprüfverfahren

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Publication number
EP1029237A1
EP1029237A1 EP98962175A EP98962175A EP1029237A1 EP 1029237 A1 EP1029237 A1 EP 1029237A1 EP 98962175 A EP98962175 A EP 98962175A EP 98962175 A EP98962175 A EP 98962175A EP 1029237 A1 EP1029237 A1 EP 1029237A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
probe
film
test
test surface
eddy current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98962175A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Becker
Hans-Peter Lohmann
Gabriel Daalmans
Klaus Ludwig
Ludwig BÄR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1029237A1 publication Critical patent/EP1029237A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents
    • G01N27/9006—Details, e.g. in the structure or functioning of sensors

Definitions

  • Eddy current probe method of manufacturing an eddy current probe and eddy current test method
  • the invention relates to a probe for eddy current testing and a method for producing such a probe.
  • the invention further relates to an eddy current test method.
  • the object of the invention is to provide a probe for eddy current testing, with which a rapid eddy current test can be carried out and in which the lift-off effect is low. Further objects of the invention are the specification of a method for producing a probe and the specification of an eddy current test method.
  • the task aimed at specifying a probe is achieved by a probe for eddy current testing of a test object with a test surface, comprising a probe coil arrangement arranged in or on a film, comprising an excitation coil and a detector coil, and a film carrier with a film surface on which the Film is arranged, which film surface is adapted to the test surface or to a part of the test surface so that the film can be passed over the test surface without gaps.
  • a probe for eddy current testing of a test object with a test surface comprising a probe coil arrangement arranged in or on a film, comprising an excitation coil and a detector coil, and a film carrier with a film surface on which the Film is arranged, which film surface is adapted to the test surface or to a part of the test surface so that the film can be passed over the test surface without gaps.
  • the adaptation of the film surface to the test surface enables the probe to be guided in the test surface almost without lifting, so that essentially no lifting effect occurs.
  • the use of a probe coil arrangement in or on a film also enables the probe to be designed with a large probe area. This enables the test time to be kept short, since a large area is checked each time the probe is swept over the test surface.
  • the film carrier preferably consists of a flexible material, at least adjacent to the film surface.
  • the film surface can be adapted even better to the test surface by pressing the film carrier onto the test surface.
  • the excitation coil and the detector coil preferably have a mutual inductance of less than 1 nH, in particular less than 100 pH. Crosstalk from the excitation coil to the detector coil is kept low by this embodiment.
  • the excitation coil further preferably has a conductor cross section greater than 10 "3 mm 2.
  • the film is preferably at least partially provided with a thermally good and electrically poorly conductive cooling layer.
  • the film is preferably thermally well conductive and electrically poorly conductive
  • the measures mentioned serve to keep the heating low or to dissipate the resulting heat effectively and harmlessly. These measures make it possible, in particular, to conduct a high excitation current through the excitation coil.
  • a high excitation current is desirable for increasing A high excitation current results in losses due to the ohm resistance and thus heating.
  • the test surface has a roughness with an average roughness length
  • the probe coil arrangement preferably having an extension along a direction lying in the film which is considerably greater than the average roughness length. Lift-off effects caused by the roughness are averaged out.
  • the detector coil preferably has a greater extent in the film surface along a longitudinal direction than along a transverse direction perpendicular to the longitudinal direction. This configuration enables the detector coil to be more sensitive to elongated material defects, such as cracks, which are oriented along the longitudinal direction when the detector coil is moved transversely to the longitudinal direction.
  • the detector coil in the foil surface can be fitted into an imaginary square envelope line so that it touches all four sides of the envelope line. Due to the symmetry of such an embodiment, the sensitivity of the detector coil is independent of the orientation of elongated material defects.
  • the probe coil arrangement can preferably be read out by a readout unit, which readout unit contains a SQUID sensor.
  • the use of a SQUID sensor in particular increases the sensitivity or the signal-to-noise ratio of the measuring apparatus.
  • the probe coil arrangement is part of a flux transformer for transmitting the magnetic field to be measured to the highly sensitive SQUID sensor.
  • the test surface is preferably formed by the wall of a groove in the test object, to which wall the film surface is adapted.
  • a groove is usually difficult to access in an eddy current test with a conventional probe.
  • a groove can also be checked quickly and without any noteworthy disturbances due to the lifting effect. Eddy current testing can therefore be carried out easily and quickly, even with complex geometries such as those formed by a groove.
  • the test surface is further preferably part of the surface of a turbine blade with a foot part and a blade leaf leading edge, in particular part of the surface of the foot part or the surface of the blade leaf leading edge. edge.
  • the design of the probe enables a quick and efficient inspection of turbine blades for material defects.
  • the foot section and the airfoil leading edge of a turbine blade are exposed to heavy loads and must be checked regularly.
  • the adapted probe also enables a check outside the laboratory, for example directly at the turbine. Due to the possibility of a fast eddy current test, the expensive revision time can be kept short. Both gas and steam turbine blades or blades of turbine engines can be tested.
  • the probe coil arrangement is preferably designed as a photolithographically produced conductor arrangement. Particularly in the case of a gradiometric probe coil arrangement, that is to say in the case of a detector coil constructed from two coils wound in opposite directions, the probe coil arrangement produced photolithographically produces a good match between the two coils of the detector coil.
  • the object aimed at specifying a method for producing a probe is achieved by a method for producing a probe for eddy current testing of a test object with a test surface, in which a moldable material is added to the test surface without gaps so that one of the moldable materials Form of the test surface adapted foil carrier for a probe coil arrangement arranged in or on a foil is formed in this way.
  • the film is preferably nestled onto the test surface, the material poured over the film and cured. By pouring one onto the test surface a molded probe that is matched to the test surface is produced in a simple and quick manner.
  • the object aimed at specifying an eddy current test method is achieved by an eddy current test, in which a test object is tested with a test surface, a probe being guided over the test surface, and in which a probe coil arrangement arranged in or on a film is arranged on a film surface of a film carrier is and wherein the film surface is adapted to the test surface so that the film is passed without a gap over the test surface.
  • a probe 1 is shown in FIG. It is connected to measuring electronics 24 via lines 26A and 26B.
  • the measuring electronics 24 comprise a supply unit 25 which provides an alternating current.
  • the measuring electronics 24 also include a readout unit 15, in which a SQUID sensor 16 is provided in this example.
  • the probe 1 is approximately U-shaped in cross section. The narrow sides of a right-hand top surface IC are perpendicular to this, followed by two flat, U-shaped, mutually parallel surfaces 1A and IB with their broad sides. Between the side surfaces 1A and IB there is a film surface 9, bent along the edge of the side surfaces 1A and IB. The film surface 9 gives the probe a nose-like shape.
  • a film 4 is arranged symmetrically around the apex line 9A on the film surface 9.
  • the film 4 carries a probe coil arrangement 7. This consists of an excitation coil 5, which surrounds a detector coil 6.
  • the detector coil 6 is formed by a first coil 6A and a second coil 6B wound in the opposite direction to the coil 6A.
  • About half of the film carrier 8 measured from the apex line 9A consists of a flexible material 10.
  • the excitation coil 5 is connected to the supply unit 25 via the line 26A.
  • the detector coil 6 is connected to the readout unit 15 via the line 26B.
  • FIG. 2 schematically shows a perspective view of the foot part 21 of a turbine blade 20.
  • the foot part 21 has grooves 18 running parallel to one another, as a result of which the foot part 21 is embossed with a characteristic fir tree profile.
  • Each groove 18 has a groove wall 17.
  • An airfoil 22 adjoins the base part 21, only part of which is shown.
  • a probe is in one of the grooves 18 1 inserted. This is connected to lines 26 with a supply unit, not shown, and a readout unit, also not shown.
  • the probe 1 has a film carrier 8.
  • the film carrier 8 in turn has a film surface 9.
  • the film surface 9 is adapted to the test surface 3, here the groove wall 17.
  • a film 4 which is arranged on the film surface 9, bears against the groove wall 17 without any gaps.
  • a probe coil arrangement (see FIG. 1) is attached to the film 4.
  • the probe 1 When testing a groove 18 using an eddy current test method with the probe 1, the probe 1 is pulled through the groove 18.
  • the excitation coil 5 (see FIG. 1) is supplied with alternating current via the supply unit 25 (see FIG. 1). This alternating current induces an eddy current via its magnetic field in the groove wall 17. This eddy current in turn results in a magnetic field. This is measured with a detector coil 6 (see FIG. 1).
  • the detector coil 6 is read by the read-out unit (15) (see FIG. 1) and changes in the magnetic field measured by the detector coil 6 as a function of the location of the probe 1 in the groove 18 are shown. In this way, material defects can be localized quickly and easily, even with complex geometries.
  • FIG. 3 shows a cross section through four turns 5A of an excitation coil 5.
  • the excitation coil 5 is arranged on a film 4.
  • Each turn 5A of the excitation coil 5 is approximately rectangular in cross section.
  • the film 4 and the turns 5A of the excitation coil 5 are coated with a thermally well-conductive but electrically poorly conductive coating 11.
  • the film 4 can also consist of a thermally highly conductive material. In order to generate a sufficiently high measurement signal, it is desirable to conduct the highest possible current through the excitation coil 5. This has the consequence that due to of the ohm 'see resistance caused by the resulting losses to heat the excitation coil 5 and its surroundings, in particular the film 4. This can damage the film 4.
  • the cross sections of the windings 5A are chosen to be larger than 10 "3 mm 2.
  • the heat generated is also dissipated via the thermally highly conductive coating 11 and possibly via a thermally highly conductive film 4.
  • FIG. 4 shows a cross section through the test surface 3.
  • the test surface 3 has a roughness which manifests itself at different distances from points in the test surface 3 with respect to a plane 3A.
  • the mean value of these different distances 12A results in a mean roughness length 12. So that the roughness of the test surface 3 does not lead to an undesirable lifting effect in the eddy current test method, the probe coil arrangement is made considerably larger than the mean roughness length 12 in at least one direction during a measurement.
  • a detector coil 6 is shown in FIG. It is composed of two coils 6A and 6B wound in opposite directions.
  • the detector coil 6 has a greater extent in a longitudinal direction 13 than in a transverse direction 14 lying perpendicular to the longitudinal direction 13.
  • Such a detector coil 6 is moved along the transverse direction 14 in an eddy current test method and shows an increased sensitivity to material defects which are transverse extend to the transverse direction 14.
  • FIG. 6 and FIG. 7 show a detector coil 6, which can each be fitted into a square envelope line 30. Both a shamrock arrangement of the detector coil, as in FIG. 6, and a radially symmetrical detector coil 6
  • FIG. 7 show a sensitivity to one another that is essentially unchangeable with respect to the measuring direction. elongate material defects extending in different directions.
  • a method for producing a probe head 1 adapted to a test surface 3 is explained with reference to FIG.
  • a test object 2 is shown with a groove 18 that is approximately trapezoidal in cross section.
  • the groove wall 17 of the groove 18 forms the test surface 3.
  • Two side parts 31 and 32 are inserted into the groove 18 at a distance from each other along a cross section through the groove 18.
  • the two side parts 31, 32 enclose a film 4 with a probe coil arrangement (not shown), the film 4 nestling against the test surface 3, that is to say the groove wall 17.
  • a moldable material 23 is poured into the space between the side parts 31 and 32 up to about half the height of the groove 18.
  • the moldable material 23 is curable. After the moldable material 23 has hardened, a probe 1 is precisely adapted to the test surface 3 for an eddy current test.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf (1) zur Wirbelstromprüfung, bei dem eine Sondenspulenanordnung (7) auf einer Folie (4) an einem Folienträger (8) angeordnet ist. Der Folienträger (8) ist der Form des zu prüfenden Objektes angepasst. Es wird eine schnelle und störungsarme Wirbelstromprüfung ermöglicht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Tastkopfes (1) für eine Wirbelstromprüfung sowie ein Wirbelstromprüfverfahren.

Description

Beschreibung
Tastkopf zur Wirbelstromprufung, Verfahren zur Herstellung eines Tastkopfes für eine Wirbelstromprufung und Wirbelstrom- Prüfverfahren
Die Erfindung betrifft einen Tastkopf zur Wirbelstromprufung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Tastkopfes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Wirbelstromprüfverfah- ren.
In dem Artikel "Non-destructive Testing of Corrosion Effect on High-temperature Protective Coatings" von G. Dibelius, H.J. Krichel und U. Reimann, VGB Kraftwerkstechnik 70 (1990), Nr. 9, ist eine Wirbelstromprufung an Gasturbinenschaufeln beschrieben. Gasturbinenschaufeln sind starken mechanischen und thermischen Beanspruchungen ausgesetzt. Eine Prüfung solcher Schaufeln auf Materialfehler, wie z.B. Risse, ist essentiell für die Betriebssicherheit. Gasturbinenschaufeln sind in der Regel mit einer schützenden Beschichtung versehen. Die Güte dieser Beschichtung ist u.a. mit einem Wirbelstromprüfverfahren überprüfbar. Dabei wird mit einer Erregerspule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches im zu prüfenden Material Wirbelströme hervorruft. Die Wirbelströme haben ihrer- seits ein magnetisches Wechselfeld zur Folge, welches mit einer Detektorspule gemessen wird. Materialfehler haben einen charakteristischen Einfluß auf das gemessene Magnetfeld und können so detektiert werden.
Aus dem Buch „Zerstörungsfreie Werkstück- und Werkstoffprüfung" von Siegfried Steeb, expert-Verlag Böblingen, 1988, geht hervor, daß ein eine Wirbelstromprufung negativ beeinflussender Effekt der sogenannte Abhebeeffekt ist. Der Abhebeeffekt entsteht- durch ein Abheben oder einer Distanzände- rung der Detektorspule zum Prüfobjekt. Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Tastkopfes zur Wirbelstromprufung, mit dem eine schnelle Wirbelstromprufung durchführbar ist und bei dem der Abhebeeffekt gering ist. Weitere Aufgaben der Erfindung sind die Angabe eines Verfah- rens zur Herstellung eines Tastkopfes und die Angabe eines Wirbelstromprüfverfahrens .
Erfindungsgemäß wird die auf die Angabe eines Tastkopfes gerichtete Aufgabe gelöst durch einen Tastkopf zur Wirbelstrom- prüfung eines Prüfobjektes mit einer Prüfoberfläche, umfassend eine in oder auf einer Folie angeordnete, eine Erregerspule und eine Detektorspule umfassende Sondenspulenanordnung und einen Folienträger mit einer Folienfläche, an der die Folie angeordnet ist, welche Folienfläche an die Prüfoberfläche oder an einen Teil der Prüfoberfläche so angepaßt ist, daß die Folie spaltfrei über die PrüfOberfläche führbar ist. Bei der Führung des Tastkopfes über die PrüfOberfläche gibt es also allenfalls einen durch fertigungstechnische Toleranzen oder Unebenheiten verursachten Zwischenraum zwischen Folie und PrüfOberfläche. Die Folie wird im wesentlichen schleifend über die PrüfOberfläche geführt.
Die Anpassung der Folienfläche an die PrüfOberfläche ermöglicht eine nahezu abhebefreie Führung des Tastkopfes in der Prüfoberfläche, so daß im wesentlichen kein Abhebeeffekt auftritt. Die Verwendung einer Sondenspulenanordnung in oder auf einer Folie ermöglicht zudem eine Ausführung des Tastkopfes mit einer großen Sondenfläche. Damit kann die Prüfzeit kurz gehalten werden, da mit jedem Überstreichen des Tastkopfes über die PrüfOberfläche eine große Fläche geprüft wird.
Die Detektorspule kann eine einzige Spule sein, sie kann aber auch aus zwei, insbesondere gegensinnig zueinander gewickelten Spulen (Gradiometeranordnung) aufgebaut sein. Mit einer solchen Gradiometeranordnung ist die Detektorspule im wesentlichen nur noch auf Magnetfeldgradienten empfindlich. Insbe- sondere wird von der Erregerspule allenfalls ein kleines Signal in der Detektorspule induziert.
Bevorzugt besteht der Folienträger, zumindest angrenzend an die Folienfläche, aus einem flexiblen Material. Dadurch kann die Folienfläche über ein Anpressen des Folienträgers an die Prüfoberfläche noch besser an die PrüfOberfläche angepaßt werden.
Bevorzugtermaßen weisen die Erregerspule und die Detektorspule zueinander eine Gegeninduktivität kleiner als 1 nH, insbesondere kleiner als 100 pH auf. Durch diese Ausführung wird ein Übersprechen von der Erregerspule auf die Detektorspule gering gehalten.
Weiter bevorzugt weist die Erregerspule einen Leiterquerschnitt größer als 10"3 mm2 auf. Bevorzugt ist die Folie zumindest teilweise mit einer thermisch gut und elektrisch schlecht leitenden Kühlschicht versehen. Bevorzugt ist die Folie thermisch gut leitend und elektrisch schlecht leitend ausgebildet. Weiter bevorzugt ist der Folienträger thermisch gut leitend ausgebildet. Die genannten Maßnahmen dienen dazu, die Aufheizung gering zu halten oder die entstehende Wärme effektiv und unschädlich abzuführen. Diese Maßnahmen ermögli- chen es insbesondere, einen hohen Erregerstrom durch die Erregerspule zu leiten. Ein hoher Erregerstrom ist wünschenswert zur Steigerung der Meßempfindlichkeit. Ein hoher Erregerstrom hat aufgrund des Ohm' sehen Widerstandes Verluste und damit eine Aufheizung zur Folge.
Die Prüfoberfläche weist eine Rauhigkeit mit einer mittleren Rauhigkeitslänge auf, wobei bevorzugt die Sondenspulenanordnung entlang einer in der Folie liegenden Richtung eine Ausdehnung aufweist, die erheblich größer ist als die mittlere Rauhigkeitslänge. Damit werden aufgrund der Rauhigkeit hervorgerufene Abhebeeffekte ausgemittelt . Bevorzugt weist die Detektorspule in der Folienfläche entlang einer Längsrichtung eine größere Ausdehnung auf, als entlang einer senkrecht zur Längsrichtung liegenden Querrichtung. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine erhöhte Empfindlichkeit der Detektorspule für längliche Materialfehler, wie z.B. Risse, die entlang der Längsrichtung orientiert sind, wenn die Detektorspule quer zur Längsrichtung bewegt wird.
Weiter bevorzugt ist die Detektorspule in der Folienfläche in eine gedachte quadratische Hüllinie so einpaßbar, daß sie alle vier Seiten der Hüllinie berührt. Durch die Symmetrie einer solchen Ausführung ist die Detektorspule in ihrer Empfindlichkeit unabhängig von der Orientierung länglicher Materialfehler.
Bevorzugt ist die Sondenspulenanordnung durch eine Ausleseeinheit auslesbar, welche Ausleseeinheit einen SQUID-Sensor enthält. Die Verwendung eines SQUID-Sensors erhöht insbesondere die Empfindlichkeit bzw. das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Meßapparatur. Die Sondenspulenanordnung ist dabei Teil eines Flußtransformators zur Übermittlung des zu messenden Magnetfeldes an den hochempfindlichen SQUID-Sensor.
Bevorzugt ist die PrüfOberfläche durch die Wand einer Nut im Prüfobjekt gebildet, an welche Wand die Folienfläche angepaßt ist. Eine Nut ist in der Regel einer Wirbelstromprufung mit einem konventionellen Tastkopf schwer zugänglich. Durch eine Anpassung der Folienfläche an die Nutwand ist auch eine Nut zügig und ohne nennenswerte Störungen durch den Abhebeeffekt prüfbar. Eine Wirbelstromprufung kann also auch bei komplexen Geometrien, wie sie durch eine Nut gebildet werden, einfach und schnell durchgeführt werden.
Weiter bevorzugt ist die Prüfoberfläche ein Teil der Oberflä- ehe einer Turbinenschaufel mit einem Fußteil und einer Schaufelblatteintrittskante, insbesondere ein Teil der Oberfläche des Fußteils oder der Oberfläche der Schaufelblatteintritts- kante. Die Ausgestaltung des Tastkopfes ermöglicht eine schnelle und effiziente Prüfung von Turbinenschaufeln auf Materialfehler. Insbesondere das Fußteil und die Schaufelblatteintrittskante einer Turbinenschaufel sind starken Bean- spruchungen ausgesetzt und müssen regelmäßig überprüft werden. Der angepaßte Tastkopf ermöglicht dabei auch eine Überprüfung außerhalb des Labors, z.B. direkt bei der Turbine. Durch die Möglichkeit einer schnellen Wirbelstromprufung kann dabei die teure Revisionszeit kurz gehalten werden. Es können sowohl Gas- als auch Dampfturbinenschaufeln oder auch Schaufeln von Turbinentriebwerken geprüft werden.
Bevorzugtermaßen ist die Sondenspulenanordnung als eine photolithographisch hergestellte Leiteranordnung ausgeführt. Insbesondere bei einer gradiometrischen Sondenspulenanordnung, also bei einer aus zwei gegensinnig gewickelten Spulen aufgebauten Detektorspule, wird durch die photolithographisch hergestellte Sondenspulenanordnung eine gute Abgleichung der beiden Spulen der Detektorspule erreicht.
Erfindungsgemäß wird die auf Angabe eines Verfahrens zur Herstellung eines Tastkopfes gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Tastkopfes für eine Wirbelstromprufung eines Prüfobjektes mit einer Prüfoberfläche, bei dem ein formbares Material spaltfrei so an die Prüfoberfläche angefügt wird, daß durch das formbare Material ein der Form der Prüfoberfläche angepaßter Folienträger für eine in oder auf einer Folie angeordnete Sondenspulenanordnung so gebildet wird.
Die Vorteile eines solchen Verfahrens ergeben sich entsprechend den Ausführungen zu den Vorteilen des Tastkopfes für eine Wirbelstromprufung.
Vorzugsweise wird die Folie an die PrüfOberfläche angeschmiegt, das Material über die Folie gegossen und ausgehärtet. Durch ein solches Ausgießen einer an die PrüfOberfläche angeschmiegten Folie wird in einfacher und schneller Art und Weise ein an die Prüfoberfläche angepaßter Tastkopf hergestellt .
Erfindungsgemäß wird die auf Angabe eines Wirbelstromprüfverfahrens gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Wirbelstromprufung, bei dem ein Prüfobjekt mit einer PrüfOberfläche geprüft wird, wobei ein Tastkopf über die Prüfoberfläche geführt wird, und bei dem eine in oder auf einer Folie angeordnete Sondenspulenanordnung an einer Folienfläche eines Folienträgers angeordnet ist und wobei die Folienfläche an die Prüfoberfläche so angepaßt ist, daß die Folie spaltfrei über die Prüfoberfläche geführt wird.
Die Vorteile eines solchen Wirbelstromprüfverfahrens ergeben sich entsprechend den Ausführungen zu den Vorteilen eines Tastkopfes für eine Wirbelstromprufung.
Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen Tastkopf,
FIG 2 ein Fußteil einer Turbinenschaufel mit einem daran angeordneten Tastkopf,
FIG 3 einen Querschnitt durch einen Teil einer Erregerspule,
FIG 4 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch eine Prüfoberfläche,
FIG 5 bis 7 Ausführungsformen einer Detektorspule.
FIG 8 ein Verfahren zur Herstellung eines Tastkopfes. Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
In Figur 1 ist ein Tastkopf 1 dargestellt. Er ist über Lei- tungen 26A und 26B mit einer Meßelektronik 24 verbunden. Die Meßelektronik 24 umfaßt eine Versorgungseinheit 25, welche einen Wechselstrom bereitstellt. Die Meßelektronik 24 umfaßt außerdem eine Ausleseeinheit 15, in welcher in diesem Beispiel ein SQUID-Sensor 16 vorgesehen ist. Der Tastkopf 1 ist in diesem Beispiel im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet. An die Schmalseiten einer rechtigen Deckfläche IC schließen sich senkrecht zu dieser zwei ebene, U-förmige, zueinander parallele Flächen 1A und IB mit ihren Breitseiten an. Zwischen den Seitenflächen 1A und IB liegt, entlang dem Rand der Seitenflächen 1A und IB gebogen, eine Folienfläche 9. Durch die Folienfläche 9 erhält der Tastkopf eine nasenförmige Form. Die Punkte auf der Folienfläche 9 mit dem größten Abstand zur Deckfläche IC bilden eine Scheitellinie 9A. Symmetrisch um die Scheitellinie 9A ist auf der Folienfläche 9 ei- ne Folie 4 angeordnet. Die Folie 4 trägt eine Sondenspulenanordnung 7. Diese besteht aus einer Erregerspule 5, welche eine Detektorspule 6 umgibt. Die Detektorspule 6 wird von einer ersten Spule 6A und einer gegensinnig zur Spule 6A gewickelten zweiten Spule 6B gebildet. Ungefähr die Hälfte des Folienträgers 8 gemessen von der Scheitellinie 9A besteht aus einem flexiblen Material 10. Die Erregerspule 5 ist über die Leitung 26A mit der Versorgungseinheit 25 verbunden. Die Detektorspule 6 ist über die Leitung 26B mit der Ausleseeinheit 15 verbunden.
Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung schematisch das Fußteil 21 einer Turbinenschaufel 20. Das Fußteil 21 weist parallel zueinander verlaufende Nuten 18 auf, wodurch dem Fußteil 21 ein charakteristisches Tannenbaumprofil aufgeprägt ist. Jede Nut 18 weist eine Nutwand 17 auf. An das Fußteil 21 grenzt ein Schaufelblatt 22 an, von dem nur ein Teil dargestellt ist. In einer der Nuten 18 ist ein Tastkopf 1 eingefügt. Dieser ist mit Leitungen 26 mit einer nicht dargestellten Versorgungseinheit und einer ebenfalls nicht dargestellten Ausleseeinheit verbunden. Der Tastkopf 1 weist einen Folienträger 8 auf. Der Folienträger 8 weist seinerseits eine Folienfläche 9 auf. Die Folienfläche 9 ist an die Prüfoberfläche 3, hier die Nutwand 17, angepaßt. Damit liegt eine Folie 4, welche an der Folienfläche 9 angeordnet ist, ab- standsfrei an der Nutwand 17 an. Auf der Folie 4 ist eine Sondenspulenanordnung (s. Fig.l) angebracht.
Bei der Prüfung einer Nut 18 über ein Wirbelstromprüfverfahren mit dem Tastkopf 1 wird dieser durch die Nut 18 gezogen. Dabei wird der Erregerspule 5 (s. Fig. 1) über die Versorgungseinheit 25 (s. Fig.l) Wechselstrom zugeführt. Dieser Wechselstrom induziert über sein Magnetfeld in der Nutwand 17 einen Wirbelstrom. Dieser Wirbelstrom hat seinerseits ein Magnetfeld zur Folge. Dieses wird mit einer Detektorspule 6 (siehe Figur 1) gemessen. Ein Materialfehler in der Nut 18, z.B. ein Riß, hat nun eine veränderte Impedanz für den flie- ßenden Wirbelstrom und damit ein verändertes Magnetfeld zur Folge. Die Detektorspule 6 wird von der Ausleseeinheit (15) (s. Fig. 1) ausgelesen und Änderungen des von der Detektorspule 6 gemessenen Magnetfeldes in Abhängigkeit vom Ort des Tastkopfes 1 in der Nut 18 dargestellt. Auf diese Weise las- sen sich Materialfehler auch bei komplexen Geometrien einfach und schnell lokalisieren.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch vier Windungen 5A einer Erregerspule 5. Die Erregerspule 5 ist auf einer Folie 4 an- geordnet. Jede Windung 5A der Erregerspule 5 ist im Querschnitt etwa rechteckig. Die Folie 4 und die Windungen 5A der Erregerspule 5 sind mit einer thermisch gut leitenden aber elektrisch schlecht leitenden Beschichtung 11 überzogen. Auch die Folie 4 kann aus einem thermisch gut leitenden Material bestehen. Um ein ausreichend hohes Meßsignal zu erzeugen, ist es wünschenswert, einen möglichst hohen Strom durch die Erregerspule 5 zu führen. Dies hat zur Folge, daß sich aufgrund des Ohm' sehen Widerstandes durch die entstehenden Verluste die Erregerspule 5 und ihre Umgebung, insbesondere die Folie 4, aufheizen. Dies kann zu einer Beschädigung der Folie 4 führen. Um den Ohm' sehen Widerstand klein zu halten, sind die Querschnitte der Windungen 5A größer als 10"3 mm2 gewählt. Die entstehende Wärme wird außerdem über die thermisch gut leitende Beschichtung 11 und eventuell über eine thermisch gut leitende Folie 4 abgeführt.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die PrüfOberfläche 3. Die Prüfoberfläche 3 weist eine Rauhigkeit auf, welche sich in unterschiedlichen Abständen von Punkten in der Prüfoberfläche 3 gegenüber einer Ebene 3A äußert. Der Mittelwert dieser verschiedenen Abstände 12A ergibt eine mittlere Rauhig- keitslänge 12. Damit die Rauhigkeiten der PrüfOberfläche 3 nicht zu einem unerwünschten Abhebeeffekt beim Wirbelstromprüfverfahren führen, wird die Sondenspulenanordnung zumindest in einer Richtung erheblich größer ausgeführt, als die mittlere Rauhigkeitslänge 12. Damit mittein sich Rauhigkeiten während einer Messung aus.
In Figur 5 ist eine Detektorspule 6 gezeigt. Sie ist aus zwei gegensinnig zueinander gewickelten Spulen 6A und 6B aufgebaut. Die Detektorspule 6 weist in einer Längsrichtung 13 ei- ne größere Ausdehnung auf, als in einer senkrecht zur Längsrichtung 13 liegenden Querrichtung 14. Eine solche Detektorspule 6 wird in einem Wirbelstromprüfverfahren entlang der Querrichtung 14 bewegt und zeigt eine erhöhte Empfindlichkeit für Materialfehler, welche sich quer zur Querrichtung 14 er- strecken.
Figur 6 und Figur 7 zeigen demgegenüber eine Detektorspule 6, die jeweils in eine quadratische Hüllinie 30 einpaßbar ist. Sowohl eine Kleeblatt-Anordnung der Detektorspule, wie in Fi- gur 6, als auch eine radialsymmetrische Detektorspule 6
(Figur 7) zeigen eine gegenüber der Meßrichtung im wesentlichen unveränderliche Empfindlichkeit gegenüber sich in unter- schiedlicher Richtung erstreckenden länglichen Materialfehler.
Anhand von Figur 8 wird ein Verfahren zur Herstellung eines an eine PrüfOberfläche 3 angepaßten Tastkopfes 1 erläutert. Es ist ein Prüfobjekt 2 mit einer im Querschnitt etwa trapezförmigen Nut 18 dargestellt. Die Nutwand 17 der Nut 18 bildet die PrüfOberfläche 3. In die Nut 18 sind voneinander beabstandet entlang jeweils einem Querschnitt durch die Nut 18 zwei Seitenteile 31 und 32 eingefügt. Die beiden Seitenteile 31, 32 schließen eine Folie 4 mit einer nicht dargestellten Sondenspulenanordnung ein, wobei die Folie 4 an die Prüfoberfläche 3, also an die Nutwand 17, angeschmiegt ist. In den Zwischenraum zwischen den Seitenteilen 31 und 32 ist bis etwa zur halben Höhe der Nut 18 ein formbares Material 23 eingegossen. Das formbare Material 23 ist aushärtbar. Nach einer erfolgten Aushärtung des formbaren Materials 23 verfügt man über einen genau an die Prüfoberfläche 3 angepaßten Tastkopf 1 für eine Wirbelstromprufung.

Claims

Patentansprüche
1. Für eine Wirbelstromprufung eines Prüfobjektes (2), welches eine PrüfOberfläche (3) aufweist, ausgelegter Tastkopf (1), umfassend eine in oder auf einer Folie (4) angeordnete, eine Erregerspule (5) und eine Detektorspule (6) umfassende Sondenspulenanordnung (7) und einen Folienträger (8) mit einer Folienfläche (9) an der die Folie (4) angeordnet ist, welche Folienfläche (9) an die PrüfOberfläche (3) oder an ei- nen Teil der PrüfOberfläche (3) so angepaßt ist, daß die Folie (4) spaltfrei über die PrüfOberfläche (3) führbar ist.
2. Tastkopf (1) nach Anspruch 1, wobei der Folienträger (8), zumindest angrenzend an die Foli- enfläche (9), aus einem flexiblen Material (10) besteht.
3. Tastkopf (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erregerspule (5) und die Detektorspule (6) zueinander eine Gegeninduktivität kleiner als 1 nH, insbesondere kleiner als 100 pH, aufweisen.
4. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erregerspule (5) einen Leiterquerschnitt (5A) größer als 10-3 mm2 aufweist.
5. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (4) zumindest teilweise mit einer thermisch gut und elektrisch schlecht leitenden Kühlschicht (11) versehen ist.
6. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (4) thermisch gut leitend und elektrisch schlecht leitend ausgebildet ist.
7. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Folienträger (8) thermisch gut leitend ausgebildet ist .
8. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfoberflache (3) eine Rauhigkeit mit einer mittleren Rauhigkeitslange (12) aufweist, und wobei die Sondenspulenanordnung (7) entlang einer m der Folie (4) liegenden Richtung eine Ausdehnung (13) aufweist, die erheblich großer ist, als die mittlere Rauhigkeitslange (12) .
9. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorspule (6) in der Folienflache (9) entlang einer Längsrichtung (13) eine grossere Ausdehnung aufweist, als entlang einer senkrecht zur Längsrichtung (13) liegenden Querrichtung (14).
10. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorspule (6) durch eine Ausleseeinheit (15) auslesbar ist, welche Ausleseeinheit (15) einen SQUID-Sensor (16) enthalt.
11. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfoberflache (3) durch die Wand (17) einer Nut
(18) im Prufobjekt (2) gebildet ist, an welche Wand (17) die Folienflache (9) angepaßt ist.
12. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfoberflache (3) ein Teil der Oberflache (19) einer Turbinenschaufel (20) mit einem Fußteil (21) und einer Schaufelblatteintrittskante (22) ist, insbesondere ein Teil der Oberflache (19A) des Fußteiles (21) oder der Oberflache (19B) der Schaufelblatteintrittskante (22) .
13. Tastkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sondenspulenanordnung (7) als eine photolithographisch hergestellte Leiteranordnung ausgeführt ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Tastkopfes (1) für die
Wirbelstromprufung eines Prufobjektes (2) mit einer Prufober- flache (3), bei dem ein formbares Material (23) spaltfrei so an die Prüfoberfläche (3) angefügt wird, daß durch das Material (23) ein der Form der PrüfOberfläche (3) angepaßter Folienträger (8) für eine in oder auf einer Folie (4) angeordneten Sondenspulenanordnung (7) gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Folie (4) an die PrüfOberfläche (3) angeschmiegt und das formbare Material (23) über die Folie (4) gegossen und ausgehärtet wird.
16. Wirbelstromprüfverfahren, bei dem ein Prüfobjekt (2) mit einer PrüfOberfläche (3) geprüft wird, wobei ein Tastkopf (1) über die PrüfOberfläche (3) geführt wird, und bei dem eine in oder auf einer Folie (4) angeordnete Sondenspulenanordnung (7) an einer Folienfläche (9) eines Folienträgers (8) angeordnet ist, und wobei die Folienfläche (9) an die PrüfOberfläche (3) so angepaßt ist, daß die Folie (4) spaltfrei über die Prüfoberfläche (3) geführt wird.
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