EP2721389A1 - Verfahren und messvorrichtung zur untersuchung eines magnetischen werkstücks - Google Patents

Verfahren und messvorrichtung zur untersuchung eines magnetischen werkstücks

Info

Publication number
EP2721389A1
EP2721389A1 EP12746054.1A EP12746054A EP2721389A1 EP 2721389 A1 EP2721389 A1 EP 2721389A1 EP 12746054 A EP12746054 A EP 12746054A EP 2721389 A1 EP2721389 A1 EP 2721389A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
measurement
sensor
calibration function
measuring device
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Withdrawn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
EP12746054.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Gerd Brummel
Uwe Linnert
Carl Udo Maier
Jochen Ostermaier
Uwe Pfeifer
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2721389A1 publication Critical patent/EP2721389A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G01L25/003—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency for measuring torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
    • G01N2203/0635—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means using magnetic properties

Definitions

  • the invention relates generally to a method and a measuring device for examining a magnetic workpiece, and more particularly testing for internal mechanical ⁇ specific voltages of the magnetic workpiece.
  • Internal mechanical stresses such as, for example, so-called frozen stresses can arise during the production or further processing of workpieces, for example when the workpiece is subjected to forming treatments or thermal stresses due to hardening processes, surface treatments and / or
  • the accuracy of the measurement results is strongly influenced by the frozen stresses that are permanently present in the material to be measured.
  • magnetoelastic sensors that operate without contact can not be used because of the frozen voltages.
  • Other types of measurements can only be performed to a certain degree of accuracy.
  • the invention relates to a method for examining a magnetic workpiece, comprising the following steps:
  • the knowledge of the frozen voltages and their behavior when applying a load allows a high-precision measurement, for example, the power transmission to shafts in power plants. With this method, measurement accuracies on the order of about +/- 1% can be achieved.
  • the calibration function is created for each measuring point as the internal mechanical stresses or frozen voltages change locally. It is possible to view one or more measurement points or the entire surface of the workpiece, in which case the calibration function may include a map. By knowing the internal mechanical tension on the measurement accuracy of the measurement of the incorporated ⁇ externally applied stress by correcting the calibration point can be increased.
  • the calibration function can contain several parameters, whereby the parameters to be used can be selected.
  • a magnetoelastic sensor can be used for the measurements.
  • a magnetoelastic sensor is based on the measurement of the magnetic permeability change. This sensor can be used, for example, as a torque sensor, which can measure the power transmission of waves, for example. It is also possible to use a magnetostrictive sensor.
  • the calibration function may include a calibration curve. By means of a calibration curve, the frozen voltage can be displayed and processed in a simple manner. Thus, the size of the frozen voltage can be an offset for each measuring point.
  • the pitch can be the same and linear under proper material conditions.
  • the incline is changed. This is to be observed, since the forces have to be transmitted despite the imperfections, which, however, only the intact material can accomplish. As a result, the stresses increase in this area and make themselves felt by changing the slope of the calibration curve.
  • the method is also suitable for material examination.
  • Measurements for creating the calibration function can be performed at different temperatures. Especially with large differences in temperature under different operating conditions, a measurement at different temperatures increases the accuracy of the examination. Thus, the calibration function has a further degree of freedom or a further dimension which allows a more accurate adjustment or adaptation.
  • Measurements for the creation of the calibration function can be carried out with different positions of a sensor for the measurement.
  • a distance dependence of the sensor can be considered and corrected and the accuracy can be increased in another dimension.
  • the calibration function may include a map of internal mechanical stresses. With the map, a calibration function or a calibration value such as an offset can be created for every point on the workpiece or only for a subset. By knowing the frozen or neren stresses of the workpiece or material at each location can be measured at any point of the workpiece from an externally introduced mechanical stress without distortion by internal stresses.
  • the distance to the workpiece and / or the temperature may be specified. All or some of the collected data or parameters can be used to measure externally applied stress.
  • the acquired data can be entered into a controller of a measuring or processing device or in a special measuring computer and used there for correction.
  • the invention relates to a measuring ⁇ device for examining a magnetic workpiece with a sensor for detecting mechanical stresses on the workpiece and a controller for processing measured values suitable for creating a calibration function for the correction of a measurement of an externally introduced mechanical stress.
  • the measuring device can be designed independently, be part of a machining system for the workpiece such as a lathe or a machine for the last surface treatment or part of a simulator.
  • the sensor can detect both internal and external mechanical stresses. From measurements of internal mechanical stresses or frozen voltages, the controller creates a calibration function that corrects the measurement of external mechanical stress.
  • the sensor can be a magnetoelastic sensor.
  • a magnetoelastic sensor is based on the measurement of the magnetic permeability change.
  • This sensor can be used for example as a torque sensor, the For example, can measure the power transmission of waves. It is also possible to use a magnetostrictive sensor.
  • the sensor can be arranged on a multi-axis system, so that the sensor is at a distance to the workpiece, along the
  • the measuring device may comprise a device for applying a torque to the workpiece.
  • a load can be applied to the workpiece and thus a measurement un ⁇ ter load performed.
  • the device may either be part of the measuring device or belong to a processing system, which is coupled to the measuring device, for example.
  • the measuring device can also be part of a processing system such as a lathe or the like.
  • the workpiece can be a shaft.
  • a magnetoelastic sensor as a torque sensor is particularly suitable.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a measuring device for examining a magnetic workpiece according to the invention.
  • Fig. 2 is a flow chart of a method of inspecting a magnetic workpiece according to the invention.
  • the drawings are merely illustrative of the invention and do not limit it. The drawings and the individual parts are not necessarily to scale.
  • FIG. 1 shows a measuring device 1 for examining a magnetic workpiece 2, here by way of example in the form of a shaft, as can be used, for example, in power stations.
  • the workpiece 2 is clamped in a receiving device 3 in order to fix the workpiece 2.
  • the workpiece 2 may be fixed in place or moved about a rotation axis 2a.
  • the measuring device 1 may be an independent device, be combined with a processing system or be part of the processing system.
  • the processing system may be, for example, a lathe or the like.
  • the workpiece can be examined, such as a power measurement or a material examination.
  • a magnetoelastic sensor is based on the measurement of the magnetic permeability change. This sensor can be used for example as a torque sensor, which can measure, for example, the power transmission of waves.
  • the sensor 4 is attached to a multi-axis system 5, with which the sensor 4 can be moved along the workpiece 2, that is to say parallel to the axis of rotation 2 a, and in the direction of the workpiece 2, that is to say perpendicular to the axis of rotation 2 a so as to be able to reach all areas or at least one or more selected areas of the surface.
  • the orientation of the sensor 4 can be changed so as to allow, for example, a continuous vertical orientation of the sensor 4 on the respective portion of the surface.
  • the sensor 4 is connected to a control 6 for processing measured values, which is suitable for creating a Calibration function 7 for the correction of a measurement of an externally applied to the workpiece 2 mechanical stress.
  • the controller 6 can furthermore control the receiving device 3, the rotation of the workpiece 2 and functions of a processing system or a simulator.
  • the controller 6 may be made extra or part of an existing controller, for example a lathe.
  • a measurement can be carried out under load or it can be a power transmission of the shaft 2 are simulated.
  • the moment can be applied mechanically or for example by means of eddy current.
  • a first step 10 the internal mechanical stresses on the workpiece 2 are measured without load.
  • the sensor 4 is moved along the workpiece 2 so as to produce a map of measurement data covering the entire surface or a certain part thereof.
  • These measurement data are stored in the controller 6.
  • a second step 11 the internal mechanical stresses on the workpiece 2 are measured under load.
  • the device 8 exerts a stationary moment on the workpiece 2.
  • the sensor 4 is in turn moved along the workpiece 2 so as to produce a map of measurement data covering the entire surface or a certain part thereof. Ideally, the identical measuring points are approached in this second measurement.
  • a calibration function 7 is created for at least one measuring point by means of the two measurements.
  • the calibration function 7 may include a map of the Lucasfro ⁇ renen voltages. With the calibration function 7 receives one is aware of the internal mechanical of the frozen tensions of the workpiece 2 at each location or measuring point. The value of the internal stress can be represented as an offset, which is then subtracted from the measurement result then obtained during the following measurement of an externally introduced mechanical stress. It is also possible to enter the individual Cal ⁇ rierparameter in the measuring system and to consider directly in the measurement, that is not to create special Cal ⁇ rierfunktion, but in a sense to use a calibration function indirectly included in the measurement function.
  • a fourth step 13 the measurements for the preparation of the calibration function 7 are carried out at different temperatures.
  • the calibration function 7 can also compensate for different temperatures, for example for different operating states.
  • a fifth step 14 measurements are carried out for the creation of the calibration function 7 at a different position of the sensor 4 for the measurement. In this way, the distance dependence of the sensor 4 to the workpiece 2 can additionally be corrected by the calibration function 7.
  • the two steps 13 and 14 are optional. Both steps can be measured with and / or without load.
  • the measurement results of steps 10 to 14 are stored in the controller 6 and combined to form a calibration function 7.
  • a mechanical stress introduced from outside is measured at the at least one measuring point taking into account the calibration function 7.
  • the mechanical stress may, for example, be applied by the device 8 or another device, for example a simulator.
  • the fifth step either in addition to or instead of the measurement of the externally introduced mechanical stress disturbances in the material of the workpiece 2 can be detected.
  • the Disturbances such as voids can be detected by changes in the slope of the calibration curve.
  • a material investigation takes place.
  • Well suited is the method of measuring on waves for
  • the calibration of the sensor 4 takes place by means of a mapping of the stresses over the circumference in the area in which the sensor 4 is to be positioned.
  • This can be in a special measuring device in which the shaft is clamped, or have already done in the machining ⁇ processing system, with which the lastecknbearbei ⁇ processing of the shaft is performed.
  • the torque sensor 4 is mounted on the shaft and via a multi-axis system 5, the placement along and in the direction of the shaft is made.
  • the measuring device or the processing system is equipped with a device which simulates the power transmission in the power plant, for
  • Example by applying a stationary moment The cartographed measured values are then transferred to an evaluation software or entered.
  • the calibration parameters can be set.

Abstract

Ein Verfahren zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks (2) umfasst die folgenden Schritte: - Messung von inneren mechanischen Spannungen am Werkstück (2) ohne Last; - Messung von inneren mechanischen Spannungen am Werkstück (2) mit Last; - Erstellung einer Kalibrierfunktion (7) mittels der beiden Messungen für mindestens einen Messpunkt; - Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung an dem mindestens einen Messpunkt unter Berücksichtigung der Kalibrierfunktion (7).

Description

Beschreibung
Verfahren und Messvorrichtung zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks und insbesondere die Untersuchung auf innere mechani¬ sche Spannungen des magnetischen Werkstücks.
Innere mechanische Spannungen wie zum Beispiel sogenannte eingefrorene Spannungen können bei der Herstellung oder Weiterverarbeitung von Werkstücken entstehen, wenn das Werkstück zum Beispiel Umformbehandlungen oder thermischen Belastungen durch Härtevorgänge, Oberflächenbehandlungen und/oder
Schweißvorgängen ausgesetzt ist.
Bei der Messung von mechanischen Spannungen wird die Genauigkeit des Messergebnisse stark durch die eingefrorenen Span- nungen, die permanent im zu messenden Material vorhanden sind, beeinflusst.
Zum Beispiel bei der Leistungsmessung von Wellen für ein Kraftwerk können magnetoelastische Sensoren, die berührungs- los arbeiten, aufgrund der eingefrorenen Spannungen nicht verwendet werden. Andere Arten von Messungen können nur bis zu einem gewissen Grad an Genauigkeit durchgeführt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Untersuchung auf innere me- chanische Spannungen eines magnetischen Werkstücks zu vereinfachen .
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil- düngen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert . Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks, mit den folgenden Schritten:
- Messung von inneren mechanischen Spannungen am Werkstück ohne Last;
- Messung von inneren mechanischen Spannungen am Werkstück mit Last;
- Erstellung einer Kalibrierfunktion mittels der beiden Messungen für mindestens einen Messpunkt;
- Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung an dem mindestens einen Messpunkt unter Berücksichtigung der Kalibrierfunktion .
Die Kenntnis der eingefrorenen Spannungen und deren Verhalten bei Aufbringen einer Last erlaubt eine hochpräzise Messung zum Beispiel der Leistungsübertragung an Wellen in Kraftwerken. Mit diesem Verfahren lassen sich Messgenauigkeiten in der Größenordnung von etwa +/- 1 % erreichen. Die Kalibrierfunktion wird für jeden Messpunkt erstellt, da die inneren mechanischen Spannungen bzw. eingefrorenen Spannungen sich lokal ändern. Es ist möglich, einen oder mehrere Messpunkte zu betrachten oder die gesamte Oberfläche des Werkstücks, in diesem Fall kann die Kalibrierfunktion eine Karte enthalten. Durch die Kenntnis der inneren mechanischen Spannung am Mess- punkt kann die Genauigkeit der Messung der von außen einge¬ brachten mechanischen Spannung durch Korrektur mit der Kalibrierfunktion erhöht werden. Die Kalibrierfunktion kann mehrere Parameter enthalten, wobei die zu benutzenden Parameter ausgewählt werden können.
Für die Messungen kann ein magnetoelastischer Sensor verwendet werden. Ein magnetoelastischer Sensor beruht auf der Messung der magnetischen Permeabilitätsänderung. Dieser Sensor kann kann zum Beispiel als Drehmomentsensor eingesetzt wer- den, der beispielsweise die Leistungsübertragung von Wellen messen kann. Es kann auch ein magnetostriktiver Sensor verwendet werden. Die Kalibrierfunktion kann eine Kalibrierkurve umfassen. Mittels einer Kalibrierkurve kann auf einfache Art und Weise die eingefrorene Spannung dargestellt und verarbeitet werden. So kann die Größe der eingefrorenen Spannung ein Offset für je- den Messpunkt sein.
Anhand der Steigung der Kalibrierkurve können Störungen im Material des Werkstücks erkannt werden. Zum Beispiel kann die Steigung bei ordentlichen Materialverhältnissen gleich und linear verlaufen. Bei einer Störung im Material wie zum Beispiel einem Lunker ist die Steigung verändert. Dies ist zu beobachten, da die Kräfte trotz der Fehlstellen übertragen werden müssen, was jedoch nur das intakte Material bewerkstelligen kann. Dadurch erhöhen sich die Spannungen in diesem Bereich und machen sich durch eine Veränderung der Steigung der Kalibrierkurve bemerkbar. Somit ist das Verfahren auch zur Materialuntersuchung geeignet.
Messungen für die Erstellung der Kalibrierfunktion können bei unterschiedlichen Temperaturen ausgeführt werden. Gerade bei großen Temperaturunterschieden bei unterschiedlichen Be- triebszuständen erhöht eine Messung bei unterschiedlichen Temperaturen die Genauigkeit der Untersuchung. Damit hat die Kalibrierfunktion einen weiteren Freiheitsgrad oder eine wei- tere Dimension, die eine genauere Einstellung oder Anpassung erlaubt .
Messungen für die Erstellung der Kalibrierfunktion können bei unterschiedlicher Position eines Sensors für die Messung aus- geführt werden. So kann eine Abstandsabhängigkeit des Sensors berücksichtigt und korrigiert werden und die Genauigkeit in einer weiteren Dimension erhöht werden.
Die Kalibrierfunktion kann eine Karte der inneren mechani- sehen Spannungen umfassen. Mit der Karte kann für jeden Punkt auf dem Werkstück oder auch nur für eine Teilmenge eine Kalibrierfunktion oder ein Kalibrierwert wie ein Offset erstellt werden. Durch die Kenntnis der eingefrorenen oder in- neren Spannungen des Werkstücks oder Materials an jedem Ort kann an jedem Punkt des Werkstücks eine von außen eingebrachte mechanische Spannung ohne Verfälschung durch innere Spannungen gemessen werden.
Zur Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung kann die Angabe der Position eines Sensors für die Mes¬ sung, der Abstand zum Werkstück und/oder die Temperatur angegeben werden. Alle oder einige der erfassten Daten oder Para- meter können für die Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung verwendet werden. Die erfassten Daten können in eine Steuerung einer Mess- oder Verarbeitungsvorrichtung oder in einen speziellen Messrechner eingegeben und dort zur Korrektur verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Mess¬ vorrichtung zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks mit einen Sensor zur Erfassung von mechanischen Spannungen am Werkstück und einer Steuerung zur Verarbeitung von Messwerten geeignet zur Erstellung einer Kalibrierfunktion für die Korrektur einer Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung.
Die Messvorrichtung kann eigenständig ausgebildet sein, Be- standteil eines Bearbeitungssystems für das Werkstück wie zum Beispiel eine Drehmaschine oder eine Maschine für die letzte Oberflächenbehandlung oder Bestandteil eines Simulators sein. Der Sensor kann sowohl innere als auch äußere mechanische Spannungen erfassen. Aus Messungen der inneren mechanischen Spannungen oder eingefrorenen Spannungen erstellt die Steuerung eine Kalibrierfunktion, mit der die Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung korrigiert wird.
Der Sensor kann ein magnetoelastischer Sensor sein. Ein mag- netoelastischer Sensor beruht auf der Messung der magnetischen Permeabilitätsänderung. Dieser Sensor kann kann zum Beispiel als Drehmomentsensor eingesetzt werden, der bei- spielsweise die Leistungsübertragung von Wellen messen kann. Es kann auch ein magnetostriktiver Sensor verwendet werden.
Der Sensor kann an einem Mehrachsensystem angeordnet sein, so dass der Sensor im Abstand zu dem Werkstück, entlang des
Werkstückes und/oder in seiner Orientierung eingestellt werden kann. Auf diese Weise können die Möglichkeiten des Sensors und die Gegebenheiten des Werkstücks optimal aneinander angepasst werden.
Die Messvorrichtung kann eine Vorrichtung zur Aufbringung eines Moments auf das Werkstück umfassen. Damit kann eine Last auf das Werkstück aufgebracht werden und so eine Messung un¬ ter Last durchgeführt werden. Die Vorrichtung kann entweder Bestandteil der Messvorrichtung sein oder zu einem Bearbeitungssystem gehören, das zum Beispiel mit der Messvorrichtung gekoppelt ist. Die Messvorrichtung kann aber auch Bestandteil eines Bearbeitungssystems wie zum Beispiel einer Drehmaschine oder ähnlichem sein.
Das Werkstück kann eine Welle sein. Bei einer Welle ist die Verwendung eines magnetoelastischen Sensors als Drehmomentsensor besonders geeignet. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks gemäß der Er- findung.
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks gemäß der Erfindung. Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.
Figur 1 zeigt eine Messvorrichtung 1 zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks 2, hier beispielhaft in Form einer Welle, wie sie zum Beispiel in Kraftwerken verwendet werden kann .
Das Werkstück 2 ist in eine Aufnahmevorrichtung 3 einge- spannt, um das Werkstück 2 zu fixieren. Das Werkstück 2 kann ortsfest fixiert sein oder um eine Rotationsachse 2a bewegt werden. Die Messvorrichtung 1 kann eine eigenständige Vorrichtung sein, mit einem Bearbeitungssystem kombiniert sein oder Bestandteil des Bearbeitungssystems sein. Das Bearbei- tungssystem kann zum Beispiel eine Drehmaschine oder ähnliches sein.
Mit einem magnetoelastischen oder magnetostriktiven Sensor 4 kann das Werkstück untersucht werden, wie zum Beispiel eine Leistungsmessung oder eine Materialuntersuchung. Ein magnetoelastischer Sensor beruht auf der Messung der magnetischen Permeabilitätsänderung. Dieser Sensor kann kann zum Beispiel als Drehmomentsensor eingesetzt werden, der beispielsweise die Leistungsübertragung von Wellen messen kann.
Der Sensor 4 ist an einem Mehrachsensystem 5 befestigt, mit dem der Sensor 4 entlang des Werkstücks 2, das heißt parallel zu der Rotationsachse 2a, und in Richtung des Werkstücks 2, das heißt senkrecht zu der Rotationsachse 2a, verfahren wer- den kann, um so alle Bereiche oder zumindest einen oder mehrere ausgewählte Bereiche der Oberfläche erreichen zu können. Zusätzlich kann die Orientierung des Sensors 4 verändert werden, um so zum Beispiel eine ständig lotrechte Ausrichtung des Sensors 4 auf den jeweiligen Abschnitt der Oberfläche zu ermöglichen.
Der Sensor 4 ist mit einer Steuerung 6 zur Verarbeitung von Messwerten verbunden, die geeignet ist zur Erstellung einer Kalibrierfunktion 7 für die Korrektur einer Messung einer von außen auf das Werkstück 2 eingebrachten mechanischen Spannung. Die Steuerung 6 kann weiterhin die Aufnahmevorrichtung 3, die Rotation des Werkstücks 2 sowie Funktionen eines Bear- beitungssystems oder eines Simulators steuern. Die Steuerung 6 kann extra ausgeführt oder Bestandteil einer bestehenden Steuerung zum Beispiel einer Drehmaschine sein.
Mittels einer Vorrichtung 8 zur Aufbringung eines stationären Moments auf das Werkstück 2 kann eine Messung unter Last durchgeführt werden bzw. es kann eine Leistungsübertragung der Welle 2 simuliert werden. Das Moment kann mechanisch oder zum Beispiel mittels Wirbelstrom aufgebracht werden. Anhand von Figur 2 wird das Verfahren zur Untersuchung des Werkstücks 2 beschrieben.
In einem ersten Schritt 10 werden die inneren mechanischen Spannungen am Werkstück 2 ohne Last gemessen. Dazu wird der Sensor 4 entlang des Werkstücks 2 bewegt, um so eine Karte von Messdaten zu erzeugen, welche die komplette Oberfläche oder einen gewissen Teil davon abdeckt. Diese Messdaten werden in der Steuerung 6 gespeichert. In einem zweiten Schritt 11 werden die inneren mechanischen Spannungen am Werkstück 2 unter Last gemessen. Dazu übt die Vorrichtung 8 ein stationäres Moment auf das Werkstück 2 aus. Der Sensor 4 wird wiederum entlang des Werkstücks 2 bewegt, um so eine Karte von Messdaten zu erzeugen, welche die kom- plette Oberfläche oder einen gewissen Teil davon abdeckt. Idealerweise werden bei dieser zweiten Messung die identischen Messpunkte angefahren. Auch diese Messdaten werden in der Steuerung 6 gespeichert. In einem dritten Schritt 12 wird mittels der beiden Messungen für mindestens einen Messpunkt eine Kalibrierfunktion 7 erstellt. Die Kalibrierfunktion 7 kann eine Karte der eingefro¬ renen Spannungen umfassen. Mit der Kalibrierfunktion 7 erhält man Kenntnis der inneren mechanischen der eingefrorenen Spannungen des Werkstücks 2 an jedem Ort oder Messpunkt. Der Wert der inneren Spannung kann als Offset dargestellt sein, der dann bei der folgenden Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung von dem dann erhaltenen Messergebnis subtrahiert wird. Es ist auch möglich, die einzelnen Kalib¬ rierparameter in das Messsystem einzugeben und direkt bei der Messung zu berücksichtigen, das heißt keine spezielle Kalib¬ rierfunktion zu erstellen, sondern gewissermaßen eine in der Messfunktion indirekt enthaltene Kalibrierfunktion zu nutzen.
In einem vierten Schritt 13 werden die Messungen für die Erstellung der Kalibrierfunktion 7 bei unterschiedlichen Temperaturen ausgeführt. Auf diese Weise kann die Kalibrierfunkti- on 7 auch unterschiedliche Temperaturen zum Beispiel für verschiedene Betriebszustände kompensieren.
In einem fünften Schritt 14 werden Messungen für die Erstellung der Kalibrierfunktion 7 bei unterschiedlicher Position des Sensors 4 für die Messung ausgeführt. Auf diese Weise kann zusätzlich die Abstandsabhängigkeit des Sensors 4 zu dem Werkstück 2 von der Kalibrierfunktion 7 korrigiert werden.
Die beiden Schritte 13 und 14 sind optional. Beide Schritte können mit und/oder ohne Last gemessen werden. Die Messergebnisse der Schritte 10 bis 14 werden in der Steuerung 6 gespeichert und zu einer Kalibrierfunktion 7 zusammengeführt.
In einem fünften Schritt 15 wird eine von außen eingebrachte mechanische Spannung an dem mindestens einen Messpunkt unter Berücksichtigung der Kalibrierfunktion 7 gemessen. Die mechanische Spannung kann zum Beispiel von der Vorrichtung 8 oder einer anderen Vorrichtung beispielsweise einem Simulator aufgebracht werden.
In dem fünften Schritt kann entweder zusätzlich oder anstelle der Messung der von außen eingebrachten mechanischen Spannung Störungen im Material des Werkstücks 2 erkannt werden. Die Störungen wie zum Beispiel Lunker können anhand Änderungen der Steigung der Kalibrierkurve erkannt werden. Somit findet eine Materialuntersuchung statt. Gut geeignet ist das Verfahren zur Messung an Wellen zur
Übertragung von Leistung. Bei dieser Leistungsmessung an Wellen zum Beispiel im Kraftwerk geschieht die Kalibrierung des Sensors 4 mittels einer Kartierung der Spannungen über den Umfang in dem Bereich, in dem der Sensor 4 positioniert wer- den soll. Dies kann in einer speziellen Messvorrichtung, in der die Welle eingespannt wird, oder bereits auf dem Bearbei¬ tungssystem geschehen, mit dem die letzte Oberflächenbearbei¬ tung der Welle durchgeführt wird. Für die Messung wird der Drehmomentsensor 4 an der Welle montiert und über ein Mehrachsensystem 5 wird die Platzierung entlang und in Richtung der Welle vorgenommen. Zur Aufbringung einer Last auf die Welle ist die Messvorrichtung oder das Bearbeitungssystem mit einer Vorrichtung ausgestattet, welche die Leistungsübertragung im Kraftwerk simuliert, zum
Beispiel durch Aufbringen eines stationären Moments. Die kar- tografierten gemessenen Werte werden dann in eine Auswertungssoftware übernommen oder eingetragen. Damit können durch die Angabe der Position des Sensors 4, des Abstands von der Welle sowie der Temperatur die Kalibrationsparameter eingestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks (2), mit den folgenden Schritten:
- Messung von inneren mechanischen Spannungen am Werkstück (2) ohne Last;
- Messung von inneren mechanischen Spannungen am Werkstück (2) mit Last;
- Erstellung einer Kalibrierfunktion (7) mittels der beiden Messungen für mindestens einen Messpunkt;
- Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung an dem mindestens einen Messpunkt unter Berücksichtigung der Kalibrierfunktion (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei für die Messungen ein magnetoelastischer Sensor (4) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kalibrierfunktion (7) eine Kalibrierkurve umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei anhand der Steigung der Kalibrierkurve Störungen im Material des Werkstücks (2) er¬ kannt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei Messungen für die Erstellung der Kalibrierfunktion (7) bei unterschiedlichen Temperaturen ausgeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei Messungen für die Erstellung der Kalibrierfunktion (7) bei unterschiedlicher
Position eines Sensors für die Messung ausgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei die Kalibrierfunktion (7) eine Karte der inneren mechanischen Spannungen um- fasst.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei zur Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung die Angabe der Position eines Sensors (4) für die Messung, der Abstand zum Werkstück (2) und/oder die Temperatur angegeben werden.
9. Messvorrichtung zur Untersuchung eines magnetischen Werk- Stücks (2), aufweisend einen Sensor (4) zur Erfassung von mechanischen Spannungen am Werkstück (2) und eine Steuerung (6) zur Verarbeitung von Messwerten geeignet zur Erstellung einer Kalibrierfunktion (7) für die Korrektur einer Messung einer von außen eingebrachten mechanischen Spannung.
10. Messvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Sensor (4) ein magnetoelastischer Sensor ist.
11. Messvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Sensor (4) an einem Mehrachsensystem (5) angeordnet ist.
12. Messvorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, aufweisend eine Vorrichtung (8) zur Aufbringung eines Moments auf das Werkstück (2 ) .
13. Messvorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, wobei das Werkstück (2) eine Welle ist.
EP12746054.1A 2011-08-02 2012-07-25 Verfahren und messvorrichtung zur untersuchung eines magnetischen werkstücks Withdrawn EP2721389A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011080282.7A DE102011080282B4 (de) 2011-08-02 2011-08-02 Verfahren und Messvorrichtung zur Untersuchung eines magnetischen Werkstücks
PCT/EP2012/064572 WO2013017493A1 (de) 2011-08-02 2012-07-25 Verfahren und messvorrichtung zur untersuchung eines magnetischen werkstücks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2721389A1 true EP2721389A1 (de) 2014-04-23

Family

ID=46650512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12746054.1A Withdrawn EP2721389A1 (de) 2011-08-02 2012-07-25 Verfahren und messvorrichtung zur untersuchung eines magnetischen werkstücks

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140165737A1 (de)
EP (1) EP2721389A1 (de)
CN (1) CN103620366A (de)
DE (1) DE102011080282B4 (de)
WO (1) WO2013017493A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107884099B (zh) 2016-09-30 2020-08-11 通用电气公司 校正装置、校正方法及测量系统
US10473535B2 (en) * 2017-01-27 2019-11-12 General Electric Company Methods and systems for non-contact magnetostrictive sensor runout compensation
DE102020101615A1 (de) 2020-01-23 2021-07-29 Weber-Hydraulik Gmbh Zylinderkolbenaggregat mit integriertem Kraftmesssystem
CN111780920B (zh) * 2020-07-08 2021-12-03 安东仪器仪表检测有限公司 在线原位校准动态扭矩传感器方法
CN113216938B (zh) * 2021-06-23 2022-05-13 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种煤矿用钻杆动态综合性能试验装置
CN113216937B (zh) * 2021-06-23 2022-05-20 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种煤矿用钻杆动态综合性能试验方法及装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4697459A (en) * 1985-09-04 1987-10-06 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Torque measuring apparatus
US4760745A (en) * 1986-12-05 1988-08-02 Mag Dev Inc. Magnetoelastic torque transducer
US4939937A (en) * 1988-07-21 1990-07-10 Sensortech, L. P. Magnetostrictive torque sensor
US5351555A (en) * 1991-07-29 1994-10-04 Magnetoelastic Devices, Inc. Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using same
US7526964B2 (en) * 2002-01-25 2009-05-05 Jentek Sensors, Inc. Applied and residual stress measurements using magnetic field sensors
US6925892B2 (en) * 2003-12-17 2005-08-09 Sauer-Danfoss, Inc. Method and means for monitoring torque in a hydraulic power unit
DE102006017727A1 (de) * 2006-04-15 2007-10-25 Daimlerchrysler Ag Berührungslose Sensorvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer Welle
EP2160582B1 (de) * 2007-06-12 2016-09-07 Jentek Sensors, Inc. Drehmoment- und lastüberwachung unter verwendung von magnetsensorarrays
CN201540199U (zh) * 2009-09-23 2010-08-04 电子科技大学 一种伺服减速器性能参数的测试装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013017493A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20140165737A1 (en) 2014-06-19
CN103620366A (zh) 2014-03-05
DE102011080282B4 (de) 2016-02-11
WO2013017493A1 (de) 2013-02-07
DE102011080282A1 (de) 2013-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013017493A1 (de) Verfahren und messvorrichtung zur untersuchung eines magnetischen werkstücks
DE102005018123B4 (de) Verfahren zur Bewertung von Messwerten zur Erkennung einer Materialermüdung
DE69912685T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Normierung und Eichung einer Sensormatrix
DE602004003681T2 (de) Messung der rest- und thermischverursachten belastung in einer schiene
EP2278262B1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Form eines Kurbelzapfens einer Kurbelwelle
EP3417237B1 (de) Referenzplatte und verfahren zur kalibrierung und/oder überprüfung eines deflektometrie-sensorsystems
DE102004021892A1 (de) Robotergeführte optische Messanordnung sowie Verfahren und Hilfsvorrichtung zum Einmessen dieser Messanordnung
DE102008010916A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Ausrichtung von zwei drehbar gelagerten Maschinenteilen, einer Ausrichtung von zwei hohlzylinderförmigen Maschinenteilen oder zur Prüfung einer Komponente auf Geradheit entlang einer Längsseite
EP2388565B1 (de) Messvorrichtung und Roboter
DE19846597A1 (de) Verfahren zum Bestimmen der Meßunsicherheit einer Koordinatenmeßmaschine
DE102018114034A1 (de) Verfahren zum erzeugen eines cnc-maschinenversatzes auf grundlage eines thermischen modells
EP3371567B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur berührungslosen erfassung von drehmomenten, torsionseigenfrequenzen und/oder torsionspendelungen einer welle
DE102016122830A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Abstandsmessung
DE10207733A1 (de) Spektroskopieverfahren
DE102018124685A1 (de) Drehmomentmessvorrichtung für ein Spannungswellengetriebe
EP1493006B1 (de) Wälzlager mit Sensoren
DE102010018980B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Verbindungseigenschaften eines Werkstoffverbundes
DE3446867C2 (de) Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung längsverschiebbarer ferromagnetischer Körper und Verfahren zur Einstellung der Vorrichtung in einen auf die jeweiligen Prüflinge abgestimmten Ausgangszustand für die Prüfung
DE4204589A1 (de) Werkstoffpruefvorrichtung fuer zug- oder druckversuche
DE102017119488B9 (de) Verfahren zum Bestimmen der Summenteilungsabweichungen von Positionsverkörperungen eines Werkstücks mit einer Kreisteilung
DE102011101638B4 (de) Kalibrierung der Laserabtastgeschwindigkeit
DE2234146C2 (de) Elektrische Längenmeßeinrichtung
DE4220544A1 (de) Verfahren zum Messen mechanischer Spannungskomponenten an der Oberfläche von dynamisch belasteten Meßobjekten
EP3891467B1 (de) Verfahren zum überprüfen einer qualität eines werkstücks sowie recheneinrichtung
DE102018222369B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines Objekts

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140117

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20150602

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20151013