EP4634656A2 - Prüfverfahren und prüfvorrichtung zur streuflussprüfung von drahtseilen - Google Patents

Prüfverfahren und prüfvorrichtung zur streuflussprüfung von drahtseilen

Info

Publication number
EP4634656A2
EP4634656A2 EP23813343.3A EP23813343A EP4634656A2 EP 4634656 A2 EP4634656 A2 EP 4634656A2 EP 23813343 A EP23813343 A EP 23813343A EP 4634656 A2 EP4634656 A2 EP 4634656A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
test
probe
wire rope
probes
distance
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.)
Pending
Application number
EP23813343.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Eibofner
Friedrich Hecker
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.)
Institut Dr Foerster GmbH and Co KG
Original Assignee
Institut Dr Foerster GmbH and Co KG
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 Institut Dr Foerster GmbH and Co KG filed Critical Institut Dr Foerster GmbH and Co KG
Publication of EP4634656A2 publication Critical patent/EP4634656A2/de
Pending 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
    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
    • G01N27/87—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields using probes

Definitions

  • the invention relates to a test method for flux leakage testing of wire ropes to detect defects and to a test device suitable for carrying out the test method.
  • a typical wire rope such as that used in cable cars, elevators or in the construction of bridges, consists of a large number of individual wires that are twisted together.
  • a wire rope can consist of individual wires or of a few strands, which in turn consist of a large number of individual wires.
  • the starting material for wire ropes is usually ferromagnetic steel wires.
  • a wire rope gets its flexibility from the fact that the individual wires or strands are twisted and placed on top of each other, which is known as lay. Strands and individual wires can have the same or opposite lay direction. The distance at which an individual wire or strand is back in the same circumferential position is called lay length.
  • Wire ropes are often used in places where ropes, e.g. made of plastic, are not strong enough and rods or pipes are not flexible enough. These places are often outdoors, where the wire ropes can be exposed to strong weather influences, e.g. heat and cold, rain, snow and ice, storms and thunderstorms. In cable cars in particular, the wire rope is subjected to additional stresses through normal use. This includes, for example, constant or frequently repeated bending processes or clamping processes by cabins.
  • wire ropes Small damage to the surface of the rope or even breaks in individual wires in the wire rope can be tolerated in certain cases or even repaired. Nevertheless, the wire ropes must not break under any circumstances because they are usually a safety-relevant part of a system. Typical damage that occurs with wire ropes is broken wires, crushing or changes in shape due to clamping, marks from wires, damage caused by the rope jumping out of the guide, superficial damage caused by lightning and corrosion. In order to ensure the operational safety of wire ropes, e.g. on cable cars, bridges, elevators, etc., regular inspections of the wire ropes are mandatory.
  • a proven method of testing a wire rope for defects is the magnetic flux leakage test. To do this, sections of the wire rope are successively magnetized using a magnetization device of a testing device with a magnetic field whose magnetization field lines in the wire rope are essentially oriented in the longitudinal direction of the wire rope. At the same time, the circumference of the magnetized section is scanned by magnetic field-sensitive probes of a probe arrangement in order to detect magnetic stray fields caused by defects.
  • Permanent magnets are often used as magnets. These can enclose the wire rope using a folding mechanism and magnetize the part of the rope between the poles of the magnetization device as homogeneously as possible.
  • the document DE 38 21 070 A1 shows an example of such a test device.
  • the sensor arrangement consists of two coils that cover 180° of the rope, so-called half-shells, whose signals can be added together to form an error signal.
  • Such probe arrangements are inexpensive and efficient, especially for finding wire breaks, since the distance of the probes from the rope and the integration of the changes in the magnetic flux over the entire circumference make it easy to detect damage inside the rope.
  • a disadvantage of this arrangement is that superficial defects are difficult or impossible to detect. These may then have to be found by regularly visually inspecting the rope, which can often take several days for kilometers of rope and is therefore costly.
  • Patent document EP 2 383 566 B1 discloses a testing method for computer-aided optical testing of a rope that has several wires or fibers, based on image data sets for at least one section of the rope using image processing.
  • the probe arrangement has more than two magnetic field-sensitive probes, which are arranged offset from one another in the circumferential direction and are arranged at a finite test distance from the surface of the test object during the test. Electrical probe signals from the probes are evaluated to qualify the defects.
  • the patent specification EP 1 995 589 B1 discloses a relatively complicated leakage flux testing device that is supposed to be able to detect defects in wires of a wire rope even when the defects are located inside the wire rope.
  • the testing device comprises a magnetization device and magnetic detection means. These comprise a first magnetic detection means for detecting a magnetic flux around the entire circumference of the steel rope; several second magnetic detection means and several third magnetic detection means.
  • the second and third detection means are arranged "with a gap" to one another in the circumferential direction. Furthermore, there is an overall measuring device to which an output of the first magnetic detection means is supplied and in which a total value of the leakage magnetic flux is measured, and a difference measuring device to which the outputs of the second and third magnetic detection means are supplied.
  • a first CPU configured to receive signals from the differential measuring device and the total measuring device, and configured to calculate a ratio between signals from the differential measuring device and the total measuring device, and configured to output a signal indicative of a depth of damage based on the relationship between the depth of damage and the signal ratios previously stored in the memory; a second CPU configured to calculate a degree of damage from the signal from the differential measuring device and from threshold value data stored in the memory.
  • the probes are spaced far enough from the wire rope that the eccentric position of the rope in the testing device and/or serious defects on the rope surface, such as protruding wires, cannot damage the sensors (see e.g. US 5 198 765 A).
  • the test method and the test device are used to detect defects in a wire rope by means of a flux leakage test.
  • the test device and the wire rope are moved relative to each other in the longitudinal direction of the wire rope. This can be achieved by keeping the wire rope stationary, i.e. not moving, while the test device is moved longitudinally along the wire rope. It is also possible to keep the test device stationary and move the wire rope longitudinally through the test device. In principle, both the test device and the wire rope can be moved, but at different speeds and/or directions, so that the wire rope can be scanned along its length.
  • sections of the wire rope are successively magnetized using a magnetization device of the test device so that the field lines of the magnetization field, i.e. the magnetization field lines, within the wire rope are oriented essentially in its longitudinal direction.
  • the magnetization device is preferably designed so that it encompasses the entire circumference of the wire rope in order to achieve flux introduction over the entire circumference and to generate a uniformly high magnetization field in the area of the test volume.
  • the circumference of the magnetized section of the wire rope is scanned using magnetic field-sensitive probes in a probe arrangement to detect magnetic stray fields caused by defects in the wire rope.
  • a probe arrangement has a large number of magnetic field-sensitive probes that are offset from one another in the circumferential direction and, during testing, are arranged at a test distance from the surface of the test object. The probes generate electrical probe signals that are evaluated to qualify the defects.
  • each probe of the probe arrangement is arranged in a movably mounted test shoe, which has a sliding surface for sliding on the circumferential surface of the wire rope.
  • the probe is arranged within the test shoe at a distance one probe from the sliding surface.
  • the test shoe In a first test configuration, the test shoe is pressed against the circumferential surface during the relative movement between the test device and the wire rope in such a way that the sliding surface is in contact with the circumferential surface and the probe is accordingly held at a finite first test distance from the surface of the test object, which essentially corresponds to the probe distance.
  • the term "circumferential surface of the wire rope” refers here to the envelope of the wire rope, i.e. a minimal surface that touches the outermost parts of the wire rope and bridges the depressions or valleys between individual wires or strands. This envelope can be, for example, the surface of a circular cylinder, or possibly the surface of an oval cylinder.
  • test shoe The sliding surface of a test shoe is so large that the envelope is traveled without significantly dipping into the "valleys" between wires or strands. This ensures relatively smooth running or gentle sliding on wire ropes without major damage (e.g. protruding ends of broken individual wires).
  • the procedure proposed here offers the possibility of testing with a largely constant test distance from the surface of the wire rope.
  • This largely excludes distance-dependent fluctuations in the signal amplitude, so that changes in the signal amplitude can be reliably attributed to possible defects.
  • a constant test distance is an essential contribution to high reproducibility and thus reliability of the test results, which can then be compared with one another. Since the probe within the test shoe is set back from the sliding surface, the probes of a test shoe are nevertheless protected against mechanical contact with the surface. If the surface of the wire rope is damaged, for example because a wire has broken and is protruding outwards, the movable bearing of the test shoe means that it can be deflected at the damaged point and can therefore pass over it without damage.
  • test shoe lifts off for example because of a wire protruding outwards, this leads to a loss of test sensitivity, especially for defects close to the surface.
  • the lifting can be detected in various ways, so that these points on the rope can be assessed as faulty.
  • the arrangement of the probes within a test shoe offers the further advantage that the probes can be arranged with a very small test distance to the circumferential surface of the wire rope if required.
  • the test distance is in the first test configuration in the range of 0.5 mm to 5 mm, in particular in the range of 1 mm to 3 mm.
  • the probe distance to the sliding surface is preferably within these ranges. This achieves a high sensitivity for defects close to the surface that would not be visible in the probe signal if a magnetic field-sensitive probe were arranged at a greater distance from the surface.
  • the small distance therefore leads to a very favorable signal-to-noise ratio for defects close to the surface.
  • this makes it possible to detect defects that could also be noticed during a visual surface inspection.
  • the leakage flux test can also detect defects close to the surface that would elude visual inspection because they do not change the appearance of the surface.
  • the probes of the probe arrangement are preferably designed and arranged in such a way that a continuous circumferential test of the wire rope is possible in a single pass.
  • a single probe sweeps over a test track that runs essentially in the longitudinal direction of the wire rope, the width of which (test width) is determined by the effective width of the probe transverse to the scanning direction.
  • the test tracks of all probes partially or completely overlap with test tracks of other probes, so that no sensitivity gaps arise between test tracks.
  • preferred embodiments e.g. those with common cable diameters of 30 mm to 70 mm, provide for the probe arrangement to have more than 20 probes distributed over the circumference, with the probe arrangement preferably having 30 or more probes, in particular 60 or more probes.
  • the number of probes in the probe arrangement can even be in the order of 100, for example between 80 and 120.
  • such a fine division in the circumferential direction has further advantages, which are explained in connection with further aspects.
  • each of the probes has a test width measured in the circumferential direction, which corresponds to an arc length in the range of 1 mm to 5 mm, in particular 2 mm to 3 mm.
  • the term "test width" refers to the effective width of the test track of a probe, but not the width of the probe itself. This can be significantly smaller than the width of the test track.
  • the test width can preferably be approximately a factor of 0.5 to 2 of the nominal sensor distance.
  • the test device preferably has three or four or more test shoes distributed around the circumference and movable relative to one another.
  • test device to be easily adapted to different cross-sectional dimensions of wire ropes and wire ropes from a certain range of diameters can be tested with one and the same test device. According to the inventors' experience, three or four individually movable test shoes are sufficient for this. Although more test shoes can be provided, this may make the structural design of the test device unnecessarily complex.
  • each test shoe is movably mounted on the base body of the test device by means of a one-part or multi-part joint arrangement.
  • a joint arrangement is a connection structure that is movable in itself. This should preferably be designed in such a way that degrees of freedom of movement are given in the radial plane containing the test shoe to the passage axis, while degrees of freedom of movement transverse to this (e.g. an inclination or larger lateral deflection) are not given or only given to a small extent and possibly against higher resistance. This can prevent collisions between neighboring test shoes, among other things.
  • the joint arrangement can, for example, comprise a parallelogram guide and/or one or more solid-state joints.
  • each test shoe has a plurality of probes arranged offset from one another in the circumferential direction, which preferably, at least in the first test configuration, together cover a circumferential angle range that is greater than 360° divided by the number of test shoes. This ensures that the edge areas of test shoes adjacent to one another in the circumferential direction partially overlap, so that a gap-free test is possible even in the transition area between adjacent test shoes with different diameters or ovality.
  • the test shoes can be constructed essentially identically to one another, which means that the costs of providing the test device can be kept moderate.
  • the test device has a controllable switching device for switching the test device between the first test configuration and a lifting configuration, in which a test shoe is held in a lifting position such that the sliding surface is arranged at a predeterminable distance from the surface or the peripheral surface of the wire rope.
  • the switching device can be operated by remote control, for example.
  • a protective device can also be provided to detect or recognise structural defects in the wire rope, which can generate control signals to to then control the switching device and cause a switch from the first test configuration to the lifting configuration. For example, it is possible to carry out the evaluation in such a way that the test shoe is lifted by activating the switching mechanism if a signal that is too high is detected or that the test shoe or the magnetization device has at least one additional sensor that measures a force parallel to the transport direction and triggers the lifting mechanism when a limit is exceeded. In some cases, a mechanical sliding slope on the test shoe is sufficient.
  • a controlled switching option offers the further advantage that a test can be carried out in the lift-off configuration, with the probe arranged at a second test distance from the surface, the second test distance being greater than the test distance in the first test configuration.
  • the distance difference between the first test distance and the second test distance can be a multiple of the first test distance, for example in the range of at least 5 mm, for example in the range of 10 mm to 25 mm.
  • the probes are thus arranged at a greater distance from the wire rope surface. This reduces the sensitivity for defects close to the surface and the probe signals can largely only provide information about deeper defects.
  • the test depth can thus be changed by switching between the first test configuration and the second test configuration.
  • the arrangement is sensitive to defects close to the surface at a small distance and deep defects can also be detected. As the distance increases, the sensitivity for defects close to the surface decreases more and more and becomes more similar to the sensitivity for deep defects.
  • At least one run is carried out with the first test configuration and at least one run with the second test configuration.
  • Some variants include a contact monitoring system that automatically detects whether a test head has lost contact with the wire rope surface, e.g. due to a protruding wire. If the distance to the test head becomes too great due to loss of contact, the reliability of the test is no longer guaranteed.
  • the wire rope sections that have passed through during a loss of contact phase can then be marked as untested or faulty.
  • the frequencies of the signals from all sensors of a test head are continuously determined. If at least one sensor does not detect the high frequency signals that are always generated due to the gaps in the wire, this is an indication that the test head has lost contact with the rope surface.
  • the evaluation of the probe signals comprises a mapping operation in which, for each probe signal, signal information representing the probe signal is linked to location information representing the location of origin of a probe signal in order to form location-dependent signal data, a matrix formation operation in which the location-dependent signal data or signal data derived therefrom are stored in correctly assigned fields of a base matrix, and at least one evaluation operation in which location-dependent signal data from at least two fields of the base matrix that are adjacent in an evaluation direction are linked to one another using at least one evaluation algorithm.
  • mapping operation for each probe signal, signal information representing the probe signal is linked to location information that represents the location of the probe signal in a scanned area. This creates location-dependent signal data.
  • the mapping operation creates a clear association between signal information and location information and can then serve as a basis for generating a "map" of the respective scanned area.
  • the location-dependent signal data (or signal data derived from it) are then stored in correctly assigned fields or elements of a base matrix.
  • matrix refers to an n-dimensional arrangement of elements, where n is greater than or equal to 2.
  • a matrix in the sense of the application can therefore have more than two dimensions, for example three or four.
  • the matrix creates an assignment between Location information, signal information and, if necessary, further information on parameters that influence the test procedure and its results. In one embodiment, the assignment is as follows:
  • a first dimension of the base matrix represents the signal information, which contains information about the leakage flux measured at a specific location on the wire rope surface. This signal information can be given as a scalar quantity (for example signal amplitude or a selected component of the leakage flux) or as a vector quantity.
  • a second dimension of the base matrix represents the position in the longitudinal direction of the wire rope.
  • a third dimension of the base matrix can represent a position in the circumferential direction of the wire rope. If each probe of the probe arrangement is assigned its own channel, the position of the third dimension can also be given by the channel number.
  • the method variant then comprises at least one evaluation operation in which location-dependent signal data from at least two fields of the base matrix that are adjacent in an evaluation direction are linked together using at least one evaluation algorithm. Special features of this are explained in more detail in connection with the embodiments.
  • bipolar signal information is used to form the base matrix, i.e. "raw" signal information from non-rectified probe signals. This means that information that would be lost through rectification can also be used for the evaluation.
  • a timing wheel or measuring wheel can be used which is fixedly mounted in relation to the test device and which runs along the wire rope. It is also possible to use a proximity sensor which is oriented in such a way that it can detect the individual beats of the wire rope as it passes through. According to one embodiment, however, the travel cycle is calculated from the probe signals themselves. For this purpose, a periodically varying signal component of a probe signal which is correlated with the lay length of the wire rope is determined during the evaluation and an associated periodicity length of this signal component is used to determine the axial location coordinate of the location where a probe signal was generated.
  • defects can occur for different reasons at different depths, i.e. on the surface or near the surface as well as inside the wire rope, for example near the middle of the wire rope.
  • the test can therefore include the detection of defects at a single depth or at several different depths of the wire rope.
  • pre-filtering of probe signals is carried out, whereby the pre-filtering for each depth level includes depth-specific bandpass filtering, preferably with adjustable cut-off frequencies.
  • a lower cut-off frequency should be set to a smallest and an upper cut-off frequency to a largest frequency of the probe signals expected for a depth level.
  • probe signals from a predeterminable probe group with two or more probes arranged offset from one another in the circumferential direction with test tracks that are directly adjacent to one another or partially overlapping are evaluated together during the evaluation, so that the probe group forms an effective probe that has an effective test width in the circumferential direction that can be specified by the number of probes in the probe group.
  • integration can be carried out using the probe signals from several test tracks that are adjacent to one another, and the resulting signal then belongs to the virtual probe length that results from the effective length of the group of probes arranged next to one another.
  • probe signals from a probe group can be evaluated that comprises no more than 10% of all probes in the probe arrangement, in particular only two or three or four of the probes.
  • Such an effective probe has a relatively narrow effective test width.
  • probe groups with a relatively short virtual probe length are used to detect the short, high-frequency signals typical of near-surface defects, the signal amplitude of which stands out sufficiently clearly from the background signal.
  • probe signals from a probe group that includes 90% or more of all probes in the probe arrangement, or all probes if necessary, are preferably evaluated, so that an effective probe is created that completely encloses the circumference and, by integrating the signals from the individual probes, delivers a similar overall signal to a single coil enclosing the wire rope.
  • the probe signals of a probe group are evaluated that includes more than 10% and less than 90% of all probes in the probe arrangement.
  • An additional evaluation can be used to determine how many neighboring probes have detected the defect. If only one or a few probes have detected high-frequency signals, the defect is close to the surface. If all probes detect an increased stray flux with low frequencies at the same longitudinal position on the wire, the defect is in the middle of the wire rope or close to it. Depth information can therefore be determined. Depth information can thus be determined by evaluating how many immediately neighboring probes simultaneously detect a stray flux signal belonging to a specific defect that exceeds a signal threshold.
  • test results can be achieved by carrying out a difference formation operation in which a difference between location-dependent signal information data of two fields of the matrix located in a difference formation direction and at a difference distance from one another is determined.
  • the difference formation direction is set so that it essentially corresponds to the lay angle of a strand or a single wire of the wire rope. This allows the leakage fluxes caused by the rope structure to be diverted via spiral or helical Difference formation with a suitable difference basis can eliminate this. The signals of the defects being sought then show an even more reliably detectable difference to the background signal.
  • Fig. 1 shows a schematic section through an embodiment of a testing device for the leakage flux test of a continuous wire rope
  • Fig. 2 shows components of a probe assembly of the test device in oblique perspective
  • Fig. 3 shows components of a probe arrangement of the testing device in axial view and illustrates relationships in the detection of defects at different depths
  • Fig. 4 illustrates different waveforms of the probe signals and corresponding frequency spectra as well as adapted bandpass filtering
  • Fig. 5 illustrates the relationships to the difference formation operation.
  • the flux leakage test is used to detect defects on and/or in the wire rope.
  • a defect can be, for example, a broken wire, a crack in a wire, an unusual change in shape or even a more superficial damage that may be accompanied by structural changes.
  • a defect can be near the surface, but also inside the wire rope.
  • the test is carried out in a continuous manner, i.e. in such a way that a test device 100 and the wire rope 200 are moved relative to each other in the longitudinal direction of the wire rope, so that the complete length of the wire rope to be tested can be successively tested by means of a leakage flux test.
  • the schematic Fig. 1 shows a section of a wire rope 200, which consists of a large number of individual wires that are stranded together.
  • the wire rope consists of several strands 210, which in turn are composed of a large number of individual wires 205, which in the example consist of a ferromagnetic steel.
  • the wire rope can be intended for use in a cable car, in an elevator or in the construction of bridges, for example.
  • the wire rope center 202 which runs in the longitudinal direction of the wire rope, runs straight in the section shown, since the wire rope is under axial tension.
  • Wire ropes of this type can be several hundred meters or even several kilometers long.
  • the lay lengths of the strands and individual wires can be as shown or different.
  • the lay length 214 of the strands corresponds in the longitudinal direction of the wire rope to the distance at which a strand is again in the same circumferential position. Accordingly, the individual wires also have a (smaller) lay length. Accordingly, the angle between the central direction of the wire rope (direction of the wire rope center 202) and the course of a strand is referred to as the lay angle 212 of the strand; the same applies to the lay angle of individual wires of a strand.
  • test device 100 For most wire ropes used on cable cars, bridges, elevators or the like, regular checks for possible safety-relevant defects are required for reasons of operational safety.
  • a test device 100 is provided for this purpose, of which only some components are shown schematically in Fig. 1.
  • the test device 100 is mounted stationary at a station of a cable car, the wire rope does not have to be removed from the system and is moved in its longitudinal direction relative to the test device 100.
  • the wire rope it is also possible for the wire rope not to move while the test device is moved along the wire rope.
  • the test device 100 has a base body 110, which can also be referred to as a housing and has the functional components shown on its inside.
  • the base body has a passage opening 105 for the wire rope and can, for example, be in the form of a sleeve that can be opened and closed in order to bring the wire rope from the side into the interior of the housing or into the passage opening or to remove the test device.
  • the wire rope center 202 or the neutral axis of the wire rope runs more or less coaxially to the passage axis 115 of the test device defined by the base body, which here runs centrally in the axially continuous passage opening.
  • the base body has components of a magnetization device 120 on its inside for magnetizing sections of the wire rope as it passes through the passage opening.
  • the magnetization device 120 is equipped with permanent magnets 122-1, 122-2, which have north poles (N) and south poles (S) and which are arranged in such a way that field lines 125 of the magnetization field, i.e.
  • the magnetization field lines 125 are oriented essentially in the longitudinal direction of the wire rope or parallel to the passage axis, at least in the middle area between the front end and the rear end of the test device.
  • the magnetization device is designed in such a way that it encompasses the entire circumference of the wire rope and introduces magnetic field lines or magnetic flux from all radial directions. This allows a uniformly high magnetization field to be generated in the area of the test volume.
  • the base body contributes to the magnetic return.
  • the wire rope passing through is magnetized with an axially directed constant field. Electromagnets are usually impractical in mobile magnetization systems because of the cables required for power supply, but can be used in stationary systems.
  • Components of a probe arrangement 130 are arranged in the middle area between the front and rear ends of the test device. Components of the probe arrangement are shown schematically in an oblique perspective in Fig. 2 and in an axial view in Fig. 3.
  • the probe arrangement has a large number of magnetic field-sensitive probes 140 for detecting magnetic stray fields caused by defects. These can be Hall probes, for example.
  • the probes are arranged offset from one another in the circumferential direction UR of the probe arrangement around the passage opening at a radial distance from the passage axis 115.
  • the schematic Fig. 3 shows a section through the probe arrangement perpendicular to the passage axis.
  • the probe arrangement encloses the wire rope in such a way that the test tracks scanned with the individual probes on the outer surface of the wire rope are so wide that they overlap one another in the circumferential direction and thus ensure a seamless test over the entire circumference.
  • the construction is designed so that even small defects on the surface or near the surface can be reliably detected with the probe arrangement.
  • the individual probes are relatively narrow in the circumferential direction (e.g. coverage only in the arc length range from 1 mm to 5 mm) and many individual probes are provided around the circumference, for example 30 or more (in the example there are 32), but if necessary also twice as many or three times as many or even more than 100 individual probes.
  • Such fine division in the circumferential direction has, in addition to the achievable spatial resolution in the circumferential direction, further advantages which will be explained in detail later.
  • the individual probes should be in a defined position with a (radial) distance from the surface of the test object (here the wire rope).
  • This radial distance between the surface of the test object and the respective probe is also referred to as the test distance 142.
  • Typical test distances are usually in the range of around 2 mm, for example in the range from 0.5 mm to 5 mm, in particular in the range from 1 mm to 3 mm.
  • each of the probes in the probe arrangement is arranged or installed in a movably mounted test shoe 150.
  • Fig. 1 shows a test shoe 150 schematically in longitudinal section. A diametrically opposite test shoe is only indicated by dashed lines.
  • Fig. 2 shows an oblique perspective with four test shoes 150-1 to 150-4 curved in a circular arc, each of which carries several probes of the probe arrangement. Each of the four test shoes extends over a circumferential angle range of approximately 100° to 110°. The test shoes are arranged diametrically opposite one another in pairs, the pairs are arranged axially offset from one another in two planes. Viewed in the circumferential direction UR, the covered areas of the test shoes each overlap in an overlap area 155. This is dimensioned in such a way that even when the test shoes are positioned radially further outwards, mutual overlap at the ends is ensured in such a way that no test gaps arise in the transition area between test shoes adjacent in the circumferential direction.
  • Each test shoe has a more or less flat or slightly convex cylindrically curved sliding surface 146 on the side facing the wire rope, which is intended to slide along the outer surface of the continuous wire rope 200 moving relative to the test arrangement during the test.
  • the test shoe is made of a mechanically hard metallic or ceramic material, at least on the side facing the wire rope.
  • run-on slopes are formed on the test shoe, the axial ends of which are set back significantly behind the magnets 122 of the magnetization device 120 in the test configuration shown in Fig. 1 in the radial direction, so that a continuous wire will in any case hit part of an inclined surface, but not the front side of a test shoe.
  • the probes 140 are set back from the associated sliding surfaces 146 of their pole shoes in the radial direction by a so-called probe spacing 145. If the sliding surface slides on the surface of the wire rope in a test configuration, the probe spacing 145 precisely determines the test spacing 142, which can be maintained with high accuracy during the test in any case with respect to the outwardly projecting crests of the strands 210.
  • test configuration in which the sliding surfaces of the test shoes slide on the surface and the probes are arranged with the minimum possible distance to the wire rope surface is also referred to here as the first test configuration.
  • test distance 142 essentially corresponds to the probe distance 145.
  • the test shoes 150 are not fixed or rigidly mounted on the base body, but there is limited mobility in the radial direction, which is achieved by each of the test shoes 150 being mounted so that it can move relative to the base body using a movable suspension or a joint arrangement 160 in such a way that the test shoe can be positioned at different distances from the passage axis 115.
  • a schematically shown joint arrangement 160 is provided as well as a spring device 170 with which the test shoe 150 can be reliably pressed against the outside of the wire rope for the test.
  • the joint arrangement can, for example, comprise a parallelogram guide, i.e. a mechanism with which the test shoe can be attached to a double arm and is held at the original angle (sliding surface parallel to the surface line of the wire rope) of a plane running through the passage axis 115 during the radial movement.
  • the test device is equipped with a lifting mechanism (not shown in detail) that allows a signal-controlled switchover between the first test configuration shown and a lifting configuration in which a test shoe is in a lifting position in which the sliding surface 146 is arranged at a predeterminable distance from the surface of the wire rope.
  • a lifting mechanism (not shown in detail) that allows a signal-controlled switchover between the first test configuration shown and a lifting configuration in which a test shoe is in a lifting position in which the sliding surface 146 is arranged at a predeterminable distance from the surface of the wire rope.
  • the test distance can be at least twice as large as in the first test configuration, for example it can be at least 10 mm, for example in the range from 10 mm to 25 mm. It may be useful to carry out at least one run with the first test configuration and at least one run with the second test configuration during a wire rope test. This allows much more significant information to be determined about the defect state of the wire rope, including with regard to the depth distribution of the defects.
  • a continuous test can run in the second position.
  • a test can then be carried out in the first position, e.g. to support or supplement a visual test.
  • the test can also be designed to replace a visual inspection by operating personnel.
  • the switching between the first test configuration and the second test configuration which can be controlled via signals, not only improves the informative value of the entire test. It also improves operational safety. In principle, it can happen that a single wire in the outer area of the wire rope breaks and protrudes outwards above the surface. A collision with such protruding ends could disrupt the test and possibly damage or destroy a test shoe or the entire test device.
  • a protective device is provided that can detect such structural defects, generates a signal when one is detected, and the control is configured so that a switch from the first test configuration to the lifting configuration is automatically initiated when the signal is received. This is a significant contribution to improved operational safety.
  • the test shoe can be placed on the test object (the wire rope) using a remote-controlled mechanism, for example, and automatically lifted off in the event of danger, for example if several wires break off from the surface of the wire rope.
  • the danger can be detected optically or in another way, for example, and a corresponding lifting signal can be triggered.
  • the control unit or evaluation unit is configured in such a way that the test system detects a signal that is too high and then a lifting signal is sent to the test shoe.
  • the test shoe it is also possible for the test shoe to contain an additional sensor that measures a force parallel to the transport direction and triggers the lifting mechanism when a limit is exceeded.
  • a mechanical sliding slope on the test shoe may also be sufficient to protect it.
  • the probes 140 are connected to the evaluation device 180 in a signal-conducting manner so that the latter can process the probe signals.
  • the evaluation of the probe signal by means of the evaluation unit is adapted in a special way to the properties of the probe arrangement in order to obtain a high spatial resolution in the circumferential direction on the one hand and to have the possibility of being able to assign defect signals to a defect at a certain radial depth on the other.
  • the evaluation device is set up to carry out a mapping operation with which, for each probe signal, signal information representing the probe signal is linked to location information that represents the location of origin of the probe signal.
  • the signal data is further processed in a matrix formation operation that is designed so that the location-dependent signal data or signal data derived from it are stored in correctly assigned fields of a base matrix.
  • the further evaluation steps can then access the content of the base matrix and use it for a wide variety of analyses.
  • At least one evaluation operation is carried out in which location-dependent signal data from at least two fields of the base matrix that are adjacent in an evaluation direction are linked together using at least one evaluation algorithm.
  • the base matrix can have three or more dimensions.
  • the first dimension of the base matrix represents the signal information, i.e. the information about the leakage flux measured at a specific location.
  • bipolar signal information is used here, i.e. raw signal information from non-rectified probe signals, so that the full information content of the local measurement result is available.
  • the second dimension can be the position in the longitudinal direction of the wire rope (x value)
  • the third dimension can be the position in the circumferential direction (of the corresponding signal) (y value).
  • the base matrix or the signal information contained therein is then filtered with different bandpasses.
  • the number of different bandpasses depends on how many different depths in the wire rope are to be evaluated.
  • An evaluation track is introduced for each depth. If, for example, three evaluation tracks are required, i.e. one for the outer third of the wire rope (including the surface), one for the middle and one for the innermost third of the wire rope (including the middle of the wire rope), then the base matrix is filtered for the outer third with a bandpass that allows high frequencies to pass and for the innermost third with a bandpass for low frequencies.
  • the middle third is filtered with a medium frequency.
  • the filtering of the signal information with bandpasses is based on the knowledge that the leakage flux signals generate a broader signal in the overflow direction (usually also with a smaller amplitude) with increasing distance from a detected discontinuity to the probe and thus have smaller frequencies at the same overflow speed.
  • Fig. 4 illustrates this effect.
  • Fig. 4 shows three superimposed sub-figures, each showing a bipolar signal shape on the left with the signal amplitude A plotted against time t and the corresponding representation in frequency space (amplitude versus frequency t) on the right.
  • the corresponding bandpass filters are symbolized by the trapezoids.
  • the bandpass filtering results in three differently bandpass-filtered matrices for three evaluation tracks.
  • an integration length can be set on the evaluation device for each evaluation track.
  • the integration length specifies over how many neighboring probes in the circumferential direction the signal is to be summed.
  • a moving sum or a moving average is formed over a certain number of y values (corresponding to the individual probes recorded by the integration).
  • Fig. 3 shows three different integration lengths IL1, IL2 and IL3.
  • the integration length IL1 represents the integration over the entire circumference, i.e. signals from all probes are summed.
  • the integration length IL3 represents the shortest integration length in the example (only three neighboring probes), the integration length IL2 represents an intermediate, relatively large integration length over less than half and more than a quarter of the entire circumference.
  • the detection of a discontinuity in the central wire (DR1) of the wire rope is carried out by summing over the entire circumference, i.e. over all y-values at an x-position of the matrix.
  • One advantage of integration over the entire circumference is that periodically occurring flux changes, which in principle occur between individual strands, cancel each other out, thus creating a relatively low-noise sum signal, also known as the basic signal.
  • the integration length is chosen to be relatively short, e.g. only three probes next to each other (see IL3). By filtering at high frequencies, it can be ensured that probes further away cannot detect a signal from a surface defect that is not directly below them. In addition, signals from deeper defects are suppressed in this evaluation channel. When filtering with a high-frequency bandpass, it can also be useful to adapt the angle of the integration direction to the lay direction of the rope in order to better hit the narrow error maximum. In the case of internal defects, the maximum of the error signal is so wide over the circumference that optimizing the integration direction does not bring any advantages.
  • the average integration length IL2 is used to find defects on internal wires DR2 that are located between the center of the wire rope and the peripheral surface of the wire rope.
  • differentiation can be used in a difference formation operation, which precedes integration.
  • differences between adjacent values are formed at a defined distance (difference basis). This leaves only those signal changes that either deviate in the differentiation direction or have a shorter local extent than the difference basis.
  • the differentiation directions should therefore match the lay angles of the strands and wires in order to suppress the oblique stripe patterns that occur in the ropes.
  • Fig. 5 shows a schematic top view of a wire rope with the differentiation directions DF1 for the strands and DF2 for the individual wires.
  • the symbol OD stands for a small surface defect.
  • the thick black line ZD with two thick white lines next to it represents the signal of a central wire break that can be detected over the entire circumference.
  • the formation of the difference is particularly important if the integration length does not cover the entire circumference of the rope, because due to the symmetrical structure of the rope over the circumference, all stray fluxes caused by the rope structure can cancel each other out during the integration over the entire circumference, at least if the rope is exactly is evenly constructed and all sensors on the circumference are at the same distance from the rope.
  • the stray fluxes caused by the rope structure can be eliminated beforehand by means of spiral-shaped difference formations with a suitable difference basis (-> width of the stray flux in the direction of travel, depending on the depth).
  • the signal-to-noise ratio of discontinuities can be improved depending on the depth by suppressing periodic signals caused by the individual strands and wires. Furthermore, the depth-dependent signal level of a wire break can be compensated by detecting the depth.
  • the test device has a magnetization device which, when ready for operation, completely surrounds the wire rope in the circumferential direction in order to generate a homogeneous, longitudinally oriented magnetic field in the test volume.
  • the test device has test shoes that slide on the test object (wire rope), so that a probe distance that is significantly reduced and constant compared to conventional wire rope tests is achieved.
  • a large number of magnetic field-sensitive sensors are installed in each of the test shoes in such a way that the leakage flux around the entire circumference of the test object can be scanned without gaps and with high resolution and accuracy.
  • a large number of bandpasses can be used that correlate with the depth of the defect.
  • the integration length can be selected depending on the depth of the defect. Integration and differentiation directions can be adapted to the rope's impacts.
  • the difference base can be adapted to the depth of the defect. Compensation of the depth-dependent signal level of a wire break is possible.
  • the path cycle can be calculated from the leakage flux signal, e.g. via the lay length, and/or via the correlation function of probes in the overlap area of the test heads.
  • An automatic lifting device can be provided.

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Abstract

Bei einem Prüfverfahren zur Streuflussprüfung eines Drahtseils zum Nachweis von Defekten werden eine Prüfvorrichtung (100) und das Drahtseil (200) in Längsrichtung des Drahtseils relativ zueinander bewegt. Dabei werden Abschnitte des Drahtseils sukzessive mittels einer Magnetisierungseinrichtung (120) der Prüfvorrichtung derart magnetisiert, dass Magnetisierungsfeldlinien im Drahtseil im Wesentlichen in Längsrichtung des Drahtseils orientiert sind. Ein Umfang des magnetisierten Abschnitts des Drahtseils wird zur Erfassung von durch Defekte verursachten magnetischen Streufeldern mittels magnetfeldempfindlicher Sonden (140) einer Sondenanordnung (130) abgetastet. Diese weist eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sonden (140) auf, welche in Umfangsrichtung versetzt zueinander und bei der Prüfung in einem Prüfabstand (142) zur Oberfläche des Prüfguts angeordnet sind. Elektrische Sondensignale der Sonden werden zur Qualifizierung der Defekte ausgewertet. Jede Sonde der Sondenanordnung in einem beweglich gelagerten Prüfschuh (150) angeordnet, der eine Gleitfläche (146) zum Abgleiten auf der Umfangsfläche des Drahtseils aufweist, wobei die Sonde (140) gegenüber der Gleitfläche um einen Sondenabstand (145) zurückversetzt angeordnet ist. Der Prüfschuh (150) wird in einer ersten Prüfkonfiguration an die Umfangsfläche derart angedrückt, dass die Gleitfläche (146) in Kontakt mit der Umfangsfläche steht und die Sonde in einem im Wesentlichen dem Sondenabstand entsprechenden endlichen ersten Prüfabstand zur Oberfläche des Prüfguts gehalten wird.

Description

Prüfverfahren und Prüfvorrichtung zur Streuflussprüfung von Drahtseilen
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung bezieht sich auf ein Prüfverfahren zur Streuflussprüfung von Drahtseilen zum Nachweis von Defekten sowie auf eine zur Durchführung des Prüfverfahrens geeignete Prüfvorrichtung.
Ein typisches Drahtseil, wie es z.B. bei Seilbahnen, Aufzügen oder auch beim Bau von Brücken verwendet wird, besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Drähten, die miteinander verseilt werden. Dabei kann ein Drahtseil direkt aus Einzeldrähten oder aus wenigen Litzen bestehen, die wiederrum aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehen. Ausgangsmaterial für Drahtseile sind meist ferromagnetische Stahldrähte.
Seine Biegsamkeit erhält ein Drahtseil dadurch, dass die Einzeldrähte oder Litzen verdreht übereinandergelegt werden, was als Schlag bezeichnet wird. Litzen und Einzeldrähte können sowohl die gleiche als auch eine entgegengesetzte Schlagrichtung haben. Der Abstand, an dem sich ein Einzeldraht oder eine Litze wieder an derselben Umfangsposition befindet, heißt Schlaglänge.
Drahtseile werden häufig an Orten eingesetzt, an denen Seile, z.B. aus Kunststoffen, nicht tragfähig genug und Stangen oder Rohre nicht flexibel genug sind. Diese Orte befinden sich oft im Freien, wo die Drahtseile starken Witterungseinflüssen ausgesetzt sein können, z.B. Hitze und Kälte, Regen, Schnee und Eis, Stürmen und Gewittern. Insbesondere bei Seilbahnen kommen zusätzliche Belastungen für das Drahtseil durch die normale Verwendung hinzu. Dazu gehören z.B. dauernde bzw. sich häufig wiederholende Biegevorgänge oder Klemmvorgänge durch Kabinen.
Kleine Beschädigungen an der Oberfläche des Seils oder sogar Brüche einzelner Drähte im Drahtseil können in gewissen Fällen tolerierbar sein oder ggf. sogar repariert werden. Trotzdem dürfen die Drahtseile unter keinen Umständen reißen, weil sie meist ein sicherheitsrelevanter Teil einer Anlage sind. Typische Beschädigungen, die bei Drahtseilen vorkommen sind Drahtbrüche, Quetschungen bzw. Formveränderungen durch Klemmen, Abdrücke durch Drähte, Beschädigungen durch Rausspringen des Seils aus der Führung, oberflächliche Schäden durch Blitze und Korrosion. Um die Betriebssicherheit von Drahtseilen z.B. an Seilbahnen, Brücken, Aufzügen o.dgl., zu gewährleisten, sind regelmäßige Kontrollen der Drahtseile vorgeschrieben.
Eine bewährte Möglichkeit, ein Drahtseil auf Defekte zu prüfen, ist die magnetische Streuflussprüfung. Dazu werden Abschnitte des Drahtseils sukzessive mittels einer Magnetisierungseinrichtung einer Prüfvorrichtung mit einem Magnetfeld magnetisiert, dessen Magnetisierungsfeldlinien im Drahtseil im Wesentlichen in Längsrichtung des Drahtseils orientiert sind. Gleichzeitig wird der Umfang des magnetisierten Abschnitts durch magnetfeldempfindliche Sonden einer Sondenanordnung abgetastet, um durch Defekte verursachte magnetische Streufelder zu erfassen.
Als Magneten werden häufig Permanentmagneten verwendet, die mittels eines Klappmechanismus das Drahtseil umschließen können und den zwischen den Polen der Magnetisierungseinrichtung liegenden Teil des Seiles möglichst homogen magnetisieren. Das Dokument DE 38 21 070 A1 zeigt ein Beispiel einer solchen Prüfvorrichtung. Diese umfasst eine Sensoranordnung mit induktiven Sonden. Die Sensoranordnung besteht aus zwei 180° des Seiles umfassende Spulen, sogenannte Halbschalen, deren Signale zu einem Fehlersignal addiert werden können. Solche Sondenanordnungen sind kostengünstig und effizient, vor allem für das Auffinden von Drahtbrüchen, da durch den Abstand der Sonden zum Seil und durch die Integration der Änderungen des magnetischen Flusses über den gesamten Umfang Beschädigungen im Inneren des Seils gut detektiert werden können. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, dass oberflächliche Fehler nur schlecht bis gar nicht detektiert werden können. Diese müssen dann ggf. über eine regelmäßige visuelle Kontrolle des Seils gefunden werden, was bei kilometerlangen Seilen oft einige Tage in Anspruch nehmen kann und dadurch kostenintensiv ist.
Für visuelle Kontrollen wird geschultes Personal benötigt. Die Patentschrift EP 2 383 566 B1 offenbart ein Prüfverfahren zum computergestützten optischen Prüfen eines Seils, das mehrere Drähte oder Fasern aufweist, auf Basis von Bilddatensätzen zu wenigstens einem Abschnitt des Seils mit Mitteln der Bildverarbeitung.
Bei manchen Prüfsystemen weist die Sondenanordnung mehr als zwei magnetfeldempfindliche Sonden auf, welche in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind und bei der Prüfung in einem endlichen Prüfabstand zur Oberfläche des Prüfguts angeordnet sind. Elektrische Sondensignale der Sonden werden zur Qualifizierung der Defekte ausgewertet. Die Patentschrift EP 1 995 589 B1 offenbart eine relativ kompliziert aufgebaute Streufluss- Prüfeinrichtung, die in der Lage sein soll, Defekte in Drähten eines Drahtseils auch dann zu detektieren, wenn sich die Defekte im Inneren des Drahtseils befinden. Die Prüfvorrichtung umfasst eine Magnetisierungseinrichtung sowie magnetische Detektionsmittel. Diese umfassen ein erstes magnetisches Detektionsmittel zum Detektieren eines Magnetflusses um den gesamten Umfang des Stahlseils; mehrere zweite magnetische Detektionsmittel und mehrere dritte magnetische Detektionsmittel. Die zweiten und dritten Detektionsmittel sind in Umfangsrichtung „auf Lücke“ zueinander angeordnet. Weiterhin gibt es eine Gesamtmesseinrichtung, an die ein Ausgang des ersten magnetischen Detektionsmittels geliefert wird und in der ein Gesamtwert des Leck- Magnetflusses gemessen wird, und eine Differenzmesseinrichtung, an die die Ausgänge der zweiten und der dritten magnetischen Detektionsmittel geliefert werden. Weiterhin gibt es einen Speicher, eine erste CPU, die dafür ausgelegt ist, Signale von der Differenzmesseinrichtung und der Gesamtmesseinrichtung zu empfangen, und dafür ausgelegt ist, ein Verhältnis zwischen Signalen von der Differenzmesseinrichtung und der Gesamtmesseinrichtung zu berechnen, und dafür ausgelegt ist, anhand der Beziehung zwischen der Tiefe der Beschädigung und den Signalverhältnissen, die vorher in dem Speicher gespeichert worden sind, ein Signal auszugeben, das eine Tiefe der Beschädigung angibt; eine zweite CPU, die dafür ausgelegt ist, einen Grad der Beschädigung aus dem Signal von der Differenzmesseinrichtung und aus Daten von Schwellenwerten, die in dem Speicher gespeichert sind, zu berechnen.
Die Sonden sind dabei so weit zum Drahtseil beabstandet, dass die exzentrische Lage des Seils in dem Prüfgerät und/oder gravierende Fehler an der Seiloberfläche, wie beispielsweise abstehende Drähte, die Sensoren nicht beschädigen können (vgl. z.B. US 5 198 765 A).
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Prüfverfahren und eine Prüfvorrichtung zur Streuflussprüfung von Drahtseilen anzugeben, die eine zuverlässige hochselektive Prüfung auf Fehler unterschiedlichen Fehlertyps ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Prüfverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 13 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Das Prüfverfahren und die Prüfvorrichtung dienen zum Nachweis von Defekten in einem Drahtseil durch eine Streuflussprüfung. Dabei werden die Prüfvorrichtung und das Drahtseil in Längsrichtung des Drahtseils relativ zueinander bewegt. Dies kann dadurch realisiert werden, dass das Drahtseil stillsteht, also sich nicht bewegt, während die Prüfvorrichtung in Längsrichtung entlang des Drahtseils bewegt wird. Es ist auch möglich, die Prüfvorrichtung stationär zu halten und das Drahtseil in Längsrichtung durch die Prüfvorrichtung zu bewegen. Prinzipiell können auch sowohl die Prüfvorrichtung als auch das Drahtseil bewegt werden, allerdings mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/oder Richtungen, so dass eine Abtastung des Drahtseils über seine Länge erfolgen kann.
Bei dem Prüfverfahren werden Abschnitte des Drahtseils sukzessive mithilfe einer Magnetisierungseinrichtung der Prüfvorrichtung so magnetisiert, dass die Feldlinien des Magnetisierungsfelds, also die Magnetisierungsfeldlinien, innerhalb des Drahtseils im Wesentlichen in dessen Längsrichtung orientiert sind. Die Magnetisierungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie den gesamten Umfang des Drahtseils umfasst, um eine Flusseinleitung über den gesamten Umfang zu erreichen und im Bereich des Prüfvolumens ein gleichmäßig hohes Magnetisierungsfeld zu erzeugen.
Der Umfang des magnetisierten Abschnitts des Drahtseils wird zur Erfassung von magnetischen Streufeldern, die durch Defekte im Drahtseil verursacht werden, mittels magnetfeldempfindlicher Sonden einer Sondenanordnung abgetastet. Eine Sondenanordnung hat eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sonden, die in Umfangsrichtung versetzt zueinander und bei der Prüfung in einem Prüfabstand zur Oberfläche des Prüfguts angeordnet sind. Die Sonden generieren elektrische Sondensignale, die zur Qualifizierung der Defekte ausgewertet werden.
Bei dem Prüfverfahren und der Prüfvorrichtung ist jede Sonde der Sondenanordnung in einem beweglich gelagerten Prüfschuh angeordnet, der eine Gleitfläche zum Abgleiten auf der Umfangsfläche des Drahtseils aufweist. Die Sonde ist gegenüber der Gleitfläche um einen Sondenabstand zurückversetzt innerhalb des Prüfschuhs angeordnet.
In einer ersten Prüfkonfiguration wird der Prüfschuh während der Relativbewegung zwischen Prüfvorrichtung und Drahtseil derart an die Umfangsfläche angedrückt, dass die Gleitfläche in Kontakt mit der Umfangsfläche steht und die Sonde dementsprechend in einem endlichen ersten Prüfabstand zur Oberfläche des Prüfguts gehalten wird, der im Wesentlichen dem Sondenabstand entspricht. Der Begriff „Umfangsfläche des Drahtseils“ bezeichnet hier die Einhüllende des Drahtseils, also eine Minimalfläche, die die am weitesten außen liegenden Teile des Drahtseils berührt und die zwischen einzelnen Drähten oder Litzen liegenden Vertiefungen oder Täler überbrückt. Diese Einhüllende kann z.B. eine Kreiszylinderfläche sein, ggf. auch die Fläche eines ovalen Zylinders. Die Gleitfläche eines Prüfschuhs ist so groß, dass die Einhüllende abgefahren wird, ohne wesentlich in die zwischen Drähten oder Litzen liegenden „Täler“ einzutauchen. Damit ist auf Drahtseilen ohne massive Schäden (z.B. abstehende Enden gerissener Einzeldrähte) ein relativ ruhiger Lauf bzw. ein sanftes Abgleiten sichergestellt.
Dieser Ansatz weicht deutlich von den bisher bekannten Vorgehensweisen bei der Drahtseilprüfung ab. Bei konventionellen Systemen sind die Sonden nach Kenntnis der Erfinder so weit zum Drahtseil beabstandet, dass eine exzentrische Lage des Drahtseils in der Prüfvorrichtung und/oder gravierende Fehler an der Seiloberfläche, wie beispielsweise abstehende Drähte, die Sonden nicht beschädigen können. Dadurch ergibt sich zwangsläufig ein relativ großer Prüfabstand, der auch zeitlich variieren kann, wenn sich die Lage des Drahtseils innerhalb der Sondenanordnung beim Durchlauf verändert.
Im Gegensatz dazu bietet die hier vorgeschlagene Vorgehensweise die Möglichkeit, mit einem weitgehend konstanten Prüfabstand zur Oberfläche des Drahtseils zu prüfen. Dadurch werden abstandsabhängige Schwankungen der Signalamplitude weitestgehend ausgeschlossen, so dass Änderungen der Signalamplitude zuverlässig eventuellen Defekten zugeordnet werden können. Ein konstanter Prüfabstand ist ein wesentlicher Beitrag zu einer hohen Reproduzierbarkeit und damit Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse, die dadurch untereinander vergleichbar werden. Da die Sonde innerhalb des Prüfschuhs gegenüber der Gleitfläche zurückversetzt ist, sind die Sonden eines Prüfschuhs dennoch gegen mechanischen Kontakt mit der Oberfläche geschützt. Sollte die Oberfläche des Drahtseils beschädigt sein, weil beispielsweise ein Draht gerissen ist und nach außen vorsteht, so ist es aufgrund der beweglichen Lagerung des Prüfschuhs möglich, dass dieser an der beschädigten Stelle ausgelenkt wird und diese dadurch ohne Beschädigung überfahren kann. Das Abheben des Prüfschuhs, beispielsweise aufgrund eines nach außen abstehenden Drahts, führt zu einem Verlust der Prüfempfindlichkeit vor allem für oberflächennahe Fehler. Das Abheben kann jedoch über verschiedene Möglichkeiten erkannt werden, so dass diese Stellen des Seils als fehlerhaft bewertet werden können.
Die Anordnung der Sonden innerhalb eines Prüfschuhs bietet als weiteren Vorteil, dass die Sonden bei Bedarf mit einem sehr geringen Prüfabstand zur Umfangsfläche des Drahtseils angeordnet sein können. Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt der Prüfabstand in der ersten Prüfkonfiguration im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 3 mm. Anders ausgedrückt liegt der Sondenabstand zur Gleitfläche vorzugsweise innerhalb dieser Bereiche. Hierdurch wird eine hohe Empfindlichkeit für oberflächennahe Defekte erreicht, die bei Anordnung einer magnetfeldempfindlichen Sonde in größerem Abstand zur Oberfläche nicht im Sondensignal erkennbar wären. Der geringe Abstand führt somit zu einem sehr günstigen Signal/Rausch-Verhältnis für oberflächennahe Defekte. Damit können einerseits Defekte erkannt werden, die auch bei einer visuellen Oberflächenkontrolle auffallen könnten. Darüber hinaus sind jedoch mit der Streuflussprüfung auch oberflächennahe Defekte detektierbar, die sich einer optischen Kontrolle entziehen würden, da sie das Erscheinungsbild der Oberfläche nicht verändern.
Die Sonden der Sondenanordnung sind vorzugsweise derart ausgelegt und angeordnet, dass eine in Umfangsrichtung lückenlose Prüfung des Drahtseils bei einem einzigen Durchlauf möglich ist. Eine einzelne Sonde überstreicht dabei eine im Wesentlichen in Längsrichtung des Drahtseils verlaufende Prüfspur, deren Breite (Prüfbreite) durch die wirksame Breite der Sonde quer zur Abtastrichtung bestimmt wird. Die Prüfspuren aller Sonden überlappen teilweise oder vollständig mit Prüfspuren anderer Sonden, so dass keine Empfindlichkeitslücken zwischen Prüfspuren entstehen.
Um einerseits eine in Umfangsrichtung lückenlose Prüfung und andererseits zur Detektion oberflächennaher Defekte eine feine Ortsauflösung in Umfangsrichtung zu erreichen, ist bei bevorzugten Ausführungsformen, z.B. solchen mit gängigen Seildurchmessern von 30 mm bis 70 mm, vorgesehen, dass die Sondenanordnung mehr als 20 über den Umfang verteilte Sonden aufweist, wobei die Sondenanordnung vorzugsweise 30 oder mehr Sonden, insbesondere 60 oder mehr Sonden, aufweist. Die Anzahl der Sonden der Sondenanordnung kann sogar in der Größenanordnung von 100 liegen, beispielsweise zwischen 80 und 120. Eine solche Feineinteilung in Umfangsrichtung hat neben der erzielbaren Ortsauflösung in Umfangsrichtung noch weitere Vorteile, die im Zusammenhang mit weiteren Aspekten erläutert werden.
Um eine hohe Ortsauflösung in Umfangsrichtung zu erhalten, ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, dass jede der Sonden eine in Umfangsrichtung gemessene Prüfbreite aufweist, die einer Bogenlänge im Bereich von 1 mm bis 5 mm, insbesondere 2 mm bis 3 mm, entspricht. Der Begriff „Prüfbreite“ bezeichnet dabei die effektive Breite der Prüfspur einer Sonde, nicht jedoch die Breite der Sonde selbst. Diese kann deutlich geringer sein als die Breite der Prüfspur. Vorzugsweise kann die Prüfbreite etwa Faktor 0.5 bis 2 des nominalen Sensorabstands betragen. Vorzugsweise weist die Prüfvorrichtung drei oder vier oder mehr über den Umfang verteilte und relativ zueinander bewegbare Prüfschuhe auf. Dadurch ist die Prüfvorrichtung gut an unterschiedliche Querschnittsdimensionen von Drahtseilen anzupassen und es können Drahtseile aus einem gewissen Durchmesserspektrum mit ein- und derselben Prüfvorrichtung geprüft werden. Hierfür reichen nach den Erfahrungen der Erfinder drei oder vier individuell bewegliche Prüfschuhe aus. Zwar können mehr Prüfschuhe vorgesehen sein, jedoch wird dadurch der konstruktive Aufbau der Prüfvorrichtung unter Umständen unnötig komplex.
Vorzugsweise ist jeder Prüfschuh mittels einer einteiligen oder mehrteiligen Gelenkanordnung an dem Grundkörper der Prüfvorrichtung beweglich gelagert. Eine Gelenkanordnung ist eine in sich bewegliche Verbindungsstruktur. Diese sollte vorzugsweise so konstruiert sein, dass Bewegungsfreiheitsgrade in der den Prüfschuh enthaltenen Radialebene zur Durchlaufachse gegeben sind, während Bewegungsfreiheitsgrade quer dazu (z.B. eine Schrägstellung oder größere seitliche Auslenkung) nicht oder nur geringfügig und ggf. gegen höheren Widerstände gegeben sind. Dadurch können u.a. Kollisionen zwischen benachbarten Prüfschuhen vermieden werden. Die Gelenkanordnung kann z.B. eine Parallelogrammführung und/oder eines oder mehrere Festkörpergelenke umfassen.
Vorzugsweise weist jeder Prüfschuh eine Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordneten Sonden auf, die vorzugsweise zumindest in der ersten Prüfkonfiguration gemeinsam einen Umfangswinkelbereich abdecken, der größer ist als 360° geteilt durch die Anzahl der Prüfschuhe. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Randbereiche von in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Prüfschuhen teilweise überlappen, so dass auch im Übergangsbereich zwischen benachbarten Prüfschuhen eine lückenlose Prüfung bei unterschiedlichen Durchmessern oder Ovalität möglich ist. Die Prüfschuhe können im Wesentlichen untereinander identisch konstruiert sein, wodurch Kosten zur Bereitstellung der Prüfvorrichtung moderat gehalten werden können.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Prüfvorrichtung eine steuerbare Umschalteinrichtung zur Umschaltung der Prüfvorrichtung zwischen der ersten Prüfkonfiguration und einer Abhebekonfiguration auf, worin ein Prüfschuh derart in einer Abhebeposition gehalten wird, dass die Gleitfläche in einem vorgebbaren Abstand zur Oberfläche bzw. zur Umfangsfläche des Drahtseils angeordnet ist. Die Umschalteinrichtung kann beispielsweise ferngesteuert betätigt werden.
Gegebenenfalls kann auch eine Schutzeinrichtung zur Erfassung bzw. Erkennung von strukturellen Defekten am Drahtseil vorgesehen sein, die Steuersignale generieren kann, um daraufhin die Umschalteinrichtung anzusteuern und eine Umschaltung von der ersten Prüfkonfiguration in die Abhebekonfiguration zu bewirken. Beispielsweise ist es möglich, die Auswertung so durchzuführen, dass der Prüfschuh über Betätigung des Umschaltmechanismus abgehoben wird, wenn ein zu hohes Signal erkannt wird oder dass der Prüfschuh oder die Magnetisierungseinrichtung wenigstens einen zusätzlichen Sensor erhält, der eine Kraft parallel zur Transportrichtung misst und bei Überschreiten einer Grenze den Abhebemechanismus auslöst. In manchen Fällen reicht auch eine mechanische Aufgleitschräge am Prüfschuh aus.
Eine gesteuerte Umschaltmöglichkeit bietet als weiteren Vorteil, dass eine Prüfung in der Abhebekonfiguration durchgeführt werden kann, wobei die Sonde in einem zweiten Prüfabstand zur Oberfläche angeordnet ist, wobei der zweite Prüfabstand größer als der Prüfabstand in der ersten Prüfkonfiguration ist. Der Abstandsunterschied zwischen dem ersten Prüfabstand und dem zweiten Prüfabstand kann bei einem Mehrfachen des ersten Prüfabstands liegen, beispielsweise im Bereich von mindestens 5 mm, zum Beispiel im Bereich von 10 mm bis 25 mm. Bei einer Prüfung mit der zweiten Prüfkonfiguration sind die Sonden somit in größerem Abstand zur Drahtseiloberfläche angeordnet. Dadurch wird die Empfindlichkeit für oberflächennahe Defekte geringer und aus den Sondensignalen können weitestgehend nur noch Informationen über tiefer liegende Defekte abgeleitet werden. Somit lässt sich die Prüftiefe durch Umschaltung zwischen der ersten Prüfkonfiguration und der zweiten Prüfkonfiguration verändern. Konkreter gesagt ist die Anordnung bei kleinem Abstand für oberflächennahe Defekte empfindlich und tiefe Fehler können ebenfalls detektiert werden. Mit zunehmendem Abstand nimmt die Empfindlichkeit für oberflächennahe Fehler immer mehr ab und gleicht sich der Empfindlichkeit für tiefe Fehler an.
Bei manchen Varianten der Drahtseilprüfung wird bei einer Drahtseilprüfung wenigstens ein Durchlauf mit der ersten Prüfkonfiguration und wenigstens ein Durchlauf mit der zweiten Prüfkonfiguration durchgeführt. Somit können mit ein- und derselben Prüfvorrichtung zuverlässige Informationen über größere Defekte in jeglicher Tiefenlage abgeleitet werden, wobei die Aussagekraft der Sondensignale über die Tiefenlage der Defekte mit zunehmendem Abstand abnimmt. Bei Bedarf können zusätzlich Informationen über kleinere Defekte an der Drahtseiloberfläche ermittelt werden.
Bei manchen Varianten ist ein Kontaktüberwachungssystem vorgesehen, welches automatisch erkennt, ob ein Prüfkopf den Kontakt zur Drahtseiloberfläche verloren hat, z.B. durch einen abstehenden Draht. Wird der Abstand zum Prüfkopf aufgrund Kontaktverlust zu groß, ist die Zuverlässigkeit der Prüfung nicht mehr gegeben. Die während einer Kontaktverlustphase durchgelaufenen Drahtseilabschnitte können dann als ungeprüft oder fehlerhaft markiert werden. Bei manchen Ausführungsformen ist dazu vorgesehen, dass die Frequenzen der Signale aller Sensoren eines Prüfkopfes laufend ermittelt werden. Wenn nicht mindestens ein Sensor die aufgrund der Drahtlücken immer entstehenden Signale mit hohen Frequenzen erkennt, ist das ein Indiz dafür, dass der Prüfkopf den Kontakt zur Seiloberfläche verloren hat.
Ein Ziel der Drahtseilprüfung ist es, möglichst exakte Informationen über das Vorhandensein von Defekten am und im Drahtseil zu ermitteln und dabei zu bestimmen, an welcher Stelle sich ein Defekt befindet. Gemäß einer Weiterbildung werden dazu besondere Schritte bei der Auswertung der Sondensignale durchgeführt. Die Auswertung der Sondensignale umfasst dabei mehrere aufeinander abgestimmte Operationen, die in besonderer Weise an die Eigenschaften der Sondenanordnung mit dem Potenzial für eine hohe Ortsauflösung in Umfangsrichtung (in der ersten Prüfkonfiguration) und an die Bedürfnisse der Detektion von Defekten in unterschiedlichen Tiefenlagen angepasst sind. Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Auswertung der Sondensignale eine Mapping-Operation, in welcher für jedes Sondensignal eine das Sondensignal repräsentierende Signalinformation mit einer den Entstehungsort eines Sondensignals repräsentierenden Ortsinformation verknüpft wird, um ortsabhängige Signal- Daten zu bilden, eine Matrixbildungs-Operation, in welcher die ortsabhängigen Signal-Daten oder daraus abgeleitete Signal-Daten in ortsrichtig zugeordneten Feldern einer Basis-Matrix gespeichert werden, und mindestens eine Auswertungs-Operation, in welcher ortsabhängige Signal-Daten aus mindestens zwei in einer Auswertungsrichtung benachbarten Feldern der Basis-Matrix unter Verwendung mindestens eines Auswertungsalgorithmus miteinander verknüpft werden.
In einer Mapping-Operation wird für jedes Sondensignal eine das Sondensignal repräsentierende Signalinformation mit einer Ortsinformation verknüpft, die den Entstehungsort des Sondensignals in einem abgetasteten Flächenbereich repräsentiert. Dadurch werden ortsabhängige Signal-Daten gebildet. Die Mapping-Operation schafft eine eindeutige Zuordnung zwischen Signalinformation und Ortsinformation und kann dann als Basis zur Generierung einer „Landkarte“ des jeweils abgetasteten Flächenbereichs dienen.
In einer Matrixbildungs-Operation werden dann die ortsabhängigen Signal-Daten (oder daraus abgeleitete Signal-Daten) in ortsrichtig zugeordnete Felder bzw. Elemente einer Basis-Matrix gespeichert. Der Begriff „Matrix“ bezeichnet hierbei abweichend von einer üblichen Definition einer Matrix in der Mathematik (zweidimensionale rechteckige Anordnung von Elementen in Zeilen und Spalten) eine n-dimensionale Anordnung von Elementen, wobei n größer oder gleich 2 ist. Eine Matrix im Sinne der Anmeldung kann somit mehr als zwei Dimensionen haben, beispielsweise drei oder vier. Die Matrix schafft im weitesten Sinne eine Zuordnung zwischen Ortsinformationen, Signalinformationen und gegebenenfalls weiteren Informationen zu Parametern, die das Prüfverfahren und dessen Ergebnisse beeinflussen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird wie folgt zugeordnet:
Eine erste Dimension der Basis-Matrix repräsentiert die Signalinformation, die Information über den an einem bestimmten Ort der Drahtseiloberfläche gemessenen Streufluss enthält. Diese Signalinformation kann als skalare Größe (zum Beispiel Signalamplitude oder eine ausgewählte Komponente des Streuflusses) gegeben sein oder auch als vektorielle Größe. Eine zweite Dimension der Basis-Matrix repräsentiert die Position in Längsrichtung des Drahtseils. Eine dritte Dimension der Basis-Matrix kann eine Position in Umfangsrichtung des Drahtseils repräsentieren. Wenn jeder Sonde der Sondenanordnung ein eigener Kanal zugeordnet wird, kann die Position der dritten Dimension auch durch die Kanalnummer gegeben sein.
Die Verfahrensvariante umfasst dann mindestens eine Auswerte-Operation, in welcher ortsabhängige Signal-Daten aus mindestens zwei in einer Auswerterichtung benachbarten Feldern der Basis-Matrix unter Verwendung mindestens eines Auswertungsalgorithmus miteinander verknüpft werden. Besonderheiten dazu werden im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Vorzugsweise wird bei der Bildung der Basis-Matrix eine bipolare Signalinformation verwendet, also eine „rohe“ Signalinformation aus nicht gleichgerichteten Sondensignalen. Dadurch können für die Auswertung auch Informationen genutzt werden, die durch Gleichrichtung verlorengehen würden.
Um die Position eines Defekts in Längsrichtung des Drahtseils bestimmen zu können, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Voraussetzung hierfür ist ein bekannter Wegtakt. Beispielsweise kann ein Taktrad bzw. Messrad verwendet werden, welches in Bezug auf die Prüfvorrichtung fest montiert ist und welches am Drahtseil entlangläuft. Es ist auch möglich, einen Näherungssensor zu verwenden, welcher so orientiert ist, dass er die einzelnen Schläge des durchlaufenden Drahtseils erkennen kann. Gemäß einer Ausführungsform wird dagegen der Wegtakt aus den Sondensignalen selbst berechnet. Dazu wird bei der Auswertung ein mit der Schlaglänge des Drahtseils korrelierter, periodisch variierender Signalanteil eines Sondensignals ermittelt und eine zugehörige Periodizitätslänge dieses Signalanteils zur Bestimmung der axialen Ortskoordinate des Entstehungsorts eines Sondensignals verwendet. Somit kann auf eine gesonderte Messeinrichtung zur Messung des Wegtakts verzichtet werden. Bei einem Drahtseil können Defekte aus unterschiedlichen Ursachen in unterschiedlichen Tiefen auftreten, also an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche genauso wie im Inneren des Drahtseils, beispielsweise in der Nähe der Drahtseilmitte. Bei bevorzugten Weiterbildungen kann gezielt eingestellt werden, welche Tiefenlage bzw. welche Tiefenlagen untersucht werden sollen. Die Prüfung kann also eine Detektion von Defekten in einer einzigen Tiefenlage oder in mehreren unterschiedlichen Tiefenlagen des Drahtseils umfassen.
Dazu wird gemäß einer Weiterbildung eine Vorfilterung von Sondensignalen durchgeführt, wobei die Vorfilterung für jede Tiefenlage eine tiefenlagenspezifische Bandpassfilterung, vorzugsweise mit einstellbaren Grenzfrequenzen, umfasst. Eine untere Grenzfrequenz sollte dabei auf eine kleinste und eine obere Grenzfrequenz auf eine größte für eine Tiefenlage zu erwartende Frequenz der Sondensignale eingestellt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass oberflächennahe Defekte beim Vorbeilaufen an der Sondenanordnung ein auf der Zeitachse relativ kurzes Signal verursachen, welches Frequenzanteile mit relativ hohen Frequenzen enthält. Im Gegensatz dazu würde ein zentraler Defekt, also ein Defekt in der Mitte des Drahtseils, zu einem Signal führen, welches auf der Zeitachse länger ausgedehnt ist und entsprechend tiefere Frequenzen enthält. In Radialrichtung zwischen Drahtseilmitte und Oberfläche liegende Tiefenniveaus würden entsprechend Fehlersignale mit Signalanteilen einer mittleren Frequenz generieren. Über die tiefenlagenspezifische Bandpassfilterung kann demnach sozusagen die Fokuslage der Prüfung gezielt vorgegeben werden.
Eine weitere Möglichkeit, die Prüfung gezielt auf eine oder mehrere bestimmte Tiefenlagen zu begrenzen und tiefenlagenspezifische Signalinformationen zu ermitteln, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform dadurch genutzt, dass bei der Auswertung Sondensignale einer vorgebbaren Sondengruppe mit zwei oder mehr in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordneten Sonden mit unmittelbar aneinander angrenzenden oder teilweise überlappenden Prüfspuren gemeinsam ausgewertet werden, so dass die Sondengruppe eine effektive Sonde bildet, die in Umfangsrichtung eine durch die Anzahl von Sonden der Sondengruppe vorgebbare effektive Prüfbreite aufweist. Anders ausgedrückt kann über die Sondensignale mehrerer nebeneinanderliegender Prüfspuren integriert werden, das resultierende Signal gehört dann zu der virtuellen Sondenlänge, die sich aus der effektiven Länge der Gruppe nebeneinander angeordneter Sonden ergibt.
Beispielsweise können zur Detektion oberflächennaher Defekte, also von Defekten, die an oder nahe der Oberfläche liegen, Sondensignale einer Sondengruppe ausgewertet werden, die höchstens 10 % aller Sonden der Sondenanordnung umfasst, insbesondere nur zwei oder drei oder vier der Sonden. Eine solche effektive Sonde hat eine relativ schmale effektive Prüfbreite. Dies führt einerseits dazu, dass die Umfangsposition eines Defekts relativ präzise bestimmt werden kann, da die effektive Prüfbreite nur einen kleinen Teil des Umfangs abdeckt. Im Hinblick auf die Tiefenauflösung ist entscheidend, dass mit Sondengruppen einer relativ kurzen virtuellen Sondenlänge besonders die für oberflächennahe Defekte typischen kurzen Signale mit hoher Frequenz detektiert werden, deren Signalamplitude sich dabei ausreichend deutlich vom Hintergrundsignal abhebt.
Sollen dagegen Defekte gefunden werden, die in der Drahtseilmitte oder in ihrer Nähe liegen, so werden bevorzugt Sondensignale einer Sondengruppe ausgewertet, die 90 % oder mehr aller Sonden der Sondenanordnung umfasst, gegebenenfalls alle Sonden, so dass eine effektive Sonde geschaffen wird, die den Umfang komplett umschließt und durch Integration der Signale der einzelnen Sonden ein ähnliches Gesamtsignal liefert wie eine einzelne, das Drahtseil umschließende Spule.
Für die Detektion von Defekten in mittleren Tiefenlagen, also solchen, die sowohl zur Drahtoberfläche als auch zur Drahtseilmitte einen gewissen Abstand haben, werden entsprechend die Sondensignale einer Sondengruppe ausgewertet, die mehr als 10 % und weniger als 90 % aller Sonden der Sondenanordnung umfasst.
Über eine zusätzliche Auswertung kann ermittelt werden, wie viele benachbarte Sonden den Defekt erkannt haben. Sind es nur eine oder wenige Sonden, die hochfrequente Signale erfasst haben, handelt es sich um einen oberflächennahen Defekt. Erkennen alle Sonden an derselben Längsposition des Drahtes einen erhöhten Streufluss mit niedrigen Frequenzen, so befindet sich der Defekt in der Drahtseilmitte oder in ihrer Nähe. Es kann also eine Tiefenlageinformation ermittelt werden. Die Tiefenlageinformation kann somit ermittelt werden, indem ausgewertet wird, wie viele unmittelbar benachbarte Sonden gleichzeitig ein zu einem bestimmten Defekt gehöriges, eine Signalschwelle überschreitendes Streuflusssignal erfassen.
Weitere Verbesserungen der Aussagekraft der Prüfergebnisse lassen sich gemäß einer Weiterbildung dadurch erzielen, dass eine Differenzbildungs-Operation durchgeführt wird, in welcher eine Differenz von ortsabhängigen Signalinformations-Daten von zwei in einer Differenzbildungsrichtung und in einem Differenzabstand zueinander liegenden Feldern der Matrix ermittelt wird.
Dabei wird vorzugsweise die Differenzbildungsrichtung so eingestellt, dass sie im Wesentlichen einem Schlagwinkel einer Litze oder eines Einzeldrahts des Drahtseils entspricht. Damit können die vom Seilaufbau bedingten Streuflüsse über spiralförmig bzw. wendeiförmig verlaufende Differenzbildung mit geeigneter Differenzbasis eliminiert werden. Die Signale der gesuchten Defekte weisen danach einen noch zuverlässiger detektierbaren Unterschied zum Untergrundsignal auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Prüfvorrichtung bei der Streuflussprüfung eines durchlaufenden Drahtseils;
Fig. 2 zeigt Komponenten einer Sondenanordnung der Prüfvorrichtung in schräger Perspektive;
Fig. 3 zeigt Komponenten einer Sondenanordnung der Prüfvorrichtung in axialer Ansicht und veranschaulicht Zusammenhänge bei der Detektion von Defekten in unterschiedlichen Tiefen;
Fig. 4 illustriert verschiedene Signalformen der Sondensignale und zugehörige Frequenzspektren sowie angepasste Bandpassfilterung;
Fig. 5 veranschaulicht Zusammenhänge zur Differenzbildungs-Operation.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden anhand von Beispielen verschiedene Ausführungsformen von Prüfverfahren und Prüfvorrichtungen zur Streuflussprüfung von Drahtseilen beschrieben. Die Streuflussprüfung dient zum Nachweis von Defekten am und/oder im Drahtseil. Ein Defekt kann z.B. ein Drahtbruch, ein Riss in einem Draht, eine ungewöhnliche Formveränderungen oder auch ein eher oberflächlicher Schaden sein, der ggf. mit Gefügeveränderungen einhergeht. Ein Defekt kann in der Nähe der Oberfläche, aber auch im Inneren des Drahtseils liegen.
Die Prüfung erfolgt im Durchlauf, also so, dass eine Prüfvorrichtung 100 und das Drahtseil 200 in Längsrichtung des Drahtseils relativ zueinander bewegt werden, so dass sukzessive die komplette zu prüfende Länge des Drahtseils mittels Streuflussprüfung geprüft werden kann. Die schematische Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Drahtseils 200, das aus einer Vielzahl einzelner Drähte besteht, die miteinander verseilt sind. Im Beispielsfall besteht das Drahtseil aus einigen Litzen 210, die wiederum aus einer Vielzahl von Einzeldrähten 205 zusammengesetzt sind, die im Beispielsfall aus einem ferromagnetischen Stahl bestehen. Das Drahtseil kann beispielsweise für den Einsatz bei einer Seilbahn, bei einem Aufzug oder beim Bau von Brücken vorgesehen sein. Es erhält durch den mehrfach verseilten Aufbau seine Biegsamkeit. Die in Längsrichtung des Drahtseils verlaufende Drahtseilmitte 202 verläuft im gezeigten Abschnitt geradlinig, da das Drahtseil unter axialer Spannung steht. Drahtseile dieser Art können mehrere Hundert Meter oder auch mehrere Kilometer lang sein. Die Schlaglängen der Litzen und Einzeldrähte können so wie dargestellt oder anders sein. Die Schlaglänge 214 der Litzen entspricht in Längsrichtung des Drahtseils dem Abstand, in dem sich eine Litze wieder an derselben Umfangsposition befindet. Entsprechend haben auch die Einzeldrähte eine (kleinere) Schlaglänge. Dementsprechend wird der Winkel zwischen der Zentralrichtung des Drahtseils (Richtung der Drahtseilmitte 202) und dem Verlauf einer Litze als Schlagwinkel 212 der Litze bezeichnet, entsprechendes gilt für den Schlagwinkel von Einzeldrähten einer Litze.
Für die meisten Drahtseile, die an Seilbahnen, Brücken, Aufzügen oder dergleichen verwendet werden, sind aus Gründen der Betriebssicherheit regelmäßige Kontrollen auf eventuell sicherheitsrelevante Defekte vorgeschrieben. Hierzu ist im Beispielsfall eine Prüfvorrichtung 100 vorgesehen, von der in Fig. 1 nur einige Komponenten schematisch gezeigt sind. Im Beispielsfall ist die Prüfvorrichtung 100 stationär an einer Station einer Drahtseilbahn montiert, das Drahtseil muss nicht aus der Anlage ausgebaut werden und wird relativ zur Prüfvorrichtung 100 in seiner Längsrichtung bewegt. Alternativ ist es auch möglich, dass das Drahtseil sich nicht bewegt, während die Prüfvorrichtung am Drahtseil entlanggefahren wird.
Die Prüfvorrichtung 100 hat einen Grundkörper 110, der auch als Gehäuse bezeichnet werden kann und an seiner Innenseite die gezeigten funktionalen Komponenten trägt. Der Grundkörper weist eine Durchtrittsöffnung 105 für das Drahtseil auf und kann z.B. in Form einer Hülse vorliegen, die aufklappbar und verschließbar ist, um das Drahtseil von der Seite ins Innere des Gehäuses bzw. in die Durchtrittsöffnung zu bringen oder die Prüfvorrichtung abzunehmen
In einer idealen Prüfkonfiguration verläuft die Drahtseilmitte 202 bzw. die neutrale Achse des Drahtseils mehr oder weniger koaxial zu der durch den Grundkörper definierten Durchtrittsachse 115 der Prüfvorrichtung, die hier mittig in der axial durchgehenden Durchtrittsöffnung verläuft. Der Grundkörper trägt an seiner Innenseite Komponenten einer Magnetisierungseinrichtung 120 zum Magnetisieren von Abschnitten des Drahtseils beim Durchtritt durch die Durchtrittsöffnung. Die Magnetisierungseinrichtung 120 ist im Beispielsfall mit Permanentmagneten 122-1, 122-2 ausgestattet, die Nordpole (N) und Südpole (S) aufweisen und die so angeordnet sind, dass Feldlinien 125 des Magnetisierungsfelds, also die Magnetisierungsfeldlinien 125, zumindest im mittleren Bereich zwischen vorderem Ende und hinterem Ende der Prüfvorrichtung im Wesentlichen in Längsrichtung des Drahtseils bzw. parallel zur Durchtrittsachse orientiert sind. Die Magnetisierungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie den gesamten Umfang des Drahtseils umfasst und Magnetfeldlinien bzw. magnetischen Fluss aus allen Radialrichtungen einleitet. Dadurch kann im Bereich des Prüfvolumens ein gleichmäßig hohes Magnetisierungsfeld erzeugt werden. Der Grundkörper trägt zum magnetischen Rückschluss bei. Im Beispielsfall wird also das durchlaufende Drahtseil mit einem axial gerichteten Gleichfeld magnetisiert. Elektromagneten sind bei mobilen Magnetisierungseinrichtungen wegen der nötigen Kabel zur Stromversorgung meist unpraktisch, können aber in stationären Anlagen verwendet werden.
Im mittleren Bereich zwischen vorderem und hinterem Ende der Prüfvorrichtung sind Komponenten einer Sondenanordnung 130 angeordnet. Komponenten der Sondenanordnung sind in Fig. 2 schematisch in schräger Perspektive und in Fig. 3 in axialer Ansicht dargestellt. Die Sondenanordnung weist eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sonden 140 zur Erfassung von durch Defekte verursachten magnetischen Streufeldern auf. Es kann sich z.B. um Hall-Sonden handeln. Die Sonden sind in Umfangsrichtung UR der Sondenanordnung gegeneinander versetzt um die Durchtrittsöffnung herum mit radialem Abstand zur Durchtrittsachse 115 angeordnet. Die schematische Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Sondenanordnung senkrecht zur Durchlaufachse. Es ist erkennbar, dass die Sondenanordnung das Drahtseil umschließt, und zwar in der Weise, dass die mit den einzelnen Sonden abgetasteten Prüfspuren auf der Außenfläche des Drahtseils so breit sind, dass sie in Umfangsrichtung gegenseitig überlappen und somit eine lückenlose Prüfung über den gesamten Umfang sicherstellen.
Weiterhin ist die Konstruktion so ausgelegt, dass mit der Sondenanordnung auch kleine Defekte an der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche zuverlässig detektiert werden können. Hierzu sind die einzelnen Sonden in Umfangsrichtung relativ schmal (z.B. Abdeckung nur im Bogenlängenbereich von 1 mmm bis 5 mm) und es sind viele Einzelsonden über den Umfang vorgesehen, beispielsweise 30 oder mehr (im Beispielsfall sind es 32), gegebenenfalls aber auch doppelt so viele oder dreimal so viel oder auch mehr als 100 einzelne Sonden. Eine solche Feinteilung in Umfangsrichtung hat neben der erzielbaren Ortsauflösung in Umfangsrichtung noch weitere Vorteile, die später ausführlich erläutert werden.
Zur Durchführung der Streuflussprüfung sollen sich die einzelnen Sonden in einer definierten Position mit (radialem) Abstand zur Oberfläche des Prüflings (hier des Drahtseils) befinden. Dieser radiale Abstand zwischen der Oberfläche des Prüfguts und der jeweiligen Sonde wird auch als Prüfabstand 142 bezeichnet. Typische Prüfabstände liegen meist im Bereich um 2 mm, beispielsweise im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 3 mm. Um diese relativ geringen Prüfabstände einhalten zu können, ohne eine Kollision zwischen Drahtseil und Sonde mit eventueller Zerstörung von Drahtseil und/oder Sonde zu riskieren, ist jede der Sonden der Sondenanordnung in einem beweglich gelagerten Prüfschuh 150 angeordnet bzw. eingebaut.
Fig. 1 zeigt einen Prüfschuh 150 schematisch im Längsschnitt. Ein diametral gegenüberliegender Prüfschuh ist nur gestrichelt angedeutet. Fig. 2 zeigt eine Schrägperspektive mit vier kreisbogenförmig gekrümmten Prüfschuhen 150-1 bis 150-4, die jeweils mehrere Sonden der Sondenanordnung tragen. Jeder der vier Prüfschuhe erstreckt sich über einen Umfangswinkelbereich von etwa 100° bis 110°. Die Prüfschuhe liegen einander paarweise diametral gegenüber, die Paare sind in zwei Ebenen axial versetzt zueinander angeordnet. In Umfangsrichtung UR betrachtet überlappen sich die abgedeckten Bereiche der Prüfschuhe jeweils in einem Überlappungsbereich 155. Dieser ist so bemessen, dass auch bei einer radial weiter außen liegenden Position der Prüfschuhe eine gegenseitige Überlappung an den Enden in der Weise sichergestellt ist, dass im Übergangsbereich zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Prüfschuhen keine Prüflücken entstehen.
Jeder Prüfschuh hat an der dem Drahtseil zuzuwendenden Seite eine mehr oder weniger ebene oder leicht konvex zylindrisch gekrümmte Gleitfläche 146, die dafür vorgesehen ist, während der Prüfung auf der äußeren Oberfläche des relativ zur Prüfanordnung bewegten durchlaufenden Drahtseils 200 abzugleiten. Der Prüfschuh ist dazu zumindest an der dem Drahtseil zuzuwendenden Seite aus einem mechanisch harten metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt. In Durchlaufrichtung vor und hinter dem mittleren Bereich mit den Sonden sind am Prüfschuh sogenannte Auflaufschrägen ausgebildet, deren axiale Enden bei der in Fig. 1 gezeigten Prüfkonfiguration in Radialrichtung gesehen deutlich hinter die Magneten 122 der Magnetisierungseinrichtung 120 zurückgesetzt sind, so dass ein durchlaufender Draht in jedem Fall auf einen Teil einer Schrägfläche, nicht aber auf die Stirnseite eines Prüfschuhs treffen wird. Die Sonden 140 sind gegenüber den zugehörigen Gleitflächen 146 ihrer Polschuhe in Radialrichtung um einen sogenannten Sondenabstand 145 zurückgesetzt. Wenn die Gleitfläche in einer Prüfkonfiguration auf der Oberfläche des Drahtseils abgleitet, dann bestimmt der Sondenabstand 145 genau den Prüfabstand 142, der während der Prüfung jedenfalls gegenüber den nach außen ragenden Scheiteln der Litzen 210 mit hoher Genauigkeit eingehalten werden kann.
Diejenige Prüfkonfiguration, bei der die Gleitflächen der Prüfschuhe auf der Oberfläche abgleiten und dementsprechend die Sonden mit minimal möglichem Abstand zur Drahtseiloberfläche angeordnet sind, wird hier auch als erste Prüfkonfiguration bezeichnet. Hier entspricht der Prüfabstand 142 im Wesentlichen dem Sondenabstand 145.
Die Prüfschuhe 150 sind nicht fest bzw. starr am Grundkörper montiert, sondern es liegt eine begrenzte Beweglichkeit in Radialrichtung vor, die dadurch erreicht wird, dass jeder der Prüfschuhe 150 mithilfe einer in sich beweglichen Aufhängung bzw. einer Gelenkanordnung 160 relativ zum Grundkörper derart beweglich gelagert ist, dass der Prüfschuh in unterschiedlichen Abständen zur Durchtrittsachse 115 positioniert werden kann. Im Beispielsfall ist eine schematisch dargestellte Gelenkanordnung 160 vorgesehen sowie eine Federeinrichtung 170, mit der der Prüfschuh 150 für die Prüfung zuverlässig gegen die Außenseite des Drahtseils gedrückt werden kann. Die Gelenkanordnung kann zum Beispiel eine Parallelogrammführung umfassen, also einen Mechanismus, mithilfe dessen der Prüfschuh an einem Doppel-Arm befestigt werden kann und während der radialen Bewegung im ursprünglichen Winkel (Gleitfläche parallel zur Mantellinie des Drahtseils) einer durch die Durchtrittsachse 115 laufenden Ebene gehalten wird.
Die Prüfvorrichtung ist mit einem nicht näher dargestellten Abhebemechanismus ausgestattet, der eine über Signale gesteuerte Umschaltung zwischen der dargestellten ersten Prüfkonfiguration und einer Abhebekonfiguration erlaubt, bei der sich ein Prüfschuh in einer Abhebeposition befindet, bei der die Gleitfläche 146 in einem vorgebbaren Abstand zur Oberfläche des Drahtseils angeordnet ist. Damit liegt dann für die Prüfung ein zweiter Prüfabstand vor, der größer als der oben genannte erste Prüfabstand ist, der dem Sondenabstand entspricht. Es ist also eine Prüfung mit mindestens zwei unterschiedlichen Prüfabständen möglich. Vorteile dieser Eigenschaft werden später noch erläutert.
In der zweiten Prüfkonfiguration kann der Prüfabstand mindestens doppelt so groß sein wie in der ersten Prüfkonfiguration, er kann beispielsweise mindestens 10 mm betragen, beispielsweise im Bereich von 10 mm bis 25 mm liegen. Es kann zweckmäßig sein, bei einer Drahtseilprüfung wenigstens einen Durchlauf mit der ersten Prüfkonfiguration und wenigstens einen Durchlauf mit der zweiten Prüfkonfiguration durchzuführen wird. Dadurch kann wesentlich mehr signifikante Information über den Defektzustand des Drahtseils ermittelt werden, u.a. im Hinblick auf die Tiefenverteilung der Defekte.
Im normalen Betrieb kann eine kontinuierliche Prüfung in der zweiten Position mitlaufen. In regelmäßigen Abständen oder nach Ereignissen, bei denen eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für Oberflächenfehler besteht, z.B. Gewitter, kann dann eine Prüfung in erster Position durchgeführt werden, z.B. unterstützend oder ergänzend zu einer optischen Prüfung. Die Prüfung kann auch vorgesehen sein, um eine Sichtprüfung durch Bedienpersonal zu ersetzen.
Durch die über Signale steuerbare Umschaltung zwischen erster Prüfkonfiguration und zweiter Prüfkonfiguration kann nicht nur die Aussagekraft der gesamten Prüfung verbessert werden. Vielmehr ist auch eine verbesserte Betriebssicherheit gegeben. Prinzipiell kann es vorkommen, dass ein Einzeldraht im Außenbereich des Drahtseils reißt und über die Oberfläche nach außen absteht. Eine Kollision mit solchen abstehenden Enden könnte zur Störung der Prüfung und gegebenenfalls zur Beschädigung oder Zerstörung eines Prüfschuhs oder der gesamten Prüfvorrichtung führen. Bei manchen Ausführungsformen ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen, die solche strukturellen Defekte erfassen kann, bei Detektion eines solchen ein Signal generiert und die Steuerung so konfiguriert ist, dass bei Empfang des Signals eine Umschaltung von der ersten Prüfkonfiguration in die Abhebekonfiguration automatisch eingeleitet wird. Dies ist ein erheblicher Beitrag zur verbesserten Betriebssicherheit.
Der Prüfschuh kann z.B. mit einer fernsteuerbaren Mechanik auf den Prüfling (das Drahtseil) aufgesetzt und bei Gefahr, zum Beispiel einem Ausbruch mehrerer Drähte aus der Oberfläche des Drahtseils, automatisiert abgehoben werden. Die Gefahr kann beispielsweise optisch oder auf andere Weise erkannt und ein entsprechendes Abhebesignal kann ausgelöst werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, solche Abhebesignale zu generieren. In einem Fall ist die Konfiguration der Steuereinheit bzw. der Auswerteeinheit so getroffen, dass das Prüfsystem ein zu hohes Signal erkennt und dann ein Abhebesignal an den Prüfschuh gegeben wird. Es ist auch möglich, dass der Prüfschuh einen zusätzlichen Sensor enthält, der eine Kraft parallel zur Transportrichtung misst und bei Überschreiten einer Grenze den Abhebemechanismus auslöst. Eventuell reicht aber auch eine mechanische Aufgleitschräge am Prüfschuh zum Schutz desselben aus. Die Sonden 140 sind signalleitend mit der Auswerteeinrichtung 180 verbunden, so dass diese die Sondensignale verarbeiten kann. Die Auswertung des Sondensignals mittels der Auswerteeinheit ist bei dem Ausführungsbeispiel in besonderer Weise an die Eigenschaften der Sondenanordnung angepasst, um einerseits eine hohe Ortsauflösung in Umfangsrichtung zu erhalten und um andererseits die Möglichkeit zu haben, Defektsignale einem Defekt in einer bestimmten radialen Tiefe zuordnen zu können.
Hierzu ist die Auswerteeinrichtung dafür eingerichtet, eine Mapping-Operation durchzuführen, mit welcher für jedes Sondensignal eine das Sondensignal repräsentierende Signalinformation mit einer Ortsinformation verknüpft wird, die den Entstehungsort des Sondensignals repräsentiert. Dadurch werden ortsabhängige Signal-Daten gebildet. Die Signal-Daten werden in einer Matrixbildungs-Operation weiterverarbeitet, die so ausgelegt ist, dass die ortsabhängigen Signal-Daten oder daraus abgeleitete Signal-Daten in ortsrichtig zugeordneten Feldern einer Basis-Matrix gespeichert werden. Die weiteren Auswerteschritte können dann auf den Inhalt der Basis-Matrix zurückgreifen und diesen für unterschiedlichste Analysen nutzen. Dabei wird mindestens eine Auswertungs-Operation durchgeführt, in welcher ortsabhängige Signal-Daten aus mindestens zwei in einer Auswertungsrichtung benachbarten Feldern der Basis-Matrix unter Verwendung mindestens eines Auswertungsalgorithmus miteinander verknüpft werden.
Einige Grundprinzipien einer Matrix-basierten Signalauswertung sind in der Patentschrift US 10 082 485 B2 beschrieben. Diese Technik kann mit entsprechenden Modifikationen und Anpassungen auch bei der Drahtseilprüfung genutzt werden.
Die Basis-Matrix kann drei oder mehr Dimensionen haben. Nach einer zweckmäßigen Definition repräsentiert die erste Dimension der Basis-Matrix die Signalinformation, also die Information über den an einem bestimmten Ort gemessenen Streufluss. Vorzugsweise wird hier eine bipolare Signalinformation verwendet, also eine rohe Signalinformation aus nicht gleichgerichteten Sondensignalen, so dass der volle Informationsgehalt des lokalen Messergebnisses zur Verfügung steht. Als zweite Dimension kann zum Beispiel die Position in Längsrichtung des Drahtseils gewählt werden (x-Wert), als dritte Dimension die Position in Umfangsrichtung (des entsprechenden Signals) (y-Wert). Die Basis-Matrix schafft also im weitesten Sinne eine Zuordnung zwischen Signalinformation und Ortsinformation und sie kann gegebenenfalls auch weitere Informationen enthalten.
Um die Signale der einzelnen Sonden in eine ortsgetreue Basis-Matrix (x-Wert entsprechend der axialen Position des Prüflings, y-Wert entsprechend der Umfangsposition) schreiben zu können, wird aus den Streuflusssignalen selbst ein Wegtakt ermittelt. Dies ist möglich, wenn die Schläge u.a. im Streuflusssignal deutlich zu erkennen sind. Auf gesonderte Einrichtungen wie z.B. Taktrad o.dgl. kann verzichtet werden. Bei manchen Drahtseilen, z.B. solchen ohne Litzen, gibt es u.ll. kein periodisches Signal mit genügend hoher Amplitude. Dann kann ein Taktrad oder eine andere für den Zweck taugliche Einrichtung genutzt werden.
Die Basis-Matrix bzw. die darin enthaltenen Signalinformationen werden dann mit unterschiedlichen Bandpässen gefiltert. Die Anzahl unterschiedlicher Bandpässe orientiert sich dabei daran, wie viele verschiedene Tiefenlagen im Drahtseil ausgewertet werden sollen. Für jede Tiefenlage wird eine Auswertespur eingeführt. Wenn z.B. drei Auswertespuren benötigt werden, also eine für das äußere Drittel des Drahtseils (inklusive Oberfläche), eine für das mittlere und eine für das innerste Drittel des Drahtseiles (inklusive Drahtseilmitte), dann wird die Basis-Matrix für das äußere Drittel mit einem Bandpass, der hohe Frequenzen passieren lässt, gefiltert und für das innerste Drittel mit einem Bandpass für tiefe Frequenzen. Das mittlere Drittel entsprechend mit einer mittleren Frequenz. Der Filterung der Signalinformation mit Bandpässen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Streuflusssignale mit wachsendem Abstand von einer detektierten Ungänze zur Sonde ein in Überlaufrichtung breiteres Signal erzeugen (meist auch mit kleinerer Amplitude) und somit bei gleicher Überlaufgeschwindigkeit kleinere Frequenzen haben.
Fig. 4 veranschaulicht diesen Effekt. Fig. 4 zeigt in drei übereinanderliegenden Teilfiguren jeweils links eine bipolare Signalform bei Auftragung der Signalamplitude A über der Zeit t und rechts die zugehörige Repräsentation im Frequenzraum (Amplitude über Frequenz t). Die zugehörigen Bandpassfilter sind durch die Trapeze symbolisiert. Durch die Bandpassfilterung ergeben sich für drei Auswertespuren drei unterschiedlich bandpassgefilterte Matrizen.
Für den nächsten Schritt kann an der Auswerteeinrichtung für jede Auswertespur eine Integrationslänge eingestellt werden. Die Integrationslänge gibt an, über wie viele benachbarte Sonden in Umfangsrichtung das Signal aufsummiert werden soll. Bei dieser Integration wird bei gleichem x-Wert (gleicher Axialposition) in der Matrix über eine bestimmte Anzahl von y-Werten (entsprechend den einzelnen von der Integration erfassten Sonden) eine gleitende Summe oder ein gleitender Mittelwert gebildet. In Fig. 3 sind drei unterschiedliche Integrationslängen IL1, IL2 und IL3 dargestellt. Die Integrationslänge IL1 repräsentiert dabei die Integration über den gesamten Umfang, d.h. Signale aller Sonden werden aufsummiert. Die Integrationslänge IL3 repräsentiert dabei die kürzeste Integrationslänge des Beispiels (nur drei benachbarte Sonden), die Integrationslänge IL2 repräsentiert eine dazwischen liegende, relativ große Integrationslänge über weniger als die Hälfte und mehr als ein Viertel des gesamten Umfangs. Im Maximalfall (IL1) wird für die Detektion einer Ungänze im Zentraldraht (DR1) des Drahtseils über den gesamten Umfang, also über alle y-Werte an einer x-Position der Matrix summiert. Ein Vorteil der Integration über den gesamten Umfang ist, dass sich periodisch auftretende Flussänderungen, wie sie zwischen einzelnen Litzen prinzipiell auftreten, gegenseitig aufheben und so ein relativ rauscharmes Summensignal, auch Grundsignal genannt, entsteht.
Für Ungänzen an oder nahe der Außenoberfläche (z.B. Oberflächendraht DR3) wird die Integrationslänge relativ kurz gewählt werde, z.B. nur drei nebeneinanderliegende Sonden (siehe IL3). Durch die Filterung auf hohe Frequenzen kann erreicht werden, dass weiter entfernte Sonden kein Signal von einem nicht direkt unter ihnen liegenden Oberflächenfehler detektieren können. Außerdem werden Signale von tiefer liegenden Defekten in diesem Auswertekanal unterdrückt. Bei der Filterung mit einem hochfrequenten Bandpass kann es außerdem nützlich sein, den Winkel der Integrationsrichtung an die Schlagrichtung des Seils anzupassen, um das enge Fehlermaximum besser zu treffen. Bei innenliegenden Fehlern ist das Maximum des Fehlersignals über den Umfang gesehen so breit, dass eine Optimierung der Integrationsrichtung keine Vorteile bringt. Die mittlere Integrationslänge IL2 wird genutzt, um Defekte an innenliegenden Drähten DR2 zu finden, die sich zwischen Drahtseilmitte und Umfangsfläche des Drahtseils befinden.
Weiterhin kann bei bevorzugten Ausführungsformen in einer Differenzbildungs-Operation eine Differenzierung angewendet werden, die der Integration vorgeschaltet ist. Bei der Differenzierung werden Differenzen von nebeneinanderliegenden Werten in einem definierten Abstand (Differenzbasis) gebildet. Dadurch bleiben nur noch die Signaländerungen übrig, die entweder in der Differenzierungsrichtung abweichen oder eine kürzere örtliche Ausdehnung haben als die Differenzbasis. Beim Drahtseil gibt es die Schlagrichtungen der Litzen und der Drähte, welche ebenfalls Streuflüsse erzeugen. Die Differenzierungsrichtungen sollten deshalb mit den Schlagwinkeln der Litze und Drähte übereinstimmen, um die bei den Seilen auftretenden, schrägen Streifenmuster zu unterdrücken. Fig. 5 zeigt zur Veranschaulichung eine schematische Draufsicht auf ein Drahtseil mit den Differenzierungsrichtungen DF1 für die Litzen und DF2 für die Einzeldrähte. Das Symbol OD steht für einen kleinen Oberflächendefekt. Der dicke schwarze Strich ZD mit zwei dicken weißen Strichen daneben repräsentiert das Signal eines Zentraldrahtbruchs, der über den gesamten Umfang detektierbar ist.
Die Differenzbildung ist besonders dann wichtig, wenn die Integrationslänge nicht den gesamten Umfang des Seiles umfasst, denn aufgrund des über den Umfang gesehen symmetrischen Aufbau des Seils können sich sämtliche vom Seilaufbau bedingten Streuflüsse bei der Integration über den gesamten Umfang aufheben, zumindest wenn das Seil exakt gleichmäßig aufgebaut ist, und alle Sensoren am Umfang denselben Abstand zum Seil haben. Bei kürzerer Integrationslänge, welche für die Erkennung oberflächennaher Fehler mit hoher Empfindlichkeit gewählt wird, können zuvor die vom Seilaufbau bedingten Streuflüsse über spiralförmig verlaufende Differenzbildungen mit geeigneter Differenzbasis (-> Breite des Streuflusses in Durchlaufrichtung, abhängig von der Tiefenlage) eliminiert werden.
Mit den drei Operationen (tiefenlagenspezifische Bandpassfilterung, Integration und Differenzbildung) bzw. den dazu verwendeten Algorithmen Bandpassfilter, Integrationslänge und -richtung und Differenzbasis und -richtung lässt sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis von Ungänzen, je nach Tiefe verbessern, indem periodische Signale, die durch die einzelnen Litzen und Drähte hervorgerufen werden, unterdrückt werden. Weiterhin kann über die Erkennung der Tiefenlage die tiefenabhängige Signalhöhe eines Drahtbruchs kompensiert werden.
Nachfolgend werden einige besondere Merkmale von Ausführungsbeispielen für die Drahtseilprüfung zusammengefasst. Diese können einzeln oder in Kombination miteinander nützlich sein. Die Prüfvorrichtung weist eine Magnetisierungseinrichtung auf, die im betriebsbereiten Zustand das Drahtseil in Umfangsrichtung lückenlos umfasst, um im Prüfvolumen ein homogenes in Längsrichtung orientiertes Magnetfeld zu erzeugen. Die Prüfvorrichtung weist auf dem Prüfling (Drahtseil) gleitende Prüfschuhe auf, so dass ein gegenüber herkömmlichen Drahtseilprüfungen deutlich verringerter und gleichbleibender Sondenabstand erreicht wird. In jedem der Prüfschuhe ist eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sensoren derart verbaut, damit der Streufluss um den ganzen Umfang des Prüflings hinweg lückenlos und mit hoher Auflösung und Genauigkeit abgetastet werden kann. Es kann eine Vielzahl von Bandpässen genutzt werden, die mit der Tiefenlage der Fehlstelle korrelieren. Die Integrationslänge kann in Abhängigkeit von der Tiefenlage der Fehlstelle gewählt werden. Integrations- und Differenzierrichtungen können an die Schläge des Seils angepasst werden. Die Differenzbasis kann an die Tiefenlage der Fehlstelle angepasst werden. Eine Kompensation der tiefenabhängigen Signalhöhe eines Drahtbruchs ist möglich. Der Wegtakt kann aus dem Streuflusssignal berechnet werden, z.B. über die Schlaglänge, und/oder über Korrelationsfunktion von Sonden im Überlappungsbereich der Prüfköpfe. Eine automatische Abhebevorrichtung kann vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche
1. Prüfverfahren zur Streuflussprüfung eines Drahtseils zum Nachweis von Defekten, worin eine Prüfvorrichtung und das Drahtseil in Längsrichtung des Drahtseils relativ zueinander bewegt werden,
Abschnitte des Drahtseils sukzessive mittels einer Magnetisierungseinrichtung der Prüfvorrichtung derart magnetisiert werden, dass Magnetisierungsfeldlinien im Drahtseil im Wesentlichen in Längsrichtung des Drahtseils orientiert sind; ein Umfang des magnetisierten Abschnitts des Drahtseils zur Erfassung von durch Defekte verursachten magnetischen Streufeldern mittels magnetfeldempfindlicher Sonden einer Sondenanordnung abgetastet wird, die eine Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sonden aufweist, welche in Umfangsrichtung versetzt zueinander und bei der Prüfung in einem Prüfabstand zur Oberfläche des Prüfguts angeordnet sind, und elektrische Sondensignale der Sonden zur Qualifizierung der Defekte ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sonde der Sondenanordnung in einem beweglich gelagerten Prüfschuh angeordnet ist, der eine Gleitfläche zum Abgleiten auf der Umfangsfläche des Drahtseils aufweist, wobei die Sonde gegenüber der Gleitfläche um einen Sondenabstand zurückversetzt angeordnet ist und der Prüfschuh in einer ersten Prüfkonfiguration an die Umfangsfläche derart angedrückt wird, dass die Gleitfläche in Kontakt mit der Umfangsfläche steht und die Sonde in einem im Wesentlichen dem Sondenabstand entsprechenden endlichen ersten Prüfabstand zur Oberfläche des Prüfguts gehalten wird.
2. Prüfverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfabstand in der ersten Prüfkonfiguration im Bereich von 0, 5 mm bis 5 mm liegt, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 3 mm.
3. Prüfverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung drei oder vier oder mehr über den Umfang verteilte und relativ zueinander bewegbare Prüfschuhe aufweist, wobei vorzugsweise jeder Prüfschuh eine Vielzahl von in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordneten Sonden aufweist, die vorzugsweise zumindest in der ersten Prüfkonfiguration gemeinsam einen Umfangswinkelbereich abdecken, der größer ist als 360° geteilt durch die Anzahl der Prüfschuhe und/oder dass magnetischer Fluss aus allen Radialrichtungen in das Drahtseil eingekoppelt wird und/oder dass eine im Umfangsrichtung lückenlose Prüfung erfolgt und/oder dass die Magnetisierungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie im Betriebszustand den gesamten Umfang des Drahtseils lückenlos umfasst.
4. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine gesteuerte Umschaltung zwischen der ersten Prüfkonfiguration und einer Abhebekonfiguration, worin ein Prüfschuh derart in einer Abhebeposition gehalten wird, dass die Gleitfläche in einem vorgebbaren Abstand zur Umfangsfläche des Drahtseils angeordnet ist, wobei vorzugsweise eine Schutzeinrichtung zur Erfassung von strukturellen Defekten am Drahtseil und zur Generierung eines Steuersignals zur automatischen Einleitung einer Umschaltung von der ersten Prüfkonfiguration in die Abhebekonfiguration vorhanden ist.
5. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Prüfung in der Abhebekonfiguration, wobei die Sonde in einem zweiten Prüfabstand zur Oberfläche angeordnet ist, wobei der zweite Prüfabstand, vorzugsweise um mindestens 5 mm, größer als der Prüfabstand in der ersten Prüfkonfiguration ist, wobei vorzugsweise bei einer Drahtseilprüfung wenigstens ein Durchlauf mit der ersten Prüfkonfiguration und wenigstens ein Durchlauf in der zweiten Prüfkonfiguration durchgeführt wird.
6. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine automatische Kontaktüberwachung, welche automatisch erkennt, ob ein Prüfkopf den Kontakt zur Drahtseiloberfläche verloren hat, wobei vorzugsweise zur Kontaktüberwachung die Frequenzen der Signale aller Sensoren eines Prüfkopfes laufend ermittelt werden und ein Kontaktverlustsignal generiert wird, wenn nicht mindestens ein Sensor die aufgrund von Drahtlücken an der Drahtseiloberfläche immer entstehenden Signale mit hohen Frequenzen erkennt, wobei vorzugsweise während einer Kontaktverlustphase durchgelaufene Drahtseilabschnitte als ungeprüft oder fehlerhaft markiert werden.
7. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung der Sondensignale folgende Schritte umfasst: eine Mapping-Operation, in welcher für jedes Sondensignal eine das Sondensignal repräsentierende Signalinformation mit einer den Entstehungsort eines Sondensignals repräsentierenden Orts information verknüpft wird, um ortsabhängige Signal-Daten zu bilden, eine Matrixbildungs-Operation, in welcher die ortsabhängigen Signal-Daten oder daraus abgeleitete Signal-Daten in ortsrichtig zugeordneten Feldern einer Basis-Matrix gespeichert werden, und mindestens eine Auswertungs-Operation, in welcher ortsabhängige Signal-Daten aus mindestens zwei in einer Auswertungsrichtung benachbarten Feldern der Basis-Matrix unter Verwendung mindestens eines Auswertungsalgorithmus miteinander verknüpft werden wobei vorzugsweise bei der Bildung der Basis-Matrix bipolare Signalinformation verwendet wird.
8. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung ein mit der Schlaglänge des Drahtseils korrelierter, periodisch variierender Signalanteil eines Sondensignals ermittelt und eine zugehörige Periodizitätslänge dieses Signalanteils zur Bestimmung einer axialen Ortskoordinate des Entstehungsorts eines Sondensignals verwendet wird.
9. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung eine Detektion von Defekten in einer einzigen Tiefenlage oder in mehreren unterschiedlichen Tiefenlagen des Drahtseils umfasst und dass eine Vorfilterung von Sondensignalen durchgeführt wird, wobei die Vorfilterung für jede Tiefenlage eine tiefenlagenspezifische Bandpassfilterung mit vorzugsweise einstellbaren Grenzfrequenzen umfasst, wobei insbesondere eine untere Grenzfrequenz auf eine kleinste und eine obere Grenzfrequenz auf eine größte für eine Tiefenlage zu erwartende Frequenz der Sondensignale eingestellt wird.
10. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung Sondensignale einer vorgebbaren Sondengruppe mit zwei oder mehr in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordneten Sonden mit unmittelbar aneinander angrenzenden oder teilweise überlappenden Prüfspuren gemeinsam ausgewertet werden, so dass die Sondengruppe eine effektive Sonde bildet, die in Umfangsrichtung eine durch die Anzahl von Sonden der Sondengruppe vorgebbare effektive Prüfbreite aufweist.
11. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion von an oder nahe der Oberfläche liegenden Defekten Sondensignale einer Sondengruppe ausgewertet werden, die höchstens 10% aller Sonden umfasst, insbesondere nur zwei oder drei oder vier Sonden und/oder dass zur Detektion von in der oder nahe der Drahtseilmitte liegenden Defekten Sondensignale einer Sondengruppe ausgewertet werden, die 90% oder mehr, insbesondere alle Sonden der Sondenanordnung umfasst und/oder dass zur Detektion von Defekten in mittleren Tiefenlagen die Sondensignale einer Sondengruppe ausgewertet werden, die mehr als 10 % und weniger als 90 % aller Sonden der Sondenanordnung umfasst, und/oder dass ermittelt wird, wie viele unmittelbar benachbarte Sonden gleichzeitig ein zu einem bestimmten Defekt gehöriges, eine Signalschwelle überschreitendes Streuflusssignal erfassen und dass daraus eine Tiefenlageninformation für den Defekts ermittelt wird.
12. Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Differenzbildungs-Operation, in welcher eine Differenz von ortsabhängigen Signalinformations- Daten von zwei in einer Differenzbildungsrichtung und in einem Differenzabstand zueinander liegenden Feldern ermittelt wird, wobei vorzugsweise die Differenzbildungsrichtung so eingestellt wird, dass sie im Wesentlichen einem Schlagwinkel einer Litze oder eines Einzeldrahts des entspricht.
13. Prüfvorrichtung (100) zur Streuflussprüfung eines Drahtseils (200) zum Nachweis von Defekten, worin die Prüfvorrichtung eine Durchtrittsöffnung (105) für das Drahtseil aufweist und das Drahtseil und die Prüfvorrichtung in Längsrichtung des Drahtseils relativ zueinander bewegbar sind, umfassend: einen Grundkörper (110), der die Durchtrittsöffnung (105) bildet und eine in der Durchtrittsöffnung liegende Durchtrittsachse (115) definiert; eine von dem Grundkörper getragene Magnetisierungseinrichtung (120) zum Magnetisieren von Abschnitten des Drahtseils (200) beim Durchtritt durch die Durchtrittsöffnung (105) derart, dass Magnetisierungsfeldlinien (125) im Drahtseil im Wesentlichen in Längsrichtung des Drahtseils orientiert sind; eine Sondenanordnung (130) mit einer Vielzahl von magnetfeldempfindlichen Sonden (140) zur Erfassung von durch Defekte verursachten magnetischen Streufeldern, wobei die Sonden in einer Umfangsrichtung versetzt zueinander um die Durchtrittsöffnung (105) herum angeordnet sind, und eine Auswerteeinheit (180) zur Auswertung elektrischer Sondensignale der Sonden zur Qualifizierung der Defekte, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sonde der Sondenanordnung in einem Prüfschuh (150) angeordnet ist und die Prüfvorrichtung drei oder mehr Prüfschuhe aufweist, wobei jeder der Prüfschuhe relativ zum Grundkörper (110) derart beweglich gelagert ist, dass der Prüfschuh in unterschiedlichen Abständen zur Durchtrittsachse (115) positionierbar ist, eine Gleitfläche (146) zum Abgleiten auf der Umfangsfläche des Drahtseils (200) aufweist, wobei jede Sonde des Prüfschuhs gegenüber der Gleitfläche um einen Sondenabstand (145) zurückversetzt angeordnet ist, und in einer ersten Prüfkonfiguration an die Umfangsfläche eines durch die Durchtrittsöffnung hindurchtretenden Drahtseils (200) derart andrückbar ist, dass die Gleitfläche (146) in Kontakt mit der Umfangsfläche steht und die Sonde (140) in einem im Wesentlichen dem Sondenabstand entsprechenden endlichen ersten Prüfabstand (142) zur Oberfläche des Drahtseils gehalten wird.
14. Prüfvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine, vorzugsweise mehrere oder alle der folgenden Bedingungen erfüllt sind: die Sondenanordnung (130) weist mehr als 20 über den Umfang verteilte Sonden auf, wobei vorzugsweise die Sondenanordnung 30 oder mehr oder 60 oder mehr Sonden aufweist; jede der Sonden (140) weist eine in Umfangsrichtung gemessene Prüfbreite auf, die einem Umfangswinkel im Bereich von 5° bis 10° entspricht; die Magnetisierungseinrichtung (120) ist derart ausgebildet, dass sie im Betriebszustand den gesamten Umfang des Drahtseils umfasst; die Sonden (140) der Sondenanordnung (130) sind derart ausgelegt und angeordnet, dass eine in Umfangsrichtung lückenlose Prüfung des Drahtseils bei einem einzigen Durchlauf möglich ist.
15. Prüfvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: ein Prüfschuh (150) ist mittels einer Gelenkanordnung (160) an dem Grundkörper (110) beweglich gelagert, wobei die Gelenkanordnung vorzugsweise eine Parallelogrammführung und/oder ein Festkörpergelenk umfasst; es ist eine Andrückeinrichtung vorgesehen, die den Prüfschuh in Richtung der Durchtrittsachse vorspannt, wobei die Andrückeinrichtung vorzugsweise eine Federanordnung (170) mit wenigstens einer Feder aufweist.
16. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 155, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (180) konfiguriert ist, eine Auswertung der Sondensignale gemäß den Merkmalen der Kennzeichen von einem der Ansprüche 6 bis 12 durchzuführen
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