SE456534B - Anordning for metning och/eller kontroll av provobjekt med en oscillerande givare - Google Patents

Description

456 534: som är generellt användbar, är väl lämpad att användas i samband med s k virvelströmsprovning.

Med provobjekt avses här t ex ämnen. tråd, stång, profiler, plåt etc.

Med storhet avses här t ex förändring, ytdefekt, ytspricka, ämneskant, sprickans läge. sprickans djup etc, storhet kan med andra ord ses som ett vittomspännande begrepp.

Med styrning avses har t ex lager men även andra arrangemang eller komponenter som kan styra/leda givarna på lämpligt sätt relativt prov- objektets yta, och då företrädesvis parallellt med ytan.

Uppfinningar av närliggande art beskrivs i de svenska patentansökningarna 8500065-1 och 8503894-1. Dessa uppfinningar har dock ej de fördelar före- liggande uppfinning kan uppvisa på speciellt runt material vid höga hastigheter.

Uppfinningen kan beskrivas enligt följande, observera dock att såväl figurer som beskrivning är av principiell natur, dvs de gör ej anspråk på att vara skalenliga eller heltäckande vad gäller t ex möjliga utförande- former med mera.

I figur 1 ser man ett tvärsnitt av provobjektet 1, som här t ex utgörs av en varm stång. I stången finns det en längsgående ytspricka 2, som givaren 3 om möjligt skall detektera när den passerar över sprickan. I fundamen- tet/stativet 20 är kullager 5 monterat. I kullagrets innerring är en cylindrisk rotationskropp 19 monterad. Kroppen 19 kan alltså rotera eller oscillera på grund av lagringen i kullagret 5. I kroppen 19 är minst en ytgivare 3 monterad. Givaren 3 kyls via vattenkanalerna 18 som är anslutna till flexibla vattenledare 7, 8, som t ex består av polyuretanslang som har utmärkta utmattningsegenskaper. Givarna 3 är anslutna till tillhörande elektronik via de flexibla signalledarna 6, som t ex består av flerpolig foliebandkabel. Både de flexibla media- och signalledarna är förankrade i fundamentet 20 via i fundamentet fastsatta stöd 11, 12, 13. På grund av detta kan kroppen 19 i viss utsträckning vridas fram och åter utan att de flexibla ledarna går sönder. Samtidigt kommer givarna att röra sig på i stort konstant avstånd till provobjektets 1 yta. På fundamentet 20 är en motor Ä anbringad. På motoraxeln är ett hjul 10 monterat, på vilket i sin 534 tur en lagertapp 17 är excentriskt placerad. På motsvarande sätt är en lagertapp 16 monterad på armen 15 som är förbunden med kroppen 19. Genom att förbinda lagertapparna 16, 17 med vevarmen 9 kommer kroppen 19 att oscillera (fram och åter) tvärs provobjektets längsriktning när motorhju- let 10 roterar. I figur 1 är detta åskådliggjort med hjälp av de streckade markeringarna A och B som anger oscillationens ytterlägen för lagertapp 16, medan läge C anger mittläget. Lagertappens 17 radiella placering på motorhjulet 10 anpassas så att oscillationsamplituden A-B blir lämplig, t ex 90 °C.

I figur 1 är endast en ytgivare inritad, vilket skall ses som ett ytter- lighetsfall. Uppfinningen är i första hand avsedd för minst tvâ givare, då härigenom oscillationsamplituden blir betydligt mer lätthanterlig. Uppfin- ningen medger alltså ett stort antal givare, t ex fyra stycken, som då lämpligen fördelas jämnt utefter provobjektets periferi. På detta sätt kan oscillationsamplituden enkelt begränsas. vilket är fördelaktigt med tanke på utmattningseffekter och dylikt. Ju fler givare, ju mindre oscillations- amplitud och desto snabbare oscillation kan uppnås. Prov har visat att det är fullt möjligt att arbeta med oscillationsfrekvenser > 50 Hz, förutsatt att kroppen 19 har liten massa. Speciellt vid större oscillationsamplitu- der, t ex 1 450, är det viktigt att de flexibla ledarna förläggs på ett optimalt sätt, t ex avlastade och anslutna så att rörelsen blir minsta möjliga.

Vid relativrörelse mellan givararrangemang och provobjekt, t ex när prov- objektet/valstråden 1 rör sig med v m/s, kommer oscillationen att medföra att respektive givare rör sig i en bana över provobjektet enligt figur 2.

Denna bana kallas lämpligen ytavsökningsmönster. I värsta fall kan här sprickan 2 med en längd < S "tappas" på grund av att den ej korsas av avsökningsmönstret om den ligger ogynnsamt placerad på provobjektet. Den minsta detekterbara sprickan är med andra ord i värsta fall S lång.

I figur 2b har givarsonden roterats, varvid rotationsmönstret överlagrat sig på oscillationsmönstret i figur 2. Här blir man även mer oberoende av att oscillationshastigheten i tvärled blir nära noll vid topparna, dvs den överlagrade rotationen tar över om tvärhastigheten blir för liten. För att förbättra detta förhållande kan man làta n stycken givare oscillera på sådant sätt att deras mönster bildar relativt varandra “fasförskjutna" mönster av mer finmaskig karaktär, som då givetvis medger detektering av 456 554 “ kortare sprickor. I figur 3 visas ett sådant mönster där n = 3, och där minsta detekterbara spricklängd approximativt är S/n, dvs S/3 i värsta fallet, vilket är en avsevärd förbättring relativt figur 2. Praktiskt kan detta mer finmaskiga avsökningsmönster erhållas genom att t ex - placera tre stycken oscillationskroppar efter varandra utefter tråden 1 där avståndet mellan givarna 3 är anpassat till trädens hastighet - oscillera givarna med inbördes olika faslägen - montera givarna i samma kropp men förskjutna relativt varandra både perifert och längs tråden - kombinationer av ovanstående punkter.

En praktiskt tilltalande variant är att t ex dela upp trädens tvärsnitt i fyra delar/kvadranter och låta var och en av fyra stycken givare avsöka/ betjäna i första hand sin kvadrantperiferi. För att få viss överlappning väljes en oscillationsamplitud > 360/H = > 900, dvs i #50. Ett lämpligt grundarrangemang kan med andra ord bestå av fyra stycken givare placerade med 900 separation utefter provobjektets periferi och oscillerande Z i 45? I figur Ä ingår bland annat ett sådant arrangemang.

En oscillationsfrekvens om 50 Hz motsvarar en periodtid på 20 ms. Antar vi att provobjektet består av en valstràd med hastigheten 10 m/s, dvs 10 mm/ms, som är en vanligt förekommande hastighet i dessa sammanhang, blir avståndet/längden S i figur 2 10 mm/ms x 20 ms = 200 mm. Sprickor kortare än 200 mm kan alltså ej detekteras säkert. Ett önskemål är dock att kunna detektera 100 mm långa sprickor vid här angiven hastighet.

Ett relativt enkelt sätt att åstadkomma detta på är att som i figur U placera ytterligare givare (Be-h), förskjutna relativt de första (3a-d) givarna, med ett avstånd (cc) som är anpassat till aktuell valstråds- hastighet, dvs i vårt fall 10 mm/ms. Man kan givetvis utöka detta för- faringssätt till att teoretiskt omfatta ett närmast oändligt antal sins- emellan förskjutna givare sà att avsökningsmönstret blir mycket fin- maskigt. Dubbleringen av antalet givare medför här att minsta detekter- bara spricklängd blir 200/2 = 100 mm, vilket är tillräckligt för flertalet 5 456 534 tillämpningar. Vid fellängder < 100 mm fungerar oftast vanliga genomgånga- givare 3O av differentiell typ tillfredsställande. Detta är anledningen till att arrangemanget i figur U är kompletterat med en genomgàngsgivare 30 med tillhörande differentiella lindningar 31, 32, som gör att arrange- manget i sin helhet har teoretiska förutsättningar att detektera flertalet förekommande sprickor.

Uppfinningen kan göras mer sofistikerad genom att t ex låta givaren 3 ut- göras av en sond som får rotera kring en centrumaxel vinkelrät mot prov- objektets yta. Härvid kommer givarsondens cirkulära rörelse att överlagra sig på oscillationsrörelsen, varigenom avsökningsmönstret blir mer hel- täckande samtidigt som givarens rörelseriktning hela tiden varierar. Detta medför att sprickan nästan alltid korsas av något givaravsökningsvarv.

Detta framgår av figur 2b.

I figur Ä är givarna 3a-d placerade på ett avstånd av cc relativt givarna 3e-h. Genom att anpassa avståndet cc till valstràdens hastighet kan kombi- nerade mönster som t ex de i figur 3 erhållas. Genom att utforma arrange- manget så att detta avstånd cc kan justeras vid ändrad valsningshastighet blir givaren i sin helhet bättre produktionsanpassad. Samma sak gäller givarsonderna som i det praktiska fallet ofta görs inställbara i höjdled så att givaren kan användas över ett stort dimensionsområde.

Figur Ü är även intressant därigenom att de flexibla ledarna, t ex slangarna 7, 8, är förlagda längs provobjektets längsriktning och har en längd L som är stor relativt oscillationsamplituden. På detta sätt blir ledarnas böjning per längdenhet jämnt fördelad och begränsad, vilket är mycket fördelaktigt ur hàllfasthetssynpunkt. I figur 4 består pos 15 av en enkel skiva.

Den oscillerande kroppen 19 bör om möjligt göras så liten och lätt som omständigheterna medger för att därigenom minimera den mekaniska massan och trögheten, vilket minskar de mekaniska pàkänningarna med mera.

Det bör påpekas att valsningsprocessen gör att de flesta defekterna successivt valsas ut så att de i slutänden nästan undantagslöst har en orientering längs tråden, vilket har varit en av utgàngspunkterna för föreliggande uppfinning. 456 534 6' I de fall provobjektet är varmt är vanligt vatten ett lämpligt kylmedia, som utan större problem kan kyla såväl mekaniska detaljer som givare med 1116138 .

De i figur 2b angivna gradtalen refererar till oscillationsamplituden, varför man t ex kan se figurerna 2, 2b och 3 som avsökningsstråk i vals- trådens längsriktning, med en bredd av i detta fall 900.

I vissa tillämpningar. som t ex valstràdsprovning, är valstràdens ändar och då speciellt framänden ofta deformerad och böjd. Detta gör att fram- änden vill kila fast sig i givaren och då ofta river sönder givarna. Då man i de flesta fall önskar ha en trång givarpassage för att nå en hög känslighet i mätningen kan detta vara ett stort problem. På grund av enkelheten i föreliggande uppfinning att via de flexibla ledarna överföra media som luft, vatten, olja med mera kan man även överföra manövermedia. som exempelvis tryckluft. Med hjälp av manövermediat kan då t ex givar- spolarnas s k lift-off varieras, dvs när framänden passerar givaren manövreras givaren så att avståndet mellan valstràden och givarspolarna tillfälligt blir större, varigenom skador på givaren undvikes.

Genom att förse drivanordningen med ett kraftigt balanshjul kan man under- trycka vibrationer orsakade av oscillationen. Vill man ytterligare för- bättra vibrationsundertryckningen kan t ex arrangemanget i figur Ä dubbleras och låta kropparna 19 oscillera i mgtfgg, dvs de har motriktade oscillationsriktningar, varigenom ett balanserat utförande erhålles.

Uppfinningen innefattar även de fall då signalöverföringen sker på annat sätt ån med/via de flexibla ledarna, men där media av något slag överförs i enlighet med uppfinningen. Signalöverföringen kan då t ex vara en beröringsfri induktiv överföring medan kylvattnet överförs via slangar så som framgår av figur 4.

På grund av enkelheten att överföra signaler kan man även enkelt överföra t ex ström för matning av på kroppen 19 monterade motorer och liknande.

Motorerna kan t ex vara avsedda för att rotera givarsonderna så att man erhåller den tidigare omtalade, på oscillationsrörelsen överlagrade rota- tionsrörelsen.

Claims (6)

1. 456 534 Uppfinningen innefattar även de fall där t ex vevanordningen i figur 1 ersatts med excenteranordning eller liknande. Det bör även förtydligas att med storhet avses även i vissa fall kombina- tion av storheter. Föreliggande uppfinning är i första hand att betrakta som anordning men även sätt innefattas i andra hand. Föreliggande uppfinning kan givetvis varieras på mangahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. Det bör även påpekas att oscillationskroppen 19, inom ramen för uppfin- ningen, kan bestå av flera sektioner, varigenom provobjektpassagen kan anpassas till skiftande provobjektsdimensioner. PATENTKRAV l. Anordning för mätning och/eller kontroll, t ex detektering, av prov- objekt (1), t ex tråd. stång, ämnen etc, med avseende på storhet och/eller kombination av storheter, t ex ytsprickor (2), dimensionsförändringar etc, vilken anordning innefattar minst två givare/sensorer (3), t ex virvel- strömsbaserade ytgivare, och minst en därtill, direkt eller indirekt, hör- ande drivanordning, t ex motor (U), anordnad så att minst en givare/sensor fås att röra sig i bana över/på provobjektets yta, t ex oscillera fram och åter tvärs provobjektets rörelseriktning, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst två givare/sensorer med skilda rotationscentrum roterar i cirku- lära banor eller liknande, överlagrade på gemensam och/eller skild oscillationsrörelse/-er, för erhållande av lämpligt ytavsökningsmönster med avseende på den storhet och/eller kombination av storheter som önskas mätas och/eller kontrolleras, t ex detekteras med avseende pà längd, djup och orientering. 456 554 8

2. Anordning enligt föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst två givare/sensorer vid respektive tillfälle/tidpunkt. helt eller delvis, rör sig över olika delar av provobjektets yta. och att givarna/sensorerna är arrangerade så relativt provobjektet eller prov- objektets rörelsebana, att deras ytavsökningsmönster, i kombination med provobjektets rörelse relativt givararrangemanget, helt eller till större delen, tillsammans bildar mönster som medger mätnig och/eller kontroll, t ex detektering, av minst en storhet och/eller kombination av storheter, t ex detektering av längsgående ytsprickor vars längd överskrider visst, t ex valt, gränsvärde.

3. Anordning enligt något eller nâgra av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst två givare/sensorer (3a-Se) är för- skjutna (cc) relativt varandra längs provobjektets rörelseriktning. Q.

4. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst två givare/sensorer (3a-3b) är för- skjutna relativt varandra i oscillationsriktningen. '

5. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d därav, att minst två oscillationsrörelser är fasför- skjutna relativt varandra.

6. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav. k ä n n e t e c k n a d därav, att signalöverföring och/eller mediaöverföring till och/eller från minst en givare/sensor sker via minst en flexibel ledare, t ex foliebandkabel (6) och/eller polyuretanslang (7, 8). ansluten i en riktning som i stort sammanfaller med provobjektets längsriktning och/eller rörelseriktning. 7- Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav. k ä n - n e t e c k n a d därav, att minst en givare/sensor är kyld med någon form av kylmedia, t ex vatten.