SE456864B - Anordning foer att vid virvelstroemsprovning av omagnetiska provobjekt detektera och undertrycka inverkan av stoerande magnetiska omraaden - Google Patents

Description

456 864 och verkningar, för att därigenom kunna undvika att de magnetiska stör- ningarna förväxlas med verkliga sprickor. rg, Man kan givetvis tänka sig att via t ex strålningspyrometrar o dyl mäta yttemperaturen på ämnet och därigenom beräkna om materialet är magnetiskt eller ej, men detta förfaringssätt har av lättförståeliga skäl många och stora svagheter.

Uppfinningen möjliggör t ek att kombinera detektering av sprickor och magnetiskt material via t ex samma virvelströmsgivare, liksom att även vissa delar av mätelektroniken kan vara gemensam. Detta medför både ekonomiska och mättekniska fördelar.

Vid virvelströmsprovning, t ex sprickdetektering, på omagnetiskt material, utgår man ifrån att ingen magnetisk permeabilitet förekommer i materialet dvs att provobjektet är helt omagnetiskt. Med omagnetiskt material avses t ex stålämnen som slab:s. billetzs m m. vars temperatur vid mättillfället ligger över den s k Curie-temperaturen eller Curie-punkten. Det kan även vara ett magnetiskt stålrör som via mättningsmagnetisering på konven- tionellt sätt erhållit en skenbar permeabilitet motsvarande i stort yo.

I samtliga dessa fall kan det inträffa att främmande magnetiska partiklar o dyl förekommer i eller på materialet. eller att t ex en viss begränsad fläck på en varm ämnesyta p g a partiellt låg yttemperatur blivit fläckvis magnetisk. I stränggjutningsprocesser kan strängens temperatur variera p g a olika processparametrar, som ändras under pågående gjutning. Här är även ëmnesytan belagd med större och mindre s k glödskal. vars Curie- temperatur ofta ligger något lägre än själva stålets. Likväl händer det att glödskalen, som innehåller FeO, Fe2O3 och Fe30q, p g a bristande mekanisk kontakt med ämnesytan ibland erhåller en temperatur under dess Curie-temperatur, varvid de blir magnetiska och starkt störande för virvelströmsprovningen. Det är här viktigt att konstatera att oavsett orsaken till att magnetiskt material förekommer i eller på provobjektet, är dess förekomst undantagslöst störande på virvelströmsprovning anpassad för omagnetiska provobjekt, och då speciellt vid s k flerfrekvensprovning. 3 456 864 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning anger en lösning på detta och andra härmed sam- manhängande problem.

Uppfinningen kännetecknas därav att även de magnetiska områdena och/eller materialet detekteras via virvelströmsteknik. och att signaler härrörande från y-vektor separeras från signaler härrörande från felvektor.

Uppfinningen kan ses som ett viktigt komplement till följande svenska patentansökningar och patent, 7507857-6, 7613708-2. 781334U-Ü. 8206678-8, 8302738-3, 81400698-0. 8140086144, 8601785-2, 8603113-5 øch 86032140-6. vilkas terminologi och figurer i tillämpliga delar även är användbara i föreliggande uppfinning.

Då flertalet av här angivna patenthandlingar inkluderar sprickdetektering på varmt omagnetiskt material, kan man befara magnetiska störningar, vil- ket motiverar ett komplement enligt uppfinningen.

Några förtydliganden Med VIRVELSTRÖMSPROVNING avses kontroll och/eller mätning baserad på an- vändandet av frekvenser och/eller frekvenskomponenter/frekvenskomposantar inom området någon Hertz till flera MZ, samt allt fackmannen innefattar i begreppet.

Med FREKVENS avses i vissa fall BÄRFREKVENS m a o den frekvens givaren/ sensorn t ex matas med. I frekvens innefattas även frekvenskomposant.

Med PROVOBJEKT avses t ex stränggjutna ämnen, stång, rör, plåt. flytande stàlsmälta m m. I provobjekt innefattas även partiklar och föremål på provobjektets yta t ex glödskal och liknande.

Med GIVARE/SENSOR avses t ex strömmatad ytgivarspole, som t ex rör sig i plan parallella med provobjektets yta eller del darav.“ Med LIFT-OFF (LO) avses givarens/sensorns avstånd relativt provobjektets yta. V g se även angivna patentansökningar och patent. 456 864 u Med MAGNETISKT material avses att materialet pâverkas av en permanent- magnet, dvs att den relativa permeabiliteten yr > 1.

Med FEL-VEKTOR (FV) avses den vektor som t ex en spricka ger upphov till i givarens/sensorns impedansplan, t ex som 1 figur 1.

Med p-VEKTOR (pv) avses den vektor som det magnetiska materialet ger upp- hov till, t ex som framgår av figur 1. I Med VEKTORLOB (VL) avses den yta i impedansplanet inom vilket felvektorer (av varierande djup och djupläge) ligger.

Uppfinningen kan beskrivas enligt följande, vilket skall ses som ett av många tänkbara exempel och varianter.

Bifogade figurer är av principiell natur och gör ej anspråk på att vara skalenligt eller dimensionsmässigt exakt ritade.

Det bör även påpekas att beskrivningen utgår ifrån att läsaren har viss grundkompetens vad gäller föreståelsen av impedansdiagram m m, varför mer elementära grunder och detaljer utelämnats för att beskrivningen.därigenom skall bli lättillgänglig. För att kunna begränsa beskrivningens omfattning beskrivs en tillämpning av uppfinningen där anordningen baseras på virvel- strömsteknik. Även andra tekniker, t ex läckfält, omfattas dock av upp- finningen, liksom användandet av sensorer typ Hall-element o dyl.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen är närmare exemplifierad i bifogade figurer, av vilka figur 1 visar ett normalt impedansdiagram för en givare/sensor, figur 2 och 3 visar de s k vektorloberna och figur 4 och 5 visar två blockscheman för uppfinningen.

Beskrivning av utföringsexempel Figur 1 visar ett normerat impedansdiagram, för en givare/sensor, av konventionell karaktär. I den svenska patentansökan 8302738-3 visas i figur 3 motsvarande impedansdiagram vid omagnetiskt material/provobjekt, dvs impedanskurvorna utgår ifrån wL/wL0 = 1,0. I bifogad figur 1 har 5 456 864 dock även impedansplanet kompletterats med kurvor för magnetiskt material m a o yr > 1. Som framgår har permeabiliteten, y, en förstärkninga- effekt på den elektriska impedansen, som kan vara starkt störande på virvelströmsmätningen av sprickor m m. speciellt när sprickorna har en riktning i impedansplanet som i stort sammanfaller med y-riktningen. Den magnetiska permeabiliteten har en riktning i impedansplanet som framgår av ,inritade y-vektorer och punktstreckade linjer.

Vid t ex sprickdetektering på varma (> 780 grader) stålämnen vars tempe- ratur överstiger Curie-temperaturen är stålet omagnetiskt.

Använder man sig av en enkel ytgivare för sprickdetektering och givarens avstånd till ämnesytan varierar t ex mellan L02 och L03, varierar även givarens impedans. Denna impedansvariation är olika stor vid olika bärfrekvenser, och är för en viss frekvens mL i figur l inritad som en vektor LO mellan punkterna P2 och P3. Beroende av LO-rörelsens riktning kan denna vektor kasta riktning dvs växla polaritet.

LO1-kurvan i figur 1 representerar en stark induktiv koppling mellan givaren och provobjektet t ex anligg dvs LO = O. Man kan även t ex defi- niera L01-kurvan som det minsta LO-avstånd som är praktiskt möjligt eller tillåtet. För det omagnetiska materialet gäller då att impedans- kurvorna ryms inom den sektionerade delen av figur 1.

Antag nu att givaren befinner sig på avståndet L02 från provobjektets yta och att vi studerar bärfrekvensen mL. vi befinner oss då i punkt P2 i figur 1. När givaren befinner sig över en spricka erhålls en s k fel- vektor, FV, vars riktning ligger nära LO-riktningen, vilket beskrivs detaljerat i den svenska patentansökan 8302738-3. Om provobjektet nu av någon anledning skulle bli magnetiskt dvs pr > 1, skulle på motsvarande sätt en vektor erhållas, vilket i figur 1 är inriktat som en vektor FV.

Det bör här påpekas att vektorerna FV och yv efter detektering har olika signalfrekvensinneháll, dvs olika varaktighet, p g a att sprickan har ett annat (kortare) utseende än t ex det magnetiska området på provobjektet som kan vara ett större glödskal.

Dessas vektorer som ofta är av differentiell natur, har för två olika bärfrekvenser, mL och wfl. brutits ut ur figur 1 och ritats in i =45e 864 - 6 figurerna 2 och 3. Dessa vektorer kan på konventionellt sätt omvandlas till t ex spänningar, vilka kan likriktas via t ex fasstyrd likriktare. På detta sätt är det möjligt att separera vektorer med olika riktning, dvs m olika fasläge, i impedansdiagrammet.

När man säger vektor är det ofta underförstått att man även avser en signal t ex växelspänning vars fasläge representerar vektorns riktning, och vars amplitud motsvarar vektorns belopp.

I figurerna 2 och 3 har de s k vektorloberna, VL, markerats med streckade linjer. Dessa lober anger begränsningsytan inom vilken felvektorer av varierande djup och djupläge faller. Vid onormalt stora sprickor kan längden på loben bli större.

Speciellt vid lägre frekvenser, mL, t ex < 100 KHZ, är vinkel u mellan FV och yV närmare 900, medan däremot vid högre frekvenser. wfl. t ex 1 MHZ, vinkeln a är klart mindre än 900. Ur fasdiskrimineringssynpunkt är det givetvis fördelaktigt om vinkeln a är stor t ex 90°, om man som i vårt fall önskar separera pV från FV.

I figur 3 ser man att vektorloben VL i sin.nedre högra del korsar/skär y-vektorn yV. Denna del av vektorloben representerar vanligen sprickor belägna något djupare i materialet alltså ej öppna sprickor.

Konsekvensen av detta är att det vid högre frekvenser finns sprickor vars riktning i impedansdiagrammet sammanfaller med y-riktningen.

Det gar m a o ej att säkert skilja på FV och yV via fasdiskriminering vid högre frekvenser. Vid lämpligt vald låg frekvens. som t ex i figur 2, går det däremot bra att separera VL från yV och tvärt om, då ju här ingen korsning föreligger. Med den målsättning som gäller har ingen såvitt be- kant är, utnyttjat detta faktum för att som här beskrivs öka tillförlit- ligheten vid sprickdetektering.

Som första steg i en säker separering av y-vektorn från övriga vektorer väljer man därför lämpligen, ofta låg frekvens, som möjliggör separering av FV från FV. Som andra steg skall t ex lift-off-vektorn, LO, under- tryckas. Här skall man vara observant på att LO kan växla polaritet, 7 456 864 vilket i figur 2 är markerat med +L0 respektive -LO. Om man därför som är antytt i figur 2, detekterar i en riktning som är horisontell blir resp vektorprojektion pà den horisontella linjen ungefär densamma för pV och -LO, vilket innebär att det på detta sätt är omöjligt att separera uy från -LO.

Däremot går det som synes utmärkt att vid mL och horisontell projektion av FV och yv, separera dessa från varandra genom att projektionerna av FV och yV har olika tecken. vilket är lätt att skilja pà via elektronik. Vid tillräckligt låg frekvens, där vinkeln a eller summa av vinklarna u och 5 är av storleksordningen 900, kan man någorlunda effektivt undertrvcka LO-påverkan genom att detektera vektorena i stort vinkelrät mot lift-off-riktningen eller felvektor-riktningen, beroende på vilken av dessa som är mest störande för y-vektorsepareringen.

Vid normala ytsprickor är vinkeln 3 ofta < 180 vilket gör att även fel- vektorn undertrycks relativt bra vid detektering vinkelrät LO-rikt- ningen. P g a den något ofullständiga undertryckningen av FV kan det dock vara motiverat att förbättra undertryckningen via filtreringsförfarande.

Härvid utnyttjar man det förhållande att frekvensinnehållet i den detek- terade/likriktade felvektorn FV är högre än frekvensinnehàllet i motsvar- ande y-vektorsignal, och LO-vektorsignal. Filtren för resp vektortyp stäms därför av till olika signalfrekvenser, varigenom de bättre kan separeras från varandra. Orsaken till de olika frekvensinnehállen är att sprickor och de ev magnetiska partierna på/i provobjketet har olika form och utbredning. Givaren befinner sig då olika lång tid över sprickan resp de magnetiska partierna.

Då även LO-signalen skiljer sig frekvensmässigt från övriga signaler/vek- torer kan även denna separeras eller undertryckas ytterligare via filtre- ringsförfarande om så krävs.

Ett annat sätt att undertrycka eller separera LO-signalen med är via s k vektortransformation. Här använder man sig av minst en LO-signal eller del därav, av annat bärfrekvensursprung, för att kompensera t ex balansera bort LO-vektorn eller del därav. Samma teknik kan även användas för sepa- rering och undertryckning av FV-signaler m m. \ 456 864 Üppfinningen inkluderar såväl separata som kombinerade lösningar av här angivna principer.

Observera att oavsett hur lösningen ser ut så måste minst en frekvens väljas så låg att vinkeln u blir tillräckligt stor. Eftersom de frekven- ser som användes för sprickdetektering normalt är relativt höga är det ofta motiverat att använda minst en separat frekvens för den magnetiska detekteringen, t ex inom området 1 - 10 KHZ.

Beträffande valet av lämplig frekvens för effektiv yV-detektering bör man även känna till att permeabilitetens absoluta belopp avtar med ökande frekvens p g a materialets inneboende tröghet vad gäller snabba magnetiska växlingar. Det är alltså fördelaktigt ur två synpunkter att välja en frek- vensarbetspunkt på impedansplanets övre del. Dels blir yV kraftigare dels blir a Större. Den övre tredjedelen på impedanskurvan är då ett bra val.

För att förhindra att y-vektorn förväxlas med felvektorer, är det fördel- aktigt att använda den detekterade förekomsten av magnetiskt material till att automatiskt blockera sprickdetektorn,-så att inga falska sprickor in- dikeras o dyl. Samtidigt bör man då t ex automatiskt ge någon form av larm. för att på så sätt uppmärksamma omgivningen på att sprickdetektorn tillfälligt varit blockerad eller otillförlitlig p g a magnetiska stör- ningar.

Förekomsten av magnetiska material kan också användas som indikation på att något är fel i processen t ex att kylningen är för kraftig i sträng- gjutningsmaskinen. Vid larm om magnetiskt material kan man även t ex automatiskt och tillfälligt aktivera anordningar för borttagning av glödskal o dyl. I vissa fall kan det vara önskvärt att larm erhålles när permeabilitetsnivån överstiger ett visst inställt tröskelvärde. Av det skälet bör permeabilitetssignalen vara i stort konstant inom givarens lift-off-arbetsområde. Detta kan uppnås genom att y-signalen signalbe- handlas t ex förstärks som funktion av LO-signalen.

I de fall samma givare användes för detektering av både sprickor och magnetiskt material kan man t ex erhålla följande fördelar. Mätningen sker samtidigt på samma ytdel varför mätvärdena är aktuella och relaterade tillvarandra. Sprickdetekteringens pemeabilitetsberoende blir nära exakt m "11 9 456 864 angivet p g a sammma givare användes för bägge mätningarna. Givararrange- manget blir givetvis enklare och billigare.

Vid sprickdetektering använder man ofta någon typ av s k givarmanipulator för att föra givaren/sensorn över t ex den varma stålsträngen. Givaren kan även utgöras av en s k snurra dvs ha en roterande bana överlagrad på den långsamma minipulatorrörelsen. Föreliggande uppfinning innefattar de fall där givarna för detektering av sprickor och magnetiskt störande material är placerade på/i samma manipulatorarrangemang, vilket har flera fördelar.

På detta sätt kan sprickdetektorn blockeras optimalt, dvs lagom mycket och länge, eftersom informationen om den magnetiska förekomsten är både aktuell och exakt.

För att åskådliggöra hur sprickdetektor och magnetdetektor/F-detektor som exempel kan samverka har tva i stort likvärdiga blockscheman ritats vilka framgår av figurerna U och 5. Provobjektet 1 innehåller en magnetisk glödskalsflaga 2. Över provobjektets yta rör sig givarna 3 och Ä, som i figur 5 utgörs av en gemensam ytgivarspole. Givarna som rör sig med hastigheten v m/s, består av en sprickgivare 3 och en givare för y-detek- tering Ä. Givarna är anslutna till en sprickdetektor 5 resp p-detektor 6.

Sprickdetektorn är ansluten till en blockeringsfunktion 7, från vilken spricksignaler kan erhållas på utgången 11. I figur 5 passerar sprick- signalen även en fördröjningskrets 88.

Utsignalen fràn y-detektorn 6, styr blockeringskretsen 7 via tidfunk- tionen 8, som t ex kan förlänga styrsignalen från F-detektorn 6 så att blockeringen blir optimal. Via larmblocket 10 ges olika typer av larm- signaler 10. En finess år att placera givaren 4 direkt före givare 3 då härigenom sprickdetektorn lagom hinner blockeras innan sprickgivaren 3 hinner fram till det störande området 2.

Samma sak uppnås om som i figur 5, spricksignalen fördröja i block 88, som kan bestå av ett analogt skiftregister eller liknande.

Denna fördröjning gör att den falska spricksignalen som uppkommit p g a det magnetiska materialet, hinner blockeras säkert av signalen från y-detektorn 6. P g a fördröjningen i 88 bör signalen från 6 förlängas via 8, t ex med en tid något längre än fördröjningstiden i 88. 456 864 10 Uppfinningen kännetecknas även av att information. 10. om förekomst av magnetiskt material användes för att aktivera och/eller styra t ex separat anordning, för borttagning och/eller eliminering av det magnetiska mate- rialet och/eller dess effekter på t ex sprickdetekteringen.

Inom ramen för uppfinningen kan ingå anordning t ex styrd via signal 10, för att helt eller delvis eliminera de magnetiska egenskaperna i/hos glödskal m m på t ex varma provobjekt, genom att glödskalen värmas upp till en temperatur motsvarande minst glödskalets Curie-temperatur, varvid glödskalet blir i stort omagnetiskt. Denna värmning kan t ex kännetecknas av att glödskalen värmes upp med minst en gasbrånnare eller gaslâga. Ett annat sätt är att värma upp glödskalen via induktiv värmningsanordning.

Värmningsanordningen kan med fördel vara monterad på eller i anslutning till mät- och/eller kontrollanordningens givarmanipulator eller givare.

Värmningen aktiveras t ex när y-detektorn visar att glödskalen är eller tenderar att bli magnetiska. På detta sätt kan uppvärmningen ske selektivt där glödskal m m har konstaterats vara eller bli magnetiskt. Genom att placera givare/sensor för sprickdetektering och p-detektering liksom uppvärmningsanordning på samma rörliga fundament/anordning i anslutning till t ex ämnessträng, t ex på tväråksvagn, erhåller man en ekonomiskt uincalanae uøcallösning.

Sammanfattningsvis innebär uppfinningen t ex att en konventionell virvel- strömsbaserad sprickdetekteringsanordning, anpassad för/till företrädesvis omagnetiska provobjekt, förses med, eller arbetar i samverkan med, en anordning; vilken, t ex med fördel via virvelströmsteknik, detekterar förekomsten av störande magnetiskt material, t ex kalla magnetiska glöd- skal, i och/eller på provobjektet, för att därigenom t ex övervaka att störningar, s k "falska sprickor", härrörande från magnetiskt material. ej oupptäckta kan förväxlas med verkliga sprickor och liknande ytdefekter.

För att undvika att alltför stora ytor ej kontrolleras p g a magnetiska störningar kan anordningen förses med t ex värmningsanordning för att på så sätt eliminera i första hand glödskalens magnetiska egenskaper.

Uppfinningen kan varieras på mångahanda sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. n L4se 864 I begreppet p-detektering innefattas givetvis även här detektering av magnetiskt material i/pá pmvobjektet eller dess yta.

Claims (12)

456 864 (2, PATENIKRAV

1. Anordning för att vid virvelströmsprovning på/av omagnetiska prov- objekt (1) t ex sprickdetektering på varma stränggjutna ämnen, detektera och undertrycka inverkan av störande magnetiska områden och/eller material t ex kalla glödskal (2), vilken anordning innefattar minst en givare/sen- sor (3), som är anordnad att röra sig relativt provobjektet, och minst en till givaren/sensorn hörande detektor (6) med uppgift att detektera den eventuella förekomsten av störande magnetiska områden och/eller material, och minst en av detektorn (6) direkt eller indirekt styrd blockerings- funktion/-krets (7) för undertryckning av signaler härrörande från felvek- tor (FV) t ex spricksignal, k ä n n e t e c k n a d därav att även de ' magnetiska områdena och/eller materialet detekteras via virvelströmstek- nik, och att signaler härrörande från y-vektor separeras från signaler härrörande från felvektor.

2. Anordning enligt föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att anordningen är baserad på användandet av virvelströmsteknik och att de magnetiska egenskaperna, eller del därav, helt eller delvis, mätes och/eller kontrolleras, direkt eller indirekt, som funktion av givarens/ sensorns elektriska impedans och/eller impedansvariation.

3. 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 användes för både sprickdetektering och kontroll och/eller mätning av magnetiska egenskaper. _Ä. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att minst en bärfrekvens är så vald att

4. F-vektorn, pv, eller dess riktning, ej korsar vektorloben, VL, varigenom minst en signal. direkt eller indirekt, härrörande från y-vektorn, kan separeras från merparten av signaler, direkt eller indirekt, härrörande från felvektorn, FV. f? w 1: ' 456 àe4

5. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att minst en signal, direkt eller indirekt, härrörande från P-vektorn, FV, signalbehandlas t ex förstärkas, som funktion av givarens/sensorns avstånd, "lift-off", till provobjektets yta.

6. Anordning enligt något eller några av förgående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att beroendet av lift-off, LO, och/eller varierande lift-off, undertryckes. helt eller delvis. via detektering t ex likriktning via fasstyrda likriktare, i en riktning i givarens impedans- plan, som är i stort vinkelrät mot_lift-off-riktningen eller felvektor- riktningen, eller en riktning därimellan.

7. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att signal, direkt eller indirekt, härrör- ande från F-vektor. yV, filtreras via filter avstämt till annan frekvens än de filter som användes för filtrering av signal, direkt eller indirekt. härrörande från felvektor. FV.

8. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att signal, direkt eller indirekt, härrör- ande från y-vektor, pv, likriktas via fasstyrda likriktare vars styrfas/ styrsignal valts så att felvektor, FV, och y-vektor, yv, detekteras med olika polaritet/tecken.

9. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att minst en signal som representerar den detekterade y-vektorn, pv, användes för att automatiskt, t ex tillfäll- ligt. blockera sprickdetektordelen/-anordningen.

10. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att information om förekomst av magnetiskt material användes för att aktivera och/eller styra borttagning och/eller eliminering av det magnetiska materialet, t ex via borstning, luftren- blåsning, värmning 0 dyl.

11. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att larm, t ex ljudsignal, ljussignal, utskrift av larm, eller liknande. ges via påvisad/detekterad förekomst av magnetiskt material i/på provobjektet. ' 456 864 W

12. Anordning enligt något eller några av föregående patentkrav k ä n n e t e c k n a d därav att: anordningen innefattar användandet av i s k vektcrtraxxsformation t ex för undertrycladng av lift-off-beroendet mm. (3