Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von magnetisierbaren Werkstücken auf Fehler mittels Streufluss
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von magnetisierbaren Werkstücken, insbesondere Rohre, auf Fehler mittels Streufluss gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Aus Kapazitäts- und Kostengründen wird versucht, die bewährte Ultraschallprüfung zur Detektierung von Längs- und Querfehlern durch eine zerstörungsfreie Prüfung mittels Streufluss zu ersetzen. Der Anwendung dieses Verfahrens sind aber Grenzen gesetzt.
Beispielsweise war bei der Detektierung von Innenfehlern bei Rohren bei einer Testfehlertiefe von 5 % der Wanddicke die bisherige Anwendung auf Wanddicken < 6 mm beschränkt. Bei größeren Wanddicken wird der Abstand Fehleranzeige zum Rauschpegel zu gering, um zu verwertbaren Aussagen zu kommen. Dieser Abstand sollte mindestens 8 dB betragen.
Aus der US 5, 619, 136 ist ein Verfahren bekannt, wie man den Rauschabstand vergrößern kann. Dabei werden zwei beabstandet voneinander liegende Sonden differenziell gegeneinander geschaltet. Versuche haben ergeben, dass diese bekannte Differenzschaltung zwar hilfreich, aber für die Anwendung bei Rohren mit Wanddicken > 6 mm nicht ausreichend ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von magnetisierbaren Werkstücken, insbesondere Rohre, auf Fehler mittels Streufluss anzugeben, mit dem auch Rohre mit Wanddicken > 6 mm, insbesondere > 10 mm reproduzierbar auf Innenfehler bei einer Testfehlertiefe von 5 % der Wanddicke geprüft werden können.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung werden zwei voneinander beabstandete Paare von Sonden differenziell gegeneinander geschaltet. Dies hat den Vorteil, dass mit dieser Schaltanordnung der Rauschpegel gesenkt und somit der Abstand zum Fehlersignal erhöht wird.
In der Realisation werden die zwei ein Paar bildenden Sonden beabstandet voneinander gegen ein zweites in gleicher Weise angeordnetes Paar differenziell geschaltet. Vorzugsweise werden die jeweils ein Paar bildenden Sonden beabstandet voneinander übereinander gelegt.
Von der Anordnung her bietet es sich an, eine Vielzahl so gebildeter Paare diese beabstandet voneinander in Reihe anzuordnen. Dies hat den Vorteil, dass dann das sogenannte Prüflineal sehr schmal wird und für enge Einbauverhältnisse gut geeignet ist. Bei einer anderen Anordnung werden zwei parallel liegende Reihe von Sondenpaaren gebildet, wobei die eine Reihe versetzt zur ersten Reihe liegt.
Vorzugsweise ist die jeweilige Einzelsonde als flach gewickelte Spule ausgebildet und liegt parallel zur Werkstückoberfläche. Das hat den Vorteil, dass damit der Abstand zwischen Sonde und Werkstückoberfläche besonders gering ist.
Elegant kann man diese Anordnung in der Weise realisieren, wenn man die jeweilige Einzelsonde als gedruckte Spule ausbildet. Auf diese Weise wird eine Leiterplatte gebildet und die Paarbildung erfolgt beispielsweise in der Art, dass man zwei Leiterplatten mit darauf gedruckten Spulen übereinander legt mit einer dazwischen liegenden Distanzplatte.
Bei einer anderen Ausführungsart sind auf der Ober- und komplementär dazu auf der Unterseite einer Leiterplatte gedruckte Spulen angeordnet und die Leiterplatte bildet die Distanzplatte und damit den Abstand zwischen den ein Paar bildenden Spulen. Vorzugsweise werden die jeweils ein Paar bildenden Sonden elektrisch durch die Distanzplatten bzw. die Leiterplatte durchkontaktiert. Die Verschaltung der beiden Sondenpaare gegeneinander kann wahlweise durch Verdrahtung oder elektronisch in der Vorortelektronik erfolgen.
Eine andere Möglichkeit der Verschaltung bietet das Multiplexsystem. Sind beispielsweise acht Sondenpaare auf einem Prüflineal angeordnet, dann kann man mittels des Multiplex- Systems das Prüflineal durchtakten. Dazu wird beispielsweise das erste Sondenpaar mit dem direkt folgenden Sondenpaar gegeneinander verschaltet. Danach springt das System um eine Einheit weiter, d. h. das zweite Sondenpaar wird gegen das dritte Sondenpaar gegeneinander verschaltet usw. Will man beispielsweise langgestreckte Fehlstellen sicher erfassen, dann wird beispielsweise das erste Sondenpaar und das im weiteren Abstand dazu liegende sechste Sondenpaar gegeneinander verschaltet.
Würde man dagegen die erstgenannte Verfahrensweise anwenden, dann könnten die ersten beiden Sondenpaare beide über der gleichen Fehlstelle liegen und beide das gleiche Fehlersignal erzeugen, so dass sich keine Differenz ergibt.
Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch die, Anwendung einer Mehrkanaltechnik. Man könnte beispielsweise die ersten beiden Sondenpaare auf einen Kanal schalten, die Son- denpaare 3 und 4 auf einen zweiten Kanal usw., so dass man bei acht Sondenpaaren vier Kanäle benötigt. Auf jedem Kanal werden zwei Sondenpaare gegeneinander verschaltet, so dass sich bei vier Kanälen die Prüfleistung entsprechend erhöht. Nachteilig dabei ist aber der Aufwand für die eigene Elektronik je Kanal und die verschachtelte Verdrahtung.
Im Sinne einer möglichst lückenlosen Abtastung der zu prüfenden Werkstückoberfläche hat es sich als vorteilhaft heraus gestellt, die gedruckten Spulen fast aneinander stoßen zu lassen und sie in einer Reihe anzuordnen. Darunter liegt eine zweite Leiterplatte mit der gleichen Anordnung von Spulen, so dass die vorher beschriebene Paarbildung ermöglicht wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel:
Es zeigen:
Figur 1 in einer Draufsicht eine Leiterplatte mit aufgedruckten Sonden
Figur 2 schematisch die differenzielle Verschaltung zweier Sonden nach dem Stand der Technik
Figur 3 in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung der
Sonden für die Prüfung eines Rohres
Figur 4 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zweier Sonden in differenzieller Verschaltung
Figur 5 schematisch eine erfindungsgemäß differenzielle Verschaltung zweier Sondenpaare
Figur 6 in einer Draufsicht ein Prüflineal
Figur 7 im Längsschnitt eine besondere Ausgestaltung einer Leiterplatte
ln Figur 1 ist in einer Draufsicht eine Leiterplatte 1 dargestellt mit acht aufgedruckten Sonden S1 - S8. In diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils vier Sonden S1 , S3, S5, S7 in einer Reihe angeordnet, wobei sie in Längsrichtung gesehen einen Abstand 3 zueinander aufweisen. Beispielsweise beträgt dieser Abstand 3 sieben Millimeter. Parallel, aber versetzt dazu, sind in einer zweiten Reihe weitere vier Sonden S2, S4, S6, S8 angeordnet. Auch diese weisen einen Abstand 3 zueinander auf. Die Reihen zueinander sind nur mit einem geringen Abstand angeordnet. Alternativ könnte man auch alle acht Sonden S1 - S8 in einer Reihe liegend anordnen (siehe Figur 6). Die Anzahl der Windungen pro gedruckter Sonde liegt bei diesem Ausführungsbeispiel bei zehn. In bekannter Weise kann man im Sinne einer Rauschunterdrückung zwei Sonden differenziell gegeneinander schalten. Dies ist schematisch in Fjgur 2 dargestellt. Beispielsweise ist die in der ersten Reihe liegende Sonde S8 gegen die in der zweiten Reihe liegende Sonde S5 gegeneinander geschaltet.
Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung für die Prüfung eines Rohres 4, wobei diese Darstellung nur ein Segment des Rohres 4 zeigt. Erfindungsgemäß sind zwei identisch ausgebildete Leiterplatten 1 , 2 übereinander liegend angeordnet. Dazwischen befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel zwei Distanzplatten 5, 5'. Alternativ kann auch nur eine Distanzplatte angeordnet sein. Zum Schutz der Sonden S1 ' - S8' in der zweiten Leiterplatte 2, die gegen das Rohr 4 gerichtet sind, wird eine hier nicht dargestellte Schutzplatte, z. B. aus Edelstahl, angebracht und diese beispielsweise durch Kleben mit der Leiterplatte 2 verbunden. Der dick eingetragene Pfeil 6 soll die Drehung der Prüfvorrichtung symbolisieren. Die dafür erforderliche Halterung ist hier nicht dargestellt. Alternativ kann sich statt der Prüfvorrichtung auch das Rohr 4 dre- hen. Mit einem weiteren dick eingetragenen Pfeil 7 ist die Feldrichtung des Magnetfeldes gekennzeichnet.
Im Unterschied zum Stand der Technik werden zwei übereinander liegende Sonden differenziell gegeneinander geschaltet, wobei der Abstand zueinander durch die Distanzplat- ten 5, 5' gegeben ist. Diese Anordnung ist schematisch in Figur 4 dargestellt. Die zwei betreffenden gedruckten Sonden S8, S8' sind gegenläufig gewickelt, so dass bei entsprechender Verdrahtung eine Differenzschaltung entsteht.
In Figur 5 ist dargestellt wie erfindungsgemäß zwei entsprechend Figur 4 gebildete Paare von Sonden gegeneinander geschaltet werden. Dazu werden beispielsweise das Spn- denpaar S8, S8' gegen das Sondenpaar S6, S6' differenziell geschaltet. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Verschaltung der beiden Sondenpaare 8, 8', 6, 6' gegenein- ander durch die Vorortelektronik, hier symbolisiert durch Verstärker 8.1 ; 8.2; 9.
Figur 6 zeigt in einer Draufsicht ein Prüflineal 9 mit insgesamt acht Sondenpaaren S1 , S1' - S8, S8'. Die jeweils darunter liegenden gedruckten Sonden S1' - S81 sind wie in Figur 3 dargestellt, im Abstand dazu angeordnet. Um eine möglichst lückenlose Abtastung der Werkstückoberfläche zu erreichen, sind in diesem Ausführungsbeispiel die gedruckten Sonden S1 , S1' - S8, S8' aneinander gerückt, ohne sich elektrisch zu berühren. Die differenzielle Schaltung der Sondenpaare gegeneinander erfolgt in der gleichen Weise wie vorher beschrieben.
In Figur 7 ist im Längsschnitt eine besondere Ausgestaltung einer Letterplatte 10 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Distanzplatte 5 den Träger, wobei auf der Ober- 11 und komplementär dazu auf der Unterseite 12 mehrere in Reihe liegende gedruckte Sonden S1, S1' - S8, S8' angeordnet sind. Die elektrische Durchkontaktierung 13 der beiden ein Paar bildenden Sonden z. B. 1, V ist durch eine gestrichelte Linie gekenn- zeichnet.
Bezugszeichenliste