WO2015176913A1 - Prüfverfahren und prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien werkstoffprüfung mittels sonden-array - Google Patents

Prüfverfahren und prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien werkstoffprüfung mittels sonden-array Download PDF

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WO2015176913A1
WO2015176913A1 PCT/EP2015/058855 EP2015058855W WO2015176913A1 WO 2015176913 A1 WO2015176913 A1 WO 2015176913A1 EP 2015058855 W EP2015058855 W EP 2015058855W WO 2015176913 A1 WO2015176913 A1 WO 2015176913A1
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test
probes
probe
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Timur KUDYAKOV
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Magnetische Prüfanlagen Gmbh
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    • G01N27/9046—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents by analysing electrical signals

Definitions

  • the invention relates to a test method for non-destructive material testing of a test specimen by means of a probe array comprising a plurality of test probes, according to the preamble of claim 1 and a test apparatus suitable for carrying out the test method according to the preamble of claim 6.
  • non-destructive testing for example in the automated non-destructive testing of semi-finished products for the metal-producing and metalworking industry, to carry out tests on safety-critical and function-critical components for land vehicles and aircraft or in plant construction, are nowadays according to different Principles working test methods and corresponding test devices used.
  • NDT non-destructive testing
  • the eddy current testing has proven in many applications in the testing of electrically conductive materials.
  • the test probes used for eddy current testing are commonly referred to as "eddy current probes.”
  • Stray flux testing, ultrasonic testing, GMR (Giant Magneto Resistance) probes, or other magnetic field sensitive probes are also commonly used.
  • the small-defect sensitivity that can be achieved with a test method is usually determined by the size of the sensitive area of a test probe, so that probes for defect detection usually have small sizes.
  • probe arrays are used here, which have a large number of (normally identical) test probes in a predetermined spatial arrangement.
  • the probe signals of each of the probes can be evaluated independently of the probe signals of the other receiver coils. It is also possible to provide a common evaluation of the probe signals from some or all probes.
  • test probes should therefore have high sensitivity even for small defects.
  • functionally uncritical irregularities are also identified as potential defects, there is a risk of discarding defect-free specimens or test specimen sections as being defective, as a result of which unnecessarily much waste may be produced.
  • Test methods and test equipment should be designed to allow reliable detection of defects and reliable discrimination between sought-after defects and irrelevant pseudo-defects.
  • the invention provides a test method having the features of claim 1 and a test apparatus having the features of claim 6.
  • Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
  • the probe array In the test procedure, the probe array is positioned near a surface of the device under test so that the probes can interact with the device under test. Often a small distance (test distance) remains between the surface of the device under test and the test probe. However, this is not mandatory, there are also variants with test probes, which are brought into direct contact with the sample surface for testing.
  • probe signals from several probes of the probe array are then added in an addition operation to a sum signal. It is possible to form the sum signal only from the probe signals of a subgroup of all test probes of the probe array, or from the probe signals of all probes of the probe array. The sum signal resulting from the addition operation is then evaluated to characterize defects in the device under test in an evaluation operation.
  • the probe signals are subjected to amplitude filtering with respect to a predetermined threshold prior to the addition operation, with probe signals having a signal amplitude below the threshold being filtered out and only probe signals having a signal amplitude greater than or equal to the threshold value of the addition operation ,
  • an amplitude filter device is electrically connected between the test probes and the signal adding device, which effects this amplitude filtering.
  • the claimed invention is based i.a. Based on the knowledge that in generic test methods and test devices when using probe arrays may result from irregularities in the test specimen resulting noise background can be so strong that the resolution of the test system is reduced for small defects.
  • the claimed invention remedy this by performing amplitude filtering prior to the addition operation. This ensures that in the addition operation no noise signal components are added that come from areas in which the signal amplitude is below the threshold. If the threshold value is correctly designed, the probability is high that such areas are free from the sought-after, possibly critical defects. As a result, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) is improved as compared with conventional solutions.
  • the amplitude filtering upstream of the addition operation can have a favorable effect on the detection of each type of defect. Particular advantages are currently seen in the detection of relatively small defects whose signal amplitude is only slightly above the threshold. These can be reliably detected, since their signal amplitudes completely pass through the amplitude filtering and can reach the signal adding device. Thus, an improvement in the signal-to-noise ratio can be achieved for single-channel evaluated signals from probe arrays.
  • the probe array may be stationary or fixed to a component to be monitored.
  • the device under test and the probe array are moved relative to one another along a direction of movement.
  • Such a relative movement makes it possible to test a broad test track on the specimen surface with high spatial resolution, the width of the test track corresponding to the width of the probe array perpendicular to the direction of movement, and the spatial resolution is determined inter alia by the extent of the individual test probes.
  • Probe arrays can be used in scanning systems, eg for a continuous test. fung.
  • at least one probe array may be incorporated into a rotating head of a tester to rotate around a test specimen in a run test and scan the specimen surface along a helical path.
  • a calibration operation is performed, the threshold depending on the type of specimen and / or other criteria (eg shape of the specimen, material properties of the specimen etc.) is set. In this way, the discrimination of probe signals can be individually adapted to a candidate or to a class of DUTs.
  • the average noise signal amplitude of a noise signal is determined during the calibration operation on a defect-free reference test specimen of the test specimen in question or a defect-free specimen section of a specimen to be tested, preferably in conjunction with a standard deviation or another parameter representing a fluctuation width of the signal amplitude.
  • the threshold value is then set at a predetermined distance above the noise signal amplitude, so that even individual noise signals that slightly exceed the average noise signal amplitude, in case of doubt, will be filtered out. For many cases, it has proven to be expedient if the predetermined distance is between approximately 10% and approximately 20% of the mean noise signal amplitude.
  • the risk increases that unnecessarily frequent noise signals from defect-free areas reach the summation and thus the overall signal is noisy. If, on the other hand, the upper limit is exceeded, the risk increases that small but critical effects are not recognized as such because the associated probe signals are filtered out before the addition operation.
  • the invention also relates to a test apparatus configured for carrying out the test method for the non-destructive testing of a test specimen.
  • the probes may e.g. be designed as eddy current probes, as stray flux probes or as GMR probes, so that magnetic methods can be used for testing.
  • the probe array comprises a plurality of eddy current probes, which has an exciter arrangement with at least one electrical conductor for connection to an AC voltage source and a receiver arrangement with at least one receiver coil with one or more windings separate from the exciter arrangement.
  • the exciter assembly has an excitation section in which one or more conductor sections Conductor portions are such that when connected to an AC voltage source by the conductor portion or the conductor portions of the exciter section, a primary alternating magnetic field is generated with extending around the excitation section around magnetic field lines.
  • the receiver coil is arranged with respect to the exciter section such that the receiver coil is symmetrically penetrated by the primary alternating magnetic field of the excitation section such that a temporal change ⁇ / ⁇ of the magnetic flux ⁇ of the primary alternating magnetic field by the receiver coil substantially disappears.
  • a magnetic flux compensation of the primary field in the receiver coil can be achieved. Defects in the specimen disturb this symmetry and then lead to measuring voltages that can be evaluated. Since theoretically no measuring voltage is generated in a defect-free reference situation, the evaluation can be carried out with high sensitivity.
  • the eddy current probes of the probe array have a common excitation arrangement.
  • the test probes have no differences due to different excitation, whereby more precisely interpretable test results can be achieved.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of a test head of a test device for non-destructive testing of a specimen
  • Fig. 2 shows schematically a test device according to the prior art
  • Fig. 3 shows schematically a test apparatus equipped with an amplitude filter device according to an embodiment of the invention
  • Fig. 4 shows an embodiment with an analog amplitude filter device
  • Fig. 5 shows an embodiment with a digital amplitude filter device
  • Fig. 6 is a plan view showing an eddy current inspection apparatus having a probe array according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a vertical section through the probe array along the line VII in FIG. 6.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of a test head 100 of a tester for non-destructive testing of a specimen 190, which consists in the example of a metallic material.
  • the test head is brought to perform a test at a small distance (test distance) to the test surface 192 of the specimen.
  • the test head is mounted stationary in the example, while the specimen is moved along a direction of movement 198 relative to the test head to perform the test.
  • the specimen has on its surface a certain roughness and some smaller pores and other irregularities 194, which are not critical for the function of the specimen in its intended use. Furthermore, a defect 196 in the form of a tear extending to the surface can be seen, which could serve as the starting point of a crack under mechanical stress of the specimen in the subsequent use and therefore is a function critical defect.
  • function-critical defects should be detected reliably, at the same time a reliable distinction between functionally critical defects and non-critical irregularities should be achieved.
  • a probe array 1 10 which has a plurality of individual probes P1, P2, ..., Pi, ..., Pn.
  • the probes are arranged in a single rectilinear series with small, regular mutual distances to each other, thereby forming a linear probe array.
  • the mutual distance of immediately adjacent test probes is dimensioned such that the test areas or action widths covered by the individual test probes overlap each other slightly, so that the row of test probes covers a test width PB determined by the extent of the probe array without gap.
  • a probe array has two or more parallel rows, the probes are laterally offset from each other so arranged that they are arranged in the direction of movement "gap" to each other and thus even with relatively small sensitive areas of the individual probes a complete examination over allow a test width.
  • the term probe array primarily describes a multiple element sensor with many probes, in which the relative position of individual probes is periodic (eg, line or matrix). However, depending on the application or the test task, an irregular arrangement of test probes is also possible.
  • test probes are signal-conducting, for example, wirelessly or via electrical lines, connected to a common evaluation device 120 of the test apparatus.
  • each of the test probes generates its own probe signal in the form of an electrical voltage whose time profile, amplitude (signal amplitude) and possibly phase position relative to a reference voltage is used for the evaluation.
  • the signal information of all test probes of the probe array is to be supplied to the evaluation unit EV via a single evaluation channel.
  • the probe signals of several or all probes of the probe array are added by means of a signal adding device ADD in an addition operation to a sum signal, which is then evaluated to characterize defects in the DUT in an evaluation operation.
  • each test probe detects signal components which are due to (uncritical) irregularities 194 in the area traveled over, and, on the other hand, signal components attributable to possibly critical defects.
  • only the second test probe P2 will generate a defect signal component when the second test probe passes over the defect 196.
  • the other probes generate only noise components in the probe signal that are due to the irregularities 194.
  • an amplitude filtering of the probe signals is performed by means of an amplitude filter AF.
  • FIG. 2 and 3 show possible wiring arrangements for realizing a test method in which the test signals of several test probes of a probe array are first added in a signal adding device ADD and the resulting sum signal SUM is then evaluated in an evaluation device EV.
  • 2 shows an arrangement according to the prior art
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of an embodiment of the invention.
  • the test signals of the test probes P1 to Pi arrive unfiltered to the signal adding device ADD, which generates the sum signal SUM, which is subsequently evaluated in the evaluation unit EV.
  • the resulting sum signal SUM contains the sum of all noise signal components detected by all test probes, which are based on the uncritical irregularities 194 go back, and, when passing the defect 196 through the second test probe P2, in addition to the signal component attributable to this defect.
  • the total noise signal amplitude resulting from the summation may be on the order of the defect signal amplitude caused by the defect 196, so that the signal-to-noise ratio may become unfavorably small. This is the reason why the use of signal addition probe arrays in some test environments (eg with small imperfections) may affect the resolution of the test procedure.
  • an amplitude filter device AF is electrically connected between the test probes P1 to Pi of the probe array and the signal adding device ADD.
  • the amplitude filter AF is designed so that each of the probe signals are each compared with a predetermined threshold value of the signal amplitude. In this case, probe signals which have a signal amplitude below the threshold value are completely filtered out, while probe signals with a signal amplitude which corresponds to the threshold value or is greater than the threshold value are completely transmitted (including noise component) to the signal addition device ADD.
  • the predetermined threshold value is set in the example case in such a way that signal components resulting from the irregularities 196 of the test object are with high probability below the threshold value, while signal amplitudes which result from critical defects are in any case above the threshold value.
  • the probe signals of all test probes which only run over the regions of uncritical irregularities when the test specimen is lowered, are filtered out by the amplitude filtering and do not contribute to the summation.
  • the test signal of the second test probe P2 has a signal amplitude which is above the threshold value due to the signal component caused by the defect 196 and is therefore transmitted, including its noise components, to the signal addition device ADD and taken into account in the addition operation.
  • the resulting sum signal SUM thus contains only the noise component detected by the second test probe P2 and the defect signal component caused by the defect 196, which is much larger.
  • This is clearly distinguished from the noise background, because the amplitude signal filtering substantially reduces the noise signal component compared to an addition without prior amplitude filtering (FIG. 2).
  • the magnitude of the threshold which differentiates between unwanted noise signal components and sought defect signal components, may be preset based on previous experience over type-identical or type-like samples.
  • the threshold value on the testing device is infinitely or in stages adjustable, so that the test device can be optimally adjusted by adjusting the threshold value to the respective test situation and the type of the test object.
  • the threshold value can be set by means of a calibration operation. In a case with an ideal test probe and amplitude analysis, a certain voltage of the noise signal is measured and then used as a threshold value.
  • the threshold may be adjusted depending on the type of device under test and / or on the type of probe (e.g., absolute probe or differential probe).
  • a noise signal amplitude of a noise signal can be determined and the threshold can then be set at a predetermined distance above the noise signal amplitude. In many cases, it has proven to be favorable if the predetermined distance is between 10% and 20% of the noise signal amplitude.
  • the Amplitudenfiltereinnchtung can be realized analog or digital depending on the application.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment in which the test signals of the test probes P1 to Pi are supplied to an analog amplitude filter unit AF-AN before the non-filtered test signals are added by means of a signal addition device ADD and then evaluated in the evaluation unit EV.
  • the amplitude filter means comprises for each test channel, i. for each individual test probe, a voltage comparator V and a switch S controllable by the voltage comparator, which can be switched between a closed state (signal passage) and an open state (filtering out of the signal).
  • the comparator V compares the signal amplitude of the probe signal or the corresponding signal voltage USig with a threshold voltage corresponding to the threshold UT (Threshold Voltage). If the signal voltage is at least equal to the threshold voltage or greater (USig> UT), the switch is closed, so that the probe signal is supplied as a whole of the addition and the evaluation. At signal voltages below the threshold voltage (USig ⁇ UT), the switch is opened, so that the probe signal is filtered out as a whole and thus does not contribute to the formation of the sum signal.
  • FIG. 5 shows an example of a digital realization of the amplitude filtering or the amplitude filter means.
  • the digital amplitude filter AF-DIG includes for each Test channel or for each test probe an analog / digital converter A / D, which generates a digital signal from the analog fürsondensignal.
  • the digital signals of the individual test channels are applied to the inputs of a programmable integrated circuit in the form of a Field Programmable Gate Array (FPGA).
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • a logic circuit is programmed, which compares the digital input signals in each case with a digital signal for the set threshold value. Only those digital signals corresponding to probe signals whose signal amplitude is above or equal to the threshold value are applied to the integrated adding operation and contribute to the sum signal SUM. The other signals whose signal amplitude is below the threshold are filtered out and do not reach the evaluation device EV.
  • the threshold is the same for each test channel. However, this is not mandatory. Variants are also possible which realize different threshold values for different test probes. This can be useful, for example, if the test object consists of several materials and / or has changes in shape in the tested section.
  • the probes could be so-called GMR probes that use the GMR effect (Giant Magnetoresistance) for test signal generation. It could also be stray flux probes, eddy current probes or other magnetic probes.
  • Test probes for imaging techniques eg, magneto-optic imaging or optics measurements, combinations of eddy current and laser measurements, etc.
  • a test device eddy current test device operating on the eddy current principle with test probes in the form of eddy current probes will be described in more detail ,
  • an eddy current probe In the eddy current test, an eddy current probe is arranged at a small distance (test distance) to the surface of the electrically conductive test specimen.
  • An eddy current probe usually has a excitation arrangement with at least one electrical conductor, which is provided for connection to an AC voltage source, and a receiver arrangement with at least one receiver coil, which has one or more windings and is often referred to as a measuring coil.
  • Eddy current probes in which the exciter coil and the receiver coil are formed by the same coil are referred to as parametric eddy current probes.
  • an eddy current probe When an eddy current probe has an exciter coil and a receiver coil separate therefrom, with coupling between the exciter coil and the receiver coil being mediated via the specimen material, one usually speaks of transformative Eddy current probes. Within the scope of the claimed invention, all types of eddy current probes may be used, with transformatory ones being preferred.
  • the excitation coil is connected to an AC voltage source to perform the test and can then generate a primary electromagnetic alternating field (primary magnetic field) which penetrates the test material during testing and generates eddy currents substantially in a near-surface layer of the test material by mutual induction on the receiver coil (n) react back the eddy current probe.
  • the secondary magnetic field (secondary magnetic field) caused by the eddy currents is opposite to the primary magnetic field according to Lenz's rule.
  • a defect in the tested area such as a crack, contamination or other material inhomogeneity, interferes with the propagation of the eddy currents in the test material and thus alters the eddy current intensity and thereby also the intensity of the secondary magnetic field applied to the receiver coil.
  • the resulting changes in the electrical characteristics of a receiver coil e.g. in particular the impedance of the receiver coil lead to electrical measurement signals that can be evaluated by means of an evaluation device to identify and characterize defects.
  • the test head of the test apparatus has an exciter assembly 610 associated with four identical receiver coils 640A-640D arranged in a rectilinear row. Each of the receiver coils together with the associated part of the exciter assembly 610 forms its own eddy current probe, so that there is a probe array with four individual probes.
  • 6 shows a top view
  • FIG. 7 shows a vertical section through the probe array in the region of a receiver coil 640 along the line VII in FIG. 6.
  • the exciter assembly 610 has two excitation coils 610-1 and 610-2, which form with their mutually facing inner conductor sections 610-1 A and 610-2A a rectilinear excitation section 615 with two parallel conductor sections, which are in phase when connected to an AC voltage source 620 in the same direction are flowed through by the exciter current.
  • the four receiver coils 640A to 640D are arranged in a straight row of receiver coils symmetrically with respect to the excitation section such that in relation to the primary alternating field generated by the excitation section in each of the measuring coils in air, a later explained magnetic flux compensation and thus in principle a voltage of 0 volts Measuring signal results.
  • the probe array is fabricated using printed circuit board technology.
  • the receiver coils 640A-640D are each flat coils whose windings lie in a common plane ( Figure plane in FIG. 6) and define a receiver coil axis 644 which is perpendicular to the receiver coil plane.
  • the windings of the receiver coils are applied to a surface of an electrically insulating carrier layer 670.
  • the electrical conductors of the exciter arrangement are also applied to a surface of an electrically insulating carrier layer (the same carrier layer 670 or another carrier layer) in such a way that at least one electrically insulating carrier layer lies between these electrical conductors and the windings of the receiver coil, so that they are electrically mutually electric are isolated.
  • the electrical conductors of the exciter assembly 610 form a first exciter coil 610-1 and a second exciter coil 610-2, each of which may have one or more turns and are each formed as flat coils with coil planes parallel to the receiver coil plane.
  • the turns of the first and second excitation coils are arranged mirror-symmetrically to a plane of symmetry 645 which runs centrally through the receiver coil and contains the receiver coil axis 644.
  • the first exciting coil 610-1 has a straight inner conductor portion 610-1A facing the second exciting coil 610-2 and an outer conductor portion 610-1B disposed at a greater distance from the symmetry plane remote from the second exciting coil and parallel to the inner conductor portion 610-1 A runs. Accordingly, the second exciting coil 610-2 has a straight inner conductor portion 610-2A in the vicinity of the first exciting coil, and a straight outer conductor portion 610-2B disposed away from the first exciting coil and parallel to the inner conductor portion 610-2A.
  • the two When connected to the AC voltage source 620, the two arranged symmetrically to the plane of symmetry 645, located close to each other and centrally across the receiver coil away extending inner conductor sections 610-1A and 610-2B in the same direction from the excitation current, while the outer outer conductor sections 610-1 B and 610-2B respectively in opposite directions to the inner conductor sections, but in the same direction with each other and that is in the same direction, be traversed by the stream.
  • the rectangular excitation coils are thus mirror-symmetrical to the plane of symmetry 645 and are also electrically operated mirror-symmetrically to this plane of symmetry.
  • the inner conductor sections 610-1A and 610-2A together form the rectilinear excitation section 615 of the exciter arrangement.
  • the exciter section 615 runs centrally diagonally across the receiver coil 640 perpendicular to the receiver coil axis. Sections, when connected to the AC voltage source 620, are in phase with alternating current and together generate a primary alternating magnetic field PF whose field lines FL extend around the excitation section 615 (see FIG. 7).
  • the receiver coil 640 is arranged "magnetically symmetrical" with respect to the excitation section 615 so that the receiver coil is passed through by the primary alternating magnetic field PF of the excitation section, but the receiver coil is interspersed symmetrically by the primary alternating magnetic field such that a temporal change occurs As a result, the primary magnetic field penetrates the receiver coil but does not induce any electrical voltage in this receiver coil
  • the plane of symmetry 645 of the receiver coil 640 is such that the receiver coil is divided into two magnetically equivalent sub-areas 646-1 and 646-2, wherein the magnetic field Flux change through one of the faces is equal to the same flux change through the other face, so that compensate for the changes in the magnetic fluxes. If ⁇ - ⁇ is the magnetic flux through the first partial surface 646-1 and ⁇ 2 is the magnetic flux through the second partial surface 646-2, then the condition applies to the induced voltage V:
  • a primary magnetic field PF is generated, whose field lines FL run around the exciter section in planes lying perpendicular to the course of the exciter section.
  • a substantial portion of the magnetic field lines in the vicinity of the excitation section passes through the receiver coil and penetrates into near-surface regions of the test specimen, where eddy currents EC are induced.
  • a peculiarity is that with this arrangement, no voltage is induced in the receiver coil 640 as a whole, although an alternating magnetic field passes through the coil.
  • the receiver coil 640 is an absolute coil in the sense that no signal compensation with another receiver coil.
  • the receiver coil also has characteristics of a differential coil arrangement. In this arrangement, namely, a compensation of the induced voltages is achieved in that the receiver coil of the primary alternating magnetic field of the exciter section is permeated in a magnetically symmetrical manner in such a way that the temporal change d ⁇ dt of the magnetic Flow of the primary alternating magnetic field through the receiver coil altogether disappears.
  • the signal compensation thus takes place by direct compensation of magnetic field fluxes of the primary field in the receiver coil.
  • This magnetic field compensation or primary field compensation means that when this eddy current probe is placed in or near a defect-free material, the total flux changes of the primary alternating magnetic field generated by the exciting section and the secondary magnetic field generated by the eddy currents of the device under test disappear altogether, so that in the receiver coil in FIG In this case no voltage is induced.
  • the electrical voltage measured between the outputs of the receiver coil 640 is therefore equal to 0 in this case. It is important to note that this magnetic flux compensation is required only for the region within the receiver coil. By contrast, the conditions outside the detection range of the receiver coil have no influence on the output signal of the receiver coil.
  • the effect of the primary alternating field is better spatially concentrated or focused in this arrangement than in the case of conventional eddy current probes.
  • An improved magnetic field concentration in the central region of the test volume centrally under the receiver coil can be assisted by providing conductor sections 610-1 B and 610-2B of the excitation arrangement on both sides next to the exciter section 610-1, which are also flowed through by the exciter current, but in the opposite direction to the exciter section.
  • alternating magnetic fields are generated on both sides of the excitation section, which are directed counter to the alternating magnetic field of the exciter section.
  • Each of the receiver coils 640A-640D is connected to a channel on the input side of an amplitude filter AF which allows the output signals of the individual receiver coils (ie, the probe signals) to be received in separate channels and filtered against a threshold value by evaluating their signal amplitude.
  • the amplitude filtering takes place in such a way that probe signals with a signal amplitude below the threshold are filtered out and only probe signals with a signal amplitude greater than or equal to the threshold value of the addition operation are supplied.
  • the four output channels of the amplitude filter device AF are connected to separate input channels of a signal adding device ADD, which has a signal output, which is connected to an input channel of a downstream evaluation unit EV.
  • a "sum signal" is obtained by adding the output signals from at least two receiver coils of the receiver coil row by means of an add operation .
  • the outputs of all receive coils 640A-640D of the receiver coil row are synchronously added
  • the evaluation unit has a single input channel.
  • the output signals of each of the receiver coils are processed separately and assigned to the position of the respective receiver coil in the row, thereby making it possible to localize defects across the width of the sensor array.

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Abstract

Bei einem Prüfverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Prüflings (190) wird ein Sonden-Array (110) verwendet, das eine Vielzahl von Prüfsonden P1, P2, … Pn aufweist. Das Sonden-Array wird in die Nähe einer Oberfläche (192) des Prüflingspositioniert. Sondensignale von mehreren Prüfsonden des Sonden-Arrays werden mittels einer Signal- Addierungseinrichtung ADD in einer Additionsoperation zu einem Summensignal addiert und das aus der Additionsoperation resultierende Summensignal wird zur Charakterisierung von Defekten in dem Prüfling in einer Auswertungsoperation ausgewertet. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sondensignale vor der Additionsoperation mittels einer Amplitudenfiltereinrichtung AF einer Amplitudenfilterung in Bezug auf einen vorgegebenen Schwellwert unterworfen werden, wobei Sondensignale mit einer Signalamplitude unterhalb des Schwellwerts ausgefiltert und nur Sondensignale mit einer Signalamplitude größer oder gleich dem Schwellwert der Additionsoperation zugeführt werden.

Description

Prüfverfahren und Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mittels Sonden-Arrav
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Prüflings mittels eines Sonden-Arrays, das eine Vielzahl von Prüfsonden aufweist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine zur Durchführung des Prüfverfahrens geeignete Prüfvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (non-destructive testing, NDT), beispielsweise bei der automatisierten zerstörungsfreien Prüfung an Halbzeugen für die metallerzeugende und metallverarbeitende Industrie, zur Durchführung von Prüfungen an sicherheitsrelevanten und funktionskritischen Bauteilen für Land- und Luftfahrzeuge oder im Anlagenbau, werden heutzutage nach unterschiedlichen Prinzipien arbeitende Prüfverfahren und entsprechende Prüfvorrichtungen eingesetzt. Beispielsweise hat sich die Wirbelstromprüfung in vielen Anwendungsgebieten bei der Prüfung elektrisch leitender Materialien bewährt. Die für die Wirbelstromprüfung eingesetzten Prüfsonden werden üblicherweise als„Wirbelstromsonden" bezeichnet. Die Streuflussprüfung, die Ultraschallprüfung, die Prüfung mittels GMR (Giant Magneto- Resistance)-Prüfsonden oder anderer magnetfeldempfindlicher Prüfsonden werden ebenfalls häufig eingesetzt.
Die mit einem Prüfverfahren erzielbare Empfindlichkeit für kleine Defekte wird in der Regel durch die Größe des sensitiven Bereichs einer Prüfsonde mitbestimmt, so dass Prüfsonden für die Defektsuche in der Regel kleine Baugrößen haben. Andererseits ist es vielfach gewünscht, größere Flächenbereiche eines Prüflings in relativ kurzer Zeit zu prüfen. Hier kommen dann häufig sogenannte Sonden-Arrays zum Einsatz, die eine Vielzahl von (normalerweise gleichartigen) Prüfsonden in einer vorgegebenen räumlichen Anordnung aufweisen.
Bei manchen Sonden-Arrays mit zwei oder mehr Prüfsonden können die Sondensignale jeder der Prüfsonden unabhängig von den Sondensignalen der anderen Empfängerspulen ausgewertet werden. Es ist auch möglich, eine gemeinsame Auswertung der Sondensignale von einigen oder allen Prüfsonden vorzusehen. Unter anderem gibt es Prüfvorrichtungen, bei denen Signalausgänge der Prüfsonden elektrisch in Reihe geschaltet sind oder geschaltet werden können, so dass das Sonden-Array insgesamt ein Summensignal erzeugt, welches sich aus der Addition von Spannungen oder Spannungsanteilen ergibt, die in den einzelnen Prüfsonden erzeugt werden. Dadurch wird es u.a. möglich, größere Flächen mit höherer Fehlerauflösung zu prüfen. Werden in Reihe geschaltete Prüfsonden verwendet, kann ggf. auf komplexe Multiplex- Technologie verzichtet werden, da Sondensignale aller in Reihe geschalteten Prüfsonden über einen einzigen Auswertekanal ausgewertet werden können.
In der Regel ergeben kleine Defekte Sondensignale mit relativ kleiner Signalamplitude. Kleine Defekte können funktionskritisch für den Prüfling sein. Prüfsonden sollten somit hohe Empfindlichkeit auch für kleine Defekte besitzen. Wenn jedoch auch funktional unkritische Unregelmäßigkeiten als potentielle Defekte identifiziert werden, besteht die Gefahr, auch an sich defektfreie Prüflinge oder Prüflingsabschnitte als defektbehaftet zu verwerfen, wodurch ggf. unnötig viel Ausschuss entsteht. Prüfverfahren und die Prüfvorrichtungen sollten so ausgelegt sein, dass eine zuverlässige Defekterkennung und eine sichere Unterscheidung zwischen gesuchten Defekten und nicht relevanten Pseudodefekten möglich sind.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Prüfverfahren und eine gattungsgemäße Prüfvorrichtung bereitzustellen, die es erlauben, bei Bedarf auch relativ kleine Defekte in Materialien mit vielen kleinen Unregelmäßigkeiten zuverlässig zu detektieren. Insbesondere soll im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine Reduzierung des Signal/Rausch-Verhältnisses erzielt werden.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben stellt die Erfindung ein Prüfverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 6 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Bei dem Prüfverfahren wird das Sonden-Array in der Nähe einer Oberfläche des Prüflings so positioniert, dass die Prüfsonden in Wechselwirkung mit dem Prüfling treten können. Häufig verbleibt ein geringer Abstand (Prüfabstand) zwischen Prüflingsoberfläche und Prüfsonde. Dies ist jedoch nicht zwingend, es gibt auch Varianten mit Prüfsonden, die zur Prüfung in direkten Kontakt mit der Prüflingsoberfläche gebracht werden. Bei der Durchführung der Prüfung werden dann Sondensignale von mehreren Prüfsonden des Sonden-Arrays in einer Additionsoperation zu einem Summensignal addiert. Dabei ist es möglich, das Summensignal nur aus den Sondensignalen einer Untergruppe aller Prüfsonden des Sonden-Arrays zu bilden, oder aber aus den Sondensignalen aller Prüfsonden des Sonden-Arrays. Das aus der Additionsoperation resultierende Summensignal wird dann zur Charakterisierung von Defekten in dem Prüfling in einer Auswerteoperation ausgewertet. Bei der beanspruchten Erfindung ist nun vorgesehen, dass die Sondensignale vor der Additionsoperation einer Amplitudenfilterung in Bezug auf einen vorgegebenen Schwellwert unterworfen werden, wobei Sondensignale mit einer Signalamplitude unterhalb des Schwellwertes ausgefiltert werden und nur Sondensignale mit einer Signalamplitude größer oder gleich dem Schwellwert der Additionsoperation zugeführt werden.
Bei einer entsprechend konfigurierten Prüfvorrichtung ist elektrisch zwischen die Prüfsonden und der Signal-Addierungseinrichtung eine Amplitudenfiltereinrichtung geschaltet, die diese Amplitudenfilterung bewirkt.
Die beanspruchte Erfindung beruht u.a. auf der Erkenntnis, dass bei gattungsgemäßen Prüfverfahren und Prüfvorrichtungen beim Einsatz von Sonden-Arrays eventuell ein aus Unregelmäßigkeiten im Prüfling resultierender Rauschhintergrund so stark sein kann, dass die Auflösungsfähigkeit des Prüfsystems für kleine Defekte reduziert wird. Die beanspruchte Erfindung schafft hier Abhilfe, indem vor der Additionsoperation eine Amplitudenfilterung durchgeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass bei der Additionsoperation keine Rauschsignalanteile mehr addiert werden, die aus Bereichen stammen, in denen die Signalamplitude unterhalb des Schwellwertes liegt. Bei richtiger Auslegung des Schwellwertes ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass solche Bereiche frei von den gesuchten, eventuell kritischen Defekten sind. Im Ergebnis wird das Signal/Rausch-Verhältnis (signal-to-noise-ratio, S/N ratio) im Vergleich zur herkömmlichen Lösungen verbessert.
Die der Additionsoperation vorgeschaltete Amplitudenfilterung kann sich günstig auf die Detek- tion jeder Art von Defekten auswirken. Besondere Vorteile werden derzeit bei der Detektion relativ kleiner Defekte gesehen, deren Signalamplitude nur wenig oberhalb des Schwellwertes liegt. Diese können zuverlässig detektiert werden, da deren Signalamplituden die Amplitudenfilterung komplett passieren und zur Signal-Addierungseinrichtung gelangen können. Somit kann eine Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses für einkanalig ausgewertete Signale von Sonden-Arrays erzielt werden.
Das Sonden-Array kann stationär bzw. fest an einer zu überwachenden Komponente angebracht sein. Bei anderen Ausführungsformen werden der Prüfling und das Sonden-Array relativ zueinander entlang einer Bewegungsrichtung bewegt. Eine solche Relativbewegung erlaubt es, eine breite Prüfspur an der Prüflingsoberfläche mit hoher Ortsauflösung zu prüfen, wobei die Breite der Prüfspur der Breite des Sonden-Arrays senkrecht zur Bewegungsrichtung) entspricht und die Ortsauflösung u.a. durch die Ausdehnung der einzelnen Prüfsonden bestimmt wird. Sonden-Arrays können in scannenden Systemen verwendet werden, z.B. für eine Durchlaufprü- fung. Mindestens ein Sonden-Array kann z.B. im einen Rotierkopf eines Prüfgeräts eingebaut sein, um in einer Durchlaufprüfung um einen Prüfling herum zu rotieren und die Prüflingsoberfläche entlang einer wendeiförmigen Bahn abzutasten.
Um eine zuverlässige Unterscheidung zwischen eventuell kritischen Defekten und unkritischen, defektähnlich erscheinenden Artefakten zu ermöglichen, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Kalibrierungsoperation durchgeführt, wobei der Schwellwert in Abhängigkeit von dem Typ des Prüflings und/oder anderen Kriterien (z.B. Form des Prüflings, Materialeigenschaften des Prüflings etc.) eingestellt wird. Auf diese Weise kann die Diskriminierung von Sondensignalen individuell an einen Prüfling oder an eine Klasse von Prüflingen angepasst werden.
Bei einer Verfahrensvariante wird bei der Kalibrierungsoperation an einem defektfreien Referenz-Prüfling des fraglichen Prüflingstyps oder einem defektfreien Prüflingsabschnitt eines später zu prüfenden Prüflings die mittlere Rauschsignalamplitude eines Rauschsignals ermittelt, vorzugsweise in Verbindung mit einer Standardabweichung oder einem anderen Parameter, der eine Schwankungsbreite der Signalamplitude repräsentiert. Der Schwellwert wird dann in einem vorgegebenen Abstand oberhalb der Rauschsignalamplitude eingestellt, so dass auch einzelne Rauschsignale, die die mittlere Rauschsignalamplitude etwas übersteigen, im Zweifel noch ausgefiltert werden. Für viele Fälle hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn der vorgegebene Abstand zwischen ca. 10% und ca. 20% der mittleren Rauschsignalamplitude beträgt. Wird die untere Grenze unterschritten, nimmt die Gefahr zu, dass unnötig häufig Rauschsignale aus an sich defektfreien Bereichen bis zur Summenbildung gelangen und dadurch das Gesamtsignal verrauschen. Wird dagegen die Obergrenze überschritten, so nimmt die Gefahr zu, dass kleine, jedoch kritische Effekte nicht als solche erkannt werden, weil die zugehörigen Sondensignale vor der Additionsoperation ausgefiltert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des Prüfverfahrens konfigurierte Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Prüflings.
Die Prüfsonden können z.B. als Wirbelstromsonden, als Streuflusssonden oder als GMR- Sonden ausgebildet sein, sodass magnetische Methoden zur Prüfung genutzt werden können.
Bei einer Ausführungsform weist das Sonden-Array eine Vielzahl von Wirbelstromsonden auf, die eine Erregeranordnung mit mindestens einem elektrischen Leiter zum Anschluss an eine Wechselspannungsquelle sowie eine Empfängeranordnung mit mindestens einer von der Erregeranordnung gesonderten Empfängerspule mit einer oder mehrere Windungen aufweist. Die Erregeranordnung hat einen Erregerabschnitt, in welchem ein Leiterabschnitt oder mehrere Leiterabschnitte derart verlaufen, dass durch den Leiterabschnitt oder die Leiterabschnitte des Erregerabschnitts bei Anschluss an eine Wechselspannungsquelle ein primäres magnetisches Wechselfeld mit um den Erregerabschnitt herum verlaufenden magnetischen Feldlinien erzeugt wird. Die Empfängerspule ist in Bezug auf den Erregerabschnitt derart angeordnet, dass die Empfängerspule vom primären magnetischen Wechselfeld des Erregerabschnitts derart symmetrisch durchsetzt wird, dass eine zeitliche Änderung άφ/άί des magnetischen Flusses φ des primären magnetischen Wechselfeldes durch die Empfängerspule im Wesentlichen verschwindet. Dadurch kann eine Magnetflusskompensation des Primärfeldes in der Empfängerspule erreicht werden. Defekte im Prüflingsmaterial stören diese Symmetrie und führen dann zu Messspannungen, die ausgewertet werden können. Da in einer defektfreien Referenzsituation theoretisch keine Messspannung erzeugt wird, kann die Auswertung mit hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden.
Vorzugsweise weisen mehrere oder alle Wirbelstromsonden des Sonden-Arrays eine gemeinsame Erregeranordnung auf. Dadurch weisen die Prüfsonden keine auf unterschiedliche Erregung zurückgehenden Unterschiede auf, wodurch präziser interpretierbare Prüfergebnisse erzielt werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Prüfkopf einer Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Prüflings;
Fig. 2 zeigt schematisch eine Prüfvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 zeigt schematisch eine mit einer Amplitudenfiltereinrichtung ausgestattete Prüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer analogen Amplitudenfiltereinrichtung;
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer digitalen Amplitudenfiltereinrichtung; Fig. 6 zeigt in Draufsicht eine Wirbelstrom-Prüfvorrichtung mit einem Sonden-Array gemäß einer eine Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 7 zeigt einen vertikalen Schnitt durch das Sonden-Array entlang der Linie VII in Fig. 6.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Anhand der Figuren 1 bis 3 werden zunächst einige Grundprinzipien von Aufbau und Arbeitsweise erfindungsgemäßer Prüfvorrichtungen anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Prüfkopf 100 einer Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Prüflings 190, der im Beispielsfall aus einem metallischen Werkstoff besteht. Der Prüfkopf wird zur Durchführung einer Prüfung in einem geringen Abstand (Prüfabstand) zu der zu prüfenden Oberfläche 192 des Prüflings gebracht. Der Prüfkopf ist im Beispielsfall stationär angebracht, während der Prüfling zur Durchführung der Prüfung entlang einer Bewegungsrichtung 198 relativ zum Prüfkopf bewegt wird.
Der Prüfling weist an seiner Oberfläche eine gewisse Rauigkeit und einige kleinere Poren und andere Unregelmäßigkeiten 194 auf, die für die Funktion des Prüflings bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung unkritisch sind. Weiterhin ist ein Defekt 196 in Form eines bis zur Oberfläche reichenden Risses zu erkennen, der bei mechanischer Beanspruchung des Prüflings bei der späteren Nutzung als Ausgangspunkt eines Risses dienen könnte und daher ein funktionskritischer Defekt ist. Mithilfe der Prüfvorrichtung sollen derartige funktionskritische Defekte zuverlässig detektiert werden, wobei gleichzeitig eine zuverlässige Unterscheidung zwischen funktionskritischen Defekten und unkritischen Unregelmäßigkeiten erzielt werden soll.
In dem Prüfkopf 100 befindet sich ein Sonden-Array 1 10, das eine Vielzahl von einzelnen Prüfsonden P1 , P2, ...,Pi,...,Pn aufweist. Die Prüfsonden sind in einer einzigen geradlinigen Reihe mit geringen, regelmäßigen gegenseitigen Abständen zueinander angeordnet und bilden dadurch ein lineares Sonden-Array. Der gegenseitige Abstand unmittelbar benachbarter Prüfsonden ist so bemessen, dass die durch die einzelnen Prüfsonden abgedeckten Prüfbereiche bzw. Wirkungsbreiten gegenseitig geringfügig überlappen, so dass die Reihe von Prüfsonden eine durch die Ausdehnung des Sonden-Arrays bestimmte Prüfbreite PB lückenlos abdeckt. Bei anderen Ausführungsformen hat ein Sonden-Array zwei oder mehr zueinander parallele Reihen, deren Prüfsonden lateral gegeneinander versetzt so angeordnet sind, dass sie in Bewegungsrichtung„auf Lücke" zueinander angeordnet sind und somit auch bei relativ kleinen empfindlichen Bereichen der einzelnen Prüfsonden eine lückenlose Prüfung über eine Prüfbreite erlauben. In dieser Anmeldung beschreibt der Begriff Sonden-Array in erster Linie einen Mehrfachelementsensor mit vielen Prüfsonden, bei dem die relative Position einzelner Prüfsonden periodisch (z.B. Linie oder Matrix) ist. Es ist jedoch abhängig von der Applikation bzw. von der Prüfaufgabe auch eine unregelmäßige Anordnung von Prüfsonden möglich.
Die Prüfsonden sind signalleitend, beispielsweise drahtlos oder über elektrische Leitungen, mit einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung 120 der Prüfvorrichtung verbunden. Während der Durchführung einer Prüfung erzeugt jede der Prüfsonden ihr eigenes Sondensignal in Form einer elektrischen Spannung, deren zeitlicher Verlauf, Amplitude (Signalamplitude) und gegebenenfalls Phasenlage gegenüber einer Referenzspannung zur Auswertung genutzt wird.
Bei der Prüfvorrichtung, die das Sonden-Array umfasst, ist vorgesehen, dass die Signalinformationen aller Prüfsonden des Sonden-Arrays über einen einzigen Auswertekanal der Auswerteeinheit EV zugeführt werden soll. Dazu werden die Sondensignale von mehreren bzw. allen Prüfsonden des Sonden-Arrays mittels einer Signal-Addierungseinrichtung ADD in einer Additionsoperation zu einem Summensignal addiert, welches dann zur Charakterisierung von Defekten in dem Prüfling in einer Auswertungsoperation ausgewertet wird. Jede Prüfsonde erfasst dabei einerseits Signalanteile, die auf (unkritische) Unregelmäßigkeiten 194 im überfahrenen Bereich zurückgehen, und andererseits Signalanteile, die auf eventuell kritische Defekte zurückgehen. Im Beispielsfall wird nur die zweite Prüfsonde P2 einen Defektsignalanteil generieren, wenn die zweite Prüfsonde über den Defekt 196 hinwegfährt. Die anderen Prüfsonden erzeugen lediglich auf die Unregelmäßigkeiten 194 zurückgehende Rauschanteile im Sondensignal. Vor der Addierungsoperation wird mittels einer Amplitudenfiltereinrichtung AF eine Amplitudenfilterung der Sondensignale durchgeführt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen mögliche Verschaltungsanordnungen zur Realisierung eines Prüfverfahrens, bei dem die Prüfsignale mehrerer Prüfsonden eines Sonden-Arrays zunächst in einer Signal-Addierungseinrichtung ADD addiert werden und das resultierende Summensignal SUM danach in einer Auswerteeinrichtung EV ausgewertet wird. Dabei zeigt Fig. 2 eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik und Fig. 3 eine mögliche Ausgestaltung einer Ausführungsform der Erfindung.
Bei dem Beispiel des Standes der Technik aus Fig. 2 gelangen die Prüfsignale der Prüfsonden P1 bis Pi ungefiltert zur Signal-Addierungseinrichtung ADD, welche das Summensignal SUM erzeugt, das nachfolgend in der Auswerteeinheit EV ausgewertet wird. Ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Situation enthält das resultierende Summensignal SUM die Summe aller durch alle Prüfsonden erfassten Rauschsignalanteile, die auf die unkritischen Unregelmäßigkeiten 194 zurückgehen, und, beim Überfahren des Defekts 196 durch die zweite Prüfsonde P2, zusätzlich den auf diesen Defekt zurückgehenden Signalanteil. Da alle Rauschsignalanteile bei der Additionsoperation addiert werden, kann es sein, dass die aus der Summenbildung resultierende Gesamt-Rauschsignalamplitude in der Größenordnung der durch den Defekt 196 verursachten Defekt-Signalamplitude liegt, so dass das Signal/Rausch-Verhältnis ungünstig klein werden kann. Dies ist der Grund dafür, warum die Anwendung von Sonden-Arrays mit Signaladdition in manchen Testumgebungen (z.B. mit kleinen Unregelmäßigkeiten) das Auflösungsvermögen des Prüfverfahrens beeinträchtigen kann.
Derartige Probleme können bei Ausführungsformen der beanspruchten Erfindung vermieden oder vermindert werden. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ist eine Amplitudenfiltereinrich- tung AF elektrisch zwischen die Prüfsonden P1 bis Pi des Sonden-Arrays und die Signal- Addierungseinrichtung ADD geschaltet. Die Amplitudenfiltereinrichtung AF ist so ausgelegt, dass jedes der Sondensignale jeweils mit einem vorgegebenen Schwellwert der Signalamplitude verglichen werden. Dabei werden Sondensignale, die eine Signalamplitude unterhalb des Schwellwerts haben, komplett ausgefiltert, während Sondensignale mit einer Signalamplitude, die dem Schwellwert entspricht oder größer als der Schwellwert ist, komplett (inklusive Rauschanteil) zur Signal-Addierungseinrichtung ADD durchgelassen.
Der vorgegebene Schwellwert ist im Beispielsfall so eingestellt, dass Signalanteile, die aus den Unregelmäßigkeiten 196 des Prüflings resultieren, mit hoher Wahrscheinlichkeit unterhalb des Schwellwerts liegen, während Signalamplituden, die durch kritische Defekte resultieren, in jedem Fall oberhalb des Schwellwerts liegen. Bei der Prüfsituation aus Fig. 1 folgt daraus, dass die Sondensignale aller Prüfsonden, die beim Abfahren des Prüflings lediglich die Bereiche von unkritischen Unregelmäßigkeiten überfahren, durch die Amplitudenfilterung ausgefiltert werden und nicht zur Summenbildung beitragen. Das Prüfsignal der zweiten Prüfsonde P2 hat dagegen aufgrund des durch den Defekt 196 verursachten Signalanteils eine Signalamplitude, die oberhalb des Schwellwerts liegt und wird daher inklusive seiner Rauschanteile zur Signal- Addierungseinrichtung ADD durchgelassen und bei der Additionsoperation berücksichtigt. Das resultierende Summensignal SUM enthält somit lediglich denjenigen Rauschanteil, der von der zweiten Prüfsonde P2 erfasst wird, und den durch den Defekt 196 verursachten, relativ dazu wesentlich größeren Defekt-Signalanteil. Dieser hebt sich deutlich vom Rauschhintergrund ab, weil durch die Amplitudenfilterung der Rauschsignalanteil gegenüber einer Addierung ohne vorherige Amplitudenfilterung (Fig. 2) wesentlich reduziert ist. Mit anderen Worten: durch die Amplitudenfilterung vor der Signaladdition kann das Signal/Rausch-Verhältnis gegenüber einer entsprechenden Auswertung ohne Amplitudenfilterung erheblich verbessert werden. Die Höhe des Schwellwerts, der zwischen unerwünschten Rauschsignalanteilen und gesuchten Defektsignalanteilen differenziert, kann aufgrund von Vorerfahrungen über typgleiche oder typähnliche Prüflinge voreingestellt sein. Bei manchen Ausführungsformen ist der Schwellwert an der Prüfvorrichtung stufenlos oder in Stufen einstellbar, so dass die Prüfvorrichtung durch Einstellen des Schwellwerts an die jeweilige Prüfsituation und den Typ des Prüflings optimal ange- passt werden kann.
Mithilfe einer Kalibrierungsoperation kann der Schwellwert eingestellt werden. In einem Fall mit idealer Prüfsonde und Amplitudenanalyse wird eine bestimmte Spannung des Rauschsignals gemessen und danach als Schwellwert benutzt. Der Schwellwert kann in Abhängigkeit von dem Typ des Prüflings und/oder in Abhängigkeit vom Prüfsondentyp (z.B. Absolutsonde oder Differenzsonde) eingestellt werden.
Bei der Kalibrierungsoperation kann z.B. an einem defektfreien Referenz-Prüfling oder einem defektfreien Prüflingsabschnitt eine Rauschsignalamplitude eines Rauschsignals ermittelt werden und der Schwellwert kann dann in einem vorgegebenen Abstand oberhalb der Rauschsignalamplitude eingestellt werden. In vielen Fällen hat es sich als günstig herausgestellt, wenn der vorgegebene Abstand zwischen 10% und 20% der Rauschsignalamplitude beträgt.
Die Amplitudenfiltereinnchtung kann je nach Anwendungsfall analog oder digital realisiert werden. In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Prüfsignale der Prüfsonden P1 bis Pi einer analogen Amplitudenfiltereinnchtung AF-AN zugeführt werden, bevor die nicht ausgefilterten Prüfsignale mithilfe einer Signal-Addierungseinrichtung ADD addiert und dann in der Auswerteeinrichtung EV ausgewertet werden. Die Amplitudenfiltereinnchtung umfasst für jeden Prüfkanal, d.h. für jede einzelne Prüfsonde, einen Spannungsvergleicher V und einen durch den Spannungsvergleicher ansteuerbaren Schalter S, der zwischen einem geschlossenen Zustand (Signaldurchlass) und einem offenen Zustand (Ausfiltern des Signals) umgeschaltet werden kann. Der Vergleicher V vergleicht die Signalamplitude des Sondensignals bzw. die entsprechende Signalspannung USig mit einer dem Schwellwert entsprechenden Schwellspannung UT (Threshold Voltage). Ist die Signalspannung mindestens gleich der Schwellspannung oder größer (USig > UT), so wird der Schalter geschlossen, so dass das Sondensignal als Ganzes der Addition und der Auswertung zugeführt wird. Bei Signalspannungen unterhalb der Schwellspannung (USig < UT) wird der Schalter geöffnet, so dass das Sondensignal als Ganzes ausgefiltert wird und somit nicht zur Bildung des Summensignals beiträgt.
In Fig. 5 ist ein Beispiel für eine digitale Realisierung der Amplitudenfilterung bzw. der Amplitudenfiltereinnchtung gezeigt. Die digitale Amplitudenfiltereinnchtung AF-DIG umfasst für jeden Prüfkanal bzw. für jede Prüfsonde einen Analog/Digital-Wandler A/D, der aus dem analogen Prüfsondensignal ein digitales Signal erzeugt. Die digitalen Signale der einzelnen Prüfkanäle liegen an den Eingängen eines programmierbaren integrierten Schaltkreises in Form eines Field Programmable Gate Array (FPGA) an. In diesem Bauteil ist eine logische Schaltung programmiert, die die digitalen Eingangssignale jeweils mit einem digitalen Signal für den eingestellten Schwellwert vergleicht. Nur diejenigen digitalen Signale, die Prüfsondensignalen entsprechen, deren Signalamplitude oberhalb des Schwellwerts liegt oder diesem entsprechen, werden der integrierten Addierungsoperation zugeführt und tragen zum Summensignal SUM bei. Die anderen Signale, deren Signalamplitude unterhalb des Schwellwerts liegen, werden ausgefiltert und gelangen nicht zur Auswerteeinrichtung EV.
Bei den Ausführungsbeispielen ist der Schwellwert für jeden Prüfkanal der gleiche. Dies ist jedoch nicht zwingend. Es sind auch Varianten möglich, die für unterschiedliche Prüfsonden unterschiedliche Schwellwerte realisieren. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn der Prüfling aus mehreren Materialien besteht und/oder Formänderungen im geprüften Abschnitt aufweist.
Die Grundprinzipien der beanspruchten Erfindung können bei unterschiedlichen Typen von Prüfvorrichtungen und Prüfverfahren genutzt werden. Beispielsweise könnte es sich bei den Prüfsonden um sogenannte GMR-Sonden handeln, die den GMR-Effekt (Giant Magnetoresistance, Riesenmagnetowiderstand) zur Prüfsignalerzeugung nutzen. Es könnte sich auch um Streuflusssonden, Wirbelstromsonden oder andere Magnetsonden handeln. Prüfsonden für bildgebende Verfahren (z.B. magnetooptisches Imaging oder Optikmessungen, Kombinationen von Wirbelstrom- und Lasermessungen etc. können ebenfalls durch Nutzung der beanspruchten Erfindung profitieren. Im Folgenden wird ein nach dem Wirbelstromprinzip arbeitendes Prüfgerät (Wirbelstrom-Prüfgerät) mit Prüfsonden in Form von Wirbelstromsonden näher erläutert.
Bei der Wirbelstromprüfung wird eine Wirbelstromsonde in einem geringen Abstand (Prüfabstand) zur Oberfläche des elektrisch leitendenden Prüflings angeordnet. Eine Wirbelstromsonde hat in der Regel eine Erregeranordnung mit mindestens einem elektrischen Leiter, der zum An- schluss an eine Wechselspannungsquelle vorgesehen ist, und eine Empfängeranordnung mit mindestens einer Empfängerspule, die ein oder mehrere Windungen aufweist und häufig auch als Messspule bezeichnet wird. Wirbelstromsonden, bei denen die Erregerspule und die Empfängerspule durch dieselbe Spule gebildet werden, werden als parametrische Wirbelstromsonden bezeichnet. Wenn eine Wirbelstromsonde eine Erregerspule und eine davon gesonderte Empfängerspule aufweist, wobei eine Kopplung zwischen Erregerspule und Empfängerspule vermittelt über das Prüflingsmaterial erfolgt, spricht man üblicherweise von transformatorischen Wirbelstromsonden. Im Rahmen der beanspruchten Erfindung können alle Arten von Wirbelstromsonden genutzt werden, wobei transformatorische bevorzugt sind.
Die Erregerspule wird zur Durchführung der Prüfung an einer Wechselspannungsquelle angeschlossen und kann dann ein primäres elektromagnetisches Wechselfeld (magnetisches Primärfeld) erzeugen, welches bei der Prüfung in das Prüfmaterial eindringt und im Wesentlichen in einer oberflächennahen Schicht des Prüfmaterials Wirbelströme erzeugt, die durch Gegeninduktion auf die Empfängerspule(n) der Wirbelstromsonde zurückwirken. Das durch die Wirbelströme verursachte sekundäre Magnetfeld (magnetisches Sekundärfeld) ist dabei nach der Lenz'schen Regel dem primären Magnetfeld entgegengesetzt. Ein Defekt im geprüften Bereich, beispielsweise ein Riss, eine Verunreinigung oder eine andere Materialinhomogenität, stört die Ausbreitung der Wirbelströme im Prüfmaterial und verändert somit die Wirbelstromintensität und dadurch auch die Intensität des auf die Empfängerspule rückwirkenden magnetischen Sekundärfeldes. Die dadurch verursachten Änderungen der elektrischen Eigenschaften einer Empfängerspule, z.B. insbesondere der Impedanz der Empfängerspule, führen zu elektrischen Messsignalen, die mittels einer Auswerteeinrichtung ausgewertet werden können, um Defekte zu identifizieren und zu charakterisieren.
Anhand der Fig. 6 und 7 wird eine Ausführungsform einer Wirbelstrom-Prüfvorrichtung 600 näher erläutert. Der Prüfkopf der Prüfvorrichtung weist eine Erregeranordnung 610 auf, der vier identische, in einer geradlinigen Reihe angeordnete Empfängerspulen 640A bis 640D zugeordnet sind. Jede der Empfängerspulen bildet gemeinsam mit dem zugehörigen Teil der Erregeranordnung 610 eine eigene Wirbelstrom-Prüfsonde, so dass ein Sonden-Array mit vier Einzelsonden vorliegt. Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, Fig. 7 einen vertikalen Schnitt durch das Sonden- Array im Bereich einer Empfängerspule 640 entlang der Linie VII in Fig. 6.
Die Erregeranordnung 610 hat zwei Erregerspulen 610-1 und 610-2, die mit ihren einander zugewandten inneren Leiterabschnitten 610-1 A bzw. 610-2A einen geradlinigen Erregerabschnitt 615 mit zwei zueinander parallelen Leiterabschnitten bilden, die bei Anschluss an eine Wechselspannungsquelle 620 phasengleich in der gleichen Richtung vom Erregerstrom durchflössen werden. Die vier Empfängerspulen 640A bis 640D sind in einer geraden Empfängerspulen- Reihe symmetrisch zum Erregerabschnitt so angeordnet, dass sich in Bezug auf das vom Erregerabschnitt erzeugte primäre Wechselfeld in jeder der Messspulen in Luft eine später noch erläuterte Magnetflusskompensation und damit prinzipiell eine Spannung von 0 Volt als Messsignal ergibt. Das Sonden-Array ist mit Mitteln der Leiterplattentechnologie hergestellt. Die Empfängerspulen 640A - 640D sind jeweils Flachspulen, deren Windungen in einer gemeinsamen Ebene (Figurenebene in Fig. 6) liegen und eine Empfängerspulenachse 644 definieren, die senkrecht zur Empfängerspulenebene verläuft. Die Windungen der Empfängerspulen sind auf einer Oberfläche einer elektrisch isolierenden Trägerschicht 670 aufgebracht. Auch die elektrischen Leiter der Erregeranordnung sind auf einer Oberfläche einer elektrisch isolierenden Trägerschicht (dieselbe Trägerschicht 670 oder eine andere Trägerschicht) aufgebracht in der Weise, dass mindestens eine elektrisch isolierende Trägerschicht zwischen diesen elektrischen Leitern und den Windungen der Empfängerspule liegt, so dass diese voneinander elektrisch isoliert sind.
Die elektrischen Leiter der Erregeranordnung 610 bilden eine erste Erregerspule 610-1 und eine zweite Erregerspule 610-2, die jeweils eine oder mehrere Windungen haben können und jeweils als Flachspulen mit Spulenebenen parallel zur Empfängerspulenebene ausgebildet sind. Die Windungen der ersten und der zweiten Erregerspule sind spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene 645 angeordnet, die mittig durch die Empfängerspule verläuft und die Empfängerspulenachse 644 enthält.
Die erste Erregerspule 610-1 hat einen der zweiten Erregerspule 610-2 zugewandten gradlinigen inneren Leiterabschnitt 610-1 A und einen in größerem Abstand zur Symmetrieebene entfernt von der zweiten Erregerspule angeordneten äußeren Leiterabschnitt 610-1 B, der parallel zum inneren Leiterabschnitt 610-1 A verläuft. Entsprechend hat die zweite Erregerspule 610-2 einen geradlinigen inneren Leiterabschnitt 610-2A in der Nähe der ersten Erregerspule, sowie einen entfernt von der ersten Erregerspule angeordneten gradlinigen äußeren Leiterabschnitt 610-2B, der parallel zum inneren Leiterabschnitt 610-2A verläuft.
Bei Anschluss an die Wechselspannungsquelle 620 werden die beiden symmetrisch zur Symmetrieebene 645 angeordneten, nahe beieinander liegenden und mittig quer über die Empfängerspule hinweg verlaufenden inneren Leiterabschnitte 610-1A und 610-2B gleichsinnig vom Erregerstrom durchlaufen, während die weiter außen liegenden äußeren Leiterabschnitte 610- 1 B und 610-2B jeweils gegensinnig zu den inneren Leiterabschnitten, aber gleichsinnig miteinander und d.h. in die gleiche Richtung, vom Strom durchlaufen werden. Die rechteckigen Erregerspulen liegen somit spiegelsymmetrisch zur Symmetrieebene 645 und werden auch spiegelsymmetrisch zu dieser Symmetrieebene elektrisch betrieben.
Die inneren Leiterabschnitte 610-1A und 610-2A bilden gemeinsam den geradlinig verlaufenden Erregerabschnitt 615 der Erregeranordnung. Der Erregerabschnitt 615 verläuft senkrecht zur Empfängerspulenachse mittig diagonal über die Empfängerspule 640. Die inneren Leiterab- schnitte werden bei Anschluss an die Wechselspannungsquelle 620 phasengleich von Wechselstrom durchlaufen und erzeugen gemeinsam ein primäres magnetisches Wechselfeld PF, dessen Feldlinien FL um den Erregerabschnitt 615 herum verlaufen (vgl. Fig. 7).
Die Empfängerspule 640 ist in Bezug auf den Erregerabschnitt 615 in der Weise„magnetisch symmetrisch" angeordnet, dass die Empfängerspule zwar vom primären magnetischen Wechselfeld PF des Erregerabschnitts durchlaufen wird, wobei jedoch die Empfängerspule derart symmetrisch vom primären magnetischen Wechselfeld durchsetzt wird, dass eine zeitliche Änderung d<J>/dt des magnetischen Flusses Φ des primären magnetischen Wechselfeldes durch die Empfängerspule insgesamt möglich vollständig verschwindet. Dies hat zu Folge, dass das magnetische Primärfeld die Empfängerspule zwar durchsetzt, in dieser Empfängerspule aber insgesamt keine elektrische Spannung induziert. Dieser Effekt wird hier als„Magnetflusskompensation" bzw. „Primärfeldkompensation" bezeichnet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Symmetrieebene 645 der Empfängerspule 640 derart liegt, dass die Empfängerspule in zwei magnetisch gleichwertige Teilflächen 646-1 und 646-2 geteilt wird, wobei die magnetische Flussänderung durch eine der Teilflächen entgegengesetzt gleich der Flussänderung durch die andere Teilfläche ist, so dass sich die Änderungen der Magnetflüsse kompensieren. Wenn Φ-ι der magnetische Fluss durch die erste Teilfläche 646-1 und Φ2 der magnetische Fluss durch die zweite Teilfläche 646-2 ist, gilt somit für die induzierte Spannung V die Bedingung:
Figure imgf000015_0001
Wird der Erregerabschnitt mit Wechselstrom durchflössen, wird ein magnetisches Primärfeld PF erzeugt, dessen Feldlinien FL in senkrecht zum Verlauf des Erregerabschnitts liegenden Ebenen um den Erregerabschnitt herum verlaufen. Ein wesentlicher Teil der magnetischen Feldlinien in der Nähe des Erregerabschnitts durchtritt dabei die Empfängerspule und dringt in oberflächennahe Bereiche des Prüflings ein, wo Wirbelströme EC induziert werden.
Eine Besonderheit besteht darin, dass bei dieser Anordnung in der Empfängerspule 640 insgesamt keine Spannung induziert wird, obwohl ein magnetisches Wechselfeld durch die Spule hindurchtritt. Die Empfängerspule 640 ist zwar eine Absolutspule in dem Sinne, dass keine Signalkompensation mit einer anderen Empfängerspule erfolgt. Dennoch hat bei dieser Anordnung die Empfängerspule auch Charakteristika einer Differenzspulenanordnung. Bei dieser Anordnung wird nämlich eine Kompensation der induzierten Spannungen dadurch erreicht, dass die Empfängerspule vom primären magnetischen Wechselfeld des Erregerabschnitts in der Weise magnetisch symmetrisch durchsetzt wird, dass die zeitliche Änderung dΦ dt des magnetischen Flusses des primären magnetischen Wechselfeldes durch die Empfängerspule insgesamt verschwindet.
Dabei erzeugt jede nicht parallel zur Empfängerspulenebene verlaufene Komponente des magnetischen Flusses beim Durchtritt durch die Spulenebene eine induzierte Spannung. Aufgrund der magnetischen Symmetrie existiert jedoch eine entsprechende entgegengesetzt gerichtete Komponente, welche eine entsprechende Spannung mit entgegengesetzter Polung induzieren würde, so dass insgesamt kein Ausgangssignal (Messspannung = 0 V) resultiert.
Die Signalkompensation erfolgt also durch direkte Kompensation von Magnetfeldflüssen des Primärfeldes in der Empfängerspule. Diese Magnetschlusskompensation oder Primärfeldkompensation führt dazu, dass bei Anordnung dieser Wirbelstromsonde in Luft oder in der Nähe eines defektfreien Materials die totalen Flussänderungen des vom Erregerabschnitt erzeugten primären magnetischen Wechselfeldes und des von den Wirbelströmen des Prüflings erzeugten sekundären Magnetfeldes insgesamt verschwinden, so dass in der Empfängerspule in diesem Fall keine Spannung induziert wird. Die zwischen den Ausgängen der Empfängerspule 640 gemessene elektrische Spannung ist also in diesem Falle gleich 0. Hierbei ist wichtig festzuhalten, dass diese Magnetflusskompensation nur für den Bereich innerhalb der Empfängerspule erforderlich ist. Die Verhältnisse außerhalb des Erfassungsbereichs der Empfängerspule haben dagegen keinen Einfluss auf das Ausgangssignal der Empfängerspule.
Die Wirkung des primären Wechselfeldes ist bei dieser Anordnung besser räumlich konzentriert bzw. fokussiert als im Falle konventioneller Wirbelstromsonden. Eine verbesserte Magnetfeldkonzentration im zentralen Bereich des Prüfvolumens mittig unter der Empfängerspule kann dadurch unterstützt werden, dass auf beiden Seiten neben dem Erregerabschnitt 615 Leiterabschnitte 610-1 B und 610-2B der Erregeranordnung vorgesehen werden, die ebenfalls vom Erregerstrom durchflössen werden, jedoch in gegensinniger Richtung zum Erregerabschnitt. Dadurch werden beidseitig des Erregerabschnitts magnetische Wechselfelder erzeugt, die dem magnetischen Wechselfeld des Erregerabschnitts entgegengerichtet sind. Diese Wechselfelder schwächen das primäre Wechselfeld des Erregerabschnitts 615 außerhalb des Prüfbereichs, so dass das primäre Wechselfeld stärker im Prüfvolumen unterhalb des Erregerabschnitts konzentriert bzw. fokussiert wird.„Fokussierung" bedeutet hierbei, dass die räumliche Dichte der Magnetfeldlinien im Bereich der Fokussierung erhöht wird. Durch diese lokale Konzentration des Wirkungsbereiches des primären Magnetfeldes PF auf den Bereich mittig unterhalb der Empfängerspule 640 wird eine besonders effiziente Defektprüfung mit hoher Ortsauflösung möglich. Jede der Empfängerspulen 640A bis 640D ist an einen Kanal an der Eingangsseite einer Amplitudenfiltereinrichtung AF angeschlossen, die es ermöglicht, die Ausgangssignale der einzelnen Empfängerspulen (d.h. die Sondensignale) in getrennten Kanälen aufzunehmen und unter Bewertung ihrer Signalamplitude gegenüber einem Schwellwert zu filtern. Die Amplitudenfilterung erfolgt in der Weise, dass Sondensignale mit einer Signalamplitude unterhalb des Schwellwerts ausgefiltert und nur Sondensignale mit einer Signalamplitude größer oder gleich dem Schwellwert der Additionsoperation zugeführt werden. Die vier Ausgangskanäle der Amplitudenfiltereinrichtung AF sind an separate Eingangskanäle einer Signal- Addierungseinrichtung ADD angeschlossen, die einen Signalausgang hat, der einen Eingangskanal einer nachgeschalteten Auswerteeinheit EV angeschlossen ist.
In einem Auswertungsmodus wird ein „Summensignal" ermittelt, indem die Ausgangssignale von mindestens zwei Empfängerspulen der Empfängerspulen-Reihe mittels einer Addierungsoperation addiert werden. Vorzugsweise werden in diesem Addierungsmodus die Ausgangssignale aller Empfängerspulen 640A - 640D der Empfängerspulen-Reihe synchron addiert. Die Addierungsoperation entspricht in elektrischer Hinsicht einer Reihenschaltung der entsprechenden Empfängerspulen. Hierfür reicht es, wenn die Auswerteeinheit einen einzigen Eingangskanal hat.
In einem anderen, hier nicht näher erläuterten Auswertungsmodus („Einzelsignal") werden die Ausgangssignale jeder der Empfängerspulen separat verarbeitet und der Position der jeweiligen Empfängerspule in der Reihe zugeordnet. Hierdurch ist eine Lokalisierung von Defekten über die Breite des Sensor-Arrays möglich.

Claims

Patentansprüche
Prüfverfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Prüflings mittels eines Son- den-Arrays, das eine Vielzahl von Prüfsonden aufweist, bei dem
das Sonden-Array in die Nähe einer Oberfläche des Prüflings positioniert wird;
Sondensignale von mehreren Prüfsonden des Sonden-Arrays in einer Additionsoperation zu einem Summensignal addiert werden; und
das aus der Additionsoperation resultierende Summensignal zur Charakterisierung von Defekten in dem Prüfling in einer Auswertungsoperation ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sondensignale vor der Additionsoperation einer Amplitudenfilterung in Bezug auf einen vorgegebenen Schwellwert unterworfen werden, wobei Sondensignale mit einer Signalamplitude unterhalb des Schwellwerts ausgefiltert und nur Sondensignale mit einer Signalamplitude größer oder gleich dem Schwellwert der Additionsoperation zugeführt werden.
Prüfverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling und das Sonden-Array relativ zueinander entlang einer Bewegungsrichtung bewegt werden;
Prüfverfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kalibrierungsoperation, worin der Schwellwert in Abhängigkeit von dem Typ des Prüflings eingestellt wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalibrierungsoperation an einem defektfreien Referenz-Prüfling oder einem defektfreien Prüflingsabschnitt eine Rauschsignalamplitude eines Rauschsignals ermittelt wird und dass der Schwellwert in einem vorgegebenen Abstand oberhalb der Rauschsignalamplitude eingestellt wird, wobei der vorgegebene Abstand vorzugsweise zwischen 10% und 20% der Rauschsignalamplitude beträgt.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonden-Array mit einer Vielzahl von Wirbelstrom-Prüfsonden zur Durchführung einer Wirbelstromprüfung verwendet wird.
Prüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eines Prüflings mit:
einem Sonden-Array, das eine Vielzahl von Prüfsonden (P1 , P2, ... Pn) aufweist, und einer an das Sonden-Array angeschlossenen Auswerteeinheit zur Auswertung von Sondensignalen der Prüfsonden, wobei die Auswerteeinheit eine Signal-Addierungseinrichtung (ADD) und eine Auswerteeinrichtung (EV) aufweist,
die Signal-Addierungseinrichtung zur Ausführung einer Additionsoperation konfiguriert ist, bei der Sondensignale von mehreren Prüfsonden des Sonden-Arrays zur Erzeugung eines Summensignals (SUM) addiert werden, und
die Auswerteeinrichtung konfiguriert ist, ein aus der Additionsoperation resultierendes das Summensignal zur Charakterisierung von Defekten in dem Prüfling in einer Auswertungsoperation auszuwerten,
gekennzeichnet durch
eine zwischen die Prüfsonden (P1 , P2, ... Pn) und die Signal-Addierungseinrichtung (ADD) geschaltete Amplitudenfiltereinrichtung (AF, AF-AN, AF-DIG), die dazu konfiguriert ist, die Sondensignale vor der Additionsoperation einer Amplitudenfilterung in Bezug auf einen vorgegebenen Schwellwert zu unterwerfen, wobei Sondensignale mit einer Signalamplitude unterhalb des Schwellwerts ausgefiltert und nur Sondensignale mit einer Signalamplitude größer oder gleich dem Schwellwert der Signal- Addierungseinrichtung (ADD) zugeführt werden.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsonden (P1 , P2, ... Pn) als Wirbelstromsonden, als Streuflusssonden oder als GMR-Sonden ausgebildet sind.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonden- Array eine Vielzahl von Wirbelstromsonden aufweist, die eine Erregeranordnung (610) mit mindestens einem elektrischen Leiter zum Anschluss an eine Wechselspannungsquelle (620) sowie eine Empfängeranordnung mit mindestens einer von der Erregeranordnung gesonderten Empfängerspule (640) mit einer oder mehrere Windungen aufweist, wobei
die Erregeranordnung einen Erregerabschnitt (615) aufweist, in welchem ein Leiterabschnitt oder mehrere Leiterabschnitte (610-1A, 610-2A) derart verlaufen, dass durch den Leiterabschnitt oder die Leiterabschnitte des Erregerabschnitts bei Anschluss an eine Wechselspannungsquelle ein primäres magnetisches Wechselfeld (PF) mit um den Erregerabschnitt herum verlaufenden magnetischen Feldlinien (FL) erzeugt wird; und die Empfängerspule (640) in Bezug auf den Erregerabschnitt (615) derart angeordnet ist, dass die Empfängerspule vom primären magnetischen Wechselfeld des Erregerabschnitts derart symmetrisch durchsetzt wird, dass eine zeitliche Änderung des magnetischen Flusses φ des primären magnetischen Wechselfeldes durch die Empfängerspule im Wesentlichen verschwindet.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle Wirbelstromsonden des Sonden-Arrays eine gemeinsame Erregeranordnung aufweisen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108593762A (zh) * 2018-04-18 2018-09-28 北京京桥热电有限责任公司 燃机叶片缺陷检测工艺

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016200690A1 (de) * 2016-01-20 2017-07-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur zerstörungsfreien Oberflächenprüfung eines Bauteils mit einem Wirbelstromprüfkopf

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3835374A (en) * 1973-02-13 1974-09-10 Trans Canada Pipelines Ltd Method and apparatus for providing speed compensation for information containing signals in which the threshold level of the detector is varied proportional to speed
US4193028A (en) * 1978-05-05 1980-03-11 Honeywell Inc. Eddy current instrumentation circuitry for distinguishing flaw signals from spurious noise signals
US6501267B1 (en) * 1998-08-06 2002-12-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Eddy-current flaw detector probe

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100246244B1 (ko) * 1995-10-31 2000-04-01 야마오카 요지로 자기탐상장치
DE102010048917B4 (de) * 2010-10-11 2016-12-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Wirbelstromflächensensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3835374A (en) * 1973-02-13 1974-09-10 Trans Canada Pipelines Ltd Method and apparatus for providing speed compensation for information containing signals in which the threshold level of the detector is varied proportional to speed
US4193028A (en) * 1978-05-05 1980-03-11 Honeywell Inc. Eddy current instrumentation circuitry for distinguishing flaw signals from spurious noise signals
US6501267B1 (en) * 1998-08-06 2002-12-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Eddy-current flaw detector probe

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108593762A (zh) * 2018-04-18 2018-09-28 北京京桥热电有限责任公司 燃机叶片缺陷检测工艺

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