DD293896A5 - Anordnung zur zerstoerungsfreien pruefung elektrisch leitender stoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur zerstoerungsfreien Pruefung elektrisch leitender Stoffe, insbesondere zum Feststellen von Oberflaechenfehlstellen, wie Oberflaechenrisse, Oberflaechenverletzungen usw., deren spezifischer elektrischer Widerstand kleiner als 50 V mm2/m ist. Die erfindungsgemaesze Anordnung enthaelt eine durch Hochfrequenz erregte Wirbelstromsonde, welche mit einer in den Sondenkopf eingesetzten Spule die Koerperoberflaeche abtastet und den induktiven Teil eines abgestimmten Oszillators bildet. Erfindungswesentlich ist, dasz einem Umsetzer unter Zwischenschaltung eines Initiatorschaltkreises die den Abstand zwischen Sonde und Oberflaeche charakterisierende Amplitudeninformation vom Ausgang des Oszillators ueber eine hochohmige Auskopplung zugefuehrt ist. Vom Umsetzer gelangt das Signal nach erfolgter D/A-Wandlung ueber eine Zufuehrung zum Parallelresonanzkreis des Oszillators, welcher den Oszillator bei AEnderung des Abstandes der Spule zur Oberflaeche des elektrisch leitenden Stoffes ueber eine Rueckkopplung in Amplitude und Frequenz konstant haelt. Somit ist eine Fehlstelle im zu untersuchenden Koerper ueber eine niederohmige Auskopplung der Amplituden- und Frequenzinformation des Oszillators am Integrationsausgang direkt meszbar.{Pruefung, zerstoerungsfrei; Stoff, elektrisch leitend; Wirbelstromsonde; Spule; Oszillator; Initiatorschaltkreis; Amplituden-/Frequenzinformation; D/A-Wandlung}

Description

Vom Umsetzer gelangt das Signal nach erfolgter D-A-Wandlung über eine Zuführung zum Parallelresonanzkreis des Oszillators, welcher den Oszillator bei Änderung des Abstandes der Spule zur Oberfläche des elektrisch leitenden Stoffes über eine Rückkopplung in Amplitude und Frequenz konstant halt. Somit ist eine Fehlstelle Im zu untersuchenden Körper über eine niederohmige Auskopplung der Amplituden- und Frequenzinformation des Oszillators am Integrationsausgang direkt meßbar. Die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich daraus, daß sich der Oszillator in einem Regelkreis befindet, wo Kompensationsmaßnahmen zur Vermeidung von Meßfehlern nur elnkanalig ausgeführt werden. Durch die Beschattung eines Initiatorschaltkreises mittels eines externen Referenzumsetzers werden die Amplitude und die Frequenz konstant gehalten, so daß das eigentliche Fehlstellensignal unverfälscht am Initiatorschaltkreis zur Verfügung steht. Damit lassen sich, jedoch nicht ausschließlich, proportionale Risstiefenbestimmungen durchführen.

AusfOhrungsbeisplel Nachstehend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung

elektrisch leitend« r Stoffe gezeigt.

Die Figur 1 zeigt i ι schematischer Darstellung eine In einen Sondenkopf eingesetzte Spule 1, die über der Oberfläche eines

elektrisch leitenden Stoffes 8 mit SOOmmVm bewegt wird und die über einen Oszillator 2 mit einer Betriebsfrequenz von beispielsweise 100 kHz erregt wird. Das in dem elektrisch leitenden Stoff 8 induzierte, sich ändernde, magnetische Feld erzeugt

Wirbelströme und jede Änderung in deren Pfad, die beispielsweise durch einen Fehler auftreten, ergeben Änderungen der Amplitude und Frequenz des Oszillatorausganges. Sowohl die Amplitude als auch die Frequenz hängen von dem Abstand

zwischen Sonde und Oberfläche und von Oberflächenfehlstellen ab. Der Amplitudengehalt hängt in erster Linie von dem

Abstand zwischen Sonde und Oberfläche ab, während der Frequenzanteil mehr von Oberflächenfehlern als vom Abstand

abhängig ist. Insbesondere erzeugen die Wirbelströme, die in den elektrisch leitenden Stoff eingeführt werden, ein Magnetfeld, das dem Magnetfeld der Spule 1 entgegengesetzt ist. Die resultierende Änderung in der Induktivität verursacht eine Änderung der Frequenz. Die Amplitudeninformation des Oszillators 2 wird über eine hochohmige Auskopplung 7 einem Analog-Digital-

Analog-Umsetzer 3 zugeführt, dessen Digitalausgang 5 proportional den Abstand zwischen Sonde und elektrisch leitenden Stoff 8 widerspiegelt. Nach erfolgter Digital-Analog-Wandlung im Umsetzer 3 gelangt das gewandelte Signal über die Zuführung 6 zum Parallelresonanzkreis des Oszillators 2, womit die Amplitude des Oszillators 2 nachgeregelt wird und somit

ständig der Referenzspannung des Umsetzers 3 gleicht. Über den Digitalausgang 5 ist mittels einer genauen Auflösung der

Amplitudeninformation in binäre Signale im Umsetzer 3 eine Schichtdickenmessung von elektrisch nichtleitenden Stoffen auf

elektrisch leitenden Stoffen möglich.

Über die niederohmige Auskopplung 4 der Amplitudeninformation des Oszillators 2 am Integrationsausgang ist die Fehlstelle

durch Integral Amplitude-Frequenz direkt meßbar ausgeführt.

Wie erwähnt, ist eine Frequenzänderung vorrangig für Fehlstellen gegeben, eine Amplitudenänderung vorrangig für den Abstand der Sonde zum elektrisch leitenden Stoff 8. Da über den Umsetzer 3 die Amplitude immer konstant gehalten wird, ist

eine Frequenzänderung immer Ausdruck einer Fehlstelle.

Durch die Integrationsschaltung, die sich aus dem inneren Aufbau, beispielsweise eines Initiatorschaltkreises vom Typ 8303 aus

dem VEB Halbleiterwerk Frankfurt (Oder) ergibt, ist eine Meßschaltung geringer Baugröße und Masse realisiert, die ein geschlossenes Regelsystem mit extern vorwählbarer Eindringtiefe in elektrisch leitende Stoffe aufweist.

Claims (1)

1. Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung elektrisch leitender Stoffe, insbesondere zum Feststellen von Oberflächenfehlstellen in einem metallischen Körper, mit einer durch Hochfrequenz erregten Wirbelstromsonde, die mit einer in den Sondenkopf eingesetzten Spule die Körperoberfläche abtastet und den induktiven Teil eines abgestimmten Oszillators bildet, dadurch gekennzeichnet, daß einem Umsetzer (3) unter Zwischenschaltung eines Initiatorschaltkreises die den Abstand zwischen Sonde und Oberfläche charakterisierende Amplitudeninformation vom Ausgang des Oszillators (2) über eine hochohmige Auskopplung (7) zugeführt ist und von dort nach erfolgter D-A-Wandlung über die Zuführung (6) zum Parallelresonanzkreis des Oszillators (2) gelangt, welcher den Oszillator (2) bei Änderung des Abstandes der Spule (1) zur Oberfläche des elektrisch leitenden Stoffes (8) über eine Rückkopplung in Amplitude und Frequenz konstant hält und daß weiterhin über eine niederohmige Auskopplung (4) der Amplituden- und Frequenzinformation des Oszillators (2) am Integrationsausgang eine Fehlstelle im elektrisch leitenden Stoff (8) direkt meßbar ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung elektrisch leitender Stoffe, insbesondere zum Feststellen von Oberflächenfehlstellen, wie Oberflächenrisse, Oberflächenverletzungen usw., deren spezifischer elektrischer Widerstand kleiner als 50OmmVm ist. Sie ist des weiteren einsetzbar bei nach dem Prinzip der elektrischen Leitfähigkeitsmessung arbeitenden Prüfverfahren, zum Beispiel für Schichtdickenmessungen, Positionierkontrollen, Verwechslungsprüfungen und dergleichen.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Es ist allgemein üblich, daß Meßgeräte für den mobilen Einsatz zur zerstörungsfreien Prüfung von Oberflächenfehlern auf Wirbelstrombasis arbeiten. Dazu zählen beispielsweise die aus Prospektmaterialien vom Institut Dr. Förster GmbH u. Co., Reutlingen (BRD) bekannten Defectometer H2.835/C2.836, und das von Süssenguth, W., Hintze, H. im Artikel „Magnetinduktive Oberflächenrißprüfung an Radsätzen" in Schienenfahrzeuge, Berlin 31 (1987) 5, S.247-248 vorgestellte Risseprüfgerät RPG86 des Bahnbetriebswerks Schöneweide (DDR). Diese Geräte besitzen als Nachteil eine relativ hohe Masse, z.B. Defectometer 1,9... 3,2 kg und RPG 86 9,7kg, so daß ein mobiler Einsatz Schwierigkeiten bereitet. Aus den DE-OS 2528625 und DE-OS 2850433 sind Vorrichtungen zum Auffinden von Oberflächenfehlern bekannt, bei denen mit einer Wirbelstromsonde die Oberfläche eines Bauteils abgetastet wird und zur Vermeidung von Meßfehlern eine Zweikanalvariante benutzt wird, die unerwünschte Einflüsse auf die Meßsonde kompensiert, z. B. den Abstand zwischen der Sonde und der Oberfläche des zu messenden Bauteils. Das Meßsignal wird in Frequenz und Amplitude aufgespaltet und dem Zweikanalempfänger zugeführt. Dieser vergleicht die Spannung und Frequenz des Meßsignals mit unterschiedlichen Referenzgrößen, um negative Einflüsse, wie den sich ändernden Abstand der Sonde zur Oberfläche, festzustellen. Im Ergebnis dieser Messung werden Signale gewonnen, die durch weitere elektronische Baugruppen, wie Differenzverstärker und Summierverstärker, einwirken und das eigentliche Fehlstellensignal bilden. Nachteil dieser Lösungen ist der relativ große Aufwand an elektronischen Baugruppen und die dadurch möglichen Fehlerquellen.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, Detektoren vorzugsweise zum Auffinden von Oberflächenfehlern an Werkstücken unter Vorwendung einer mit weniger elektronischen Baugruppen unkompliziert aufgebauten Anordnung mit geringerer Baugröße, kleinerer Masse und größerer Flexibilität herzustellen. Außerdem soll durch den Einsatz integrierter Schaltkreise der Energiebedarf solcher Geräte gesenkt werden.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung elektrisch leitender Stoffe zu entwickeln, mit der die auftretende Fehlerspannung beim Wirbelstrommeßverfahren unmittelbar meßbar ist und ein Fehlstellensignal ohne den vorherigen Durchlauf einer Vielzahl elektronischer Baugruppen erhalten wird. Die Kompensation von unerwünschten Einflüssen erfolgt in einem Regelkreis, der einen minimalen Verlust an Genauigkeit garantiert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Anordnung, die eine durch Hochfrequenz erregte Wirbelstromsonde enthält, welche mit einer in den Sondenkopf eingesetzten Spule die Körperoberfläche abtastet und den induktiven Teil eines abgestimmten Oszillators bildet, dadurch gelöst, daß einem Umsetzer unter Zwischenschaltung eines Initiatorschaltkreises die den Abstand zwischen Sonde und Oberfläche charakterisierende Amplitudeninformation vom Ausgang des Oszillators über eine hochohmige Auskopplung zugeführt ist.