DE2745159A1

DE2745159A1 - Pruefkopf mit eine oder mehrere pruefsonden aufnehmendem tragkoerper

Info

Publication number: DE2745159A1
Application number: DE19772745159
Authority: DE
Inventors: Peter Haeberlein
Original assignee: Institut Dr Friedrich Foerster Pruefgeraetebau GmbH and Co KG
Current assignee: Institut Dr Friedrich Foerster Pruefgeraetebau GmbH and Co KG
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1979-04-19
Also published as: GB2005795B; GB2005795A; SE7809689L; DE2745159B2; FR2405464A1; SE429786B; IT7828435A0; US4270089A; DE2745159C3; IT1099247B; FR2405464B1

Description

Anmelder: INSITUT DR. FRIEDRICH FÖRSTER Prüfgerätebau Unser Zeichen: A 269

Prüfkopf mit eine oder mehrere Prüfsonden aufnehmendem Tragkörper

Die Erfindung betrifft einen Prüfkopf mit einem eine oder mehrere Prüfsonden aufnehmenden Tragkörper, der sich zum Abtasten einer Oberfläche durch die Prüfsonden zwischen zwei Endpunkten einer Bahn hin und her bewegt, mit einer Führungsvorrichtung, die die Bahn des Tragkörpers bestimmt, und mit einer Antriebsvorrichtung, die die oszillierende Bewegung des Tragkörpers erzeugt.

Derartige Prüfköpfe sind in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, insbesondere zum Prüfen von Halbzeugoberflächen auf Fehler seit langem und in verschiedenen Formen bekannt. Aus US-PS 3281667 ist eine Anordnung bekannt, in der eine an der Spitze eines Hebels befestigte Prüfsonde dadurch hin und her bewegt wird, daß der mittig gelagerte Hebel an seinem Ende mit einem Exzenter verbunden ist. In US-PS 3469182 ist ein Sondenbalken mit einer Anzahl von Prüfsonden beschrieben, dem an seinen beiden Enden durch Exzenter eine oszillierende Bewegung überlagert wird. Ein erster Nachteil der beschriebenen Gegenstände, der im gekrümmten Verlauf der Sondenbahnen gesehen wird, ließe sich relativ einfach

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durch Verwendung entsprechender Führungen vermeiden. Ein schwerer wiegender Nachteil besteht darin, daß die Geschwindigkeit der oszillierenden Bewegung sich sinusförmig zwischen Null und einem Maximalwert ändert und nur in einem sehr kleinen Bereich annähernd konstant ist. Es ist festgestellt worden, daß sich dieser Umstand insbesondere bei der Weiterverarbeitung der Sondensignalspannung im Filtern störend auswirkt. Bedingt durch die schwankende Geschwindigkeit der Sonden wird

eine zu große Bandbreite des Filters nötig. Das wiederum führt zu einer Verschlechterung des Störabstandes der Signalspannung. Für die Prüfung von Knüppeln ist ^l·" ans US-PS 3311819 eine Anordnung bekannt, die innerhalb eines gewissen Bereichs, d.h. über die Breite eines Knüppels eine Abtastbewegung weitgehend konstanter Geschwindigkeit ermöglicht. Die oszillierende Bewegung der Prüfsonde wird hier vom Kolben eines Hydraulikarbeitszylinders abgenommen, dessen Bewegungsrichtung jedesmal umgesteuert wird, wenn ein Fühler das Erreichen der Knüppelkante durch den Sondenträger meldet. Von Nachteil sind die hohen Kosten, die Abhängigkeit von einer Hydraulikzuleitung sowie der große Raumbedarf einer solchen Anordnung.

Die Erfindung stellt sich dem gegenüber einen Prüfkopf gemäß der eingangs beschriebenen Gattung zur Aufgabe, der bei geringem Raum- und Kostenbedarf und einfacher Konstruktionsweise innerhalb eines weiten Bereichs der Bahn streng konstante Geschwindigkeit gewährleistet.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Prüfkopf, der gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

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Man erzielt dabei in einfacher Weise einen Bereich konstanter Geschwindigkeit, der fast beliebig großgemacht werden kann, so groß nämlich, wie der Achsabstand der beiden Umlenkrotierkörper. Die Konstanz der Geschwindigkeit im genannten Bereich hängt dabei im wesentlichen nur vom dabei verwendeten Antriebsmotor ab. Eine sehr kompakte Bauweise wird möglich. Daraus resultiert ein breiter Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Prüfkopfes. Bei entsprechender Auslegung lassen sich auch ohne weiteres recht hohe Schwinggeschwindigkeiten erzielen. Das wiederum ermöglicht eine schnelle Vorschubbewegung des Prüfkopfes quer zur Bahn der oszillierenden Bewegung und damit eine hohe Prüfgeschwindigkeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe einiger Figuren näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Figur 1 Schnitt durch einen Handtaster mit

Prüfkopf
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Figur 2 weiterer Schnitt

Figur 3 weiterer Schnitt

Figur 4 alternatives Einzelteil

Figur 5 Prüfkopf für die Brammenprüfung

Figur 6 Schnitt durch den Prüfkopf

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Die Figuren 1-3 stellen in verschiedenen Schnitten einen Handtaster als Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prüfkopfes dar. Dabei soll unter Handtaster ein von Hand über die Oberfläche eines Prüfteils zu führender Taster mit Fehlerprüfsonden, insbesondere Wirbelstromsonden verstanden werden. Solche Prüftaster besitzen normalerweise unbeweglich eingebaute Sonden, neuerdings jedoch auch auf einer Kreisbahn rotierende Sonden, namentlich zur Prüfung des Schaftes von Bohrungen. Im vorliegenden Falle führt die Sonde eine oszillierende Bewegung entlang einer geraden Bahn durch. Dadurch können breitflächige manuelle Fehlerprüfungen durchgeführt werden, die insbesondere für die routinemäßigen Überprüfungen von Bauteilen in der Luftfahrttechnik von großem Interesse sind.

Die wesentlichen Baugruppen des Handtasters 1 sind: ein Tragkörper 3, eine Führungsvorrichtung 5, eine Antriebsvorrichtung 7, ein Gehäuse 9 und ein Anschlußkabel 11. Tragkörper 3 birgt in einer Bohrung 13 eine Prüfsonde 15, die über Anschlußdrähte 17 mit dem Kabel 11 verbunden ist. An seiner Oberseite weist der Tragkörper 3 eine quer zu seiner Bewegungsrichtung verlaufende Nut 19 auf. Zur Führung des Tragkörpers 3 dient die Führungsvorrichtung 5, die aus einem Rundstab 21 und einer Vierkantleiste 23 besteht. Rundstab 21 und Vierkantleiste 23 laufen in einer Bohrung bzw. Nut des Tragkörpers 3. Die einzelnen Bauteile der Antriebsvorrichtung 7 sind an einem Balken 25 angebracht. Dieser ist zwischen zwei Blechen 27 befestigt, die auch Rundstab 21 und Leiste 23 der Führungsvorrichtung 5 tragen. Ein Antriebsmotor 29 mit Anschlußdrähten 30 ist mittels Lasche 31 und Schraube 33 am Balken 25 befestigt. Im Balken 25 sind ferner Lager 35 5 und 37 montiert, in denen Wellen 39 und 41 lauten.

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Welle 41 wird von Motor 29 angetrieben über ein Stirnrad 43 und ein Triebrad 45. Die unteren Enden der Wellen 39 und 41 tragen Umlenkrollen 47 und 49, auf die textilverstärktes endloses Treibband 51 aufgezogen ist.

Am äußeren Umfang des Treibbandes 51 ist ein Stift 53 senkrecht zur Bandlaufrichtung angebracht. Er wird gehalten mit Hilfe eines Streifens 55, der mit dem Treibband 51 in geeigneter Weise, z.B. durch Kleben und Vulkanisieren, verbunden ist. Stift 53 überragt die Breite des Treibbandes 51 und greift mit seinem unteren Teil in die Nut 19 des Tragkörpers 3 ein. Gegenüber von Umlenkrolle 49 ist in einer Lasche 52 ein Fühler 50 gehaltert, dessen Anschlußdrähte 54 am Kabel 11 angeschlossen sind. Fühler 50 besteht in einem Tonkopf und gibt bei jedem Vorbeilauf des zu diesem Zweck magnetisierten Stiftes 53 einen Synchronisationsimpuls ab.

Die Bauteile des Handtasters 1 werden geschützt und zusammengefaßt durch das Gehäuse 9, das aus einem Mantel 55, zwei Mantelblechen 57, zwei Seitenblechen 59 und einer Bodenplatte 61 besteht. Da die letztere vom magnetischen Wechselfeld der Prüfsonde 15 durchdrungen werden soll, ist sie in geringer Dicke und aus magnetisch und elektrisch schwach leitendem Material, z.B. ■ austenitischem Stahl, ausgeführt. Das Kabel 11 ist durch eine Durchführungstülle 63 am Blech 59 des Gehäuses 9 befestigt. Es verbindet Antriebsmotor 29, Prüfsonde 15 und Fühler 50 elektrisch mit einem hier nicht dargestellten Steuer- und Auswertegerät.

Der beschriebene Handtaster 1 arbeitet wie folgt. Umlenkrolle 4 9 wird vom Antriebsmotor 29 in einer Drehzahl angetrieben, die durch die Räder 45 und 43 etwa 6:1 untersetzt worden ist. Das mit einer Frequenz von etwa 10 Hz umlaufende Treibband 51 zwingt dem Tragkörper 3 durch den in Nut 19 eingreifenden Stift 53 eine

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oszillierende Bewegung der gleichen Frequenz auf. Dabei bewegt sich Punkt 64 des Tragkörpers auf einer Bahn zwischen den Endpunkten 69 hin und her. Zwischen den Punkten 67, deren Abstand voneinander dem Abstand der Umlenkrollen 47 und 49 entspricht, bleibt die Geschwindigkeit der oszillierenden Bewegung streng konstant. Zwischen den Punkten 69 und 67 ändert die Geschwindigkeit sinusförmig.

In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, das Signal der Prüfsonde 15 in den kurzen Bereichen zu unterdrücken, in denen sich die Geschwindigkeit sinusförmig ändert. Dies ist leicht möglich, indem man im Übertragungsweg einen Schalter vorsieht, der vom Umlaufzyklus des Treibbandes 51 gesteuert wird. So könnten z.B. an den Punkten 67 jeweils beiderseits des Treibbandes 51 zwei Fühler angebracht sein, die beim Vorbeilauf des Stiftes 53 Impulse abgeben. Der Impuls des ersten Fühlers könnte durch den genannten Schalter den Übertragungsweg unterbrechen, der Impuls des zweiten Fühlers könnte ihn wieder schließen. Im vorliegenden Beispiel soll die Steuerung eines solchen Schalters von einer elektronisch gewonnenen Impulsfolge gesteuert werden. In diesem Falle genügt es, einen Fühler 50 vorzusehen, dessen Signal die Impulsfolge mit der Umlauffrequenz des Treibbandes 51 synchronisiert.

Figur 4 zeigt eine Abwandlung der Nut 19 in der Oberseite des Tragkörpers 3. Bei der bisher beschriebenen Ausführung mit gerader Nut 19 entspricht der Weg des Tragkörpers 3 zwischen den Punkten 67 und 69 dem Radius der Bewegung des Stiftes 53, also etwa dem Radius der Umlenkrollen 57 und 49. Der für die Prüfteilabtastung nicht ausgenützte "tote" Weg zwischen den Punkten 67 und 69 kann verkürzt werden, indem man den Stift 53

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nicht an einer geraden Nut 19, sondern an einer Kurve 71 entlanggleiten läßt, die nur in ihren äußeren Bereichen einen geraden Verlauf senkrecht zur Bahn 65 nimmt, im mittleren Bereich jedoch annähernd den Verlauf der Krümmung der beiden Umlenkrollen 47 und 49 nimmt.

In den Figuren 5 und 6 sind zwei Schnitte durch einen Prüfkopf 73 dargestellt, der für die Prüfung von Brammen vorgesehen ist und der ein Teil eines Systems zur vollständigen Abtastung der Oberfläche einer Bramme bildet. Prüfkopf 73 hat darin die Aufgabe einen Streifen der Breite b abzutasten, während er in Richtung von Pfeil 74 über die Brammenoberfläche gleitet. Tragkörper 75 des Prüfkopfes 73 trägt in einer kreisförmigen öffnung einen Sondenkörper 77, der mit Schrauben 78 befestigt ist und in dessen Innerem eine Prüfsonde (nicht sichtbar) eingebaut ist. Zur Abschirmung gegen Störfelder besitzt der Sondenkörper 77 einen dicken Mantel aus Kupfer. An dem Sondenkörper ist ein Rohr 79 angelötet, das über eine Kabelausführung 81 in Kabel 82 mündet. Am Rohr 79 ist ein -Eisenblech 83 angebracht. Tragkörper 75 wird geführt von einer Führungsvorrichtung 85, die in einem Rundstab 87 und einer Vierkantleiste 89 besteht. Die letztere läuft in einer Nut 91 einer ü-förmigen Leiste 93, die durch eine Schraube 95 am Tragkörper 75 befestigt ist. Rundstab 87 und Vierkantleiste 89 sind mit Hilfe von Montagewinkeln 92 mit den Gehäusewänden 94 verbunden. Eine Antriebsvorrichtung 96 ist an eine Tragschiene 97 montiert, die mittels Winkeln 99 an den Gehäusewänden 94 angebracht ist. Zwei Wellen sind durch Stifte 103 fest an Tragschiene 97 fixiert und tragen auf nicht dargestellten Lagern zwei Kettenräder 105 mit jeweils zwei Zahnkränzen 107 und 109. Auf den letzteren läuft eine Doppelkette 111, von der der Einfachheit halber nur einige Glieder dargestellt sind.

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Die Einzelketten der Doppelkette 111 sind in gewohnter Weise aufgebaut und mit Innenlaschen 113, Außenlaschen 115, Gleitrollen 117 und Verbindungsachsen 119 ausgestattet, wobei die Verbindungsachsen 119 und eine Außen- lasche 115 beiden Einzelketten gemeinsam zugehören.

Verbindungsachse 121 ist einseitig verlängert und trägt an dieser Seite einen Zylinderkopf 123, mit welchem sie die oszillierende Bewegung des Tragkörpers 75 antreibt. Durch ihre Aufhängung an der beschriebenen Doppelkette 111 verbessert sich die Befähigung der Verbindungsachse 121, Kräfte in Richtung der Führungsvorrichtung 85 zu übertragen, in erheblichem Maße. Der Zylinderkopf 123 gleitet zwischen zwei gehärteten [Schienen 125, die mit Schrauben 127 in einer Quernut 129 des Tragkörpers 75 befestigt sind. Die Kraftübertragung auf die Doppelkette 111 erfolgt durch ein zusätzliches Kettenrad 131, das von oben her in die Glieder der Doppelkette eingreift. Kettenrad 131 wird über Welle 133 von einem nicht dargestellten Getriebemotor in Rotation versetzt. Zum Herstellen von Synchronisationsimpulsen dient ein mittels Muttern 132, Scheibe 134 und Klötzchen 135 am Gehäuse 137 befestigten Annäherungsfühler 139, der über Kabel 141 an die entsprechende elektronische Steuereinheit angeschlossen ist. Ein Synchroni- sationsimpuls erfolgt jedesmal, wenn bei Endlage des Tragkörpers 75 das Eisenblech 83 in Eingriff mit dem Annährungsfühler 139 kommt. Im der Bewegungsbahn des Sondenkörpers 77 gegenüber gelegenen Bereich ist eine Reduzierung 142 des Querschnittes des Bodens von Ge häuse 137 vorgesehen, die dem besseren Durchgriff der Prüfsonde dienen soll. Am Boden des Gehäuses 137 angebrachte Gleitrippen 143 sind im der Bewegungsbahn des Sondenkörpers 77 gegenliegenden Bereich unterbrochen, um nicht Anlaß zu Pseudofehleranzeigen zu bilden. Der Betrieb des Prüfkopfes 73 erfolgt in voller Analogie zu dem des Prüfkopfes in Handtaster 1.

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Leerseite

Claims

27Ah159

Patentansprüche

Prüfkopf mit einem eine oder mehrere Prüfsonden aufnehmenden Tragkörper, der sich zum Abtasten einer Oberfläche durch die Prüfsonden zwischen zwei Endpunkten einer Bahn hin und her bewegt, mit einer Führungsvorrichtung, die die Bahn des Tragkörpers bestimmt, und mit einer Antriebsvorrichtung, die die oszillierende Bewegung des Tragkörpers erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Tragkörpers (3/75) auf der oben genannten Bahn (65) von einem Punkt (53; 121) eines zwischen mindestens zwei Umlenkrotierkörpern (47, 49; 105) umlaufenden endlosen, flexiblen Organs (51; 111) gesteuert wird.
2.) Prüfkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem genannten Punkt verbundenes mechanisches Übertragungsglied (53; 121, 123) am Tragkörper (3,75) entlang einer Linie (19, 71) angreift, die wenigstens während eines Teils ihrer Länge im wesentlichen quer zur Bahn (65) des Tragkörpers (3; 75) verläuft.

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3.) Prüfkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (19) in einer senkrecht zur Bahn (65) verlaufenden Geraden besteht.
4.) Prüfkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (71) in ihren äußeren Bereichen senkrecht zur Bahn verläuft und in dazwischen liegendem Bereich an die Krümmung der Umlenkrotierkörper (47, 49) angepaßt ist.
5.) Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Organ in einem Band (51) besteht und die Umlaufrotierkörper in Rollen (47, 49) bestehend, auf denen das Band (51) abrollt.
6.) Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (3), die Führungseinrichtung (5) und die einen Antriebsmotor einschließende Antriebsvorrichtung (7) in ein Gehäuse (9) eingebaut sind und mit diesen zu-5 sammen einen Handtaster (1) darstellen.
7.) Prüfkopf nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Organ in einer Treibkette (111) und die Umlenkrotierkörper in Kettenrädern (105) bestehen, die in die Treibkette (111) greifen und von ihr umfangen werden.
8.) Prüfkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkette (111) von einem zusätzlichen 5 Kettenrad (131) angetrieben wird.
9.) Prüfkopf nach Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische übertragungsglied in einer Verlängerung einer Verbindungsachse (121) zwischen zwei Kettengliedern der Treibkette (111) besteht.

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10.) Prüfkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkette (111) als Doppelkette auf Doppelkettenrädern (105, 107, 109) läuft. 5
11.) Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prüfsonde(n) von Ausv/erteschalterungen abtrennt, sobald der genannte Punkt (53; 121) den Bereich konstanter Geschwindigkeit in Bohrrichtung verläßt.
12.) PrüfKopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem umlaufenden Organ (51; 111) ein Fühler (50; 139) benachbart ist, der ein Synchronisationssignal abgibt, wenn ein bestimmter Punkt des Organs (53; 121) den Fühler (50; 139) passiert.
13.) Prüfkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor der aktiven Seite der Prüfsonde(n) eine dünne Schutzschicht (61) aus magnetisch und elektrisch schlecht leitendem Material befindet.

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