DE2745159C3

DE2745159C3 -

Info

Publication number: DE2745159C3
Application number: DE2745159A
Authority: DE
Inventors: Peter 7410 Reutlingen 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: 1980-10-09
Also published as: SE7809689L; IT1099247B; SE429786B; US4270089A; IT7828435A0; DE2745159A1; GB2005795A; FR2405464B1; FR2405464A1; DE2745159B2; GB2005795B

Description

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

π 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 32 81 667 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 34 69 182 ist ein Sondenbalken mit einer Anzahl von Prüfsonden beschrieben, dem an seinen beiden Enden durch Exzenter eine oszillierende Bewegung überlagert

jo wird. Ein erster Nachteil der beschriebenen Gegenstände, der im gekrümmten Verlauf der Sondenbahnen gesehen wird, lieöe sich relativ einfach durch Verwendung entsprechender Führungen vermeiden. Ein schwerer wiegender Nachteil besteht darin, daß die Ge-

J5 schwindigkeit 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 Brandbreite des Filters nötig. Das wiederum führt zu einer Verschlechterung des Störabstandes der Signalspannung. Für die Prüfung von Knüppeln ist aus US-PS 33 11819 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

M) und einfacher Konstruktionsweise innerhalb eines weiten Bereichs der Bahn streng konstante Geschwindigkeit gewährleistet.

Die Aufgabe wird bei einem Prüfkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruch I durch die kennzeich-

h^r, ncnden Merkmale dieses Patentanspruchs gelöst.

Man erzielt dabei in einfacher Weise einen Bereich konstanter Geschwindigkeit, der fast beliebig groß gemacht werden kann, so groß nämlich, wie der

Achsubstand tier beiden Umlenkrotierkörper. Pie Konstanz der Geschwindigkeit im genannten Bereich hangt dabei im wesentlichen nur vom dabei verwendeten Antriebsmotor ab. Eine sehr kompakte Bauweise wird möglich. Daraus resultiert ein breiter Anwcn- ^r> dung-sbereich des erfindungsgemäßen Prüfkopfes. Hei entsprechender Auslegung lassen sich auch ohne weiteres recht hohe Sehwinggeschwindigkeiien 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 Unteransprijchen.

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

Fig. 1 Schnitt durch einen Handtaster mit Prüfkopf

Fig.2 weiterer Schnitt durch den Handtaster nach F i g. 1

F i g. 3 weiterer Schnitt durch den Handtaster nach Fig. I

F i g. 4 alternatives Einzelteil

Fig. 5 Prüfkopf für die Brammenprüfung

F i g. 6 Schnitt durch den Prüfkopf nach F i g. 5.

Die Fig. 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 Prül teils zu führender Taster mit Fehlerprüfsonden, jo insbesondere Wirbelstromsonden verstanden werden. Solche Prüftaster besitzen normalerweise unbeweglich eingebaute Sonden, neuerdings jedoch auch auf einer Kreisbahn rotierende Sonden, namentlich zur Prüfung der Wandung von Bohrungen. Im vorliegenden Falle js 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 sriner 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 w 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 und 37 montiert, in denen Wellen 39 und 41 laufen.

Welle 41 wird von Motor 29 angetrieben über ein Stirnrad 43 und ein Triebrad 45. Din unteren Enden der Wellen 39 und 41 tragen Umlenkrollen 47 und 49, auf die tcxtilverstärktes endloses Treibband 51 aufgezogen ist. ns Am äußeren Umfang des Treibbandes 51 ist ein Stift 53 senkrecht zur B.'ndlaufrichtung angebracht. Er wird gehalten mit Hilfe fines Streifens 55. der mit dem f reibband 5( in geeigneter Weise, /. U. durch Kleben und Vulkanisieren, verbunden ist. Stift 51 üherratü die Breite des Treibbandes 51 und greift mit teincm linieren Teil in die Nut 19 des Tragkörpers I ein. Gegenüber von Umlenkrolle 49 ist in einer Lasche 52 ein I ühler 50 gehaltert, dessen Anschlulldrähte 54 am K.ibel 11 angeschlossen sind. Fühler 50 besteht in einem Tonkopf und gibt bei jedem Vorbeilauf des zu diesem Zweck magnetisieren Stiftes 53 einen Synchronisalionsimpuls ab.

Die Bauteile des Handlasters 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 DurchführungstüMe 63 am Blech 59 des Gehäuses 9 befestigt. Es verbindet Antriebsmotor 29, Prüfsonde 15 und Fühler 50 plektrisch mit einem hier nicht dargestellten Steuer- unc» Auswertegerät.

Der beschriebene Handtaster I arbeitet wie folgt. Umlenkrolle 49 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 eiwa 10 Hz umlaufende Treibband 51 zwingt dem Tragkörper 3 durch den in Nut 19 eingreifenden Stift 53 eine oszillierende Bewegung der gleichen Frequenz auf. Dabei bewegt sich Punkt 64 des Tragkörpers auf einer Bahn 65 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 sich 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 solches 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.

Fig.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 Prüfteilabtastun<5 nicht ausgenützte »tote« Weg zwischen den Punkten 67 und 69 kann verkürzt werden, indem man den Stift 53 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 annähern] den Verlauf der Krümmung der beiden Umlenkrollen 47 urid 49 nimmt.

In den F ie. 5 und 6 sind zwei Schnitte durch einen

Prüfkopf 73 dargestellt, der für die Prüfung \on Hmminen vorgesehen ist und der ein Teil eines Svstems zur vollständigen Abtastung der Oberfläche einer Hrammc bildet. I'rüfkopf 73 hat darin die Aufgabe einen Streifen der Breite /'ab/ulaslcn, während er in Richtung von l'feil 74 über die Brammenoberfläche gleitet. Tragkörper 75 des Prüf kopfes 73 tragt in einer kreisförmigen Öffnung einen Sondenkörper 77. der mit Schrauben 78 befestigt ist und in dessen Innerem eine l'rüfsonde (nicht sichtbar) eingebaut ist. Zur Abschirmung gegen Slörfeldcr hesii/i der .Sondenkörper 77 einen dicken Mantel aus Kupfer. An dem Sondenkorper im ein Rohr 79 angelötet, das über eine Kabelausfülming 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 U-förmigen Leiste 93. die durch eine Schraube 95 am Tragkörper 75 befestigt ist. Rundstab 87 und Vierkantleisie 89 sind mit Hilfe von Montagewinkeln 92 mit den Gehäusewänden 94 verbunden. F.inc Antriebsvorrichtung % 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 Doppclkettc 111. von der der F.infachheit halber nur einige Glieder dargestellt sind.

Die Kin/elkcticn der Doppclkettc III sind in gewohnter Weise aufgebaut und mit Innenlaschen 113. Außenlaschen 115. Gleilrollen 117 und Verbindungsachsen 119 ausgestaltet, wobei die Verbindlingsachsen 119 und eine Außenlasche 115 beiden f'inzelketten gemeinsam zugehören.

Verbindiingsachse 121 ist einseitig verlängert um trägt an dieser Seile einen Zylinderkopf 123. mn welchem sie die oszillierende Bewegung des Tragkor

• pcrs 75 antreibt. Durch ihre Aufhängung an dci beschriebenen Doppclketlc III verbessert sich »in Befähigung der Verbindungsachse 121. Kräfte ir Richtung der l'ührtirigsvorrichlung 85 /u übertragen, in erheblichem Maße. Der Zylinderkopf 123 gleitei

> zwischen zwei gehärteten Schienen 125. die mil Schrauben 127 in einer Oiicrimt 129 des Tragkörpers 71 befestig! sind. Die Kraftübertragung auf die Doppclkclle 111 erfolgt durch ein zusätzliches Kettenrad Hl. da* von oben her in die Glieder der Doppclkelle eingreift

■ Keltenrad 131 wird über Welle 133 von einem mehl dargestellten Getnebsmotor in Rotation versetzt. Zuir Herstellen von Sychronisationsimpulsen dient ein mittels Muttern 132. Scheibe 134 und Klötzchen I 35 air Gehäuse 137 befestigten Annäherungsfühler 139. tier

ι übe Kabel 141 an die entsprechende elektronische Steuereinheit angeschlossen ist. Kin Synchronisations impuls erfolgt jedesmal, wenn bei f'ndlage de* Tragkörpers 75 das Kiscnhlcch 83 in l'ingriff mit dem Annährungsfühler 139 kommt. In der Bewegungsbahn

. des Sondenkörpcrs 77 gegenüber gelegenen Bereich isi eine Reduzierung 142 des Querschnittes des Bodens von Gehäuse 137 vorgesehen, die dem besseren Durchgrifl der Prin'sonde dienen soll. Am Boden des Gehäuses 137 angebrachte Gleitrippen 143 sind im der ßewegungs-

ι bahn 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 Handtastcr I.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Prülkopf mit einem eine oder mehrere Prüfsonden aufnehmenden Tragkörper, der sich zum Abtasien 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 Län^e im wesentlichen quer zur Bahnt (65) des Tragkörpers (3; 75) verläuft.

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 Sahn verläuft und in dazwischen liegendem Bereich an die Krümmung der Umlenkroiierkörper(47,49) angepaßt ist.

5. Prfifkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Organ in einem Band (51) besteht und die Umlaufrotierkörper in RolL/i (47, 49) bestehen, auf denen das Band (51) abrollt.

6. Prüfkopf nach einem Jer 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 zusammen einen Handtaster(l)darstellen.

7. Prüfkopf nach einem der Ansprüche I —4, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufende Organ in einer Treibkette (111) und die Umlenkrotierkorper 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 Kettenrad (131) angetrieben wird.

S. Prüfkopf nach Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Übertragungsglied in einer Verlängerung einer Verbindungsachsc (121) zwischen zwei Kettengliedern der Treibkette(lll)besteht.

10. Prfifkopf nach Anspruch"), dadurch gekennzeichnet, daß die Treibkette (111) als Doppelkette auf Doppelkeltcnräderii(105,107,109) läuft.

11. Priifkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prüfsonde(n) von Auswerteschalterungen abtrennt, sobald der genannte Punld (53; 121) den Bereich konstanter Geschwindigkeit in Bohrrichtung verläßt.

12. Priifkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem umlaufenden Organ (51; 111) ein Fühler (50; 139) benachbart ist, der ein Synchroni?a-(ionssigmil abgibt, wenn ein bestimmter Punkt des Organs(53; I2l|)den Kühler(5.0; 139) passiert,

|J. 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.