DE3510973C2 - - Google Patents
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Fehlerdetektoranordnung mit rotieren
den Testköpfen zur Untersuchung eines langgestreckten Test
objekts nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Eine Fehlerdetektoranordnung dieser Art ist aus der
DE-OS 21 38 458 bekannt, bei welcher eine Anzahl von Prüfköpfen
in gleichen Abständen um das Testobjekt in einer zu dessen Achse
senkrechten Ebene in einer Halterung um das Testobjekt drehbar
gelagert angeordnet sind.
Aus der DE-PS 29 24 730 ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer
ferromagnetischen Verunreinigung in einem langgestreckten Objekt
aus einem paramagnetischen Grundmaterial bekannt, bei der das
zu untersuchende Objekt nacheinander durch zwei Magnete geführt
und deren räumliche Trennung durch eine Verzögerungsschaltung
kompensiert wird.
Aus der DE-AS 24 57 670 ist eine Fehlerdetektoranordnung mit
einem rotierenden Kopf zum Abtasten der Oberfläche eines zu
prüfenden Objekts bekannt, bei welcher der Prüfkopf in einer
spiraligen Bahn über das Objekt geführt wird, indem der um
laufenden Bewegung des rotierenden Teils eine lineare Relativ
bewecung des Rotierkopfs in axialer Richtung überlagert wird.
Schließlich ist aus der DE-AS 23 35 148 eine Fehlerdektoran
ordnung mit zwei Prüfköpfen bekannt, welche längs der Be
wegungsrichtung eines langgestreckten, sich längs seiner Achse
bewegenden zu prüfenden Objekts angeordnet sind. Das Ausgangs
signal des einen Prüfkopfs wird einer Detektoranordnung direkt
zugeführt, während das Ausgangssignal des anderen Prüfkopfs
dem Detektor über ein Verzögerungsglied zugeführt wird, welches
gerade die Zeit, die für die Bewegung eines Punktes des zu
testenden Objekts von dem einen Prüfkopf zu dem anderen Prüf
kopf kompensiert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fehlerdetektor
anordnung der vorausgesetzten Art so auszubilden, daß diese ein
Fehleranzeigesignal sehr hoher Zuverlässigkeit liefert.
Diese Aufgabe wird durch eine Fehlerdetektoranordnung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Fehlerdetektor
anordnung besteht darin, daß das Ausgangssignal eines Prüfkopfes
jeweils durch die Ausgangssignale der anderen Prüfköpfe
verifiziert wird. Die so gewonnenen, verifizierten Ausgangs
signale eines jeden Prüfkopfes werden dann in einer weiteren
Einrichtung logisch miteinander verknüpft, wodurch auf besonders
zuverlässige Weise ein das Vorliegen eines Fehlers anzeigendes
Signal gewonnen wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht
darin, daß das Fehleranzeigesignal mit einem hohen Signal/Rausch-
Verhältnis erzeugt wird, wodurch die Anordnung
ein fehlerdarstellendes Signal wirksamer von Störsignalen
unterscheiden kann, so daß Fehler zuverlässiger feststellbar
sind.
Gemäß der Erfindung enthält eine Anordnung eine Mehrzahl
(n)-Prüfköpfe, die an einer rotierenden Halterung befestigt
und in gleichen Abständen (nämlich 2π/n) um das Testobjekt her
um in einer zu dessen Achse senkrechten Ebene angeordnet
sind. Die Ausgangssignale der einzelnen Prüfköpfe werden
mit Hilfe von Verzögerungsschaltungen entsprechend um
t, 2t, 3t usw. verzögert, wobei t derjenige Zeitraum ist,
den die Halterung benötigt, um sich um einen Winkel von
2π/n zu drehen. Wenn der erste Prüfkopf einen speziellen
Fehler feststellt, dann haben der zweite, dritte und vier
te Prüfkopf bereits Zeitintervalle von t, 2t bzw. 3t durch
laufen, nachdem sie denselben Fehler festgestellt haben.
Wenn also das Ausgangssignal des ersten Prüfkopfes, das
um t verzögerte Ausgangssignal des zweiten Prüfkopfes,
das um 2t verzögerte Ausgangssignal des dritten Prüfkopfes
und das um 3t verzögerte Ausgangssignal des vierten Prüf
kopfes summiert werden, dann überlappen sich die verzöger
ten bzw. die Fehlersignale und verstärken sich gegenseitig,
während Rauschstörungen keineswegs immer verstärkt werden.
Hierdurch ergibt sich eine Verbesserung des Signalrausch
verhältnisses bei der Fehlerfeststellung. Ähnlich kann
das Signalrauschverhältnis verbessert werden durch eine
weitere Summierung der Ausgangssignale des zweiten, dritten
und vierten Prüfkopfes mit verzögerten Ausgangssignalen
der anderen Prüfköpfe. Da man ein zuverlässigeres Fehler
anzeigesignal durch Synthetisierung der resultierenden
Summensignale erhalten kann, wird es zur Erzeugung eines
Alarmsignals und einer Markierung auf dem Objekt benutzt.
Die Erfindung sei nachstehend in weiteren Einzelheiten an
hand der beiliegenden Zeichnungen, die ein Ausführungsbei
spiel darstellen, erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung einer
Beziehung zwischen Prüfköpfen und einem Test
objekt gemäß einer Ausführungsform der Erfin
dung;
Fig. 2 eine Endansicht der Anordnung nach Fig. 1;
Fig. 3 ein elektrisches Blockschaltbild im Zusammenhang
mit der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2;
und
Fig. 4 Signalformen, die in verschiedenen Schaltungs
teilen der Fig. 3 auftreten.
Gemäß den Fig. 1 und 2 wird ein zylindrisches Testobjekt 1
in Pfeilrichtung 2 bewegt, und in gleichen Abständen um
das Objekt 1 herum sind Prüfköpfe 3 a, 3 b, 3 c und 3 d angeord
net. Der Winkelabstand der Prüfköpfe beträgt in diesem
Fall 90°, weil es hier vier Prüfköpfe sind. Die Prüfköpfe
werden von einer rotierenden Halterung 4 getragen und
rotieren um eine zentrale Achse 5 des Objektes 1 mit einer
konstanten Geschwindigkeit in Pfeilrichtung 6. Damit er
geben sich Abtastungen des Objektes mit den Prüfköpfen
3 a, 3 b, 3 c bzw. 3 d längs Schraubenlinienwegen 7 a, 7 b, 7 c
und 7 d.
Ein Fehler 8 wird von den Prüfköpfen 3 a bis 3 d an ihren
Schnittpunkten 8 a, 8 b, 8 c und 8 d mit den schraubenförmigen
Wegen 7 a bis 7 d festgestellt. In Fig. 4 veranschaulichen
die Signalformen Aa, Ab, Ac und Ad die Ausgangssignale
der Prüfköpfe 3 a, 3 b, 3 c bzw. 3 d, und Spitzen in diesen
Signalen zeigen die Schnittpunkte mit dem Fehler 8 an.
Wie bereits gesagt wurde, besteht zwischen benachbarten
Signalformen ein Zeitunterschied t, und die fehleranzeigen
de Spitze in der Signalform Aa tritt um Zeitpunkte t, 2 t
bzw. 3 t später als in den Signalformen Ab, Ac bzw. Ad auf.
Gemäß Fig. 3 werden die Ausgangssignale der Prüfköpfe
3 a bis 3 d unmittelbar auf Addierern 12 a, 12 b, 12 c bzw.
12 d gegeben, über um t-verzögernde Verzögerungsschal
tungen 9 a, 9 b, 9 c und 9 d zu den Addierern 12 d, 12 a, 12 b
bzw. 12 c, über um 2t-verzögernde Verzögerungsschaltungen
10 a, 10 b, 10 c und 10 d zu den Addierern 12 c, 12 d, 12 a
bzw. 12 b und über um 3t-verzögernde Verzögerungsschaltungen
11 a, 11 b, 11 c und 11 d zu den Addierschaltungen 12 b, 12 c
12 d bzw. 12 a. Die Ausgangssignale der Addierer 12 a, 12 b,
12 c und 12 d werden entsprechenden Eingängen von Vergleichs
schaltungen 13 a, 13 b, 13 c bzw. 13 d zugeführt, deren zwei
ten Eingängen die Ausgänge von Registern 14 a, 14 b, 14 c bzw.
14 d zugeführt werden. Die Ausgänge dieser Vergleichsschal
tungen sind mit einem Signalsynthesizer 15 gekoppelt, des
sen Ausgangssignal einer Auswertungsschaltung zugeführt,
etwa Steuerschaltungen 16 und 17 für die Längs- bzw.
Rotationsbewegung und einem Alarmgerät 18.
Im Betrieb werden die Ausgangssignale Aa, Ab, Ac und Ad
durch die Verzögerungsschaltungen 9 a bis 9 d um ein
Zeitintervall t, durch die Verzögerungsschaltungen 10 a bis
10 d um ein Zeitintervall von 2t und durch die Verzögerungs
schaltungen 11 a bis 11 d um ein Intervall von 3t verzögert.
Damit ergeben sich die in Fig. 4 dargestellten Ausgangs
signale Bb, Pc und Bd der Verzögerungsschaltungen 9 b, 10 c
bzw. 11 d. Diese Ausgangssignale Bb, Bc und Bd werden mit
dem Ausgangssignal Aa des Prüfkopfes 3 a im Addierer 12 a
zu einem Summensignal C addiert, wie es Fig. 4 zeigt.
Die fehleranzeigenden Spitzen der Signale Aa, Bb, Bc und
Bd, die zeitlich praktisch zusammenfallen, erscheinen
summiert im Signal C als herausragende Spitze über dem
nicht verstärkten Rauschpegel. Ein Gleichspannungspegel
D, der niedriger als die Spitzen P aber genügend höher
als der Rauschpegel ist, wird vorher in Register 14 a
gespeichert, und die Vergleichsschaltung 13 a liefert
ein Ausgangssignal, wenn ihr erstes Eingangssignal C höher
als ihr zweites Eingangssignal D ist. Damit stellt das
Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 13 a ein fehler
anzeigendes Signal mit einem stark verbesserten Signal/
Rausch-Verhältnis dar. Ähnliches gilt für die Vergleichs
schaltungen 13 b, 13 c und 13 d, so daß die Vergleichsschal
tungen 13 a bis 13 d nacheinander mit gegenseitigen Zeit
abständen von t deutliche Fehleranzeigesignale liefern.
Diese Signale werden im Signalsynthesizer 15 logisch
summiert oder anderweitig geeignet verarbeitet, und
erscheinen an dessen Ausgang als verstärktes Fehlersignal.
Auf dieses Signal hin unterbrechen die Steuerschaltungen
16 und 17 für die lineare und die Drehbewegung die Axial
bewegung des Objektes 1 und die Drehbewegung der Halte
rung 4, und das Alarmgerät 18 erzeugt einen sichtbaren
und/oder hörbaren Alarm.
Es wurde bereits gesagt, daß die erfindungsgemäße Anordnung
ein zuverlässiges Fehleranzeigesignal mit einem hohen
Signalrauschverhältnis liefert, welches eine Produktüber
wachung mit hoher Zuverlässigkeit erlaubt. Weiterhin hat
die rotierende Halterung 4 dieser Anordnung eine hohe
Drehstabilität, weil die Prüfköpfe an ihr symmetrisch
um die Drehachse angeordnet sind. Dieses Merkmal ist von
Vorteil im Sinne einer besseren Prüfwirkung, weil die
Drehgeschwindigkeit der Halterung 4 höher sein kann. Außerdem
erlaubt diese radiale Anordnung der Prüfköpfe eine Verkür
zung der axialen Länge der Halterung 4, die sich dadurch
leichter Warten und Überholen läßt.
Zur Abnahme der Ausgangssignale von den Prüfköpfen von
der rotierenden Halterung 4 über Schleifringe kann man
vorteilhafterweise ein Zeitunterteilungssystem anwenden,
um die Anzahl der Schleifringe zu verringern.
In der vorstehenden Beschreibung wurde kein Vorschlag
hinsichtlich des für die Fehlerermittlung benutzten Mediums
gemacht, welches von den Testköpfen ausgeht, da hier keine
unmittelbare Beziehung zur Erfindung besteht. Jedoch kann
dieses Medium im Einzelfall willkürlich gewählt werden
entsprechend unterschiedlichen Testbedingungen, und zwar
aus bekannten magnetischen, elektrischen, akustischen,
optischen oder mechanischen Medien, wie es in dem eingangs
erwähnten Artikel von Hoffman vorgeschlagen ist.
Claims (1)
- Fehlerdetektoranordnung mit rotierenden Testköpfen zur Untersuchung eines langgestreckten Testobjektes, welches sich in Längsrichtung bewegt, mit einer Anzahl n von Prüf köpfen (3 a-3 d), die in gleichen Abständen um das Testobjekt in einer zu dessen Achse senkrechten Ebene angeordnet und diesem zugewandt sind, und mit einer Halterung (4), in der die Prüfköpfe (3 a-3 d) zur Rotation um die Achse gelagert sind, gekennzeichnet durch
eine Anzahl von Addiererschaltungen (12 a-12 d), von denen jede einem der Prüfköpfe (3 a-3 d) zugeordnet ist,
eine Anzahl von Verzögerungseinrichtunqen (9 a-9 d, 10 a-10 d, 11 a-11 d), die entsprechend ihrer Signalverzögerungszeit (t) so zwischen diese Prüfköpfe und die jeweiligen Addierer schaltungen (12 a-12 d) geschaltet sind, so daß jede Addierer schaltung (12 a) von dem ihm zugeordneten Prüfkopf (3 a) direkt und von den den anderen Addiererschaltungen (12 b-12 d) zugeordneten Prüfköpfen (3 b-3 d) zeitlich zusammenfallende Signale erhält, wobei die Verzögerungszeit (t) zwischen den einer Addiererschaltung (12 a, 12 b, 12 c, 12 d) zugeführten Signalen jeweils zweier benachbarter Prüfköpfe (3 a-3 d) der jenige Zeitraum ist, den die Halterung (4) benötigt, um sich um einen Winkel 2π/n zu drehen, eine Anzahl von Detektorschaltungen (13 a-13 d), von denen jede einer der Addiererschaltungen (12 a-12 d) zugeordnet ist, um defektanzeigende Signale im Ausgangssignal der Addiererschaltungen (12 a-12 d) zu detektieren, und eine Einrichtung (15) zum logischen Kombinieren der Ausgangssignale der Detektorschaltungen (13 a-13 d), die ein das Vorliegen eines Defekts in dem Objekt anzeigendes Signal erzeugt.
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