DE2838775C3

DE2838775C3 - Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächenfehlern an zylindrischen Metallstücken

Info

Publication number: DE2838775C3
Application number: DE2838775A
Authority: DE
Inventors: Isamu Yokosuka Komine; Katsuhiko Yokohama Shimada; Tsuguo Tokio Takahashi; Hideya Tanabe; Shuichi Tsunozaki; Masayoshi Yamada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1977-09-08
Filing date: 1978-09-06
Publication date: 1981-01-29
Also published as: IT1099474B; GB2006960A; JPS5441187A; US4258319A; JPS5732776B2; GB2006960B; DE2838775B2; IT7827428A0; DE2838775A1

Description

a) die Relativbewegung in Prüflingslängsrichtung mit Hilfe eines Schlittens (13a, 136,) erfolgt, an dem der Fühlerblock(14a, /^befestigt ist,

b) die Führungsrollen (27, 27') jedes der beiden Führungsrollenpaare in einer Ebene quer zur Prüflingslängsrichtung i« einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind,

c) die Spulen (29a-29A, 30, 31) in einer in Prüflingslängsrichtung verlaufenden Reihe in einem einzigen im Fühlerblock (14a, Hb) enthaltenen Spulenhalter (25) angeordnet sind, der an seiner Vorde/ und Rückseite in Prüflingslängsrichtnng gesehen in der Mitte zwischen den Führungsn'^.εη (27, 27') mit je einem Laufrad (28, 28') versehen ist, das jeweils in Richtung der Spiralabtastung angeordnet ist und drehbar mit der Außenfläche des Prüflings (1) in Berührung steht,

d) die Impedanzen (Z\, Zl) der Spulen (29a — 29Λ, 30) derart unterschiedlich gewählt werden, daß die Kennlinien von mit zwei der Spulen (29.1-29Λ, 30) jeweils einen Rückkopplungv kreis bildenden, von einem Oszillator (37) gespeisten Riickkopplungsverstärkern (38) jeweils für unterschiedlichen Fehlertiefenbereichen entsprechenden Wirbelstromsignale linear sind und

e) die im linearen Kennlinienbereich verstärkten, unterschiedlichen Fehlertiefenbereichen zugeordneten Signale einer Detektoreinheit (39) je einem Fehlertiefenbereich zugeordneten, unterschiedliche Farben sprühenden Düsen (SSr. 85n. 85/, 85Ή-. 85'y; der Farbmarkiereinrichtung zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen ersten Positioniertisch (7) enthält, auf dem der Prüfling (1) beim Einlaufen in axialer Richtung bewegt wird, um das eine Ende desselben in eine vorbestimmte Stellung zu bringen, einen /weiten Tisch (8) mit einer Zahl von drehbaren Rollen, um den Prüfling (1) nach dem Positionieren mit einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit zu drehen, eine Trägeranordnung (12) für die bewegliche Aufhängung des Schlittens (13a, \3b), so daß der am Schlitten (13a, \3b) aufgehängte Fühlerblock (14a, \4b) genau über dem zweiten

Tisch (8) positioniert wird, und eine Transportanlage (10), die sich im rechten Winkel zum ersten und zweiten Tisch (7 bzw. 8) bewegt, um den Prüfling (I) auf den ersten Tisch (7) vom ersten Tisch auf den zweiten Tisch (8) und schließlich vom zweiten Tisch weiter zu befördern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anordnung zum Einstellen der Vorschubgeschwindigkeit 'V) des Schlittens (13a, Mb) in Abstimmung mit der Abtastbreite enthält, die durch die Breite der Spulen (29a-29/(, 30) für die Pehlerfeststellung durch Wirbelstrom, durch die vorbestimmte Umfangsgeschwindigkeit und durch den Außendurchmesser des Prüflings (1) bestimmt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühlerblock (14a, \4b) eine Spule (31) zur Abstandsmessung durch Wirbelstrom enthält, die den Spalt zwischen den Spulen (29a-29A, 30) zur Fehlerfeststellung durch Wirbelstrom und der Außenfläche des Prüflings (1) mißt, und daß eine Kompensationsschaltung vorhanden ist, durch die ein von irgendeiner der Spulen (29a-29/j, 30) zur Fehlerfeststellung durch Wirbelstrom abgegebenes Fehlersignal einer automatischen Verstärkungsregelung unterworfen wird in Abhängigkeit vrJi einem von der Spule (31) zur Messung der Spaltbreite abgegebenen Abstandssignal.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Spulen der Spulenreihe (29a — 29h, 30) zu Gruppen zusammengefaßt sind, mit denen Fehlerstellen desselben Fehlertiefenbereichs ermittelt werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am von einer Trägeranordnung (12) getragenen Schlitten (13a, 136,) eine Grundplatte (18) aufgehängt ist, auf die von einer am Schlitten (13a, 136Jbefestigten Druckvorrichtung (3, 16) ein Druck ausgeübt wird und an der eine in horizontaler Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Schlittens (13a. 136,) gleitend gelagerte Gleitplatte (20) befestigt ist, an der federnd (21) eine Folgeplatte (22) aufgehängt ist, an der wiederum der Spulenhalter (25) mit Hilfe einer federnden Anordnung (23, 26) und eines Gelenks (24) zur genannten Schwenkung um die horizontale Achse aufgehängt ist und an deren vorderem und hinterem Ende die Führungsräder(27,27') angebracht sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (36) für den Schutz der unteren Fühlerfläche mindestens an einem Ende des Spulenhalters (25) zwischen der Spulenreihe (29a-29/7,30,31) und dem Laufrad (28,28') befestigt ist, die über die untere Fläche der Spulen hinausragt und deren untere Fläche über dem unteren Rand des Laufrades liegt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächcnfehlcrn an zylindrischen Metall-,,-, stücken, die mit einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit gedreht werden und sich in Längsrichtung relativ zu einem eine Anzahl von dem Prüfling zugewandten Spulen für die Fehlerfeststellung durch

Wirbelstrom enthaltenden Fühlerblock bewegen, der um eine senkrecht zur Prüflingsachse verlaufende horizontale Achse schwenkbar ist sowie Auslenkungen des Prüflings in Richtung der Schwenkachse folgt und der weiterhin an seinem vorderen und hinteren Ende in Prüflingslängsrichtung gesehen mit zwei von oben gegen den Prüfling preßbaren Führungsrollen versehen ist, und mit einer Farbmarkiereinrichtung, die die Fehlerstellen auf Grund von von der Fehlertiefe abhängigen Detektorsignalen automatisch markiert.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 20 25 807 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist nicht mit Sicherheit gewährleistet, daß die Spulen für die Fehlerfeststellung unabhängig von Unrundheiten und Durchbiegungen des zylindrischen Prüflings stets einen konstanten Abstand vom Prüfling einhalten. Eine exakte Messung des Fehlerausmaßes ist daher schon aus diesem Grunde mit der bekannten Vorrichtung nicht möglich.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der bekannten Art dahingehend auszugestalten, daß die Fehlerstellen entsprechend ihrem Fehlerausmaß markiert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) die Relativbewegung in Prüflingslängsrichtung mit Hilfe eines Schlittens erfolgt, an dem der Fühlerblock befestigt ist,

b) die Führungsrollen jedes der beiden Führungsroilenpaare in einer Ebene quer zur Prüflingslängsrichtung in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind,

c) die Spulen in einer in Prüflingslängsrichtung verlaufenden Reihe in einem einzigen im Fühlerblock enthaltenen Spulenhalter angeordnet sind, der an seiner Vorder- und Rückseite in Prüflingslängsrichtung gesehen in der Mitte zwischen den Führungsrollen mit je einem Laufrad versehen ist, das jeweils in Richtung der Spiralabtastung angeordnet ist und drehbar mit der Außenfläche des Prüflings in Berührung steht.

d) die Impedanzen der Spulen derart unterschiedlich gewählt werden, daß die Kennlinien von mit zwei der Spulen jeweils einen Rückkopplungskreis bildenden, von einem Oszillator gespeisten Rückkopp'ungsverstärkern jeweils Rr unterschiedlichen Fehlertiefenbereichen entsprechenden Wirbelstromsignale linear sind und

e) die im linearen Ker.nlinienbereich verstärkten, unterschiedlichen Fshlertiefenbereichen zugeordneten Signale einer Detektoreinheit je einem Fehlcrtiefenbereich zugeordneten, unterschiedliche Farben sprühenden Düsen der Farbmarkiereinrichtung zugeführt werden.

Schaltungen zur Fehlerfeststellung, wie sie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können, sind an sich aus den DE-OS 25 58 904 und 26 04 498 bekannt. Keiner dieser Druckschriften ist jedoch eine Anregung für die Lösung der obengenannten Erfindungsaufgabe zu entnehmen,

Eine andere Alisführungsform der Erfindung enthält zusätzlich zur bisher beschriebenen Grundausführung einen ersten Tisch zum Positionieren, wobei das zur Fehlerprüfung bestimmte Material axial eingeführt wird, um ein Ende desselben in eine vorbestimmte Lage zu bringen; desweiteren besteht ein zweiter Tisch mit Drehrollen zum Drehen des positionierten Materials mit einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit sowie eine Trägeranordnung für die bewegliche Aufhängung des Schlittens, so daß der vom Schlitten getragene Fühlerblock genau über dem zweiten Tisch ι positioniert wird, und eine Transportanlage, die im rechten Winke! zum ersten und zweiten Tisch verläuft, um das Prüfmaterial auf den ersten Tisch zu bringen, es vom ersten Tisch zum zweiten Tisch zu verschieben und schließlich vom zweiten Tisch wegzutransportieren.

in Eine weitere Ausführungsform der Erfindung enthält eine Einrichtung zum Einstellen der Geschwindigkeit, durch die unter Abstimmung auf die Abtastbreite oder die Steigung, die bestimmt wird durch die Größe der Spulen zur Fehlerfeststellung durch Wirbelstrom, durch

is eine vorbestimmte Umfangsgeschwindigkeit und durch den Außendurchmesser des zu prüfenden Materials, die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens so geregelt wird, daß die gesamte Außenfläche des Materials spiralförmig mit der entsprechenden Abtastbreite auf

2Ci Fehler überprüft wird.

Bei einer weiteren AusführungS".>:-m der Erfindung enthält jeder Fühierblock eine getrennte Spule, um nach dem Wirbelstromprinzip die Breite des Spalts zwischen den Spulen zur Fehlerbestimmung durch Wirbelstrom und der Außenfläche des Prüfmaterials zu messen. Danebvn ist eine Kompensationsschaltung zur automatischen Verstärkungsregelung für die von den Spulen zur Fehlerfeststellung durch Wirbelstrom erzeugten Fehlersignale in Abhängigkeit von den durch diese Abstandsmeßspulen erzeugten Spaltbreiten-Signalen vorgesehen.

Einzelne Spulen der Spulenreihe können zweckmäßigerweise zu Gruppen zusammengefaßt sein, mit denen Fehlerstellen desselben Fehlertiefenbereichs

j-, ermittelt werden.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird das Ausmaß der Materialfehler in eine Zahl von Bereichen unterteilt, und es werden automatisch die entsprechenden Markierungen in unterschiedlichen Farben wJhrend des Fehlerprüfvorgangs genau an den Fehlerstellen angebracht. Nach Abschluß der Fehlerprüfung können beispielsweise Metallstücke mit große Fehler anzeigenden Markierungen leicht festgestellt und als Ausschußprodukt ausgesondert werden, d<j bei ihnen die Entfernung der Fehlerstellen nicht mehr möglich ist. Bei Metallstücken mit Markierungen, die mittleren und kleinen Fehlern entsprechen, können diese Fehlerstellen in einem weiteren Arbeitsgang dadurch entfernt werden, daß z. B. ein Schleifgerät an den markierten

-,ο Flächen angesetzt wird, um die Fehlerstellen zu entfernen. Dadurch ergibt sich ein stark verbesserter Wirkungsgrad für die Fehlersuche und die Fehlerbeseitigung.

E\^r:e zweckmäßige Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß am von einer Trägeranordnung getragenen Schliutn eine Grundplatte aufgehängt ist. auf die von einer am Schlitten befestigten Druckvorrich tung ein Druck ausgeübt wird und an der eine in horizontaler Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung

_b0 des Schlittens gleitend gelagerte Gleitplatte befestigt ist, an der federnd eine Folgeplatte aufgehängt ist, an der wiederum der Spulenhalter mit Hilf ^ einer federnden Anordnung und eines Gelenks zur genannten Schwenkung um die horizontale Achse aufgehängt ist

ι,··; und an deren vorderem und hinterem Ende die Führungsräder angebracht sind.

Um die Spulen gegen Beschädigung durch den Prüfling zu schützen, kann eine Einrichtung für den

Schutz der unteren Rihlcrflächc mindestens an einem Finde des Spulenhalters zwischen der Spulenreihc und dem Laufrad befestigt sein, die über die untere I Niche der Spulen hinausragt und deren untere I lache über dem unteren Rand des Laufrades liegt.

An Hand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Ls zeigt

F i g. 1 eine Perspektivdarstellung eines Aiisführungsbcispiels einer Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Vorderansicht der in F i g. I gezeigten Vorrichtung als Teilschnitt,

Fig. 3 eine vergrößerte Vorderansicht eines Fühlerblocks,

F i g. 4 eine Ansicht des Fühierblocks in Pfeilrichtung längs der Linie IVIV in Fig. 3.

Fig. 5a einen Querschnitt durch Rundmetallteile mit Unrundheiten,

F i g. 5b einen Querschnitt durch ein Rundmetallstück mit Vorsprüngen,

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild einer Fehlerprüfschaltung.

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Signalverarbeitungsschaltiing für eine Fehlerprüfvorrichtung.

In Fig. 1 und 2 bezeichnet die Bezugszahl 4 einen Auslauftisch einer vorgeschalteten Bearbeitungsanlage, der mit der Fehlerprüfanlage durch einen Seilquerschlepper 5 und einen Kettenquerschlepper 6 verbunden ist.

Die Vorrichtung zur Fehlerfeststellung enthält einen Positioniertisch 7 und einen Tisch mit Drehrollen 8, die beide parallel zueinander angeordnet sind, und die Vorrichtung enthält weiterhin einen Auslauftisch 9 parallel dazu, der mit einer nachgcschaltetcn Verarbeitungsanlage in Verbindung steht, z. B. mit einer Schleifanlage. Weiterhin enthält die Vorrichtung eine Transportanlage 10. die sich im rechten Winkel zu den Tischeinheiten 7, 8 und 9 bewegt, wobei die durch den Kettenquerschlepper 6 in Querrichtung bewegten runden Metallteile einzeln nacheinander auf den Positioniertisch 7 gebracht werden, von dem sie dann aut aen Tisch mit Drehroiien 8 und weiici hin /um Auslauftisch 9 transportiert werden. Der Positioniertisch 7 enthält einen Hydraulikzylinder 11. der ein Ende des Metallstücks 1 beim Einlaufen auf den Positioniertisch 7 in eine vorbestimmte Stellung schiebt. Oberhalb des Tisches mit Drehrollen 8 liegt eine Trägeranordnung 12. und zwei Schlitten 13.7 und 136 sind an dieser Trägeranordnung 12 beweglich aufgehängt. Fiihlerblöcke 14a bzw. 146 hängen so an den Schlitten 13<i bzw. 136. daß sie durch Druckvorrichtungen oder Hydraulikzylinder 3 genau über dem Tisch mit Drehrollen 8 angehoben und abgesenkt werden können. In Verlängerung des Tisches mit Drehrollen 8 und innerhalb der Reichweite der Trägeranordnung 12 ist eine Drehrollen-Eicheinheit 15 angeordnet, welche die Fühlerkennlinien eicht.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Schlitten 13a und 136 an der Trägeranordnung 12 aufgehängt, und ihre Fühlerblöcke 14a bzw. 146 prüfen je eine halbe Länge des Rundmetallteils 1 auf Fehler, mit einer geringen Überlappung, wodurch die für die Prüfung der gesamten Länge der Metallteile erforderliche Zeit auf die Hälfte reduziert wird. In den Figuren ist das linke Ende des runden Metaüstücks 1 mit dem Positioniertisch 7 in eine vorbestimmte Stellung gebracht worden und gleichzeitig wird seine Länge gemessen. Dann verschiebt die Transpormnlage IO das runde Meiallteil 1 parallel auf den Tisch mit Drehroilcn 8. wo es mit einer vorbestimmten konstanten Umfangsgeschwindigkeit gedreht wird. Die Trägeranordnung 12 enthält einen Stellungsfühlor, / B. einen (nicht gezeigten) Grenzschalter an einer Stelle, die der vorbestimmten F.ndstellung entspricht, sowie in einer Zahl vor Mittelstellungen, wobei der Schlitten 13<j in einer vorbestimmten linken Endstellung angehalten wird, die der entsprechende .Stellungsfühler wahrnimmt, während der andere Schlitten 136 in einer Stellung angehalten wird, die gegenüber der von einem der Stellungsfühler aufgenommenen Mittelstellung um einen Betrag nach links versetzt ist, der einer vorbestimmten Überlappung entspricht: die entsprechende Mittelstellung wird auf Grund der vorausgegangenen Längenmessung aus einer Zahl von mittleren Punkten gewählt, und die Schlitten 13a und 136 werden dementsprechend in die Ausgangsstellung für die Fehlerprüfung gebracht. In diesem Ausgangszustand werden die an den Schlitten 13,7bzw. 136aufgehängten Fühlerblöcke 14abzw. 146in Berührung mit der Oberfläche des runden Metallstücks I gebracht, und das Ende des runden Metallstücks 1 wird durch seine Drehung über einen Umlauf auf Fehler überprüft, um das nicht geprüfte Endstück zu reduzieren. Daraufhin wird die Außenfläche des runden Metalls'ücks 1 in seiner Gesamtheit spiralförmig abgetastet, wobei die Schlitten 13a und 136 nach rechts bewegt werden.

jeder Fühlerblock ist so aufgebaut, wie es in F i g. 3 und 4 gezeigt wird, d. h., er enthält eine Grundplatte 18. die am Schlitten mit einer vertikal beweglichen Druckstange 16 befestigt ist. die mit der Kolbenstange eines Hydraulikzylinders 3 gekoppelt und mit dem Schlitten durch Führungsstäbe 17 verbunden ist, um die Grundplatte 18 bezüglich des Schlittens vertikal zu führen: an der Grundplatte 18 ist eine Gleitplatte 20 befestigt, die in horizontaler Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung des Schlittens mit Gleitschienen 19 gleitend gelagert ist, damit die Grundplatte 18 den Schwingungen des runden Metallstücks 1 auf Grund seiner Durchbiegung folgen kann. Eine Folgeplatte 22

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aufgehängt, und eine Fühlerhalterung 25 ist an der Folpeplatte 22 mit Federn 23 (Wickelfedern) und einem Gelenk 24 aufgehängt. Die Fühlerhalterung 25 im demnach um das Gelenk 24 in einer Ebene in Vorschubrichtung des Schlittens bezüglich der Grundplatte 18 drehbar gelagert. Die Fühlerhalterung 25 ist so ausgelegt, daß sie die Druckkraft der vertikal beweglichen Druckstange 16 durch die Federn 21 und 23 aufnimmt. Im Inneren der Fühlerhalterung 25 ist eine Zahl von Spulen 29a. 296, 29c, 29d 29e, 29i 79g. 29/) und 30 zur Fehlerfeststellung durch Wirbelstrom sowie eine Spule 31 zur Abstandsmessung untergebracht, die in Bewegungsrichtung des Schlittens bzw. in Längsrichtung des runden Metallstücks 1 in einer Reihe angeordnet und nach unten gerichtet sind, so daß die untere Fläche der Spulen gegenüber der Außenfläche des runden Metallteils 1 liegt und zwischen beiden ein vorbestimmter Spalt besteht Durch die Drehung des runden Metallstücks 1 und die durch den Schlitten verursachte Längsbewegung des Fühlerbiocks 14a oder 146 wird demnach die Oberfläche des runden Metallteils 1 von den Spulen 29a bis 29Λ und 30 spiralförmig abgetastet, mit einer Steigung, die der Gesamtbreite dieser Spulenreihe entspricht. Die Stäbe 26 sind Führungsstäbe, die an ihrem unteren Ende am Gelenk

24 befestigt sind und gleitend durch die Grundplatten 20 und 22 verlaufen.

Am \orderen und hinteren LmIc der l'olgcplatte 22 sind je zwei lühnmgsrader 27 und 27' angebracht, die /u beiden Seiten der Bewegungsrichtung in einem bestimmten Abstand umeinander angeordnet sind, so daß jedes Führiingsradpaar von der Seite gegen die Außenf'üche des runden Metallteile 1 gepreßt wird, während die Oberseite desselben zwischen den Rädern liegt, wie in F i g. 4 gezeigt, /wei Laufrader 28 und 28' sind an der Vorder- und I Unterseite der Fühlerhalterung

25 innerhalb des von den vier Führungsrädern 27 und 27' abgegrenzten Bereichs angebracht, wodurch die Spaltbreite zwischen der Unterfläche der dazwischenliegenden Spulen 29,7 bis 29Λ und 30 sowie der Abstandsmeßspule 31 und der Oberfläche des runden Metallteils 1 auf einem vorbestimmten Wert. z. B. 5 mm. festgehalten wird Die Spulen sind an der Fühlerhalterung 25 mit einem Spulenhalter 32 aus nichtmagnetischem Metall befestigt, und in einem vorbestimmten Abstand zum Vorderteil der Fühlerhalterung 25 sind Näherungsschalter 33 und 34 befestigt, um das Ende des runden Metalltcils festzustellen.

Wie in Fig. 5a. 5b gezeigt, enthält das runde Metallteil 1 gewöhnlich konkave Unrundheiten 35,·) oder konvexe Vorsprünge 356; wenn eine solche Unrundheit durch die Drehung des runden Mctallteils 1 sich dem Spulenunterteil nähert, folgen die oben beschriebenen Laufräder 28 und 28' des Spulenhalters 25 diesen Unrundheiten und halten somit den Spalt unter den Spulen auf einem konstanten Wert, wodurch verhindert wird, daß solche Vorsprünge die Spulen beschädigen: durch die Konstanthaltung des Spalts zwischen den Spulen und der Außenfläche des Metallteils wird jede Änderung der Prüfkennlinien vermieden.

Ebenfalls am Ende der Fühlerhalterung 25 und auf der Seite des Endes des runden Metallteils ist ein Schutzanschlag 36 vorgesehen, der über die Spulenunterfläche vorsteht und oberhalb des unteren Randes der Laufräder liegt, um die Spulen gegen Beschädigung durch die Kante des Metallteils zu schützen, falls das

ι ~..f-„A iu .-.1 j„- r_-j ι i-_ ι4„.„il.,:u „ur«n.

Spule für die lehlerfestslellung darstellt, so ist das entstehende Ausgangssignal /:'. , durch folgende Beziehung gegeben

- G

Z₁ + Z,

worin Ci der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 ist.

in Durch geeignete Wahl der Werte für die Spulenimpedanzen Ζ, und Z) ist es möglich, den Rückkopplungsfaktor der Schaltung zu ändern, und durch Änderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 38 und der Fehlerfeststellungsphase ist es möglich, den Bereich zu

!-, ändern, innerhalb dessen ein Ausgang mit brauchbarer Linearität in bezug auf die Tiefe des Fehlers erzeugt werden kann. Demnach ist eine Diskriminierung der Größe des Fehlers möglich, indem man die Spulen 29a bis 29Λ für kleine und mittlere Fehler auslegt, welche die

.'ο gewünschte Linearität für alle Fehler mi! einer Tiefe von 5 mm oder weniger aufweiten, während man die Spule 30 für große Fehler auslegt, so daß sie die gewünschte Linearität für Fehler mit einer Tiefe von mehr als 5 mm aufweist. Da sich diese Kennlinie mit der

>-, Größe der Spule ändert, kann lediglich die Spule für die Feststellung großer Fehler vergrößert werden.

Bei der Schaltung von F i g. 6 ist die Spule 31 für die Entfernungsmessung mit einer Meßschaltung verbunden, die an Stelle der Phasenmessung eine lineare

in Messung vornimmt, und ihr Ausgang wird als Steuersignal in einem Regelverstärker (automatische Verstärkungs-Regelungsschaltung) verwendet, der dem Detektorausgang nachgeschaltet ist.

Wenn bei der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform

j-, die Spulen 29a bis 29/? eine Breite von je 18 mm oder eine Gesamtbreite von 144 mm aufweisen und wenn die Steigung für die Fehlerprüfung mit 135 mm gewählt wird, was einer Überlappung von (144— 135)/144 -0.06 (6%) entspricht, und wenn die Umfangsgeschwindigkeit

4(i für die Drehung des runden Metallteils durch die Drehrollen konstant auf 500 mm/sec gehalten wird, so wird die Schlittenvorschubgeschwindigkeit V bestimmt

A_n* I .

Der erste und zweite Näherungsschalter 33 und 34 ist vorgesehen, um das Ende des runden Metallteils festzustellen, bevor es von den Spulen erreicht wird, und die Ablauffolge ist so festgelegt, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens beim Ansprechen des ersten Näherungsschalters 33 reduziert wird, und wenn der zweite Näherungsschalter 34 das Ende des Metallteils feststellt, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitverzögerung die Schlittenbewegung angehalten wird, wobei das Laufrad 28 auf dem Ende des Metallteils steht.

Fig.6 zeigt den Grundaufbau einer Schaltung zur Fehlerfeststellung, bei der ein Bezugs-Frequenzgenerator 37 ein Wechselstromsignal an die Spulen 29 zur Fehlerfeststellung mittels Wirbelstrom über einen Verstärker 38 liefert, um in einem runden Metallteil Wirbelströme zu erzeugen, wobei die mit einem Fehler verbundene Wirbelstromänderung als Änderung der Spulenimpedanz erfaßt und im Phasendetektor 39 ein Fehlersignal erzeugt wird. In Fig.6 bezeichnet die Bezugszahl 40 einen Phasenschieber zur Erzeugung von Synchronisierungssignalen für den Phasendetektor. Wenn unter diesen Umständen E_ej„ die Eingangsspannung oder das Vergleichssignal für den Verstärker 38 und Z\ und Z> die Impedanz der beiden Bestandteile der Metallteils, wie aus der folgenden Gleichung hervorgeht

135 · Vr

Ti/

21 496 ■ 8

Der Schlittenantrieb enthält eine nicht gezeigte

-,ο Steuereinheit, durch die die Schlittenvorschubgeschwindigkeit automatisch entsprechend dieser Gleichung durch Feststellung des Außendurchmessers des eingeführten Metallstücks gesteuert wird.
Wie in F i g. 4 gezeigt, sind die beiden Fühlerblöcke 14a und 146 mit Farbsprühdüsen 85 ausgestattet, die z. B. von der Fühlerhalterung 25 so getragen werden, daß jede Düse auf die Oberfläche des runden Metallteils gerichtet ist, mit einem vorbestimmten Nachlaufabstand von der genau- unter den Spulen liegenden Stelle in Drehrichtung des runden Metallteils. Dieser vorbestimmte Abstand wird auf Grund der Umfangsgeschwindigkeit des durch die Drehrollen in Drehung versetzten Metallteils bestimmt und ist so berechnet, daß die von der Spule festgestellte Fehlerstelle nach der durch die Schaltung und die mechanische Anordnung bedingten zeitlichen Verzögerung genau unter der Düse ankommt Die Anordnung kann z. B. so ausgelegt sein, daß bei der Feststellung eines Fehlers durch eine der

Spulen 29;) bis 29/i weiße Markierfarbe durch die Düse gesprüht wird, deren Stellung der betreffenden Spule entspricht, und daß bei Feststellung eines großen Fehlers durch die Spule 30 rote Markierfarbe aus einer linderen Düse gesprüht wird, deren Stellung der Spule 30 entspricht. In F i g.-I ist die mit der Düse 85 verbundene Rohrleitung 79 eine Farblcitung, und die Kohrlei:iing 8·¹ ist eine Druckluftleitung. Über ein Magnetventil ,st ein nichtgezeigter Farbbehälter mit Pumpe an die Farbleitung 79 angeschlossen, und eine Druckluftquelle ist mit der Luftleitung 84 verbunden, so daß die Luftleitung 84 eine Zusatzfunktion ausüben kann, indem sie dauernd Luft ausbläst und dadurch Staub od. dgl. von der Außenfläche der runden Metallteile abbläst. Das Magnetventil wird durch ein von der Spule aufgenommenes Fehlersignal betätigt, so daß der Düse Farbe zugeführt wird und diese von der Düse in dem Augenblick ausgesprüht wird, in dem der festgestellte Fehler genau unter der Düse eintrifft.

F i g. 7 zeigt die Konstruktion einer komplizierteren Fehlerprüfschaltung, deren grundsätzliche Funktion in bezug auf eine Spule 29;; zur Fehlerfeststellung durch Wirbelstrom beschrieben wird; in einer Schaltung 51 für die Verarbeitung eines Fehlersignals wird der Spule 29;; über den Verstärker 38 ein Wechselstromsignal von einem Oszillator 37 zugeführt, der ein Bczugsfrequenzsignal für die Erzeugung von Wirbclströmen in einem runden Metallteil liefert, wobei eine Änderung der Wirbelströme infolge eines Fehlers als Änderung der Spulenimpedanz festgestellt wird und ein Fehlersignal durch einen Phasendetektor 39 und einen Regelverstärker 42 erzeugt wird. Die Bezugszahl 40 bezeichnet einen Phasenschieber für die Erzeugung von Synchronisierungssignalen zur Phasenmessung, und 52 bis 58 und 60 sind Schaltungen für die Feststellung eines Fehlersignals, die den Spulen 296 bis 29/j bzw. 30 zugeordnet sind und den gleichen Aufbau aufweisen wie die zuvor beschriebene Schaltung 51. Wenn in diesem Fall Ε,·..., das Eingangssignal oder Bezugssignal für den Verstärker 38 und Z und Z> die Spulenimpedanz der beiden Spulenbestandteile darstellt, so ist das Ausgangssignal £".„„ wie zuvor erwähnt, durch folgende Gleichung

gegeutn.

Z_{1 +} Z₂

worin G der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38 ist. Durch «eignete Wahl der Spulenimpedanzen Z\ und Z_> ist es möglich, den Rückkoppelungsfaktor der Schaltung zu ändern, und durch Änderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 38 und der Fehlerfeststellungsphase ist es möglich, den Bereich zu ändern, innerhalb dessen ein Ausgang mit brauchbarer Linearität bezüglich der Fehlertiefe erzielt werden kann. Wenn bei dem in Fig. 7 gezeigten Fall die Fehlermeßspulen 29a bis 29h als Spulen für kleine und mittlere Fehler ausgelegt werden, welche die gewünschte Linearität für alle Fehler mit einer Tiefe von 5 mm oder weniger aufweisen und wenn die Spule 30 als Spule für große Fehler ausgelegt wird, welche die gewünschte Linearität für Fehler mit einer Tiefe von mehr als 5 mm aufweist, ist es möglich, Fehler von großem Umfang herauszusondern. In diesem Zusammenhang ändert sich diese Kennlinie mit der Spulenform, und demzufolge kann lediglich die Spule für die Feststellung vor großen Fehlern vergrößert werden.

Bei der Schaltung von F i g. 7 ist die Spule 31 für die Abstandsmessung mit einer Abstandmeßschaltung 59 verbunden, die einen rückgekoppelten Verstärker 38" und einen Detoktor 41 enthält, der anstatt der Phasenmessung eine lineare Messung vornimmt, und der Ausgang des Detektors 41 wird als Verstärkungsregelsignal in den Reuelverstäikern 42 (ABC-Schaluingen) verwendet, die dem Ausgang des entsprechenden Phasendetektors in F i g. 7 nachgeschaltet sind. In F i g. 7 enthält die Schaltung 60 für die Feststellung von großen Fehlern einen ähnlichen rückgekoppelten Verstärker 38' und einen. Phasendetektor 39' mit Regclverstarker 42'. und die automatische Verstärkungsregelung wirkt allein auf den Regelverstärker 42' auf Grund eines getrennt angelegten fest eingestellten Eingangs 43.

Die Bezugszahlen 85) und 85'y bezeichnen Markierdüsen zum Sprühen von gelber Farbe für Fehle! mittleren Umfangs. 85u und 85'iv Markierdüsen zum Sprühen weißer Markierlarbe tür kleine Fehler und 8i>r eine Markierdüse zum Sprühen roter Markierfarbe für große Fehler. Die Düsen 85> und 85 w sind auf den Fühlcrblock montiert, so daß sie nebeneinander liegen und ihre Stellung jeweils der Stellung der zugeordneten Spulen 29;;, 29i, 29c und 29c/ entspricht, wie in F i g. 4 gezeigt, und gleicherweise sind die Düsen 85'y und 85' w auf dem Fühlerblock in einer Stellung montiert, die den Spulen 29e, 29f, 29gund 29/; entspricht, und die Düse 85r ist auf dem Fühlerblock in einer Stellung montiert, die der Spule 30 entspricht.

Die Bezugszahl 76 bezeichnet einen Impulsgenerator zum Messen der Umfangsgeschwindigkeit eines runden Metallteils, und die Periode seines Ausgangsimpulses entspricht der Umfangsgeschwindigkeit des runden Metallteils.

Jede Düse sprüht die Farbe zu dem Zeitpunkt, zu dem die von der zugeordneten Spule festgestellte Fehlerstelle genau unter der Düse eintrifft, nach einer durch die .Signalschaltung und die mechanische Anordnung bedingten Verzögerungszeit.

Die Ausgänge der Meßschakungen 51 bis 54 werden einer Maximalwert-Detektorschaltung 44 (analog-

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Meßschaltungen 55 bis 58 werden einer anderen Maximalwert-Detektorschaltung 45 zugeführt, so daß zwei Kanäle für die beiden Gruppen vorhanden sind, von denen jede die vier Spulen für mittlere und kleine Fehler enthält. Die Maximalwert-Detektorschaltiingen 44 und 45 erzeugen als Ausgang das Fehlersignal, das unter den Eingangssignalen die höchste Amplitude aufweist, und ihre Ausgänge werden jeweils an eine Vergleichsschaltung für mittlere Fehler 47 und 47' und zu Vergleichsschaltungen für kleine Fehler 48 und 48' weitergeleitet. Diese Vergleichsschaltungen vergleichen die Amplitude der eingehenden Fehlersignale mit einem Vergleichspegel für mittlere bzw. kleine Fehler über die Addierschaltungen 64 und 65 entsprechend den eingestellten Signalen, die durch einen Digitaleingang 68 über einen Digital-Analog-Umsetzer 50 zugeführt werden, und einem Vergleichspegeleingang für mittlere Fehler 66 und einem Vergleichspegeleingang für kleine Fehler 67; wenn dann z. B. ein Eingang vorhanden ist, der einem Fehler mit einer Tiefe von weniger als 2 mm entspricht, wird von der Vergleichsschaltung für kleine Fehler 48 oder 48' ein Ausgangssignal erzeugt und wenn ein Eingang vorhanden ist. der einem Fehler mit einer Tiefe von mehr als 2 mm, aber weniger als 5 mm entspricht wird ein Ausgangssignal von der Vergleichs-

schaltung für miniere Fehler 47 oder 47' er/eiigl, und gleichzeitig wird der Ausgang von ..!er Vergleichsschaltung für kleine Fehler 48 oder 48' durch eiric Addierschaltung 86 oder 86' gelöscht. Die Bezugszahl 46 bezeichnet einen Schreiber zum Aufzeichnen der Fehlermeßausgängc der beiden Kanüle und der Meßschaltung für große Fchlcrsignalc 60 sowie des Spaltsignalatisgangs von der Abstandsmcßschiiltung 59. Das Fehlersignal von der Meßschaltung für große Fehler 60 wird einer ähnlichen Vergleichsschaltung für den Signalpegel für große Fehler 49 zugeleitet, und demzufolge wird die Amplitude des großen Fehlersignals über eine Addiersehaltung 70 mit einem eingestellten Signal verglichen, das von einer Digitaleinstellung 72 über einen Digital Analog Umsetzer 69 geliefert wird, und mit einem Vergleichspegeleingang für große Fehlei 71, um Fehler mit einer Tiefe von mehr als 5 mm zu unterscheiden. Die Bezugszahlen 61,62,6)', 62' und 63 bezeichnen Signalverzögerungsschaltungen, wobei die Vnr/rögerungsschaltungcn 61 und 61' die Kanalausgän"e für mittlere Fehler, die Ver/ögerungsschaltung 62 und 62' die Kanalausgiinge für kleine Fehler und die Vcrzögcrungsschaltung 63 den Ausgang für große Fehler übernimmt. Die Umfangsgeschwindigkeitsimpulse vom Impulsgenerator 76 werden durch eine Regenerierschaltung 77 und die Markierabstands-Einstellschaltungen 73, 74, 73', 74' und 75 den Verzögcrungsschaltungen zugeführt, und wenn daher ein Fehlersignalausgang an eine der Verzögerungsschaltungen gelangt, wird der Wicklung des entsprechenden Magnetventils 80, 81, 80', 8Γ und 82. die entsprechend mit den Ausgängen der Verzögerungsschaltungen 61, 62, 61', 62' und 63 verbunden sind, ein Errcgersignal zugeführt. Es wird also die Farbzufuhr von den Farbbehältern 7Sy, 78tv und 78r zu den Düsen 85», 85ti·, 85'>·, 85'ir und 85r durch die Magnetventile gesteuert, so daß beim Anliegen eines Fehlersignals an der Verzögerungsschaltung die Farbe nach einer VerzöKcrungszeit gesprüht wird, die auch die Furiklionsverzögerung der Farbzufuhr enthält unc aui"Grund der vom Impulsgenerator 76 gemessenen Umfangsgeschwindigkeit des runden Metallteils und des Abstands zwischen Düse und Spule bestimmt wird. Die Düsen 85j'und 85'f werden von den Magnetventilen 80 und 80' gesteuert, die mit dem Behälter 78> durch eine Kohrleiliing 79f verbunden sind, und demzufolge sprechen die Düsen 851 und 85Ί jeweils auf den Aiisgan j für mittlere Fehler von den beiden Kanälen an. um jeweils gelbe Markierfarbc unter die Spulen 29«. 296. 29t- oder 29/" zu sprühen. Andererseits werden die Düsen 85 if und 85'u von den Magnetventilen 81 und 81' gesteuert, die an den Behälter 78u über eine Rohrleitung 79u angeschlossen sind, und demzufolge sprühen die Düsen 85u und 85'if weiße Markierfarbc unter die Spulen 29c 29c/. 29^ oder 29Λ bei einem Ausgang für kleine Fehler aus den beiden Kanälen. Desgleichen wird die Düse 85rdurch das Magnetventeil 82 gesteuert, die mit dem Behälter 78r durch die Rohrleitung 79/- verbunden ist, und demzufolge sprüht die Düse 85;· rote Markierfarbe unter die Spule 30. wenn ein Ausgang für große Fehler anliegt. Die Bezugszahl 83 bezeichnet eine Druckluftquelle für die Düsen, und 84 eine Druckluftleitung, durch die Druckluft zu den entsprechenden Düsen auch dann geführt wird, wenn diese keine Farbzufuhr erhalten, so daß die Düsen dauernd Luft ausblasen, um das Verstopfen der Düsen zu verhindern.

llicr/u 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feststellen von Oberflächenfehlern an zylindrischen Metallstücken, die mit einer vorbestimmten Umfangsgeschwindigkeit gedreht werden und sich in Längsrichtung relativ zu einem eine Anzahl von dem Prüfling zugewandten Spulen für die Fehlerfeststellung durch Wirbelstrom enthaltenden Fühlerblock bewegen, der um eine senkrecht zur Prüflingsachse verlaufende horizontale Achse schwenkbar ist sowie Auslenkungen des Prüflings in Richtung der Schwenkachse folgt und der weiterhin an seinem vorderen und hinteren Ende in Prüflingslängsrichtung gesehen mit zwei von oben gegen den Prüfling preßbaren Führungsrollen versehen ist, und mit einer Farbmarkiereinrichtung, die die Fehlerstellen auf Grund von von der Fehlertiefe abhängigen Detektorsignalen automatisch markiert, dadurch gekennzeichnet, daß