PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004054127B4 03.01.2008
Titel Materialprüfungsvorrichtung
Anmelder HPT Hirsch Prüftechnik GmbH, 66482 Zweibrücken, DE
Erfinder Hirsch, Peter, Dr.-Ing., 66482 Zweibrücken, DE
Vertreter Pietruk, C., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 76229 Karlsruhe
DE-Anmeldedatum 08.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004054127
Offenlegungstag 11.05.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse G01N 27/85(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Bei der Herstellung von Werkstücken ist es in kritischen Anwendungen erforderlich, die Werkstücke einzeln auf Materialfehlerfreiheit zu überprüfen. Dies gilt für eine Vielzahl von Bereichen, wobei durch immer komplexer werdende Produkte, Verschärfungen im Produkthaftungsbereich usw. die Sicherstellung einer geforderten Bauteilqualität immer bedeutender wird.

Bei der Herstellung von Werkstücken wird es daher immer wichtiger, Materialfehlerfreiheit zu gewährleisten, insbesondere Freiheit von häufig auftretenden Fehlern wie Oberflächenrissen und dergleichen, die seit langem mit Magnetpulververfahren und dergleichen bestimmbar sind. Bei Magnetpulverfahren wird ein Werkstück magnetisiert und die sich an der Werkstückoberfläche ergebende Feldverteilung durch Aufbringen feiner Eisenpartikel oder dergleichen und durch Untersuchung der Eisenpartikelverteilung als Hinweis auf z. B. Risse erfaßt. Überdies und gerade nach solchen Verfahren ist in bestimmten Anwendungen eine Entmagnetisierung der Werkstücke erforderlich, etwa im Flugzeug- und/oder U-Bootbau, aber auch für verschiedene andere industrielle Anwendungen.

Die DE 102 41 029 A1 zeigt dabei bereits eine Prüfvorrichtung zur Materialfehlerermittlung, mit der simultan eine Messung und eine Entmagnetisierung durchgeführt werden kann. Die dort beschriebene Vorrichtung und das dort beschriebene Verfahren liefern in der Praxis sehr gute Ergebnisse. Wünschenswert ist es aber, eine weitere Verbesserung der Materialprüfung insbesondere im Hinblick auf Serienprüfungen zu ermöglichen, die bei einer Vielzahl von Prüflingen und/oder in kurzer Zeit die erforderliche Materialprüfung erlauben.

Aus der EP 0 357 823 A1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen von metallischen Werkstücken unter Wasser bekannt, die einen Behälter aufweist, der eine Flüssigkeit mit magnetisierbaren Teilchen enthält. In einem Magnetfeld ordnen sich die magnetisierbaren Teilchen zu für Fehlstellen an metallischen Werkstücken charakteristischen Strukturen, die optisch auf einem Lichtleiter abgebildet und entfernt vom Messort verarbeitet und/oder direkt betrachtet werden können.

Aus der DE 23 46 999 ist eine magnetische Werkstoffprüfvorrichtung bekannt, die durch eine kreuzförmige Magnetkernanordnung gekennzeichnet ist, die aus zwei Paaren von Magnetpolgliedern gebildet ist, welche zwei aneinander schneidende Magnetpolpaare festlegen, wobei zwei um die beiden Paare von Magnetpolgliedern herumgewickelte Spulen und eine Stromversorgung zur Speisung der ersten Spule mit der positiven Halbwelle eines Einphasen-Wechselstroms und der zweiten Spule mit der negativen Halbwelle des Einphasen-Wechselstroms derart, dass zwei Magnetflüsse abwechselnd in einander schneidende Richtungen erzeugt werden, vorgesehen sind.

Aus der JP 2003 107 057 A ist ein automatisierter Magnetpulverflussdetektor für eine Stahlplatte bekannt, bei der ein Magnetjoch mit einem verfahrbaren Wagen über eine Stahlplatte bewegt wird und eine Beobachtung des mit magnetisiertem Magnetpulver erhaltenen Bildes erfolgt.

Aus der JP 2002 230 923 A ist eine Magnetpulvervorrichtung zur Beobachtung von Stahlstäben bekannt, in der ultraviolette Lampen zur Beleuchtung des Werkstückes eingesetzt werden.

Aus der JP 62110148 A ist die Beobachtung einer Schweißnaht bekannt, bei der eine Schweißnaht oder dergleichen unter einem unterschiedlichen Winkel beleuchtet und beobachtet wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Prüfung von Bauteilen auf einfache und/oder preiswerte Weise und/oder mit hoher Qualität zu ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung schlägt somit in einem ersten Grundgedanken eine Materialprüfungsvorrichtung mit einer Spulenanordnung zur Erzeugung prüflingsdurchflutender Magnetfelder und einer zugehörigen Beobachtungs- und Beleuchtungsanordnung zur Beleuchtung der im Durchflutungsbereich angeordneten Prüflinge für eine Beobachtung vor, bei welcher die Spulenanordnung zur Realisierung einer entmagnetisierenden Materialprüfung aus einer gepulsten Stromquelle gespeist und die Beobachtungs- und Beleuchtungsanordnung zur taktweisen Prüflingsbeobachtung ausgebildet ist.

Ein erster wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist somit in der Realisierung einer Materialprüfungsvorrichtung zu sehen, bei der die prüfende Beobachtung unmittelbar im Rahmen der Prüflingsdurchflutung erfolgen kann. Die angegebene Anordnung ermöglicht somit eine besonders schnelle und damit preissparende Prüflingsuntersuchung, die überdies gegenüber einer Anordnung, bei der Beleuchtung und Magnetfelderzeugung an getrennten Orten vorgenommen werden, verbesserte Ergebnisse liefert, da weder die Gefahr einer Re-Magnetisierung besteht, die sonst etwa durch Vorbeiführen an magnetisierenden Teilen oder durch das Streufeld der Spulen aufgrund der Magnetisierung/Demagnetisierung nachfolgender Prüflinge gegeben ist, noch die Bewegung aufgetragenen Prüfmaterials wie fluoreszierendem Prüffluid, Prüfpulver usw. durch Stöße oder andere Beeinträchtigungen zu befürchten ist. Die Prüfung wird also schneller und besser. Die bei gleichem Aufwand höhere Meßergebnisqualität erlaubt auch gegebenenfalls eine Einfachprüfung mit verringertem Aufwand bei noch guten Ergebnissen, etwa im Fall einer Magnetisierungsstromverringerung. Die Ausleuchtung von der Spulenseite her gewährleistet zudem eine Untersuchung jener Seite, von und auf welcher Seite die Magnetisierung vorgenommen wurde.

In besonderem Umfange können die Vorteile erhalten werden, wenn die Spulenanordnung eine Mehrzahl an Spulen umfasst und die Beleuchtungsmittel zwischen und/oder vor diese gesetzt sind. Diese Anordnung erlaubt es in besonderem Maße, eine günstige Prüflingsausleuchtung unmittelbar im Rahmen der Magnetfelddurchflutung des Prüflings zu gewährleisten und dadurch nicht nur das Analyseergebnis zu verbessern, sondern auch eine sehr schnelle Bewertung zu erhalten, zumal gegebenenfalls eine Zykluswiederholung möglich ist und/oder eine Neuprüfung dann, wenn mit einer ersten Maximalstromstärke ein Prüfzyklus durchgeführt wurde und dabei keine eindeutigen Ergebnisse erhalten wurden. In einem solchen Fall kann aufgrund der Beleuchtung von der Spulenseite her, ohne sonst erforderliche erneute Prüflingsbewegung zu den Spulen hin, sofort eine Nachprüfung erfolgen, die insbesondere eine andere und typisch höhere maximale Stromstärke verwenden kann.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Beleuchtungsanordnung einen UV-Strahler umfasst, der die Verwendung fluoreszierenden Prüffluids ermöglicht. Zugleich kann auch eine Beleuchtung mit sichtbarem Licht erfolgen. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn sowohl mit sichtbarem als auch ultraviolettem Licht gearbeitet wird, weil die Überlagerung von UV- und Weißlicht ermöglicht, bei der Materialprüfung auch die Oberflächenbeschaffenheit und/oder -qualität des Prüflings festzustellen und so Fehlurteile aufgrund von Verschmutzungen wie Staubkörnern usw. sicher vermeidet. Es sei im Übrigen erwähnt, dass die Vorrichtung nicht auf bestimmte Magnetpulver und/oder bestimmte Magnetfluide beschränkt ist.

Besonders bevorzugt ist es, wenn für die Beleuchtung Leuchtdioden, die als „Weißlicht-" wie auch als UV-emittierende Dioden verfügbar sind, verwendet werden. Die Verwendung von LEDs erlaubt einerseits die sehr raumnahe Anbringung der Beleuchtungsmittel an den Spulen und gestattet andererseits bei überdies geringem Energieverbrauch einen von den zum Teil nicht uribeachtlich starken Magnetfeldern zumindest weitgehend unbeeinträchtigten Leuchtmittelbetrieb. Hinzu kommt, dass die Leuchtdioden sich schnell schalten lassen. Dies ist vorteilhaft, wenn an Stelle einer Weißlichtüberlagerung des UV-Lichtes eine zeitlich alternierende Beleuchtung mit sichtbarem und ultraviolettem Licht oder, für Kontrollzwecke und dergleichen bzw. für Zwecke einer verbesserten oder zumindest veränderten Prüfung nur eine Beleuchtung in nur einem Spektralbereich bzw. mit nur einer Leuchtmittelart (für sichtbares oder ultraviolettes Licht) erfolgen soll.

Die Spulenanordnung bzw. deren Stromversorgung kann zur entmagnetisierenden Materialprüfung ausgebildet sein. Es kann also über die Spulen sowohl eine Magnetisierung als auch die dann erforderliche Entmagnetisierung vorgenommen werden.

Bevorzugt wird die Stromquelle zur Beaufschlagung der Spulen mit Gleichstromimpulsen vorgesehen sein.

Die Stromquelle kann insbesondere zur Erzeugung von Gleichstromimpulsen mit abnehmender Stärke ausgebildet sein; verwiesen wird hier insbesondere auf die DE 102 41 029 A1. Diese ist durch Bezugnahme vollumfänglich zu Offenbarungszwecken hierin eingegliedert. So kann quasi beim Magnetisieren bereits wieder entmagnetisiert werden; in einem solchen Fall ist es besonders wichtig, dass das Prüfpulver oder -fluid zur Sichtbarmachung des Streufeldes nicht aus seiner einmal eingenommenen Ordnung gerissen wird, wie dies womöglich bei Bewegungen zwischen Magnetisierungs-/Entmagnetisierungsschritt und Prüfbetrachtung der Fall wäre.

Es können wenigstens zwei Spulen in der Spulenanordnung vorgesehen sein und diesen zwei Spulen kann eine vierpolige Gleichstromquelle zugeordnet sein, wie sie z. B. in der DE 102 41 029 A1 beschrieben ist. Weiter sind Anordnungen von zwei Spulenpaaren verwendbar, denen eine achtpolige Gleichstrom(impuls)quelle zugeordnet ist. Dies ermöglicht die Prüfung mit Magnetfeldern, die in einem gewünschten Winkel zueinander ausgerichtet sein können. Bevorzugt ist deshalb insbesondere bei Vorsehen von wenigstens vier Spulen, wenn Spulen im Winkel zueinander angeordnet sind, bevorzugt in einem Winkel von zumindest 30°, so dass Magnetfelder erzeugt werden, deren Feldrichtung sich ebenfalls um wenigstens 30° voneinander unterscheidet.

Besonders bevorzugt ist es, wenn mehrere Spulenpaare in einem gegebenen Winkel zueinander angeordnet sind.

In einer Anordnung, in der eine Mehrzahl von Spulen vorgesehen sind, können diese so beabstandet sein, dass ein Prüfling zwischen diesen durchführbar ist. Insbesondere können die Spulen einen Eintauchbereich definieren, in welchen Bauteile wie bei einer „Tauchspule" heruntergelassen werden.

Hierzu sei erwähnt, dass die vorliegende Erfindung besonders für große Werkstücke gut geeignet ist, d. h. Werkstücken mit einer Größe von über 50 cm Abmessung in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in mehr als einer Richtung; weiter und besonders vorteilhaft ist die Anwendbarkeit für Werkstücke mit mehr als 1 m Größe; es können problemfrei auch Werkstücke einer Größe von bis zu und/oder über 3 m Größe geprüft und simultan entmagnetisiert werden. Dabei ist trotz der großen Bauteile eine vollständig berührungsfreie Prüfung möglich, da die impulsartige Spulenerregung, anders als eine Erregung mit langandauerndem Erregerstromfluss, keine sehr hohen Anforderungen an die Stromversorgung und dergleichen stellt. So werden Kurbelwellen für Motoren oder übergroße Zahnräder bequem prüfbar, indem diese in Tauchspulen berührungsfrei geprüft werden. Dabei können Spulen nötigenfalls über Prüflinge gestülpt werden, um die Messung zu bewirken.

Da zugleich durch die besondere Ausleuchtung die Untersuchung bzw. Prüfung wesentlich erleichtert wird, werden so zuvor nicht in solcher vereinfachten Form lösbare Prüfungen möglich. Dies gilt insbesondere auch für eine Sichtprüfung, wenn diese unter Verwendung von UV-LEDs oder anderen, vergleichbar schwachen Leuchtmitteln erfolgt, da besondere Augen- oder Hautschutzmaßnahmen durch die unmittelbar bei Durchflutung erfolgende Betrachtung aufgrund der dann besseren Bilder nicht wie im Stand der Technik bei dort schlechteren Kontrasten erforderlich werden.

Alternativ können die Spulen, wenn sie entsprechend angeordnet werden, um ein Förderband, auf dem Werkstücke bewegt werden, herum vorgesehen werden, insbesondere um ein zumindest im Spulenbereich nichtmagnetisches Fördermittel wie ein auf Kunststoffmaterialien gleitendes Förderband oder dergleichen.

In einer besonders bevorzugten Variante bilden die Spulenanordnungen jedoch eine Kastenspule, die über den zu prüfenden Bauteilen aufgehängt wird. In einem solchen Fall ist es besonders vorteilhaft, die Beleuchtungseinheit in die unmittelbare Nähe der Spulen zu bringen. Das Bauteil kann dann berührungsfrei materialgeprüft werden, und zwar, bei entsprechend vorgesehenen Doppelspulen, mit in unterschiedlichen Richtungen verlaufenden Magnetfeldern.

Es ist vorteilhaft, wenn die zum Prüfling weisende Spulenanordnungsseite, von welcher her beleuchtet wird, allgemein hell bzw. reflektierend ausgebildet ist, um so eine homogenere Prüflingsausleuchtung zu erzielen.

In einer besonders bevorzugten Variante kann daher die Kastenspule, aber auch jede andere Spulenanordnung der Erfindung, an ihrer Unterseite mit einer reflektierenden Platte ausgestattet sein. Diese Unterseitenplatte kann sowohl mit UV-LEDs als auch mit Weißlicht-LEDs bestückt sein.

Die jeweiligen Leuchtdioden können separat ansteuerbar sein, um in einer bevorzugten Variante sowohl eine UV-Beleuchtung mit Weißlichtüberlagerung als auch eine reine UV-Beleuchtung oder eine reine Weißlichtbeleuchtung zu erzielen.

Es sei darauf hingewiesen, dass eine Weißlichtbeleuchtung nicht zwingend eine Beleuchtung mit einem Tageslichtspektrum oder dergleichen bedeuten muss, sondern im Sinne der vorliegenden Erfindung bereits dann von einer Weißlichtbeleuchtung die Rede ist, wenn für das Auge oder mit einer – gegebenenfalls nur Hell-Dunkel-Unterschiede wahrnehmenden – Kamera ein Bild gesehen wird, welches zumindest weitgehend einem Bild entspricht, das auch bei tatsächlich alle Frequenzbereiche umfassender Weißlichtbeleuchtung erhältlich ist. Insbesondere kann eine Quasi-Weißlichtbeleuchtung erhalten werden, in welcher einige wenige Wellenlängen des (sichtbaren) Lichtes zu einem nahezu weißen Lichteindruck gemischt sind.

In jedem Fall wird aber eine solche Weißlichtüberlagerung vorteilhaft sein, um Scheinanzeigen von Fehlern bzw. vermeintlichen Fehlern besser erkennen zu können. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einer digitalen Kamera, die Einzelbilder oder Bildsequenzen aufnimmt, vorteilhaft, um so vollautomatisch etwa Risslängen und dergleichen zu bestimmen und Rissbefunde insbesondere in mehrere Kategorien wie "tauglich" oder „untauglich" einzustufen. Dass neben einer flächigen Kamera gegebenenfalls auch Zeilenkameras verwendbar wären, wenn entsprechende Prüfaufgaben durchzuführen sind, sei der Vollständigkeit halber erwähnt.

Bei einer Beleuchtung von der Spulenseite her können bevorzugt die Leuchtmittel selbst unmittelbar bei den Spulen angeordnet werden. Alternativ ist auch die Verwendung von Leuchtkörpern möglich, wie sie etwa bei Laptopanzeigen und dergleichen gebräuchlich sind, bei denen eine seitliche Quelle Licht in einen flächigen Kunststoffkörper einstrahlt und dieser so strukturiert ist, dass eine Auskopplung an gewünschter Stelle seiner Oberfläche erfolgt.

Der Materialprüfungsvorrichtung kann ein Prüflingstransportmittel wie ein Förderband oder ein Drehtisch zugeordnet sein. Bevorzugt wird dann der Prüfzyklus gekoppelt mit der Prüflingsbewegung erfolgen. Es kann dafür eine Steuerung vorgesehen sein, die getaktet Messungen durchführt, insbesondere dann, wenn taktgerecht neue Prüflinge auf das Band gesetzt werden und/oder es kann vorgesehen sein, dass immer dann, wenn ein Prüfling in einen bestimmten Bereich gelangt, der etwa mit einer Lichtschranke definiert wird, ein Prüfzyklus ausgelöst wird oder ein bestimmter Zyklusteil ausgeführt wird.

Besonders bevorzugt ist es, wenn keine rein visuelle Beobachtung der Prüflinge erfolgt, sondern eine Prüfung kameraunterstützt oder kamerabasiert durchgeführt wird. Dies ist insbesondere bei der Kleinteilprüfung vorteilhaft, da durch die Ermüdung des menschlichen Auges eine hohe Fehlerrate auftreten kann. Die hier vorgeschlagene Anordnung insbesondere mit einer überlagerten Weißlichtbestrahlung von der Spulenseite her ermöglicht eine besonders effiziente, preiswerte und zugleich sichere automatische Prüflingsuntersuchung. Im übrigen erlaubt die Anordnung in jedem Fall eine Betrachtung des Prüflings, die, anders als im Stand der Technik, von praktischer jeder Seite aus nahezu ungehindert möglich ist.

Es ist möglich, die Kamera, wie gegebenenfalls auch die Leuchtmittel zur Beobachtung des Prüflings vor, während und/oder unmittelbar nach einem Gleichstromimpulszyklus einzuschalten. So kann insbesondere bei gepulster Spulenerregung eine Beobachtung in den Zwischenpulszeiten erfolgen. Dass hierbei auch eine Kopplung von Kamerabetrieb und Leuchtmittelbetrieb möglich ist, sei erwähnt. Insbesondere durch die schnelle Taktbarkeit von Leuchtdioden ist hier ein taktweiser Betrieb ohne weiteres möglich.

Die Materialprüfungsvorrichtung wird in einer bevorzugten Variante eine Einheit umfassen, mit der aufgenommene Bilder zu Dokumentationszwecken gespeichert werden können und/oder es kann eine Einheit vorgesehen sein, mit der die Bilder automatisch ausgewertet werden, um insbesondere Risse und dergleichen zu erkennen. Für solche Zwecke kann eine Bildbearbeitungseinheit, die softwareprogrammierbar ist, vorgesehen sein.

Dass die Materialprüfungsanordnung bevorzugt zur simultanen Prüfung, Demagnetisierung und Prüflingsbewertung ausgebildet ist und aufgrund des Ineinandergreifens aller Prozesse eine schnelle Bewertung möglich ist, sei vorliegend erwähnt.

Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist gezeigt durch:

1 eine Materialprüfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 ein Bild eines Prüflings, wie es mit einer Beleuchtungsanordnung in einer Materialprüfungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung aufnehmbar ist, und zwar mit zusätzlich eingestelltem Vergleichsmaßstab.

Nach 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Materialprüfungsvorrichtung 1 eine Spulenanordnung 2 zur Erzeugung von Prüflinge 3 durchflutenden Magnetfeldern und eine Beleuchtungsanordnung 4 zur Prüflingsbeleuchtung, wobei die Beleuchtungsanordnung 4 zur Beleuchtung der Prüflinge 3 von der Seite der Spulenanordnung 2 her ausgebildet ist.

Die Materialprüfungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur schnellen und seriellen zerstörungsfreien Oberflächenrissprüfung nach dem Magnetpulver- bzw. Fluidverfahren ausgebildet, und zwar derart, dass eine Magnetisierung, Demagnetisierung und automatisierte Oberflächenrissprüfung mit Prüflingsqualitätsdokumentation vollautomatisch erfolgen kann.

In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Materialprüfungsanordnung 1 mit Spulenanordnung 2 und Beleuchtungsanordnung 3 wie dargestellt weiter ein Förderband 5 zugeordnet, welches zur Bewegung der Prüflinge 3 unter Steuerung eines elektromotorischen Antriebes 5a ausgebildet ist, wobei auf der stromaufwärtigen Förderbandseite 5a eine Station zum automatischen Versehen der Prüflingsoberflächen mit in UV-Licht fluoreszierendem Prüffluid (nicht gezeigt) sowie mit einer Station zur Abtrennung für gut befundener Prüflinge 3 von Prüflingen, die für schlecht befunden wurden; diese Station kann am stromabwärtigen Ende 5b des Förderbandes (nicht gezeigt) angeordnet werden.

Die Spulenanordnung 2 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier einzelne Spulen, die gemeinsam in einem Gehäuse 6 montiert sind, welches sich einen Abstand A oberhalb der Prüflinge bzw. des Förderbandes befindet und insbesondere von einer Decke oder dergleichen herabgehängt sein kann. Im Gehäuse 6 sind die Spulen fest montiert und mit einer Leitungsanordnung verbunden, die zu einer Steuerung 7 außerhalb des Gehäuses führt. Die Steuerung 7 ist eine Achtpol-Gleichstromimpuls-Stromquelle, mit der jeweils zwei Spulen paarweise erregbar sind. Die Spulen, von denen nur ein Spulenpaar gezeigt ist, sind zueinander in dem Kastengehäuse 6 so ausgerichtet, dass die aus den beiden Spulenpaaren jeweils erzeugbaren Magnetfelder einen Winkel von mindestens 30° zueinander aufweisen. Die Achtpol-Gleichstromimpulsquelle ist dabei, wie in der Fig. angedeutet, zur Erzeugung von in einem Zyklus sukzessive immer kleiner werdenden Stromimpulsen ausgebildet. Der Stromverlauf, die Regelungsmöglichkeiten usw. können insbesondere wie in der DE 102 41 029 A1 beschrieben erfolgen.

Bei den Prüflingen 3 handelt es sich vorliegend wie bevorzugt um kleine, seriengefertigte, magnetisierbare Werkstücke, die produktionsbedingt Materialfehler wie Oberflächenrisse 3a aufweisen können, welche kritisch oder unkritisch sein können, was beispielsweise aufgrund der Rissbreite und/oder – länge zu entscheiden ist.

Überdies kann die Oberfläche der Prüflinge 3 durch Staubkörner, Fasern und dergleichen Störungen 3b des Erscheinungsbildes aufweisen, die von möglichen Rissen 3a zu unterscheiden sind.

Die Beleuchtungsanordnung 4 ist im Folgenden durch eine Mehrzahl Leuchtdiodenfelder 4a, 4b gebildet, wobei ein Teil der Leuchtdioden zur Emission von sichtbarem Licht, insbesondere sog. Weißlicht, ausgebildet ist, während andere Leuchtdiodenfelder zur Emission von ultraviolettem Licht ausgebildet sind. Anders als dargestellt, brauchen die jeweiligen ultravioletten und sichtbaren Leuchtdioden bzw. Leuchtdiodenfelder räumlich nicht deutlich voneinander getrennt zu sein. Die in der Fig. dargestellte räumliche Trennung der einzelnen Leuchtmittel erfolgt lediglich aus Gründen der besseren Veranschaulichung; in der Praxis ist es jedoch bevorzugt, die Leuchtmittel für die Erzeugung sichtbaren und ultravioletten Lichtes dicht beieinander anzuordnen. Wie aus 1 ersichtlich, sind die Leuchtmittel zwischen die Spulenpaare der Spulenanordnung 2 gesetzt, und zwar unmittelbar dicht an den Spulen; wie bevorzugt sind sie dabei so angeordnet, dass der Bereich, in dem die eigentliche, für die Prüfung gewünschte Magnetfelddurchflutung erfolgt, nicht nur sehr homogen durchflutet, sondern auch sehr homogen ausgeleuchtet ist.

Die Leuchtdioden 4 werden getaktet betrieben wie durch die Erregungspulse 4a1, 4a2 angedeutet, wobei die Taktfolge so gewählt ist, dass in den spulenerregungsstromfreien Prüfperioden eines Prüfzyklusses die Leuchtdioden erregt werden. Die Leuchtdiodenstromversorgung ist dabei so ausgebildet, dass auch ein prüfzyklusunabhängiges Einschalten möglich ist, um etwa zu Wartungszwecken die Anlage zu beleuchten.

Im Kastengehäuse 6 ist weiter eine Mehrzahl von CCD-Kameras 8 vorgesehen, die auf den Prüfling 3 gerichtet sind und so ausgebildet sind, dass sie die relevanten Bereiche des Prüflings vollständig erfassen.

Die CCD-Kameras 8 sind sowohl im sichtbaren als auch im ultravioletten Licht der Leuchtmittel 4a, 4b empfindlich bzw. in dem Spektralbereich, in dem die durch UV-Licht angeregte fluoreszierende Flüssigkeit fluoresziert.

Die Signale der CCD-Kameras 8 gehen an eine Bildauswertestufe 9 zur Entscheidung darüber, ob ein mit den CCD-Kameras erfasstes Oberflächenmuster einen kritischen Defekt, eine nichtkritische Beeinträchtigung, eine oberflächliche Verschmutzung oder dergleichen darstellt. Dazu kann insbesondere eine automatische Risslängenbestimmung in der Bildauswertestufe erfolgen. Die Bildauswertestufe 9 ist zugleich mit der am Ausgang des Bandfördermittels 5 vorgesehenen weichenartigen Trennstufe in gute und schlechte Werkstücke gekoppelt, um die Trennung zu bewirken. Die Bildauswertestufe 9 ist dazu ausgebildet, Bilder von den Prüflingen in der Zeit zwischen den einzelnen abnehmenden Gleichstromimpulsen, welche die Achtpol-Gleichstromimpulsquelle 7 an die Spulen der Spulenanordnung 2 speist, zu erfassen.

Die Anlage wird betrieben wie folgt:

Zunächst wird ein Prüfling 3 im stromaufwärtigen Bereich des Bandfördermittels 5 mit Prüffluid versehen. Dann wird er mit dem Bandfördermittel unter die Spulen der Spulenanordnung 2 im Kastengehäuse 6 bewegt. Wenn er, um den Abstand A von dem Kastengehäuse beabstandet, eine Sollposition unter dem Kastengehäuse erreicht hat, was beispielsweise durch eine geeignete Lauflängenmessung des Förderbandes und/oder durch Lichtschranken (nicht gezeigt) erfasst werden kann, wird die Achtpol-Gleichstromimpulsquelle in erforderlicher Weise erregt, um den Prüfling zunächst zu magnetisieren und danach zu demagnetisieren, und zwar gemäß der Spulenpaarerregung aus alternierenden Richtungen.

In den Pausen zwischen den Gleichstromimpulsen abnehmender Stärke aus der Achtpol-Gleichstromimpulsquelle 7 werden wiederholt die Leuchtmittel 4a, 4b erregt, um den Prüfling 3 im Zustande seiner Magnetisierung zu beleuchten. Der gepulste Betrieb erlaubt dabei höhere Stromstärken als im Dauerbetrieb möglich und somit größere Helligkeiten. Dabei wird zugleich die LCD-Kamera wiederholt entsprechend der Leuchtmittelerregung ausgelesen, um Bildinformationen über den Prüfling 3 und dessen Oberflächenstruktur zu erhalten.

Durch die Magnetisierung wird das Prüffluid auf dem Prüfling 3 in per se bekannter Weise ausgerichtet und danach durch die Leuchtdioden ausgeleuchtet. Das Fluoreszenzmuster kann nun mit der Kamera 8 erfasst und an die Einheit 9 gespeist werden, um dort durch Analyse des Bildes Oberflächendefekte von oberflächlichen Verunreinigungen und dergleichen unterscheiden zu können und zugleich die Länge von im Prüfling 3 etwa vorhandenen Rissen 3a zu ermitteln, um so anhand des Prüfungsergebnisses eine Gut/Schlecht-Kontrolle des Prüflings zu bewirken. Durch die Überlagerung von Weiß- und UV-Licht ergeben sich dabei Bildinformationen, die es ohne weiteres erlauben, die gewünschte Bestimmung vorzunehmen und das Werkstück unverdeckt aus praktisch allen Richtungen bewerten zu können.

Ein Beispiel einer unter der Beleuchtung der Beleuchtungsanordnung der vorliegenden Erfindung erhältlichen Bildaufnahme ist in 2 gezeigt. Dort ist klar zu erkennen, dass durch die kombinierte Überlagerung von Weiß- und UV-Licht sowohl Oberflächenstrukturen als auch die mit dem fluoreszierenden Fluid sichtbar gemachten Oberflächenrisse erkennbar sind.

Nach Beendigung des Bilderfassungs-/Magnetisierungs-/Demagnetierungszyklusses wird das Förderbandmittel zur Weiterbewegung des Prüflings angesteuert und dieser verläßt das Förderband 5 in förderstromabwärtiger Richtung, und zwar entsprechend des Auswerteergebnisses der Bildauswertestufe 9 in der für gute beziehungsweise, falls für ihn zutreffend, für schlechte Bauelemente vorbestimmten Richtung. Die während des Prüfzyklus aufgenommene Bildinformation wird ganz oder teilweise zu Dokumentationszwecken abgespeichert werden. Dazu sind entsprechende Speicher- und/oder Dokumentationsmittel vorgesehen. Auf diese Weise kann in kritischen Fällen eine erhöhte Produktionsqualität sichergestellt werden.

Es sei erwähnt, dass eine Vielzahl von Variationen möglich ist. So kann in einfachen Fällen auf eine Achtpolspulenanordnung verzichtet werden. Auch ist es möglich, anstelle eines Förderbandes ein manuelles Aufsetzen oder einen drehbaren Tisch für den Transport von Prüflingen vorzusehen. Es muss keine Station vorgesehen sein, in der das Prüffluid und/oder -pulver automatisch auf die Prüflinge aufgebracht wird, und es ist möglich, anders als aus Gründen der vereinfachten Beschreibung dargestellt, mehrere Prüflinge gleichzeitig zu magnetisieren, zu entmagnetisieren und/oder zu erfassen; dies gilt vor allem, sofern die Prüflinge so klein sind, dass mehrere von ihnen unterhalb der abgehängten Kastenspulenanordnung angeordnet werden können und angesichts der durch die berührungsfreie Prüfung verbesserten Aufsicht auf den Prüfling. Auch ist es möglich, anstelle einer abgehängten Spulenanordnung mehrere Spulen so zu kombinieren, dass ein Prüfling zwischen die Spulen gesetzt bzw. „getaucht" werden kann.

Es sei weiter erwähnt, dass die Bilderfassung nicht unbedingt lediglich in den Impulszwischenzeiten zu erfolgen braucht, auch wenn dies im Hinblick auf eine Störungsfreiheit der Signalübertragung aufgrund der starken spuleninduzierten Magnetfelder sinnvoll sein kann.

Auch braucht ein Aussortieren für schlecht befundener Werkstücke nicht automatisch zu geschehen. Vielmehr ist es auch möglich, dass die Bildauswertestufe bzw. eine dieser nachfolgenden Stufe ein Warnsignal oder dergleichen ausgibt, damit ein Prüfling z. B. manuell entfernt und erforderlichenfalls nachuntersucht wird.

Falls gewünscht, können Erregungsstromimpulse zur Spulenerregung mehrfach mit gleicher Stärke an die Spulen gespeist werden, bevor eine weitere Erregungsstromverringerung erfolgt. Auch solche Stromverläufe, bei denen jedenfalls nach und nach eine Maximalimpulsverringerung erfolgt, bis ein bestimmter Wert erreicht ist, der nicht mehr überschritten wird, ist noch ein abnehmender Stromverlauf im Sinne der Erfindung.

Anders als vorstehend beschrieben können andere Kameras außer CCD-Kameras zur Bilderfassung eingesetzt werden.


Anspruch[de]
Materialprüfungsvorrichtung mit einer Spulenanordnung zur Erzeugung prüflingsdurchflutender Magnetfelder und einer zugehörigen Beobachtungs- und Beleuchtungsanordnung zur Beleuchtung der im Durchflutungsbereich angeordneten Prüflinge für eine Beobachtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung zur Realisierung einer entmagnetisierenden Materialprüfung aus einer entmagnetisierend gepulsten Stromquelle gespeist und die Beobachtungs- und Beleuchtungsanordnung zur taktweisen Prüflingsbeobachtung ausgebildet ist. Materialprüfungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtungs- und Beleuchtungsanordnung Leuchtdioden umfasst, denen eine Steuerung für taktweise Erregung zugeordnet ist. Materialprüfungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für eine solche Taktfolge ausgelegt ist, dass in den spulenerregungsstromfreien Prüfperioden eines Prüfzyklus die Leuchtdioden erregt werden. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildauswertestufe vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, Bilder des Prüflings in den Zeiten zwischen den Gleichstromimpulsen aufzunehmen. Materialprüfungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung eine Mehrzahl von Spulen umfasst und die Beleuchtungsanordnung zwischen und/oder vor die Spule gesetzt ist. Materialprüfungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung zumindest einen UV-Strahler umfasst. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung zumindest ein Leuchtmittel für sichtbares Licht umfasst. Materialprüfungsvorrichtung nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel für ultraviolettes und/oder sichtbares Licht Leuchtdioden umfassen. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier Spulen vorgesehen sind und den wenigstens vier Spulen eine vierpolige Gleichstromimpulsquelle zugeordnet ist. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spulen im Winkel zueinander angeordnet sind, bevorzugt in einem Winkel ≥ 30°. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Spulenpaare zueinander im Winkel angeordnet sind, bevorzugt in einem Winkel von ≥ 30°. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl Spulen vorgesehen ist, die so beabstandet sind, dass jeweils zumindest ein Prüfling zwischen diese hinein- und/oder zwischen diesen hindurchführbar ist. Materialprüfungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Prüfling zwischen Spulen der Spulenanordnung eintauchbar ist und/oder zumindest ein Prüfling unter den Spulen entlang bewegbar ist. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Prüfling weisende Spulenanordnungsseite bzw. Spulenanordnungsgehäuseseite hell, reflektierend und/oder flächig leuchtend ausgebildet ist. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prüflingstransportmittel und bevorzugt eine Steuerung zur Ausführung von Prüfzyklen entsprechend der prüflingstransportmittelbedingten Prüflingsbewegung vorgesehen ist. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kamera, bevorzugt mehrere Kameras zur Prüflingserfassung vorgesehen ist, besonders bevorzugt eine oder mehrere LCD-Kameras. Materialprüfungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kamera zur Prüflingsbeobachtung vor, während und/oder unmittelbar nach einem Gleichstromimpulszyklus beschaltbar bzw. auslesbar ist. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit zur dokumentierenden Bildspeicherung und/oder eine Einheit zur Bildauswertung, bevorzugt fehlererkennenden Bildauswertung vorgesehen ist. Materialprüfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur simultanen Magnetisierung/Demagnetisierung und/oder Prüfung einer Mehrzahl an Prüflingen ausgebildet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com