METHOD AND APPARATUS FOR TESTING A METALLIC TEST PIECE

Abstract: 1. Method of testing a metal test piece (8) on the basis of eddy currents produced in the test piece (8) by means of a testing coil (10), in which a measured quantity dependent on the impedance of the testing coil (10) is determined, which measured quantity serves as a measure for material characteristics of the test piece (8), characterized in that, while a first geometric relationship obtains between the testing coil (10) and the test piece (8), a measurement parameter is continuously varied within a predetermined range and at the same time the above-mentioned measured quantity is received and stored as a function of the measurement parameter, that while a second geometric relatioship obtains between the testing coil (10) and the test piece (8), the same measurement parameter is continuously varied within the same ranged and the measured quantity is one again received as a function of the measurment parameter, that furthermore the previously stored function is compared with the last-mentioned function and that, when the two functions are identical, the measured quantities obtained at the moment of identify and/or the measurement parameter which exists at the same time is or are determined.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines metallischen Prüftelis Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines metallischen Prüfteiles aufgrund von mittels einer Prüfspule im Prüfteil erzeugten Wirbelströmen, wobei eine vom Scheinwiderstand der Prüfspule abhängige Messgrösse ermittelt wird, die als Mass für Werkstoffeigenschaften des Prüfteils dient. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, mit einer Prüfspule, die geeignet ist, im Prüfteil Wirbelströme zu erzeugen, mit einer elektrischen Schaltungsanordnung zum Herstellen einer vom Scheinwiderstand der Prüfspule abhängigen Messgrösse, bestehend in einer Oszillatorschaltung, die Verstärkermittel und zwei auf benachbarte Frequenzen fl' f2 abgestimmte Schwingkreise umfasst, wobei der Scheinwiderstand der Prüfspule die induktive Komponente eines der beiden oder beider Schwingkreise ganz oder teilweise darstellt und wobei ein die Resonanzfrequenz eines der beiden Schwingkreise beeinflussendes Bauteil veränderbar ist. Das genannte Verfahren wird u.a. benutzt zur Prüfung metallischer Halberzeugnisse und Erzeugnisse auf Fehler in deren Oberfläche, wie Risse und Kerben, auf elektrische Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität sowie auf mit den beiden letzteren in Zusammenhang stehende mechanische Grössen, wie Härte und dgl. Zum Ermitteln der vom Scheinwiderstand der Prüfspule abhängigen Messgrösse bedient man sich bekannter Meschaltungen, z.B. elektrischer Brückenschaltungen, aber auch Oszillatorschaltungen, bei denen die Prüfspule einen Bestandteil eines zur Schwingungserzeugung eingesetzten Schwingkreises bildet. Im letzteren Falle kann die Messgrösse in der entstehenden Schwingspannung oder -frequenz des Oszillators bestehen. In US-PS 3 449 661 ist beispielsweise eine Oszillatorschaltung beschrieben, in der am Gitter einer Elektronenröhre ein erster Schwingkreis liegt, dessen induktive Komponente in der Induktivität der Prüfspule besteht, während ein zweiter Schwingkreis an der Anode der Röhre liegt. Häufig erwachsen Schwierigkeiten daraus, dass die Messgrösse sich ändert, wenn die Lage der Prüfspule zum Prüfteil variiert wird, etwa wenn im Falle einer Tastprüfspule diese unabsichtlich mehr oder weniger von der Oberfläche des Prüfteiles entfernt wird. Im Falle des.genann- ten US-Patentes wird die Schwierigkeit weitgehend ausgeschaltet, indem man Resonanzfrequenz und Güte des Anodenschwingkreises auf einen Wert bringt, bei dem sich die Oszillatorspannung zwischen abgehobenen und aufgesetzten Zustand der Tastprüfspule nur wenig oder garnicht ändert. Man geht dabei in der Weise vor, dass man solange schrittweise die Induktivität des Schwingkreises und einen parallel zum Schwingkreis liegenden Widerstand ändert, während man gleichzeitig abwechselnd die Tastprüfspule vom Prüfteil abhebt und auf dasselbe aufsetzt, bis sich an einem Anzeigegerät für die Gszillatorspannung keine nennenswerten Schwankungen zwischen aufgesetztem und abgehobenem Zustand der Tastprüfspule mehr zeigen. Das ist jedoch ein umständlicher und ausserordentlich zeitraubender Abgleichvorgang, der den Wert der beschriebenen Prüfanordnung stark vermindert. Bei anderen Prüfanordnungen gilt ähnliches. Die Erfindung macht sich demgegenüber zur Aufgabe, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung gemäss den eingangs definierten Gattungsbegriffen zu finden, bei denen der Abgleich auf möglichst geringe Änderung der Messgrösse bei gegebener Variation der Lage der Prüfspule zum Prüfteil einfach, schnell und mühelos geschieht. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das ge mäss Patentanspruch 1, und durch eine Vorrichtung, die gemäss Patentanspruch 15 gekennzeichnet ist. Die bisherige Praxis des Abgleichs auf minimale Anderung der Messgrösse beygegebener Variation der Lage der Prüfspule zum Prüfteil wird nach der erfindungsgemässen Lösung ganz wesentlich vereinfacht. Während es nach dem Stand der Technik nötig war, einigemale abwechselnd eine erste bzw. eine zweite Lage der Prüfspule zum Prüfteil herzustellen, also z.B. bei einer Tastprüfspule einigemale zwischen abgehobenem und aufgesetztem Zustand der Prüfspule abzuwechseln, dabei jeweils zwei Stellorgane zu bestätigen und gleichzeitig ein Anzeigeorgan zu beobachten, erfordert die erfindungsgemässe Lösung nur ein einmaliges Herstellen der ersten bzw. zweiten Lage der Prüfspule und die Änderung nur eines Parameters. Nach einer Reihe von vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung, die in Unteransprüchen festgehalten sind, lässt sich u.a. der Ab gleichvorgang noch weiter vereinfachen und weitgehend automatisieren. Im folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren und mit Hilfe von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen im einzelnen: Fig. 1 eine Prüfvorrichtung nach dem Stand der Technik Fig. 2 ein Teil einer erfindungsgemässen Prüf vorrichtung Fig. 3 Diagramme der Oszillatorspannung UM Fig. 4 ein Prinzip-Blockschaltbild der Erfindung Fig. 5 und Fig. 6 Blockschaltbilder von Ausführungs beispielen Figur 1 zeigt das vereinfachte Schaltbild einer bekannten Prüfvorrichtung zum Ermitteln von Fehlern in metallischen Prüfteilen, die ähnlich wie in US-PS 3 449 661 eine Oszillatorschaltung 11 benutzt, um eine dem Scheinwiderstand einer Tastprüfspule 10 entsprechende Messgrö Be, die Oszillatorspannung UM, herzuleiten. Oszillatorschaltung 11 setzt sich zusammen aus einem Feldeffekttransistor 12 als Verstärkerelement und zwei auf die Frequenzen f1 und f2 abgestimmten Schwingkreisen 13 bzw. -14, einem Rückkopplungskondensator 15 und dem Widerstand 16. Die beiden Resonanzfrequenzen fi' f2.sind im allgemeinen dicht benachbart. Die sich einstellende Schwingfrequenz der Oszillatorschaltung 11 liegt unterhalb der kleineren der beiden Frequenzen f1, f2. Resonanzkreis 13 besteht in der Parallelschaltung der Prüfspule 10 mit einem Kondensator 17, Resonanzkreis 14 in der Parallelschaltung des Induktors 18 mit einem Drehkondensator 19. Induktor 18 besitzt eine Sekundärwicklung 20, an die über einen Koppelkondensator 21 eine Gleichrichterschaltung angeschlossen ist. Zur letzteren gehören- zwei Dioden 22 und ein Ladekondensator 23. Die gleichgerichtete Oszillatorspannung UM liegt am ersten Eingang eines Differenzverstärkers 24, während dessen zweiter Eingang mit dem Schleifer eines Potentiometers 25 verbunden ist, das mit den Widerständen 26 und 27 einen Spannungsteiler für die Speisespannung UB bildet. Der Ausgangsstrom des Verstärkers 24 wird von einem Anzeigeinstrument 28 gemessen. Die sich einstellende Oszillatorspannung UM steht in einem eindeutigen Zusammenhang mit dem Scheinwiderstand der Prüfspule 10. Ist die letztere auf ein metallisches Prüfteil 8 aufgesetzt, so hängt die Oszillatorspannung UM wegen der Rückwirkung der im Prüfteil erzeugten Wir belströme auf die Prüfspule 10 von Werkstoffeigenschaften des Prüfteils ab. Da im vorliegenden Fall nur die von Fehlern im Prüfteil hervorgerufenen Anderungen der Wirbelstromrückwirkungen ermittelt werden sollen, wird am Anzeigeinstrument 28 die im Verstärker 24 gebildete Differenz zwischen der Oszillatorspannung UM und einer einstellbaren Teilerspannung UV zur Anzeige gebracht. Damit kleine Änderungen des Abstandes zwischen Prüfspule 1Q und Prüfteil 8, hervorgerufen etwa durch Verkanten der Prüfspule oder durch Verunreinigungen der Prüfteiloberfläche, ohne Wirkung bleiben, muss eine Abhebekompensation der Oszillatorschaltung 11 durchgeführt werden. Das geschieht, indem man eine Einstellung des Drehkondensators 19 sucht, bei der sich die Oszillatorspannung UM und damit die Anzeige am Anzeigeinstrument 28 zwischen aufgesetztem und abgehobenem Zustand der Prüfspule 10 vom Prüfteil 8 nicht ändert. Da jede Einstellung des Drehkondensators 19 einen anderen Wert der Oszillatorspannung UM mitsichbringt, muss für jede neue Einstellung des Drehkondensators durch Verstellen des Potentiometers 25 auch eine neue Teilerspannung UV hergestellt werden, um den Gleichgewichtszustand am Anzeigeinstrument 28 zu erhalten. Die gewünschte Einstellung der beiden Stellorgane kann daher nur durch schrittweise Annäherung gefunden werden. Im folgenden soll dies durch die Figuren 2 und 3 noch etwas deutlicher gemacht werden. In Figur 2 ist noch einmal eine Oszillatorschal-ung 30 dargestellt, die der Oszillatorschaltung 11 nach Figur 1 in vielen Einzelheiten entspricht, so dass weitgehend die Referenzziffern von. Figur 1 übernommen werden konnten. Anstelle des Drehkondensators 19 ist jedoch eine Serienschaltung von zwei Kapazitätsdioden 31 vorgesehen, deren Kapazitätswert durch eine Steuerspannung Us am Eingang eines Rechenverstärkers 32 gesteuert werden kann. Die Serienschaltung von zwei Kapazitätsdioden verfolgt dabei nur den Zweck,. die Aussteuerbarkeit der Dioden durch die anliegende Wechselspannung zu vergrössern. Für eine Reihe unterschiedlicher Leitfähigkeiten des Prüfteils ist in Figur 3 die sich einstellende Oszillatorspannung UM in Abhängigkeit von der Steuerspannung Us, d.h. in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz f2 des Schwingkreises 14, angegeben. Bei Kupfer, Aluminium, Messing und Bronze ergeben sich die Kurven 41 - 44, jeweils mit voll auf das Prüfteil 8 aufgesetzter Prüfspule 10. Hebt man dagegen die Prüfspule 10 vollständig vom Prüfteil 8 ab, so erhält man die gestrichelte Kurve 45, die die Kurven 41 - 44 an den Punkten 46 - 49 schneidet. Dabei entsprechen die Schnittpunkte 46 - 49 dem Wert der Steuerspannung US bzw. der Resonanzfrequenz f2, für den sich Übereinstimmung der Oszillatorspannung UM im abgehobenen und aufgesetzten Zustand der Prüfspule 10 erreichen lässt. Die grossen Unterschiede der zu den Schnittpunkten 46 - 49 gehörigen U-Werte geben eine Vorstellung davon, um wieviel der Teiler in Figur 1 zur Einstellung eines passenden Uv-Wertes verstellt werden musste. In Figur 4 werden die Grundzüge der Erfindung anhand eines Blockschaltbildes erkennbar gemacht. Eine Oszillatorschaltung 30, die der nach Figur 2 entsprechen soll, steht hier stellvertretend für mögliche andere Schaltungen zur Entwicklung einer dem Scheinwiderstand der Prüfspule 10 entsprechenden Messgrösse UM Die letztere liegt einerseits an einem der beiden Eingänge des Differenzverstärkers 24, dessen Ausgang das Anzeigeinstrument 28 speist, andererseits an einem Eingang einer Steueranordnung 50, deren nähere Beschreibung weiter unten folgen soll. Ein erster Ausgang der Steueranordnung 50 ist mit dem Steuereingang der Oszillatorschaltung 30, ein zweiter Ausgang der Steueranordnung mit dem zweiten Eingang des Verstärker 24 verbunden. Die Steueranordnung 50 besitzt ferner zwei Setzeingänge, in die mittels zweier Eingabeschalter 51 und 52 Setzsignale eingegeben werden können. Die Arbeitsweise der Einrichtung ist die folgende. Über Eingabeschalter 51 wird ein erstes Setzsignal in die Steueranordnung 50 eingegeben, nachdem die Prüfspule 10 vom Prüfteil entfernt worden ist. Damit wird in der Steueranordnung 50 der Aufbau einer sich kontinuierlich ändernden Steuergrösse, der Spannung U5 in Gang gesetzt, die einen Messparameter, im vorliegenden Falle die Resonanzfrequenz f2 der Oszillatorschaltung 30, durchsteuert. In Abhängigkeit vom Messparameter ändert sich die Messgrösse, die Oszillatorspannung UM Sie wird in der Steueranordnung 50 in einem Zweikoordinatenspeicher eingegeben, dessen zweite Koordinate von der Steuerspannung US aus gesteuert wird. Damit ist die Messgrösse UM als Funktion des Messparameters f2 gespeichert. Nun bringt man die Prüfspule 10 mit dem Prüfteil in Berührung und betätigt den zweiten Eingabeschalter 52. Wieder wird in der Steueranordnung 50 eine sich kontinuierlich ändernde Steuerspannung US aufgebaut, unter deren Einfluss die Oszillatorspannung UM variiert wird. Die Oszillatorspannung UM und die zuvor gespeicherte Oszillatorspannung werden in synchronen Ablauf an die Eingänge eines Vergleichers gelegt, der im Augenblick der Signalgleichheit an seinen Eingängen ein Signal abgibt, das den weiteren Ablauf des Speichers und der Steuerspannung stoppt. Damit wird die Schnittstelle zweier Funktionen ermittelt und gespeichert, nämlich nach Figur 3 die Schnittstelle der Funktion 45 mit einer der Funktionen 41 - 44. Solche Schnittstellen (46 - 49) können unmittelbar zur Messung einer unbekannten Leitfähigkeit herangezogen werden. In diesem Falle gibt sowohl die an der Schnittstelle vorliegende Oszillatorspannung UMt als auch die zugehörige Steuer spannung Us ein Mass für die Höhe der Leitfähigkeit ab. Soll nicht der absolute Wert der Werkstoffeigenschaft gefunden werden, sondern seine örtlichen Unterschiede, hier also Leitfähigkeitsunterschiede oder von Fehlern verursachte Inhomogenitäten derselben, so hat man mit der Schnittstelle der beiden Funktionen nicht nur den für optimale Kompensation der Lageabhängigkeit der Prüfspule erforderlichen Messparameter U5 gewonnen, sondern auch den beim Nullabgleich des Anzeigeinstrumentes nötigen Vergleichswert UV für die Oszillatorspannung UM. In Figur 5 ist ein Beispiel für eine Steuerschaltung 50 ausgeführt. Der Oszillator 30 entspricht in allen Einzelheiten dem nach Figur 2 und bedarf daher keiner weiteren -Beschreibung. Seine Spannung UM am Ausgang 29 sowie eine Vergleichs spannung UV liegen am ersten bzw. zweiten Eingang des Differenzverstärkers 24, dessen Ausgang das Anzeigeinstrument 28 speist. Wesentliche Teile der Steuerschaltung 50 sind ein Taktfrequenzgenerator 61, der eine kontinuierliche Folge von Zählimpulsen erzeugt, ein Zähler 62, der einen Zähleingang 63, einen Rücksetzeingang 64, einen Zählwertausgang 65 und einen Überlaufausgang 66 besitzt und der im vorliegenden Beispiel 8 Bit fassen soll, ferner ein Schreib Lese-Speicher 67, der im Beispiel eine Auflösung von 8 Bit bei 256 Speicherplätzen aufweisen soll und der einen . Dateneingang 68, einen Adresseneingang 69, einen Takteingang 70 und einenDatenausgang 71 besitzt, schliesslich ein Digitalwertvergleicher 72 mit zwei Eingängen 73, 74 und einem Ausgang 75. Zwei Eingabeschalter 51, 52 sind über ein Oder-Gatter 78 mit dem Rücksetzeingang 64 des Zählers 62, ferner mit den Eingängen zweier monostabiler Kippstufen 79, 80 verbunden, deren Ausgänge wiederum mit den Setzeingängen zweier bistabiler Kippstufen 81, 82 verbunden sind. Die Ausgänge der beiden letzteren sind über ein Oder-Gatter 83 an den Steuereingang eines elektronischen Schalters 84, z.B. eines Feldeffekttransistors, angeschlossen, der es seinerseits möglich macht, den Taktgenerator 61 an den Zähleingang 63 des Zählers 62 und an den Takteingang 70 des Schreib-Lese-Speichers 67 anzuschliessen. Vom Uberlaufausgang 66 des Zählers 62 führt eine Leitung zum Rücksetzeingang der ersten bistabilen Kippstufe 81, während weitere Leitungen von Zählwertaus gang 65 des Zählers über einen Digital-Analog-Umsetzer 85 zum Steuereingang 33 der Oszillatorschaltung 11 bzw. direkt zum Adresseneingang 69 des Schreib-Lese-Speichers 67 führen. Die Leitung zwischen Zähler 62 und Digital-Analog-Umsetzer 85 wurde durch einen Strich 86 markiert um, wie in der Folge bei weiteren Leitungen, anzudeuten, dass es sich um ein 8 Bit übertragendes digitales Leitungsbündel handeln soll. Der Ausgang 29 der Oszillatorschaltung 30 ist mit dem Eingang eines Digital-Analog-Umsetzers 87 verbunden, dessen Ausgang über zwei elektronische Schalter 88, 89 einerseits mit dem , Dateneingang 68 des Schreib-Lese-Speichers 67, andererseits mit dem Eingang 73 des Digitalwertvergleichers 72 verbunden werden kann. DerDatenausgang 71 des Schreib-Lese-Speichers 67 ist über einen Digital-Analog-Umsetzer 90 an den zweiten Eingang des Differenzverstärkers 24 angeschlossen und kann über einen elektronischen Schalter 91 an den Eingang 74 des Digitalwertvergleichers 72 angeschlossen werden. Die Steuereingänge der elektronischen Schalter 89, 91 sind verbunden mit dem Ausgang der bistabilen Kippstufe 82, während der Steuereingang des Schalters 88 mit dem Ausgang der bistabilen Kippstufe 81 verbunden ist. Vom Ausgang 75 des Digitalwertvergleichers 72 führt ein Anschluss zum Rücksetzeingang der bistabilen Kippstufe 82. Die beschriebene Schaltung kann wie folgt betrieben werden. Während Prüfspule 10 zunächst vom Prüfteil entfernt ist, wird Schalter 51 kurzzeitig betätigt. Die Vorderflanke des dabei erzeugten Eingabeimpulses setzt über das Oder-Gatter 78 den Zähler 62 zurück und startet die monostabile Kippstufe 79. Nach Ablauf der Laufzeit der letzteren setzt die Rückflanke ihres Ausgangsimpulses die bistabile Kippstufe 81, die ihrerseits über Oder-Gatter 83 und Schalter 84 die Taktfrequenzimpulse des Taktfrequenzgenerators 61 an den Zähleingang 63 des Zählers 62 sowie an den Takteingang 70 des Schreib-Lese-Speichers 67 legt und gleichzeitig über Schalter 88 die im, Aflalog-Di gital-Umsetzer 87 in eine digitale Grösse umgesetzte Mess grösse der Oszillatorschaltung 30 mit dem Dateneingang 68 des Schreib-Lese-Speichers 67 verbindet. Während sich der Zählwert am Ausgang 65 des Zählers 62 kontinuierlich ändert, entsteht am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 85 eine sich entsprechend ändernde analoge Steuerspannung Us, die innerhalb des vorgesehenen Bereiches den Kapazitätswert der Dioden 31 und damit die Resonanz frequenz f2 des Schwingkreises 14 durchstimmt. Die der in Abhängigkeit von der Steuerspannung U5 sich einstellenden Oszillatorspannung UM entsprechende digitale Grösse am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 87 wird in den Schreib-Lese-Speicher 67 eingegeben, während sich dessen Adressen ebenfalls in Abhängigkeit von U5 ändern. Der Schreib-Lese-Speicher 67 nimmt so die Funktion UM = f (U5) auf und speichert sie. Der Speichervorgang wird abgeschlossen durch einen Überlauf impuls aus Zähler 62, der die bistabile Kippstufe 81 zurücksetzt, die Zufuhr von Taktfrequenzimpulsen zum Zähler 62 sowie zum Schreib-Lese-Speicher 67 unterbindet und die änderung der Steuerspannung US beendet. Der zweite Schritt des Abgleichvorganges wird eingeleitet, indem man die Prüf spule 10 mit dem Prüfteil verbindet, z.B. durch Aufsetzen der Prüf spule auf das Prüfteil und den Schalter 52 kurzzeitig betätigt. Zähler 62 wird über Oder-Gatter 78 zurückgesetzt und, verzögert durch die monostabile Kippstufe 80, wird die bistabile Kippstufe 82 gesetzt. Diese startet über Oder-Gatter 83 und Schalter 84 den Zählvorgang im Zähler 62 und über den Digital-Analog-Umsetzer 85 den Aufbau der kontinuierlich sich ändernden Steuerspannung Us, die in der gleichen Weise wie vorher die Resonanzfrequenz f2 der Oszillatorschaltung 30 durchstimmt. Durch das Setzen der bistabilen Kippstufe 82 ist der Ausgang des Analog Digital-Umsetzers 87 über Schalter 89 mit dem Eingang 73 sowie derDatenausgang 71 des Schreib-Lese-Speichers 67 über Schalter 91 mit dem Eingang 74 des Digitalwertvergleichers 72 verbunden worden. Schreib-Lese-Speicher 67 erhält Adressen vom Zähler 62 and über Schalter 84 Taktfrequenzimpulse vom Taktfrequenzgenerator 61. An den Ein gängen 73, 74 des Digitalwertvergleichers 72 liegen so zwei Grössen, von denen die eine der Oszillatorspannung Um bei mit dem Prüfteil verbundener Prüfspule 10, die andere der Oszillatorspannung Ur bei vom Prüfteil entfernter Prüfspule 10 entspricht, beidemale in gleicher Abhängigkeit von der Steuerspannung Us. Im Augenblick wo die beiden Eingangsgrössen gleich werden, wo also einer der Schnittpunkte 46 - 49 nach Figur 3 erreicht oder überschritten wird, stellt sich am Ausgang 75 des Digitalwertvergleichers 72 ein Signal ein, das die bistabile Kippstufe 82 zurücksetzt und damit den Vergleich der beiden Funktionen beendet. Der Zähler 62 erhält keine weitere Taktfrequenzimpulse mehr. Der erreichte Zählwert am Ausgang 65 und damit die ihm entsprechende Steuerspannung Us sowie die zugehörige Resonanzfrequenz 2 bleiben erhalten. Da sich die Adresse am Eingang 70 des Schreib Lese-Speichers 67 nicht mehr verändert, bleibt am patenausgang 71 der im Augenblick der Übereinstimmung der beiden Funktionen vorliegende Messwert ebenfalls erhalten und steht nach Umsetzung in eine analoge Grösse als Vergleichswert UV für die weiteren Prüfaufgaben zur Verfügung. Überläuft also beispielsweise anschliessend an den beschriebenen Vorgang eine Tastprüfspule 10 einen Fehler im Prüfteil, so ändert sich die Oszillatorspannung U, während die Vergleichs spannung UV konstant bleibt. Am Anzeigeinstrument wird der Fehler durch einen Ausschlag angezeigt. Die in Figur 6 benutzte Steuerschaltung 53 unterscheidet sich von Steuerschaltung 50 im wesentlichen dadurch, dass anstelle des Digitalwertvergleichers 72 ein Analogwertvergleicher 96, ein einfacher Komperator, Anwendung findet. Dieser liegt mit seinen beiden Eingängen 97, 98 am Ausgang 29 der Oszillatorschaltung 30 bzw. am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 90. Sein Ausgang 99 ist mit dem Rücksetzeingang der bistabilen Kippstufe 82 verbunden. Der letzteren ist eingangsseitig eine weitere bistabile Kippstufe 94 parallel geschaltet, deren Rücksetz eingang an den Ausgang des Eingabeschalters 52 angeschlossen ist. Während nur der Ausgang der Kippstufe 82 mit dem Oder-Gatter 83 verbunden ist, führt von den Ausgängen der beiden Kippstufen 82 und 94 eine Verbindung über ein Oder-Gatter 95 zu einem elektronischen Schalter 93, der zwischen denDatenausgang 71 des Schreib-Lese Speichers 67 und den Eingang des Digital-Analog-Umsetzers 90 gelegt wurde. Die beiden Schalter 89 und 91 entfallen. Die Arbeitsweise der Steuerschaltung 53 entspricht weitgehend der von Steuerschaltung 50. Wie zuvor beschrieben, wird bei vom Prüfteil getrennter Prüfspule 10 eine der Oszillatorspannung UM entsprechende digitale Grösse als Funktion der Steuerspannung U5 in den Schreib-Lese-Speicher 67 eingespeichert. Auf ein Signal des Eingabeschalters 52 wird bei mit dem Prüfteil verbundener Prüfspule 10 neben dem Zähler 62 auch die bistabile Kippstufe 94 zurückgesetzt. Nach Ablauf der Laufzeit der monostabilen Kippstufe 80 wird in bekannter Weise über Oder-Gatter 83 und Schalter 84 der Aufbau der sich kontinuierlich ändernden Steuerspannung U5 gestartet. Gleichzeitig werden die beiden bistabilen Kippstufen 82 und 94 gesetzt, deren Ausgangssignal über Oder-Gatter 95 den Schalter 93 schliesst. Auf diese Weise gelangt die im Schreib-Lese Speicher gespeicherte Messgrösse über den Digital-Analog Umsetzer 90 an den Eingang 98 des Analogwertvergleichers 96, während die direkt aus der Oszillatorschaltung 30 entnommene Messgrösse UM am Eingang 97 des Analogwertvergleichers 96 liegt. Der letztere vergleicht die sich ändernden Messgrössen an seinen Eingängen und gibt bei über einstimmung derselben an seinem Ausgang 99 ein Signal ab, das die bistabile Kippstufe 82 zurücksetzt und damit über Oder-Gatter 83 und Schalter 84 den Vergleichsvorgang abbricht. Schalter 93 bleibt jedoch über Oder-Gatter 95 und bistabile Kippstufe 94 geschlossen, so dass die Messgrö Be am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 90 als Vergleichsspannung U am Eingang des DifEerenzverstärkers 24 erhalten bleibt und der Prüfbetrieb wie zuvor beschrieben aufgenommen werden kann. Die Anwendung zweier Eingabeschalter 51, 52 ist übrigens nicht unbedingt erforderlich. Ebenso ist eine Prüfschaltung möglich, bei der durch den einzigen Eingabeschalter 51 der erste Abgleichschritt, also das Einspeichern der Messgrösse bei vom Prüfteil entfernter Prüfspule gestartet wird'und bei dem nach Ablauf der Zählperiode des Zählers 62 durch Uberlaufausgang 66 eine Umschaltung des Eingabeschalters si; auf den zweiten Eingabeeingang, also auf den Eingang der monostabilen Kippstufe 80 erfolgt, so dass ein zweites Betätigen des Eingabeschalters 51 den Vergleich der beiden Messgrössen in die Wege leitet. Es liegt auf der Hand, dass das Vorgesagte nicht nur für Vergleiche bei den beiden extremen Zuständen "Prüfspule vom Prüfteil entfernt" und "Prüfspule voll mit dem Prüfteil verbunden" gilt, sondern dass auch bei zwischen diesen Extremen liegenden Zuständen der Vergleich der beiden Funktionen durchgeführt werden kann. Zum Beispiel lässt sich eine besonders gute Abhebekompensation bei Tastprüfspulen häufig dadurch verwirklichen, dass man den Vergleich durchführt bei den beiden Zuständen "Prüfspule um den Betrag einer nichtleitenden Zwischenlage vom Prüfteil entfernt" und "Prüfspule unmittelbar auf das Prüfteil aufgesetzt". Andererseits ist auch der Einsatz der Erfindung keineswegs auf Tastprüfspulen beschränkt. Vielmehr kann sie beispielsweise auch bei Durchlaufprüf- spulen zur Kompensation des sogenannten Wack eleffektes benutzt werden. Unter dem letzteren versteht man eine Anderung der Messgrösse in Abhängigkeit von Lageänderungen des Prüfteils innerhalb der Durchlaufspule quer zur Transportrichtung. Hierzu ist lediglich die Realisierung zweier repräsentativer Zustände erforderlich. In den oben beschriebenen Beispielen wurde zum Ableiten einer Messgrösse aus dem Scheinwiderstand der Prüfspule stets eine Oszillatoranordnung eingesetzt. Obwohl eine Oszillatoranordnung für die Anwendung der erfindung besonders gute Voraussetzungen bietet, so ist sie doch nicht die einzige An ordnung, die in Frage kommt. Geeignet für die Anwendung der Erfindung sind solche Anordnungen, bei denen die Messgrösse, wenn zwei verschiedene geometrische Beziehungen der Prüfspule zum Prüfgut vorliegen, nach zwei unterschiedlichen Funktionen von einem Messparameter abhängt und bei denen sich diese Funktionen an wenigstens einer Stelle schneiden.

Claims: Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines metallischen Prüfteils Patentansprüche: 1) Verfahren zur- Prüfung eines metallischen Prüfteiles aufgrund von mittels einer Prüfspule im Prüfteil erzeugten Wirbelströmen, wobei eine vom Scheinwider stand der Prä spule abhängige Messgrösse ermittelt wird, die als Mass für Werkstoffeigenschaften des Prüfteiles dient, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer ersten geometri schen Beziehung der Prüfspule (10) zum Prüfteil (8) ein Messparameter kontinuierlich innerhalb eines be stimmten Bereiches geändert wird und gleichzeitig die o.g. Messgrösse als Funktion des Messparameters aufgenommen und gespeichert wird, dass bei Vorliegen einer zweiten geometrischen Beziehung der Prüfspule (10) zum Prüfteil (8) der gleiche Messpararneter kon tinuierlich innerhalb des gleichen Bereiches geän dert wird und wiederum die Messgrösse als Funktion des Messparameters aufgenommen wird, dass dabei die zuvor gespeicherte Funktion mit der zuletzt genann ten Funktion verglichen wird und dass bei Uberein- stimmung der beiden Funktionen die im Augenblick der Übereinstimmung vorliegende Messgrösse undtoder der im gleichen Augenblick vorliegende Messparameter er mittelt werden. 2) Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An spruch 1, mit einer Prüfspule, die geeignet ist, im Prüfteil Wirbelströme zu erzeugen, mit einer elektrischen Schaltungsanordnung zum Herstellen einer vom Scheinwiderstand der Prüfspule abhängigen Messgrösse, bestehend in einer Oszillatorschaltung, die Verstärkermittel und zwei auf benachbarte Fre quenzen (f1,f2) abgestimmte Schwingkreise umfasst, wobei der Scheinwiderstand der Prüf spule die induk tive Komponente eines der beiden oder beiderSchwing kreise ganz oder teilweise darstellt und wobei ein die Resonanzfrequenz eines der beiden Schwingkreise beeinflussendes Bauteil veränderbar ist, dadurch ge kennzeichnet, dass das die Resonanzfrequenz (2) eines der beiden Schwingkreise (14) beeinflussende Bauteil (31) durch eine elektrische Steuergrösse (Us) steuer bar ist, dass ein Generator (61,62,85) zum Herstellen einer sich gleichförmig ändernden Steuergrösse (Us) vorgesehen ist, der elektrisch mit dem Steuereingang des genannten Bauteiles (31) verbunden ist, dass eine Speicheranordnung (67) vorgesehen ist, an deren Ein gang (68) der die Messgrösse (UM) führende Ausgang (29) der Oszillatorschaltung (30) anschliessbar ist und die von der elektrischen Steuergrösse (Us) gesteuert wird, dass ferner eine Vergleicheranordnung (72,96) vorgesehen ist, deren erster Eingang an den Ausgang (29) der Oszillatorschaltung (30) und deren zweiter Eingang an den Ausgang (71) der Speicheranordnung (67) angeschlossen oder anschliessbar ist und dass die Vergleicheranordnung (72,96) ein Signal abgibt, wenn die Messgrössen an ihren Eingängen übereinstimmen. 3) Vorrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeich net, dass das die Resonanzfrequenz (f2) beein flussende Bauteil aus ein oder mehreren spannungs abhängigen Kondensatoren (31), z.B. Kapazitätsdio den, besteht. 4 Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Generator zum Herstellen einer sich gleichförmig ändernden Steuergrösse (U5) aus einem Taktfrequenzgenerator (61), einem an diesen anschliessbaren Zähler (62) und einem mit dem Aus gang des Zählers (62) verbundenen Digital-Analog-Um setzer (85) besteht. 5 Vorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeich net, dass Schaltmittel (84) zum Anschliessen des Taktfrequenzgenerators (61) an den Zähler (62) vor gesehen sind. 6 > Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-5 ', da durch gekennzeichnet, dass die Speicheranordnung in einem digi talen Schreib-Lese-Speicher (67) besteht, vor des sen Dateneingang (68) ein Analog-Digital-Umsetzer (87) geschaltet ist und dessen Adresseneingang (69) an den Ausgang (65) des Zählers (62) angeschlossen ist. 7 ) Vorrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeich net, dass Schaltmittel (88) zum Anschliessen der Messgrösse an den Dateneingang (68) des Schreib-Le se-Speichers (67) vorgesehen sind. 8 ) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7 , da durch gekennzeichnet, dass als Vergleicheranordnung ein Digital wertvergleicher (72) vorgesehen ist, dessen erster Eingang (73) über einem Analog-Digital-Umsetzer an den Ausgang (29) der Oszillatorschaltung (30) und dessen zweiter Eingang (74) an denDatenausgang (71) des Schreib-Lese-Speichers (67) angeschlossen oder anschliessbar ist. 9) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 7 , da durch gekennzeichnet, dass als Vergleicheranordnung ein Analog wertvergleicher (96) vorgesehen ist, dessen erster Eingang (97) an den Ausgang (29) der Oszillator schaltung (30) und dessen zweiter Eingang (98) über einen Digital-Analog-Umsetzer (90) an deDatenaus- gang (71) des Schreib-Lese-Speichers (67) angeschlos sen oder anschliessbar ist. ) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9 , da durch gekennzeichnet, dass eine erste bistabile Kippstufe (81) vorgesehen ist, an deren Ausgang Schaltmittel (84) zum Verbinden des Taktfrequenzgenerators (61) mit dem Zähler (62) und dem Schreib-Lese-Speicher (67) sowie Schaltmittel zum Verbinden des Ausgangs (29) der Oszillatorschaltung (30) über einen Digital-Ana log-Umsetzer (87) mit dem : Dateneingang (68) des Schreib-Lese-Speichers (67) angeschlossen sind, dass der Überlaufausgang (66) des Zählers (62) mit dem Rücksetzeingang der ersten bistabilen Kippstu fe (81) verbunden ist, dass eine zweite bistabile Kippstufe (82) vorgesehen ist, an deren Ausgang Schaltmittel (84) zum Verbinden des Taktfrequenzge nerators (61) mit dem Zähler (62) und dem'Schreib Lese-Speicher (67) sowie Schaltmittel (93) zum Ver binden desDatenausganges (71) des Schreib-Lese Speichers (67) mit der Vergleicheranordnung (72,96) angeschlossen sind, dass der Ausgang der Vergleicher anordnung (72,96) mit dem Rücksetzeingang der zwei ten bistabilen Kippstufe (82) verbunden ist und dass ein oder mehrere Eingabeschalter (51,52) zum Setzen der ersten und zweiten bistabilen Kippstufe (81 bzw. 82) vorgesehen sind. lii Vorrichtung nach Anspruch lc, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Einoabeschalter (51,52) und die erste bzw. zweite bistabile Kippstufe (81 bzw. 82) Verzögerungsglieder (79,80) geschaltet sind 12 ) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - l1, da durch gekennzeichnet, dass an denDatenausgang (71) des Schreib Lese-Speichers (67) ein Digital-Analog-Umsetzer (90) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem er sten Eingang einer Differenzmassanordnung (24,28) verbunden ist, während der zweite Eingang dersel ben mit dem Ausgang (29) der Oszillatorschaltung (30) verbunden ist.

Inventors: HECHT, HANS, NEUMAIER, PETER
Applicants: INSTITUT DR. FRIEDRICH FORSTER PRUFGERATEBAU GMBH & CO. KG
Application year: 1980
Main classification: G01N27
IPC codes: G01N27