ARRANGEMENT FOR NONDESTRUCTIVE TESTING OF CYLINDER-SHAPED WORK PIECES

Abstract: The arrangement described comprises a measuring device (18, 22) which extends, at least in sections, along the circumferential surface extending perpendicularly to the longitudinal axis (20) of the workpiece. In order to guarantee a permanently constant spacing between the workpiece and the measuring device (18, 22), the latter forms, together with sliding elements (38, 42) supported on the workpiece, a unit which in turn is floatingly mounted on a support (24) which is arranged stationary relative to the workpiece. <IMAGE>

Description: Beschreibung Anordnung für die zerstörungsfreie Prüfung von zylinderförmigen g g Y g Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur zerstörungsfreien Prüfung von zylinderförmigen Werkstücken mit einer gegebenenfalls mehrere Messsonden wie Messspulen umfassenden Messeinrichtung, die sich zumindest abschnittsweise entlang der senkrecht zur Längsachse des Werkstückes verlaufenden Umfangsfläche erstreckt. Mittels der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, zu der die Ultraschall-, Streufluss- und Wirbelstrommessung gehört, können Werkstücke auf Fehler geprüft oder hinsichtlich ihrer Dimension bestimmt werden. Dabei ist es erforderlich, dass die Messsonden wie z.B. Messspulen möglichst nahe an der Oberfläche angeordnet werden und dass der gewählte Abstand während der Messungen beibehalten wird. Durch das nahe Anordnen der Messsonden an der Werkstückoberfläche ist bei einer entsprechenden Elektronik eine hohe Fehlererfassung möglich. Sofern der Abstand zwischen der Messsonde und der Oberfläche konstant gehalten werden kann, sind Störeinflüsse minimiert, die ansonsten bei Veränderung des Abstandes, der durch Unebenheiten der Oberfläche des zu überprüfenden Werkstückes oder durch Dimensionsschwankungen auftreten kann, festzustellen sind. Für umfassende Spulen ist der Abstand zur Oberfläche dann konstant, wenn der Prüfling zur Mittelachse zentriert ist. Es ist bereits bekannt, den Abstand eines elektrodynamischen Schallwandlers zu der Oberfläche eines flächigen Werkstückes dadurch konstant zu halten, dass ein Abstützen über Rollen erfolgt. Dabei ist es gleichzeitig erforderlich, dass die von Elektromagneten erzeugte magnetische Anziehungskraft so gross ist, dass das flächige Werkstück zu dem Magneten hin gezogen wird (DE-PS 29 49 256). Eine solche Anordnung ist für die Überprüfung zylindrischer Werkstücke, die konzentrisch von einer z. B. mehrere Messspulen umfassenden Messeinrichtung umgeben werden sollte, nicht möglich, da eine allseitige in Richtung des Werkstückes wirkende Anpresskraft nicht gegeben ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der Abstand zwischen der Messeinrichtung und der Oberfläche des zu überprüfenden Werkstückes auch dann einen gewünschten gleichbleibenden Wert einhält, wenn die Oberfläche Unebenheiten aufweist, z. B. produktionsbedingte Dimensionsungenauigkeiten oder Ungeradheiten des Werkstück auftreten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Messeinrichtung mit auf dem Werkstück sich abstützenden Gleitelementen eine Einheit bildet, die schwimmend an einer in Bezug auf das Werkstück ortsfest angeordneten Halterung gelagert ist. Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene schwimmende Lagerung der die Gleitelemente und die Messeinrichtung umfassenden Einheit in einer ortsfesten Halterung erfolgt eine Selbstzentrierung, wodurch automatisch der Abstand zwischen der Messeinrichtung und der Werkstückoberfläche stets gleichbleibend ist. Unter Messeinrichtung werden hierbei ein oder mehrere das Werkstück konzentrisch umgebende Messsonden wie z.B. Messspulen verstanden, wie sie z.B. bei der Wirbelstromprüfung Verwendung finden. In Ausgestaltung der Erfindung sind die Gleitelemente zu beiden Seiten der Messeinrichtung angeordnet, wobei jeweils zumindest drei gleichmässig auf einem Kreisumfang angeordnete Gleitlager wie Rollen vorgesehen sind. Durch das Abstützen von jeweils drei Rollen auf der Werkstückoberfläche erfolgt eine sichere Selbstzentrierung, die gewährleistet, dass die von den Messsonden ermittelten Werte nicht durch Abstandsschwankungen negativ beeinflusst werden können. Mit anderen Worten ist durch die erfindungsgemässe Lehre gewährleistet, dass der Luftspalt zwischen dem Werkstück wie z.B. einem Rohr und der Messeinrichtung, die mehrere Messspulen umfassen kann, konstant ist. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Halterung zwei im Abstand zueinander angeordnete senkrecht zur Längsachse des Werkstückes verlaufende und dieses umgebende vorzugsweise plattenförmige Befestigungselemente auf, von denen elastische Elemente ausgehen, die mit der aus den Gleitelementen und der Messeinrichtung bestehenden Einheit zu deren schwimmenden Lagerung wechselwirken. Die plattenförmigen Befestigungselemente, die auch als Aufnahmescheiben bezeichnet werden können, bilden dabei die Stirnflächen eines sich entlang der Längsachse des Werkstückes erstreckenden Hohlzylinderabschnittes, so dass diese zusammen als Gehäuse zu bezeichnen sind. Von den Stirnwänden des Gehäuses, also von den plattenförmigen Befestigungselementen gehen nun elastische Elemente wie vorzugsweise Rundschnurringe aus, um mit Vorsprüngen wie Zapfen wechselzuwirken, die ihrerseits von der Einheit ausgehen. Hierdurch wird die schwimmende Lagerung erzeugt. Vorzugsweise gehen die Vorsprünge von parallel zu den Aufnahmescheiben verlaufenden Flanschscheiben aus, zwischen denen zum einen die die Messsonden umfassende Messeinrichtung passgenau angeordnet ist und die die Lagerungen für die Gleitelemente mittelbar oder unmittelbar aufweisen. Um eine sichere Relativbewegung zwischen den ortsfest angeordneten Aufnahmescheiben und den hierzu verschiebbaren Flanschscheiben zu ermöglichen, ist zwischen diesen ein Gleitring z.B. aus Teflon vorgesehen. In einer weiteren hervorzuhebenden Ausgestaltung der Erfindung geht jedes Gleitelement in Form einer Gleitrolle von einem um eine Achse verschwenkbaren Winkelarm aus, der mit einem elastischen Element wie Feder derart wechselwirkt, dass das Gleitelement eine in Richtung der Werkstückachse gerichtete Kraft erfährt. Dabei sind die Kräfte bezüglich der einzelnen auf einer Seite der Messeinrichtung angeordneten Gleitelemente gleichwirkend, um so Ungenauigkeiten bei der Selbstzentrierung auszuschliessen. Vorzugsweise wird das dem Gleitelement abgewandte Ende des Winkelarmes von einem ringförmigen Verschiebeelement gehalten, das über das elastische Element verdrehbar zu einem die Schwenkachse aufweisenden fest mit dem Flanschscheibenelement verbundenen scheibenförmigen weiteren Element angeordnet ist. Dabei kann der Festpunkt zwischen dem Verschiebeelement und dem Ende des Schwenkarms für die einzelnen von dem scheibenförmigen Element ausgehenden Gleitelemente synchron verstellt werden, um so den Abstand der Gleitfläche der Gleitelemente zu dem Werkstück einstellen zu können. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels. Es zeigen: Fig. 1 einen Ausschnitt einer in einem Magnetjoch einer Wirbelstromprüfanlage angeordneten Messeinrichtung und Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 1. In Fig. 1 ist in Seiten- und Schnittdarstellung ein Magnetjoch (10) mit Elektrospulen (12) und (14) dargestellt, das zur zerstörungsfreien Prüfung von zylindrischen Werkstücken mittels Wirbelstrom bestimmt ist. Dabei weist das Magnetjoch (10) konzentrisch zu den Wicklungen (12) und (14) eine durchgehende Bohrung (16) auf, durch die das nicht dargestellte zylindrische Werkstück durch dem Magnetjoch (10) hindurch an einer vorzugsweise mehrere Messspulen umfassenden Messeinrichtung (18) vorbeigeführt wird, die konzentrisch zu der mit dem Bezugszeichen (20) versehenen Längsachse des Werkstückes, die mit der des Magentjoches zusammenfällt, angeordnet ist. Die Messspulen (18) können dabei von einem Spulenkörper (22) aufgenommen sein. Um sicherzustellen, dass die Messeinrichtung (18) stets zentrisch zu dem zu überprüfenden Werkstück auch dann angeordnet ist, wenn dieses hinsichtlich seines Durchmessers Schwankungen aufweisen sollte, wird jene selbstzentrierend zu dem Werkstück ausgerichtet. Hierzu ist eine ortsfest angeordnete Halterung (24) vorgesehen, die einen Hohlzylinderabschnitt (26), der konzentrisch die Aussparung (16) umgibt, umfasst, dessen Stirnflächen von plattenförmigen Befestigungselementen oder Aufnahmescheiben (28) und (30) gebildet sind. Radial hierzu verschiebbar sind Flanschscheiben (32) und (34) angeordnet, die zum einen Gleitelemente (36), (38) bzw. (40) und (42) und zum anderen den Spulenkörper (22) und damit die Messeinrichtung (18) aufnehmen. Damit die Flanschscheiben (28) und (30) und die hiermit eine Einheit bildenden Gleitelemente (36) bis (42) und die Messeinrichtung (18) schwimmend in Bezug auf die Halterung (24) gelagert sind, gehen von den Aufnahmescheiben elastische Befestigungselemente (44), (46), (48) und (50) aus, die ihrerseits mit der Einheit Gleitelemente-Messeinrichtung (36 bis 42, 18) über die Flanschscheiben (32) und (34) verbunden sind. Hierzu sind die Rundschnurringe (44) bis (50) über sowohl von den Aufnahmescheiben (20) und (30) als auch von den Flanschscheiben (32) und (34) vorzugsweise in das Innere der Halterung (30) abragende Zapfen gelegt, von denen zwei beispielhaft mit den Bezugszeichen (52) und (54) versehen sind. Durch diese Konstruktion sind erkennbar die Gleitelemente (36) bis (42) sowie die Messeinrichtung (18) relativ zu der Halterung (24) und radial zu der Bohrung (16) und damit zu einem Werkstück verschiebbar. Um eine reibungsarme Relativbewegung zwischen diesen Elementen zu ermöglichen, sind Gleitringe in Form von Teflonringen (56) und (58) in den aneinandergrenzenden Wandungen eingelassen. Die Selbstzentrierung erfolgt nun dadurch, dass die Gleitelemente (36) bis (42) auf der Oberfläche des durch die Aussparung (16) geführten Werkstückes abgestützt werden, so dass demzufolge ein automatisches Verfolgen von Oberflächenunebenheiten erfolgt, wodurch sichergestellt ist, dass der lichte Abstand zwischen der Messeinrichtung (18) und dem zu überprüfenden Werkstück über den Querschnitt stets konstant ist. Wie die Fig. 1 verdeutlicht, sind jeweils zu beiden Seiten der Messeinrichtung (18) Gleitelemente angeordnet. Dabei handelt es sich gemäss Schnittdarstellung nach Fig. 2 vorzugsweise um jeweils drei Gleitrollen (36), (38) und (40), die gleichmässig auf dem Umfang eines Kreises verteilt angeordnet sind. Die Gleitrollen (36), (38) und (60) stützen sich nun auf der Oberfläche eines nicht dargestellten Werkstückes ab. Dabei sind die Gleitrollen (36), (38) und (60) von Winkelarmen (62), (64) und (66) aufgenommen und um jeweils eine Achse (68), (70) und (72) verschwenkbar. Die Drehpunkte (68), (70) und (72) gehen nun ebenfalls über nicht näher bezeichnete Verbindungsstücke fest von der Flanschscheibe (32) aus, die schwimmend zu der Halterung (24) gelagert ist. Damit die Gleitrollen (36), (38) und (40) bestrebt sind, stets auf der Oberfläche des Werkstückes anzuliegen, sind die den Gleitrollen abgewandten Enden (74), (76) und (78) der Winkelarme (62), (64) und (66) von Vorsprüngen (80), (82) und (84) aufgenommen, die ihrerseits von einem kreisförmigen Verschiebelement (86) ausgehen. Dieses ist zu den Drehachsen (68), (70) und (72) derart verdrehbar, dass auf die Winkelarme (62), (64) und (66) dahingehend eine Kraft aufgezwungen wird, dass die Gleitrollen (36), (38) und (60) bestrebt sind, fest auf der Oberfläche des zu überprüfenden Werkstückes aufzuliegen. Diese Zwangskräfte werden durch elastische Elemente wie Federn (88) und (90) hervorgerufen, die das Verschiebeelement (86) mit der Halterung für die Drehpunkte (68), (70) und (72) verbinden. Der Anfangshub der Gleitelemente (36), (38) und (60) in Bezug auf das Werkstück kann ferner durch entlang des Verschiebelementes (86) einstellbare segmentartige Justierelemente (92), (94) und (96) eingestellt werden, um so vor einer Messung eine Anpassung auf die Durchmesser der zu überprüfenden Werkstücke vorzunehmen. Dadurch, dass die auf beiden Seiten der Messeinrichtung (18) vorgesehenen Gleitelemente (36), (38), (40), (42) und (60) stets auf der Obefläche des zu überprüfenden Werkstückes aufliegen und dessen Verlauf folgen, ist gewährleistet, dass im gleichen Umfang die Messeinrichtung (18) mit bewegt wird, so dass letztendlich der Luftspalt zwischen dem Werkstück und der Messeinrichtung (18), die erwähnterweise vorzugsweise mehrere konzentrisch um die Aussparung (16) angeordnete Messsonden wie Messspulen umfasst, stets gleich gross ist, wodurch die von der Messeinrichtung (18) gewonnenen Messwerte eine hohe Reproduzierbarkeit aufweisen. Die Halterung (24) selbst ist über ein Stellelement (98) in dem Magnetjoch (10) befestigt und kann leicht ausgetauscht werden.

Claims: 1. An arrangement for non destructive testing of workpieces comprising a measuring device having at least one measuring probe such as a measuring coil, said measuring device extending at least in sections along the peripheral surface and being connected to at least two sliding elements (36, 38, 40, 42, 60) supported on said workpiece, characterized in that: in respect to the longitudinal axis of the cylindrically shaped workpiece at least three sliding elements (36, 38, 60, 40, 42) are provided on both sides of said measuring device (18, 22), said each at least three sliding elements are regularly spaced on a circular circumference; said sliding elements being supported on a holding device (24) arranged stationary in relation to said workpiece; said holding device comprises fastening elements (28, 30) arranged at a distance from one another, running vertical to the longitudinal axis (20) of said workpiece and surrounding said workpiece; said fastening elements (28, 30) being the starting points of elastic elements (44, 46, 48, 50); and said sliding elements and said measuring device form a unit (36, 38, 60, 40, 18, 22) supported in a floating manner on said holding device (24). 2. An arrangement according to claim 1, characterized in that said holding device (24) comprises a hollow-cylinder section (26) extending along the longitudinal axis (20) of said workpiece and having faces formed by mounting discs (28, 30); and that flange disc elements (32, 34) are provided external and parallel to said mounting discs; said flange disc elements on the one hand forming directly or indirectly bearings (68, 70, 72) for said sliding elements (36, 38, 60, 40, 42) and on the other hand having projections such as pins (52) for holding said elastic elements (44, 46, 48, 50) such as round-cord sealing rings. 3. An arrangement according to claim 2, characterized in that said measuring device (18) or a holding device holding it in the form of coil shells (22) or the like is arranged stationary between said flange disc elements (32, 34). 4. An arrangement according to claim 2, characterized in that sliding rings (56, 58) are arranged between said mounting discs (28, 30) of said holding device (24) and said flange disc elements (32, 34).

Inventors: DICKMANN, PETER, HUESCHELRATH, GERHARD, DR., KOWOL, EWALD, Hüschelrath, Gerhard, Dr.
Applicants: NUKEM GMBH
Application year: 1987
Main classification: G01N29
IPC codes: G01N27