DE19642981A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtasten einer Bauteiloberfläche mittels einer Wirbelstromsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtasten einer gekrümmten Bauteiloberfläche mittels einer Wirbelstromsonde zum Überprüfen des Bauteils auf Defekte.

Zur Überprüfung von Bauteilen, welche besonderen Bela­ stungen unterliegen und dabei besondere Zuverlässigkeits­ kriterien erfüllen müssen, werden Wirbelstromsonden ver­ wendet, mittels denen die Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils möglichst flächendeckend abgetastet wird. Bei der Erfassung eines Defekts, wie etwa eines Risses, in dem zu überprüfenden Bauteil wird ein Signal abgegeben, welches zur Erfassung des Defekts detektierbar ist. Eine derartige Überprüfung erfolgt insbesondere beispielsweise bei rotationssymmetrischen Bauteilen von Turbinen wie Turbinenscheiben im Naben- und Membranbereich.

Zur Überprüfung von Bauteilen auf Defekte sind Vorrich­ tungen bekannt, bei denen die Wirbelstromsonde mittels sechsachsiger Robotersteuerungen geführt wird. Der Nach­ teil einer solchen sechsachsigen Robotersteuerung ist der damit verbundene große Aufwand.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art anzugeben, welche mit ge­ ringem Aufwand realisierbar sind.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe durch die im Anspruch 9 angegebene Vorrichtung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Bei einem Verfahren zum Abtasten einer Bauteiloberfläche mittels einer Wirbelstromsonde zum Überprüfen des Bau­ teils auf Defekte ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Wirbelstromsonde an einer Trägervorrichtung an­ geordnet wird, mittels der die Wirbelstromsonde entlang einer der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils fol­ genden Bahnkurve in einer Radialrichtung bezüglich einer Mittelachse verschiebbar ist. Das zu überprüfende Bauteil und die Trägervorrichtung werden um die Mittelachse in eine Drehbewegung zueinander versetzt. Die Wirbelstrom­ sonde wird im Zuge der Drehbewegung sukzessive entlang der der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils folgen­ den Bahnkurve verschoben.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß bei einer gleichmäßigen Drehbewegung zwischen Bauteil und Trägervorrichtung allein die Wirbelstromsonde an der Trägervorrichtung zu verschieben ist, um den ge­ samten Prüfbereich abzutasten. Ein weiterer Vorteil ist es, daß die Abtastung im Bereich von Radien (B) prinzip­ bedingt mit einer höheren örtlichen Auflösung stattfin­ det. Damit werden vorteilhafterweise diese kritischen Zonen automatisch genauer geprüft.

Vorzugsweise wird die Wirbelstromsonde auf einer Kreis­ bahn über die Bauteiloberfläche geführt.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird die Wirbelstromsonde jeweils nach einer oder mehreren vollständigen Drehungen entlang der Bahnkurve verschoben. Der Vorteil hiervon ist es, daß während einer Drehung keine Verschiebung der Wirbelstromsonde an der Trägervorrichtung erfolgt und damit keinerlei Vibration auftreten kann.

Gemäß einer Alternative ist es vorgesehen, daß die Wir­ belstromsonde kontinuierlich während der Drehbewegung verschoben wird.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß die Wirbelstromsonde so verschoben wird, daß das zu untersuchende Bauteil flä­ chendeckend abgetastet wird.

Von besonderem Vorteil ist die Verwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Untersuchung von im wesentlichen rotationssymmetrischen Bauteilen. Hierbei kommt der Vor­ teil zum Tragen, daß die Bewegung der Wirbelstromsonde in Polarkoordinaten nach radialer Verschiebung und Drehung erfolgt, wobei diese Bewegung direkt an die rotationssym­ metrische Form des Bauteils angepaßt ist. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere von Vorteil zur Untersuchung von hochbelasteten rotationssymmetrischen Bauteilen, etwa von Turbinen oder Triebwerken.

Gemäß einer Ausbildung des Verfahrens ist es vorgesehen, daß die Trägervorrichtung ortsfest angeordnet ist, und daß das zu überprüfende Bauteil in Drehung versetzt wird.

Eine Vorrichtung zum Abtasten einer Bauteiloberfläche mittels einer Wirbelstromsonde zum Überprüfen des Bau­ teils auf Defekte erhält erfindungsgemäß eine Trägervor­ richtung, an der die Wirbelstromsonde angebracht ist, wobei die Trägervorrichtung Mittel aufweist zum Verfahren der Wirbelstromsonde entlang einer der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils folgenden Bahnkurve in einer Radi­ alrichtung bezüglich einer Mittelachse. Die Vorrichtung enthält eine Drehvorrichtung zum Drehen der Trägervor­ richtung und des zu überprüfenden Bauteils um die Mittel­ achse relativ zueinander. Weiterhin ist eine Vorschubein­ richtung zum sukzessiven Verfahren der Wirbelstromsonde im Zuge der Drehbewegung entlang der der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils folgenden Bahnkurve vorgesehen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist es, daß sie auf einfache Weise mit wenigen be­ wegten Teilen aufzubauen ist.

Gemäß einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, daß die Trägervorrichtung ortsfest angeordnet ist und daß Mittel vorgesehen sind, um das zu überprüfende Bauteil in eine Drehbewegung zu versetzen. Der Vorteil hiervon ist es, daß die Trägervorrichtung einfach zu konstruieren ist, da sie selbst keine Bewegung ausführen muß.

Gemäß einer Ausbildung der Vorrichtung ist es vorgesehen, daß die Trägervorrichtung eine Anordnung von Walzen und ein um die Walzen geführtes, die Wirbelstromsonde tragen­ des Transportband enthält, wobei das Transportband durch die Vorschubeinrichtung angetrieben wird, um die Wirbel­ stromsonde entlang der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils zu verfahren.

Gemäß einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführung ist es vorgesehen, daß die Vorschubeinrichtung einen Schritt­ motor und ein mit dem Schrittmotor gekoppeltes und eine der Walzen antreibendes Getriebe enthält.

Von Vorteil bei derartigen Ausführungen ist es, das Transportband mittels der Walzen und/oder Führungsschie­ nen entlang der der Oberfläche des zu überprüfenden Bau­ teils folgenden Bahnkurve zu führen.

Gemäß einer alternativen Ausbildung ist es vorgesehen, daß die Trägervorrichtung Mittel zum Verfahren der Wir­ belstromsonde in der Radialrichtung und Mittel zum Ver­ fahren der Wirbelstromsonde in einer zu der Mittelachse parallelen Richtung enthält.

Vorteilhafterweise enthält die Trägervorrichtung eine kardanische oder halbkardanische Aufhängung, durch welche die Wirbelstromsonde in einer senkrechten Lage bezüglich der Bauteiloberfläche ausgerichtet wird.

Vorteilhafterweise ist einer Steuereinheit vorgesehen, durch die Wirbelstromsonde auf einer vorgegebenen, repro­ duzierbaren Bahn über das zu überprüfende Bauteil geführt wird.

Vorteilhafterweise enthält eine solche Ausführungsform auch eine Speichervorrichtung zum Abspeichern der von der Wirbelstromsonde abgegebenen Meßdaten.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels ei­ ner Vorrichtung zum Abtasten einer Bauteiloberfläche mit­ tels einer Wirbelstromsonde gemäß einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung; und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein zu prüfendes Bauteil 16 um eine Zen­ trierscheibe 15 rotierbar angeordnet. Die Rotierscheibe 15 wird mittels eines in der Figur nicht dargestellten Antriebs in Rotation versetzt. Die Zentrierscheibe 15 rotiert um eine Mittelachse A.

Eine Wirbelstromsonde 9 zur Überprüfung des Bauteils 16 ist an einer Trägervorrichtung angebracht, die durch ei­ nen Mast 11, einen sich von dem Mast 11 radial weger­ streckenden Riegel 4, einen Sondenführungsträger 18, eine Anzahl von Walzen 6, 7, 10 und ein um die genannten Wal­ zen verlaufendes Stahlband 8 gebildet ist, wobei das Stahlband 8 die Wirbelstromsonde 9 trägt.

Der Mast 11 ist zentral bezüglich des zu prüfenden Bau­ teils 16 und bezüglich der Zentrierscheibe 15 angeordnet und beinhaltet die Mittelachse A. Der Riegel 4 ist über einen Justierblock 3 mit dem Mast 11 verbunden, wobei der Justierblock 3 mittels Justierschrauben 1 und 2 eine ho­ rizontale und vertikale Verstellung zwischen Riegel 4 und Mast 11 ermöglicht.

Das Stahlband 8 ist in einer Schleife über zwei führende Walzen 6 und eine dazwischen angeordnete Spannwalze 7 sowie über zwei passive Walzen 10 geführt, wobei das Stahlband 8 zwischen den beiden passiven Walzen 10 mit­ tels zweier bogenförmiger Führungsteile 17 auf einer an die Form des zu prüfenden Bauteils 16 angepaßten Bahn geführt wird. Zwischen der ersten führenden Walze 6 und der Spannwalze 7 ist ein Photosensor 5 angeordnet, wel­ cher ein Positionssignal für die Lage des Stahlbandes 8 abgibt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist an der Trägervorrich­ tung ein Schrittmotor 12 angeordnet, welcher über ein Getriebe 14 mit der ersten führenden Walze 6 gekoppelt ist und das Stahlband im Sinne einer Verschiebung der Wirbelstromsonde 9 entlang einer durch die Führung des Stahlbandes 8 vorgegebenen Bahnkurve antreibt. Diese Bahnkurve folgt in Radialrichtung bezüglich der Mittel­ achse A der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils 16, wie aus Fig. 1 zu sehen ist.

Zur Überprüfung des Bauteils 16 auf Risse oder andere Defekte wird das Bauteil 16 mittels der in der Figur nicht dargestellten Antriebseinrichtung in eine Drehbewe­ gung um die Zentrierscheibe 15 versetzt, so daß die Wir­ belstromsonde 9 relativ zu dem Bauteil 16 auf einer Kreisbahn über den zu untersuchenden Bereich von dessen Oberfläche geführt wird. Beginnend von einer Ausgangspo­ sition, die vorzugsweise am inneren oder äußeren Ende der der Oberfläche des Bauteils 16 folgenden Bahnkurve liegt, wird die Wirbelstromsonde 9 durch Antrieb des Schrittmo­ tors 12 über das Stahlband 8 sukzessive entlang der der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils 16 folgenden Bahnkurve verschoben. Dabei wird die Wirbelstromsonde 9 vorzugsweise jeweils nach einer oder mehreren vollständi­ gen Drehungen entlang der Bahnkurve um einen solchen Be­ trag weiterbewegt, so daß das zu untersuchende Bauteil 16 im Untersuchungsbereich flächendeckend abgetastet wird. Durch die Führung der Wirbelstromsonde im Abstand von der Bauteiloberfläche können Bereiche mit kleinen Radien, in Fig. 1 die mit "B" bezeichneten Stellen, mit hoher Auf­ lösung geprüft werden. Alternativ zu einer solchen inkre­ mentalen Bewegung nach jeweils einer oder mehreren voll­ ständigen Drehungen des Bauteils 16 ist auch eine konti­ nuierliche Verschiebung der Wirbelstromsonde 9 während der Drehung des zu überprüfenden Bauteils 16 möglich, so daß sich eine spiralförmige Abtastung ergibt.

Die Drehung des Bauteils 16 und der Vorschub der Wirbel­ stromsonde 9 entlang der Bahnkurve wird durch eine in der Figur nicht dargestellte mikroprozessorgesteuerte Steuer­ einheit koordiniert, so daß die Wirbelstromsonde auf ei­ ner vorgegebenen, reproduzierbaren Bahn über die Oberflä­ che des Bauteils 16 geführt wird. Die von den Ausgangs­ signalen der Wirbelstromsonde 9 abgeleiteten Meßdaten werden in der Speichervorrichtung abgespeichert, wobei sie gleichzeitig dem Ort an der Oberfläche des Bauteils 16 zugeordnet werden, an welchem sie gewonnen wurden. Auf diese Weise ist eine hochauflösende, im Untersuchungsbe­ reich flächendeckende Überprüfung des Bauteils 16 durch­ führbar. Vorzugsweise werden die von den Ausgangssignalen der Wirbelstromsonde 9 abgeleiteten Meßdaten in Form ei­ ner graphischen Darstellung ausgegeben, welche eine Ab­ bildung des zu prüfenden Bauteils 16 mit den festgestell­ ten Defekten oder Rissen wiedergibt.

Claims (17)

1. Verfahren zum Abtasten einer stark gekrümmten Bau­ teiloberfläche mittels einer Wirbelstromsonde zum Über­ prüfen des Bauteils auf Defekte, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirbelstromsonde (9) an einer Trägervorrichtung (4, 6, 7, 8, 11) angeordnet wird, mittels der die Wirbel­ stromsonde (9) entlang einer der Oberfläche des zu über­ prüfenden Bauteils (16) folgenden Bahnkurve in einer Ra­ dialrichtung bezüglich einer Mittelachse (A) verschiebbar ist,
daß das zu überprüfende Bauteil (16) und die Trägervor­ richtung (4, 6, 7, 8, 11) um die Mittelachse (A) in eine Drehbewegung zueinander versetzt werden, und
daß die Wirbelstromsonde (9) im Zuge der Drehbewegung sukzessive entlang der der Oberfläche des zu überprüfen­ den Bauteils (16) folgenden Bahn folgenden Bahnkurve ver­ schoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstromsonde (9) auf einer Kreisbahn über die Bauteiloberfläche geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirbelstromsonde (9) jeweils nach einer oder mehreren vollständigen Drehungen entlang der Bahn­ kurve verschoben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wirbelstromsonde (9) kontinuierlich während der Drehbewegung verschoben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wirbelstromsonde (9) so verschoben wird, daß das zu untersuchende Bauteil (16) flächendeckend abgetastet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen rotationssymme­ trisches Bauteil untersucht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung (4, 6, 7, 8, 11) ortsfest angeordnet ist, und daß das zu überprüfende Bauteil (16) in Drehung versetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von Ausgangssignalen der Wirbel­ stromsonde (9) abgeleiteten Meßdaten im Sinne einer gra­ phischen Darstellung des zu überprüfenden Bauteils (16) in Abhängigkeit von dem Ort, an welchem die Meßdaten ge­ wonnen worden sind, dargestellt werden.

9. Vorrichtung zum Abtasten einer Bauteiloberfläche mittels einer Wirbelstromsonde zum Überprüfen des Bau­ teils auf Defekte, gekennzeichnet durch
eine Trägervorrichtung (4, 6, 7, 8, 11), an der die Wir­ belstromsonde (9) angebracht ist, mit Mitteln zum Ver­ schieben der Wirbelstromsonde (9) entlang einer der Ober­ fläche des zu überprüfenden Bauteils (16) folgenden Bahn­ kurve in einer Radialrichtung bezüglich einer Mittelachse (A),
eine Drehvorrichtung (15) zum Drehen der Trägervorrich­ tung (4, 6, 7, 8, 11) und des zu überprüfenden Bauteils (16) um die Mittelachse (A) relativ zueinander, und
eine Vorschubeinrichtung (12, 14) zum sukzessiven Ver­ schieben der Wirbelstromsonde (9) im Zuge der Drehbewe­ gung entlang der der Oberfläche des zu überprüfenden Bau­ teils (16) folgenden Bahnkurve.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung (4, 6, 7, 8, 11) ortsfest an­ geordnet ist, und daß Mittel (15) vorgesehen sind, um das zu überprüfende Bauteil (16) in eine Drehbewegung zu ver­ setzen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trägervorrichtung (4, 6, 7, 8, 11) eine Anordnung von Walzen (6, 7, 10) und ein um die Walzen (6, 7, 10) geführtes, die Wirbelstromsonde (9) tragendes Transportband (8) enthält, wobei das Transportband (8) durch die Vorschubeinrichtung (12, 14) angetrieben wird, um die Wirbelstromsonde (9) entlang der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils zu verschieben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorschubeinrichtung (12, 14) einen Schritt­ motor (12) und ein mit dem Schrittmotor (12) gekoppeltes und eine der Walzen (6) antreibendes Getriebe (14) ent­ hält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Transportband (8) mittels der Wal­ zen (6, 7, 10) und/oder mittels Führungsschienen (17) entlang der der Oberfläche des zu überprüfenden Bauteils (16) folgenden Bahnkurve geführt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trägervorrichtung Mittel zum Verfahren der Wirbelstromsonde (9) in der Radialrichtung und Mittel zum Verfahren der Wirbelstromsonde (9) in einer zu der Mittelachse (A) parallelen Richtung enthält.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung eine kar­ danische oder halbkardanische Aufhängung enthält, durch welche die Wirbelstromsonde (9) in einer senkrechten Lage bezüglich der Bauteiloberfläche ausgerichtet wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit vorgesehen ist, um die Wirbelstromsonde (9) auf einer vorgegebenen, reproduzierbaren Bahn über das zu überprüfende Bauteil zu führen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Speichervorrichtung zum Abspeichern der von der Wirbelstromsonde abgegebenen Meßdaten vorgesehen ist.