DE2359398C3 - Einrichtung in einem Prüfgerät zum Führen einer flächigen Sonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung in einem Prüfgerät zum Führen einer flächigen Sonde entlang einer Kontur der Stirnfläche eines Prüfteils, wobei die Oberfläche der Seite des Prüfteils, deren Schnitt mit der Stirnfläche die genannte Kontur bildet, eine gleichförmig in die Stirnfläche einlaufende, längliche, nach außen oder nach innen gewölbte Formabweichungen wie etwa eine Schweißnaht oder eine Rille aufweist, und wobei eine solche Formabweichung eine Ausbuchtung oder Einbuchtung der Kontur bewirkt, mit mindestens einem Anschlag, der sich auf die Oberfläche der der obengenannten Seite gegenüberliegenden Seite des Prüfteils abstützt, mit mindestens einem Taster, der in einem starr mit dem Anschlag verbundenen Lager beweglich gelagert ist, der sich auf die Oberfläche der erstgenannten Seite des Prüfteils abstützt und in Abhängigkeit von den Formabweichungen dieser Oberfläche Bewegungen ausführt, wenn sich die Lage des Prüfteils gegenüber Taster und Anschlag verändert, und mit Übertragungsmitteln, die die genannten Bewegungen des Tasters auf die zu führende Sonde übertragen.

Eine derartige Nachführeinrichtung wird beispielsweise benötigt in einer Prüfanlage zum Abtasten der Stirnfläche von Großrohren auf Fehler. Die hohen Anforderungen, die an derartige Rohre gestellt werden, haben dazu geführt, daß, bevor Teilstücke von Rohren stirnseitig miteinander stumpf verschweißt werden, die Stirnseiten jedes Teilstückes entlang der beiden Konturen über den ganzen Rohrumfang auf Fehler abgetastet werden. Das bereitet keine Schwierigkeiten, solange die Konturen gleichförmig verlaufen und nicht von einem Schweißwulst oder anderen Formabweichungen der Rohroberfläche gestört sind. Treten jedoch solche Formabweichungen auf, so muß in jedei.i Fall die Prüfsonde exakt am Rand der von einer Formänderung hervorgerufenen Aus- oder Einbuchtung der Kontur entlang geführt werden, da sonst kleinere Fehler der Oberfläche, die an diesen Stellen besonders gefährdet ist, von der Prüfsonde nicht erfaßt würden.

Für die Nachführung von Prüfsonden oder Werkzeugen entlang dem Verlauf einer Schweißnaht ist es bekannt, die Überhöhung der Schweißnaht abzutasten, um die Mitte der Überhöhung zu ermitteln. In der DT-OS 22 08 863 wird beispielsweise ein Verfahren beschrieben, bei dem auf beiden Seiten entlang der Schweißnaht sowohl die Abstände des Grundwerkstoffs als auch der Schweißnahtkante gemessen werden. Von den auf beiden Seiten ermittelten Abständen werden die Differenzen gebildet, so daß sich für beide Seiten die Überhöhungen in der Schweißnahtkante ergeben. Als Sollwert für die Regelung einer Nachführeinrichtung kann nun die Gleichheit der Überhöhungen in den beiden Schweißnahtkanten genommen werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann zwar leicht die Mitte der Überhöhung einer Schweißnaht festgestellt werden, jedoch eignet sich das Verfahren nicht zur Führung einer Sonde quer zur Schweißnaht, nämlich zur Führung entlang der Kontur, die an der Stirn-

fläche des Prüfteils von der Kontur der Überhöhung der Schweißnaht gebildet wird. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich aus dem Umstand, daß die Fehlerabtastung in einer gewissen Breite erfolgen muß, damit nicht nur Fehler an der Rohroberfläche, sondern, innerhalb dieser Abtastbreite, auch Kernfehler erfaßt werden.

Demgemäß stimmt die Bahn des Mittelpunktes der Prüfsonde nicht mehr mit der Kontur der Stirnseite überein, wenn die Gleichförmigkeit der Kontur gestört ist. Vielmehr muß die Sonde bei einer Ausbuchtung der Kontur in einer engeren, bei einer Einbuchtung der Kontur in einer weiteren Kurve geführt werden, als der Kontur entsprechen würde. Ein weiterer Fehler erwächst daraus, daß der Durchmesser der Tastrolle aus konstruktiven Gründen nicht beliebig klein gemacht werden kann. Dadurch nimmt die Tastrolle nicht mehr genau die Bewegung der Kontur auf, sondern führt im Fall einer Ausbuchtung eine weitere Kurve als die der

Kontur entsprechende aus.

Die Erfindung macht sich eine Nachführeinrichtung zur Aufgabe, die mit geringem Aufwand eine gute Annäherung der Sondenbahn an die geforderte Bahn auf Grund einer Abtastung der Oberflache des Prüfteils ermöglicht Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Nachführeinrichtung der eingangs beschriebenen Art, die gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet ist In Ausgestaltung der Erfindung wird weiter angegeben, wie die Nachführeinrichtung an verschiedene Prüfprobleme angeglichen wird, insbesondere an unterschiedliche Sondendurchmessfir, verschiedenartige Formabweichungen der Kontur und schrägen Verlauf der Stirnfläche des Prüfteils.

Ein Beispiel soll mit Hilfe einiger Figuren zum besseren Verständnis der Erfindung verhelfen. Im einzelnen zeigen, in schematischer Darstellung

F i g. 1 eine teilweise geschnitten gezeichnete Ansicht einer erfindungsgemäßen Nachführeinrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Einrichtung nach F i g. 1 entlang der Linie H-Il,

F i g. 3 einen Abschnitt der Stirnseite eines Rohres,

F i g. 4 ein Rohr mit schräg verlaufender Stirnseite.

Die Nachführeinrichtung 1 nach dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten Beispiel ist Bestandteil eines Prüfgerätes zum Abtasten der Stirnfläche 2 eines längsgeschweißten Rohres 3 mit der Schweißnaht 18 durch eine Sonde 4. Während des Abtastvorgangs bewegt sich das Rohr 3 relativ zu Sonde 4 in Richtung von Pfeil 5, während die Nachführeinrichtung 1 schwimmend in einer nicht dargestellten Halterung des Prüfgerätes gelagert ist, die eine freie Bewegung in Richtung von Pfeil 6 erlaubt Die Nachführeinrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einer Anschlagrolle 7, einem Tastrollensatz 8, einem Rahmen 9, der die beiden letzteren mechanisch miteinander verbindet und einem Bowdenzug 10, der eine im Tastrollensatz abgeleitete Bewegung auf den zum Prüfgerät gehörigen Prüfkopf U überträgt.

Der Prüfkopf 11 besitzt eine Prüfeinheit 12, die mittels Schrauben 13 auf einer Tragplatte 14 befestigt ist. Die Prüfeinheit 12 enthält einen Antrieb, der die Sonde 4 an der Spitze der Prüfeinheit in rotierende Bewegung versetzt. An der Peripherie der Sonde 4 befindet sich das eigentliche Prüfelement, eine Wirbelstromspule. So oft die kreisförmige Bahn der Wirbelstromspule einen Fehler der Stirnseite des Prüfteils schneidet, ergibt sich ein elektrisches Fehlersignal in der Prüfeinheit 12, das im Prüfgerät weiterverarbeitet wird. Selbstverständlich können auch andere Sonden oder Prüfcinheiten eingesetzt werden, als die oben beschriebenen. Die Tragplatte 14 ist am Rahmen 9 in einem Lager 15 drehbar aufgehängt, so daß sich die Sonde 4 in Richtung von Pfeil 16 innerhalb eines begrenzten Weges annähernd linear bewegen kann. Am unteren Rand der Tragplatte 14 ist ein Schlitz 17 angebracht, der eine Veränderung des Angriffspunktes des Bowdenzuges 10 ermöglicht.

Durch Anschlagrolle 7, die an der Innenseite 20 des .Rohres 3 anliegt, wird die Lage der in Richtung von Pfeil 6 frei beweglich und mit nach oben gerichteter Vorspannung aufgehängten Führungseinrichtung 1 bestimmt. Der Anschlagrolle 7 gegenüber an der Außenseite des Rohres 3 befindet sich der Tastrollensatz 8 mit den beiden Tastrollen 21 und 22, die mit der Anschlagrolle 7 zusammen eine Art Zange bilden und damit die Wand des Rohres 3 umfassen. Die normalerweise starre Verbindung zwischen Anschlagrolle 7 und Tastroll-8 kann zum Zwecke des Einfahrens von Rohr 3 unterbrochen werden durch Lösen der Feststellschraube 23 des Schaniiers 24 und durch Hochklappen des oberen Schenkels des Rahmens 9.

Der Tastrollersatz 8 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 27, den bereits genannten beiden Tastrollen 21 und 22, den Federn 28 und 29, sowie einem Bolzen 30. Die Tastrollen 21 und 22 sind mit ihren Schäften 31 und 32 in Boden 33 und Steg 34 des Gehäuses 27 beweglich gelagert Sie sind, wie in F i g. 2 zu erkennen, um eine Strecke s in Richtung des Rohrumfangs gegeneinander versetzt angeordnet, wobei sich Abstand s in gewissen Grenzen beliebig einstellen läßt An den Schäften 31 und 32 sind Ansätze 35 und 36 vorgesehen. Die die Schäfte 31 und 32 umhüllenden Federn 28 und 29 schlagen mit ihrem hinteren Ende an Steg 34, mit dem vorderen Ende an die Ansätze 35 und

36 an und drücken die Tastrollen 21 und 22 fest auf die Außenseite des Rohres 3. Zwischen den beiden Tastrollen 21 und 22 und parallel zu ihren Schäften ist der Bolzen 30 angeordnet, ebenfalls in Boden 33 und Steg 34 des Gehäuses 27 gelagert. Er besitzt einen Ansatz 37, der so ausgelegt ist daß in jeder möglichen Versetzung der beiden Tastrollen 21 und 22 deren Ansätze 35 und 36 nach oben gerichtete Bewegungen des Ansatzes

37 und damit des Bolzens 30 begrenzen können.
Hülle 40 des Bowdenzugs 10 ist an der einen Seite

mit der öffnung 41 des Gehäuses 27 fest verbunden. An der anderen Seite ist die Hülle 40 durch die Schelle 42 an einen Winkel 43 angeklemmt, der seinerseits in Längsrichtung verschiebbar am unteren Schenkel des Rahmens 9 anmontiert ist. Die Seele 44 des Bowdenzugs 10 ist einerseits mittels Schraube 45 am Bolzen 30 befestigt, andererseits durch Schraube 46 an einem Schieber 47, der seinerseits mittels Schraube 48 in Längsrichtung verschiebbar im Schlitz 17 befestigt ist. Zwischen Schieber 47 und Winkel 43 ist eine Feder 49 angesetzt, die den Bowdenzug 10 so in Spannung hält, daß der Bolzen 30 mit seinem Ansatz 37 an seine obere Begrenzung durch einen der Ansätze 35 und 36 oder beide anschlägt. Die Federkraft der Feder 49 ist schwächer dimensioniert als die der Federn 28 oder 29, die beide gleich stark sein können.

In F i g. 3 ist ein Stück der Stirnfläche 2 eines Rohres etwa im Maßstab 2 :1 dargestellt. Die obere Kontur 52 der Stirnfläche weist an der Stelle der Schweißnaht 18 eine Ausbuchtung 53 auf. Soll die Sonde 4 entlang der Kontur 52 mit der Ausbuchtung 53 geführt werden, so kann die Bahn des Mittelpunktes 54 der Sonde 4 nicht durch eine genaue Kopie der Kontur 52, wie durch Kurve 55 angedeutet, gewonnen werden. Vielmehr würde in diesem Falle die Sonde 4 in der Kante 56 die Kontur 52 überschneiden. Dabei würde in der Sonde 4 eine Signalspannung entstehen, und einen Fehler vortäuschen. Noch ungünstiger sind die Verhältnisse, wenn die Kontur 52 nicht durch einen punktförmigen Kopiertaster abgenommen werden kann. Im dargestellten Beispiel wurden für die Tastrollen 21 und 22 zwei Räder 57 und 58 mit einem Durchmesser von 30 mm gewählt, wogegen für Sonde 4 der Durchmesser 6 mm betragen soll. Die Mittelpunkte der beiden Räder 57 und 58 verfolgen während des Abtastvorganges eine Bahn 59 mit einer deutlich erkennbar weiteren öffnung im Bereich der Schweißnaht als die Ausbuchtung 53. Die von den beiden Tastrollen 21 und 22 aufgenommene Bewegungsbahn 59 wird in Zusammenarbeit von Rollensatz 8 und Bowdenzug 10 in der Weise auf die Sonde 4 übertragen, daß nur die Teilstrecken im Bereich a und b der Bahn 59 für die Führung der Sonde 4

ausgenützt werden. Wie dies geschieht, läßt sich leicht aus den F i g. 1 und 2 erkennen. Zuerst erreicht Tastrolle 22 die Anstiegsflanke der Ausbuchtung 53 und wird in ihrem Lager nach oben ausgelenkt, ohne daß diese Bewegung auf den Bolzen 30 übertragen wird. Erst wenn die im Abstand s folgende Tastrolie 22 die Anstiegsflanke erreicht und ebenfalls eine nach oben gerichtete Bewegung erfährt, kann der sich mit Ansatz 37 auf Ansatz 36 abstützende Bolzen 30 unter dem Einfluß der Feder 49 dieser Bewegung folgen. Dabei wird die Sonde 4 um den Betrag der Bewegung der Tastrolle 21 nachgeführt. Sobald Tastrolle 22 das Niveau der nachfolgenden Tastrolle 21 unterschreitet, übernimmt sie die Führung der Sonde 4. Der Nachführvorgang der Sonde um die Ausbuchtung 53 ist also abgeschlossen, wenn die erste Tastrolle 22 die abfallende Flanke der Ausbuchtung 53 verläßt. Zusammenfassend kann festgehalten werden, daß nur die Bewegung derjenigen T astrolle übertragen wird, die am weitesten in die Richtung der Anschlagrolle 7 ausgelenkt ist. Kurve 60 gibt die Bahn des Sondenmittelpunktes 54 während der Abtastung der Ausbuchtung 53 wieder. Der Scheitelpunkt der Kurve 60 ist um den Betrag h niedriger als die maximale Auslenkung einer der beiden Tastrollen 21 und 22, da bereits die abwärtslaufende Tastrolle die Führung übernimmt, bevor die andere den Scheitelpunkt der Bahn 59 erreicht hat. Dieser kleine Fehler läßt sich in einfacher Weise beheben, indem man den Angriffspunkt des Bowdenzugs 10 ein wenig in Richtung auf den Drehpunkt 15 hin verlagert und damit das Übersetzungsverhältnis ü der Bewegungsübertragung größer als 1 macht. In diesem Fall kann dann für den Sondenmittelpunkt 54 eine Bahnkurve 61 erreicht werden, die eine recht genaue Näherung an den gewünschten Bahnverlauf erreicht. Der optimale Abstand 5 hängt außer vom Durchmesser der Sonde 4 vom Durchmesser der Tasträder 57 und 58 sowie von der Weite und Überhöhung der Auslenkung 53 ab und kann am einfachsten durch einen Versuch ermittelt werden. Das gleiche gilt für das Übersetzungsverhältnis ü.

In der Praxis ist häufig, wie in F i g. 4 dargestellt, die Stirnfläche des Prüfteils zur Vorbereitung der Schweißverbindung abgeschrägt. In diesem Falle muß die Prüfeinheit 12 so aufgehängt werden, daß die Sonde 4 sich entlang der abgeschrägten Stirnfläche 62 bewegen

ίο kann. Die Ausbuchtung 53 erfährt in diesem Falle eine um l/cos« größere Überhöhung als der Schweißwulst, mit λ als dem Winkel der Abschrägung. Daher muß die Übersetzung ü um den gleichen Betrag vergrößert werden. Das geschieht in der angegebenen Weise.

An Stelle des Bowdenzuges kann auch ein beliebiges anderes zweckdienliches Übertragungsmittel gewählt werden, z. B. ein Gestänge. Desgleichen kann auch der Tastrollensatz anders ausgebildet sein, als im dargestellten Beispiel. So ergibt sich beispielsweise eine besonders einfache Verstellmöglichkeit für den Abstand s der beiden Tast rollen, wenn man diese, statt als senkrecht gelagerte Bolzen, als waagerecht liegende, drehbar gelagerte Schlepphebel ausführt. Während es sich im vorliegenden Beispiel um die von einer Schweißnaht hervorgerufene Ausbuchtung einer Kontur handelte, ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auch die Führung entlang einer Einbuchtung möglich. Allerdings müssen dann, um eine Verzerrung der Abtastbahn zu vermeiden, die Halbmesser der Tasträder klein sein im Vergleich zum Krümmungsradius der Einbuchtung Auch soll in diesem Fall der Abstand s der beiden Tastrollen gegenüber dem Krümmungsradius der Einbuch tung so klein gehalten werden, daß in der Talsohle dei Einbuchtung sich über eine Strecke s keine nennens werten Änderungen der Auslenkung der Tastrollen ein stellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung in einem Prüfgerät zum Führen einer flächigen Sonde entlang einer Kontur der Stirnfläche eines Prüfteils, wobei die Oberfläche der Seite des Prüfteils, deren Schnitt mit der Stirnfläche die genannte Kontur bildet, eine gleichförmig in die Stirnfläche einlaufende, längliche, nach außen oder nach innen gewölbte Formabweichung wie etwa eine Schweißnaht oder eine Rille aufweist, und wobei eine solche Formabweichung eine Ausbuchtung oder Einbuchtung der Kontur bewirkt, mit mindestens einem Anschlag, der sich auf die Oberfläche der der obengenannten Seite gegenüberliegenden Seite des Prüfteils abstützt, mit mindestens einem Taster, der in einem starr mit dem Anschlag verbundenen Lager beweglich gelagert ist, der sich auf die Oberfläche der erstgenannten Seite des Prüfteils abstützt und in Abhängigkeit von den Formabweichungen dieser Oberfläche Bewegungen ausführt, wenn sich die Lage des Prüfteils gegenüber Taster und Anschlag verändert, und mit Übertragungsmitteln, die die genannten Bewegungen des Tasters auf die zu führende Sonde übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei unabhängig voneinander gelagerte Taster (21, 22) aufweist, die in Richtung der Veränderung der Lage des Prüfteils (3) gegenüber den Tastern und dem Anschlag (7) um eine bestimmte Strecke (s) gegeneinander versetzt angeordnet sind und daß ein beweglich gelagertes Zwischenglied (30) vorgesehen ist, an dem einerseits jeder der beiden Taster (21, 22) angreift und das Zwischenglied bei Bewegung in Richtung auf den Anschlag (7) hin mitnimmt, mit dem andererseits die Übertragungsmittel (10) direkt verbunden sind und das von einem Kraftelement (49) in Richtung von Anschlag (7) weg beaufschlagt ist, während von zwei jeweils stärker dimensionierten Kraftelementen (28, 29) die beiden Taster (21, 22) in entgegengesetzter Richtung gedrückt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel (10) in einem Bowdenzug bestehen und daß das Kraftelement (49), mit dem das Zwischenglied (30) beaufschlagt ist, sondenseitig am Bowdenzug angebracht ist.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (s) zwischen den beiden Tastern (21, 22) veränderlich ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsverhältnis (ü) der Bewegung der beiden Taster (21,22) auf die Sonde (4) veränderlich ist.