用于探测导电材料中的异常的微分传感器、检验系统和方法_4

文档序号:8926855阅读:来源:国知局
的涡流检验相反,洛伦兹力-涡流检验只是有条件地适合于检验铁磁材 料。必须补偿磁体和检验材料之间的高吸引力。否则洛伦兹力以及尤其是由吸引力造成的 干扰叠加并且不能令人满意地被探测。
[0061] 洛伦兹力-涡流检验不是通过频率相关的穿入深度,而是通过速度相关的穿入深 度来限制。速度限制从lm/s的速度开始能够通过力作用的非线性性能(Verhalten)被感 觉到。该方法潜在地适合于探测非铁磁材料中透过表面或者位于表面附近的缺陷。检验材 料的特定电导率能够借助于两个测量的力分量来确定(参见DE102011056650A1)。
[0062] 为了去除描述的、该检验与洛伦兹力_涡流检验之间的目标冲突,可能的是只检 测力信号的时间变化。信号变化一方面能够通过微分布置确定,所述微分布置需要两个相 同类型的测量系统,其中一个测量系统查验待检验材料的无缺陷部分,而另一个测量系统 扫描(ueberfahren)缺陷;另一方面,变化能够通过信号的时间求导(微分)被确定。
[0063] 已知如下是有问题的:确定力信号处的时间导数,原因在于在该情况下人们将噪 声增强。更佳的是测量通过时间变化与洛伦兹力相联系的物理量。
[0064] 力信号由总磁场生成,其通过初级磁场和次级磁场的相互影响形成。次级磁场的 时间变化也引起总磁场的时间变化。初级直流部分对时间导数没有影响。次级磁场作为对 受干扰的涡流线路的反应而变化。磁场中的该时间变化能够利用不同的传感器、例如感应 线圈来测量。在绕组数量为N且线圈面积为A的线圈中,磁通量的时间变化产生电压U:
能够示出:该电压与相应的洛伦兹力分量成比例。
[0065] 如此产生的电压包含由本体边缘或者材料特性的异常引起的磁场变化。材料特性 的异常能够尤其是电导率和磁导率的偏差、夹气和裂缝。基于对时间导数的使用,该方法 被称为"微分"方法。尤其是,该方法能够称为"移动感应的次级场-涡流检验"(Motion InducedSecondaryFieldEddyCurrentTesting,MISFECT)〇
[0066]因为在随时间不可变化的信号的情况下(在检验干预中无材料,材料在检验干预 中,但是无缺陷)电压为零并且电压只在变化时被测量,所以覆盖小的测量区域足以探测缺 陷。测量系统的现在可能的高分辨率提供对用于缺陷探测的概率的提高。这种传感器是无 源的,原因在于不需要能量供应,并且是过载安全的,原因在于只感应不能破坏传感器的低 电压。
[0067] 为了进行说明,图5示出在线圈中感应的、具有不同定向的电压信号,其中5A示出 在x方向(移动方向)上具有线圈轴的第二线圈的信号并且图5B示出在z方向(上升方向) 上具有线圈轴的第一线圈的信号。
[0068] 能够使用两个或更多电压信号的时间相关性,以便于减少伪废品(检验为不良的 良好部分)。因为磁场中的变化应该同时在多个线圈中出现,所以人们能够忽略仅在传感器 的一个分量中出现的故障信号。
[0069] 与洛伦兹力-涡流检验相反,磁吸引力不再干扰测量系统。相应地,通过在此介绍 的移动感应的次级场_涡流检验也能够以高灵敏度和检验速度检查铁磁材料。
[0070] 迄今描述的类型的微分涡流传感器能够有利地结合多分量-洛伦兹力-涡流传感 器应用,该多分量-洛伦兹力-涡流传感器被设计用于检测感应的洛伦兹力的绝对值在相 应空间方向上的分量。基于两个方法的关系,由此尤其可能的是:在对缺陷进行无损检验的 同时例如还测量已检验材料的特定电导率。
[0071] 为了进行说明,图6示意性地示出配置用于该类型的组合检验的检验系统SYS1的 主要组件。该检验系统的组合传感器SS和/或传感器组合SS具有用于检测三个维度中磁 通量变化的微分传感器SENS3,该微分传感器SENS3的构造和功能能够对应于来自图1或图 2的传感器SENS1的构造和功能。相应的组件承载与图1和图2中同样的参考标记。参考 与此相关的说明书。三个相互正交围绕永磁体PM缠绕的线圈S1、S2、S3彼此分开地连接到 第一评估设备A1。
[0072] 传感器SENS3借助于由不导电、不能磁化的材料制成的保持设备H固定于力传感 器F-SENS下侧并且由此与该力传感器F-SENS机械固定地耦合。该保持设备能够例如由传 感器SENS3的塑料包封物构成,该塑料包封物粘合在力传感器的合适的连接面处或者与该 力传感器用螺丝连接。力传感器F-SENS机械刚性地与检验系统SYS1的空间固定安装的组 件K耦合,其在空间中的位置和定向能够通过空间固定的坐标系KS描述。
[0073] 力传感器示意性地通过低机械刚度的变形本体来表示,该变形本体的拉长或压缩 或扭曲(Verschrjinkung)基于外部的力能够通过应变仪或其他电磁转换器检测,其中能够 由电转换器信号反向计算出造成变形的力。力传感器连接到第二评估设备A2,利用第二评 估设备能够求得力作用在三个空间方向上的所属量度。
[0074] 组合传感器SS在示例情况下以小的检验间距PA布置在金属导电检验对象OBJ的 表面0B之上,该检验对象以速度v平行于x方向相对于静止的组合传感器SS移动。
[0075] 检验对象例如能够是具有前边缘和后边缘的金属板(在移动方向上看)以及靠近 表面的缺陷D3。图4和图5在两个维度中示意性地示出无缺陷(实线)和有缺陷(虚线)的 可能的传感器信号,也就是一方面在图4A和图5A中平行于行进方向(x方向)以及在图4B 和图5B中在z方向上、即垂直于检验物表面的上升方向上。
[0076] 在移动方向上的力信号Fx在前边缘达到的情况下上升到有限值并且然后保留在 基本恒定的水平,直到后边缘经过传感器并且信号再次下降到零。对应于制动力的该信号 在存在缺陷时在平坦区域中少量地下降,原因在于该缺陷干扰材料中的涡流扩散并且因此 干扰次级场。在上升力的情况下(图4B),使边缘在相反定向的大偏转方面是可以被察觉的, 而在边缘之间出现的缺陷引起信号的与之相比小的、接近正弦状的干扰。
[0077] 在微分传感器SENS3中产生的电压信号具有其它的走向。根据图5A,使本体边缘 在第二线圈S2 (其线圈轴在x方向上走向)的电压信号中通过在相反方向上大的偏转是可 被察觉的,其中然而在从中间穿过未受干扰的检验物材料的情况下,电压信号消失。如果缺 陷穿过传感器区域,则形成近似正弦的缺陷信号。通过其线圈平面平行于检验物表面走向 的第一线圈S1来检测磁通量变化的如下分量,该分量垂直于检验物表面、即在上升方向上 起作用。在此,前边缘和后边缘得出相反定向的大的、歪曲的正弦偏转。在无缺陷的中间区 域,电压下降到零。当出现缺陷时,使该缺陷能作为电压信号的歪曲正弦偏转被察觉。
[0078] 两种类型的信号、即力传感器F-SENS的回溯到力作用的信号和微分传感器SENS3 的感应电压都在检验系统SYS1的情况下被评估,以便于获得关于已检验材料的结论 (Aussagen)。存在缺陷或不存在缺陷借助于第一评估单元A1从微分传感器SENS3的传感 器信号以高灵敏度和高动态性求得。同时,对于来自力传感器的信号的相同的检验容积求 得检验物材料的特定电导率。在此构造商Fz/Fx,其被除数包括用于上升方向上力作用的量 度(Fz)并且其除数包括用于平行于移动方向的力作用的量度,即用于制动力(Fx)的量度。 基于这些测量值能够根据在DE102011056650A1中描述的方法求得检验物原料的电导率。 在此能够通过构造商将磁体的磁通量以及永磁体和原料之间的间距对测量结果的影响降 到最低,使得可能以高精确度来非接触地确定电导率。通过参考使DE102011056650A1的 与此相关的公开内容在此方面成为本说明书的内容。
[0079] 组合检验系统SYS1和/或组合传感器SS具有机械上和电上相对简单且健壮的构 造并且能够例如直接结合生产应用于鉴定导电材料,以便于除了对缺陷高动态性且灵敏的 检验之外也关于电导率进行还要准确的定量说明。这种组合传感器能够例如在铝生产时以 大的优势使用并且能够代替迄今为止的分开的检验方法。
[0080] 在有些实施方式中,检验系统具有传感器系统,所述传感器系统具有两个或更多 微分传感器,所述微分传感器的构造能够相似或彼此相同。
[0081] 图7示出以传感器阵列AR形式的传感器系统,所述传感器阵列具有多个、例如九 个彼此相同的微分传感器,所述微分传感器相对窄地并排以二维平坦阵列布置存在于矩形 格栅中,以便于例如能够同时检测待检验原料的更大平面区域。在传感器阵列中也能
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