DE1648358A1

DE1648358A1 - Verfahren und Geraet zur Bestimmung von Unstetigkeitsstellen in elektrisch leitenden Materialien

Info

Publication number: DE1648358A1
Application number: DE19671648358
Authority: DE
Inventors: Smith George H
Original assignee: F W BELL Inc
Current assignee: F W BELL Inc
Priority date: 1966-05-16
Filing date: 1967-04-07
Publication date: 1971-05-13
Also published as: US3449664A; GB1113007A

Description

Verfahren und Gerät zur Bestimmung von Unstetigkeitsstellen in elektrisch leitenden Materialien.

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und Gerät zur zerstörungsfreien Bestimmung elektrischer unstetigkeitsstellen in elektrisch leitenden Materialien mit Hilfe von Wirbelströmen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und Gerät zur Bestimmung elektrischer Unstetigkeitsstellen in einem elektrisch leitendem Material, indem ein durch Wirbelatröme induziertes Magnetfeld mit mehreren Halbleitergeräten abgetastet wird, die ein Differenzsignal liefern, das elektrische Unstetigkeitsstellen anzeigt.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Oipl.-Wirttch.-tng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MDKCÜEN2, THERESIENSTRA3SE33 · Tilefom292102 · T*l«eramm.Adr*ii·: LlraSSS/MOnditn

Bcifcvarbindvne·»· Dsuficht Bank AO, Filiale MOnditn, Dop.-Kan· Vifctualitnmark!-, Kr-* ' .·. Ä/30i38 Bayer. Vveintbcnk MSndicn, Zwtigrt. Oikqr-var_ä-Mill«r-Rin0, Kie.-Nr. 882495 · Poitidissbfe,'..-'" odien Nr. 143397

Opp»nausr BOre: rATENTANWALT S3. »5!ΝΗΟΙΰ SCHMIBi

Das Verfahren und Gerät nach der vorliegenden Erfindung wurde insbesondere zur zerstörungsfreien Prüfung solcher Bauteile entwickelt, die aus elektrisch leitendem Material bestehen; eine Ausführungsform eines Prüfgerätes nach der vorliegenden Erfindung soll im folgenden beschrieben werden. Verfahren und Gerät sollen jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt sein. Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere zur zerstörungsfreien Untersuchung zusammengesetzter Anordnungen entwickelt, deren einzelne Bauelemente zu einer festen Anordnung zusammengefügt sind. Zum Zusammenfügen der einzelnen Bauelemente dienen Befestigungsvorrichtungen, etwa Niete oder Schrauben, die durch die Bauteile hindurchreichen und diese miteinander verspannen können. Für Niete oder Schrauben sind geeignete Öffnungen oder Löcher im Material erforderlich, durch die sich die Niete oder Schrauben erstrecken. Die erforderlichen Öffnungen werden durch bekannte Verfahren, wie Bohren oder Stanzen, im Material hergestellt. Nach den bisherigen Verfahren lassen sich diese öffnungen zwar leicht herstellen, jedoch können dadurch die metallurgischen oder strukturellen Eigenschaften des Materials negativ beeinflußt werden, insbesondere in der Umgebung der Öffnung. Bei der Herstellung solcher Öffnungen nach bekannten Bohrverfahren wird an der Öffnung durch Reibung oder durch Arbeiten des Materials Wärme erzeugt. Die auf diese Weise erzeugte Wärme wird während oder nach der Herstellung der Öffnung mit einer Geschwindigkeit abgeführt, die von der Form

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■und den physikalischen Eigenschaften des Materials und von der örtlichen Umgebung der Bohrung abhängt. Wenn diese Faktoren eine relativ rasche Wärmeabgabe ergeben, wirkt das wie ein Abschrecken des Materials, wodurch das die Öffnung umgebende Material spröde wird. Die Auswirkungen einer solchen Versprödung sind bei der Herstellung der Öffnung im allgemeinen nicht feststellbar, da diese Versprödung äußerlich nicht sichtbar in Erscheinung tritt, sondern sich erst feststellen läßt, wenn das Material beansprucht wurde. Beim üblichen Arbeitsablauf werden daher die verschiedenen Bauelemente durch geeignete Befestigungsvorrichtungen miteinanaer verbunden;.dann wird die . 2ussmmengesetzte Anordnung bestimmungsgemäß verwendet. Nachdem die Anordnung eine gewisse Zeit in Betrieb war und dabei das Liaterial beansprucht wurde, können sich in dem spröden !«aterial in der Umgebung der öffnung kleine Hisse bilden, die eine elektrische ünstetigkeit darstellen und die nicht notwendigerweise bis zur Oberfläche des Bauteils reichen müssen. Diese Risse oder Unsteti^keitsstellen verringern die strukturelle Festigkeit des materials; wenn das Gerät dauernd in Gebrauch ist und demzufolge das Material beansprucht wird, verschlimmern sich die Schäden, bis das schadhafte Bauteil oder die Bauteile schließlich zerbrechen oder auf andere Weise während des Betriebs, der Anordnung zerstört werden. Wenn die kleinen Risse und Unstetigkeiten während ihrer Entstehung, noc.h ehe ernsthafte Schaden an der Anordnung auftreten, festgestellt werden können, könnten die beschädigten Bauteile ausgewechselt oder

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andere geeignete Maßnahmen getroffen werden, um einen vollständigen Zusammenbruch der Anordnung zu vermeiden. Ein frühzeitiges Peststellen der Bauelemente, die letztlich die Schäden verursachen, ist insbesondere im Flugzeugbau von großer Bedeutung.

Bisher konnten winzige Risse und Unstetigkeiten im Material in der Umgebung solcher in mehreren Bauteilen vorhandener Öffnungen nur festgestellt werden, wenn die Bauteile ausgebaut und die Befestigungsvorrichtungen entfernt wurden. Nach dem Ausbau konnte das die Öffnungen umgebende Material mit üblichen Verfahren und Geräten bequem untersucht werden, wobei allerdings verborgene, im Inneren vorhandene elektrische Unstetigkeiten möglicherweise nicht festgestellt werden konnten. Prüfverfahren, bei denen die Anordnung zerlegt werden muß, sind relativ kostspielig und zeitraubend, außerdem wird dabei meist die Befestigungsvorrichtung zerstört, so daß sie beim erneuten Zusammenbau durch eine neue ersetzt werden muß. Die Untersuchung solcher zusammengesetzter Anordnungen auf vorhandene Unstetigkeitsstellen wurde deshalb üblicherweise solange zurückgestellt, bis die planmäßige Wartung erforderlich schien oder bis Ereignisse oder äußere Anzeichen auftraten, die auf winzige Defekte oder Unstetigkeiten im iviaterial schließen ließen.

Der Erfindung liegt folgende Aufgabenstellung zugrunde: Es soll ein Verfahren und Gerät geschaffen werden, das mit Hilfe von Wirbelströmen elektrische Unstetirkeitsstellen

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in einem elektrisch leitenden Material feststellt.

Es soll weiterhin ein Prüfgerät geschaffen werden, das auf elektrische Unstetigkeitsstellen in einem Material anspricht und das auf dem in einem Material durch induzierte Wirbelströme erzeugten Magnetfeld beruht, wobei die Wirbelströme und das induzierte Magnetfeld durch elektrische Unstetigkeitsstellen beeinflußt werden.

Es soll weiterhin ein Gerät geschaffen werden, das auf elektrische unstetigkeitsstellen in einem elektrisch leitenden Material anspricht und Vorrichtungen zur Erzeugung von Wirbelströmen in dem Material enthält, die ein resultierendes induziertes Magnetfeld erzeugen, mit mindestens zwei Halbleitergeräten, die betreffende Abschnitte des induzierten Magnetfeldes abtasten und ein Ausgangssignal liefern, das den differentiellen Kennwerten der Halbleitergeräte entspricht.

Es soll weiterhin ein Gerät geschaffen werden, das auf elektrische Unstetigkeitsstellen in einem elektrisch leitenden Material anspricht und ein relativ hohes Auflösungsvermögen zur Peststellung solcher Unstetigkeitsstellen besitzt, v/obei mehrere Halbleitergeräte verwendet werden, die augenblicklich auf entsprechende Abschnitte eines induzierten Magnetfeldes ansprechen können, das durch im Material fließende Wirbelsfcröme erzeugt wird.

Ea soll weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung elektrischer Unstetigkeitostellen in einem elektrisch leitenden kat&rial geschaffen werden, indem in dem Material zur Erzeugung

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eines induzierten Magnetfeldes Wirbelströme induziert werden und indem das induzierte Magnetfeld durch in Differenzschaltung verbundene Halbleitergeräte abgetastet wird. Es folgt nun eine Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Gerätes nach der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung elektrischer Unstetigkeitsstellen in einem elektrisch leitenden Material.

Figur 2 ist eine Aufsicht auf einen Sondenaufbau des Gerätes zum Erzeugen und Abtasten eines Magnetfeldes an der Oberfläche des zu, untersuchenden Materials.

Figur 3 ist ein Längsschnitt entlang der Linie 3-3 aus Figur 2.

Figur 4 ist eine schematische Darstellung der beim Betrieb der Sonde erzeugten Wirbelströme und des resultierenden induzierten Magnetfeldes.

Figur 5 ist ein Längsschnitt entlang der Linie 5-5 aus Figur 4 und zeigt die typische Anordnung der Wirbelströme und des induzierten Magnetfeldes.

Figur 6 ist ein Längsschnitt durch eine abgewandelte Sondenanordnung.

Figur 7 ist eine schematische Darstellung eines Prüfgerätes, in dem die Sonde aus Figur 6 verwendet wird.

In den Zeichnungen und insbesondere in Figur 1 ist ein Gerät zur Bestimmung elektrischer Unstetigkeitsstellen

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in schematischer Darstellung gezeigt, das in betriebliche Beziehung zu einem Bauteil S mit einer Befestigungsvorrichtung F gebracht wird. Das Bauteil S besteht aus elektrisch leitendem Material, und die Befestigungsvorrichtung F kann -7 muß aber nicht - aus elektrisch leitendem Material bestehen. Der Kopf der Befestigungsvorrichtung F ist versenkt und bildet mit der Oberfläche des Bauteils eine Ebene. Im Kopf der Befestigungsvorrichtung F befindet sich ein Schlitz C, in dem geeignete mechanische Werkzeuge an der Befestigungsvorrichtung angreifen können. In der hier gezeigten speziellen Anwendung befindet sich die elektrische Unstetigkeitsstelle oder der Defekt, dessen Betrachung von Bedeutung ist, in der Umgebung der Öffnung, durch die sich die Befestigungsvorrichtung F erstreckt. Selbstverständlich kann das Gerät auch für Bauteile verwendet werden, die keine Öffnung enthalten und nicht mit einer Befestigungsvorrichtung versehen sind. Unabhängig von der speziellen Anwendung des Gerätes bleibt jedoch das Arbeitsverfahren und die theoretische Grundlage unverändert.

Das in Figur 1 dargestellte Gerät umfaßt allgemein eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, die mit dem Bauteil S induktiv gekoppelt werden kann, und eine Vorrichtung zur Hagnetfeldabtastung, die mit den Magnetfeldern elektromagnetisch gekoppelt werden kann, die mit üein Bauteil zusammenhängen. Die Vorrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes enthält einen Induktor oder eine Spule 10 mit Regelkreis, die zur Erzeugung eines Hagnetisierungsfeldes durch einen Strom I er-

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regt wird. Das von der Spule 10 erzeugte Magnetisierungsfeld ist in Figur 1 durch die mit Hq bezeichneten Pfeile gekennzeichnet, die die magnetische Feldstärke darstellen. Einen geeigneten Magnetisierungsstrom I liefert ein Durchstimmoszillator 11, der einen Wechselstromverstärker 12 mit Konstantstromregelung speist. Es wird vorzugsweise ein.Durchstimmoszillator verwendet, um das Gerät wahlweise bei einer bestimmten gewünschten Frequenz betreiben zu können, wodurch optimale Prüfbedingungen für eine spezielle Anwenaung geschaffen werden. Der als kagnetisierungsstrom dienende Wechselstrom I fließt durch die Spule 10 und erzeugt ein magnetisches Wechselfeld H₀, das auf Grund induktiver Kopplung durch Anbringen der Spule in der Nähe der Oberfläche des Bauteils in dem Bauteil Wirbelströme I erzeugt. Die auf diese Weise induzierten Wirbelströme I sind ebenfalls ein Wechselstrom und verlaufen, wie in Fi^ur 1 gezeigt ist, in einem bestimmten Bereich um die Öffnung herum mit effektiver Konzentration, wobei die Bahnen der Wirbelströme in einer senkrecht zur Zeichenebene liegenden Ebene verlaufen. Bekanntlich würden die Wirbelströme normalerweise ungleichförmig, wenn auch symmetrisch über das Bauteil verteilt sein, und zwar sowohl in radialer .Richtung als auch in Hichtung der Eindringtiefe, wobei die größte Stromdichte unmittelbar unterhalb der Induktorspule 10 auftritt. Die Eindringtiei'e der Wirbelströme hängt von der Frequenz den Magnetisierungsstroms

Die auf diese Weise im Bauteil S induzierten Wirbel-

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ströme I erzeugen ein induziertes Hagnetfeld, wie in Figur 1 durch die Pfeile H dargestellt ist. Wie aus Figur 1 zu ersehen ist, wirkt das induzierte Magnetfeld H dem Magnetisierungsfeld Hq entgegen; es enthält Komponenten in der Mitte der Spule 10, die mit H bezeichnet sind, und Komponenten, die außerhalb der Spule verlaufen und mit H .j und Hg bezeichnet sind. Das durch die Wirbelströme I induzierte Magnetfeld H verläuft ringförmig um die Wirbelströme, wobei die Verteilung der Jkagnetflußlinien durch die Anordnung der Wirbelströme bestimmt wird. Wegen magnetischer Koppelverluste, wegen des magnetischen Widerstands des Kreises und wegen des Widerstands der Wirbelströme im Bauteil ist das induzierte Magnetfeld H_r kleiner als das Magnetisierungsfeld Hq. Es ist also ein resultierendes Magnetfeld H vorhanden, dessen vektorielle Komponenten Hq und H sind. G-egenimpedanzen in den elektrischen und magnetischen Kreisen verursachen eine relative Phasenverschiebung der Magnetfeldkomponenten.

Die vereinfachte und idealisierte Darstellung der tfiagnetfeldkomponenten und der Wirbelströme I _ in Figur 1 ist in Figur 5 näher ausgeführt, um die Verteilung der Komponenten aer Wirbelströme und Flußlinien des induzierten Magnetfeldes zu erläutern. Nach der Darstellung aus Figur 5 sind die Wirbelströme I auf eine allgemein zylindrische Anordnung beschränkt, die sich durch das Bauteil S erstreckt, und die Fluglinien ues induzierten Magnetfeldes H₁, sind mit den Komponenten der Wirbelströme gekoppelt. Die Betriebsfrequenz der Vorrichtung

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zur Erzeugung des Magnetfeldes ist ein wesentlicher Faktor zur Bestimmung der Eindringtiefe der Wirbelströme in das Bauteil S; die Wirbelströme sind normalerweise ungleichförmig in Richtung ■ der Eindringtiefe und in radialer Richtung verteilt, wobei die Dichte mit zunehmender Eindringtiefe und mit zunehmendem radialen Abstand vom idealisierten Konzentrationspunkt unmittelbar unterhalb der Induktorspule 10 abnimmt. Obwohl die Verteilung der Komponenten des induzierten Magnetfeldes und der Wirbelströme I ungleichförmig ist, verläuft sie jedoch symmetrisch,

θ C

wenn im Bauteil S und insbesondere in dem Bereich, der die Wirbelströme beeinflußt, keine elektrischen Unstetigkeitsstellen vorhanden sind. Ein Fehler oder Defekt D, der im Bauteil S eine Unstetigkeitsstelle der elektrischen Leitung darstellt, unterbricht die Bahn der Wirbelatröme I und verursacht eine unsymmetrische Verteilung eines Teils der Wirbelströme I_Q„. Diese resultierende unsymmetrische Verteilung der Wirbelströme I ist in Figur 4 und 5 dargestellt, wobei aer normalerweise kreisförmige Verlauf der Wirbelströme verzerrt ist, da diese im Bereich des Defektes um den Defekt herum !ließen.

Eine Verzerrung der Wirbelströme I₀₀, die auf einer elektrischen unstetigkeitsstelle im Bauteil S beruht, verursacht auch eine Verzerrung des induzierten Magnetfeldes H_r . Die Verzerrung eines Teils der Wirbelströme I _ in eine unsymmetrische Bahn, wie in Figur 4 und 5 gezeigt ist, erzeugt eine unsymmetrische Anordnung des induzierten Magnetfeldes, was eine Verringerung der magnetischen Flußdichte in der Nähe der

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elektrischen Unstetigkeitsstelle D zur Folge hat. Diese Verringerung der magnetischen Flußdichte ist sowohl im Inneren der Magnetisierungsspule 10 als auch in radialem Abstand außerhalb der Magnetisierungsspule feststellbar. Die Wirkung einer relativ kleinen elektrischen Unstetigkeit auf das induzierte Magnetfeld wird durch das im Inneren der Spule 10 auftretende Gesamtmagnetfeld fast vollständig überdeckt; dieses? im Inneren der Spule auftretende iüagnetfeld besitzt einen relativ großen Anteil, -eier durch keine Verzerrung der Y/irbelströme beeinflußt wird. In radialer Richtung in gewissem Abstand außerhalb der KagnetisierungFspu.le ist jedoch die Verzerrung des Magnetfeldes leichter feststellbar, soweit das untersuchte Gebiet nur ein kleiner Ausschnitt aus dem Gesamtmagnetfeld ist. Gemäß der Erfindung wird also die Wirkung des Magnetfeldes dadurch bestimmt, daß man einen relativ kleinen Abschnitt des Magnetfeldes im Reuiii außerhalb der Magnetisierungsspule 10 untersucht, und nicht den zentralen Bereich innerhalb der Spule, \voc5urch ein erheblich größeres Auflösungsvermögen und eine genaue Anzeige vornandener elektrischer Unstetigkeitsstellen ermöglicht wird.

Die Bestimmung des Magnetfeldes und insbesondere des induzierten Magnetfeldes erfolgt durch eine Vorrichtung zur. lüagnetfeldabtastung, die im Gerät der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Die Magnetfeldabtastungsvorrichtung umfaßt zwei Halbleiterneräte 13, die betrieblich mit einem Ausgangskreiij verbunden sind und die ein Ausgangssignal, entsprechend

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dem elektromagnetisch mit dem betreffenden Halbleitergerät gekoppelten Magnetfeld, abwandeln können. In dem in Figur 1 dargestellten Gerät enthält jedes Halbleitergerät 13 einen Hallgenerator, der mit einem Steuerstrom I betrieben wird, den eine geeignete G-leichspannungsquelle 14 mit Konstantstromregelung liefert. Die Stromklemmen der beiden Hallgeneratoren 13 sind in Serie geschaltet, damit beide durch den gleichen

»Steuerstrom I betrieben werden können. Die Ausgangsklemmen ^c
oder HallSpannungsklemmen der Hallgeneratoren 13 sind über zugehörige Signalverstärker 16 mit einem KoinpensationsKreis verbunden. Im Kompensationskreis werden übliche Schaltelemente verwendet, wodurch die von den Hellgeneretoren gelieferten Hallspannungssignale in Differenzschaltung verbunden werden, sodaß ein Ausgangssignal entsteht, das die Differenz zwischen den beiden Hallspannungen angibt. Da das von den Hallgeneratoren 13 abgetastete Magnetfeld ein Wechselfeld "ist, so ist die Ausgangs-Hallspannung ebenfalls eine Wechselspannung, ™ obwohl die Hallgeneratoren durch einen Gleichstrom als Steuerstrom betrieben werden. Das durch den Kompensationskreis 15 der Ausgangsschaltung erzeugte Differenzsignal wird einem Verstärker 17 eingespeist, der eine Wechselspannungsausgabe liefert. Mit dem Ausgang des Verstärkers 17 ist außerdem ein Detektor 18 verbunden, der eine Gleichspannungsausgabe liefert, die von einem Verstärker 19 verstärkt wird und mit der ein Sichtanzeigegerät 20 betrieben werden kann. Pur die verschiedenen Verstärker, den Kompensationskreis und den Detektor

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werden übliche Schaltelemente verwendet, weshalb sich eine eingehende Beschreibung erübrigt. Die speziellen Schaltkreise und die Zwischenverbindungen sind in der Technik bekannt, weshalb die obige Beschreibung für genügend ausführlich gehalten wird. Auch für die Wechsel- und G-leichspannungsquelle und 14, die die Magnetisierungsspule 10 bzw. die Hallgeräte speisen, wird ein üblicher Schaltungsaufbau verwendet, weshalb zum vollständigen Verständnis der Erfindung keine eingehendere Beschreibung notwendig erscheint.

Nach der vorliegenden Erfindung v/erden die beiden Höllgeneratoren 13 in der Ebene der Eiagnetisierungsspule 10 und in gewissem Winkelabstand zueinander angebracht. Beide Hallgeneratoren 13 haben gleichen Abstand vom Mittelpunkt der Spule 10 bzw. vom Symnietriezentrum des von der Spule erzeugten Magnetfeldes und sind so angeordnet, daß ihre magnetischen Achsen zueinander und zur magnetischen Achse der Spule 10 parallel verlaufen» Die Hallgeneratoren 13 sind in gewissem radialem Abstand außerhalb der Spule 10 und der effektiven Konzentration der Wirbelströme I _Λ angebracht. Bei der Anwendung des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung wird die aiagnetisierungsspule 10 in die Iahe der Oberfläche eines Bauteiles S gebracht! in der in Figur 5 gezeigten speziellen Anwendung ist die Spule koazial zur Befestigungsvorrichtung F angebracht, so daß die magastische Achse der Spule koaxial mit der Achse der Befestigungsvorrichtung I- verläuft» 'Um optimale Betriebsbedingungen zu erhalten, hat die ipsle 1G

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ähnliche Konfiguration wie die Befestigungsvorrichtung; im vorliegenden Fall ist die Spule kreisförmig und ihr Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der freiliegenden Oberfläche des versenkten Kopfes. Eine solche Konfiguration liefert eine optimale Konzentration der Wirbelströme I

β C

unmittelbar an der Öffnung, durch die sich die Befestigungsvorrichtung F erstreckt. Demzufolge hat die verzerrende Wirkung elektrischer Unstetigkeitsstellen im Bauteil in der Umgebung der Öffnung für die Befestigungsvorrichtung F den größten Einfluß auf das induzierte Magnetfeld, das von den Wirbelströmen erzeugt wird. Im Falle eines symmetrisch ausgebildeten Magnetfeldes liefern die beiden Halbleitergeräte ein Ausgaugssignal, das Null ist; wenn jedoch eine elektrische Unstetig-' keitsstelle im Bauteil vorhanden ist, hat das Signal einen bestimmten Wert ungleich Null, da die elektrische Unstetigkeitsstelle eine Verzerrung der Wirbelströme I _ und demzufolge eine Verzerrung des symmetrischen Magnetfeldes verursacht. Wenn man die Hallgeneratoren 13, wie in Figur 4 gezeigt ist, so zum'Bauteil S anordnet, daß sich ein Hallgenerator über der elektrischen Unstetigkeitsstelle D befindet, ergibt sich an den Ausgängen der Schaltkreise-.ein Differenzsignal, das das Vorhandensein einer solchen elektrischen Unstetigkeitsstelle anzeigt. Werden die Hallgeneratoren 13 so angeordnet, daß keiner der Generatoren über einer Unstetigkeitsstelle liegt, dann entsteht ein lullsignal, da beide Generatoren gleiche Komponenten des Magnetfeldes abtasten und daher beide

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eine gleichhohe Hallspannung liefern, die durch den Kompensationskreis 15 abgeglichen wird. Verwendet man das Gerät nach der vorliegenden Erfindung in der obigen Weise» so erhält man eine relative Anzeige zweier Abschnitte des Magnetfeldes, die von den Hallgeneratoren 13 abgetastet werden, wodurch man eine für absolute Meßverfahren notwendige Eichung vermeidet.

Obwohl das Verfahren zur Bestimmung elektrischer önstetigkeitsstellen in einem Bauteil ein relativ hohes Auflösungsvermögen liefert und das Gerät bequem so ausgelegt werden kann, daß es eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit für winzige Änderungen des Magnetfeldes aufweist·, müssen Faktoren 'berücksichtigt werden, die die Anzeige beeinflussen können. Beispielsweise beeinflußt der Schlitz C im Kopf der Befestigungsvorrichtung F die Magnetfelder, was ebenfalls von den Hallgeneratoren 13 abgetastet wird, Es zeigte sich, daß der Einfluß des Schlitzes ö etwa vergleichbare Groß© aber entgegengesetzte Polarität besitzt wie die normalen Defekte und elektrischen Unstetigkeiten, die in einem Bauteil S vorhanden sein können. Andere Faktoren, die einen feststellbaren Einfluß insbesondere auf solche Sonden besitzen, deren Hallgeneratoren einander diametral gegenüberliegen, sind die Dicke des Bauteils, örtliche Veränderungen der metallurgischen, elektrischen oder physikalischen Eigenschaften des Materials ιιΤίύ. Änderungen der Oberfläche, wodurch der Abstand zwischen äen Hallgeneratoren 13 und der Materialoberfläche beeinflußt wird. Obwohl der Einfluß dieser Faktoren eine bestimmte Größe

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besitzt, reicht er nicht aus, im Schaltkreis ein effektives Ausgangssignal erzeugen zu können. Diese Paktoren, die diametral gegenüberliegende Hallgeneratoren beeinflussen, können "Langzeitvariablen" genannt werden, da sie Eigenschaften des Materials sind und nicht mit den elektrischen Unstetigkeitsstellen zusammenhängen, für die das Gerät nach der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist. Ein Vorteil der diametral gegenüberliegenden Hallgeneratoren 13 besteht darin, daß die Wirkung des Schlitzes C im wesentlichen ausgeschaltet wird.

Eine Anordnung der Halbleitergeräte 13, durch die der Einfluß von Langzeitvariablen auf die Ausgabe des Gerätes wirksam ausgeschaltet wird, ist ebenfalls in Figur 4 dargestellt. In der abgewandelten Anordnung können die beiden Hallgeneratoren dicht nebeneinander angebracht werden. Durch Verringerung des Winkelabstandes zwischen den beiden Generatoren 13 erreicht man, daß beide etwa den gleichen Bereich abtasten. Die dem Material des Bauteils eigenen Langzeitvariablen wirken sich deshalb kaum aus, so daß die Ausgabe des Gerätes hierdurch im wesentlichen nicht beeinflußt wird. Der kleinstmögliche Winkelabstand wird durch die Abmessungen der Halbleitergeräte und durch die zu erwartende Größe der elektrischen tmstetigkeiten bestimmt, die im Bauteil vorhanden sein können. In Figur ist ein Winkelabstand von etwa 10° dargestellt, jedoch kann dieser Winkelabstand durch geeignete Konstruktion des Gerätes noch erheblich verringert werden; nach Wunsch kann der Winkelabstand auch bis zu einem für eine spezielle Anwendung geeig-

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net en Winkel vergröi3ert werden.

Um optimale Betriebsbedingungen für das Gerät zu erreichen, wird die kagnetisierungsspule 10 relativ zum Bauteil S und der Befestigungsvorrichtung F festgehalten, während die Hallgeneratoren 13 um die Spule herum gedreht werden, um den gesamten Bereich um die Öffnung herum, in der sich die Befestigungsvorrichtung F befindet, abtasten zu können*

Die Magnetisierungsspule 10 und die Halbleitergeräte 13 werden vorzugsweise von einer geeigneten SondenanOrdnung 21 getragen, deren Aufbau beispielsweise in Figur 2 und 3 dargestellt ist. Diese Sondenanordnung 21 dient dazu, die Magiaetisierungsspule 10 relativ zu einer Oberfläche des Bauteils S starr festzuhalten und den Hallgeneratoren 13 eine Drehung um die Liagnetisierungsspule 10 in bestimmter Beziehung zu dieser zu .restatten. Die Sondenanordnung 21 besteht aus einem Unterteil 22 mit einer ringförmigen Vertiefung 23» die am unteren Ende vorgesehen ist. Das Unterteil 22 besitzt eine Stirnfläche, die auf einer Oberfläche eines Bauteils S oder einer Befestigungsvorrichtung F aufliegen kann oder von dieser getragen wird. Wie in Figur 3 gezeigt ist, dient die vorzugsweise im Unterteil

22 vorgesehene ringförmige Vertiefung 23 dazu, die Spule 10 so nahe wie möglich an die Stirnfläche heranzubringen; damit optimale elektromagnetische Kopplung mit dem Bauteil 8 gewährleistet ist. Auf dem Unterteil 22 ist ein Haltering 24 für die Halbleitergeräte drehbar befestigt» Dieser Halteriag 24 besteht aus einem ringförmigen Rand 25 mit einem riagfart

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sich radial nach innen erstreckenden Flansch 26 an der Innenfläche des Randes. Geeignete Lager 27 und 28 sind am Unterteil 22 befestigt, um eine Drehung des Rings 24 in einer Ebene parallel zur Stirnfläche des Unterteils 22 zu gestatten. Hierfür besitzt das Unterteil 22 einen Stumpf 29 mit kleinerem Durchmesser, um den herum sich das ringförmige Lager 27 befindet. Das Lager 28 hat die Form einer Scheibe und liegt auf der oberen Stirnfläche des Unterteils 22 auf, die durch den Stumpf 29 gebildet wird. Das Unterteil k2 hat Zylinderform, wobei der Durchmesser der Spule 10 etws gleich groß ist wie der Kopf der Befestigungsvorrichtung, mit der zusammen das Gerät verwendet werden soll. Der Haltering 24 trägt die Halbleitergeräte 13 und ist so ausgelegt, daß die Halbleitergeräte nahe dem Umfang des Unterteils 22,jedoch in radialer Richtung nach außen verschoben angebracht werden können. Zur Halterung des Rings 24 dient zusammen axt dem Unterteil 22 eine Stirnplatte 30. Die Stirnplatte 30 besteht aus einer kreisförmigen Scheibe, die an der oberen Stirnfläche des Stumpfs 29 gehalten wird und sich radial nach außen erstreckt, und zwar bis über den ringförmigen Flansch 26 des Halterings 24. Ein weiteres scheibenförmiges Lager 28a befindet sich zwischen den einander zugewandten Flächen der Stirnplatte 30 und dem ringförmigen Flansch 26, um die Reibungskräfte zu verringern. Ein geeigneter Griff 31 ist in eine zentrale Buchse 32 im Stumpf 29 eingeschraubt und dient dazu, die Stirnplatte 30 und das Unterteil 22 miteinander zu befestigen. Die notwendige Spannkraft

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wird durch eine im Handgriff 31 vorgesehene Stufe 33 gebildet. Eine zentrale, axiale Bohrung 34 im Handgriff 31 und weiterführende Bohrungen 35 und 36 im Unterteil 22 dienen zur Aufnahme eines elektrischen Kabels 37, das die Spule 10 mit einer Wechselspannungsquelle 11 verbindet.

Jeder Hallgenerator 13 ist am unteren Ende an einer Längsstange 38 mit einem angeflanschten Kopfteil 38a befestigt, die in eine geeignete Bohrung im ringförmigen Hand 25 eingelassen werden kann. Eine Schraubmutter 40 ist in die obere Fläche des ringförmigen Randes 25 eingelassen und nimmt das Kopfteil 38a auf, um dadurch die Haltestange 38 in der gewünschten Stellung zu befestigen. Eine elektrische Verbindung von jedem der Hallgeneratoren 13 zur Schaltung des Gerätes wird durch einen geeigneten elektrischen Leiter 41 hergestellt, der mehrere Leitungen enthält, die sich axial durch eine in der zugehörigen Haltestange 38 vorgesehene Bohrung erstrecken und zum jeweiligen Hallgenerator 13 führen,

Um die Sondenanordnung zur Befestigungsvorrichtung F koaxial ausrichten zu können, ist ein Anpassungsteil 42 vorgesehen. Das Anpassungsteil 42 bestellt aus einer kreisförmigen Grundplatte 43, die in eine geeignete Vertiefung 44 in der Unterfläche des Unterteils 22 eingepaßt ist. Die Grundplatte 43 ist mit einem axiale» Vorsprung versehen, der in den Schlitz C in der Befestigungsvorrichtung F hineinpaßt. Zwei Kopfschrauben 46 reichen dureii die Grundplatte 43 des Anpassungsteils 42 hindurch und sind mit dem unterteil 22 verschraubt, wodurch

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das Anpassungsteil mit dem Unterteil 22 "befestigt ist. Die richtige Ausrichtung des Anpassungsteils 42 zum Unterteil 22 wird durch einen Stift 47 bewirkt, der am Unterteil 22 befestigt ist und in eine Buchse 48 in der Grundplatte 43 eingelassen wird« Ersichtlicherweise muß der Vorsprung 45 des Anpassungsteils 42 dem Schlitz C oder einer sonstigen Einrastvorrichtung, die im Kopf einer speziellen Befestigungsvorrichtung vorgesehen sein kann, entsprechen und kann demgemäß abgewandelt werden.

Als weitere Angabe über die richtige Ausrichtung der Sondenanordnung relativ zur Befestigungsvorrichtung F oder einer Einrastvorrichtung in der Oberfläche eines Bauteils S ist ein geeignetes Sichtanzeigegerät in Verbindung mit der Stirnplatte 30 und dem ringförmigen Rand 25 des als Halterung für die Halbleiter dienenden Rings 24 vorgesehen. Dieses Gerät kann mit gleichbleibendem Abstand vorgesehene Zeigermarken enthalten, die auf dem Umfang der Stirnplatte 30 vorgesehen sind und ein Maß für die Drehung darstellen, sowie eine Zeigermarke oder einen Pfeil 49 auf der Oberfläche des ringförmigen Randes 25. Eine Drehung des Halterings 24 um das Unterteil 22, bezogen auf einen Ausgangspunkt, gibt dadurch eine Anzeige der Stellung der Hallgeneratoren 13 relativ zum Schlitz 0 der Befestigungsvorrichtung F oder zu einer anderen Ausrichtungsmarke im Bauteil S, sowie den relativen Ort einer elektrischen Unstetigkeitsstelle im Bauteil. Die richtige Ausrichtung der Stirnplatte mit den Anzeigemarken relativ zum Anpassungsteil 42 kann mit einem Ausrichtungsstift 50 bewirkt

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werden, der am Unterteil 22 befestigt ist und in eine Buchse 51 in der Stirnplatte 30 eingelassen werden kann. Durch eine Ausrichtvorrichtung mit Stift und Buchse ist eine richtige Justierung der verschiedenen Elemente der SondenanOrdnung beim Anbringen des Gerätes gewährleistet, um dadurch eine genaue Anzeige des relativen Abstands einer elektrischen Unstetigkeitsstelle zur itegistrierstelle oder zum Schlitz 0 zu erhalten.

Die in Figur 2 und 3 dargestellte Ausführungsform einer Sondenanordnung enthält eine weitere Bohrung 39» in die eine der Haltestangen 38 für den Hallgenerator eingebracht und befestigt werden kann, so daß eine Anordnung erreicht wird, bei der die Hallgeneratoren nicht diametral gegenüber stehen. Wie schon erwähnt wurde, ist eine solche Sondenanordnung, bei der die Hallgeneratoren 13 nebeneinander liegen, nicht so empfindlich gegen Langzeitvariablen, die im Material herrschen können.

Eine abgewandelte Sondenanordnung 55 ist in Figur und eine Schaltung zur Verwendung dieser abgewandelten Sondenanordnung in Figur 7 dargestellt. Diese abgewandelte Sondenanordnung 55 hat im allgemeinen ähnlichen Aufbau wie die in Figur 2 dargestellte Sonde 21, enthält jedoch elektrische Justierungsvorrichtungen und zusätzliche elektromagnetische Hilfsvorrichtungen, um den Sondenaufbau in einer festen Beziehung zur Befestigungsvorrichtung oder Öffnung zu halten« Die ±n Figur 6 dargestellt® Sondenanordmuag 55 enthält ein zylindrisches Unterteil 56 und. einen Haltering 57 für clis

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Hallgeneratoren, der an dem unterteil angebracht werden kann und sich um eine Längsachse drehen kann. Das Unterteil 56 besitzt am oberen Ende eine ringförmige Stufe, die an einem ringförmigen Flansch 58 anliegt, der sich von dem ringförmigen Rand des Halterings 57 aus nach innen erstreckt. Ein geeignetes lager 59 dient dazu, die Reibungskräfte zwischen dem Unterteil und dem relativ dazu beweglichen Haltering zu verringern. Um das untere Ende des Unterteils 56 herum verläuft eine ringförmige Vertiefung 60, die nach außen hin geöffnet ist und die die Magnetisierungsspule 10 aufnimmt. Eine Stirnplatte 61 ist am gegenüberliegenden Ende des Unterteils durch einen Handgriff 72 befestigt, der in eine zentrale Bohrung 63 im Unterteil eingeschraubt wird, wobei die Stirnplatte den Haltering 57 mit dem Unterteil 56 zusammenhalt. Eine axiale Bohrung 64 im Handgriff 62 mündet nach innen in einen vergrößerten Abschnitt der Bohrung 63 im Unterteil 56. Ein elektrisches Mehrleiterkabel 65 verläuft durch diese Bohrung 64 und durch eine weiterführende, radiale Bohrung 66 zur Spule 10.

Am Haltering 57 für die Hallgeneratoren sind zwei Haltestangen 67 befestigt, die langgestreckte zylindrische Form und ein angeflanschtes Kopfteil 67a haben und in senkrechten, zylindrischen Bohrungen 68 im ringförmigen Hand des Halterings gehalten werden. Eine Schraubmutter 69 ist in das obere Ende jeder Bohrung 68 eingelassen, um den Kopfabschnitt 67a der zugehörigen Haltestange 67 aufzunehmen und um eine starre Befestigung der Haltestangen am Haltering zu gewähr-

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leisten. Am unteren Ende jeder Haltestange sind die zugehörigen Hallgeneratoren 13 befestigt, wobei sich die Stangen soweit nach unten erstrecken, daß sich die Hallgeneratoren nahe der Oberfläche des Bauteils S befinden. Jede Bohrung 68 kann mit einer geeigneten Verbundmasse (nicht dargestellt) als Schutz für die Hallgeneratoren 13 gefüllt sein. Ein geeignetes elektrisches Mehrleiterkabel 70 fuhrt durch eine zentrale Bohrung in jeder der Haltestangen 67» um die Hallgeneratoren 13 mit der notwendigen elektrischen Schaltung zu verbinden.

Aus !figur 7 ist ersichtlich, daß die elektrische Schaltung zum Betrieb der Sondenanordnung 55 zur Bestimmung elektrischer ünstetigkeitsstellen grundsätzlich die gleiche wie die aus Figur 1 ist, wobei nach Möglichkeit die gleichen Bezugsnummern verwendet wurden. Die Spannungsquelle für die Induktorspule 10 besteht aus einem Durehstimmoszillator 11 und einem Wechselstromverstärker 12 mit Konstantstromregelung. Ein als Steuerstrom I « dienender Gleichstrom zum Betrieb der Hallgeneratoren wird von einer Gleichspannungsquelle 14 mit Konstantstromregelung geliefert, wobei die ütromklemmen der Hallgeneratoren in Serie geschaltet werden, damit für beide der gleiche Stromfluß herrscht. Mit den Hallspannungs-Ausgangsklemmen jedes Hallgenerators 13 ist ein zugehöriger Verstärker 16 »verbunden, dessen Ausgang an einem Kompensationskreis 15 anliegt. Der Kompensationskreis 15 dient dazu, die Ausgangssignale der Verstärker 16 gegeneinander abzugleichen und ein Differenz-Ausgangssignal zu liefern. Dieses Differenzsignal

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ist Null, wenn die SondenanOrdnung 55 so angebracht ist, daß die Hallgeneratoren 13 über solchen Bereichen des zu prüfenden Bauteils S liegen, in denen keine elektrischen Unstetigkeitsstellen vorhanden sind, und besitzt einen bestimmten Wert, wenn einer der Hallgeneratoren 13 über einem Defekt liegt. Dieses Differenz-Ausgangssignal wird dann durch einen Verstärker 17 verstärkt, der über einen Dreiwegschalter 70 wahlweise mit einem Ausgangskreis verbunden werden kann. Der Dreiwegschalter 70 ist in der Zeichnung auf "Aus" geschaltet. Der Ausgangskreis enthält eine Wechselspannungs- und Gleichspannungsausgabe, die ein Detektorkreis 18 und ein Gleichstromverstärker 19 liefern. Mit dem Gleichstromausgang dieser Schaltung kann ein geeignetes Sichtanzeigegerät 20 verbunden werden.

Wenn der Schalter 70 auf "Abtasten" geschaltet ist, wird ein Stromkreis vom Verstärker 18 zum Ausgangskreis geschlossen, und das Gerät wird dann betrieben, wie im Zusammenhang mit Figur 1 und dem Sondenaufbau 21 aus Figur 3 beschrieben wurde. Die Arbeitsweise des Gerätes aus Figur 7 wird deshalb mit Bezug auf des Abtasten -vorhandener Ünstetigkeitsstellen nicht näher beschrieben. Für einen Abtastvorgang würde der Haltering 57 für die Hallgeneratoren bis 180° um das Unterteil 56 gedreht, wodurch ein voller Abtastzyklus in Übereinstimmung mit dem im Zusammenhang mit der Schaltung aus Figur 1 und der Sondenanordnung 21 aus Figur 2 beschriebenen Prüfverfahren gewährleistet wäre.

Die abgewandelte üondenanordnung 55 enthält eine

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elektrische Justiervorrichtung, um eine koaxiale Ausrichtung der Sonde zur Befestigungsvorrichtiing F oder der im Prüfteil S vorhandenen Öffnung zu erleichtern. Hierfür wird ein dritter Hallgenerator 71 verwendet, der sich im Inneren der Magnetisierungsspule 10, nahe der Unterfläche des Unterteils 56 befindet. In der Mitte der Unterfläche des Unterteils befindet sich eine geeignete Vertiefung 72 zur Aufnahme des zum Justieren dienenden Hallgenerators 71. Eine Bohrung 73 verbindet die Vertiefung mit der Bohrung 63 für die notwendigen elektrischen Zuleitungen 74, die den Hallgenerator mit der elektrischen Schaltung verbinden. Die Vertiefung 72 ist vorzugsweise mit einer geeigneten Verbundmasse (nicht dargestellt) zum Schutz des Hallgenerators 71 gefüllt. Ein als Steuerstrom I_Q2 dienender Gleichstrom für den Betrieb des Hallgenerators 71 wird von der G-I eich Spannungsquelle 14 geliefert, und der Spannungsausgang des Hallgenerators ist mit einem Verstärker 75 verbunden. Diese verstärkte Hall-Ausgangsspannung kann dann an den Ausgangskreis angelegt werden, indem der Schalter 70 auf "Justieren" gestellt wird, wodurch ein Stromkreis vom Verstärker 75 zur Wechselspannungsausgangsklemme und zum Detektor 18 geschlossen wird.

Der Betrieb des G-erätes aus Figur 7 für "Justieren" erfordert den Oszillator 11, der das sotwendige Magnetisierungsfeld H₀ liefert. Dieses Maguetisierungsfeld Hq induziert im Prüfteil S und in der Befestigungsvorrichtung F Wirbelströme die ein Magnetfeld H„ erzeugen. Wenn die So»de 55 relativ

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zur Befestigungsvorrichtung F oder zur Öffnung symmetrisch angebracht ist, ist auch das induzierte Magnetfeld symmetrisch, und der Hallgenerator 71 tastet ein spezielles resultierendes Magnetfeld H ab. Eine Verschiebung der Sonde aus dieser zentralen Stellung heraus bewirkt eine Verzerrung des induzierten Magnetfeldes und eine relative Verschiebung des induzierten Magnetfeldes H und des Magnetisierungsfeldes Hq. Diese beiden Effekte bewirken eine relative Vergrößerung des induzierten Magnetfeldes H am Hallgenerator 71, das dem uagnetisierungsfeld Hq entgegenwirkt, wodurch das resultierende Magnetfeld H , das der Hallgenerator 71 abtastet, verringert wird, da der Hallgenerator 71 gegenüber der Befestigungsvorrichtung F verschoben ist. Durch Beobachtung der Anzeige der Gerät-Ausgabe kann die Sonde 55 bequem auf den Mittelpunkt der Befestigungsvorrichtung ausgerichtet werden.

Nach Beendigung des Justiervorgangs wird der Schalter 70 auf "Abtasten" geschaltet und ein Prüfvorgang durchgeführt, wie schon beschrieben wurde. Um die Sonde 55 in der gewünschten koaxialen Ausrichtung relativ zur Befestigungsvorrichtung F zu halten, ist ein wahlweise einzuschaltender Elektromagnet 76 am Unterteil 56 befestigt. Der Elektromagnet 76 befindet sich in einer ringförmigen Vertiefung 77 in der Stirnplatte des Unterteils 56j die Vertiefung 77 kann durch eine Deckplatte 78 geschlossen werden. Eine Bohrung 79 verbindet die Vertiefung 77 mit der Bohrung 63 und führt das Leitungskabel 80, das die Spule des Elektromagneten 76 mit einer Sleichspannungsquelle 81,'

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in diesem Pall eine geeignete Batterie, verbindet. Mn Kontaktsatz des Schalters 70 ist mit dem Schaltkreis des Elektromagneten 76 und der Batterie 81 verbunden und schließt nur dann den Stromkreis, wenn der Schalter 70 auf "Abtasten" geschaltet ist. Wenn der Elektromagnet 76 angeschaltet wird, erzeugt er ein Magnetfeld, das die Befestigungsvorrichtung Έ anzieht und dadurch die Sonde 55 in der gewünschten Stellung hält, jedoch nicht die Arbeitsweise der "Hallgeneratoren 15 beeinflußt, da { diese auf ein magnetisches Wechselfeld ansprechen.

Zur weiteren Vereinfachung des Abtastvorgangs mit der Sonde 55 ist ein Antriebsmechanismus vorgesehen, der den Haltering 57 für die Hallgeneratoren 1j5 um das Unterteil 56 herum dreht. Dieser Antriebsmechanismus kann einen Elektromotor 82 enthalten, der an dem Unterteil 56 starr befestigt ist und über ein vom üotor angetriebenes Ritzel 83 und ein auf dem inneren Umfang des Halterings 57 vorgesehenes Zahnrad 84 mit dem Haltering mechanisch gekoppelt ist. Der Motor 82 ist an λ zwei leitungen 85 angeschlossen und zum Elektromagneten 76 vorzugsweise in Nebenschluß geschaltet. Durch diese Schaltungsweise dreht der Motor 82 den Haltering 57» während gleichzeitig der Elektromagnet beim Abtastvorgang erregt wird.

.Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß'die Erfindung ein neuartiges Prüfgerät zur Bestimmung elektrischer ünstetigkeitsstellen in elektrisch leitenden Materialien liefert. Durch die Verbindung zweier Halbleitergeräte in Differenzschaltung und durch Anbringen dieser Geräte in radia-

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ler Richtung außerhalb einer Magnetisierungsspule mit Kegelkreis wird ein hohes Auflösungsvermögen zur genauen Bestimmung elektrischer ünstetigkeitsstellen erreicht·

Die im vorstehenden beschriebene Ausführungsform der Erfindung gilt als bestmögliche lösung der gestellten Aufgabe. Es können jedoch im Rahmen der Erfindung Abwandlungen vorgenommen werden.

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Claims

Patentanmeldung; Verfahren und Gerät zur Bestimmung von Unstetigkeitsstellen in elektrisch leitenden Materialien PATENTANSPRÜCHE

1. Auf magnetischer Induktion beruhendes Prüfgerät zur zerstörungsfreien Prüfung elektrisch leitender Materialien, mit Vorrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit einem Induktor (lO) mit Regelkreis, der wahlweise mit dem Material induktiv gekoppelt werden kann und dazu dient, im Material Wirbelströme zu induzieren, die in einer bestimmten Anordnung auftreten und ein zugehöriges induziertes Magnetfeld erzeugen, das Komponenten außerhalb des Materials besitzt, die normalerweise symmetrisch verteilt sind, wobei die bestimmte Anordnung der V/irbelströme durch elektrisch nichtleitende Bereiche in den induktiv gekoppelten Abschnitten des

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Patentanwalt» Dipl.-Irtfl, Martin Licht/ Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Pip!.=Phys. Sebastian Herrmann I MÖNCHEN 2, THERESIENSTItASSE 33 · Telefom 293102 · ?el«grsmm*A<!r«3!3: Ιΐρο»!!/Μ5ηώ·η

Bankverbindungen! Deut«*· Bank AO, Fiilci» München, Dep.'KsiM VikiuallenmarkS, Kcnie-Nr, 70/30438 Boyer. Vereintbank Manchen, Zwifgit. Oikar-von-MiÜer-Ring, Kfo.-Nr. 882495 ' Poitichsa-Kenfoi Manchen Nr. 163397

e; PATSHTANWALT Da. IEiNHOlD SCHMIßT

Materials verzerrt werden, wodurch ein unsymmetrisches induziertes Magnetfeld entsteht; Vorrichtungen zur Magnetfeldabtastung, die auf das induzierte Magnetfeld ansprechen und die ein mit dem induzierten Magnetfeld zusammenhängendes Ausgangssignal erzeugen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldabtastungsvorrichtung mindestens zwei Halbleitergeräte (13) enthält, die in einem gewissen radialen Abstand außerhalb des Induktors angebracht werden können, so daß sie mit einem Teil des außerhalb des Materials verlaufenden induzierten Magnetfelds elektromagnetisch gekoppelt sind, wobei jedes Halbleitergerät auf einen bestimmten Abschnitt des induzierten Magnetfeldes ansprechen kann, so daß das Ausgangssignal eine absolute Anzeige der Eigenschaften desjenigen Materialabschnittes ist, der über das induzierte Magnetfeld mit den Halbleitergeräten elektromagnetisch gekoppelt ist.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergeräte jeweils einen Hallgenerator (±3) enthalten, deren magnetische Achsen zueinander parallel verlaufen.

3. Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldabtastungsvorrichtung eine Gleichspannungsquelle (14) enthält, mit der die Hai!generatoren verbunden sind, so daß jeder Hallgenerator mit einem Strom gleicher Stromstärke betrieben wird.

4. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halbleitergerät eine Spannungsausgabe liefert, die dem mit dem Halbleitergerät gekoppelten Magnetfeld entspricht,

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wobei die Magnetfeldabtastvorrichtung einen Ausgangskreis enthält, der mit den Halbleitergeräten verbunden ist, so daß das Ausgangssignal eine Funktion der Differenz der Ausgangsspannung von je zwei Halbleitergeräten ist.

5. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergeräte (13) so angebracht sind, daß sie auf einer bestimmten Bahn relativ zu einem festen Bezugspunkt gedreht werden können.

6.- Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitergeräte (13) gleichen Abstand zum Induktor (10) haben und zueinander in einem bestimmten Winkelabstand angebracht sind.

7. Prüfgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Halbleitergeräte einander diametral gegenüberliegen.

8. Prüfgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bondenanordnung (21, 55), auf der sich der Induktor (10) und die Halbleitergeräte (13) befinden, wobei der Induktor in einer Ebene nahe der Oberfläche des zu prüfenden Materials gehalten wird.

9. Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung eine solche Halterung für die Halbleitergeräte liefert, daß diese auf einer bestimmten Bahn relativ zu einem festen Bezugspunkt gedreht werden können.

10. Prüfgerät .nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung einen ersten Abschnitt enthält, der mit einem bestimmten Abschnitt des zu prüfenden Materials

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starr verbunden wird, sowie einen zweiten Abschnitt, der drehbar auf dem ersten Abschnitt befestigt ist und die Halbleiter-'geräte trägt, wodurch eine Drehung dieses zweiten Abschnittes relativ zum ersten Abschnitt einen geschlossenen Umlauf der Halbleitergeräte um den ersten Abschnitt herum ermöglicht.

11. Prüfgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (10) am ersten Abschnitt des öondenaufbaus befestigt ist.

12. Prüfgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung einen liotor besitzt, der mechanisch mit dem ersten und dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist und wahlweise betrieben werden kann, um den zweiten Abschnitt um den ersten Abschnitt herum zu drehen.

13. Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung eine Vorrichtung zur Justierung der Sonde relativ zu einem bestimmten Abschnitt des zu untersuchenden Materials enthält.

14. Prüfgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiervorrichtung eine mechanische Anzeigevorrichtung enthält, die mit einer auf dem zu untersuchenden Material vorgesehenen Marke in Verbindung gebracht werden kann.

15. Prüfgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiervorrichtung die Sondenanordnung relativ zu einem bestimmten Abschnitt des zu untersuchenden Materials ausrichten kann, der eine Unstetigkeitsstelle enthält, durch die die vom Induktor induzierten Wirbelströme verzerrt werden,

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wenn der Induktor nicht symmetrisch zu dieser Unstetigkeitsstelle ausgerichtet ist, wobei die Justiervorrichtung eine zweite Magnetfeldabtastvorrichtung mit einem auf das induzierte Magnetfeld ansprechenden Halbleitergerät (71) enthält, das innerhalb des Induktors angebracht ist, mit Seaaltungsvorrichtungen, die mit dem Gerät verbunden sind und die eine Anzeige des durch das Gerät abgetasteten Magnetfeldes liefern, so daß eine symmetrische Justierung des Induktors relativ zu der Unstetigkeitsstelle eine bestimmte Anzeige liefert.

16. Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenanordnung eine Befestigungsvorrichtung (76) enthält, die wahlweise betätigt werden kann, um die Sondenanordnung in einer bestimmten Beziehung zu einem ausgewählten Abschnitt des zu untersuchenden Materials zu halten.

17. Prüfgerät nach Anspruch i6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung einen wahlweise einschaltbaren Elektromagneten (76) enthält, der auf magnetisierbare Abschnitte des Materials einwirkt.

18. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung elektrisch leitender Materialien, bei dem ein Wirbelstromfluß in dem Material induziert wird, wobei die Wirbelströme in einer bestimmten Anordnung effektiv konzentriert sind und ein induziertes Magnetfeld erzeugen, das mit den Materialeigenschaften zusammenhängt und Komponenten besitzt, die außerhalb der effektiven Anordnung der Wirbelströrae verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten des induzierten Magnetfeldes an

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mindestens zwei in gewissem Abstand voneinander vorhandenen Stellen mit Vorrichtungen abgetastet werden, die auf ein Magnetfeld ansprechen und die entsprechende Ausgangssignale lie- · fern, und Abgleichen der entsprechenden Ausgangssignale in einer Differenzschaltung, um ein resultierendes Ausgangssignal zu erhalten, das für die Materialeigenschaften bezeichnend ist, durch die die abgetasteten Abschnitte des induzierten Magnetfeldes beeinflußt wurden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch wahlweises Abtasten gewisser Abschnitte des elektromagnetischen Feldes in einer bestimmten Anordnung um die effektive Wirbelstromkonfiguration herum, indem die Magnetfeldabtastvorrichtungen auf einer kreisförmigen Bahn fortlaufend verschoben werden.

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