用于檢查磁性工件的方法和測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】一種用于檢查磁性工件（2）的方法包括以下步驟：在未受負(fù)載的情況下測(cè)量工件（2）上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力；在受到負(fù)載的情況下測(cè)量工件（2）上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力；借助于這兩次測(cè)量為至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)建立校準(zhǔn)函數(shù)（7）；在考慮校準(zhǔn)函數(shù)（7）的情況下測(cè)量在這至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的、從外部施加的機(jī)械應(yīng)力。
【專利說明】用于檢查磁性工件的方法和測(cè)量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及用于檢查磁性工件的一種方法和一種測(cè)量裝置并且特別地涉及對(duì)磁性工件內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力的檢查。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造或加工工件時(shí)，如果對(duì)工件進(jìn)行改型處理或工件通過硬化過程、上表面處理和/或焊接過程受到熱負(fù)載，那么便可能產(chǎn)生內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力，例如所謂的凍結(jié)應(yīng)力。
[0003]在測(cè)量機(jī)械應(yīng)力時(shí)，測(cè)量結(jié)果的精確性在很大程度上受到始終存在于待測(cè)量的材料中的凍結(jié)應(yīng)力的影響。 [0004]例如在對(duì)用于發(fā)電站的軸進(jìn)行功率測(cè)量時(shí)，基于凍結(jié)應(yīng)力而不能應(yīng)用非接觸式工作的磁彈性傳感器。而實(shí)施其它類型的測(cè)量則僅能達(dá)到一定程度的精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，使對(duì)磁性工件內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)力的檢查得以簡(jiǎn)化。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過權(quán)利要求1以及9所述的特征實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行限定。
[0007]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于檢查磁性工件的方法，其具有以下步驟:
[0008]-測(cè)量在未受負(fù)載時(shí)工件上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力；
[0009]-測(cè)量在受到負(fù)載時(shí)工件上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力；
[0010]-借助于這兩次測(cè)量為至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)建立校準(zhǔn)函數(shù)；
[0011]-在考慮校準(zhǔn)函數(shù)的情況下測(cè)量在該至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的、由外部施加的機(jī)械應(yīng)力。
[0012]對(duì)凍結(jié)應(yīng)力和其在施加負(fù)載時(shí)的行為的了解能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)例如發(fā)電站中的軸的功率傳輸?shù)母呔鹊臏y(cè)量。利用該方法能夠達(dá)到等級(jí)約為+/-1%的精確度。由于內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力以及凍結(jié)應(yīng)力會(huì)在局部發(fā)生變化，因此為每一測(cè)量點(diǎn)均建立校準(zhǔn)函數(shù)。存在這樣的可能性，即觀察某一個(gè)或多個(gè)測(cè)量點(diǎn)或者觀察工件的整個(gè)上表面，在這種情況下，校準(zhǔn)函數(shù)可以包含一個(gè)圖表(Karte )。通過對(duì)測(cè)量點(diǎn)上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力的了解，對(duì)從外部施加的機(jī)械應(yīng)力的測(cè)量的精確度能夠通過利用校準(zhǔn)函數(shù)進(jìn)行的校正而得到提高。校準(zhǔn)函數(shù)也可以包含多個(gè)參數(shù)，其中，待使用的參數(shù)是可以進(jìn)行選擇的。
[0013]為了進(jìn)行測(cè)量可以應(yīng)用磁彈性傳感器。磁彈性傳感器是基于對(duì)磁性滲透率變化的測(cè)量的。該傳感器能夠例如用作例如可測(cè)量軸的功率傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩傳感器。也可應(yīng)用磁致伸縮式傳感器。
[0014]校準(zhǔn)函數(shù)可以包括校準(zhǔn)曲線。借助于校準(zhǔn)曲線能夠以簡(jiǎn)單的方式和方法示出和處理凍結(jié)應(yīng)力。因此，凍結(jié)應(yīng)力的值可以是對(duì)于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的補(bǔ)償。
[0015]依據(jù)校準(zhǔn)曲線的斜率能夠識(shí)別工件的材料中的缺陷。例如當(dāng)材料的狀態(tài)正常時(shí)，曲線的斜率是平緩和線性的。當(dāng)在材料中出現(xiàn)缺陷時(shí)、例如出現(xiàn)縮孔時(shí)，曲線的斜率會(huì)發(fā)生變化。這一變化是能夠被觀察到的，這是由于雖然存在晶格缺陷，但力仍須被傳輸，然而，只有完好的材料才能實(shí)現(xiàn)力的傳輸。由此提高了在該區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力并且通過校準(zhǔn)曲線的斜率的變化能夠觀察在該區(qū)域內(nèi)應(yīng)力。該方法因此也適用于進(jìn)行材料檢查。
[0016]用于建立校準(zhǔn)函數(shù)的測(cè)量可以在不同的溫度下實(shí)施。恰恰是當(dāng)不同工作狀態(tài)下在溫差較大時(shí)，在不同溫度下實(shí)施的測(cè)量能提高檢查的精確度。校準(zhǔn)函數(shù)由此具有另一自由度或另一范圍(Demension),其能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的調(diào)整或調(diào)節(jié)。
[0017]用于建立校準(zhǔn)函數(shù)的測(cè)量可以在用于進(jìn)行測(cè)量的傳感器的不同位置上實(shí)施。因此能夠考慮到和校正傳感器的距尚相關(guān)性并在另外的范圍內(nèi)提聞精確度。
[0018]校準(zhǔn)函數(shù)可以包括一個(gè)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力圖表。利用該圖表能夠?yàn)楣ぜ系娜我稽c(diǎn)或者也可以僅為某一分量建立校準(zhǔn)函數(shù)或例如補(bǔ)償值的校準(zhǔn)值。通過對(duì)工件或材料在每個(gè)位置上的凍結(jié)或內(nèi)部應(yīng)力的了解能夠在工件的每個(gè)點(diǎn)上測(cè)量從外部施加的機(jī)械應(yīng)力，而不會(huì)受到內(nèi)部應(yīng)力的干擾。
[0019]為了測(cè)量從外部施加的機(jī)械應(yīng)力，可以對(duì)用于進(jìn)行測(cè)量的傳感器的位置情況、與工件的距離和/或溫度進(jìn)行說明。所有或某些檢測(cè)到的數(shù)據(jù)或參數(shù)均能夠被用于測(cè)量從外部施加的機(jī)械應(yīng)力。可以將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)輸入到測(cè)量-或處理裝置的控制器中或輸入到專門的測(cè)量計(jì)算機(jī)中并且在那里用于進(jìn)行校正。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種用于檢查磁性工件的測(cè)量裝置，其具有用于檢測(cè)工件上的機(jī)械應(yīng)力的傳感器和用于處理測(cè)量值的控制器，該控制器適用于建立用于校正對(duì)從外部向工件施加的機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行的測(cè)量的校準(zhǔn)函數(shù)。
[0021]可以將測(cè)量裝置構(gòu)造為獨(dú)立裝置、也可以構(gòu)造成用于工件、例如車床或用于進(jìn)行最后的上表面處理的機(jī)器的加工系統(tǒng)的組件或模擬器的組件。傳感器不僅能夠檢測(cè)內(nèi)部的、而且也能夠檢測(cè)外部的機(jī)械應(yīng)力?？刂破鲝膶?duì)內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力或凍結(jié)應(yīng)力的測(cè)量中建立校準(zhǔn)函數(shù)，利用該校準(zhǔn)函數(shù)對(duì)從外部施加的機(jī)械應(yīng)力的測(cè)量進(jìn)行校正。
[0022]傳感器可以是磁彈性傳感器。磁彈性傳感器是基于對(duì)磁滲透率變化的測(cè)量的。該傳感器能夠例如用作例如可測(cè)量軸的功率傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩傳感器。也可應(yīng)用磁致伸縮式傳感器。
[0023]傳感器可以布置在多軸系統(tǒng)上，從而能夠與工件保持距離的、沿工件和/或在它的定向上調(diào)整傳感器。通過這種方式能夠使傳感器的各種可能性和工件的實(shí)際情況在最優(yōu)化地相互適配。
[0024]測(cè)量裝置可以包括用于向工件施加轉(zhuǎn)矩的裝置。由此能夠向工件施加負(fù)載并且由此在受到負(fù)載的情況下實(shí)施測(cè)量。該裝置可以是測(cè)量裝置的組件，或者也可以配屬于例如與測(cè)量裝置相耦合的加工系統(tǒng)。但測(cè)量裝置也可以是加工系統(tǒng)的組件、例如機(jī)床或類似裝置等。
[0025]工件可以是軸。當(dāng)工件為軸時(shí)，磁彈性傳感器特別適宜用作轉(zhuǎn)矩傳感器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]后面依據(jù)附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明，圖中示出:
[0027]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的、用于檢查磁性工件的測(cè)量裝置的示意圖。
[0028]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的、用于檢查磁性工件的方法的流程圖。[0029]附圖僅用于說明本發(fā)明并且不限于此。附圖和單個(gè)部件不必完全按比例畫出。相同的參考標(biāo)號(hào)表不相同的或類似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1示出用于檢查磁性工件2的測(cè)量裝置1，磁性工件在這里示例性地為例如能夠應(yīng)用在發(fā)電站中的軸的形式。
[0031]工件2張緊在容納裝置3中，以便固定工件2。工件2可以位置固定(ortsfest)地固定，或者可以繞旋轉(zhuǎn)軸2a運(yùn)動(dòng)。測(cè)量裝置I可以是獨(dú)立裝置、也可以與加工系統(tǒng)相組合或者是加工系統(tǒng)的組件。該加工系統(tǒng)可以是例如機(jī)床或類似裝置。
[0032]利用磁彈性的或磁致伸縮式的傳感器4能夠檢查工件，例如進(jìn)行功率測(cè)量或材料檢查。磁彈性傳感器是基于對(duì)磁滲透率變化的測(cè)量的。該傳感器能夠例如用作例如可測(cè)量軸的功率傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩傳感器。
[0033]傳感器4固定在多軸系統(tǒng)5上，傳感器4能夠利用該多軸系統(tǒng)沿工件2、即平行于旋轉(zhuǎn)軸2a地,和在工件2的方向上、即垂直于旋轉(zhuǎn)軸2a地移動(dòng)(verfahren),以便能夠由此到達(dá)上表面的所有區(qū)域或至少一個(gè)或多個(gè)所選區(qū)域。此外還能夠改變傳感器4的定向，以便例如能夠由此實(shí)現(xiàn)傳感器4在上表面上的相應(yīng)部段的始終垂直的對(duì)準(zhǔn)。
[0034]傳感器4與用于處理測(cè)量值的控制器6相連接，該控制器適用于建立用于校正對(duì)從外部施加到工件2上的機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行的測(cè)量的校準(zhǔn)函數(shù)7?？刂破?能夠進(jìn)一步控制容納裝置3、工件2的旋轉(zhuǎn)以及加工系統(tǒng)或模擬裝置的功能。控制器6可以額外地實(shí)施或者為現(xiàn)有的控制器的、例如車床的組件。
[0035]借助于用于向工件2施加靜止力矩的裝置8能夠在受到負(fù)載的情況下實(shí)施測(cè)量或者模擬軸的功率傳輸。可以機(jī)械地或例如借助于渦流施加力矩。
[0036]通過圖2說明用于檢查工件2的方法。
[0037]在第一步驟10中，在未受負(fù)載的情況下測(cè)量工件2上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力。為此使傳感器4沿工件2運(yùn)動(dòng)，以便由此產(chǎn)生覆蓋整個(gè)上表面或者其中一定的部分的測(cè)量數(shù)據(jù)的圖表。這些測(cè)量數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在控制器6中。
[0038]在第二步驟11中，在受到負(fù)載的情況下測(cè)量工件2上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力。為此由裝置8向工件2上施加靜止力矩。傳感器4再次沿工件2運(yùn)動(dòng)，以便由此產(chǎn)生由覆蓋整個(gè)上表面或者其中一定的部分的測(cè)量數(shù)據(jù)的圖表。理想狀態(tài)下，在第二次測(cè)量中采用相同的測(cè)量點(diǎn)。這些測(cè)量數(shù)據(jù)也被儲(chǔ)存在控制器6中。
[0039]在第三步驟12中，借助于這兩次測(cè)量為至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)建立校準(zhǔn)函數(shù)7。該校準(zhǔn)函數(shù)7可以包括凍結(jié)應(yīng)力的圖表。利用該校準(zhǔn)函數(shù)7來獲得在每一位置或測(cè)量點(diǎn)上工件2的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力或凍結(jié)應(yīng)力的認(rèn)識(shí)。內(nèi)部應(yīng)力的值可以表示為補(bǔ)償值，隨后在下次測(cè)量從外部施加的機(jī)械應(yīng)力時(shí)將從屆時(shí)獲得的測(cè)量結(jié)果中減去該值。也存在這種可能性，即將單個(gè)校準(zhǔn)參數(shù)輸入測(cè)量系統(tǒng)中并且在測(cè)量時(shí)直接參考這些校準(zhǔn)參數(shù)，即不建立專門的校準(zhǔn)函數(shù)，而是在一定程度上利用間接包含在測(cè)量函數(shù)中的校準(zhǔn)函數(shù)。
[0040]在第四步驟13中，在不同的溫度下實(shí)施用于建立校準(zhǔn)函數(shù)7的測(cè)量。通過這種方式，校準(zhǔn)函數(shù)也能夠平衡例如用于不同工作狀態(tài)的不同溫度。
[0041]在第五步驟14中，在用于測(cè)量的傳感器4的不同位置上實(shí)施用于建立校準(zhǔn)函數(shù)7的測(cè)量。通過這種方式能夠由校準(zhǔn)函數(shù)7附加地校正傳感器4與工件2的距離相關(guān)性。
[0042]兩個(gè)步驟13和14是可選的。兩個(gè)步驟均能夠在受到和/或未受負(fù)載的情況下進(jìn)行測(cè)量。步驟10至14的測(cè)量結(jié)果被儲(chǔ)存在控制器6中并被歸納為校準(zhǔn)函數(shù)7.[0043]在第六步驟15中，在參考校準(zhǔn)函數(shù)7的情況下測(cè)量在至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的從外部施加的機(jī)械應(yīng)力。該機(jī)械應(yīng)力可以例如由裝置8或另一裝置、例如模擬器施加。
[0044]在第六步驟中可以要么附加的，要么替代對(duì)從外部施加的機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行的測(cè)量來識(shí)別工件2的材料中的缺陷。依據(jù)校準(zhǔn)曲線的斜率的變化能夠識(shí)別例如縮孔等缺陷。由此進(jìn)行材料檢測(cè)。
[0045]該方法非常適用于對(duì)用于傳輸功率的軸進(jìn)行測(cè)量。在對(duì)例如發(fā)電站中的軸進(jìn)行功率測(cè)量時(shí)，傳感器4的校正借助于對(duì)在傳感器4應(yīng)定位于其上的區(qū)域內(nèi)的整個(gè)范圍上的應(yīng)力的圖表化來進(jìn)行。這可以在專門的測(cè)量裝置(軸被張緊于該測(cè)量裝置中)中進(jìn)行，或者在加工系統(tǒng)(利用該加工系統(tǒng)實(shí)施軸的最后的上表面加工)中已經(jīng)進(jìn)行。
[0046]為了進(jìn)行測(cè)量，轉(zhuǎn)矩傳感器4被安裝在軸上并且通過多軸系統(tǒng)5進(jìn)行沿或在軸的方向上的定位。為了向軸施加負(fù)載，測(cè)量裝置或加工系統(tǒng)設(shè)有模擬發(fā)電站中的功率傳輸?shù)难b置，例如通過施加靜止力矩。繪制(kartografierten)出的測(cè)量值隨后被收入或輸入分析軟件中。由此能夠通過對(duì)傳感器4的位置、與軸的距離以及溫度的說明而調(diào)整校準(zhǔn)參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢查磁性工件(2)的方法，所述方法具有以下步驟: -在未受負(fù)載的情況下測(cè)量所述工件(2)上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力； -在受到負(fù)載的情況下測(cè)量所述工件(2)上的內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力； -借助于所述兩次測(cè)量為至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)建立校準(zhǔn)函數(shù)(7)； -在考慮所述校準(zhǔn)函數(shù)(7)的情況下測(cè)量在所述至少一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的、從外部施加的機(jī)械應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中為了進(jìn)行所述測(cè)量應(yīng)用磁彈性傳感器(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述校準(zhǔn)函數(shù)(7)包括校準(zhǔn)曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中依據(jù)所述校準(zhǔn)曲線的斜率識(shí)別所述工件(2)的材料中的缺陷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中所述的方法，其中用于建立所述校準(zhǔn)函數(shù)(7)的測(cè)量在不同的溫度下實(shí)施。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其中，用于建立所述校準(zhǔn)函數(shù)(7)的測(cè)量在用于測(cè)量的傳感器的不同位置上實(shí)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的方法，其中，所述校準(zhǔn)函數(shù)(7)包括所述內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力的圖表。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的方法，其中，為了測(cè)量從外部施加的機(jī)械應(yīng)力，對(duì)用于進(jìn)行測(cè)量的傳感器(4)的所述位置的說明、與所述工件(2)的距離和/或所述溫度進(jìn)行說明。
9.一種用于檢查磁性工件(2)的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置具有用于檢測(cè)所述工件(2)上的機(jī)械應(yīng)力的傳感器(4)和用于處理測(cè)量值的控制器(6)，所述控制器適用于建立用于校正對(duì)從外部施加的機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行的測(cè)量的校準(zhǔn)函數(shù)(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量裝置，其中，所述傳感器(4)是磁彈性傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的測(cè)量裝置，其中，所述傳感器(4)布置在多軸系統(tǒng)(5)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11所述的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置具有用于向所述工件(2)施加力矩的裝置(8)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12所述的測(cè)量裝置，其中，所述工件(2)是軸。
【文檔編號(hào)】G01N3/22GK103620366SQ201280031261
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月2日
【發(fā)明者】漢斯-格爾德·布魯梅爾, 烏韋·林納特, 卡爾·烏多·邁爾, 約亨·奧斯特邁爾, 烏韋·普法伊費(fèi)爾 申請(qǐng)人:西門子公司