Aufgrund eines anhaltenden Trends der Miniaturisierung von Bauteilen sowie eines gesteigerten Qualitätsanspruches in Fertigung und Instandhaltung besteht ein wachsender Bedarf für hochauflösende zerstörungsfreie Prüfverfahren. Ein derzeit vielversprechender Lösungsansatz in der elektromagnetischen Prüfung wird durch die magnetischen Mikrosysteme eröffnet. Insbesondere die jüngst mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnete GMR-Technologie bietet neben einer hohen Feldempfindlichkeit zugleich hervorragende Ortsauflösungen mit Schichtabmessungen bis in den unteren µm-Bereich. Hierdurch werden magnetische Feldverteilungen bei der Wirbelstromprüfung oder der Streuflussprüfung mit einem gegenüber Spulensystemen erhöhten Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) und einer verbesserten Ortsauflösung gemessen. Im vorliegenden Beitrag wird das Potenzial der MR-Technologie anhand der Wirbelstromprüfung von Drähten verdeutlicht. Hierbei wird ein kreuzförmiges GMR-Sensor-Array um den zu untersuchenden Draht positioniert. Jeder einzelne GMR-Sensor misst dabei mit einer Feldempfindlichkeit von etwa 200pT/√Hz und einer Ortsauflösung von 100µm. Der Nachweis von im Durchmesser etwa 200µm großen Defekten in einer Tiefenlage von 200µm unterhalb der Drahtoberfläche gelingt mit einem SNR von über 400. Oberflächendefekte ähnlicher Größenordnung können mit einem SNR von nahezu 104 detektiert werden. Ein derart hohes SNR birgt in Kombination mit der hohen örtlichen Auflösung Potenzial für eine 3D-Fehlerlokalisierung. Unter Verwendung eines analytischen Ansatzes sowie auf FEM beruhende Dateninversionsalgorithmen können Defekte mit einer Abmessung von größer 200µm auf einige 10µm exakt lokalisiert werden.
High speed non-destructive rail testing with advanced ultrasound and eddy-current testing techniques
(2009)
Today the rails face increased exposure to heavy loads, higher speeds and a very dense overall traffic. A continued development of testing methods for the rail inspection trains became necessary to match the modern needs for a fast detection and detailed classification of defects. To guarantee the safe operation of rail traffic non-destructive inspection techniques with combined ultrasound and eddy current testing methods are used to detect damages on rails. One of the main actual challenges of automated rail testing is the high inspection speed which is very close to the physical limits. To overcome these limits digital signal processing algorithms have to be used which maintain resolution and detection quality independent of operation speed. This paper presents a recently developed state of the art rail inspection system which uses advanced ultrasonic and eddy current testing techniques. Testing results are shown in a newly developed so called Glassy-Rail-Diagram which is capable to present data with a fixed resolution independent of inspection speed.
Eddy Current Technique is a powerful method for detection of surface notches and of buried flaws during inspection of metallic parts. Recent EC array probes have demonstrated a fast and efficient control of large surfaces. Nevertheless, when the size of flaws decreases or the defect is rather deep, traditional winding coil probes turn out to be useless. Magnetoresistive sensors present the advantages of flat frequency response and micron size. These sensors are hence very attractive for the detection of buried defects that require low frequencies because of skin depth effect. An optimization of the probe with magnetoresistive sensors as receivers has been made by simulations using CIVA software and finite elements methods with OPERA. EC probes for buried flaw detection have been designed. Experimental results have been compared with simulations.
High speed non-destructive rail testing with advanced ultrasound and eddy-current testing techniques
(2009)
Electromagnetic methods are widely used in Non-destructive Testing industries (NDT). In order to meet the requirements, safety-relevant products and structures have to be tested reliably during production or within subsequent maintenance cycles. For this purpose industrial users call for adapted testing methods which allow the detection of relevant defects such as cracks and pore in ferromagnetic or conductive materials. Automated testing systems and the application of sensor arrays are of great interest in order to enhance inspection quality and to decrease testing time and costs. Magneto resistance (MR) sensors like giant magneto resistance (GMR) or tunnel magneto resistance sensor (TMR) have proofed their suitability in many NDT-applications due to their extraordinary properties which combine high field sensitivity, a high spatial resolution and low costs. Due to their small size these sensors can be useful – in addition to the pure detection task – for a more detailed defect characterization and defect reconstruction providing defect size, orientation and geometry. This chapter gives a brief introduction of electromagnetic testing methods, i.e., magnetic particle inspection (MPI) and eddy current testing (ET), followed by two different approaches for which MR sensor arrays were successfully adapted.