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Title:
METHOD FOR THE NON-DESTRUCTIVE DETECTING OF AGEING SYMPTOMS OF A COMPONENT HAVING REGULARLY RECURRING STRUCTURES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/169286
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for the non-destructive detecting of ageing symptoms of a component having regularly recurring structures, comprising the following steps: a) scanning the component in the region of the recurring structures in a plurality of scanning planes (E) which extend parallel to one another to create at least one scanning image set having a plurality of two-dimensional scanning images (6), wherein the scanning images (6) show a plurality of inhomogeneities (7); b) automatically identifying those inhomogeneities (7) that form recurring patterns, and those inhomogeneities (7) that do not follow a recurring pattern, using a suitable algorithm; and c) detecting ageing symptoms exclusively on the basis of those inhomogeneities (7) which are identified in step b) and do not follow a recurring pattern.

Inventors:
MASHKIN ANDREY (DE)
HANSMANN DANIEL (DE)
POHLMANN FRIEDHELM (DE)
SCHMIDT GUIDO (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/051251
Publication Date:
August 27, 2020
Filing Date:
January 20, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G01R31/34; G06T7/00; H02K15/00
Foreign References:
US20120294508A12012-11-22
US20070009086A12007-01-11
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren

zum zerstörungsfreien Detektieren von Alterungserscheinun gen eines regelmäßig wiederkehrende Strukturen aufweisenden Bauteils, umfassend die Schritte:

a) Scannen des Bauteils im Bereich der wiederkehrenden Strukturen in mehreren sich parallel zueinander erstrecken den Scanebenen (E) unter Erzeugung zumindest eines mehrere zweidimensionale Scanbilder (6) aufweisenden Scanbildsat zes, wobei die Scanbilder (6) eine Vielzahl von Inhomogeni täten (7) zeigen;

b) Automatisches Identifizieren derjenigen Inhomogenitäten (7), die wiederkehrende Muster bilden, und derjenigen In homogenitäten ( 7 ) , die keinem wiederkehrenden Muster folgen, unter Einsatz eines geeigneten Algorithmus; und

c) Detektieren von Alterungserscheinungen ausschließlich basierend auf denjenigen der in Schritt b) identifizierten Inhomogenitäten (7), die keinem wiederkehrenden Muster fol gen .

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

es sich bei den regelmäßig wiederkehrenden Strukturen um ein oder mehrere um einen Wicklungsstab (1) gewickelte Wickellagen handelt,

insbesondere um die Wickellagen eines Isolierbands (2) einer Ständerwicklungsisolierung oder einer Läuferkappe. 3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

es sich bei den regelmäßig wiederkehrenden Strukturen um mehrdimensional hergestellte Strukturen, insbesondere 3D- gedruckte Rippen-, Träger-, Feder- oder Stützelemente oder um Strukturen handelt, die Hohlräume oder Kanäle definie ren .

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

das Scannen in Schritt a) unter Einsatz einer Terahertz-, Ultraschall- oder Tomographieprüftechnik oder einer opti schen Analyse nach Reflektions- , Absorbtions- oder Trans missionsverfahren oder einer Kombination mehrerer dieser Verfahren und Techniken durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der in Schritt a) erzeugte Scanbildsatz einem konkreten Be reich des Bauteils (1) zugeordnet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die in Schritt c) durchgeführte Detektion visuell durch eine Person erfolgt,

wobei während der Detektion die in Schritt b) identifizier ten Inhomogenitäten (7), die keinem wiederkehrenden Muster folgen, aus den Scanbildern ausgeblendet oder besonders markiert werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der die Detektion durchführenden Person die Scanbilder (6) des zumindest einen Scanbildsatzes übereinander und/oder untereinander auf einem Monitor angezeigt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die in Schritt c) durchgeführte Detektion automatisch unter Einsatz eines weiteren Algorithmus erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die in Schritt b) identifizierten Inhomogenitäten (7), die keinem wiederkehrenden Muster folgen, in den Scanbildern optisch hervorgehoben werden, insbesondere farbig markiert werden .

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

Position und/oder Art und/oder Ausmaß der im Rahmen der Analyse detektierten Alterungserscheinungen identifiziert und gespeichert werden.

11. Vorrichtung,

die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vor hergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

Description:
Verfahren zum zerstörungsfreien Detektieren von

Alterungserscheinungen eines regelmäßig wiederkehrende

Strukturen aufweisenden Bauteils

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zerstörungsfreien Detektieren von Alterungserscheinungen eines regelmäßig wie derkehrende Strukturen aufweisenden Bauteils, insbesondere einer gewickelten Isolierung, wie beispielsweise einer Stän derwicklungsisolierung, sowie eine Vorrichtung, die zur

Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist.

Die Wicklungsstäbe von Generatoren, wie beispielsweise solche von Turbo- und Wasserkraftgeneratoren, sind mit einer Isolie rung versehen. Diese Ständerwicklungsisolierung umfasst nor malerweise mehrere um den Ständerwicklungsstab gewickelte Isolierbandlagen, die mit einem Harz imprägniert sind. Der Ständerwicklungsstab dient für die Isolierung als Wicklungs stab. Während des Generatorbetriebs findet eine strukturelle Änderung der Ständerwicklungsisolierung statt, die durch elektrische, thermische, mechanische und chemische Belastun gen hervorgerufen wird. Beschleunigte, längerfristig zu einer Schädigung führende Alterungserscheinungen der Isolierung sind die Folge, beispielsweise in Form von Mikrorissen oder Delaminationen . Zur Vermeidung einer Generatorschädigung ist es erforderlich, solche Alterungserscheinungen und deren Aus maß frühzeitig zu erkennen und diese ggf. rechtzeitig zu be seitigen. Vor diesem Hintergrund werden Ständerwicklungs isolierungen in regelmäßigen Zeitabständen geprüft und nach Bedarf instandgesetzt.

Die Detektion von Alterungserscheinungen einer Ständerwick lungsisolierung erfolgt derzeit beispielsweise unter Einsatz der sogenannten Teilentladungsmessung. Diese bewährte Metho de, die generell als Integralmessung gilt, kann jedoch nur diejenigen Bereiche einer Ständerwicklungsisolierung ab decken, in denen das elektrische Feld stark genug ausgeprägt ist, also diejenigen Bereiche, in denen die Wicklungsstäbe in den Generatornuten angeordnet sind, sowie die etwa 30% der vorderen Isolierlänge umfassenden Bereiche unter dem jeweili gen Endenglimmschutz. Alterungserscheinungen treten aber auch in den übrigen Bereichen der Wicklungsstäbe auf, so dass Alterungserscheinungen nicht vollständig detektierbar sind. Zudem ist bei der Teilentladungsmessung eine Lokalisierung detektierter Alterungserscheinungen nicht im erforderlichen Maße möglich, da die Genauigkeit der Laufzeitmessung der Teilentladungsimpulse etwa 1,2 Meter beträgt.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Detektion von Alte rungserscheinungen einer Ständerwicklungsisolierung stellt die Hochspannungsprüfung dar, die jedoch beim Vorliegen von signifikanten Alterungserscheinungen zu einem nicht mehr re parablen Durchschlag führen kann.

Weitere an und für sich bekannte Techniken zur Bauteilüber prüfung sind die Terahertz-, Ultraschall- oder Tomographie prüftechnik, bei denen das zu überprüfende Bauteil unter Er zeugung von Scanbildern gescannt wird. Diese Techniken werden jedoch nicht zum zerstörungsfreien Detektieren von Alterungs erscheinungen einer Ständerwicklungsisolierung eingesetzt, da auf den Scanbildern auch die sehr komplexe Wicklungsstruktur der Isolierung zu sehen ist, was dazu führt, dass sich Alte rungserscheinungen nur schwer von der Wicklungsstruktur unterscheiden und entsprechend kaum identifizieren lassen.

Bei vielen weiteren Bauteilen eines Generators bestehen ähn liche Schwierigkeiten, Alterungserscheinungen von der Bau teilstruktur selbst zu unterscheiden. So werden beispielswei se mechanische Stützringe am Generatorständer und Bandagen- Kappen am Generatorläufer aus auf einen Dorn gewickelten Fa serbündeln, -bändern oder -bahnen mit Harzimprägnierung her gestellt. Deren elektrische Prüfung ist aufgrund der schwa chen elektrischen Felder nicht möglich und eine Ultraschall prüfung aufgrund der vielen Reflektionen nicht plausibel. Ähnliches gilt für Bauteile, die unter Einsatz eines additi ven Fertigungsverfahrens aus Polymeren oder Metallen herge- stellt werden, beispielsweise Lüfterschaufeln, die im Innern eine Tragstruktur bestehend aus einer Vielzahl von eine drei dimensionale Gitterstruktur definierenden Trägern aufweisen. Auch hier ist eine Schadensanalyse mittels Ultraschall oder dergleichen aufgrund der Vielzahl von Reflektionen nicht plausibel .

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum zerstörungsfreien Detektieren von Alterungserscheinungen eines regelmäßig wiederkehrende Strukturen aufweisenden Bau teils zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum zerstörungsfreien Detektieren von Alte rungserscheinungen eines regelmäßig wiederkehrende Strukturen aufweisenden Bauteils, umfassend die Schritte:

a) Scannen des Bauteils im Bereich der wiederkehrenden Struk turen in mehreren sich parallel zueinander erstreckenden Scanebenen unter Erzeugung zumindest eines mehrere zweidimen sionale Scanbilder aufweisenden Scanbildsatzes, wobei die Scanbilder eine Vielzahl von Inhomogenitäten zeigen;

b) Automatisches Identifizieren derjenigen Inhomogenitäten, die wiederkehrende Muster bilden, und derjenigen Inhomogeni täten, die keinem wiederkehrenden Muster folgen, unter Ein satz eines geeigneten Algorithmus; und

c) Detektieren von Alterungserscheinungen ausschließlich ba sierend auf denjenigen der in Schritt b) identifizierten In homogenitäten, die keinem wiederkehrenden Muster folgen.

Im ersten Schritt a) erfolgt somit erfindungsgemäß ein Scan nen des Bauteils im Bereich der wiederkehrenden Strukturen in Tiefenrichtung der Isolierung, was häufig auch als Tiefen- sweep bezeichnet wird. Hierbei wird zumindest ein Scanbild satz erzeugt, dessen zweidimensionale Scanbilder in jeweils unterschiedlichen Scanebenen erstellt wurden. Diese Scanbil der weisen eine Vielzahl von Inhomogenitäten auf, die poten zielle Alterungserscheinungen darstellen können, jedoch größ- tenteils durch die komplexen wiederkehrenden Strukturen des Bauteils verursacht sind. Entsprechend lassen sich tatsäch lich vorhandene Alterungserscheinungen nur schwer identifi zieren. Aus diesem Grund folgt in Schritt b) unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus ein Identifizieren derjenigen Inhomogenitäten, die wiederkehrende Muster bilden, und derje nigen Inhomogenitäten, die keinem wiederkehrenden Muster fol gen. Die wiederkehrende Muster bildenden Inhomogenitäten re präsentieren dabei Inhomogenitäten, die auf die wiederkehren de Struktur des Bauteils zurückzuführen sind, wie beispiels weise auf die Wicklungsstruktur einer Wicklung. Anschließend werden in Schritt c) Alterungserscheinungen ausschließlich basierend auf denjenigen der in Schritt b) identifizierten Inhomogenitäten detektiert, die keinem wiederkehrenden Muster folgen. Mit anderen Worten werden die wiederkehrende Muster bildenden Inhomogenitäten bei der Detektion von Alterungser scheinungen ignoriert, so dass nur aus der Menge der verblei benden Inhomogenitäten Alterungserscheinungen detektiert wer den. Auf diese Weise ist es trotz der sehr komplexen Bauteil struktur möglich, vorhandene Alterungserscheinungen des Bau teils sehr verlässlich zu erfassen und zu bewerten. Basierend auf der Bewertung kann dann entschieden werden, ob Instand haltungsmaßnahmen getroffen werden müssen oder nicht.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei den regelmäßig wiederkehrenden Strukturen um ein oder mehrere um einen Wicklungsstab gewickelte Wickel lagen, insbesondere um die Wickellagen eines Isolierbands einer Ständerwicklungsisolierung, um die Bandlagen einer Läu ferkappe oder dergleichen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens handelt es sich bei den regelmäßig wiederkehrenden Strukturen um mehrdimensional hergestellte Strukturen, insbe sondere 3D-gedruckte Rippen-, Träger-, Feder- oder Stützele mente oder um Strukturen handelt, die Hohlräume oder Kanäle definieren, wobei die Regelmäßigkeit und der wiederkehrende Charakter insbesondere durch ein entsprechendes 3D-Modell be gründet sind.

Das Scannen in Schritt a) wird vorteilhaft unter Einsatz einer Terahertz-, Ultraschall- oder Tomographieprüftechnik oder einer optischen Analyse nach Reflektions- , Absorptions oder Transmissionsverfahren oder einer Kombination mehrerer dieser Verfahren und Techniken durchgeführt.

Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erzeugte Scanbildsatz einem konkreten Bereich des Bauteils zugeordnet. Diese Zuordnung kann beispielsweise ba sierend auf der Position des Scankopfes zum Zeitpunkt des Scanvorgangs sowie basierend auf der Größe des Bildbereiches der Scanbilder erfolgen. Auf diese Weise lassen sich in

Schritt c) detektierte Alterungserscheinungen eindeutig am Bauteil lokalisieren.

Die in Schritt c) durchgeführte Detektion kann gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens visuell durch eine Person erfolgen, wobei während der Detektion die in Schritt b) identifizierten Inhomogenitäten, die einem wiederkehrenden Muster folgen, aus den Scanbildern ausgeblendet oder beson ders markiert, um der Person die Detektion von Alterungser scheinungen zu erleichtern.

Der die Detektion durchführenden Person können dabei die Scanbilder des zumindest einen Scanbildsatzes übereinander und/oder untereinander auf einem Monitor angezeigt werden, was die Detektion erleichtert. Insbesondere lässt sich so einfach erkennen, ob es sich bei auf verschiedenen Scanbil dern eines Scanbildsatzes identifizierten, keinem wiederkeh renden Muster folgenden Inhomogenitäten um eine einzelne Alterungserscheinung, die sich durch mehrere Scanebenen hin durch erstreckt, oder um verschiedene Alterungserscheinungen handelt . Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Variante erfolgt die in Schritt c) durchgeführte Detektion automatisch unter Ein satz eines weiteren Algorithmus, der einen Teil desjenigen Computerprogramms darstellen kann, das auch den in Schritt b) verwendeten Algorithmus beinhaltet. Entsprechend wird eine subjektive Einflussnahme einer Person auf das Detektions ergebnis ausgeschlossen. Der Algorithmus kann dabei auf

Datenbanken, Mustererkennungslogiken, Datenanalysen oder der gleichen zugreifen, die es ermöglichen, die Art der Alte rungserscheinungen basierend auf der Art der Inhomogenitäten und deren Position zu identifizieren und ggf. zu bewerten. Alternativ oder zusätzlich kann der Algorithmus auf ein 3D- Modell des Bauteils oder zu erwartenden wiederkehrenden

Strukturen, auf die Positionen der Scanbildsätze, auf Be triebsdaten des Bauteils, auf Produktions- , Modell- Fehler und/oder Bilddatenbanken einzeln oder in Kombination zugrei fen oder entsprechende Informationen nutzen.

Vorteilhaft werden die in Schritt b) identifizierten Inhomo genitäten, die keinem wiederkehrenden Muster folgen, in den Scanbildern optisch hervorgehoben, insbesondere farbig mar kiert. Damit sind die Alterungserscheinungen für eine die Scanbilder studierende Person leicht detektierbar .

Bevorzugt werden Position und/oder Art und/oder Ausmaß der in Schritt c) detektierten Alterungserscheinungen identifiziert und gespeichert, wobei diese Identifizierung manuell oder automatisch, also computergestützt erfolgen kann. Die Identi fizierung erlaubt eine bessere Beurteilung dahingehend, ob zeitnah Instandsetzungsarbeiten durchgeführt werden müssen oder nicht. Die Speicherung ermöglicht eine Dokumentierung der Schadenshistorie und/oder der zeitlichen Veränderung ein zelner Alterungserscheinungen.

Ferner ist es möglich, Informationen über diejenigen Inhomo genitäten, die wiederkehrende Muster bilden, zur Nachbildung der Bauteilstrukturen und deren qualitätssichernde Analyse zu verwenden . Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1 eine Teilansicht eines Wicklungsstabs während des

Aufwickelns eines Isolierbands;

Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Teilberei ches eines isolierten Wicklungsstabs, die ein ers tes Wicklungsmuster zeigt;

Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht des in

Figur 2 gezeigten Teilbereiches;

Figur 4 eine schematische Schnittansicht eines Teilberei ches eines weiteren isolierten Wicklungsstabs, die ein zweites Wicklungsmuster zeigt;

Figur 5 eine schematische perspektivische Ansicht des in

Figur 4 gezeigten Teilbereiches;

Figur 6 eine schematische perspektivische Ansicht eines

Teilbereiches eines weiteren isolierten Wicklungs stabs, die ein drittes Wicklungsmuster zeigt;

Figur 7 eine schematische Schnittansicht eines ein in den

Figuren 4 und 5 gezeigtes Wicklungsmuster aufwei senden Wicklungsstabs während der Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung;

Figur 8 eine exemplarische Ansicht eines Scanbildes;

Figur 9 eine schematische Ansicht, welche erfindungsgemäß bearbeitete Scanbilder der in Figur 4 dargestellten oberen drei Scanebenen zeigt; und Figur 10 eine schematische Ansicht, welche die in Figur 9 dargestellten Scanbilder im überlagerten Zustand zeigt .

Figur 1 zeigt eine Teilansicht eines Wicklungsstabs 1, bei spielsweise in Form eines Generatorwicklungsstabs während des Aufwickelns eines Isolierbands 2 bei der Neuherstellung einer Ständerwicklungsisolierung. Bei dem eingezeichneten Koordina tensystem entspricht die X-Richtung der axialen Richtung des Wicklungsstabs 1, die Y-Richtung der Breitenrichtung des Wicklungsstabs 1 und die Z-Richtung der radialen Richtung bzw. der Dickenrichtung des Isolierbands 2. Während des Auf wickelns des Isolierbands 2 auf einen geradlinigen Abschnitt des Wicklungsstabs 1 bleibt somit die X-Richtung konstant, während sich die Y-Richtung und die Z-Richtung in Abhängig keit von der Seite des Wicklungsstabs 1, die gerade umwickelt wird, verändern. Das Isolierband 2, das normalerweise eine Bandbreite B zwischen 15 und 40 mm hat, wird derart gewi ckelt, dass die Isolierbandkanten 3 mit der Y-Richtung einen Winkel von etwa 5° einschließen, wobei die jeweiligen Wick lungen in X-Richtung einander überlappend angeordnet werden, wodurch sich Überlappungen der Länge L sowie Überlappungs lücken der Länge A ergeben.

Die Figuren 2 bis 7 zeigen beispielhaft verschiedene Wick lungsmuster, die beim Aufwickeln des Isolierbandes 2 auf einen Wicklungsstab 1 erzeugt werden können.

Die Figuren 2 und 3 zeigen einen Wicklungsstab 1, auf den zwei Isolierbänder 2, die jeweils zweischichtig ausgebildet sind und eine untere Glimmerschicht 4 und eine obere Glasge webeträgerschicht 5 aufweisen, aufeinanderfolgend in positi ver X-Richtung derart gewickelt wurden, dass sie in Z-Rich- tung übereinander positioniert sind.

Die Figuren 4 und 5 zeigen einen Wicklungsstab 1, auf den zwei ebenfalls zweischichtig ausgebildete Isolierbänder 2 aufeinanderfolgend zunächst in negativer X-Richtung und dann in positiver X-Richtung derart gewickelt wurden, dass sie in Z-Richtung übereinander positioniert sind. Entsprechend kreu zen sich die Isolierbandkanten 3 der übereinander angeordne ten Isolierbänder 2 in einem Winkel ß, der dem Zweifachen des Winkels entspricht. Eine derartige Kreuzwicklung ist dahin gehend von Vorteil, dass nach jedem Wickelvorgang einer Iso lierbandlage unter Verwendung einer entsprechenden Isolier bandwickelmaschine keine Leerfahrt entsteht.

Figur 6 zeigt ein weiteres Wickelbeispiel, bei dem die untere Isolierbandlage in positiver X-Richtung unter gleichzeitigem Einsatz von zwei Isolierbändern 2 verschachtelt gewickelt wurde, während die obere Isolierbandlage unter Verwendung eines einzelnen Isolierbands 2 in positiver X-Richtung gewi ckelt wurde.

Grundsätzlich lassen sich die in den Figuren 2 bis 6 darge stellten Wicklungsmuster beliebig miteinander kombinieren.

Die Anzahl der für eine Ständerwicklungsisolierung verwende ten Isolierbänder 2 kann dabei mehrere 10 übereinander und/oder verschachtelt ineinander angeordnete Isolierbänder 2 betragen. Nach dem Wickeln der Isolierbänder 2 werden diese unter Verwendung eines Harzes imprägniert.

Während des Generatorbetriebs findet eine strukturelle Verän derung der Ständerwicklungsisolierung statt, die durch elekt rische, thermische und chemische Belastungen hervorgerufen wird. Alterungserscheinungen der Ständerwicklungsisolierung sind die Folge, beispielsweise in Form von Rissen, Delamina- tionen, Falten oder dergleichen. Zur Ermittlung des Alte rungszustands der Ständerwicklungsisolierung sowie zur Ver meidung einer Generatorschädigung ist es erforderlich, solche Alterungserscheinungen und deren Ausmaß frühzeitig zu erken nen und ggf. rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 7 bis 10 das Prinzip eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum zerstörungsfreien Detektieren von Alterungserscheinungen einer Ständerwicklungsisolierung be schrieben .

Figur 7 zeigt einen Wicklungsstab 1, dessen Ständerwicklungs isolierung in Kreuzwicklung analog zu den Figuren 4 und 5 ge wickelt ist und der zwei Alterungserscheinungen aufweist. In einem ersten Schritt wird die Ständerwicklungsisolierung unter Erzeugung zumindest eines mehrere zweidimensionale Scanbilder 6 aufweisenden Scanbildsatzes gescannt. Das Scan nen erfolgt vorliegend unter Einsatz der Terahertz-Prüftech- nologie, wobei die Scanbilder 6 des Scanbildsatzes vorliegend in vier in Z-Richtung untereinander angeordneten, sich je weils in einer X-Y-Ebene erstreckenden Scanebenen El bis E4 aufgenommen werden.

Figur 8 zeigt beispielhaft ein solches Scanbild 6 einer unbe schädigten Isolierung. Anhand von Figur 8 ist zu erkennen, dass das Scanbild 6 bereits aufgrund der sehr komplexen Wick lungsstruktur eine Vielzahl von Inhomogenitäten 7 aufweist, was dazu führt, dass sich durch Alterungserscheinungen her vorgerufene Inhomogenitäten 7 nur sehr schwer von strukturell bedingten Inhomogenitäten 7 unterscheiden lassen, hier im Speziellen von den durch die Isolierbandkanten 3 der Ständer wicklungsisolierung verursachten Inhomogenitäten 7.

Zur Behebung dieses Problems werden in einem weiteren Schritt unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus in den einzel nen Scanbildern 6 diejenigen Inhomogenitäten 7, die wieder kehrende Muster bilden, sowie diejenigen Inhomogenitäten 7, die keinem wiederkehrenden Muster folgen, identifiziert. Bei dem Scanbild 6 der Scanebene El werden die die Isolierband kanten 3 repräsentierenden Inhomogenitäten 7 als solche mit regelmäßig wiederkehrendem Muster identifiziert und als mit Markern Al, A2, A3 ... An versehene Linien 8 dargestellt. Fer ner wird die Inhomogenität 7.1.1 als Inhomogenität identifi ziert, die keinem wiederkehrenden Muster zugeordnet werden kann, und farbig markiert. Im Scanbild 6.2 der Scanebene E2, die eine Bandlagendicke tiefer als die Scanebene El liegt, werden ebenfalls die durch Isolierbandkanten 3 hervorgerufe nen Inhomogenitäten 7 als solche mit wiederkehrendem Muster identifiziert, mit Markern Asl, As2, As3 ... Asn versehenen Linien 8 gekennzeichnet und mit dem zu erwartenden wiederkeh renden Muster abgeglichen, das aus den Markern Al, A2, A3 ... An und der Bandbreite B des Isolierbands 2 berechnet ist. Ferner werden die Inhomogenitäten 7.1.2 und 7.2.2 als Inhomo genitäten identifiziert, die keinem wiederkehrenden Muster zugeordnet werden können, und farbig markiert. Auch im Scan bild 6.3 der Scanebene E3 werden die durch Isolierbandkanten 3 hervorgerufenen Inhomogenitäten 7 als solche mit wiederkeh rendem Muster identifiziert und als mit Markern Bl, B2, B3 ... Bn versehene Linien 8 dargestellt. Ferner werden die Inhomo genitäten 7.1.3 und 7.2.3 als Inhomogenitäten identifiziert, die keinem regelmäßigen Muster zugeordnet werden können, und farbig markiert. Im Scanbild 6.4 der Scanebene E4, die eine Bandlagendicke tiefer als die Scanebene E3 liegt, werden die durch Isolierbandkanten 3 hervorgerufenen Inhomogenitäten 7 als wiederkehrendes Muster identifiziert, als mit Markern Bsl, Bs2, Bs3 ... Bsn versehene Linien 8 dargestellt und mit dem zu erwartenden wiederkehrenden Muster abgeglichen, das aus den Markern Bl, B2, B3 ... Bn und der Bandbreite B des Iso lierbands 2 berechnet ist. Zudem wird die Inhomogenität 7.2.4 als Inhomogenität identifiziert, die keinem wiederkehrenden Muster zugeordnet werden kann, und farbig markiert.

Figur 9 zeigt beispielhaft die nunmehr durch den Algorithmus bereinigten Scanbilder 6.1, 6.2 und 6.3 der Scanebenen El bis

E3, die als Grundlage für die sich anschließende Analyse der Scanbilder des Scanbildsatzes zur Detektion vorhandener Alte rungserscheinungen der Ständerwicklungsisolierung herangezo gen werden, wobei die einem wiederkehrenden Muster zugeordne ten Inhomogenitäten 7 bei der Detektion als potentielle Alte rungserscheinungen ausgeschlossen werden, so dass lediglich die Inhomogenitäten 7.1.1 bis 7.1.4 und 7.2.2 und 7.2.3 als Alterungserscheinungen detektiert werden. Anhand der Art und der Position der Inhomogenitäten 7.1.1 bis 7.1.4 und 7.2.2 und 7.2.3 können beispielsweise auf Basis der nachfolgend beschriebenen Kriterien Rückschlüsse gezogen wer den .

Risse sind meist scharfkantig, verlaufen in X- oder in Y- Richtung, wodurch sie von den sich im Winkel zur Y-Achse erstreckenden Isolierbandkanten 3 unterschieden werden kön nen, und durchdringen mehrere Isolierbandlagen in Z-Richtung.

Delaminierungen betreffen meist nur eine einzelne Lage und erzeugen im Scanbild ovale Inhomogenitäten.

Falten im Isolierband 2 erstrecken sich meist in X-Richtung, bleiben über mehrere Windungen konstant und klingen langsam in Z-Richtung ab.

Betrachtet man vor diesem Hintergrund die Inhomogenitäten 7.1.1 bis 7.1.4, so kennzeichnen diese eindeutig einen Riss, siehe hierzu auch Figur 10 in der die Scanbilder 6.1, 6.2 und 6.3 gemäß Figur 9 übereinander angeordnet sind. Die Inhomoge nitäten 7.2.2 und 7.2.3 lassen sich indes als Delaminierung identifizieren .

Die Detektion von Alterungserscheinungen ebenso wie die Iden tifikation der Alterungserscheinungsart können von einer Per son durchgeführt werden. Bevorzugt erfolgen sie aber eben falls automatisch unter Einsatz eines geeigneten Algorithmus, der im gleichen Computerprogramm wie der zuvor erwähnte Algo rithmus enthalten sein kann. Der Algorithmus kann dabei auf Datenbanken, Mustererkennungslogiken, Datenanalysen oder der gleichen zugreifen, die es ermöglichen, die Art der Alte rungserscheinungen basierend auf der Art der Inhomogenitäten und deren Position zu identifizieren und ggf. zu bewerten.

Auch wenn das Verfahren lediglich in Bezug auf die Erstellung eines einzelnen Scanbildsatzes beschrieben wurde, sollte klar sein, dass eine Vielzahl solcher Scanbildsätze entlang der X- Richtung des Wicklungsstabs 1 erstellt werden können, um die gesamte Ständerwicklungsisolierung einer Prüfung zu unterzie hen. Dabei wird jeder der erzeugten Scanbildsätze einem kon kreten Bereich des Wicklungsstabs 1 zugeordnet. Diese Zuord nung erfolgt vorliegend basierend auf der Position des Scan kopfes zum Zeitpunkt des Scanvorgangs der einzelnen Scanbil der 6 des Scanbildsatzes sowie basierend auf der Größe des Bildbereiches der Scanbilder 6. Auf diese Weise lassen sich die identifizierten Alterungserscheinungen eindeutig lokali sieren .

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich die Tatsache zunut ze, dass Reflexionen und damit Inhomogenitäten in erster Linie an Orten großer Materialeigenschaftsänderungen auftre- ten, wie beispielsweise entlang von Isolierbandkanten. Sind die Materialeigenschaftsänderungen wiederkehrender Natur, so sind sie strukturbedingt und können bei der Detektion von Alterungserscheinungen außer Acht gelassen werden, was die Analyse der verbleibenden Inhomogenitäten stark vereinfacht. Beim Scannen können unterschiedliche Frequenzen oder weitere Scanparameter, wie beispielsweise Einstrahlwinkel, gewählt werden, beispielsweise solche, die eine hohe Auflösung ermög lichen, aber nicht so tief in das Bauteil eintreten, oder solche, die eine geringe Auflösung ermöglichen, dafür aber tiefer in das Bauteil eindringen. Eine Kombination beider Frequenzen und/oder Einstrahlwinkel ermöglicht dann eine op timale Scaneinstellung in Abhängigkeit von der zu lösenden Prüfaufgäbe .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Ver fahren auch bei anderen Bauteilen einsetzen, die wiederkeh rende Strukturen aufweisen. Beispiele solcher Bauteile sind glasfaser-, karbonfaser- oder polymerfaserverstärkte Kunst- Stoffe, metallverstärkte Kunststoffe, keramische Faserver bundwerkstoffe, Laminate, Wickelkörper, die aus Bahnen,

Faser, Filamenten oder Geweben bestehen und aufgrund der An ordnung der Fasern, Bänder, Gewebevermaschung etc. Regel- mäßigkeiten und damit wiederkehrende Strukturen aufweisen, Sandwichkonstruktionen als Kombination von verschiedenen Werkstoffen, Bauteile mit dreidimensionaler Gitterstruktur, insbesondere 3D-gedruckte Bauteile, etc. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei 3D-gedruckten Bauteilen angewandt werden, bei denen eine dreidimensionale Gitterstruktur ent steht, deren Regelmäßigkeit und wiederkehrender Charakter durch 3D-Modelle begründet ist. Diese Struktur und ein ent sprechendes 3D-Modell kann beispielsweise eine ortsabhängige Variation der Gitterstruktur aufweisen, um auf die zu erwar- tenden Belastungen durch beispielsweise immer enger werdende Vermaschung angepasst zu werden.




 
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