DE3403137C2

DE3403137C2 -

Info

Publication number: DE3403137C2
Application number: DE19843403137
Authority: DE
Inventors: Tsugio Kobe Hyogo Jp Sekii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1987-09-03
Also published as: JPS59141001A; DE3403137A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von geometrischen Eigenschaften eines metallenen Rohres, mit zwei Wirbelstromsensoren, die diametral zum Rohr unter Bildung eines Spaltes im Abstand zum Außenumfang dessel ben angeordnet sind, wobei Rohr und Sensoren in Umfangs- sowie gegebenenfalls Längsrichtung des Rohres relativ zueinander bewegbar sind, und mit einer Einrichtung zur elektrischen Stromversorgung der Sensoren sowie Auswertung der von den Sensoren gelieferten Signale.

Aus der DE-OS 31 42 814 ist eine Vorrichtung der genannten Art, und zwar zur Messung der Unrundeigenschaften eines Rohres, bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist zu diesem Zweck zwei diametral zum Rohr unter Bildung eines Spaltes im Abstand zum Außenumfang desselben angeordnete Wirbel stromsensoren auf, wobei Rohr und Sensoren in Umfangs- sowie gegebenenfalls Längsrichtung des Rohres relativ zueinander bewegbar sind. Des weiteren weist die bekannte Vorrichtung eine Einrichtung zur elektrischen Stromversorgung der Sensoren sowie Auswertung der von den Sensoren geliefer ten Signale auf. Die bekannte Vorrichtung dient also nur zur Messung der Unrundeigenschaften bzw. Ovalität eines Rohres bzw. einer Rohrleitung, bei der es darauf ankommt, Exzentrizitäten festzustellen und festzuhalten sowie aus zuwerten. Dabei wird vorgeschlagen, die aktuellen X- und Y-Werte mit den entsprechenden Werten eines vorange gangenen Meßvorganges zu vergleichen, um daraus Relativ anzeigen für die Entfernung zwischen den Sensoren und der Rohrleitung zu ziehen, aus denen dann Informationen über die Querschnittsbeschaffenheit der Rohrleitung abge leitet werden.

Aus der US-PS 36 15 143 ist noch eine Profil-Testvorrich tung bekannt, wobei mit Berührungs-Sensoren sowie einem Vergleichsprofil gearbeitet wird.

Demgegenüber geht es bei der vorliegenden Erfindung nicht um die Erfassung der Unrundheit oder des Profils eines Rohres, sondern um die Feststellung der tatsächlichen Endpositionen desselben, d. h. der Rohrenden unter Abzug herstellungsbedingter konvex-konkaver Rohr-Endabschnitte. Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die tatsächlichen Enden eines metallenen Rohres festgestellt werden können, wobei Exzentrizitäten des Rohres ohne Einfluß bleiben sollen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es also möglich, unter Elimination von Exzentrizitätskomponenten der Sensor ausgangssignale exakt die tatsächlichen Enden eines metal lenen Rohres festzustellen.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor richtung ist in Anspruch 2 beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Erfassungssystems zur Durchführung eines bevorzugten Ausführungs beispiels des Verfahrens zum Erfassen der tat sächlichen Endposition eines metallenen Rohres nach der Erfindung;

Fig. 2A und 2B die Signalmodulation und -demodulation eines Oszillationsschaltkreises und eines analo gen Signaldetektionsschaltkreises der Fig. 1;

Fig. 3 das Ausgangssignal eines der analogen Signaler faßschaltkreise der Fig. 1;

Fig. 4 die charakteristische Funktion des Linearisier- Schaltkreises der Fig. 1, d. h. seine Ausgangs spannung über den Spaltänderungen;

Fig. 5 das Ausgangssignal des Linearisier-Schaltkreises der Fig. 1; und

Fig. 6 das Ausgangssignal des Summierschaltkreises der Fig. 1.

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche oder einander entsprechende Teile.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung zur Bestimmung der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres ausführt. Ein metallenes Rohr 10, beispielsweise eine Stahlröhre, wird in Pfeilrich tung mittels nicht dargestellter Bewegungseinrichtungen bewegt bzw. verschoben. Das metallene Rohr 10 hat zwei konkave Abschnitte, von denen lediglich einer mit dem Bezugszeichen 10 a bezeichnet ist, wobei hier angenommen sei, daß beide konkaven Abschnitte am Umfang des Rohres um 180 Grad versetzt liegen. Ein Paar von Sensoren 12 a und 12 b in Form von Wirbelstromverlust- Sensoren ist so angeordnet, daß die beiden Sensoren im Winkel von 180 Grad einander gegenüberliegen und zwar weiterhin so, daß zwischen den Sensoren und dem Außenumfang des metallenen Rohres ein gewisser Spalt (Luftspalt) vorhanden ist. Die Sensoren sind in (nicht dargestellten) Halteeinrichtungen gelagert und werden mit vorgegebener Drehzahl um den Außenumfang des metallenen Rohres 10 gedreht.

Die Sensoren 12 a und 12 b sind mit analogen Signal erfaßschaltkreisen 16 a und 16 b (Wellenform-Erfaß- Schaltkreis) verbunden, die jeweils mit einem Lineari sierschaltkreis 18 a bzw. 18 b verbunden sind. Die Ausgänge der Linearisierschaltkreise 18 a und 18 b sind mit jeweils einem Eingang eines Summierschalt kreises 20 verbunden, dessen Ausgang über einen Ver stärker 22 mit einem Komparator 24 verbunden ist.

Während des Betriebes erfassen die Sensoren 12 a und 12 b - wie bekannt - Änderungen der Form und/oder Qualität eines Gegenstandes und letztlich auch die Breite des Spaltes zwischen ihnen und dem Gegenstand. Im einzelnen erfaßt ein (nicht dargestellter) Sensorkopf in den beiden Sensoren 12 a und 12 b Änderungen der elektromagnetischen Energie aufgrund der obigen Änderungen hinsichtlich der Form, der Qualität und des Spaltes zwischen dem metallischen Leiter und den Sensoren. Wenn zwei der drei genannten Variablen, d. h. Form, Qualität (chemische Zusammensetzung) und Spalt konstant gehalten werden, so können kleine Änderungen der dritten Variablen erfaßt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sei daher angenommen, daß Form und Qualität des Rohres konstant sind. Die Oszillationsschaltkreise 14 a bzw. 14 b erzeugen an ihrem Ausgang ein Hochfrequenz signal für die Sensoren 12 a bzw. 12 b wie im linken Teil der Fig. 2A dargestellt. Dieses Hochfrequenz signal wird von den Sensoren 12 a und 12 b moduliert, wie im rechten Teil der Fig. 2A dargestellt, wenn zwischen dem Rohr 10 und den Sensoren 12 a bzw. 12 b sich der Spalt ändert.

Die analogen Signaldetektierschaltkreise 16 a und 16 b demodulieren die im rechten Teil der Fig. 2A und dem linken Teil der Fig. 2B gezeigten modu lierten Signale, die aus dem entsprechenden Oszillations schaltkreis 14 a bzw. 14 b stammen und erzeugen ein Ausgangssignal mit dem analogen Signalverlauf gemäß dem rechten Teil der Fig. 2B.

Wird nun von einem der Sensoren 12 a bzw. 12 b ein konkaver Abschnitt 10 a festgestellt, so wird ein ana loges Ausgangssignal mit einem Signalverlauf entsprechend Fig. 3 auftreten, in welcher eine analoge Ausgangs spannung über dem Drehwinkel des Sensors bezogen auf das metallene Rohr 10 dargestellt ist. In diesem Signal verlauf bezeichnet der Signalabschnitt A den Signal verlauf an einer Umfangsseite eines breiteren Spaltes, der durch eine Exzentrizität des metallenen Leiters 10 hervorgerufen ist, während der Signalabschnitt B (längs der negativen Ordinate) einen Signalverlauf an der anderen Umfangsseite, d. h. der mit dem schmaleren Spalt darstellt. Ist dagegen der metallische Leiter 10 überhaupt nicht exzentrisch, so wird kein Ausgangs signal erscheinen, d. h. das Signal verläuft längs der Abszisse der Fig. 3. Die Signalabschnitte A 1 und B 1 in den Signalabschnitten A und B treten an solchen (Winkel) Stellungen auf, an denen einander gegenüberliegen de konkave Abschnitte vorhanden sind.

Anhand des analogen Signalverlaufes selbst kann man eine Exzentrizität des metallenen Leiters 10 nicht von konvex-konkaven Abschnitten an dessen Enden unter scheiden. Um die durch die Exzentrizität hervorgerufenen (Signal)-Komponenten zu eliminieren, muß man die analogen Ausgangssignale der Sensoren 12 A und 12 B die durch die Oszillationsschaltkreise 14 a und 14 b hindurchgelangen, addieren. Wie allerdings aus Fig. 3 zu erkennen, sind beide analoge Ausgangssignale aus den Sensoren 12 a und 12 b nicht linear im Hinblick auf ihre Ausgangsspannungskomponente, die durch Spalt änderungen hervorgerufen ist. Die durch Exzentrizität hervorgerufene Spannungskomponente oberhalb und unter halb der Nullachse (Abszisse) hat nämlich nicht die Form einer Sinuswelle. Folglich können, selbst wenn beide analogen Ausgänge miteinander addiert werden, die Exzentrizitätskomponenten nicht eliminiert werden.

Daher werden die analogen Ausgangssignale der Schalt kreise 16 a und 16 b jeweils zu Linearisierschaltkreisen 18 a bzw. 18 b geleitet, wo sie linearisiert werden.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Konzeptes der Linearisierung der analogen Ausgangssignale der Schaltkreise 16 a und 16 b. Die Kurve C 1 bezeichnet die Ausgangsspannungs-Charakteristik bezüglich einer Spaltänderung unter der Annahme, daß die Ausgangsspannung des analogen Signalverlauferfaßschaltkreises 16 a bzw. 16 b bei einer vorbestimmten Spaltbreite von 20 mm gleich Null ist, während die Kurve C 2 die linearisierte Charakteristik der Kurve C 1 zeigt, wie sie durch die Linearisierschaltkreise 18 a oder 18 b erzeugt wird.

Die linearisierten Ausgangsspannungen der Schaltkreise 18 a und 18 b sind in Fig. 5 dargestellt. Die durchge zogene Linie D bezeichnet die Ausgangsspannung eines der Linearisierschaltkreise 18 a und 18 b. Die gestrichelte Linie E bezeichnet die Ausgangsspannung des anderen Linearisationsschaltkreises 18 b bzw. 18 a.

Die linearisierten Ausgangsspannungen der Schaltkreise 18 a und 18 b werden in dem Summierschaltkreis 20 auf summiert, um die Exzentrizitätskomponenten in Form einer Sinuswelle gemäß Fig. 5 zu eliminieren, wie in Fig. 6 gezeigt. Diese Signalverläufe zeigen ein deutig die Positionen der konkaven Abschnitte.

Der Verstärker 22 verstärkt das Ausgangssignal des Summierschaltkreises 20. Das verstärkte Ausgangssignal wird in dem Komperator 24 mit einer Schwellwertspannung V _th verglichen. Die Schwellwertspannung V _th ist zuvor auf einen Wert eingestellt, so daß eine Ansprechschwelle für den konkaven Verlauf bestimmt ist. Folglich wird nur dann, wenn die Ausgangsspannungen aus dem Verstärker 22 größer als diese Schwellwertspannung V _th ist, Aus gangssignale von dem Komperator 24 erzeugt, so daß die tatsächliche Endposition an den Enden des metallischen Rohres 10 sicher erfaßt bzw. erkannt werden kann.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung bei jeglichen metallischen Rohren angewandt werden kann, einschließlich bei Stahlröhren, deren Anwesenheit mittels eines Wirbelstromsensors festgestellt werden kann.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel werden die Sensoren gedreht. Es ist allerdings genauso möglich, das metallische Rohr zu drehen, während die Sensoren ortsfest gehalten werden; auch ist es möglich, das metallische Rohr vorzuschieben bzw. zu bewegen, während gleichzeitig die Sensoren bewegt werden.

Wie oben erläutert, können mit der vorliegenden Erfindung konkave Abschnitte an den Enden eines metallischen Rohres erfaßt werden, ohne daß die Exzentrizität des metallischen Rohres - sofern vorhanden - irgendeinen Einfluß ausübt. Daher ist die Genauigkeit bzw. Präzision der Erfassung nicht nur in hohem Maße verbessert, sondern es werden auch nur zwei hochgenaue Sensoren benötigt, wodurch ein billigeres Erfaßsystem geschaffen wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen von geometrischen Eigenschaften eines metallenen Rohres, mit zwei Wirbelstromsensoren, die diametral zum Rohr unter Bildung eines Spaltes im Abstand zum Außenumfang desselben angeordnet sind, wobei Rohr und Sensoren in Umfangs- sowie gegebenenfalls Längsrichtung des Rohres relativ zueinander bewegbar sind, und mit einer Ein richtung zur elektrischen Stromversorgung der Sensoren so wie Auswertung der von den Sensoren gelieferten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der tatsächlichen Endposition des Rohres die Sensoren (12 a, 12 b) jeweils mit einem Linearisierungs schaltkreis (18 a, 18 b) gekoppelt sind, durch die durch Exzentrizitäten des Rohres (10) bedingte Spaltänderungs signale der Sensoren (12 a, 12 b) zu einem jeweils sinusför migen Signal linearisierbar sind, wobei die linearisierten Ausgangssignale der Linearisierungsschaltkreise (18 a, 18 b) einem Summierschaltkreis (20) zuführbar und dort unter Eliminierung der durch Exzentrizitäten des Rohres (10) bedingten Signale sowie Hervorhebung der Rohr- Endpositionssignale aufsummierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensor (12 a, 12 b) ein Oszillationsschalt kreis (14 a, 14 b) zugeordnet ist, und daß zwischen den Sensoren (12 a, 12 b) und den diesen zugeordneten Linearisierungsschaltkreisen (18 a, 18 b) jeweils ein zur Demodulation der von den Sensoren (12 a, 12 b) gelieferten Signalen dienender Analogsignaldetektor (16 a, 16 b) angeordnet ist.