WO1999022233A1 - Einrichtung zur fehlererfassung bei durchlaufenden bändern, profilen oder rohren aus kunststoff mit ultraschallsignalen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a device for error detection and material testing in continuous strips, profiles and tubes with ultrasonic signals, which are distributed from across the width of the strip or profile or the circumference of the tube and stationary measuring heads are introduced into the plastic and their reflected signals from the measuring heads recorded and fed to an evaluation unit.
  • the invention has for its object to provide a device for the complete detection of errors and seamless material testing in continuous strips, profiles and tubes.
  • the measuring heads are arranged next to one another and transversely to the direction of travel of the strip, profile or tube in such a way that they capture the strip or tube without gaps, and that the evaluation unit detects them from the individual Measuring heads for the same unit of length of the strip, profile or tube supplied reflected signals linked together in such a way that only the errors are processed.
  • individual sensors can be combined to form a block or several segments.
  • the signals from adjacent measuring heads are assigned a differential level and / or addition level, each differential level being assigned an error display and each addition level assigned to the adjacent measuring heads being assigned a differential level with error display and an addition level in a subsequent link level.
  • the evaluation unit is supplied with many ultrasound signals from the individual measuring heads for the same length unit of the strip / profile / tube.
  • the large amount of signals is reduced to a few. This makes it possible for the Evaluation unit delivers a manageable result for the subsequent unit / operator.
  • the invention assumes that the signals picked up by two measuring heads are generally only the same if no fault location has been determined. If an error location is determined, it will appear in one of the two signals, so that when the two signals are subtracted, the error location can be clearly identified.
  • FIG. 1 shows a section of a tube wall with four assigned measuring heads in cross section
  • Figure 3 shows an evaluation unit for linking signals.
  • a plurality of measuring heads 1, 2, 3, 4 are arranged around the entire circumference of the tube R, the ultrasonic pulses in initiate the tube R and reflected signals S1, S2, S3, S4 this
  • Typical reflected signals in FIG. 2 are signals S1, S2. With these signals there is a first reflection when it hits the pipe outer wall and a second reflection after passing through the pipe wall on the pipe inner wall. In the two diagrams it is the big swings. The second large deflection is smaller than the first large deflection because the signal was attenuated when it passed through the pipe wall. In addition, the two diagrams include two much smaller swings that are due to defects are. The much smaller deflection in diagram S1 indicates an error in the middle area of the pipe wall, while the significantly smaller deflection in diagram S2 indicates an error on the inner pipe wall. The signal reflected on the inner wall of the pipe and the error signal are reproduced individually only for the sake of better illustration.
  • the electronic evaluation unit shown in FIG. 3 is preferably used to link the signals S1, S2 and further signals S3, S4.
  • the reflected signals S1, S2, S3, S4 supplied by the measuring heads 1, 2, 3, 4 are fed to this evaluation unit at the same time.
  • the signals are linked here at different levels.
  • stage Ml ⁇ there is a difference between the signals S1, S2. If an error signal is contained in the signal S1 or S2, the output signal is stage Ml ⁇ ⁇ O.
  • a monitoring circuit T1 designed, for example, as a trigger, a corresponding alarm signal is emitted in the event of an error.
  • signals S1, S2 are added.
  • the summed signal of the signals S1, S2 is supplied to both a stage M ⁇ for difference formation and a stage M ⁇ for addition in a subordinate logic level.
  • the signals S3, S4 are linked to one another in a corresponding manner. So there is a level M2 ⁇ Difference formation of the signals S3, S4 and in the stage M2 ⁇ a sum formation of the signals S3, S4.
  • the output signal of stage M2 ⁇ is applied to a monitoring circuit T2 designed as a trigger, which gives an alarm signal in the case of an output signal of stage M2 ⁇ ⁇ O.
  • stage M2 ⁇ for sum formation is supplied on the one hand to the already mentioned stage M ⁇ for subtraction and on the other hand to stage M ⁇ for sum formation with the output signal of stage Ml ⁇ taken at the two signals S1, S2.
  • stage M ⁇ in the subordinate link level mentioned is assigned a monitoring circuit T3 designed as a trigger, which in
  • the level M ⁇ for forming the sum in the subordinate link level provides a signal at further levels for forming the difference and for forming the sum in the next link level.
  • the evaluation unit can comprise several linking levels in order to determine the number of links to keep the operator relevant signals as small as possible.
  • the output signal of stage M® for summation in the last link level is a measure of the wall thickness.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Fehlererfassung bei durchlaufenden Bändern, Profilen oder Rohren aus Kunststoff mit Ultraschallsignalen. Dazu sind über die Breite des Bandes beziehungsweise am Umfang des Rohres verteilt Meßköpfe stationär angeordnet, die Ultraschallsignale in den Kunststoff einleiten und die reflektierten Signale empfangen. Durch mathematische Verknüpfung dieser Signale in Subtraktions- und Additionsstufen gelingt es, die Anzahl der für die Auswertung wichtigen Signale zu reduzieren.

Description

Einrichtung zur Fehlererfassung bei durchlaufenden Bändern, Profilen oder Rohren aus Kunststoff mit Ultraschallsignalen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fehlererfassung und Materialprüfung bei durchlaufenden Bändern, Profilen und Rohren mit Ultraschallsignalen, die von über die Breite des Bandes oder Profils beziehungsweise den Umfang des Rohres verteilt und stationär angeordneten Meßköpfen in den Kunststoff eingeleitet werden und deren reflektierte Signale von den Meßköpfen aufgenommen und einer Auswerteeinheit zugeführt werden.
Bei einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art (US-PS 4,740,146) für Rohre sind einige wenige Meßköpfe mit verhältnismäßig großem gegenseitigen Abstand stationär angeordnet und erfassen auf diese Art und Weise die Rohrwand an nur wenigen sich in Durchlaufrichtung des Rohres erstreckender Streifen. Eine solche Einrichtung mag zur Wanddickenmessung ausreichen, weil Dickenschwankungen über den Umfang sich meist nicht auf schmale Längsstreifen beschränken, sondern sich über einen größeren Umfangsbereich erstrecken. Für die Erfassung von Fehlern ist eine solche Einrichtung aber nicht geeignet, da Fehler häufig nur auf einen sehr kleinen Ort beschränkt sind.
Die Überprüfung der Rohrwand über ihren gesamten Umfang ist allerdings mit einer anderen bekannten Einrichtung (DE 40 33 443 AI) möglich, die einen über den gesamten Umfang des Rohres umlaufenden Meßkopf aufweist. Der Antrieb eines solchen Meßkopfes und seine Führung macht jedoch einen erheblichen mechanischen Aufwand erforderlich. Hinzu kommt, daß mit einem solchen Meßkopf das durchlaufende Rohr nur auf Spiralbahnen erfaßt werden kann. Somit kann es auch hier Bereiche geben, die nicht erfaßt werden.
Bei einer anderen bekannten Einrichtung zur Fehlererfassung durchlaufender Langprodukte (US-PS 5,431,054) ist vorgesehen, daß einem Ultraschallsender mehrere Empfänger zugeordnet sind. Ultraschallsender und Empfänger sind auf einer Linie in Durchlaufrichtung des Langproduktes angeordnet. Damit das Langprodukt vollflächig erfaßt werden kann, muß neben der Linearbewegung des Langproduktes in Laufrichtung auch eine Relativbewegung in Umlaufrichtung erfolgen. Allein schon eine solche Konstellation ist gegenüber einer Einrichtung zur Fehlererfassung mit einem einzigen quer zur Laufrichtung des Bandes oder um ein Rohr herumlaufenden sendenden und empfangenden Meßkopf oder mit mehreren stationär und quer zur Laufrichtung eines Bandes oder um ein Rohr herum angeordneten sendenden und empfangenden Meßköpfen aufwendig.
Bei einer bekannten Einrichtung zur Ultraschallprüfung vor allem im medizinischen Bereich (US-PS 4,680,966), die ebenfalls nur einen einzigen Ultraschallsender und mehrere diesem zugeordnete Empfänger aufweist, werden die parallel empfangenen Signale verschiedenen Differenzstufen und anschließend einer Additionsstufe zugeführt. In diesem Stand der Technik wird nicht beschrieben, wie die räumliche Anordnung der Empfänger in bezug auf eine vollflächige Fehlererfassung des Meßobjektes wie einem durchlaufenden Band oder Rohr verwirklicht werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur lückenlosen Erfassung von Fehlern und lückenlosen Materialprüfung bei durchlaufenden Bändern, Profilen und Rohren zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Meßköpfe nebeneinander und quer zur Durchlaufrichtung des Bandes, Profiles beziehungsweise Rohres derart angeordnet sind, daß sie das Band beziehungsweise das Rohr lückenlos erfassen, und daß die Auswerteeinheit die ihr von den einzelnen Meßköpfen für dieselbe Längeneinheit des Bandes, Profiles beziehungsweise Rohres zugeleiteten reflektierten Signale miteinander derart verknüpft, daß nur die Fehler verarbeitet werden. Insbesondere können einzelne Sensoren zu einem Block oder mehreren Segmenten zusammengefaßt sein. Darüber hinaus ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß den Signalen benachbarter Meßköpfe eine Differenzstufe und/oder Additionsstufe zugeordnet ist, wobei jeder Differenzstufe eine Fehleranzeige und jeder den benachbarten Meßköpfen zugeordneten Additionsstufe in einer folgenden Verknüpfungsebene eine Differenzstufe mit Fehleranzeige und eine Additionsstufe zugeordnet ist.
Bei der Erfindung werden der Auswerteeinheit viele Ultraschallsignale von den einzelnen Meßköpfen für dieselbe Längeneinheit des Bandes/Profils/Rohres zugeleitet. Durch die Verknüpfung, sei es durch Subtraktion der Signale untereinander, sei es durch Addition wird die große Menge der Signale auf einige wenige reduziert. Dadurch ist es möglich, daß die Auswerteeinheit ein für die Folgeeinheit/Bediener überschaubares Ergebnis liefert. Bei dieser Meßmethode geht die Erfindung davon aus, daß die von zwei Meßköpfen aufgenommenen Signale in der Regel nur dann gleich sind, wenn keine Fehlerstelle ermittelt wurde. Wird eine Fehlerstelle ermittelt, dann wird sie in einem der beiden Signale erscheinen, so daß bei Subtraktion der beiden Signale die Fehlerstelle eindeutig zu identifizieren ist. Für den seltenen Fall aber, daß zwei reflektierte Signale jeweils eine gleichartige Fehlerstelle umfassen, so daß bei der Subtraktion kein Fehlersignal angezeigt wird, ist es möglich, eine Fehleranzeige dadurch zu erreichen, daß nicht nur jedes Signal mit nur einem anderen Signal, sondern mit einem weiteren oder mehreren weiteren Signalen verknüpft wird. Insbesondere kann durch Differenzbildung der Ausgangssignale von paarweise durch Addition verknüpfte Signale eine Fehlererkennung ermöglicht werden. Bei solchen Verknüpfungen ist es praktisch ausgeschlossen, daß alle verknüpften Signale die gleichen Fehlerstellen beinhalten. Die Verknüpfung der Signale durch Subtraktion und Addition kann mehrmals wiederholt werden, um zu einer möglichst geringen 7_nzahl der anzuzeigenden Signale zu kommen. Eine Anzeige erfolgt in den einzelnen Verknüpfungsebenen nur dann, wenn bei einer Verknüpfung, zum Beispiel bei einer Subtraktion von zwei Signalen, das Ausgangssignal ≠O ist.
Mit der Erfindung ist es aber nicht nur möglich, Fehlerstellen im Band/Profil/Rohr festzustellen, sondern auch die Dicke. In diesem Fall erfolgt die Verküpfung durch Addition der Signale. Aus diesem Summensignal kann dann mit den üblichen Methoden die Wanddicke ermittelt werden. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Rohrwandung mit vier zugeordneten Meßköpfen im Querschnitt,
Figur 2 verschiedene reflektierte Signale und deren Verknüpfung
u n d
Figur 3 eine Auswerteeinheit für die Verknüpfung von Signalen.
Um die Wandung eines durchlaufenden Rohres aus Kunststoff, zum Beispiel eines vom Extruder kommenden Rohres R vollflächig erfassen zu können, sind um den gesamten Umfang des Rohres R herum in einem Ring eine Vielzahl von Meßköpfen 1,2,3,4 angeordnet, die Ultraschallimpulse in das Rohr R einleiten und reflektierte Signale S1,S2,S3,S4 dieser
Ultraschallimpulse empfangen und an eine Auswerteeinheit weiterleiten.
Typische reflektierte Signale sind in Figur 2 die Signale S1,S2. Bei diesen Signalen findet eine erste Reflexion beim Auftreffen auf die Rohraußenwand und eine zweite Reflexion nach Durchlaufen der Rohrwandung an der Rohrinnenwand statt. In den beiden Diagrammen sind es die großen Ausschläge. Dabei ist der zweite große Ausschlag kleiner als der erste große Ausschlag, weil das Signal beim Durchlaufen der Rohrwand gedämpft worden ist. Daneben umfassen die beiden Diagramme zwei wesentlich kleinere Ausschläge, die auf Fehlerstellen zurückzuführen sind. Der wesentlich kleinere Ausschlag im Diagramm Sl zeigt einen Fehler im mittleren Bereich der Rohrwand an, während der wesentlich kleinere Ausschlag im Diagramm S2 einen Fehler an der Rohrinnenwand anzeigt. Nur der besseren Darstellung wegen sind das an der Rohrinnenwand reflektierte Signal und das Fehlersignal einzeln wiedergegeben. In Wirklichkeit erhält man ein Summensignal dieser beiden Signale. Für die Auswertung werden die beiden Signale S1,S2 subtrahiert. Im Ergebnis erhält man dann ein Signal S=S1-S2, das nur noch die Fehlerstellen umfaßt, wie es in Figur 2, unten dargestellt ist. Das vereinfacht die Auswertung gegenüber der Einzelauswertung der Signale S1,S2 erheblich.
Zur Verknüpfung der Signale Sl,S2 und weiterer Signale S3,S4 dient vorzugsweise die in Figur 3 dargestellte elektronische Auswerteeinheit. Die von den Meßköpfen 1,2,3,4 gelieferten reflektierten Signale S1,S2,S3,S4 werden dieser Auswerteeinheit zeitgleich zugeführt. Die Signale werden hier in verschiedenen Ebenen miteinander verknüpft. In der Stufe MlΘ erfolgt eine Differenzbildung zwischen den Signalen S1,S2. Ist in dem Signal Sl oder S2 ein Fehlersignal enthalten, ist das Ausgangssignal der Stufe MlΘ ≠O. Mit einer, zum Beispiel als Trigger ausgelegten Überwachungsschaltung Tl wird im Fehlerfall ein entsprechendes Alarmsignal abgegeben werden. In der Stufe MlΘ erfolgt eine Addition der Signale S1,S2. Das aufsummierte Signal der Signale S1,S2 wird sowohl einer Stufe MΘ zur Differenzbildung und einer Stufe Mθ zur Addition in einer nachgeordneten Verknüpfungsebene zugeführt.
Die Signale S3,S4 werden in entsprechender Weise miteinander verknüpft. So erfolgt in der Stufe M2Θ eine Differenzbildung der Signale S3,S4 und in der Stufe M2θ eine Summenbildung der Signale S3,S4. Das Ausgangssignal der Stufe M2Θ liegt an einer als Trigger ausgebildeten Überwachungsschaltung T2 an, die im Falle eines Ausgangssignals der Stufe M2Θ ≠O ein Alarmsignal gibt.
Das Ausgangssignal der Stufe M2Θ zur Summenbildung wird einerseits der bereits erwähnten Stufe MΘ zur Subtraktion und andererseits einer Stufe Mφ zur Summenbildung mit dem an den beiden Signalen S1,S2 genommenen Ausgangssignal der Stufe MlΘ zugeführt. Der Stufe MΘ in der erwähnten nachgeordneten Verknüpfungsebene ist eine als Trigger ausgebildete Überwachungsschaltung T3 zugeordnet, die im
Falle, daß das Signal ≠O ist, ein Alarmsignal erzeugt.
Die Stufe MΘ zur Summenbildung in der nachgeordneten Verknüpfungsebene liefert ein Signal an weiteren Stufen zur Differenzbildung und zur Summenbildung in der nächstfolgenden Verknüpfungsstufe .
Mit dieser zweifachen Verknüpfung durch Differenz- und Summenbildung verschiedener Signale wird erreicht, daß Fehler auch dann erfaßt werden können, wenn sie gleich sind, so daß bei einer Verknüpfung durch Subtraktion sie einander aufheben. Sind zum Beispiel die Fehler in den Signalen Sl und S2 gleich, dann treten sie verstärkt in dem Summensignal am Ausgang der Stufe MlΘ auf. Da erwartet werden kann, daß sie nicht auch in den Signalen S3,S4 auftreten, ergibt sich durch Differenzbildung des
Summensignals der Stufen MlΘ und M2Θ ein Signal für den Fehler.
Es versteht sich, daß die Auswerteeinheit mehrere Verknüpfungsebenen umfassen kann, um die Anzahl der für den Bediener relevanten Signale möglichst klein zu halten. Darüber hinaus ist das Ausgangssignal der Stufe M® zur Summenbildung in der letzten Verknüpfungsebene ein Maß für die Wanddicke.

Claims

PA T E N TAN S P RÜ C H E
1. Einrichtung zur Fehlererfassung bei durchlaufenden Bändern oder Rohren aus Kunststoff mit Ultraschallsignalen, die von über die Breite des Bandes beziehungsweise am Umfang des Rohres verteilt und stationär angeordneten Meßköpfen in den Kunststoff eingeleitet und deren reflektierte Signale von ihnen aufgenommen und einer Auswerteeinheit zugeführt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Meßköpfe nebeneinander und quer zur Durchlaufrichtung des Bandes oder Rohres derart angeordnet sind, daß sie das Band beziehungsweise das Rohr lückenlos erfassen, und daß die Auswerteeinheit die ihr von den einzelnen Meßköpfen für dieselbe Längeneinheit des Bandes beziehungsweise Rohres zugeleiteten reflektierten Signale miteinander derart verknüpft, daß nur Fehler gemeldet werden.
2. Einrichtung zur Fehlererfassung nach .Anspruch 1, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß den Signalen (Sl, S2, S3, S4) benachbarter Meßköpfe (1,2,3,4) eine Differenzstufe (MlΘ,M2Θ) und/oder Additionsstufe (M1Θ,M2Φ) zugeordnet ist, wobei jeder Differenzstufe
(MlΘ,M2Θ) eine Fehleranzeige (T) und jeder den benachbarten Meßköpfen (1,2,3,4) zugeordneten Additionsstufe (M1Θ,M2Θ) in einer folgenden Verknüpfungsebene einer Dif erenzstufe (MΘ) mit
Fehleranzeige (T) und eine Additionsstufe (M®) zugeordnet ist.
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