DE3403137A1

DE3403137A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen der tatsaechlichen endposition eines metallenen rohres

Info

Publication number: DE3403137A1
Application number: DE19843403137
Authority: DE
Inventors: Tsugio Kobe Hyogo Sekii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE3403137C2; JPS59141001A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der tatsächlichen
Endposition eines metallenen Rohres Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von konkaven Stellen (Abfallstück) am Ende eines metallenen Rohres, wie z.B. einer Stahlröhre bezüglich deren Längsachse.
Längere Stahlrohre haben üblicherweise an ihren Enden (bezogen auf ihre Längsachse) aufgrund des Herstellungsprozesses konvex-konkave Abschnitte, die als Ausschuß anzusehen sind.
Folglich müssen sie von dem tatsächlichen Ende aus auf eine vorgegebene Länge abgeschnitten werden bezogen auf das tatsächliche Ende an der anderen Seite, wobei beide "tatsächlichen Enden" keine konvex-konkaven Abschnitte haben. Die an den Enden übrig gebliebenen Rohrabschnitte, die die konvex-konkaven Teile haben und kürzer sind als die feste Schnittlänge, werden als Ausschußmaterial fortgeworfen.
Allerdings können auch diese Restabschnitte, die kürzer als die feste Schnittlänge sind, noch als kurzes Rohrmaterial verwendet werden. Es wurde daher in Betracht gezogen, die äußerste Endposition des konkaven Abschnittes (die am weitesten innen im Rohr liegt) in dem abgeschnittenen Rohrabschnitt zu ermitteln, um die 11tatsächliche Endposition" zu finden, an der das Rest-Rohrstück abgeschnitten werden soll.
Bisher waren zum Erfassen der konvex-konkaven Abschnitte am Ende von Stahlröhren etc. viele hochgenaue Wirbelstromsensoren um den Umfang des Stahlrohres so angeordnet, daß zwischen den Sensoren und dem Außenumfang des Stahlrohres ein Spalt vorhanden war. Die Sensoren wurden um den Außenumfang des Stahlrohres herum gedreht und das Stahlrohr wurde in Längsrichtung bewegt bzw.
vorgeschoben, um die konvex-konkaven Abschnitte zu erfassen oder den Fall, daß das Ende, an dem kein Stahlmaterial mehr vorhanden war, erreicht war.
Hierbei tritt allerdings das Problem auf, daß Stahlrohre exzentrisch bezüglich ihrer Längsachse sind, d.h.
daß sich ihr Außenradius ändert, so daß der Spalt zwischen dem jeweiligen Sensor und dem Außenumfang des Stahlrohres ändert. Hierdurch treten Meßfehler auf, da es schwierig ist, zwischen der Exzentrizität des Stahlrohres und den konvex-konkaven Abschnitten an ihren Enden bezogen auf die Längsrichtung zu unter- scheiden. Die Ergebnisse waren daher ungenau und es wurden auch hochempfindliche bzw. sehr genaue Sensoren benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres bezüglich dessen Längsachse dahingehend zu verbessern, daß auch bei exzentrischen metallenen Rohren diese Erfassung ohne Genauigkeitseinbußen erfolgt. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil der Patentansprüche 1 bzw. 5 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Kurz zusammengefaßt verwendet die Erfindung nur ein Paar von Wirbelstromsensoren, die bei Anwesenheit eines metallenen Rohres ein Ausgangssignal liefern. Die Sensoren sind einander gegenüberliegend angeordnet und zwar so, daß zwischen den Sensoren und dem Außenumfang des metallenen Rohres jeweils ein Spalt vorhanden ist. Die Sensoren und das metallene Rohr werden relativ zueinander gedreht und in Längsrichtung vdrgeschoben.
Spaltänderungskomponenten aufgrund der Exzentrizität des metallenen Rohres, die in den Ausgangssignalen beider Sensoren vorhanden sind, werden jeweils in Form von Sinusschwingungen linearisiert.
Ausgangssignale werden aufsummiert zum Eleminieren der Exzentrizitäts-Komponenteno Zur Erzeugung einer Relativ-Drehbewegung kann das Sensorpaar gedreht werden. Zur Erzeugung der relativen Vorschubbewegung kann das metallene Rohr in Längsrichtung vorgeschoben werden oder alternativ kann auch das Sensorpaar bei gleichzeitiger Drehung vorgeschoben werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt: Figur 1 ein Blockschaltbild eines Erfassungssystemes zur Durchführung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres nach der Erfindung; Figur 2 A und 2 B die Signalmodulation und -demodulation eines Oszilationsschaltkreises und eines analogen Signaldetektionsschaltkreises der Figur 1; Figur 3 das Ausgangssignal eines der analogen Signalerfaßschaltkreise der Figur 1; Figur 4 die charakteristische Funktion des Linearisier-Schaltkreises der Figur 1, d.h. seine Ausgangsspannung über den Spaltänderungen; Figur 5 das Ausgangssignal des Linearisier-Schaltkreises der Figur 1; und Figur 6 das Ausgangssignal des Summierschaltkreises der Figur 1.
Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche oder einander entsprechende Teile.
Figur 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 Pfeilrichtung 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 (LuEtspalt) 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 Signalerfaßschaltkreisen 16 a und 16 b (Wellenform-Erfaß-Schaltkreis) verbunden, die jeweils mit einem Linearisierschaltkreis 18 a bzw. 18 b verbunden sind. Die Ausgänge der Linearisierschaltkreise 18 a und 18 b sind mit jeweils einem Eingang eines Summierschaltkreises 20 verbunden, dessen Ausgang über einen Verstarker 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 werden1 so können kleine Änderungen der dritten Variablen erfaßt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sei daher angenommen, daß Form und Qualität des Rohres konstant sind. Die Oszilationsschaltkreise 14 a bzw. 14 b erzeugen an ihrem Ausgang ein Hochfrequenzsignal für die Sensoren 12 a bzw. 12 b wie im linken Teil der Figur 2 A dargestellt. Dieses Hochfrequenzsignal wird von den Sensoren 12 a und 12 b moduliert, wie im rechten Teil der Figur 2 A dargestellt, wenn zwischen dem Rohr 10 und den Sensoren 12 a bzw.
12 b sich der Spalt ändert.
Die analogen Signaledetektierschaltkreise 16 a und 16 b demodulieren die im rechten Teil der Figur 2 A und dem linken Teil der Figur 2 B gezeigten modulierten Signale, die aus dem entsprechenden Oszilationsschaltkreis 14 a bzw. 14 b stammen und erzeugen ein Ausgangssignal mit dem analogen Signalverlauf gemäß dem rechten Teil der Figur 2 B.
Wird nun von einem der Sensoren 12 a bzw. 12 b ein konkaver Abschnitt 10 a festgestellt, so wird ein analoges Ausgangssignal mit einem Signalverlauf entsprechend Figur 3 auftreten, in welcher eine analoge Ausgangsspannung über dem Drehwinkel des Sensors bezogen auf das metallene Rohr 10 dargestellt ist. In diesem Signalverlauf bezeichnet der Signalabschnitt A den Signalverlauf 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 Ausgangssignal erscheinen, d.h. das Signal verläuft längs der Abzisse der Figur 3. Die Signalabschnitte Al bzw. B1 in den Signalabschnitten A und B treten an solchen (Winkel) Stellungen auf, an denen einander gegenüberliegende 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 unterscheiden. 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 Oszilationsschaltkreise 14 a und 14 b hindurchgelangen, addieren. Wie allerdings aus Figur 3 zu erkennen, sind beide analoge Ausgangssignale aus den Sensoren 12 a und 12 b nicht linear im Hinblick auf ihre Ausgangsspannungskomponente, die durch Spaltänderungen hervorgerufen ist. Die durch Exzentrizität hervorgerufene Spannungskomponente oberhalb und unterhalb der Nullachse (Abzisse) 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 Schaltkreise 16 a und 16 b jeweils zu Linearisierschaltkreisen 18 a bzw. 18 b geleitet, wo sie linearisiert werden.
Figur 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 Figur 5 dargestellt. Die durchgezogene Linie D bezeichnet die Ausgangsspannung eines der Linearisierschaltkreise 18 a und 18 b. Die gestrichelte Linie E bezeichnet die Ausgangsspannung des anderen Linearisiationsschaltkreises 18 b bzw. 18 a.
Die linearisierten Ausgangsspannungen der Schaltkreise 18 a und 18 b werden in dem Summierschaltkreis 20 aufsummiert, um die Exzentrizitätskomponenten in Form einer Sinuswelle gemäß Figur 5 zu eliminieren, wie in Figur 6 gezeigt. Diese Signalverläufe zeigen eindeutig 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 Vth verglichen. Die Schwellwertspannung Vth 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 Vth ist, Ausgangssignale 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 den 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. Präzisiion der Erfassung nicht nur in hohem Maße verbessert, sondern es werden auch nur zwei hochgenaue Sensoren benötigt, wodurch ein billigeres Erfaßsystem geschaffen wird.
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Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres Patentansprüche 1. erfahren zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres gekennzeichnet durch folgende Schritte: Es wird ein Paar von gegenüberliegenden Wirbelstromsensoren, die jeweils ein Ausgangssignal entsprechend der Anwesenheit des metallenen Rohres erzeugen, so angeordnet, daß zwischen dem Außenumfang des metallenen Rohres und den Sensoren ein Spalt vorhanden ist; das metallene Rohr und die Sensoren werden relativ zueinander gedreht und bewegt; die aufgrund von Exzentrizitäten des metallenen Rohres auftretenden Spaltänderungskomponenten der erfaßten Ausgangssignale der Sensoren werden jeweils zu einem sinusförmigen Signalverlauf linearisiert; und die jeweils linearisierten Komponenten werden summiert zum Löschen bzw. Unterdrücken der Exzentrizitäts-Komponenten der erfaßten Ausgangssignale der Sensoren; wodurch die Position eines konkaven Teiles am Ende des metallenen Rohres bezüglich dessen Lädgsrichtung präzise erfaßt wird.
2. Verfahren zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorpaar gedreht wird.

Verfahren zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das metallene Rohr in seiner Längsrichtung bewegt bzw. verschoben wird.

Verfahren zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorpaar gleichzeitig gedreht und in Längsrichtung (des Rohres) verschoben wird.

7 54 Vorrichtung zum Erfassen der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres mit Wirbelstromsensoren, die unter Bildung eines Spaltes im Abstand zu dem Außenumfang des Rohres angeordnet sind, mit Bewegungseinrichtungen zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen den Sensoren und dem Rohr und mit einer an die Sensoren angeschlossenen Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von gegenüberliegenden Wirbelstromsensoren (12 a, 12 b) vorgesehen ist, deren Ausgangssignaler (gegebenenfalls nach Aufbereitung) jeweils einem Linearisierungsschaltkreis (18 a, 18 b) zugeführt werden, wo Spaltänderungskomponenten der Sensorausgangssignale, die von Exzentrizitäten des metallenen Rohres herrührten, zu sinusförmigen Signalverlauf linearisiert werden und daß die Ausgangssignale der Linearisierungsschaltkreise (18 a, 18 b) einem Summierschaltkreis (20) zugefürhrt und dort summiert werden zur Eliminierung der Exzentrizitätskomponenten der Sensorausgangssignale.