AT515510A2 - Verfahren und Computerprogramm zum Analysieren der Wanddickenverteilung eines Rohres - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren der Wanddickenverteilung eines Rohres. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Ermitteln der Verteilung einer Abweichung der Wanddicke in Umfangsrichtung des Rohres (10) von einer Sollwanddickenverteilung und Approximieren der ermittelten Verteilung der Wanddickenabweichung durch additive Überlagerung einer Mehrzahl von vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichung in Umfangsrichtung. Um die Fehlererkennung bei fehlerhaften Wanddickenverteilungen zu verbessern, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichungen jeweils unterschiedliche - bei der Herstellung des Rohres mögliche - reale Fehlerarten repräsentieren und dass mindestens eine der vorgegebenen Verteilungen eine nur in einem Umfangsbereich < 180° auftretende Fehlerart repräsentiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren derWanddickenverteilung eines Rohres, insbesondere eines nahtloshergestellten Rohres. Darüber hinaus betrifft die Erfindungein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm zumDurchführen dieses Verfahrens.

Im Stand der Technik sind Verfahren zum Analysieren derWanddickenverteilung eines Rohres durch Anwenden der FourierAnalyse auf die ermittelte Wanddickenverteilung bekannt, siehez. B. die europäischen Patentschriften EP 1 611 969 Bl oder EP1 889 670 Bl. Bei den dort offenbarten Verfahren entsprechendie einzelnen Komponenten der Fouriere Analyse jeweilsSinusfunktionen verschiedener Frequenz; es fehlt jedochtypischerweise ein direkter Bezug zu den realen möglichenFehlern bei der Herstellung des Rohres. Die Interpretationbzw. Auswertung der Ergebnisse der Fourier Analyse im Hinblickauf konkrete Fehler bei der Herstellung des Rohres ist deshalboftmals schwierig und liefert nur unzureichende Hinweise. Diessei nachfolgend an einigen Beispielen erläutert:

Eine mögliche Fehlerart, die bei der Herstellung insbesonderevon Nahtlos-Rohren auftreten kann, ist ein radialer Versatzeiner Premium Quality Finishing PQF-Walze in einem PQF-Walzwerk. Diese Fehlerart führt zu einer asymmetrischenWanddickenabweichung mit spezifischer lokaler Ausprägung. DieFourier-Analyse setzt diese Wanddickenabweichung zusammen ausSinuskurven verschiedener Frequenz. In diesem Fall liefert dieFourier-Analyse eine Abweichung erster, zweiter und dritterOrdnung, obwohl keine Exzentrizität vorliegt, eineZweiseitigkeit im Dreiwalzengerüst als Fehler nicht auftrittund die Dreiseitigkeit den falschen Hinweis auf einesymmetrische Fehleinstellung der Walzen der beiden letztenPQF-Gerüste liefert.

Schließlich sei erwähnt, dass eine Approximation einergemessenen realen .Wanddickenabweichungsverteilung mit einerSinuskurve gemäß der Fourier-Analyse bei symmetrischenWalzenfehleinstellungen (z. B. 6-Seitigkeit) regelmäßigproblembehaftet ist. Es bleibt dann ein Rest, weil dasWalzenkaliber nicht kreisförmig ist. Der Rest ist symmetrischund täuscht eine weitere Wanddickenabweichung vor, die es abertatsächlich nicht gibt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung dieAufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und Computerprogrammzum Analysieren der Wanddickenverteilung eines Rohresdahingehend weiterzubilden, dass eine genauere Analyse derWanddickenverteilungen in Rohren im Hinblick auf vorhandeneFehler bei der Produktion der Rohre möglich ist und dieFehlererkennung vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchteVerfahren gelöst. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass dievorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichungen jeweilsunterschiedliche - bei der Herstellung des Rohres mögliche -reale Fehlerarten repräsentieren und dass mindestens eine dervorgegebenen Verteilungen eine nur in einem Umfangsbereich &lt;180° auftretende Fehlerart repräsentiert.

Durch die beanspruchte Verwendung von lediglich solchenVerteilungen der Wanddickenabweichungen, welche real möglicheFehlerarten bei der Herstellung des Rohres repräsentieren,kann sehr schnell, einfach und unmittelbar auf das Vorliegendieser jeweiligen Fehlerart bei der Herstellung des Rohresgeschlossen werden, wenn die jeweilige vorgegebene Verteilungder Wanddickenabweichungen einen sinnvollen Beitrag zur

Approximation der ermittelten Verteilungen derWanddickenabweichungen des Rohres leistet. Durch das Vorsehendes weiteren Merkmals, dass mindestens eine der vorgegebenenVerteilungen eine nur in einem Umfangsbereich &lt; 180°auftretende Fehlerart repräsentiert, wird sichergestellt, dassmit dem beanspruchten Verfahren auch solche Fehlerartenunmittelbar erkannt werden können, die mit Hilfe der aus demStand der Technik bekannten Fourier-Analyse nicht aufgefundenwerden können, weil die Fourier-Analyse regelmäßig nurvorhandene Fehlerarten aufgedeckt, die sich über den gesamtenUmfang erstrecken. Aufgrund des letztgenannten Merkmals ist esvorteilhafterweise auch möglich, Fehlerarten bzw. Fehleraufzudecken, welche lediglich lokal oder bereichsweise inUmfangsrichtung Vorkommen.

Allgemein kann mit dem beanspruchten Verfahren dieProduktqualität der insbesondere in Nahtlosrohranlagenhergestellten Rohre deutlich verbessert werden.

Der Begriff &quot;Sinus-Funktion&quot; ist in der vorliegendenBeschreibung allgemein als trigonometrische Funktion zuverstehen.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel werden die zur 'Approximation der ermittelten realen Verteilung derAbweichungen der Wanddicke verwendeten realen Verteilungenjeweils geeignet parametriert, z. B. durch geeigneteEinstellung ihrer Amplitude, ihrer Frequenz und/oder ihrerPhasenlage.

Das Ermitteln der realen Verteilung der Abweichung derWanddicke in Umfangsrichtung schließt folgende Teilschritteein: Messen der Verteilung der Wanddicke von außen auf der

Oberfläche des Rohres oder von seinem Inneren her und bildender Differenz zwischen der gemessenen Verteilung der Wanddickeund einer vorgegebenen Sollwanddicke. Der nur theoretischeFall, dass die Sollwanddicke 0 mm beträgt, soll bei dervorliegenden Erfindung mit erfasst sein; in diesem Fallentspricht dann die ermittelte Verteilung der Abweichung derWanddicke von der Sollwanddicke der realen Verteilung derWanddicke. In diesem Fall sind die zur Approximation dieserVerteilung heranzuziehenden vorgegebenen Verteilungenebenfalls auf die Wanddicke zu beziehen.

Die zur Approximation verwendeten vorgegebenen Verteilungender Wanddickenabweichungen, welche jeweils unterschiedlicheFehlerarten repräsentieren, können entweder theoretisch anhandgeometrischer Ableitungen oder experimentell durch Versucheermittelt werden.

Figuren 2a und 2b zeigen beispielhaft und keinesfallsabschließend typische Fehlerarten mit ihren charakteristischenVerteilungen der Wanddickenabweichung in Umfangsrichtung.

In den Figuren 2a und 2b bedeuten:a: Amplitudeb: Winkellagec: Definitionsbereich

Die Fehlerart Walzen- oder Walzenstangenabdruck gemäß derlaufenden Nr. 3 in der Figur 2a sowie die Fehlerart einzelneFehlerwulst gemäß der laufenden Nr. 7 in Figur 2b sind solcheFehlerarten, welche jeweils nur in einem Umfangsbereich &lt; 180°auftreten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichtvorteilhafterweise einen direkten Rückschluss auf die bei derHerstellung eines Rohres vorhandenen Fehlerarten. Diese entsprechen den Fehlerarten, welche durch die für dieApproximation der ermittelten und realen Verteilung derWanddickenabweichungen des zu untersuchenden Rohressinnvollerweise verwendeten bzw. erforderlichen vorgegebenenVerteilungen der Wanddickenabweichungen. Das schnelle undeinfache Erkennen der Fehlerarten ermöglicht nachfolgend auchein schnelles Beheben der Ursachen für diese Fehler bzw. dasschnelle Einleiten von Korrekturmaßnahmen.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durchein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm zumDurchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst. DieVorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf dasbeanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.

Der Beschreibung ist sind folgende Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 einen Querschnitt durch ein fehlerhaft hergestelltes Rohr,

Figur 2a+b typische Fehlerarten mit ihrencharakteristischen Verteilungen der Wanddickenabweichung inUmfangsrichtung zeigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand derFiguren in Form eines Ausführungsbeispiels detailliertbeschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Analysieren derWanddickenverteilung eines Rohres 10 umfasst folgendeSchritte:

In einem ersten Schritt wird die Verteilung einer Abweichungder Wanddicke in ümfangsrichtung Φ des Rohres von einervorgegebenen Solldickenverteilung ermittelt. In Figur 1 wirddiese reale Verteilung der Wanddickenabweichung mit demBezugszeichen 1 bezeichnet. Die Sollwanddickenverteilung, aufwelche sich die Kurve mit dem Bezugszeichen 1 bezieht, ist inFigur 1 nicht eingezeichnet/ sie würde in Figur 1 einem Kreismit konstantem Radius um den Mittelpunkt entsprechen, wobeider Radius des Kreises kleiner als der konstante Radius der inFigur 1 gezeigten Außenkontur 2 des Rohres wäre.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die ermittelteKurve 1 approximiert durch eine Mehrzahl vorgegebenerVerteilungen der Wanddickenabweichung, wobei diesevorgegebenen Verteilungen jeweils unterschiedliche - bei derHerstellung des Rohres mögliche - reale Fehlerartenrepräsentieren. In Figur 1 wird die reale Kurve 1 approximiertdurch eine erste vorgegebene Verteilung derWanddickenabweichung, welche die Fehlerart 6-Seitigkeitrepräsentiert und in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 3bezeichnet ist. Die Fehlerart 6-Seitigkeit erstreckt sich überden gesamten Umfang. Darüber hinaus wird die Approximationverfeinert, indem zusätzlich die Verteilungen derWanddickenabweichungen verwendet werden, welche typisch sindfür Walzenabdrücke, definiert jeweils über n/3. DieseVerteilungen werden in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 4a und 4bbezeichnet. Sie treten in Fig. 1 beispielhaft nur in denUmfangsbereichen 11 Uhr und 3 Uhr auf. Die Kurve 1 wirddemnach approximiert durch eine additive Überlagerung von dreiverschiedenen vorgegebenen Verteilungen, welche die besagtenFehlerarten β-Seitigkeit und zwei Mal jeweils einenphasenverschobenen Walzenabdruck repräsentieren. Der Kurvenzug der additiven Überlagerung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen5 bezeichnet. Überall entlang des Umfangs, wo die FehlerartWalzenabdruck nicht vorkommt, entspricht der Kurvenzug 5 dervorgegebenen Verteilung für die Fehlerart 6-Seitigkeit.Lediglich in den Umfangsbereichen 11 Uhr und 3 Uhr entsprichtder Kurvenzug den dort gezeigten Gradenabschnitten; dortüberlagert sich die Verteilung für die Fehlerart 6-Seitigkeitmit der nur lokal auftretenden (hier gegenphasigen) FehlerartWalzenabdruck gemäß den Kurvenabschnitten 4a und 4b.

Als Ergebnis dieser Analyse kann unmittelbar auf das Vorliegendieser drei genannten Fehlerarten beim Herstellen des in Figur1 gezeigten Rohres geschlossen werden. Vorteilhafterweise kanndann unmittelbar an die so gestellte Diagnose eineentsprechende Korrektur bei der Anlage, auf der das Rohrhergestellt wurde, eingeleitet werden, indem die jeweiligenUrsachen für die genannten Fehlerarten gemäß der Figuren 2aund 2b auf bekannte Weise behoben werden.

Wie in den Figuren 1 und 2a und 2b zu erkennen ist, weichendie für die meisten Fehlerarten typischen Verteilungen derWanddicke von einer reinen Sinusfunktion ab; dies gilt nichtfür die Fehlerart Exzentrizität. Dies gilt allerdingsbeispielsweise für die Fehlerart Walzenabdruck, Innenwulstoder einzelner Innenwulst gemäß der laufenden Nr. 3, 6 und 7in den Figuren 2a und 2b. Für die Fehlerart &quot;Walzenabdruck&quot;wird folgendes Beispiel genannt:

Ein großes PQF-Kaliber eines PQF-Walzwerks in einerNahtlosrohrfertigung besteht in seinem mittleren Bereich auseinem Kreisbogen, der zusammen mit einer runden Walzstangeeine konstante Wanddicke bei dem herzustellenden Rohr erzeugt.Wird die Walze zugefahren, entsteht ein sinusartiger Verlauf, aber nur im mittleren Bereich. Wird die Walze geöffnet, soentsteht im mittleren Bereich eine Kurve mit einem Maximum undzwei Minima. Dies ist in der Figur 2a unter der laufenden Nr. 3 dargestellt. Die Randbereiche des Kalibers bestehen ausGraden. Zusammen mit der Walzstange ergibt sich eineentsprechende Zunahme der Wanddicke. In den Bereichen zwischenden Walzen bildet sich außerhalb des Werkzeugkontaktes einekonstante Wanddicke aus. Hier und gegebenenfalls in denRandbereichen mit gradlinigem Kaliberprofil zeigt sichgegebenenfalls der Fehler &quot;Walzenabdruck des vorletztenGerüstes&quot;.

Weiteres Beispiel: Ein radialer Versatz einer PQF-Walze führtzu einer asymmetrischen Wanddickenabweichung mit spezifischerlokaler Ausprägung. Bei der Approximation der bei dieserFehlerart ermittelten realen Verteilung derWanddickenabweichung würde festgestellt, dass sich dievorgegebene Verteilung der Fehlerart Walzenabdruck bzw.fehlerhafte Walzenanstellung am besten für die Approximationeignet, und damit wäre die besagte Fehlerart direktdiagnostiziert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhafterweisedie Diagnose der Fehlerart Exzentrizität.

Grundsätzlich gilt: Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichteine umso genauere Fehleranalyse, je genauer die Auflösung dergemessenen bzw. erfassten realen Verteilung derWanddickenabweichung ist; diese sollte deshalb möglichst hochsein.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Analysieren der Wanddickenverteilung einesRohres (10) , aufweisend folgende Schritte: - Ermitteln der Verteilung einer Abweichung der Wanddickein Umfangsrichtung (Φ) des Rohres (10) von einerSollwanddickenverteilung; und - Approximieren der ermittelten Verteilung derWanddickenabweichung durch additive Überlagerung einerMehrzahl von vorgegebenen Verteilungen derWanddickenabweichung in Umfangsrichtung (Φ); dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichungjeweils unterschiedliche - bei der Herstellung des Rohres (10)mögliche - reale Fehlerarten repräsentieren; unddass mindestens eine der vorgegebenen Verteilungen eine nur ineinem Umfangsbereich &lt; 180° auftretende Fehlerartrepräsentiert.
2. 2. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Schrittes desApproximierens die vorgegebenen Verteilungen derWanddickenabweichungen jeweils geeignet parametriert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichungenhinsichtlich ihrer Amplitude, ihrer Frequenz oder ihrerPhasenlage parametriert werden.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln derWanddickenabweichungen folgende Schritte umfasst: Messen der Verteilung der Wanddicke von außen auf derOberfläche des Rohres (10) oder vom Innern des Rohres her; undBilden der Differenz zwischen der gemessenen Verteilung derWanddicke und der Sollwanddicke.
5. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Verteilungen derWanddickenabweichungen, welche jeweils unterschiedlicheFehlerarten repräsentieren, theoretisch anhand geometrischerAbleitung oder experimentell durch Versuche ermittelt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den unterschiedlichenFehlerarten um Abweichungen der Mittelwanddicke, um eventuellunterschiedliche Exzentrizitäten, um Walzen- oderWalzenstangenabdrücke, um Mehrseitigkeiten, um Innenpolygoneoder um Innenwülste handelt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dassdie Fehlerarten Walzen- oder Walzenstangenabdrücke undInnenwulst jeweils nur in einem ümfangsbereich &lt; 180°auftreten.
8. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,gekennzeichnet durch Rückschließen, dass die Fehlerartenderjenigen Verteilungen der Wanddickenabweichungen, welche füreine jeweilige Approximation sinnvollerweise erforderlichsind, bei dem jeweils untersuchten Rohr (10) vorliegen; undBeheben der Ursachen für diese Fehler.
9. 9. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm zumAblaufen auf einem Mikroprozessor, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist zum Durchführen des Verfahrens nach einem derAnsprüche 1-7.