AT515510B1 - 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

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren der Wanddickenverteilung einesRohres, insbesondere eines nahtlos hergestellten Rohres. Darüber hinaus betrifft die Erfindungein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm zum Durchführen dieses Verfah¬rens.

[0002] Im Stand der Technik sind Verfahren zum Analysieren der Wanddickenverteilung einesRohres durch Anwenden der Fourier Analyse auf die ermittelte Wanddickenverteilung bekannt,siehe z. B. die europäischen Patentschriften EP 1 611 969 B1 oder EP 1 889 670 B1. Bei dendort offenbarten Verfahren entsprechen die einzelnen Komponenten der Fouriere Analysejeweils Sinusfunktionen verschiedener Frequenz; es fehlt jedoch typischerweise ein direkterBezug zu den realen möglichen Fehlern bei der Herstellung des Rohres. Die Interpretation bzw.Auswertung der Ergebnisse der Fourier Analyse im Hinblick auf konkrete Fehler bei der Herstel¬lung des Rohres ist deshalb oftmals schwierig und liefert nur unzureichende Hinweise. Dies seinachfolgend an einigen Beispielen erläutert: [0003] Eine mögliche Fehlerart, die bei der Herstellung insbesondere von Nahtlos-Rohrenauftreten kann, ist ein radialer Versatz einer Premium Quality Finishing PQF-Walze in einemPQF- Walzwerk. Diese Fehlerart führt zu einer asymmetrischen Wanddickenabweichung mitspezifischer lokaler Ausprägung. Die Fourier-Analyse setzt diese Wanddickenabweichungzusammen aus Sinuskurven verschiedener Frequenz. In diesem Fall liefert die Fourier-Analyseeine Abweichung erster, zweiter und dritter Ordnung, obwohl keine Exzentrizität vorliegt, eineZweiseitigkeit im Dreiwalzengerüst als Fehler nicht auftritt und die Dreiseitigkeit den falschenHinweis auf eine symmetrische Fehleinstellung der Walzen der beiden letzten PQF-Gerüsteliefert.

[0004] Schließlich sei erwähnt, dass eine Approximation einer gemessenen realen Wanddi¬ckenabweichungsverteilung mit einer Sinuskurve gemäß der Fourier-Analyse bei symmetri¬schen Walzenfehleinstellungen (z. B. 6-Seitigkeit) regelmäßig problembehaftet ist. Es bleibtdann ein Rest, weil das Walzenkaliber nicht kreisförmig ist. Der Rest ist symmetrisch undtäuscht eine weitere Wanddickenabweichung vor, die es aber tatsächlich nicht gibt.

[0005] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einbekanntes Verfahren und Computerprogramm zum Analysieren der Wanddickenverteilungeines Rohres dahingehend weiterzubilden, dass eine genauere Analyse der Wanddickenvertei¬lungen in Rohren im Hinblick auf vorhandene Fehler bei der Produktion der Rohre möglich istund die Fehlererkennung vereinfacht wird.

[0006] Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst.Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenab¬weichungen jeweils unterschiedliche - bei der Herstellung des Rohres mögliche - reale Fehlerar¬ten repräsentieren und dass mindestens eine der vorgegebenen Verteilungen eine nur in einemUmfangsbereich &lt; 180 ° auftretende Fehlerart repräsentiert.

[0007] Durch die beanspruchte Verwendung von lediglich solchen Verteilungen der Wanddi¬ckenabweichungen, welche real mögliche Fehlerarten bei der Herstellung des Rohres repräsen¬tieren, kann sehr schnell, einfach und unmittelbar auf das Vorliegen dieser jeweiligen Fehlerartbei der Herstellung des Rohres geschlossen werden, wenn die jeweilige vorgegebene Vertei¬lung der Wanddickenabweichungen einen sinnvollen Beitrag zur Approximation der ermitteltenVerteilungen der Wanddickenabweichungen des Rohres leistet. Durch das Vorsehen des weite¬ren Merkmals, dass mindestens eine der vorgegebenen Verteilungen eine nur in einem Um¬fangsbereich &lt; 180° auftretende Fehlerart repräsentiert, wird sichergestellt, dass mit dem bean¬spruchten Verfahren auch solche Fehlerarten unmittelbar erkannt werden können, die mit Hilfeder aus dem Stand der Technik bekannten Fourier-Analyse nicht aufgefunden werden können,weil die Fourier-Analyse regelmäßig nur vorhandene Fehlerarten aufgedeckt, die sich über dengesamten Umfang erstrecken. Aufgrund des letztgenannten Merkmals ist es vorteilhafterweise auch möglich, Fehlerarten bzw. Fehler aufzudecken, welche lediglich lokal oder bereichsweisein Umfangsrichtung Vorkommen.

[0008] Allgemein kann mit dem beanspruchten Verfahren die Produktqualität der insbesonderein Nahtlosrohranlagen hergestellten Rohre deutlich verbessert werden.

[0009] Der Begriff &quot;Sinus-Funktion&quot; ist in der vorliegenden Beschreibung allgemein als trigono¬metrische Funktion zu verstehen.

[0010] Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel werden die zur Approximation der ermitteltenrealen Verteilung der Abweichungen der Wanddicke verwendeten realen Verteilungen jeweilsgeeignet parametriert, z. B. durch geeignete Einstellung ihrer Amplitude, ihrer Frequenzund/oder ihrer Phasenlage.

[0011] Das Ermitteln der realen Verteilung der Abweichung der Wanddicke in Umfangsrichtungschließt folgende Teilschritte ein: Messen der Verteilung der Wanddicke von außen auf derOberfläche des Rohres oder von seinem Inneren her und bilden der Differenz zwischen dergemessenen Verteilung der Wanddicke und einer vorgegebenen Sollwanddicke. Der nur theo¬retische Fall, dass die Sollwanddicke 0 mm beträgt, soll bei der vorliegenden Erfindung miterfasst sein; in diesem Fall entspricht dann die ermittelte Verteilung der Abweichung der Wand¬dicke von der Sollwanddicke der realen Verteilung der Wanddicke. In diesem Fall sind die zurApproximation dieser Verteilung heranzuziehenden vorgegebenen Verteilungen ebenfalls aufdie Wanddicke zu beziehen.

[0012] Die zur Approximation verwendeten vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabwei¬chungen, welche jeweils unterschiedliche Fehlerarten repräsentieren, können entweder theore¬tisch anhand geometrischer Ableitungen oder experimentell durch Versuche ermittelt werden.

[0013] Figuren 2a und 2b zeigen beispielhaft und keinesfalls abschließend typische Fehlerartenmit ihren charakteristischen Verteilungen der Wanddickenabweichung in Umfangsrichtung.

[0014] In den Figuren 2a und 2b bedeuten:a: Amplitude b: Winkellagec: Definitionsbereich [0015] Die Fehlerart Walzen- oder Walzenstangenabdruck gemäß der laufenden Nr. 3 in derFigur 2a sowie die Fehlerart einzelne Fehlerwulst gemäß der laufenden Nr. 7 in Figur 2b sindsolche Fehlerarten, welche jeweils nur in einem Umfangsbereich &lt;180° auftreten. Das erfin¬dungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise einen direkten Rückschluss auf die beider Herstellung eines Rohres vorhandenen Fehlerarten. Diese entsprechen den Fehlerarten,welche durch die für die Approximation der ermittelten und realen Verteilung der Wanddicken¬abweichungen des zu untersuchenden Rohres sinnvollerweise verwendeten bzw. erforderlichenvorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichungen. Das schnelle und einfache Erken¬nen der Fehlerarten ermöglicht nachfolgend auch ein schnelles Beheben der Ursachen fürdiese Fehler bzw. das schnelle Einleiten von Korrekturmaßnahmen.

[0016] Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Computerpro¬grammprodukt mit einem Computerprogramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ver¬fahrens gelöst. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf das bean¬spruchte Verfahren genannten Vorteilen.

[0017] Der Beschreibung ist sind folgende Figuren beigefügt, wobei [0018] Figur 1 einen Querschnitt durch ein fehlerhaft hergestelltes Rohr, [0019] Figur 2a+b typische Fehlerarten mit ihren charakteristischen Verteilungen der Wand¬ dickenabweichung in Umfangsrichtung [0020] zeigen.

[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Figuren in Form einesAusführungsbeispiels detailliert beschrieben.

[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Analysieren der Wanddicken Verteilung einesRohres 10 umfasst folgende Schritte: [0023] In einem ersten Schritt wird die Verteilung einer Abweichung der Wanddicke in Um¬fangsrichtung Φ des Rohres von einer vorgegebenen Solldickenverteilung ermittelt. In Figur 1wird diese reale Verteilung der Wanddickenabweichung mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.Die Sollwanddickenverteilung, auf welche sich die Kurve mit dem Bezugszeichen 1 bezieht, istin Figur 1 nicht eingezeichnet; sie würde in Figur 1 einem Kreis mit konstantem Radius um denMittelpunkt entsprechen, wobei der Radius des Kreises kleiner als der konstante Radius der inFigur 1 gezeigten Außenkontur 2 des Rohres wäre.

[0024] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die ermittelte Kurve 1 approximiertdurch eine Mehrzahl vorgegebener Verteilungen der Wanddickenabweichung, wobei diesevorgegebenen Verteilungen jeweils unterschiedliche - bei der Herstellung des Rohres mögliche- reale Fehlerarten repräsentieren. In Figur 1 wird die reale Kurve 1 approximiert durch eineerste vorgegebene Verteilung der Wanddickenabweichung, welche die Fehlerart 6-Seitigkeitrepräsentiert und in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet ist. Die Fehlerart 6-Seitigkeiterstreckt sich über den gesamten Umfang. Darüber hinaus wird die Approximation verfeinert,indem zusätzlich die Verteilungen der Wanddickenabweichungen verwendet werden, welchetypisch sind für Walzenabdrücke, definiert jeweils über n/3. Diese Verteilungen werden in Figur1 mit dem Bezugszeichen 4a und 4b bezeichnet. Sie treten in Fig. 1 beispielhaft nur in denUmfangsbereichen 11 Uhr und 3 Uhr auf. Die Kurve 1 wird demnach approximiert durch eineadditive Überlagerung von drei verschiedenen vorgegebenen Verteilungen, welche die besag¬ten Fehlerarten 6-Seitigkeit und zwei Mal jeweils einen phasenverschobenen Walzenabdruckrepräsentieren. Der Kurvenzug der additiven Überlagerung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen5 bezeichnet. Überall entlang des Umfangs, wo die Fehlerart Walzenabdruck nicht vorkommt,entspricht der Kurvenzug 5 der vorgegebenen Verteilung für die Fehlerart 6-Seitigkeit. Lediglichin den Umfangsbereichen 11 Uhr und 3 Uhr entspricht der Kurvenzug den dort gezeigten Gra¬denabschnitten; dort überlagert sich die Verteilung für die Fehlerart 6-Seitigkeit mit der nur lokalauftretenden (hier gegenphasigen) Fehlerart Walzenabdruck gemäß den Kurvenabschnitten 4aund 4b.

[0025] Als Ergebnis dieser Analyse kann unmittelbar auf das Vorliegen dieser drei genanntenFehlerarten beim Herstellen des in Figur 1 gezeigten Rohres geschlossen werden. Vorteilhaf¬terweise kann dann unmittelbar an die so gestellte Diagnose eine entsprechende Korrektur beider Anlage, auf der das Rohr hergestellt wurde, eingeleitet werden, indem die jeweiligen Ursa¬chen für die genannten Fehlerarten gemäß der Figuren 2a und 2b auf bekannte Weise behobenwerden.

[0026] Wie in den Figuren 1 und 2a und 2b zu erkennen ist, weichen die für die meisten Feh¬lerarten typischen Verteilungen der Wanddicke von einer reinen Sinusfunktion ab; dies gilt nichtfür die Fehlerart Exzentrizität. Dies gilt allerdings beispielsweise für die Fehlerart Walzenab¬druck, Innenwulst oder einzelner Innenwulst gemäß der laufenden Nr. 3, 6 und 7 in den Figuren2a und 2b. Für die Fehlerart &quot;Walzenabdruck&quot; wird folgendes Beispiel genannt: [0027] Ein großes PQF-Kaliber eines PQF-Walzwerks in einer Nahtlosrohrfertigung besteht inseinem mittleren Bereich aus einem 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 und zwei Minima. Dies ist in derFigur 2a unter der laufenden Nr. 3 dargestellt. Die Randbereiche des Kalibers bestehen ausGraden. Zusammen mit der Walzstange ergibt sich eine entsprechende Zunahme der Wanddi¬cke. In den Bereichen zwischen den Walzen bildet sich außerhalb des Werkzeugkontaktes einekonstante Wanddicke aus. Hier und gegebenenfalls in den Randbereichen mit gradlinigemKaliberprofil zeigt sich gegebenenfalls der Fehler &quot;Walzenabdruck des vorletzten Gerüstes&quot;.

[0028] Weiteres Beispiel: Ein radialer Versatz einer PQF-Walze führt zu einer asymmetrischenWanddickenabweichung mit spezifischer lokaler Ausprägung. Bei der Approximation der beidieser Fehlerart ermittelten realen Verteilung der Wanddickenabweichung würde festgestellt,dass sich die vorgegebene Verteilung der Fehlerart Walzenabdruck bzw. fehlerhafte Walzenan¬stellung am besten für die Approximation eignet, und damit wäre die besagte Fehlerart direktdiagnostiziert.

[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise die Diagnose der Feh¬lerart Exzentrizität.

[0030] Grundsätzlich gilt: Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine umso genauereFehleranalyse, je genauer die Auflösung der gemessenen bzw. erfassten realen Verteilung derWanddickenabweichung ist; diese sollte deshalb möglichst hoch sein.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Analysieren der Wanddickenverteilung eines Rohres (10), aufweisendfolgende Schritte: Ermitteln der Verteilung einer Abweichung der Wanddicke in Umfangsrichtung (Φ) desRohres (10) von einer Sollwanddickenverteilung; und Approximieren der ermittelten Verteilung der Wanddickenabweichung durch additiveÜberlagerung einer Mehrzahl von vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichungin Umfangsrichtung (Φ);dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichung jeweils unterschiedliche- bei der Herstellung des Rohres (10) mögliche - reale Fehlerarten repräsentieren; unddass mindestens eine der vorgegebenen Verteilungen eine nur in einem Umfangsbereich &lt;180° auftretende Fehlerart repräsentiert.
2. 2. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dassim Rahmen des Schrittes des Approximierens die vorgegebenen Verteilungen der Wanddi¬ckenabweichungen jeweils geeignet parametriert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Verteilun¬gen der Wanddickenabweichungen hinsichtlich ihrer Amplitude, ihrer Frequenz oder ihrerPhasenlage parametriert werden.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dassdas Ermitteln der Wanddickenabweichungen folgende Schritte umfasst: Messen der Verteilung der Wanddicke von außen auf der Oberfläche des Rohres (10) odervom Innern des Rohres her; und Bilden der Differenz zwischen der gemessenen Verteilungder Wanddicke und der Sollwanddicke.
5. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dassdie vorgegebenen Verteilungen der Wanddickenabweichungen, welche jeweils unter¬schiedliche Fehlerarten repräsentieren, theoretisch anhand geometrischer Ableitung oderexperimentell durch Versuche ermittelt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dasses sich bei den unterschiedlichen Fehlerarten um Abweichungen der Mittelwanddicke, umeventuell unterschiedliche Exzentrizitäten, um Walzen- oder Walzenstangenabdrücke, umMehrseitigkeiten, um Innenpolygone oder um Innenwülste handelt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerarten Walzen- oderWalzenstangenabdrücke und Innenwulst jeweils nur in einem Umfangsbereich &lt; 180 auf-treten.
8. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Rück¬schließen, dass die Fehlerarten derjenigen Verteilungen der Wanddickenabweichungen,welche für eine jeweilige Approximation sinnvollerweise erforderlich sind, bei dem jeweilsuntersuchten Rohr (10) vorliegen; und Beheben der Ursachen für diese Fehler.
9. 9. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm zum Ablaufen auf einem Mik¬roprozessor, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist zum Durchführen des Verfah¬rens nach einem der Ansprüche 1-7. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen