CN1054482A

CN1054482A - 磁力超声波壁厚测定仪用的信号处理方法

Info

Publication number: CN1054482A
Application number: CN91101331A
Authority: CN
Inventors: 山崎一男; 小宫善兴; 末吉光男; 获原孝彰
Original assignee: Japan Keleimoer Foltest Claude; Nippon Steel Corp
Current assignee: Japan Keleimoer Foltest Claude; Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1991-09-11
Also published as: US5218868A; EP0444800A2; EP0444800A3; JPH03248006A

Abstract

在生产线上测定钢管壁厚的过程中，采用旋转式磁力超声波壁厚测定仪，该测定仪能沿钢管的整个外周边在圆周方向上测定钢管的壁厚，由此将来自壁厚测定仪的多个各自含有设定在钢管纵向上的小段的检验段测定数据信号加以归纳，然后根据预定标准对得出的测定数据组进行合格/不合格判别，从而可以控制诸如各产品的壁厚、壁厚偏差率和平均内径等质量。

Description

本发明涉及一种在生产线上用旋转式磁力超声波壁厚测定仪测定管壁厚度的过程中处理测定所产生的壁厚数据信号的方法。

迄今本技术领域中周知的磁力超声波壁厚测定仪是静止式的测定仪。这种测定仪，例如在日本公开专利57-203949、57-203950和59-18452中所公开的那样，其探头系固定安置在相对于待检验的材料的某一给定位置上，而且探头本身系构制得使配置在探头两侧的激励线圈所产生的磁力线在等检验材料的纵向上通过。

附图中的图13说明了用一般静止式磁力超声波壁厚测定仪测定钢管壁厚的情况。图中，编号100表示等检验的管子，200表示沿管子100的外周边按一定间距配置的静止式磁力超声波壁厚测定仪。

测定壁厚时，沿箭头a的方向以一定的速率传送管子100，同时在激励状态下，各磁力超声波壁厚测定仪200的探头（图中未示出）发送和接收电流脉冲，从而不断测定管壁的厚度。

然而，一般的磁力超声波壁厚测定仪具有下列缺点。

（1）由于磁力线是纵向通过的，因而若待检验的材料是冷加工钢管则有受磁化的危险，所以这种测定仪只能用于热加工钢管上。原因在于，钢管是冷加工钢管时，在焊接各管端的过程中就会有产生电弧的危险，从而带来麻烦。而且也不适宜进行去磁操作，因为这样就要相应地使工艺复杂化。

（2）探头由于结构庞大而复杂，而且只能在静止情况下使用，因而壁厚不能沿管子圆周方向的整个周边上测定。在图13的情况下，各检验路径201是在以相应的壁厚测定仪200配置的位置为起点的纵向连续直线上的。因此不可能测定两毗邻壁厚测定仪200之间的部分，从而不能确保管子成品的质量。

（3）为测定管子几个不同的圆周位置，必须在管子的圆周方向上配置若干探头，这种探头的数目最多约为12个。此外，管子是小直径的管子时，要配置如此大量的探头是不可能的。而这从保证质量的观点来看是不恰当的。

（4）鉴于探头在结构上是彼此独立的，因此要配备大量的探头，其花费是非常大的。

于是作为解决这些问题的一种装置就有本技术领域中周知的旋转式磁力超声波壁厚测定仪出现;这种测定仪的测量头绕管子高速转动，其结构如图11所示。

这种旋转式磁力超声波壁厚测定仪10有一个沿管子100的外周边高速转动的旋转头1，旋转头1则包括环形磁轭2、磁极3和4以及两个测量头5和6;环形磁轭2与管子100共轴线;磁极3和4在环形磁轭2内侧垂直相对地突出环形磁轭2的内侧;两测量头5和6则各支撑在相关磁极与管子100之间的旋转头1上，且具有多个纵向探头（图中未示出），从而产生通过管子100圆周方向的磁力线7。图中，编号8表示磁化轭，编号9表示保护导件。各测量头的多个探头以一定间距沿公共磁极的纵向配置。

尽管旋转式磁力超声波壁厚测定仪10的工作原理是和一般测定仪相同的，但管子100则通过以1200转/分的最高转速转动的旋转头1的中心，因而使所产生的磁力线7通过管子100的圆周方向，从而消除了管子受磁化的危险;此外检验路径呈螺旋形，因而无论管子有多大都能沿管子圆周方向测出其整个周边壁厚。

上述旋转式磁力超声波壁厚测定仪的优点比一般静止式测定仪多，因而能在生产线上沿管子整个周边连续检验钢管的壁厚，无论管子有多大，是热加工的还是冷加工的都行。

因此虽然这种旋转式磁力超声波壁厚测定仪用在制管工艺的连续管材料上可以按要求高度精确地高速测定和判别管壁的厚度，但通常供应管材产品是将单根长条的管材切成一定的长度，因此需要使用对各产品的大量测定数据组分别加以判别和处理的方法。特别是管端的壁厚和内径是规定了的时，判别和处理方法成了特别重要的问题，而且从免除在生产线外切管和检验、使检查人员进行流水作业等的角度看，这一点也很重要。

因此本发明的一个目的是为旋转式磁力超声波壁厚测定仪提供一种信号处理方法，从而在生产线上用磁力超声波壁厚测定仪测定和判别钢管的壁厚时，可以确定每一给定一小段管材的测定数据，借此确保无需在生产线外切管和检验，检查人员可以厉行流水作业等，同时改进产品质量保证系统。

本发明的另一个目的是为磁力超声波壁厚测定仪提供一种能判别和处理每一种产品的数据，而且特别适宜控制管端壁厚和内径的信号处理方法。

为实现上述目的，按照本发明为磁力超声波壁厚测定仪提供了这样的一种信号处理方法，该方法具有这样的特点：该壁厚测定法采用了旋式磁力超声波壁厚测定仪，其中各磁头具有沿钢管外周边转动的探头，钢管则按线性传送，使所产生的磁力线在管的圆周方向上通过;电流脉冲的发送和接收则在激励作用下进行，从而根据所产生的超声波测定管壁的厚度;钢管沿纵向分成多个检验段，各检验段具有一定的不大的长度，由此收集并归纳各检验段的壁厚值数据，再根据给定的标准判别各检验段经如此归纳的壁厚数据组，从而判别该检验段是否合格。

用图11所示的旋转式磁力超声波壁厚测定仪可以在壁厚测定仪每转一圈的过程中在每一个探头上获得多达例如96点的壁厚值数据，而且可以收集和归纳管子纵向上一定小长度的各检验段的数据，从而获得所要求的等检验的壁厚值数据组。于是根据给定的标准判别各壁厚值数据组变可以判断相应的检验段是否合格。

这种检验段是在钢管的中间部分设定的，不包括管子两端的切头部分。原因在于，管子的切头部分是没有用的部分，而且它们的长度可通过实验知道，因此这种检验段只需要在中间部分设定。此外，在产品长度有规定时，还可以设定分段切割点的位置，从而可以测定特别是管子两端的壁厚值，而且还可以检测出厚度偏差率和平均内径，从而可以按使用者的要求对它们进行控制。

选取和设定壁厚容差的上下限以及壁厚控制容差的上下限两项目作为检验段所要求的合格/不合格的标准。

之所以要设定壁厚控制容差的上下限作为合格/不合格的标准是因为有迹象表明，只要在后处理工序有可能进行校正就需要这样做，其目的是提高生产率。

此外，除上述壁厚值数据外，还测定管子的外径，以便根据外径数据和壁厚值数据计算和判别检验段的平均内径。

另外，还要制定各检验段在管子纵向和圆周方向上的壁厚值数据，并指示和记录下来。这样做就可以利用该数据来设计切头长度和判别形状。

由于采取了上述措施，因而无论钢管的规格如何，无论钢管是冷加工的还是热加工，不仅可以在生产线上沿钢管圆周方向的整个周边测定钢管的壁厚，而且可以就一小截的检验段判别管子是不合格，因而无需在生产线外切管和检验，从而可以将漏检率（off flow rate）降低5%或以上。

由于采取上述措施，因而还可以使检查人员比原来的少9名以上，而且可以进行流水作业。

此外，还可以在管子两端和沿管子的整个长度实时测定钢管的壁厚、壁厚偏差率和平均内径，因而确保产品的精密质量。

图1是本发明使用的壁厚测定仪的原理图。

图2是适用于本发明的信号处理方法的控制方框图。

图3是说明设定检验段以获取待检验的管子的壁厚值数据的方法的示意图。

图4A是本发明使用的旋转式磁力超声波壁厚测定仪测量头的示意图。

图4B是测量头的探头在管子上所走路径的示意图。

图5是所收集和经归纳的各检验段的测定数据组的处理方法主要情况的流程图。

图6是说明处理各管长为100毫米其中有分段切割点的管子的方法的示意图。

图7A是说明经1/4转所获得的测定数据判断管子是否合格的方法的示意图。

图7B是表示根据图7A的判别方法判别测定数据是否合格的一个实例的示意图。

图8是说明判别不正常数据的方法的示意图。

图9是表示图2的数据评估部分通常工作时的流程图。

图10是数据评估部分用以进行技术分析时的工作流程图。

图11是表示旋转式磁力超声波壁厚测定仪结构的剖视图。

图12A和12B分别示出了在管子的圆周方向和纵向上制定壁厚值数据的实例。

图13是采用普通静止式磁力超声波壁厚测定仪时的示意图。

参看图1，图中示出了适宜在生产线上测定钢管壁厚用的壁厚测定仪的总的原理图。待检验的管子100由夹送辊110、传送辊111等以一定速度线性传送，管子的壁厚由配置在生产线上的旋转式磁力超声波壁厚测定仪10沿其整个周边连续测定。壁厚测定仪10的主要内部结构如图11所示。

壁厚计量仪10的后面配置有测量管子100以切头部分101的朝前端为起点的长度的激光线性计量器120。管子100的外径由装有光传感器的外径测定器121测定。

壁厚测定仪控制器的结构如图2所示。图中编号20表示控制旋转式磁力超声波壁厚测定仪10旋转头1的转速的控制部分，准备加到测量头5和6以及控制器的脉冲电流、电压等则通过数据评估部分21的主CPU（中央处理器）单元22和接口单元23加上去。数据评估部分21包括主CPU单元22、接口单元23、门脉冲发生单元24、高速计数单元25和温度测量单26，这些单元都用总线27彼此连接起来。

门脉冲发生单元24产生门脉冲，各门脉冲用以测定测量头各探头产生的传输波与第一回波之间的时间间隔，门脉冲本身则由高速计数单元25计数，以测定管子的壁厚。

温度测定单元26的作用是补偿声速因待检验管子的温度而引起的变化。

另一方面，接口单元23连接有定序器部分28、线性计量部分和线性测量评估部分29以及外径测量部分30。定序器部分28控制包括夹送辊110、传送辊111等的传送机构，线性计量部分和线性测量评估部分29则对激光线性计量器120产生的0.1毫米脉冲信号进行计数，从而测定切头部分、检验段等的长度，如图3所示。外径测量部分30接收来自图1外径测定器121的外径数据。

这些单元和设备由主CPU单元22控制，条件的设定等则通过主计算机31进行。图2中，编号32表示模拟记录器，33是示波器，34是温度传感器，35是CRT（阴极射线管），36是键盘，37是打印机，38则是装有等级较高计算机的过程控制计算机。此外，来自评估部分21的数据可存储在软磁盘41上，使其可由技术分析计算机40加以分析。

此外，图3示出了待检验的管子100收集壁厚值数据的方法。

首先，管子前端和后端处的切头部分101和102是废弃部分，因而没有什么数据可从这些部分加以收集。其次，图2主系统分别输入并设定这些切头部分的长度l₁和l₂，再由激光线性计量器120加以测定。应该指出的是，切头部分是在后处理中加以切除的部分。

然后在管子的中间部分设定短的检验段103，该检验段划分成例如等间距的l₃＝100毫米。此外，当从单根原始的连续管材制成多个产品时，就要另外设定相当于产品标准长度的分段切割长度L，例如，L＝5500毫米。分段切割长度L又划分成上部分T、中间部分M和下部分B。上部分T、下部分B以及切头部分101和102的长度以厘米计。

在图1的磁力超声波壁厚测定仪10中，旋转头1在测定壁厚的过程中（以最高转速1200转/分）高速转动。如图4A所示，配置在旋转头1上的两个测量头5和6各配备有4个（总共8个）探头11，这四个探头在待检验的管子100的纵向上以例如20毫米的间距配置，使得各探头每转一圈可获取96点的壁厚值数据，然后每隔100毫米的检验段收集这些测定数据，并将它们加以归纳。

图4B中所示的检验路径104是第一测量头5的探头11所走过的路径，其它检验路径105则为第二测量头6的探头11所走过和路径。由于测量头转动，故所有的检验路径都呈螺旋形。因此，管子的壁厚可沿纵向在整个周边上加以测定。然后通过探头的螺旋形扫描收集和归纳管子各检验段103的壁厚值数据（经收集和归纳得出的一套壁厚值数据叫做“测定数据组”），并根据图5所示的程序在如此收集到的测定数据组的基础上对相应的检验段进行合格/不合格的判别处理。

如图5所示，壁厚值数据获自第一第二测量头各自的探头（1至8号信道），各数据则每隔100毫米管子加以收集和归纳，从而先执行事件判别程序51，该程序系按各检验段的合格/不合格标准进行的。事件判别程序51收集各数据并将其加以归纳，以便分别分配到各分段切割长度的T、M、B三部分上（步骤53）。这里所采用的合格/不合格数据项目如下：

（1）壁厚容差上限（毫米）;

（2）壁厚容差下限（毫米）;

这些项目系根据用户的尺寸规格设定的。

（3）壁厚控制容差上限（毫米）;

（4）壁厚控制容差下限（毫米）;

壁厚控制容差系选择得使象配合之类的调节可在后处理过程中进行，这是一个可通过往壁厚容差加一定值或从壁厚容差减去一定值得出的设定值。这仅仅是制造厂家方面的控制目标值。

（5）厚度偏差率上限（%）;

这是管端的壁厚值已规定时的控制目标值。

（6）平均内径容差上限（毫米）;

（7）平均内径容差下限（毫米）;

这些也是在管端的内径已规定的情况下使用的。

然后在处理测定数据的步骤52中，对下列项目进行处理：

（1）最大壁厚（WT-MAX）（毫米）;

每100毫米长度的最大壁厚值。

（2）最小壁厚（WT-MIN）（毫米）;

每100毫米长度的最小壁厚值。

（3）平均壁厚值（WT-AVE）（毫米）;

这可由下式求出：

式中，n＝测量点的数目（在100毫米范围内）;WT＝壁厚值。

（4）厚度偏差率（HEN）（%）

表达式：

HEN＝ (（WT-MAX）-（WT-MIN）)/(NOR) ＊100…②

其中，NOR＝壁厚设定值。

（5）平均内径（A-ID）（毫米）

表达式：

A-ID＝OD-（WT-AVE＊2）…③

式中，OD＝外径（外径测定器得出的测定值）。

应该指出的是，各分段的管端长度（T和B部分的长度）是在主系统中设定为3级（500，1000和1500毫米）的。

在处理步骤55中，将事件判别数据54分别就T、M和B三部分进行编码，并将其传送到过程控制计算机38中。

同样，在步骤57中，每100毫米的长度（包括分段切割位置）对测定值数据56进行处理，同样也将其传送到过程控制计算机38中。

这里，对包括分段切割位置在内的各100毫米长度进行的处理是指各分段的切割点108不能以100毫米的间距加以划分、只处理切割点之前100毫米的数据的情况下的数据处理，如图6所示。因此，①的数据是指对B部分的处理，且只处理切割点之前100毫米的数据，或者在切割点表示测定值数据的数据变化时对②进行处理。另外，③的数据是指对下一个T部分前100毫米进行的处理。

现在参看图7A，图中示出了四分之一（1/4）转的方法，作为测定数据合格/不合格判别法的一个例子。换句话说，当测定数据不少于容差上限、不大于控制容差上限、且测定值也在四分之一转范围内时，可以判别出合格/不合格。图中，阴影线区45为测定数据能进行合格/不合格选择的范围。控制容差是特别为这样的用场设定的，即当管端壁厚略大于容差时将管端磨削，或当长度测量结果在容许范围内时将管端切掉。

这样，四分之一转处理是对（对96个点进行测定的）各探头的四分之一测定值进行处理的一种方法。换句话说，连续判别过程是在96点/4＝24点上进行的。例如，如图7B所示，当图中所示的容差上限因（在测定数据的情况下）四分之一转处理而超过连续的24个点时，就产生表示不合格的事件。相反，当表示容差上限的数据（在①、③或④测定数据的情况下）小于连续的24个点，则作出合格的判断。对连续24个点的处理是根据不小于容差上限、不大于控制容差上限的值的测定值开始进行的。当在处理过程中值下降时，就确定为可以合格，且不进行处理，直到下一个四分之一转的值为止。

因此合格/不合格标准的条件如下：

壁厚容差上限＜连续96点/4＜壁厚控制容差上限。

上述四分之一转合格/不合格判别法主要适用于在装运之前要先经过象冷拉之类的二次加工的原始连续管材。

现在参看图8，图中示出了测定数据中出现不正常数据情况下的所采用的判别方法。这种方法通过将绝对极限值设定到上限和下限来判别数据。换句话说，往容差上限加某值X.XX毫米，从而将任何大于所得出的数值的值视为不正常数据。此外，从容差下限减去该某值X.XX毫米，从而将任何小于所得出的数值的值视为不正常数据。这样，例如，图中阴影线所表示的第2、第5、第7和第9个测定数据就成了不正常数据。不正常数据可视为未经测定的数据。

判别有效和无效数据的方法是根据下式进行的：

△t₁+△t₂＞X.XX毫米，数据不正常;

△t₁+△t₂≤X.XX毫米，数据有效。

式中△t₁＝（当前值一上一个值）的绝对值;

△t₂＝（当前值一下一个值）的绝对值。

图9是表示图2中的评估部分工作的流程图，或普通壁厚测定过程中信号处理法的流程图。

首先在步骤61，截断表示管子100不包括切头部分101和102的中间部分的切料信号，同时接入表示检验段长度l₃＝100毫米的100毫米信号，于是开始测定壁厚。

在步骤62得出每一个探头转一圈在96点上的厚度值数据，在步骤63则每100毫米将该数据反复归纳，直到100毫米信号截断为止。换句话说，产生检验段的经过合格/不合格判别的测定数据。

然后，就图5中所示的事件决定项目的测定数据先判别壁厚容差的上限和下限（步骤64），再判别壁厚控制容差上限和下限（步骤65）。接着将100毫米长度内的壁厚最大值和最小值加以比较，并将各最大值和最小值存储起来（步骤66）。然后加上壁厚值（步骤67），并按①式计算平均壁厚值。当截断100毫米信号时，将到该时为止经归纳的数据重新设定（步骤69）。

在步骤（68）计算出平均壁厚值之后，按②式计算并判别厚度偏差率（步骤70）。然后按③式计算和判别平均内径（步骤70）。然后按③式计算和判别平均内径（步骤71）。重复这些计算过程直到切料信号接入为止。

现在参看图10，图中示出了适宜用于诸如切头长度设计和形状判别之类的技术分析目的的信号处理方法的流程图。在此情况下，在上述步骤65和66之间加入确定有无切割点存在的步骤65a，并得出在切割点的96点数据（步骤65）。其它与图9中的情况相同。

图12A和12B分别举出了对如此在管子圆周方向和纵向上得出的数据进行研究的例子。根据这些研究结果得出的判断可以在钢管的轧制工艺上进行必要的修改和改进等。

此外，关于指示出被排除的壁厚值方面，可以往安装在钢管输送线上的标记单元（图中未示）加上一个指令，从而在相应的各部分打上标记。

Claims

1、一种采用旋转式磁力超声波壁厚测定仪的测定仪的测定壁厚的方法，该壁厚测定法采用多个各自具有多个探头的测量头，测量头沿线性传送的钢管的外周边转动，从而使磁力线在所述钢管的圆周方向上通过，且电流脉冲的发送的接收是在激励作用的情况下进行的，从而产生超声波并由此测定所述钢管的壁厚，所述磁力超声波壁厚测定仪的信号处理方法包括下列步骤：

设定多个检验段，各检验段在所述钢管的纵向上有一预定小长度的部分；

收集和归纳各所述检验段的壁厚值数据；和

根据预定标准判别所述经归纳的壁厚值数据组，判别所述检验段合格/不合格。

2、如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述检验段是在所述钢管不包括其切头部分在内的中间部分设定的。

3、如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述检验段合格/不合格的标准包括壁厚容差上限和下限以及壁厚控制容差上限和下限的设定项目。

4、如权利要求1或2所述的信号处理方法，其特征在于，除设定上述检验段外还设定相当于产品标准长度的分段切割点的位置。

5、如权利要求1、2或4所述的信号处理方法，其特征在于，根据所述钢管测定的外径数据和各所述检测段的壁厚值数据计算和判别各所述检验段的平均内径。

6、如权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，在所述钢管纵向和圆周方向上制定各所述检验段的壁厚值数据，然后指示或记录下来。