DE102016204441A1 - Method and arrangement for determining the wall thickness of a cylindrical object - Google Patents

Method and arrangement for determining the wall thickness of a cylindrical object Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Antennenanordnung zur Bestimmung der Wandstärke eines dielektrischen zylindrischen Objektes. Bei dem Verfahren wird ein Abschnitt des zylindrischen Objektes mit Radarwellen bestrahlt und vom zylindrischen Objekt reflektierte Radarwellen werden erfasst und ausgewertet, um die Wandstärke des bestrahlten Abschnittes zu bestimmen. Das zylindrische Objekt wird dabei mit zylinderförmigen Radarwellen bestrahlt, deren Wellenform an die äußere Form des zylindrischen Körpers angepasst ist. Dies kann durch Nutzung einer Antennenanordnung mit einem speziell geformten Radarreflektor erreicht werden. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die hochgenaue Vermessung der Wandstärke zylindrischer Objekte auf kostengünstige Weise.The present invention relates to a method and an antenna arrangement for determining the wall thickness of a dielectric cylindrical object. In the method, a portion of the cylindrical object is irradiated with radar waves, and radar waves reflected from the cylindrical object are detected and evaluated to determine the wall thickness of the irradiated portion. The cylindrical object is irradiated with cylindrical radar waves whose waveform is adapted to the outer shape of the cylindrical body. This can be achieved by using an antenna arrangement with a specially shaped radar reflector. The proposed method enables the highly accurate measurement of the wall thickness of cylindrical objects in a cost-effective manner.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke eines dielektrischen zylindrischen Objektes, insbesondere eines zylindrischen Hohlkörpers, bei dem ein Abschnitt des zylindrischen Objektes mit Radarwellen bestrahlt und vom zylindrischen Objekt reflektierte Radarwellen erfasst und ausgewertet werden, um die Wandstärke des bestrahlten Abschnittes zu bestimmen. Die Erfindung betrifft auch eine Antennenanordnung, die zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eingesetzt werden kann.The present invention relates to a method for determining the wall thickness of a dielectric cylindrical object, in particular a cylindrical hollow body, in which a portion of the cylindrical object is irradiated with radar waves and radar waves reflected by the cylindrical object are detected and evaluated to determine the wall thickness of the irradiated portion. The invention also relates to an antenna arrangement which can be used to carry out the proposed method.

Die Bestimmung der Wandstärke von Objekten ist in vielen technischen Bereichen erforderlich, bspw. zur Überwachung des Produktionsprozesses oder zur Qualitätsprüfung in der Produktion von Objekten, die eine definierte Wandstärke aufweisen müssen. Zur zerstörungsfreien Messung der Wandstärke sind bisher – je nach Größe, Stärke und Beschaffenheit des zu untersuchenden Objektmaterials – bereits unterschiedliche Verfahren bekannt. The determination of the wall thickness of objects is necessary in many technical fields, for example for monitoring the production process or for quality testing in the production of objects which must have a defined wall thickness. For non-destructive measurement of the wall thickness, different methods have hitherto been known, depending on the size, strength and nature of the object material to be examined.

So können für die Dickenmessung von unmagnetischen Materialien, wie bspw. Glas, Kunststoff, Edelstahl oder Verbundwerkstoffen, mechanische und elektromagnetische Verfahren eingesetzt werden. Die Messsensoren sind dabei mit einer Hartmetallspitze versehen und bestimmen die Materialdicke durch Messung des Abstands einer Referenzkugel zu der Sensorspitze. Die Referenzkugel wird von einem leistungsstarken Magneten angezogen, der direkt hinter der Sensorspitze angebracht ist. Mit diesem Verfahren kann zwar die Stärke einer Platte oder eines ähnlichen Objekts erfasst werden, nicht jedoch dessen innere Beschaffenheit, bspw. die Stärke verschiedener Schichten eines Verbundmaterials. Thus, for the thickness measurement of non-magnetic materials, such as, for example, glass, plastic, stainless steel or composite materials, mechanical and electromagnetic methods can be used. The measuring sensors are provided with a carbide tip and determine the material thickness by measuring the distance of a reference ball to the sensor tip. The reference sphere is attracted by a powerful magnet mounted directly behind the sensor tip. Although the thickness of a plate or similar object can be detected by this method, it is not possible to detect its internal quality, for example the thickness of different layers of a composite material.

Bei anderen Materialien werden häufig Ultraschall-Verfahren eingesetzt, bei denen ausgehend von einem Ultraschall-Messkopf die Laufzeit von Impulsen durch das Objekt gemessen wird. Mit Hilfe von Signalverarbeitungsverfahren können auch mehrere Schichten mit unterschiedlichen Reflexions- und Ausbreitungseigenschaften innerhalb des Prüflings unterschieden und deren Stärke bestimmt werden. Beide vorgenannten Verfahren sind jedoch nicht berührungslos, da eine Sonde bzw. ein Tastkopf direkt mit dem zu untersuchenden Objekt in Kontakt stehen muss.In other materials, ultrasonic methods are often used in which, based on an ultrasonic measuring head, the duration of pulses is measured by the object. With the aid of signal processing methods, it is also possible to differentiate several layers with different reflection and propagation properties within the test object and to determine their strength. However, both of the aforementioned methods are not contactless, since a probe or a probe must be in direct contact with the object to be examined.

Ein berührungsloses Messverfahren stellt die Röntgen-Messtechnik dar. Hierbei werden Röntgen-Messgeräte eingesetzt, in denen das zu prüfende Objekt aus verschiedenen Richtungen von Röntgenstrahlen durchdrungen wird. Die Materialstärke wird dann – ähnlich wie bei tomographischen Verfahren in der medizinischen Diagnose – aus den erfassten Röntgendaten bestimmt. Ein Nachteil dieser Technik sind jedoch die hohen Kosten der Geräte und die Belastung der Umgebung durch den Einsatz ionisierender Strahlung.A non-contact measuring method is the X-ray measuring technique. In this case, X-ray measuring instruments are used, in which the object to be tested is penetrated by different directions of X-rays. The material thickness is then determined - similar to tomographic procedures in the medical diagnosis - from the acquired X-ray data. A disadvantage of this technique, however, is the high cost of the equipment and the burden on the environment through the use of ionizing radiation.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein berührungsloses Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke dielektrischer zylindrischer Objekte anzugeben, das sich demgegenüber kostengünstig realisieren lässt und genaue Messungen der Wandstärke ermöglicht.The object of the present invention is to provide a non-contact method for determining the wall thickness of dielectric cylindrical objects, which in contrast can be implemented inexpensively and allows accurate measurements of the wall thickness.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentansprüche 5 und 7 geben Antennenanordnungen an, die für die Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden können.The object is achieved by the method according to claim 1. Claims 5 and 7 indicate antenna arrangements that can be used to carry out the method.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke eines dielektrischen zylindrischen Objektes, insbesondere eines zylindrischen Hohlkörpers, wird ein Abschnitt des Objektes mit Radarwellen bestrahlt. Vom Objekt reflektierte Radarwellen werden erfasst und ausgewertet, um die Wandstärke des bestrahlten Abschnittes zu bestimmen. Das vorgeschlagene Verfahren setzt einen HF-Sensor (HF: Hochfrequenz) ein, der ein Testsignal als hochfrequente elektromagnetische Welle absendet und das vom Objekt reflektierte Signal empfängt. Die Messung erfolgt nach dem Radarprinzip, bspw. mittels gepulsten Radar- oder FMCW-Radarwellen, nach dem aus dem Empfangssignal des HF-Sensors die Entfernung entsprechend die HF-Strahlung reflektierender Grenzflächen bestimmt werden kann. Bei Objekten aus dielektrischen Materialien, die elektromagnetisch durchlässig sind, enthält das empfangene Signal nicht nur Anteile von der Oberfläche des Objektes sondern auch Anteile von Reflexionen an der Innenwand des Objektes. Durch entsprechende Signalverarbeitungsverfahren, wie sie aus der Radartechnik bekannt sind, können die verschiedenen Anteile getrennt und so die Wandstärke des Objektes bestimmt werden. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich nun dadurch aus, dass das zylindrische Objekt mit zylinderförmigen Radarwellen bestrahlt wird, deren Wellenform an die äußere Form oder Kontur des zylindrischen Objektes angepasst ist. In the proposed method for determining the wall thickness of a dielectric cylindrical object, in particular a cylindrical hollow body, a portion of the object is irradiated with radar waves. Radar waves reflected by the object are detected and evaluated to determine the wall thickness of the irradiated section. The proposed method employs an RF sensor (RF: radio frequency) which sends out a test signal as a high-frequency electromagnetic wave and receives the signal reflected by the object. The measurement is carried out according to the radar principle, for example by means of pulsed radar or FMCW radar waves, according to which the distance from the received signal of the RF sensor can be determined in accordance with the RF radiation of reflecting interfaces. For objects made of dielectric materials that are electromagnetically permeable, the received signal contains not only portions of the surface of the object but also portions of reflections on the inner wall of the object. By appropriate signal processing methods, as they are known from radar technology, the different proportions can be separated and thus the wall thickness of the object can be determined. The proposed method is now characterized in that the cylindrical object is irradiated with cylindrical radar waves whose waveform is adapted to the outer shape or contour of the cylindrical object.

Durch diese Maßnahme wird eine sehr hohe Genauigkeit der Bestimmung der Wandstärke eines zylindrischen Objektes ermöglicht, da die Reflexion eines Radarsignals, bspw. eines Radarpulses, unabhängig von der Position im bestrahlten Abschnitt des Objektes zur gleichen Zeit erfolgt und damit ein zeitlich scharfes Reflexionssignal als Empfangssignal ergibt. Eine Nutzung herkömmlicher Radarantennen ist dafür nicht geeignet, da sie im Fernfeld sphärische Wellen mit kugelförmiger Wellenfront erzeugen, die ein zylindrisches Objekt an verschiedenen Stellen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht. Dadurch ist das empfangene Reflexionssignal zeitlich gedehnt und die Entfernung zur jeweiligen Grenzfläche lässt sich entsprechend nur mit geringerer Genauigkeit bestimmen.By this measure, a very high accuracy of the determination of the wall thickness of a cylindrical object is made possible because the reflection of a radar signal, for example. A radar pulse, regardless of the position in the irradiated portion of the object takes place at the same time and thus gives a temporally sharp reflection signal as a received signal , A use of conventional radar antennas is not suitable because it is spherical in the far field Create waves with spherical wavefront, which reaches a cylindrical object at different points at different times. As a result, the received reflection signal is stretched in time and the distance to the respective interface can be determined accordingly only with lower accuracy.

Für die Erzeugung der zylinderförmigen Radarwellen wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise eine Antennenanordnung eingesetzt, die eine Radarantenne mit einem die Radarwellen formenden Reflektor mit zwei Brennpunkten aufweist. Die Radarantenne befindet sich dabei in dem Brennpunkt, der dem Reflektor am nächsten liegt. Das zylindrische Objekt wird für die Messung so angeordnet, dass seine Symmetrie- bzw. Zylinderachse im anderen Brennpunkt des Reflektors liegt. Der Reflektor wird dabei so gestaltet und dimensioniert, dass die zylinderförmige Wellenfront an die Außenkontur des zu untersuchenden Objektes angepasst ist und sich das Objekt in einem für die Messung gewünschten Abstand von der Radarantenne befindet. Die Radarantenne dient dabei vorzugsweise gleichzeitig als Empfangsantenne für die empfangenen Reflexionssignale. Zur Formung zylinderförmiger Radarwellen kann statt des Reflektors auch eine dielektrische Linse oder Linsengruppe eingesetzt werden, die die von der Radarantenne ausgesendeten Radarwellen beim Durchtritt entsprechend formt.For the generation of the cylindrical radar waves, the proposed method preferably uses an antenna arrangement which has a radar antenna with a reflector having two focal points which forms the radar waves. The radar antenna is located at the focal point closest to the reflector. The cylindrical object is arranged for the measurement so that its symmetry or cylinder axis lies in the other focal point of the reflector. The reflector is designed and dimensioned such that the cylindrical wavefront is adapted to the outer contour of the object to be examined and the object is in a desired distance for the measurement of the radar antenna. The radar antenna preferably serves simultaneously as a receiving antenna for the received reflection signals. For the formation of cylindrical radar waves, instead of the reflector, it is also possible to use a dielectric lens or lens group which correspondingly shapes the radar waves emitted by the radar antenna as it passes through.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine kostengünstige Messung bzw. Bestimmung der Wandstärke zylinderförmiger dielektrischer Objekte mit kreisförmigem Querschnitt wie bspw. Kunststoffrohre aus PVC oder anderen dielektrischen Materialien. Das Verfahren lässt sich dabei nicht nur für dielektrische zylindrische Hohlkörper wie bspw. Rohre einsetzen, sondern auch für Objekte, die nur die Form eines Zylinderabschnitts aufweisen. Unter einem zylindrischen Objekt ist daher in der vorliegenden Patentanmeldung auch ein derartiges zylinderabschnittsförmiges Objekt zu verstehen. Durch die Nutzung von Radarwellen wird auch keine die Umgebung gefährdende ionisierende Strahlung für die Wandstärkenbestimmung eingesetzt. The proposed method allows a cost-effective measurement or determination of the wall thickness of cylindrical dielectric objects with a circular cross-section, such as, for example, plastic pipes made of PVC or other dielectric materials. The method can be used not only for dielectric cylindrical hollow body such as pipes, but also for objects that have only the shape of a cylindrical portion. Under a cylindrical object is therefore to be understood in the present patent application, such a cylindrical portion-shaped object. By using radar waves, no ionizing radiation endangering the environment is used for wall thickness determination.

Das Verfahren ermöglicht auch die Bestimmung von Schichtdicken innerhalb des Objektes, falls dieses aus mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien aufgebaut ist. Auch eine Aussage über die Homogenität des Objektmaterials über die Wandstärke lässt sich aus den empfangenen Radarsignalen gewinnen.The method also enables the determination of layer thicknesses within the object, if it is composed of several layers of different materials. Also, a statement about the homogeneity of the object material on the wall thickness can be obtained from the received radar signals.

Für die Messung der Wandstärken an zylindrischen Objekten wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren eine Antennenanordnung vorgeschlagen, die wenigstens eine Radarantenne in einem Radarreflektor aufweist, wobei der Radarreflektor so ausgebildet ist, dass er von der Radarantenne ausgesendete und am Radarreflektor reflektiere Radarwelle mit einer zylinderförmigen Wellenfront abstrahlt. Der Radarreflektor wird dabei entsprechend der äußeren Kontur des zu untersuchenden Objektes so angepasst, dass er an diese äußere Kontur angepasste zylinderförmige Radarwellen formt.For the measurement of the wall thicknesses on cylindrical objects, the proposed method proposes an antenna arrangement which has at least one radar antenna in a radar reflector, wherein the radar reflector is designed so that it emits radar waves emitted by the radar antenna and reflected at the radar reflector with a cylindrical wave front. The radar reflector is thereby adapted according to the outer contour of the object to be examined so that it forms cylindrical cylindrical radar waves adapted to this outer contour.

Der Radarreflektor weist dafür eine Form C (x, y, z) auf, für die gilt: x = S2·cosφ, y = S2·sinφ und z = h, wobei S2(h, φ) = b² – h²/4 / a + f·cosφ. For this purpose, the radar reflector has a shape C (x, y, z) for which x = S 2 · cosφ, y = S 2 · sinφ and z = h, where S 2 (h, φ) = b 2 - h 2/4 / a + f · cosφ.

Die Parameter a und b stellen dabei die Halbachsen einer elliptischen Kontur dar, in deren Brennpunkten sich die Radarantenne und die Zylinderachse des zu vermessenden zylindrischen Objektes befinden. Sie werden so gewählt, dass der gewünschte Messabstand zwischen Antenne und zylindrischem Objekt erreicht wird. Der Parameter h entspricht der Höhe über der senkrecht zur Zylinderachse des zylindrischen Objektes verlaufenden Ebene, in der sich die Radarantenne befindet, f entspricht dem Brennpunkt der elliptischen Kontur und φ dem Winkel zur x-Achse, auf der sich beiden Brennpunkte der elliptischen Kontur befinden. Ein derartiger Reflektor erzeugt eine Zylinderwelle, die in der horizontalen Ebene auf einen Brennpunkt zuläuft, in der vertikalen Ebene jedoch eine ebene Welle mit geradem Verlauf der Wellenfront besitzt. Dieser Hybrid-Reflektor kombiniert damit die Eigenschaften von Ellipsoid und Paraboloid in der gewünschten Weise.The parameters a and b represent the half-axes of an elliptical contour in whose focal points are the radar antenna and the cylinder axis of the cylindrical object to be measured. They are chosen so that the desired measuring distance between the antenna and the cylindrical object is achieved. The parameter h corresponds to the height above the plane perpendicular to the cylinder axis of the cylindrical object in which the radar antenna is located, f corresponds to the focal point of the elliptical contour and φ the angle to the x-axis on which both foci of the elliptical contour are located. Such a reflector produces a cylindrical wave which tapers to a focal point in the horizontal plane, but has a plane wave with a straight course of the wavefront in the vertical plane. This hybrid reflector thus combines the properties of ellipsoid and paraboloid in the desired manner.

Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Antennenanordnungen lassen sich besonders vorteilhaft für die Vermessung zylindrischer Hohlkörper oder Teilhohlkörper einsetzen, bspw. auch bei der Herstellung derartiger Hohlkörper, d.h. z.B. bei der Extrusion zur Überwachung des Produktionsprozesses und zur Qualitätssicherung.The proposed method and the associated antenna arrangements can be used particularly advantageously for the measurement of cylindrical hollow bodies or partial hollow bodies, for example also in the production of such hollow bodies, i. e.g. in extrusion for monitoring the production process and for quality assurance.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Antennenanordnung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The proposed method and the associated antenna arrangement are explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 ein Beispiel für die Verwendung eines herkömmlichen HF-Sensors zur Vermessung eines zylindrischen Objektes; 1 an example of the use of a conventional RF sensor for measuring a cylindrical object;

2 in schematischer Darstellung ein Beispiel für die vorgeschlagene Antennenanordnung zur Vermessung eines zylindrischen Objektes; 2 a schematic representation of an example of the proposed antenna arrangement for measuring a cylindrical object;

3 ein Beispiel für die Nutzung eines elliptischen Reflektors zur Vermessung eines zylindrischen Objektes; 3 an example of the use of an elliptical reflector for measuring a cylindrical object;

4 ein Beispiel für die Konstruktion der Form des bei der vorgeschlagenen Anordnung eingesetzten Reflektors; und 4 an example of the construction of the shape of the reflector used in the proposed arrangement; and

5 ein Beispiel für die Form des bei der vorgeschlagenen Antennenanordnung eingesetzten Reflektors. 5 an example of the shape of the reflector used in the proposed antenna arrangement.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein zylinderförmiges Objekt aus einem dielektrischen Material, bspw. ein Kunststoffrohr oder ein Kabel, mittels Radarstrahlung vermessen, die mit Hilfe eines HF-Sensors erzeugt wird. 1 zeigt hierzu den prinzipiellen Aufbau für eine derartige Messung im Falle eines herkömmlichen HF-Sensors. Die Figur zeigt den HF-Sensor 2 mit der Radarantenne 3, durch die im vorliegenden Beispiel kugelförmige Radarwellen 4 erzeugt werden. Treffen diese kugelförmigen Radarwellen auf das zylinderförmige Objekt 1, so werden die Radarsignale zu unterschiedlichen Zeiten an der äußeren Oberfläche des Objektes 1 reflektiert. Das Gleiche gilt für die Reflexion an der inneren Oberfläche des Objektes. Damit wird das Empfangssignal, das von der Radarantenne 2 empfangen wird, zeitlich stark gedehnt, so dass die Position bzw. Entfernung der Innen- und Außenfläche des Objektes 1 und damit die Wandstärke nur sehr ungenau bestimmt werden können.In the proposed method, a cylindrical object made of a dielectric material, for example a plastic pipe or a cable, is measured by means of radar radiation, which is generated by means of an HF sensor. 1 shows the basic structure for such a measurement in the case of a conventional RF sensor. The figure shows the RF sensor 2 with the radar antenna 3 , in the present example, spherical radar waves 4 be generated. Meet these spherical radar waves on the cylindrical object 1 Thus, the radar signals at different times on the outer surface of the object 1 reflected. The same applies to the reflection on the inner surface of the object. This will be the received signal from the radar antenna 2 is received, greatly stretched in time, so that the position or removal of the inner and outer surface of the object 1 and thus the wall thickness can only be determined very inaccurate.

Demgegenüber zeigt 2 in stark schematisierter Darstellung eine Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein HF-Sensor 2 mit einer angepassten Antennenanordnung 5 eingesetzt wird. Diese angepasste Antennenanordnung weist neben der abstrahlenden Radarantenne einen Radarreflektor auf, durch den Radarwellen mit einer zylinderförmigen Wellenfront 6 erzeugt werden, die an die äußere Kontur des zylinderförmigen Objektes 1 angepasst ist. Dies ist in der 2 schematisch angedeutet. Dadurch erreichen Radarpulse die jeweilige Grenzfläche des Objektes 1 in jedem Punkt zur gleichen Zeit, so dass ein zeitlich scharfes Reflexions- bzw. Empfangssignal empfangen werden kann. Damit lassen sich die Entfernung bzw. Position der jeweiligen Grenzflächen des Objektes und damit auch die Wandstärke sehr genau bestimmen.In contrast, shows 2 in a highly schematic representation of an embodiment according to the present invention, in which an RF sensor 2 with an adapted antenna arrangement 5 is used. This adapted antenna arrangement, in addition to the radiating radar antenna to a radar reflector, through the radar waves with a cylindrical wavefront 6 are generated, which are connected to the outer contour of the cylindrical object 1 is adjusted. This is in the 2 indicated schematically. As a result, radar pulses reach the respective interface of the object 1 at any point at the same time, so that a temporally sharp reflection or reception signal can be received. Thus, the distance or position of the respective boundary surfaces of the object and thus the wall thickness can be determined very accurately.

Der bei der vorgeschlagenen Antennenanordnung speziell geformte Reflektor weist zwei Brennpunkte auf. Im ersten Brennpunkt, der dem Reflektor am nächsten liegt, befindet sich die Speiseantenne, die den Reflektor anstrahlt. Das zylindrische Objekt 1 wird so angeordnet, dass sich seine Zylinderachse im zweiten Brennpunkt des Reflektors befindet. Dieser zweite Brennpunkt ist in der 2 mit dem Zeichen „x“ angedeutet.The specially shaped in the proposed antenna array reflector has two focal points. In the first focal point, which is closest to the reflector, there is the dining antenna, which illuminates the reflector. The cylindrical object 1 is arranged so that its cylinder axis is in the second focus of the reflector. This second focal point is in the 2 indicated by the character "x".

Würde für die Messung ein elliptischer Reflektor – in Form eines rotationssymmetrischen Ellipsoid-Sektors – eingesetzt, so könnte die gewünschte Genauigkeit nicht erreicht werden. Dies ist anhand der 3 schematisch dargestellt. Diese Figur zeigt einen elliptischen Reflektor 7 mit zwei Brennpunkten F1, F2. Das mit einem derartigen Reflektor erzeugte Wellenfeld ist sowohl in der horizontalen Ebene fokussiert, wie in 3 gezeigt, als auch in der Vertikalen. Die Wellenfront hat damit in beiden Ebenen eine sphärische Form und der oben bereits beschriebene Nachteil, dass die einfallende Welle nicht gleichzeitig alle Punkte der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes 1 erreicht, trifft damit noch immer für die Längsachse des Zylinders zu. If an elliptical reflector - in the form of a rotationally symmetrical ellipsoidal sector - was used for the measurement, then the desired accuracy could not be achieved. This is based on the 3 shown schematically. This figure shows an elliptical reflector 7 with two focal points F 1 , F 2 . The wave field generated with such a reflector is focused both in the horizontal plane, as in 3 shown as well as in the vertical. The wavefront thus has a spherical shape in both planes and the disadvantage already described above that the incident wave does not at the same time cover all points of the surface of the object to be examined 1 reached, thus still applies to the longitudinal axis of the cylinder.

Bei der vorliegenden Erfindung wird daher ein Reflektor mit einer speziellen Form eingesetzt, der eine Zylinderwelle erzeugt, die in der horizontalen Ebene auf einen Brennpunkt zuläuft, in der vertikalen Ebene jedoch eine ebene Welle mit geradem Verlauf der Wellenfront besitzt – wie bei einem parabolischen Reflektor, dessen zweiter Brennpunkt im Unendlichen liegt. 4 zeigt ein Beispiel für die Konstruktion eines derartigen Reflektors. Im ersten Brennpunkt des Reflektors am Ort (–f, 0,0) befindet sich die Sende- und Empfangsantenne, die den Reflektor speist. Alle von dort zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgesendeten Signale sollen zur gleichen Zeit einen Ort F´ erreichen, der sich auf der gedachten Linie durch den zweiten Brennpunkt (f, 0,0) des Reflektors parallel zur z-Achse befindet. Diese Linie stellt auch die Symmetrie- bzw. Längsachse des zylindrischen Messobjekts, d.h. dessen Zylinderachse dar. Die Kontur C (x, y, z) des Reflektors kann nun so bestimmt werden, dass die Summe der Teilstrecken S1 – von der Antenne zum Punkt des Auftreffens auf den Reflektor – und S2 – vom Punkt C zum virtuellen Brennpunkt F´ – gleich ist: S = S1 + S2 = const. In the present invention, therefore, a reflector is used with a special shape that produces a cylindrical wave that tapers to a focal point in the horizontal plane, but in the vertical plane has a straight wave plane straight wave-like a parabolic reflector, whose second focus is at infinity. 4 shows an example of the construction of such a reflector. The first focal point of the reflector at the location (-f, 0,0) is the transmitting and receiving antenna, which feeds the reflector. All of the signals emitted from there at a given time should at the same time reach a location F 'which is on the imaginary line through the second focal point (f, 0,0) of the reflector parallel to the z-axis. This line also represents the symmetry or longitudinal axis of the cylindrical measurement object, ie its cylinder axis. The contour C (x, y, z) of the reflector can now be determined so that the sum of the sections S 1 - from the antenna to the point of impinging on the reflector - and S 2 - from point C to the virtual focal point F '- is equal to: S = S 1 + S 2 = const.

Dabei muss die Höhe h der Punkte C und F´, die der z-Koordinate entspricht, gleich sein. Für die Höhe h = 0 ergibt sich eine elliptische Kontur mit den Halbachsen a und b, die aus den gewünschten Abständen zwischen Antenne und zweitem Brennpunkt als Entwurfsparameter bestimmt werden können.The height h of the points C and F ', which corresponds to the z-coordinate, must be the same. For the height h = 0 results in an elliptical contour with the half-axes a and b, which can be determined from the desired distances between the antenna and the second focal point as a design parameter.

Für eine bestimmte Höhe h und einen bestimmten Winkel φ ergibt sich so die Funktion zur Konstruktion des Reflektors: S2(h, φ) = b² – h²/4 / a + f·cosφ. C: (x = S2·cosφ, y = S2·sinφ, z = h) For a certain height h and a certain angle φ, the function for constructing the reflector results: S 2 (h, φ) = b 2 - h 2/4 / a + f · cosφ. C: (x = S 2 × cosφ, y = S 2 × sin φ, z = h)

Ein Beispiel für einen Reflektor 8 mit den Parametern a = 5 und f = 3 ist in 5 dargestellt. Man erkennt in der horizontalen Ebene die elliptische Kontur der Reflektorberandung. Die vertikalen Schnitte durch die Kontur entsprechen Parabeln.An example of a reflector 8th with the parameters a = 5 and f = 3 is in 5 shown. The elliptical contour of the reflector boundary can be seen in the horizontal plane. The vertical cuts through the contour correspond to parabolas.

Durch die Nutzung eines derartigen Reflektors 8 können hochgenaue Messungen zur Bestimmung der Wandstärke zylindrischer Objekte aus einem dielektrischen Material durchgeführt werden.By using such a reflector 8th For example, highly accurate measurements can be made to determine the wall thickness of cylindrical objects made of a dielectric material.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
zylinderförmiges Objekt cylindrical object
22
HF-Sensor RF sensor
33
Radarantenne radar antenna
44
kugelförmige Radarwellen spherical radar waves
55
angepasste Antennenanordnung adapted antenna arrangement
66
zylinderförmige Radarwellen cylindrical radar waves
77
elliptischer Reflektor elliptical reflector
88th
Reflektor reflector

Claims (7)

Verfahren zur Bestimmung einer Wandstärke eines dielektrischen zylindrischen Objektes (1), insbesondere eines zylindrischen Hohlkörpers, bei dem ein Abschnitt des zylindrischen Objektes (1) mit Radarwellen bestrahlt wird und vom zylindrischen Hohlkörper reflektierte Radarwellen erfasst und ausgewertet werden, um die Wandstärke des bestrahlten Abschnittes zu bestimmen, wobei das zylindrische Objekt (1) mit zylinderförmigen Radarwellen (6) bestrahlt wird, deren Wellenform an eine äußere Form des zylindrischen Objektes (1) angepasst ist.Method for determining a wall thickness of a dielectric cylindrical object ( 1 ), in particular a cylindrical hollow body, in which a portion of the cylindrical object ( 1 Radar waves radar waves are reflected and evaluated by the cylindrical hollow body to determine the wall thickness of the irradiated portion, wherein the cylindrical object ( 1 ) with cylindrical radar waves ( 6 ) is irradiated whose waveform to an outer shape of the cylindrical object ( 1 ) is adjusted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderförmigen Radarwellen (6) mit einer Antennenanordnung ausgesendet werden, die eine Radarantenne (3) mit einem die Radarwellen formenden Reflektor (8) mit zwei Brennpunkten aufweist, wobei sich in einem dem Reflektor (8) am nächsten liegenden Brennpunkt die Radarantenne (3) befindet und das zylindrische Objekt (1) so angeordnet wird, dass seine Zylinderachse im anderen Brennpunkt liegt.Method according to claim 1, characterized in that the cylindrical radar waves ( 6 ) are emitted with an antenna arrangement comprising a radar antenna ( 3 ) with a reflector forming the radar waves ( 8th ) having two focal points, wherein in a reflector ( 8th ) closest to the radar antenna ( 3 ) and the cylindrical object ( 1 ) is arranged so that its cylinder axis is in the other focal point. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderförmigen Radarwellen (6) mit einer Antennenanordnung ausgesendet werden, die eine Radarantenne (3) mit einer die Radarwellen formenden dielektrischen Linse oder Linsengruppe aufweist.Method according to claim 1, characterized in that the cylindrical radar waves ( 6 ) are emitted with an antenna arrangement comprising a radar antenna ( 3 ) having a dielectric lens or lens group forming the radar waves. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Überwachung der Herstellung, insbesondere der Extrusion, zylindrischer Hohlkörper.Method according to one of claims 1 to 3 for monitoring the production, in particular the extrusion, cylindrical hollow body. Antennenanordnung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, die wenigstens eine Radarantenne (3) in einem Radarreflektor (8) aufweist, wobei der Radarreflektor (8) so ausgebildet ist, dass er von der Radarantenne (3) ausgesendete und am Radarreflektor (8) reflektierte Radarwellen als zylinderförmige Radarwellen (6) abstrahlt.Antenna arrangement, in particular for carrying out the method according to one of the claims 1 to 3 comprising at least one radar antenna ( 3 ) in a radar reflector ( 8th ), wherein the radar reflector ( 8th ) is designed so that it from the radar antenna ( 3 ) and at the radar reflector ( 8th ) reflected radar waves as cylindrical radar waves ( 6 ) radiates. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form C (x, y, z) des Radarreflektors so gewählt ist, dass gilt: x = S2·cosφ, y = S2·sinφ und z = h, mit S2(h, φ) = b² – h²/4 / a + f·cosφ wobei a und b Halbachsen einer elliptischen Kontur darstellen, in deren Brennpunkt f sich die Radarantenne (3) befindet, h einer Höhe über der Ebene der elliptischen Kontur und φ einem Winkel zur x-Achse, auf der eine der Halbachsen der elliptischen Kontur verläuft. Antenna arrangement according to claim 5, characterized in that the shape C (x, y, z) of the radar reflector is chosen such that: x = S 2 × cosφ, y = S 2 × sin φ and z = h, With S 2 (h, φ) = b 2 - h 2/4 / a + f · cosφ where a and b represent half-axes of an elliptical contour, at the focal point f, the radar antenna ( 3 ), h is a height above the plane of the elliptical contour, and φ is an angle to the x-axis on which one of the half-axes of the elliptical contour runs. Antennenanordnung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, die wenigstens eine Radarantenne (3) und eine dielektrische Linse oder Linsengruppe aufweist, wobei die dielektrische Linse oder Linsengruppe so ausgebildet ist, dass sie von der Radarantenne (3) ausgesendete Radarwellen beim Durchtritt durch die Linse oder Linsengruppe zu zylinderförmigen Radarwellen (6) formt.Antenna arrangement, in particular for carrying out the method according to one of the claims 1 to 3, comprising at least one radar antenna ( 3 ) and a dielectric lens or lens group, wherein the dielectric lens or lens group is adapted to be separated from the radar antenna (10). 3 ) emitted radar waves when passing through the lens or lens group to cylindrical radar waves ( 6 ) forms.
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