DE1091763B

DE1091763B - Method for the non-contact wall thickness measurement of pipes

Info

Publication number: DE1091763B
Application number: DES62383A
Authority: DE
Inventors: Walter Gith
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-03-31
Filing date: 1959-03-31
Publication date: 1960-10-27

Description

Verfahren zur berührungslosen Wandstärkemessung bei Rohren Zusatz zum Patent 1 078 779 Die Erfindung betrifft eine Abwandlung des im Hauptpatent geschützten Verfahrens zur berührungslosen Wandstärkemessung bei Rohren. Das Verfahren nach dem Hauptpatent ging davon aus, daß die Wandstärke von Rohren aus einem Werkstoff mit magnetischen Eigenschaften gemessen werden sollte. Zweckmäßig wird die Messung direkt hinter dem Rohrwalzgerüst durchgeführt, um mit den Meßwerten die Einstellung des Walzgerüstes regeln zu können. In dem zum Walzen notwendigen Temperaturzustand überschreitet beispielsweise bei Stahlrohren die Temperatur oft den Curie-Punkt. Dabei ist das Rohrmaterial aber unmagnetisch, so daß eine rein induktive Erfassung des Materialvolumens nicht mehr möglich ist. Method for non-contact wall thickness measurement for pipes to patent 1,078,779 The invention relates to a modification of that protected in the main patent Method for non-contact wall thickness measurement in pipes. The procedure after the main patent assumed that the wall thickness of pipes made of one material should be measured with magnetic properties. The measurement is useful carried out directly behind the pipe rolling stand in order to make the setting with the measured values to be able to regulate the roll stand. In the temperature condition required for rolling In the case of steel pipes, for example, the temperature often exceeds the Curie point. The pipe material is non-magnetic, so that a purely inductive detection of the material volume is no longer possible.

Hier schafft die Erfindung Hilfe. Sie geht von einem Verfahren zur berührungslosen Wandstärkemessung von axial bewegten Rohren nach Patent 1 078 779, bei dem das Volumen eines Rohrabschnittes induktiv und der Außendurchmesser kapazitiv abgetastet wird, aus. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren dahingehend abgeändert, daß vorzugsweise für über den Curie-Punkt hinaus erhitzte und deshalb unmagnetische Stahlrohre die Kreisgüte eines mit seiner Resonanzfrequenz angeregten und mit seinem Kraftlinienfeld die Rohrwand durchsetzenden Schwingkreises als ein Maß für die Rohrwanddicke dient. This is where the invention provides help. She goes from a procedure to non-contact wall thickness measurement of axially moving pipes according to patent 1 078 779, in which the volume of a pipe section is inductive and the outside diameter is capacitive is scanned. According to the invention, this method is modified to the effect that that preferably for those heated beyond the Curie point and therefore non-magnetic Steel pipes the circular quality of an excited with its resonance frequency and with its Line of force field penetrating the pipe wall as a measure of the pipe wall thickness serves.

Bei diesem Verfahren spielt die magnetische Leitfähigkeit des Rohrmaterials keine Rolle mehr. Es kann deshalb auch allgemein bei nichtmagnetischen Metallen, z. B. Kupfer oder Aluminium, angewendet werden. Die Kreisgütemessung, welche jetzt als Maß für die Rohrwanddicke dient, ist nur von der elektrischen Leitfähigkeit des Rohrmaterials abhängig. The magnetic conductivity of the pipe material plays a role in this process no longer matter. It can therefore also be used in general with non-magnetic metals, z. B. copper or aluminum can be used. The circular quality measurement, which now serves as a measure of the pipe wall thickness is only dependent on the electrical conductivity depends on the pipe material.

Durch geeignete Ausbildung von Polschuhen kann mindestens ein Teil der Rohrwand vom Kraftlinienfeld des Schwingkreises erfaßt werden. Der Schwingkreis kann beispielsweise durch Preßluft gekühlt sein. Die Messung der Kreisgüte soll berührungslos erfolgen. Aus diesem Grunde muß dafür Sorge getragen werden, daß wenigstens im Augenblick der Messung der Abstand zwischen einem den Schwingkreis tragenden Meßkopf und der Rohrwandung gleich bleibt. By suitably designing pole pieces, at least one part the pipe wall can be detected by the force line field of the oscillating circuit. The oscillating circuit can for example be cooled by compressed air. The measurement of the circular quality is intended done without contact. For this reason, care must be taken that at least at the moment of the measurement, the distance between one bearing the resonant circuit Measuring head and the pipe wall remains the same.

Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises kann zweckmäßig so gewählt werden, daß das Wechselfeld noch ein Vielfaches der zu messenden Materialdicke durchdringen kann. The resonance frequency of the resonant circuit can expediently be chosen that the alternating field penetrate a multiple of the material thickness to be measured can.

Die Kreisgüte, welche beim Verfahren nach der Er-Erfindung als Maß für die Wanddicke dient, ist von der elektrischen Leitfähigkeit des Rohrmaterials' abhängig. The circular quality, which in the method according to the invention as a measure for the wall thickness depends on the electrical conductivity of the pipe material ' addicted.

Die elektrische Leitfähigkeit wiederum ist abhängig ron der Temperatur des Rohrmaterials. Bei dem Verfahren kann mit der Änderung der Kreisgüte eines zweiten Schwingkreises, dessen Resonanzfrequenz so gewählt ist, daß das Wechselfeld nur einen Bruchteil der Rohrwanddicke durchdringt, ein zweiter Meßwert erhalten werden, der nicht mehr von der Wanddicke, sondern nur noch von der Temperatur und den Materialeigenschaften abhängt. Durch eine geeignete Kombination des Kreisgütewertes des ersten Schwingkreises mit dem des zweiten kann die Temperatur- und Material abhängigkeit der Messung aufgehoben werden. The electrical conductivity, in turn, depends on the temperature of the pipe material. In the process, with the change of the circular quality of a second Resonant circuit, whose resonance frequency is like this is chosen that the alternating field is only one Fraction of the pipe wall thickness penetrates, a second measured value can be obtained, the no longer on the wall thickness, but only on the temperature and the material properties depends. By a suitable combination of the circular quality value of the first oscillating circuit with the second, the temperature and material dependency of the measurement can be canceled will.

Beide Schwingkreise können in einem Meßkopf zusammengefaßt sein. Both oscillating circuits can be combined in one measuring head.

Der Abstand dieses Meßkopfes von der zu messenden Rohrwand kann durch einen kapazitiven Fühler gesteuert werden. Es ist aber auch möglich, daß die Kreisgütewerte nur bei einem im voraus festgelegten, durch einen kapazitiven Fühler gemessenen Abstand des Meßkopfes von der Rohrwand vom Meßkopf abgenommen und weiterverarbeitet werden. The distance of this measuring head from the pipe wall to be measured can be a capacitive sensor can be controlled. But it is also possible that the circular quality values only with a predetermined one measured by a capacitive sensor Distance of the measuring head from the pipe wall removed from the measuring head and further processed will.

Die Schwingkreise können mit hoher Kreisgüte aus einer Spule, die einen mit Preßluft gekühlten ferromagnetischen Kern aufweist, und einem Kondensator aufgebaut sein. In diesen beispielsweisweise Parallelschwingkreis kann ein Widerstand mit einem Wlderstandswert kleiner als 1 Ohm eingefügt werden. An diesen Widerstand wird eine konstante Spannung mit einer Frequenz, die der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht, angelegt. Der Generator für diese Spannung sollte niederohmig sein. Ebenso soll der Generator frequenzstabil sein. Die sich bei der Messung ergebende Verstimmung des Kreises kann mit bekannten Mitteln automatisch (ohne Veränderung der Grundkreisgüte) nachgestimmt werden. Das Verhältnis zwischen der in den Kreis eingespeisten Anregung spannung und der im Parallelkreis auftretenden Resonanzspannung ergiht ein lineares Maß für die Kreisgüte. Der resultierende elektrische Wert kann direkt an einem Röhrenroltmeter ahgelesen oder einem Analogrechner zugeführt werden. The oscillating circuits can be made from a coil with high circular quality has a ferromagnetic core cooled with compressed air, and a capacitor be constructed. In this, for example, parallel resonant circuit, a resistor with a resistance value less than 1 ohm can be inserted. Of this resistance becomes a constant voltage with a frequency that corresponds to the resonance frequency of the oscillating circuit corresponds, created. The generator for this voltage should have a low resistance. The generator should also be frequency-stable. The one resulting from the measurement Detuning of the circle can be done automatically with known means (without change the base circle quality) can be readjusted. The relationship between the excitation voltage fed into the circuit and the one occurring in the parallel circuit Resonance voltage results in a linear measure for the circular quality. The resulting electrical The value can be read directly on a tubular rotary meter or fed to an analog computer will.

Ab einer Mindestwandstärke steigt die gemessene Kreisgüte mit zunehmender Wandstärke. Aus diesem Grunde sol-lte der Nießbereich erst ah einer gewissen Mindestwandstärke beginnen. Diese Forderung stellt keine Einschränkung dar, weil jedes Walzgerüst ohnehin nur in einem Bereich arbeitet, innerhalb dessen sich \\'andstärke und Durchmesser höchstens im Verhältnis 1 : 2 ändern. Dieses Verhältnis kann aher mit dem Verfahren nach der Erfindung leicht erfaßt werden. From a minimum wall thickness, the measured circular quality increases with increasing Wall thickness. For this reason, the usable area should only have a certain minimum wall thickness kick off. This requirement is not a restriction, because every roll stand anyway only works in an area within which the thickness and diameter change in a ratio of 1: 2 at most. This ratio can be related to the procedure can be easily detected according to the invention.

Die Spulenkerne leider Resonanzkreise können in einem geeigneten Meßkopf so nahe wie möglich an das Rohr herangebracht werden. Dabei kann eine Kühlung z. B. mit Preßluft vorgesehen sein. Das Kraftfeld kann längs oder quer zur Rohrachse verlaufen. The coil cores unfortunately can resonate in a suitable The measuring head should be brought as close as possible to the pipe. This can be a cooling z. B. be provided with compressed air. The force field can be along or across the pipe axis get lost.

Da sich die Rohre um die eigene Achse rotierend (in Sprüngen von 900) nach vorn bewegen, ist eine Seitwärtsbewegung der Rohre nicht immer zu vermeiden. Um nun die Meßwerte immer hei genau gleichem Abstand des Rohres vom Meßkopf zu erhalten, kann der Meßkopf auch noch mit einem kapazitiven Fühler ausgestattet sein. Dieser Fühler kann so arbeiten, daß seine veränderliche Kapazität dem Schwingkreis eines Schwet>ungssummers zugeordnet ist. Eine bestimmte Schwebungsfrequenz, die einem genau gemessenen Abstand entspricht, wird mit einem Quarzoszillator gleicher Frequenz verglichen. In der Schwehungslücke können die heiden Meßwerte ausgeblende und einem Analogrechner zugeführt werden. Since the pipes rotate around their own axis (in jumps from 900) move forward, sideways movement of the pipes cannot always be avoided. In order to get the measured values always at exactly the same distance between the pipe and the measuring head, the measuring head can also be equipped with a capacitive sensor. This Sensor can work in such a way that its variable capacity corresponds to the oscillating circuit of a Schwet> ungssummers is assigned. A certain beat frequency that one corresponds exactly to the measured distance, is with a crystal oscillator of the same frequency compared. In the swing gap, the two measured values can fade out and one Analog computer are fed.

Es werden also nur Meßwerte erfaßt, die bei dem gewünschten Rohrabstand gewonnen wurden. Kapazitive Meßfühler können auch dazu dienen, den Meßkopf automatisch auf den richtigen mittleren Rohrabstand und die richtige Höhe (vertikaler Halbmesser) zu bringen. Dazu kann ein Diskriminator verwendet werden. Über einen anschließenden Gleichstromverstärker können von dessen Ausgangswert Stellmotoren gesteuert werden.So only measured values are recorded that are at the desired pipe spacing were won. Capacitive sensors can also be used to set the sensor head automatically to the correct mean pipe spacing and the correct height (vertical radius) bring to. A discriminator can be used for this. About a subsequent DC amplifiers can be controlled by its output value servomotors.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist zur Ermittlung der Rohrwandstärke eine kapazitive Erfassung des Außendurchmessers nicht erforderlich. The method according to the invention is used to determine the pipe wall thickness a capacitive detection of the outer diameter is not required.

Trotzdem kann es erwünscht sein, den Außendurchmesser des Rohres direkt zu ermitteln. Dazu bieten sich die von den Rohren mit einer Temperatur von 800 bis 11000 C ausgestrahlten Infrarot- und Licht- strahlen an. Zur optischen Ermittlung des Durchmessers können Silizium-Fotoelemente herangezogen werden. Da der K urzschlußstrom dieser Elemente weitgehend mit der Beleuchtungsstärke linear ansteigt, sind keine komplizierten Rechenmaschinen erforderlich.Even so, it may be desirable to direct the outside diameter of the pipe to investigate. In addition, there are those of the pipes with a temperature of 800 to 11000 C emitted infrared and light shine on. For optical determination of the diameter, silicon photo elements can be used. Since the short-circuit current of these elements, which largely increase linearly with illuminance, are not complicated calculating machines are required.

Auch ist eine gewisse Unabhängigkeit von der Temperatur (unterhalb voil 1000 C) vorhanden. Mit Hilfe von Parabolspiegeln oder Linsen kann über eine definierte Schlitzblende ein relativer Meßwert und ohne Schlitzblende ein absoluter Meßwert für den Außendurchmesser gewonnen werden. Mit einer einfachen Rechenschaltung könnte aus beiden Meßwerten der Außendurchmesser beispielsweise in Millimetern errechnet werden.There is also a certain independence from the temperature (below voil 1000 C) available. With the help of parabolic mirrors or lenses one can defined slit diaphragm a relative measured value and without a slit diaphragm an absolute one Measured value for the outer diameter can be obtained. With a simple calculation circuit the outer diameter could be calculated in millimeters, for example, from the two measured values will.

PATENTANSPRttCHE-1. Verfahren zur berührungslosen Wandstärkemessung von axial bewegten Rohren nach Patent 1 078 779, bei dem das Volumen eines Rohrabschnittes induktiv und der Außendurchmesser kapazitiv abgetastet wird, dahingehend abgeändert, daß, vorzugsweise für über den Curie-Punkt hinaus erhitzte und deshalb unmagnetische Stahlrohre, die Kreisgüte eines mit seiner Resonanzfrequenz angeregten und mit seinem Kraftlinienfeld die Rohr wand durchsetzenden Schwingkreises als ein Maß für die Rohrwanddicke dient. PATENT CLAIM-1. Method for non-contact wall thickness measurement of axially moved pipes according to patent 1,078,779, in which the volume of a pipe section inductively and the outside diameter is scanned capacitively, modified to the effect that that, preferably for those heated beyond the Curie point and therefore non-magnetic Steel pipes, the circular quality of an excited with its resonance frequency and with its Line of force field the pipe wall penetrating the resonant circuit as a measure of the Pipe wall thickness is used.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the resonance frequency is chosen so that the alternating field is a multiple of the material thickness to be measured can penetrate.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that to compensate for the temperature and material dependency of the electrical conductivity of the pipe material the changes in the circular quality of a second oscillating circuit, whose Resonance frequency is chosen so that the alternating field is only a fraction of the pipe wall thickness penetrates, can be used.

4. The method according to claim 1 or 2 and 3, characterized in that that both oscillating circuits are combined in one measuring head.

5. The method according to claim 4, characterized in that the distance of the measuring head controlled by the pipe wall to be measured by a capacitive sensor will.

6. The method according to claim 1 and 4, characterized in that the Circular quality values only with a fixed, measured by a capacitive sensor Distance of the measuring head from the pipe wall can be processed.