DE1960925C

DE1960925C - Method of measuring the inside diameter of pipes

Info

Publication number: DE1960925C
Application number: DE19691960925
Authority: DE
Inventors: Franz 4000 Düsseldorf Ferber
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Filing date: 1969-12-04
Publication date: 1973-01-18

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Innendurchmessers von beliebig langen Rohren.The invention relates to a method for the continuous measurement of the inside diameter of any long pipes.

Wegen den vielfach sehr hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit von Rohren genügt es heute nicht mehr, stichprobenartige Kontrollen durchzuführen. Insbesondere genügt es für die Prüfung des Innendurchmessers nicht mehr, von den Rohrenden her mehr oder minder weit entfernv eine Messung durchzuführen. Gefordert wird ein Innendurchmesser, der über die gesamte Rohrlänge innerhalb der vorgegebenen Toleranzen bleibt. Hierzu sind entsprechende Verfahren und Vorrichtungen erforderlich, die von Fall zu Fall weitere Bedingungen erfüllen müssen.Because of the often very high demands on the dimensional accuracy of pipes, it is not sufficient today more to carry out random checks. In particular, it is sufficient for checking the inside diameter no longer have to carry out a measurement more or less far away from the pipe ends. An inside diameter is required that is within the specified over the entire length of the pipe Tolerances remains. Appropriate procedures and devices are required for this, as required may have to meet additional conditions.

Es ist bekannt, die Wandung von Schläuchen und Rohren bei der Fertigung zu kontrollieren, indem aus der Schwächung einer die Wandung von innen nach außen durchdringenden radioaktiven Strahlung auf die Wandstärke geschlossen wird. Diese Methode kann mit einer Kontrolle des Außendurchmessers kombiniert werden, so daß sich auf diese Weise auch der Innendurchmesser errechnen läßt (Deutsche Patentschrift 971,619). Die zugehörige Vorrichtung bei diesem bekannten Verfahren besteht aus einem Präparathalter, auf dem der Strahler befestigt ist, und aus außerhalb des Rohres angeordneten Meßkammern. Der Präparathalter ist seinerseits am Dorn eines Rohrformwerkzeugs befestigt. Die Messung erfolgt unmittelbar nachdem das entstehende Rohr aus dem Formwerkzeug austritt. Dieses bekannte Meßverfahren ist daher in seiner Anwendung auf die Kontrolle der Wandung (bzw. auch des Innendurchmessers) unmittelbar bei der Fertigung beschränkt. Es ist nicht geeignet zur Messung fertiger, beliebig langer Rohre.It is known to control the wall of hoses and pipes during manufacture by off the weakening of a radioactive radiation penetrating the wall from the inside to the outside on the Wall thickness is closed. This method can be combined with a control of the outside diameter so that the inner diameter can also be calculated in this way (German patent specification 971,619). The associated device in this known method consists of a specimen holder, on which the radiator is attached, and from measuring chambers arranged outside the tube. The specimen holder is in turn attached to the mandrel of a pipe forming tool. The measurement takes place immediately after the resulting pipe emerges from the molding tool. This known measuring method is therefore direct in its application to the control of the wall (or also the inside diameter) limited in manufacturing. It is not suitable for measuring finished pipes of any length.

Der entscheidende Nachteil dieses wie anderer bekannter Verfahren und Vorrichtungen besteht darin, daß zur Messung ein Meßwertgeber in das Rohrin nere eingebracht werden muß. Dazu sind entspre chende Vorrichtungen erforderlich, die bei langen und insbesondere bei dünnen Rohren in der Handhabung sehr umständlich und empfindlich sind. Selbst wenn man. was nicht immer möglich ist, eine Abstützung im Rohrinneren zuläßt, bereitet die Justierung der Meßwertgeber erhebliche Schwierigkeiten. Außerdem bestehen beim Einbringen eines Meßwertgebers in das Rohrinnere Schwierigkeiten beim kontinuierlichen Messen und bezüglich der Meßgenauigkeit.The decisive disadvantage of this like other known methods and devices is that that a transducer must be introduced into the Rohrin nere for measurement. These are corresponding Such devices are required for handling long and especially thin tubes are very cumbersome and sensitive. Even if you. what is not always possible, a support allows inside the pipe, the adjustment of the transducer causes considerable difficulties. Besides that there are difficulties when introducing a transducer into the interior of the pipe with continuous Measure and with regard to the measurement accuracy.

Es ist deshalb auch schon ein Verfahren vorge schlagen worden, bei dem die Wandstärke eines axial bewegten Rohres gemessen wird, ohne daß ein Meß wertgeber in das Rohrinnere eingebracht werden muß. Dabei wird ein induktives Abtastverfahren zur Erfassung des Volumens und ein kapazitives Abtast verfanren zur Erfassung des Außendurchmessers mit einander kombiniert. Aus den Meßwerten wird in einer bekannten Rechenschaltung ein der Rohrwand stärke proportionales Ergebnis gebildet (Deutsche Pa tentschrift 1,078,779). Dieses Verfahren wäre prinzipiell auch zur Messung des Innendurchmessers geeig net. Es hat jedoch folgende Nachteile. Das für die berührungslose induktive Volumenmessung vorgesehene Magnetjoch kann nicht beliebig nahe an dem axial bewegten Rohr angeordnet werden, da mit Ab weichungen des Außendurchmessers gerechnet wer den muß. Daher kann sich während der Messung auch der Luftspalt zwischen Rohr und Magnetjoch ändern. Gerade bei induktiven Messungen muß aber die Einhaltung eines konstanten Luftspalts gefordert werden, weil dieser die Meßgenauigkeit ganz erheb lieh beeinflußt. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt zudem die Ermittlung der Meßwerte sowohl für das Volumen als auch für den Außendurchmesser nicht punktförmig, sondern jeweils für einen Rohrabschnitt, wodurch eine Änderung der Wandstärke, die sich nur über einen Teil der Länge des erfaßten Rohrabschnitts erstreckt, gar nicht oder nicht in voller Höhe gemessen wird. Die Meßgenauigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens ist ferner dadurch beeinträchtigt, daß zusammengehörige Meßwerte am Rohr axial versetzt ermittelt werden. Dieser Meßfehler ist unvermeidlich, da es nicht möglich ist, die Meßwertgeber in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse anzuordnen. Da jeweils die gemessenen Rohrabschnitte Teil eines Oszillatorkreises sind, ist für das Funktionieren des Verfahrens eine axial versetzte Anordnung der Meßwertgeber unumgänglich, um eine wechselseitige Beeinflus-It has therefore already been proposed a method in which the wall thickness of an axial Moving pipe is measured without a measuring transducer being introduced into the interior of the pipe got to. An inductive scanning method for recording the volume and a capacitive scanning method are used to measure the outside diameter combined with each other. From the measured values, in Using a known computing circuit, a result proportional to the pipe wall thickness was generated (German Pa publication 1,078,779). In principle, this method would also be suitable for measuring the inside diameter net. However, it has the following disadvantages. The one intended for non-contact inductive volume measurement Magnet yoke cannot be arranged as close as desired to the axially moving tube, since with Ab deviations of the outer diameter are calculated who must. Therefore it can change during the measurement also change the air gap between the pipe and the magnet yoke. However, especially with inductive measurements compliance with a constant air gap is required because this increases the accuracy of the measurement borrowed influenced. In the known method, the measured values are also determined for both Volume as well as for the outer diameter are not punctiform, but each for a pipe section, whereby a change in the wall thickness, which extends over only part of the length of the detected pipe section extends, is not measured at all or not in full. The measurement accuracy of the proposed The method is further impaired by the fact that associated measured values are axially offset on the pipe be determined. This measurement error is inevitable because it is not possible to use the transducers in one Arrange the plane perpendicular to the pipe axis. Since each of the measured pipe sections is part of an oscillator circuit are, an axially offset arrangement of the transducers is necessary for the functioning of the method indispensable for mutual influencing

sung auszuschließen. Mit dem vorbekannten Verfahren ist es schließlich nicht möglich. Abweichungen des Rohres von der Kreisform zu ermitteln. to exclude the solution. After all, it is not possible with the previously known method. To determine deviations of the pipe from the circular shape.

Aus den Unzulänglichkeiten und Nachteilen der bekannten Rohrprüfverfahren ergibt sich die erfindungsgemäße Aufgabe, ein Verfahren zur Messung des Innendurchmessers beliebig langer Rohre zu finden, das eine kontinuierliche, rasch arbeitende und exakte Prüfung erlaubt. From the inadequacies and disadvantages of the known pipe testing methods, the object according to the invention is to find a method for measuring the inside diameter of pipes of any length which allows continuous, fast and exact testing.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei sich drehendem und axial fortschreitend bewegtem Rohr durch zwei in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse einander gegenüberliegende induktive Wegaufnehmer der Außendurchmesser des Rohres und durch einen in der gleichen Ebene angeordneten Ultraschall-Prüfkopf die Wandstärke des Rohres gemessen wird und daß aus den gewonnenen Meßwerten nach Umwandlung in gleichartige analoge Grö Ben eine dem Innendurchmesser analoge Größe gebildet wird. According to the invention, this object is achieved in that, while the pipe is rotating and moving axially, the outer diameter of the pipe is measured by two inductive displacement transducers opposite one another in a plane perpendicular to the pipe axis and the wall thickness of the pipe is measured by an ultrasonic probe arranged in the same plane and that from the measured values obtained, after conversion into similar analog quantities, a quantity analogous to the inside diameter is formed.

Der Ultraschallprüfkopf wird hierbei zweckmäßigerweise über eine Flüssigkeit mit dem zu prüfenden Rohr gekoppelt.The ultrasonic test head is expediently connected to the test head via a liquid Pipe coupled.

In weiterer Ausbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, Meßwertänderungen der Wandstärke, die periodisch mit der Drehzahl des zu prüfenden Rohres auftreten, durch Filter zu unterdrücken und so die mittlere Wandstärke zu bilden.In a further development of the method it is proposed that changes in the measured values of the wall thickness, the occur periodically with the speed of the pipe to be tested, suppressed by filters and so the to form medium wall thickness.

Aus den analogen Größen für Außendurchmesser und die mittlere Wandstärke wird mittels Summier verstärker rückwirkungsfrei eine analoge Größe für den Innendurchmesser gebildet.The analog values for the outside diameter and the mean wall thickness are summed up by means of a summation amplifier created an analog value for the inside diameter without any reaction.

Eine vorteilhafte Ergänzung des erfindungsgemä ßen Verfahrens wird erreicht, wenn bei Abweichungen des Innendurchmessers von einem vorgegebenen Sollwert ein akustisches oder optisches Signal ausge löst, wenn die Transportvorrichtung abgeschaltet oder wenn auf dem zu prüfenden Rohr eine Markie rung angebracht wird.An advantageous addition to the method according to the invention is achieved if there are deviations of the inside diameter of a specified target value, an acoustic or optical signal is issued triggers when the transport device is switched off or when a mark is on the pipe to be tested tion is attached.

Das Verfahren kann ferner zweckmäßig durch eine gleichzeitige Prüfung des Rohres auf Längs- und Querfehler mittels Ultraschall weiter ausgebildet wer den.The method can further expediently by a simultaneous examination of the pipe for longitudinal and Transverse flaws further trained by means of ultrasound who the.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigt:The invention is illustrated in more detail in the drawing using an exemplary embodiment. It indicates:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit der vereinfachten Darstellung des erfindungsgemäßen Innendurchmesser-Prüfverfahrens. 1 shows a block diagram with the simplified representation of the inner diameter test method according to the invention.

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Anordnung der Meßwertgeber.2 shows a simplified representation of the arrangement of the transducers.

Das zu prüfende Rohr 10 wird in die (nicht dargestellte) Transportvorrichtung eingelegt. Nach Einstel lung der Meßbereiche wird das Rohr 10 durch Einschalten der Transportvorrichtung transversal und um die eigene Längsachse drehend an den induktiven Wegaufnehmern für den Außendurchmesser la, Ib sowie an dem Ultraschall-Prüfkopf für die Wandstärke 2 vorbeibewegt. Die beiden induktiven Wegaufnehmer la, 16 sind in einer Ebene liegend gegenüber an beiden Seiten des Rohres angeordnet. Der Ultraschall-Prüfkopf ist senkrecht von unten gegen das Rohr gerichtet und in einem Wasserbecken 3 angeordnet. Alle drei Meßwertgeber liegen in der gleichen, zur Rohrachse senkrechten Ebene (Fig. 2). Die Meßwerte der induktiven Wegaufnehmer la, Ib werden in einem Trägerfrequenzverstärker 4 in eine dem Außendurchmesser analoge Spannung umgewandelt.The pipe 10 to be tested is placed in the transport device (not shown). After setting the measuring ranges, the tube 10 is moved past the inductive displacement transducers for the outer diameter la, Ib and the ultrasonic probe for the wall thickness 2 by turning on the transport device transversely and rotating about its own longitudinal axis. The two inductive displacement transducers 1 a, 16 are arranged in a plane opposite one another on both sides of the tube. The ultrasonic probe is directed vertically from below against the pipe and arranged in a water basin 3. All three transducers lie in the same plane perpendicular to the pipe axis (Fig. 2). The measured values of the inductive displacement transducers 1 a , 1 b are converted in a carrier frequency amplifier 4 into a voltage analogous to the outer diameter.

Der Ultraschall-Prüfkopf wird von einem periodisch in bestimmten Frequenzbereichen modulierten Ultraschall-Generator beaufschlagt Im Resonanzfall steigt dessen Leistungsaufnahme stark an. Die Resonanzfre- $ quenz ist bei der für die Rohrwerkstoffe bekannten Schallgeschwindigkeit ein Maß für die Laufzeit des Ultraschalls in der Rohrwand und damit auch ein Maß für die Wandstärke. Die über die Leistungsaufnahme des Ultraschall-Generators meßbare Resonanz-The ultrasonic probe is acted upon by an ultrasonic generator that is periodically modulated in certain frequency ranges. In the case of resonance, it increases its power consumption strongly. The resonance frequency is known for the pipe materials The speed of sound is a measure of the transit time of the ultrasound in the pipe wall and therefore also a Measure for the wall thickness. The resonance that can be measured by the power consumption of the ultrasonic generator frequenz wird in bekannter Weise in einem Gerät 5 in eine der Wandstärke analoge Spannung umgewandeltfrequency is converted in a known manner in a device 5 into a voltage analogous to the wall thickness

Bei exakt zentrischen Rohren, d.h. bei rundum genau gleicher Wandstärke des Rohres in der Meß-With exactly centric pipes, i.e. with exactly the same wall thickness of the pipe in the measuring

ebene könnte die in diesem Gerät 5 gebildete, der Wandstärke analoge Spannung direkt mit der dem Außendurchmesser analogen Spannung unter Berücksichtigung des Vorzeichens und des Faktors 2 addiert werden. Im allgemeinen weisen die Rohre jedoch eine gewisse Exzentrizität auf. die sich als periodische Schwankung der der Wandstärke analogen Spannung bemerkbar macht Grundsatzlich könnte die infolge Exzentrizität auftretende Änderung der Wandstärke dadurch eliminiert werden, daß ein zweiter Ultra sch.ill Prüfkopf um 180° versetzt angeordnet würde. Abgesehen von dem zusätzlichen Aufwand wäre es dann aber nicht mehr möglich, alle erforderlichen Meßwertgeber in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene anzuordnen. Die Messung der Wandstärke mit zwei Ultraschall-Prüfköpfen müßte axial versetzt zur Messung des Außendurchmessers erfolgen und die zusammengehörigen Meßwerte würden nicht gleichzeitig anfallen. Damit würde aber zur Ermittlung des Innendurchmessers eine Synchronisation der Meßwerte erforderlich sein. Das ist zwar grundsätzlich möglich, bedingt aber einen weiteren erheblichen Aufwand. Erfindungsgemäß werden deshalb alle kurzfristigen__bzw. infolge Exzentrizität des Rohres periodischen Ände rungen der der Wandstärke analogen Spannung zu un terdrücken. Das ist mittels Filter 6 deswegen möglich, weil die Frequenz der Wandstärkenänderung in folge Exzentrizität proportional der Drehzahl des zu prüfenden Rohres ist und weil diese Frequenz jeweils um mindestens den Faktor 10 größer gewählt werden kann, als die Frequenz einer gegebenenfalls periodischen Änderung der mittleren Wandstärke, die evtl. bei nach dem Pilgerschritt-Verfahren hergestellten Rohren auftreten kann. Mit anderen Worten, die mögliche Änderung der mittleren Wandstärke ist immer level, the voltage, which is analogous to the wall thickness and formed in this device 5, could be added directly to the voltage, which is analogous to the outer diameter, taking into account the sign and the factor 2. In general, however, the tubes have a certain eccentricity. which becomes noticeable as a periodic fluctuation of the voltage analogous to the wall thickness. In principle, the change in wall thickness that occurs as a result of eccentricity could be eliminated by arranging a second Ultra-Sch.ill test head offset by 180 °. Apart from the additional effort, it would then no longer be possible to arrange all the necessary transducers in a plane perpendicular to the pipe axis. The measurement of the wall thickness with two ultrasonic probes would have to be carried out axially offset to the measurement of the outside diameter and the associated measured values would not occur at the same time. However, this would require synchronization of the measured values in order to determine the inside diameter. In principle, this is possible, but requires a further considerable amount of effort. According to the invention, therefore, all short-term__bzw. as a result of the eccentricity of the pipe, periodic changes in the voltage analogous to the wall thickness are suppressed. This is possible using filter 6 because the frequency of the change in wall thickness as a result of eccentricity is proportional to the speed of the pipe to be tested and because this frequency can be selected to be at least 10 times greater than the frequency of any periodic change in the mean wall thickness, which can possibly occur with pipes manufactured according to the pilgrim step process. In other words, the possible change in mean wall thickness is always

kleiii gegenüber der möglichen Änderung der momentanen Wandstärke infolge Exzentrizität. Der (oder die) Filter 6 werden so abgestimmt, daß die der Dreh zahl des Rohres proportionalen Frequenzen der der Wandstärke analogen Spannung unterdrückt werden und nur eine der mittleren Wandstärke analoge Spannung durchgelassen wird.kleiii compared to the possible change in the current wall thickness due to eccentricity. The river Oder the) filter 6 are tuned so that the speed of the tube proportional frequencies of the Wall thickness analog voltage can be suppressed and only one of the average wall thickness analog voltage is let through.

Diese der mittleren Wandstärke analoge Spannung wird unter Berücksichtigung des Vorzeichens und des Faktors 2 zusammen mit der dem Außendurchmesser analogen Spannung in den Summierverstärker 7 gegeben, der daraus rückwirkungsfrei gemäß folgender FormelThis voltage, which is analogous to the mean wall thickness, is calculated taking into account the sign and the Factor 2 together with the voltage analogous to the outer diameter in the summing amplifier 7 given, the resulting non-retroactive according to the following formula

Di = Da — 2 Sm Di = Da - 2 Sm

Di = Innendurchmesser Da = Außendurchmesser Di = inside diameter Da = outside diameter

Sm — mittlere Wandstärke Sm - mean wall thickness

eine dem Innendurchmesser analoge Spannung bildet. Die einzelnen Meßwerte, wie auch das Ergebnisforms a voltage analogous to the inner diameter. The individual measured values as well as the result

der Rechnung, können schließlich in einem Registriergerät 8 fortlaufend aufgezeichnet werden.the invoice, can finally be stored in a recorder 8 can be recorded continuously.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, gleichzeitig mit der Innendurchmesserprüfung die Ultraschall-Prüfung des Rohres auf Längs* und Querfehler durchzuführen. Hierzu werden die erforderlichen zwei weiteren Ultraschall-Prüfköpfe 9a, 9b in einem axial versetzten zweiten Wasserbecken 11 angeordnet (Fig. la). Die gleiche Transportvorrichtung bewegt das zu prüfende Rohr zunächst an den Meßwertgebern für die Innendurchmesserprüfung vorbei und dann an den Meßwertgebern für die Fehlerprüfung. Eine Synchronisation der Meßwerte beider Prüfungen ist nicht erforderlich.According to the invention it is also provided that the ultrasonic test of the pipe for longitudinal and transverse defects is carried out at the same time as the internal diameter test. For this purpose, the required two further ultrasonic probes 9a, 9b are arranged in an axially offset second water basin 11 (FIG. 1 a). The same transport device moves the pipe to be tested first past the transducers for checking the inside diameter and then past the transducers for checking for defects. It is not necessary to synchronize the measured values of both tests.

Die zuletzt beschriebene Kombination der beiden Prüfverfahren hat den großen Vorteil, daß praktisch alle üblichen Rohrprüfungen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden können. Neben den bisher geschilderten Prüfungen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wahlweise oder gleichzeitig auch der Außendurchmesser, die Exzentrizität sowie die mittlere Wandstärke geprüft und registriert werden.The combination of the two test methods described last has the great advantage that it is practical all common pipe tests can be carried out in one operation. In addition to the previously described Tests can also be carried out with the method according to the invention either or at the same time the outside diameter, the eccentricity and the mean wall thickness can be checked and registered.

Damit ist ein Universal-Prüfverfahren entwickelt worden, das gegenüber den bekannten Verfahren folgende Vorteile aufweist:A universal test method has thus been developed which, compared to the known methods, is as follows Has advantages:

a) Innendurchmesserprüfung an beliebig langen Rohren auch bei kleinem Rohrinnendurchmesser möglich; es muß kein Meßwertgeber in das Rohrinnerea) Inside diameter testing on pipes of any length is possible, even with small pipe inside diameters; there is no need for a transducer inside the pipe

ίο eingebracht werden.ίο be introduced.

b) Hohe Genauigkeit bei gleichzeitig großer Ansprechgeschwindigkeit. b) High accuracy with a high response speed at the same time.

c) Unabhängigkeit von Temperatureinflüssen.c) Independence from temperature influences.

d) Durch Kombination verschiedener, gleichzeitig ι j durchführbarer Prüfungen Abkürzung des Zeitaufwandes für die Rohrprüfung.d) By combining different tests that can be carried out at the same time, the time required is shortened for pipe testing.

e) Geringer Aufwand.e) Little effort.

f) Die Innenwandung des Rohres muß nicht berührt werden.f) The inner wall of the pipe does not have to be touched.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for the continuous measurement of the inner diameter of tubes of any length, characterized in that with rotating and axially progressively moving tube (10) by two in a plane perpendicular to the tube axis opposing inductive displacement transducers (la, Ib) the outer diameter of the tube and the wall thickness of the pipe is measured by an ultrasonic test head (2) arranged in the same plane, and that a variable analogous to the inside diameter of the pipe is formed from the measured values obtained after conversion into similar analog values.

2. The method according to claim I, characterized in that the ultrasonic probe has a Liquid is coupled to the pipe to be tested.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that measured value changes the wall thickness, which occurs periodically with the speed of the pipe to be tested, using a filter be suppressed.

4. The method according to claims 1 to 3, there characterized in that from the analogous sizes for outer diameter and mean wall thickness Using a summing amplifier, an analog value for the inside diameter is generated without any reaction will.

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that if there are deviations in the Inside diameter, an acoustic or optical signal is emitted from a specified target value. solves that the transport device is switched off or that on the pipe to be tested a mark is made.

6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that a test at the same time of the pipe for longitudinal and transverse defects is carried out using ultrasound.