DE2628178A1

DE2628178A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen, kontinuierlichen, zerstoerungsfreien qualitaetskontrolle, insbesondere von steinzeugrohren

Info

Publication number: DE2628178A1
Application number: DE19762628178
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Cremer und Breuer Keramische Betriebe GmbH
Current assignee: Cremer und Breuer Keramische Betriebe GmbH
Priority date: 1976-06-23
Filing date: 1976-06-23
Publication date: 1977-12-29
Also published as: GB1578278A; US4166393A; IT1079056B; BE856015A

Description

DR. SOLF & ZAPF PATENTANWÄLTE

DR.-IN6. DIPL.-INQ. A. SOLF DIPL.-ING. OHR. ZAPF

56 Wuppertal 1 WaJI 27/29 Postfach 13O219

I/n/2&8

Cremer + Breuer GmbH, Kolner Straße 72, 5020 frechen 1

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen, kontinuierlichen,zerstörungsfreien Qualitätskontrolle, insbesondere von Steinzeugrohren

Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen,kontinuierlichen,zerstörungsfreien Qualitätskontrolle von üteinzeugrohren oder ähnlichen Gegenständen mit Resonanzfrequenzschwingungen.

Es ist bereits versucht worden, oteinzeugrohre zerstörungsfrei über Resonanzfrequenzsohwingungsmessungen mit niederfrequenten mechanischen ./eilen zu prüfen. Dabei wurde über einen Vibrator die in einem Tongenerator erzeugte Frequenz seitlich in der Rohrr;.xtte auf die Wandung aes ateinzeugrohres, das mit dem Spitzende auf einer Üchauniguwmiiaatte stand, übertragen und mit einem Tonabnehmer auf der gegenüberliegenden Wandung des Rohres ebenfalls in der Mitte aufgenommen. Jie gemessenen Resonanzfrequenzen wurden unter anderem zur Scheiteldruckfestigkeit eines bestimmten Rohrtyps in Korrelation gebracht.

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Oas bekannte Verfahren konnte sich jedoch zur Qualitätskontrolle in der Üteinzeugindustrie nicht durchsetzen, weil insbesondere bedingt durch die Lagerung des Rohres,die Art der oehwingungsanregung,die Positionierung der D-jhwingun^smeßköpfe am Rohr sowie die Empfindlichkeit der Apparaturen gegen Störschall eine zweifelsfreie Zuordnung der gemessenen Resonanzfrequenz-Schwingungen zum jeweiligen Rohrschwingungstyp nicht möglich ist. Des weiteren wird die Korrelation der Scheiteldruckfestigkeiten zu den Resonanzfrequenzschwingungen durch Einflüsse überlagert, die durch das Herstellungsmaterial,den Brenngrad,die Nennweite, die Länge, die Scherbendicke sowie den Poren- und Feuchtigkeitsgehalt der Rohre verursacht werden, so daß gesicherte Zusammenhänge nicht gewährleistet werden können . Darüber hinaus eignet sich das bekannte Verfahren nicht zum Automatisieren für eine kontinuierliche Qualitätskontrolle, weil die Handhabung und Zentrierung zur Ankopplung der keßinstrumente der aufrecht stehenden Rohre, insbesondere beim Prüfen von Rohren unterschiedlicher Nennweite erheblichen maschinellen Aufwand erfordert.

-Demgemäß ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die es erlauben, eine automatische, kontinuierliche Qualitätskontrolle von insbesondere Üteinzeugrohren nach dem Resonanzfrequenzverfahren durchzuführen, die nahezu unabhängig vom ütörschall sind, ohne Umrüstung

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für Rohre unterschiedlicher Nennweiten eingesetzt werden können, schnell arbeiten und dabei eine gesicherte Korrelation zwischen der Scheiteldruckfestigkeit und einer Resonanzfrequenz gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur zerstörungsfreien kontinuierlichen Qualitätskontrolle von Steinzeugrohren oder ähnlich ausgebildeten Gegenständen gelöst, wobei das Rohr mit einem Schwingungsgeber bis zu einer Resonanzfrequenz— schwingung angeregt wird und diese Schwingung mit mindestens einem Schwingungsaufnehmer gemessen, registriert und mit Werten einer Eichkurve verglichen wird, das sich dadurch auszeichnet, daß jedes Rohr während der Anregung und Messung in mindestens einer Schwingungsknotenlinie lagert und die Resonanzfrequenzschwingung insbesondere im Maximum mindestens eines Schwingungsbauches angeregt und gemessen wird. Bekanntlich kommt es im Resonanzfall zu stehenden Wellen. Dabei sind in den Schwingungsknoten die Masseteilchen dauernd in Ruhe, dazwischen liegen die Schwingungsbäuche. Die Schwingungsknoten bzw. Schwingungsbäuche werden auch als Minima bzw. Maxima bezeichnet.

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Die Lagerung des Rohres kann auf einer oder mehreren Knotenmantellinien erfolgen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Rohr in horizontaler bzw. waagerechter Lage antransportiert, in Schwingungen versetzt und abtransportiert wird. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Anregung und Messung der Resonanzfrequenzschwingung auf einer Mantellinie des Rohres durchgeführt und die Anregung dabei mit einem Schwingungsgeber und die Messung mit zwei Schwingungsaufnehmern durchgeführt. Durch diese Anordnung ist es möglich, die gemessenen Resonanzfrequenzen den jeweiligen Resonanzfrequenzschwingungen zuzuordnen und damit das Meßergebnis reproduzierbar auszuwerten. Es hat sich gezeigt, daß bei der Kontrolle von Steinzeugrohren eine?^ Länge von 1 bis 2 m die Meßergebnisse besonders eindeutig ausfallen, wenn der Schwingungsgeber zwischen der Rohrspitze und dem ersten Knotenkreis der Resonanzfrequenzschwingung f_?p und vorzugsweise im Bereich des 0,1-fachen der Rohrlänge von der Rohrspitze aas gerechnet liegt. Bei der Resonanzschwingung fpo schwingt das Rohr mit vier Knotenmantellinien und zwei Knotenkreisen. Die optimale Lage des ersten Schwingungsaufnehmers befindet sich im Bereich der Schwingungsknotenkreise von f und dem zweiten Schwingungskreis der Schwingung f₂₂ > insbesondere bei etwa dem 0,3-fachen der Rohrlänge von der Rohrspitze aus gerechnet. Die optimale Lage des zweiten Schwingungsaufnehmers liegt im Bereich des zweiten Schwingungsknotenkreises der Schwingung f_?? von der Rohrspitze aus gerechnet.

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Um die Anf all J *>keit gegen otörschall weitest gehendst auszuschließen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zur Anregung und Messung der Resonanzfrequenzen störschallunempfindliche Geber und Aufnehmer, insbesondere magnetische Systeme zu verwenden .

Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens lagert das Rohr auf zwei unteren Knotenmantellinien an vorzugsweise vier Punkten der Knotenmantellinien und wird zwischen und unterhalb der Linien mit der Resonanzfrequenzschwingung angeregt und axe -schwingungen auf der Anregungsmantellinie gemessen. In diesem i'all wird das .{Ohr vorzugsweise auf zwei rechtwinkligen, mit Gummi beschichteten drehbaren Kreuzen gelagert, wobei die Kreuze insbesondere im Abstand voneinander angeordnet sind, der zwischen dem 0,6 - bis 0,8 -fachen der Länge des itohres entspricht, insbesondere aber das 0,7 -fache beträgt. Weitere wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die kennzeichnenden Teile der Unteransprüche 2 bis Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur automatischen kontinuierlicnen durchführung ües erfindungsgemäßen Verfahrens, die im wesentlichen aus einer Lagerung für die Rohre, ijchwingungsgeber- und ochwingungsaufnehiaerelementen sowie uegistrieranlagen besteht und sich dadurch auszeichnet, daß sie ein Transportband mit Transportwalzen, eine fotoelektrische itohrabtastung, zwei .Drehkreuze mit Gummibeschichtung, zwei

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Schwingungsaufnehmer sowie einen Schwingungsgeber aufweist. Weitere erfindungswesentliche Merkmale der Vorrichtung enthalten
die Unteransprüche 12 bis 16.

Anhand der Fig. 1 bis 3 werden das Verfahren und eine Vorrichtung nach der Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kontrollvorrichtung,

Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung in Meßstellung,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. und

Fig. 4 ein Schaltungsprinzip der Automatisierung.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus dem Transportband 2, das sich vorzugsweise aus Transportwalzen 11 zusammensetzt. Der Abstand der Transportwalzen 11 voneinander wird so gewählt, daß das waagerecht transportierte Rohr mit dem kleinsten Nenndurchmesser noch ohne erheblichen Durchhang transportiert werden kann. Die Transportwalzen sind vorzugsweise zweireihig 12, 13 ausgeführt, um insbesondere Raum für Meßgeräte und Lagerelemente für das zu prüfende Rohr zu schaffen.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ferner zwei Drehkreuze 4 und 4', die vorzugsweise rechtwinklig ausgebildet und deren Drehachse unterhalb des Transportbandes und quer dazu angeordnet sind. Die Drenkreuze 4»4' sind mit einem G-uiomiüberzug versehen ι um störende Eigensc-nwin^'unt-,en auszuschalten, Seitlich unterhalb des Transportbandes 2 zwischen den Drehkreuzen 4, 4' ist die Heßeinrichtung 7 mit einen bohwinguntrsgeber 9 und zwei >Sch.vingungsaufnehinern 8, 10 angeordnet. Die einzelnen Lleiaente der Meßeinrichtung 7 befinden sich vorzugsweise in gleicher horizontaler vertikaler Ebene und sind mechanisch miteinander gekoppelt. Die Keßeinrichtung 7 lagert höhenverstellbar auf einer Hubvorrichtung 6. Zudem besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine fotoelektrische iiohrabtastung 3.

Zur kontinuierlichen automatischen Prüfung werden die Üteinzeugrohre 1 liegend auf dem Transportband 2 der Meßeinrichtung 7 zugeführt. Bevor sie die Drehkreuzlagerung 4,4* erreichen, erfolgt eine Nenndurchmessermessung mit an sich bekannten fotoelektrischen Geräten 3· Das Meüergebnis der fotoelektriechen fiohrabtastung dient insbesondere dazu, den elektronischen Teil der automatischen Frequenzmessung und die dazugehörige Mechanik insbesondere für die Lage der Schwingungiäaufnehmer und -geber (Hubvorrichtung) vorzujustieren. Hierbei wird der nennweitenabhängige Frequenzbereich vorgewählt sowie Frequenzbereich und Phasenverschiebung zwischen Schwingungsgeber

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und Üchwingungsempfanger eingestellt. ;.s kann dann die automatische Messung durchgeführt werden. Liegt die Resonanzfrequenz des zu prüfenden itohres im vorgewählten Bereich, nandelt es sich um ein einwandfreies üohr, das entsprechend weitergeleitet wird. Im umgekehrten i'all wird das Rohr üurch mit der Leitvorrichtung gekoppelte Transportgeräte aussortiert.

kit dem Ii ennweitenmeü impuls vird gleichzeitig in der tfolge axe Stillegung des Bpjides 2, Drehung der Lreuze 4_f 4' um 45 , Ankopplung der keüeinrichtung 7 über die Hubvorrichtung 6, Einschaltung und Ausschaltung der wei-igeräte 8,9, 1υ, Drehung der Drehkreuze 4, 4¹ um weitere 45 und Ingangsetzung des Transportbandes initiiert.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, lagert das Rohr 1 mit den beiden Knotenmantellinxen 5, 5¹ auf dem Drehkreuz 4, das rechtwinklig ausgebildet ist. Diese Ausführungsform macht die Lagerung der Rohre unabhängig vom Nenndurchmesser, da für die Resonanzfrequenz bei der erfindungsgemäßen Anregung die Knotenmantellinxen immer um 45° nach beiden Seiten zur Anregung versetzt liegen und damit die Schenkel des Kreuzes unabhängig vom Durchmesser auf diesen Linien die Rohre tangential berühren. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Winkel der Drehkreuze zu wählen, wenn andere Resonanzfrequenzen gemessen werden sollen. Wichtig ist, daß die Ankopplung von Schwingungsgeber und -aufnehmer am Rohr senkrecht über der Drehkreuzachse der Drehkreuze 4, 4¹ erfolgt.

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Der Abstand der DrehKreuze voneinander kann vorzugsweise automatisch variierbar ausgebildet sein und seine Einstellung mit der Frequenzbereichsimpulsgebung gekoppelt werden. Das ermöglicht, die günstigste Lagerstellung der Drehkreuze auf die jeweilige Rohrlänge abzustimmen. Ebenso ist es möglich, auch den Abstand der Schwingungsaufnehmer zum ochwingungsgeber entsprechend der Üohrlänge automatisch variierbar auszubilden, damit die optimale Kopplungsstellung fur den zu prüfenden Hohrtyp einstellbar ist.

Vorzugsweise ist der Schwingungsaufnehmer 9 im Bereich zwischen dem Knotenkreis der Resonanzschwingung f und dem zweiten Knotenkreis der Resonanzschwingung f und der Schwingungsaufnehmer im Bereich des zweiten Knotenkreises von der Rohrspitze aus gerechnet angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere die Kontrolle bzw. Zuordnung der gemessenen Resonanzfrequenzschwingungen zum jeweiligen Rohrschwingungstyp, was für den Aussagewert der Prüfung von wesentlicher Bedeutung ist.

Die G-eräuschunempfindliehkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäuen Vorrichtung wird durch den Einsatz leistungsstarker magnetischer ochwingungs^eber und-nehmer sowie durch die geometrisch definierte Schwingungsankopplung erreicht, selbst starke Hammerschläge während der frequenzmessung beeinflussen das Ergebnis nicht. Die eindeutige Zuordnung der gemessenen Rohrresonanzfrequenzen zum Kohrschwingun^styp wird eben-

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falls durch geometrisch definierte Svjh.win.mnj sankopplung zu den Schwingungsknotenmantellinien und Johwin^ungsknotenkreisen in bezug auf den gewählten Jtohrschwingun^styp gewährleistet.

Kit der erfindungsgemäuen automatisch arbeitenden Vorrichtung ist eine zerstörungsfreie ^ualitätsbeurtcilung der laufenden Produktion möglich. Die Verteilung eier gemessenen iohrresonarizfrequenzeii,

aufgeschlüsselt nach Herkunft der Hohre, gestattet eine einwandfreie Aussage über die Gleichmäßigkeit und die allgemeine Tendenz der Produktion. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, itohre mit niedrigen Resonanzfrequenzen, verursacht z. B. durch erhöhte Porrosität oder Risse vornehmlich im Bereich der Rohrspitze und somit gemäß der Korrelation zwischen Resonanzfrequenz und Scheiteldruckfestigkeit niedrigen Scheiteldruckfestigkeiten auszusondern und damit kostspielige Reklamationen einzudämmen. Durch die automatische Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich eine wesentliche Kostenersparnis im Betrieb selbst bei einer hundertprozentigen Kontrolle, weil insbesondere die sehr zeitaufwendige Scheiteldruckfestigkeitsprüfung, die auf der Zerstörung einwandfreier Rohre beruht, vermieden werden kann. Darüber hinaus erhält das erfindungsgemäße Prüfverfahren einen hohen Aussagewert über die Fehlerfreiheit der gelieferten Steinzeug— rohre und bietet somit eine hohe Sicherheit gegen Schaden im Einsatz.

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In Fig. 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Prinzipschaltbild der elektrischen Einrichtungen dargestellt. Diese elektrischen Einrichtungen können aus einem Hauptsteuergerät für den Gesamtmeßablauf, dem Sender 3 und Empfänger 3¹ der fotoelektrischen Rohrnennweitenabtastung, einem Meßkopfselektor 19, dem Startfrequenzgeber 22, dem Resonanzfrequenzmeßgerät 21 mit automatischer Resonanzfrequenzauffindung, einer Klassifizierungs— vorrichtung 20 für verschiedene Resonanzfrequenzbereiche und einem Meßwertdrucker 14 bestehen. Diese Elemente steuern nach entsprechender Schaltung den Antriebsmotor 17 des Transportbandes 2, den Druhkreuzantrieb 18, die Resonanzfrequenzmeßkopfhub vorrichtung 6 und die Farbmarkierungsvorrichtung 15, die das geprüfte Rohr je nach Güteklasse kennzeichnet. Mit der fotoelektrischen Rohrnennweitenabtastung 3 und 3' wird u.a. der Resonanzfrequenzbereich in Abhängigkeit vom Rohrnenndurchmesser über den Startfrequenzgeber 22 automatisch gewählt.

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Leerseite

Claims

— Li?" - Anspruch <_■

1.J Verfahren mr störungsfreien kontinuierlichen automatischen Qualitätskontrolle eines Steinzeugrohres oder ähnlich ausgebildeten Gegenstandes, wobei das Rohr mit einem Schwingungsgeber bis zur Resonanzfrequenzschwingung angeregt wird und diese Schwingung mit einem Schwingungsaufnehmer gemessen, anschließend registriert und mit Werten einer Eichkurve '/erglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr während der Anregung und Messung in mindestens einer Schwingungsknotenlinie lagert und die Resonanzfrequenzschwingung insbesondere im Maximum mindestens eines Schwingungsbauches angeregt und gemessen wird.

2. Veri-ihren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic hn e t, daß das Rohr während der Anregung und Mes ung in mindestens einer Schwingungsknotenmantellinie lagert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr in horizontaler Lage antransportiert, in Schwingungen versetzt und nach Messung

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der Schwingungen abtransportiert wird.

4. Verfahren nach einem uder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das Rohr zu einer Resonanzfrequenzschwingung mit vier Schwingungsknotenmantellinien und zwei Schwingungsknotenkreislinien angeregt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn — zeichnet, daß das Rohr während der Anregung und Messung in zwei benachbarten Schwingungsknotenmantellinien lagert und die Resonanzfrequenzschwingung auf einer Mantellinie zwischen den beiden Knotenmantellinien angeregt und gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenzschwingung zwischen der Rohrspitze und der ersten Schwingungsknotenkreislinie vorzugsweise im Bereich des o,1-fachen der Rohrlänge von der Rohrspitze aus gerechnet angeregt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenzschwingung sowohl im Bereich zwischen der ersten und zweiten SchwingUi.-jsknotenkreislinie vorzugsweise im Bereich des

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O,3-fachen der Rohrlänge von der pitze aus gerechnet als auch im 3ereich der zweiten Schwingungsknotenkreislinie gemessen wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche k bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung und Messung der Resonanzfrequenzschwingung störschallunempfindliche magnetische Schwingungsgeber und Schwingungsaufnehmer verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr auf zwei rechtwinkligen,vorzugsweise drehbaren mit Gummi beschichteten Drehkreuzen lagert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkreuze im Abstand voneinander angeordnet sind, der dem o,6 bis o,8-fachen der Länge des Rohres entspricht, insbesondere das o,7-fache beträgt.

11. Vorrichtung zur automatischen kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, im wesentlichen bestehend aus einer Lagerung für die Rohre, Schwingungsgeber- und Schwingungsaufnehmerelementen sowie elektronischen Meß-

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einrichtungen, ge kennzeichnet durch ein Transportband (2) mit Transportwalzen (11) einer fotoelektrischen Rohrabtastung (3), zwei rechtwinkligen Drehkreuzen (k, 4¹) mit Gummibeschichtung, zwei Schwingungsaufnehmern (9, 10) sowie einem Schwingungsgeber (8).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsaufnehmer (9, 10) sowie der Schwingungsgeber (8) zwischen den Drehkreuzen (4, 4¹) senkrecht über der Drehachse der Drehkreuze angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsaufnehmer (9, 10) und der Schwingungsgeber (8) mechanisch horizontal und vertikal in einer Ebene gekoppelt und mit einer Hubvorrichtung (6) höhenverstellbar angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsaufnehmer (9, 10) vom Schwingungsgeber (8) im Abstand L1 zu L2 zwischen 1,0 zu 1,1 und 1 zu 1,4, vorzugsweise von 1,0 zu 1,3 angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß das Trans-

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portband. (2) zwei parallel laufende Transportwalzenreihen (12, 13) aufweist*

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsaufnehmer (iü) zwischen der Transportwalzenreihe (12, 13) angeordnet ist.

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