DE2917013A1

DE2917013A1 - Vorrichtung zum messen des profils eines metallischen koerpers

Info

Publication number: DE2917013A1
Application number: DE19792917013
Authority: DE
Inventors: Norihisa Inazaki; Shigeo Kawabata
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1978-04-27
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1979-10-31
Also published as: GB2020035A; DE2917013C2; FR2424515A1; US4288747A; FR2424515B1; GB2020035B; JPS54158644U

Description

- 3 - U.Z. 858.10

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha, 1-2 Marunouchi—1-chome, Cbiyoda-ku Tokio, Japan

VORRICHTUNG ZUM MESSEN DES PROFILS EINES METALLISCHEN

KÖRPERS

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Profils durch Abtasten mit Wirbelströmen, bestehend aus einer Zahl von Wirbelstrom-Abstandsmeßfühlern, die in einer Reihe längs einer vorgegebenen Bezugslinie so angeordnet sind, daß sie eng aneinander liegen und sich über eine vorbestimmte Breite erstrecken, wobei der Spalt oder der Abstand von der Oberfläche eines leitenden zu messenden Gegenstandes von der Bezugslinie innerhalb der vorgegebenen Breite in einem kurzen Zeitraum gemessen wird, um das Profil des zu messenden Gegenstandes zu bestimmen.

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ORIGINAL INSPECTED

Um eine Vorrichtung zur Abstandsmessung durch Wirbelströme, wie sie in den ÜS-PSen Nr. 3867689, Nr. 3997835, Nr. 4030027 etc. angegeben sind, für jdie Messung des Abstands der Oberfläche eines Gegenstandes zu verwenden und dadurch das Profil des Gegenstandes zu bestimmen, ist es erforderlich, daß der Meßfühler der Vorrichtung zur Abstandsmessung durch Wirbelströme längs einer vorbestimmten festen Bezugslinie angeordnet wird, und daß der Abstand der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes von der Bezugslinie kontinuierlich oder schrittweise in kleinen Sprüngen über die gesamte zu messende Breite gemessen wird. In diesem Fall ist es durch Bewegen des Fühlers längs der Bezugslinie von Hand-, durch Motorantrieb oder dergleichen möglich, den Abstand eines zu messenden Gegenstandes von der Bezugslinie kontinuierlich zu messen. Dieses Verfahren ist wirksam in Fällen, bei denen das Profil eines zu messenden Gegenstandes keiner zeitlichen Änderung unterliegt und bei denen die Fortbewegung des Abstands-Meßfühlers zeitlich nicht beschränkt ist. Dagegen kann dieses Verfahren nicht in Fällen verwendet werden, bei denen die Bewegung des Meßfühlers zeitlich beschränkt ist, wenn z.B. die gewünschte Beschleunigung nicht möglich ist, bei denen das Profil des zu messenden Gegenstandes sich im Verlauf der Zeit ändert, oder bei denen der zu messende Gegenstand in Längsrichtung der Bezugslinie oder im rechten Winkel dazu transportiert wird.

In solchen Fällen ist es durch Anordnung einer größeren Zahl von Abstands-MeßfÜhlern in einer Reihe nebeneinander über die gewünschte Breite möglich, den Abstand zwischen einem zu messenden Gegenstand und den Meßfühlern schrittweise entsprechend dem Abstand zwischen den Fühlern

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zu messen und dadurch das Profil des Gegenstandes zu bestimmen. In allen Fällen der bekannten Verfahren zur Abstandsmessung (Oszillationsverfahren,!., Brückenverfahren, Verfahren mit rückgekoppelter Verstärkung u.s.w.) umfaßt diese Art von Vorrichtung zur Abstandsmessung mit einer Zahl von Meßfühlern als Hauptbestandteile eine Meßeinrichtung (Gruppe von Meßfühlern) und eine Recheneinrichtung, und die Meßeinrichtung erzeugt als Ausgangsgröße für die Vorrichtung zur Abstandsmessung durch Wirbelströme einen wechselnden Magnetfluß. Wenn demzufolge mehrere Fühler eng aneinander angeordnet und gleichzeitig betätigt wenden, ergibt sich eine gegenseitige induktive Beeinflussung zwischen den Meßfühlern,.und demzufolge stören sich die Fühler gegenseitig und ergeben einen fehlerhaften Meßwert. Andererseits ist es selbst dann, wenn jeder Meßfühler die gewünschte Ausgangs-Kennlinie aufweist, schwer, die Fühler-Kennlinien so einzustellen, daß die gewünschte Gesamt-Kennlinie erreicht wird, oder die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Fühlern führt zu einer ungleichmäßigen Ausgangs-Kennlinie, wodurch zusätzliche Schaltungen in der Recheneinrichtung erforderlich werden, die dadurch zwangsläufig kompliziert wird.

Da weiterhin die Ausgangs-Kennlinie der Vorrichtung zur Abstandsmessung unter gleichzeitiger Betätigung der Zahl von Fühlern geeicht wird, entsteht selbst dann, wenn nur einer der Fühler ausfällt, ein fehlerhafter Meßwert für die übrigen ungestörten Fühler, so daß es unter diesen Umständen schwer wird, die Messung fortzusetzen.

In diesem Falle ist es zwar vorstellbar, die Fühler so in einem genügenden Abstand voneinander anzuordnen, daß

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sie sich nicht gegenseitig beeinflussen, und dadurch die nachteilige Auswirkung der gegenseitigen Beeinflussung der Fühler auszuschalten, doch läuft .dies dem gesetzten Ziel zuwider, die Meßfühler mit möglichst geringem Zwischenraum voneinander anzuordnen. Bei einem anderen Verfahren, bei dem eine magnetische Abschirmung der einzelnen Fühler vorgesehen wird, verschlechtert das Vorhandensein des die Fühler umgebenden leitenden Materials die Ausgangskennlinie für die Abstandsmessung, und jeder Versuch einer Vergrößerung der Meßfühler zur Verbesserung der Ausgangs-Kennlinie erhöht beträchtlich auch die Größe und das Gewicht der Vorrichtung, die bereits durch die Anbringung der magnetischen Abschirmungen an Größe und Gewicht zugenommen hat. Insbesondere dort, wo der verfügbare Platz zum Anbringen der Meßfühler beschränkt ist, wird' die gewünschte Messung schwierig.

In Anbetracht der äußersten Schwierigkeit, eine Zahl von Meßfühlern eng aneinander anzuordnen und sie gleichzeitig zu betreiben, um den Abstand von einem Gegenstand zu messen und dadurch das Profil dieses Gegenstandes zu bestimmen, soll die Erfindung diese Schwierigkeit überwinden.

Die Erfindung verfolgt den Zweck, eine Vorrichtung zum Messen eines Profils zu schaffen, bei der es nicht erforderlich ist, eine magnetische Abschirmung für jeden der eng aneinander in einer Reihe angeordneten Meßfühler vorzusehen, und bei der darüberhinaus ein größerer Meßbereich sichergestellt wird. Bei dieser Vorrichtung sollen mehrere Meßfühler ohne die Gefahr einer Meßwertverfälschung durch gegenseitige induktive Beeinflussung zwischen den einzelnen Fühlern angeordnet werden. Dabei soll

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der Ausfall von einem oder zwei der Fühler keine Neueinstellung der Fühler in ihrer Gesamtheit, sondern nur die Neueinstellung des fehlerhaften Fühlers erfordern, und weiterhin soll der Ausfall von einem oder zwei der Meßfühler nicht die Abschaltung des kontinuierlichen Meßbetriebes bedingen. Die Vorrichtung soll in der Lage sein, kontinuierlich das Profil eines zu messenden Gegenstandes, z.B. eines Walzstahlblechs auf der Förderbahn, zu messen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Schaffung einer Vorrichtung zum Messen eines Profils durch Abtastung, bei der eine Zahl von Wirbelstrom-Abstandsmeßeinheiten so angeordnet ist? daß der Abstand zwischen einem aus einer Meßspule bestehenden Fühler, der durch ein Hochfrequenz- Signal von vorbestimmter Frequenz erregt wird, und der Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes durch die Ausnützung einer gegenseitigen induktiven Beeinflussung zwischen dem Fühler und dem Gegenstand gemessen wird, und daß die Fühler der Abstands-Meßeinheiten eng aneinander in einer Reihe längs einer vorbestimmten Bezugslinie so angeordnet sind, daß die Meßergebnisse der Fühler zusammengefaßt werden und somit das unregelmäßige Profil des Gegenstandes bestimmt wird, wobei die Fühler schrittweise mit einer vorgegebenen Abtastperiode erregt werden und der Ausgang eines ^eden Fühlers im Verlauf eines Abtastzyklus in einem zugeordneten Speicher gespeichert wird und dadurch für jeden Abtastzyklus ein Profil-Ausgangssignal erzeugt wird, das die Ausgänge aller Fühler miteinander verbindet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung zum Messen eines Profils eine Zahl von Wirbel-

strom-Abstandsmeßeinheiten, von denen jede eine Meßspule und eine Abstands-Meßschaltung besitzt, einen Vergleichs-Oszillator für die Erregung der die Meßfühler bildenden Meßspulen mit einem Wechselstrom-Bezugssignal von vorbestimmter Frequenz, einen Frequenzteiler zum Teilen der Frequenz des Wechselstrom-Bezugssignals für die Erzeugung eines Impulssignals von vorgegebener Frequenz mit einem Tastverhältnis von 50 %, eine Abtast-Steuerschaltung, die auf die Impulssignale vom Frequenzteiler anspricht und schrittweise die Fühler jeweils während der Hälfte der Periode des Impulssignals erregt, eine Zahl von Speicherschaltungen, von denen jede zeitweilig das Ausgangssignal ν der zugeordneten Abstandsmeßschaltung für den Zeitraum speichert, der für den Abschluß eines Abtastzyklus zur Erregung aller Meßfühler erforderlich ist, eine Abfrageschaltung, die auf den Ausgang der Abtast-Steuerschaltung anspricht, um einen Abfrageimpuls an jede Speicherschaltung in solcher Weise anzulegen, daß der Inhalt der Speicherschaltung, die das dem zugeordneten Fühler entsprechende Ausgangssignal speichert, nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach der Erregung des zugeordneten Fühlers durch die Abtast-Steuerschaltung auf den neuesten Stand gebracht wird, und eine Schaltung zur Erzeugung eines Profilsignals, die ein Ausgangssignal entsprechend den in den Speicherschaltungen gespeicherten Inhalten abgibt.

Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die nach der obigen Beschreibung aufgebaut ist, kann die Größe der Meßspulen entsprechend erhöht werden, da die Meßergebnisse nicht durch die gegenseitige Störung der Meßspulen beeinflußt werden, so daß es möglich wird, das Profil von Gegenständen mit verhältnismäßig starken Unregelmäßig-

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keiten zu messen oder andererseits Größe und Gewicht der Meßspulen zu reduzieren , wodurch der Einbau der Vorrichtung erleichtert und diese in weitern Umfang für die Messung von Profilen an Gegenständen verschiedener Art brauchbar wird.

Die Erfindung schaltet auch Mangel der Geräte nach dem früheren Stand der Technik aus, bei denen selbst dann, wenn die Meßspulen gleichzeitig betätigt und ihre Ausgangs-Kennlinien genau eingestellt werden, der Ausfall irgendeiner oder mehrerer Abstands-Meßschleifen es erforderlich macht, die Kennlinien neu einzustellen, wodurch die Verwendung der_Vorrichtung im Dauerbetrieb erschwert wird. Anhand der Figuren-wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der. Anordnung eines zu messenden Gegenstandes, einer Bezugslinie und von Meßfühlern im Verhältnis zueinander, zur Erklärung des Prinzips der Profilmessung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 Ein Blockschaltbild, aus dem der Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung hervorgeht.

Fig. 3 ein Diagramm der an verschiedenen Punkten von Fig.2 erzeugten Wellenformen, bei dem in der Abszisse die Zeit und in der Ordinate die Signalamplitude abgetragen ist.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Bezugslinie, 2 einen zu messenden Gegenstand und 3 die Meßfühler. Die Bezugslinie 1 ist so eingestellt, daß sie die Lage für die

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Meßfühler 3 gegenüber dem zu messenden Gegenstand angibt, und im praktischen Einsatz kann die Bezugslinie 1 z.B. durch den Träger eines Gerüstes gebildet werden, der im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Gegenstandes 2 verläuft, dessen Profil gemessen werden sol, oder wenn der Gegenstand 2 aus einem Blech besteht, kann die Bezugslinie 1 ein Träger sein, der die Meßfühler trägt und in Richtung der Breite der Blechführung in der Rollen-Förderbahn verläuft.

In Fig. 1 wird der Gegenstand 2 von einem Blech gebildet, das im Querschnitt dargestellt ist, und es wird vorausgesetzt, daß das Blech auf einer Unterlage wie z.B. einem Rollgang aufliegt, der parallel zur Bezugslinie 1 verläuft.

Eine Zahl von Meßfühlern 3 ist mit gleichen Abständen (d) in einer Reihe längs der Bezugslinie 1 fest angebracht, um die gesamte Breite des Gegenstandes 2 zu erfassen, und diese Meßfühler werden durch die Bezugszahlen 3-1, 3-2,

3-3, , 3-(n-i) und 3-n bezeichnet. Jeder Meßfühler für

die Abstandsmessung umfaßt eine Meßspule einer Vorrichtung zur Abstandsmessung, wie sie in den vorgenannten US-PSen angegeben sind, und die Meßfühler 3-1 bis 3-n werden abwechslungsweise nacheinander vom Fühler 3-1 bis zum Fühler 3-n erregt, so daß sie wiederholt den Abstand zwischen der Bezugslinie 1 und der Oberfläche des Gegenstandes 2 über die gesamte Breite des Gegenstands 2 abtasten. Die Abtastung vom Fühler 3-1 bis zum Fühler 3-n erfolgt in einem Abtast-Zyklus, und dieser Abtastvorgang wird wiederholt durchgeführt, so daß das Profil des Gegenstandes 2 kontinuierlich gemessen wird, selbst wenn der Gegenstand 2 in der Darstellungsebene von Fig. 1 bezüglich der Meß-

fühler von vorne nach hinten bewegt wircL

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Messen des Querschnittsprofils des Gegenstandes 2 durch Abtastung über die oben genannte Reihe von Meßfühlern. Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen Vergleichs-Oszillator zur Erzeugung eines Wechselstrom-Bezugssingals mit vorbestimmter Frequenz und Amplitude, und 6-1, 6-2, , 6-n sind Abstands-Meßschaltungen, die jeweils den Meßfühlern 3-1, 3-2, , 3-n zugeordnet sind.

Der Aufbau der einzelnen Abstands-Meßschaltungen ist ausführlich in den oben genannten US-PSen angegeben und wird ^hier nicht beschrieben. Die Bezugszahl 5 bezeichnet einen Frequenzteiler, der einen Teil des Ausgangs vom Vergleichsoszillator 4 empfängt und die Frequenz des Wechseistrom-Bezugssignals teilt, um eine vorbestimmte verhältnismäßig niedrige Frequenz zu erzeugen, 7-1, 7-2, , 7-n bezeichnen Speicherschaltungen, von denen jede das Abstandssignal von einer entsprechenden Abstands-Meßschaltung 6-1, 6-2, , 6-n empfängt, 8-1, 8-2, , 8-n sind Schaltungen zur Erzeugung eines Profilsignals, von denen jede das Abstandssignal von der entsprechenden Speicherschaltung empfängt und damit eine Gruppe von Abstandssignalen an ihren Ausgängen 11-1, 11-2, —, 11-n für jeden Abtastzyklus erzeugt, 9 bezeichnet eine Abtast-Steuerschaltung,

die schrittweise die Meßfühler 3-1V 3-2, , 3-n einzeln

nacheinander erregt, um die Abtastung während der Hälfte der Periode des Signals vom Frequenzteiler 5 durchzuführen, 10 ist eine Abfrageschaltung, die im Anschluß an die entsprechende Abtastung einen Impuls an jede Speicherschaltung anlegt, um seinen Inhalt auf den neuesten Stand zu bringen, so daß, wenn'von einer der Abstands-Meßschal-

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tungen ein Abstandssignal erzeugt wird, dieses in der zugeordneten Speicherschaltung anstelle des vorigen Speicherinhaltes gespeichert wird, und La, Lb 1., Lb2, ,

Lbn, Ld, Lc2, , Lcn, Ld1, Ld2, , Ldn, Lei, Le2,

, Len, Lf1, Lf2, , Lfn, Lg sind Signalleitungen.

Wie in (a) von Fig. 3 gezeigt, überträgt der Oszillator

4 ein Wechselstrom-Bezugssignal mit vorbestimmter Frequenz und Amplitude auf den Frequenzteiler 5 und die Abstands-Meßschaitungen 6-1, 6-2, , 6-n über die Signalleitungen La, Lb1, Lb2, , Lbn, und in Fig. 3(a) ist die Periode des Wechselstrom-Bezugssignales mit T₁ bezeichnet. Das Wechselstrom-Bezugssignal, das an den Frequenzteiler

5 über die Signalleitung La angelegt wird, wird geteilt, um eine vorbestimmte, verhältnismäßig niedrige Frequenz zu erzeugen, und der entsprechende geteilte Ausgang wird an die Abtast-Steuerschaltung 9 und an die Abfrageschaltung 10 über die Signalleitung Lg angelegt. Wenn die Frequenz des Wechselstrom-Bezugssignals z.B. 50 kHz beträgt, wird das 50 kHz-Wechselstrom-Bezugssignal durch den Frequenzteiler 5 wie in Fig. 3 (b) gezeigt, einer Frequenzteilung von z.Bo 1/16 unterworfen, wodurch ein Impulssignal von 3125 Hz mit einem Tastverhältnis von 50 % erzeugt wird. In diesem Fall beträgt die Periode T₁ des Wechselstrom-Bezugssignals 0,02 ms und folglich besitzt das entsprechende geteilte Ausgangesignal eine Periode Tp von 0,32 ms.

Die Abtast-Steuerschaltung 9 erzeugt nacheinander in bestimmter Reihenfolge an ihren n-Ausgangsanschlüssen Impulssignale, von denen jedes die Hälfte der Periode des geteilten Ausgangs (oder T₂/2) einnimmt, und die Abtast-

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Steuerschaltung 9 kann von einer gewöhnlichen Schaltung mit einem Schieberegister gebildet werden. Die Impulssignale werden an die Abstands-Meßschaltungen 6-1, 6-2, , 6-n über die Signalleitungen Lei, Lc2, , Lcn angelegt, so daß die Impulssignale, von denen jedes eine Impulsbreite Tp/2 einnimmt, nacheinander an den Signalleitungen Ld, Lc2, , Lcn erzeugt werden, wie in Fig. 3

(c) und (d) gezeigt, und folglich die Impulssignale mit einer Impulsbreite Tp/2 nacheinander in der entsprechenden

Reihenfolge an die Abstands-Meßschaltung 6-1, 6-2, ,

6-n angelegt werden. In diesem Fall ergibt sich eine Impulsbreite Tp/2 von 0,16 ms oder dem 8-fachen der Periode ,des Wechselstrom-Bezugssignals. Die Abstands-Meßschaltungen 6-1, 6-2, , 6-n sind so ausgelegt, daß jede Abstands-Meßschaltung den zugeordneten Meßfühler während der Zeit in Betrieb setzt, in der ein Impulssignal von der Abtast-Steuerschaltung 9 an die Schaltung angelegt wird, d.h. die den Meßfühler darstellende Meßspule wird vom Stromkreis getrennt, wenn kein Impulssignal an der Abstands-Meßschaltung anliegt, oder es wird gleichzeitig die Vorspannung des Verstärkers in der Meßschaltung durch ein Impulssignal gesteuert, um den Verstärker nur dann in Betrieb zu setzen, wenn das Impulssignal anliegt, so daß nur diejenige Abstands-Meßschaltung, die das Impulssignal empfängt, den zugeordneten Meßfühler erregt und dadurch ein Ausgangssignal für die Abstandsmessung erzeugt, während die Erregung der den übrigen Abstands-Meßschaltungen zugeordneten Meßfühler verhindert wird. Wenn demnach die Betriebszeit eines jeden Meßfühlers T₂/2 entspricht und die Zahl der Meßfühler η beträgt, mißt jeder Meßfühler seinen Abstand zur Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes während der Zeit Τ,,/2 mit Wiederholungsabständen von η T₂^ ohne

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jegliche induktive Störung der übrigen Fühler. Die Ab-

2 fragefrequenz eines jeden Fühlers wird —ψ— , so daß bei Verwendung von 20 Meßfühlern die Abfragefrequenz 312,5 Hz und die Betriebszeit jeder Meßspule 0,16 ms beträgt.

Die Abstands-Meßschaltungen 6-1, 6-2, , 6-n sind jeweils so ausgelegt, daß sie ein Abstandssignal erzeugen, wenn ihnen ein Impulssignal zugeführt wird, und die entsprechenden Abstandssignale werden jeweils in einer der

entsprechenden Speicherschaltungen 7-1, 7-2, , 7-n über

die Signalleitungen Lei, Le2, , Len gespeichert. Die

,Speicherschaltungen 7-1» -7-2, , 7-n sind jeweils so

ausgelegt, daß sie ihren Speicherinhalt auf den neuesten Stand bringen, wenn ein Abfrageimpuls von der Abfrageschaltung 10 über eine der entsprechenden Signalleitungen Ld1, Ld2, , Ldn angelegt wird, und der frühere Speicherinhalt wird gehalten, bis der nächste Abfrageimpuls eintrifft.

Wie in Fig. 3 (e) und (f) gezeigt, enthält das Abstandssignal von jeder Abstands-Meßschaltung in der Eingangsphase der Funktionszeit einen Fehler aufgrund des Einschwingverhaltens, und es vergeht eine bestimmte Zeit, bevor sich der Betrieb stabilisiert hat und eirt genaues Abstandssignal erzeugt wird. Demzufolge ist die Abfrageschaltung 10 so ausgelegt, wie z.B. in Fig. 3 (g) und (h) gezeigt, daß ihre Abfrageimpulse jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit nach dem Einschwingen der ansteigenden Flanke eines Ausgangsimpuls-Signals der Abtast-Steuerschaltung 9 oder zu Beginn der vierten Periode des Wechselstrom-Bezugssignals erzeugt werden. Diese Ab-

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frageimpulse werden in bestimmter Reihenfolge an den n-Ausgangsanschlüssen der Abfrageschaltung 10 synchron oder in einer bestimmten Beziehung mit dem Betrieb der Abtast-Steuerschaltung 9 erzeugt, d.h., wie in Fig. 3 (c) und (g) gezeigt, ein Abfrageimpuls wird an die Signalleitung Ld1 angelegt, während ein Impulssignal an der Signalleitung Lc1 erzeugt wird, und ein Abfrageimpuls wird an die Signalleitung Ld2 abgegeben, während ein Impulssignal an der Signalleitung Lc2 erzeugt wird, wie in Fig. 3 (d) und (h) gezeigt. In gleicher Weise wird ein Abfrageimpuls an jede der übrigen Signalleitungen bis zur .Signalleitung Ldn in bestimmter Reihenfolge abgegeben und der gesamte ,Vorgang wiederholt.

Wenn folglich der in Fig. 3 (g) gezeigte Abfrageimpuls an die Speicherschaltung 7-1 angelegt wird, so wird das von der Abstands-Meßschaltung 6-1 erzeugte Abstandssignal mit der Amplitude A₁, wie in Fig. 3 (e) gezeigt, in der Speicherschaltung 7-1 anstelle des Abstands-Meßsignals gespeichert, das darin während der abgelaufenen Zeit η Tp/2 gespeichert war, und demzufolge erzeugt die Speicherschaltung 7-1 laufend das Ausgangssignal mit der Amplitude A₁ wie in Fig. 3 (i) gezeigt, bis der nächste Abfrageimpuls durch die Signalleitung Ld1 nach Ablauf einer weiteren Zeit η Tp/2 angelegt wird. In gleicher Weise wird, wenn ein Abfrageimpuls auf der Signalleitung Ld2 eintrifft, wie in Fig. 3 (h) gezeigt, das von der Abstands-Meßschaltung 6-2 erzeugte Abstandssignal (Amplitude A₂), wie in Fig.3 (f) gezeigt, in der Speicherschaltung 7-2 gespeichert, und folglich erzeugt die Speicherschaltung 7-2 laufend ein Ausgangssignal mit der Amplitude A₂, wie in Fig. 3 (3) gezeigt, bis der nächste Abfrageimpuls auf der Signal-

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leitung Ld2 nach Ablauf einer weiteren Zeit η Tp/2 eintrifft. Auf diese Weise haben zu dem Zeitpunkt, zu dem die Speicherschaltung 7-n einen Abfrageimpuls über die Signalleitung Ldn erhalten hat, die Speicherschaltungen

7-1, 7-2, , 7-n Jeweils ein Abstandssignal für jede

Abtastzyklus-Periode (n Tp/2) erzeugt, das dem Abstand zwischen dem zugeordneten Meßfühler und dem zu messenden Gegenstand entspricht. Zu diesem Zeitpunkt lesen die das

Profilsignal erzeugenden Schaltungen 8-1, 8-2, , 8-n

die entsprechenden Abstandssignale aus den Speicherschaltungen und erzeugen Profilausgangssignale an ihren Ausgangsanschlüssen 11-1, 11-2, , 11-n. Das am Ausgangs-

,anschluß 11-1 erzeugte Profil-Ausgangssignal entspricht also dem Abstand zwischen der Bezugslinie 1 und der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes an der Stelle des Meßfühlers 3-1» und in gleicher Weise entspricht jedes der an den Ausgangsanschlüssen 11-1, 11-2, , 11-n erzeugten Ausgangssignsüe dem Abitand zwischen der Bezugslinie 1 und der Oberfläche des Gegenstandes an der Stelle der Meßfühler 3-1, 3-2, —-, 3-n. Da der Zwischenraum zwischen den Meßfühlern einen festen Wert d besitzt, können die an

den Ausgangsanschlüssen 11-1, 11-2, , 11-n erzeugten

Profil-Ausgangssignale schließlich z.B. durch ein - nicht gezeigtes - schreibendes Meßgerät in eine Profil-Information des Gegenstandes in festgelegten Abständen d umgewandelt werden. Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform ist die Bezugslinie 1 zwar als gerade Linie parallel zur Transportebene des zu messenden Gegenstandes dargestellt, doch kann die Bezugslinie, die als Grundlage für die Anordnung der Meßfühler verwendet wird, die Form einer beliebigen Kurve in einer zweidimensionalen Ebene parallel zur Transportebene einnehmen, oder die Meßfühler können nach einem dreidimensionalen Muster angeordnet werden, und

gewöhnlich werden die Meßfühler parallel zum normalen Profil des zu messenden Gegenstandes angeordnet.

Weiterhin sind zwar bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform die Abstands-Meßschaltungen in der gleichen Zahl vorhanden wie die Meßfühler, doch ist es möglich, eine gemeinsame Abstands-Meßschaltung zu verwenden, so daß eine Zahl von Meßfühlern in einer festgelegten Reihenfolge einzeln aufgrund eines Impulssignals von der Abtast-Steuerschaltung mit der gemeinsamen Abstands-Meßschalturg verbunden wird.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform alle Meßfühler der Reihe nach einzeln in jedem Abtastzyklus ihre Abtastung vornehmen, können auch mehrere Meßfühler, die in solchen Abständen voneinander/ angeordnet sind, daß sie keine gegenseitige induktive Beeinflussung· hervorrufen, in mehreren Gruppen zusammengefaßt werden, so daß die einer gemeinsamen Gruppe angehörenden Meßfühler gleichzeitig die Abtastung vornehmen, wodurch die für jeden Abtastzyklus erforderliche Abtastzeit in Abhängigkeit von der Gruppenzahl reduziert wird.

Die in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Abstands-Meßschaltungen sind nicht auf die in den oben genannten drei US-PSen angegebenen Arten beschränkt, und es kann jede Art von Wirbelstrom-Meßschaltung verwendet werden. Doch sollten vom Standpunkt der Linearität der Meß-Kennlinien die in den erwähnten drei US-PSen angegebenen Arten vorzugsweise verwendet werden, wenngleich die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.

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Somit ist es mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglich, die Mängel des bisherigen Stands der Technik in folgenden Fällen zu beseitigen:

(i) Wenn die Bewegung der Meßvorrichtung zeitlich beschränkt ist.

(ii) Wenn das Querschnittsprofil eines zu messenden Gegenstandes sich bei der Anordnung von Fig. 1 im zeitlichen Verlauf ändert.

(iii) Wenn der Gegenstand in Fig. 1 von einer Seite zur anderen bewegt wird.

(iv) Wenn der Gegenstand in Fig. 1 senkrecht zur .Zeichnungsebene bewegt wird.

(v) Wenn die Bedingungen von (ii), (iii) und (iv) gleichzeitig auftreten.

(vi) Wenn zwei beliebige Bedingungen von (ii), (iii) und (iv) gleichzeitig auftreten.

Was die Wirksamkeit des Abtastverfahrens bei einer Periode von η T₂/2 in Fällen betrifft, bei denen die Periode der Abstandsänderung zwischen dem Gegenstand und den Fühlern abnimmt, z.B. aufgrund einer Erhöhung der Transportgeschwindigkeit des Gegenstands, so kann dieses Problem dadurch gelöst werden, daß die Abfragung mit einer Abfragefrequenz f durchgeführt wird, die so gewählt wird, daß sie folgender Gleichung nach dem Shannon'sehen Lehrsatz genügt: ₁

^f S 2Td

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worin Td die Periode der. Abstandsänderung darstellt und f = 2/n T₂.

Wenn z_öB. T₂/2 = i60^is und n= 20, so mißt Jede Meßspule nacheinander den Abstand mit einer Frequenz von 312,5 Hz, was einer kontinuierlichen Messung gleichkommt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Messen eines Profils, bestehend aus einer Anordnung zur Abstandsmessung durch Wirbelströme mit einer Zahl von Meßfühlern, die in einer Reihe längs einer vorbestimmten Bezugslinie angeordnet sind, um Bezugsmeßpunkte bezüglich eines leitenden zu messenden Gegenstandes zu liefern, wobei der Abstand zwischen jedem der Meßfühler und einer Fläche dieses Gegenstandes gemessen wird, um ein Profil dieses Gegenstandes zu erhalten, und wobei jeder Meßfühler aus einer Meßspule besteht und die Einrichtung zur Abstandsmessung durch Wirbelströme einen Oszillator enthält, der jede Meßspule durch ein Bezugs-Wechselstromsignal mit vorbestimmter Frequenz und Amplitude erregt, sowie eine Abstandsmeßschaltung zur Feststellung einer Impedanzänderung in jeder der Meßspulen entsprechend dem Abstand zwischen der Meßspule und dem Gegenstand aufgrund einer induktiven gegenseitigen Beeinflussung zwischen denselben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtasteinrichtung vorgesehen ist, um die Meßfühler einzeln in einer bestimmten Reihenfolge mit einer Abtastperiode zu erregen, die einem Mehrfachen der Periode des Bezugs-Wechselstromsignals entspricht, eine Speichereinrichtung, die in entsprechender

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Reihenfolge die Meßsignale, die den nacheinander von den Meßfühlern gemessenen Abständen entsprechen, innerhalb der Abtastperiode von der Abstandsmeßschaltung aufnimmt und zeitweilig über einen Zeitraum speichert, in dessen Verlauf ein Abtastzyklus für alle Meßfühler abgeschlossen wird, und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Profilsignals, durch die der Inhalt der Speichereinrichtung jedesmal nach Abschluß des Abtastzyklus ausgegeben und als Profilsignal weitergegeben wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung einen Frequenzteiler enthält, um das Bezugs-Wechselstromsignal für die Erzeugung eines Impulssignals mit vorgegebener Frequenz und einem Tastverhältnis von 50 % zu teilen, sowie eine Abtast-Steuereinrichtung, die auf die Impulssignale des Frequenzteilers anspricht, um die Meßfühler in der bestimmten Reihenfolge so zu erregen, daß jeder Meßfühler während der halben Periode des Impulssignals arbeitet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Abfrageeinrichtung enthält, durch die jedes Mal, wenn einer der Meßfühler mit der Abtastperiode erregt wird, der Inhalt der Speichereinrichtung durch ein Meßsignal vom erregten Meßfühler mit einer vorgegebenen Verzögerung nach dem Zeitpunkt des Beginns der Erregung desselben auf den neuesten Stand gebracht wird.

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