DE3123685A1 - Verfahren zur wanddicken-messung von rohrfoermigen gegenstaenden - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wanddicken-Messung von rohrförmigen Gegenständen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Verfahren eignet sich beispielsweise dazu, unter Verwendung von Strahlung die Wanddicke eines nahtlosen Stahlrohres berührungsfrei zu messen.

Wenn ein Strahlungsbündel, beispielsweise ein Gammastrahl, ein Material durchläuft, so nimmt im allgemeinen die Intensität des Strahlungsbündels aufgrund von Absorption oder Streuung in dem Material mit der Entfernung ab. (Hier kann die Intensität des Strahlungsbündels als die Anzahl von Photonen oder Strahlungspartikeli aufgefaßt werden, speziell kann die Intensität aufgefaßt werden als von einem Strahlungsdetektor angezeigter Zählerstand.) Die Intensität kann durch folgende Beziehung angegeben werden:

, N = Ν_οε"^μΧ :(1)

wobei N die Intensität des Strahlungsbündels, N„ ein Anfangswert der Intensität an einer Stelle vor Eintritt des Strahlungsbündels in das Material, e die Basis zum natürliehen Logarithmus, μ ein Absorptionskoeffizient und χ die Länge des Durchlaufweges des Strahlungsbündels durch die Materialschicht bedeuten. Der Absorptionskoeffizient μ ist ein Wert, der sich durch die Energie des Gammastrahls und die Art des diesen absorbierenden Materials bestimmt. Handelt es sich bei der Strahlungsquelle.beispielsweise um Cäsium 137, (die entsprechende Gammastrahlenenergie beträgt 0,622 MeV), und ist das absorpierende Material Eisen, so beträgt der Koeffizient μ etwa 0,06 [1/mm].Genau genommen stellt die obige Gleichung (1) eine idealisierte Formel dar, und im Fall eines großen Wertes der Länge χ des Durch-

laufweges wird die Formel folgendermaßen etwas modifiziert:

N = Ν₀Βε"^μχ (2)

wobei B ein Wert ist, der als Regenerationsfaktor bezeichnet wird; statt dessen kann man die Beziehung

N = Ν_οε"^μχ, μ = μ(χ)

verwenden; bei dieser zweiten Formel ist μ ein veränderlicher Wert.

Fig. 1 zeigt ein bekanntes Verfahren zum Messen der Wanddicke eines Stahlrohres durch die Verwendung von Strahlung (japanische Veröffentlichung Nr. 114263 aus dem Jahre 1979 (ungeprüfte Patentanmeldung)). Fig. 1 zeigt ein Rohr 1 , dessen Wanddicke gemessen werden soll. Von dem Rohr wird angenommen, daß es genaue zylindrische Gestalt habe, und daß seine Außen- und Innenfläche koaxial seien und Radien

20. R₁ und R„ hätten; ein Gamraastrahlenbündel 2 dient zur Abtastung, wobei das Strahlenbündel in seitliche Richtung läuft.

Die Richtung der y-Achse wird so gelegt, daß sie,mit der seitlichen Laufrichtung des Gammastrahlenbündels zusammenfällt. Der Nullpunkt der y-Achse wird so gelegt, daß er der Mitte des Rohres 1 entspricht, χ bezeichnet den tatsächlichen Durchlaufweg des Gammastrahlenbündels durch die Rohrwandung, und N bezeichnet die ermittelte Intensität des Gammastrahlenbündels nach dem Durchdringen des Rohres. Die Strahlungsrichtung des Bündels 2 steht senkrecht auf der y-Achse. Der Wert für χ ergibt sich dann wie folgt:

|y I > R₁ x = 0

~„2

R₁ S |y| > R : χ =v^|r -y

R₂ HyM O : X = 2(/Ri-y²- /R|-y²)

Der Wert für N ergibt sich zu:

Μ ^ R₁ : N = N₀

R₁ ä |y| > R₂ : N= N_Qexp (-R₂ S |y| i O : :

Typische Merkmale der sich mit der y-Koordinate ändernden Werte von X und N sind in Fig. 1 dargestellt. Wenn die Stellen der Wendepunkte S..(y=R..) und S„(y=R₂) oder S₃ (y=-R ) und S (y=-R ) der den Wert der erfaßten Strahlungsbündelintensität N widerspiegelnden Kurve aufgefunden werden können, kann die Wanddicke H des untersuchten Rohres als Differenz zwischen den Punkten in y-Koordinaten angegeben werden.

Das oben erläuterte Verfahren zum Messen der Rohrwanddik-20., kenstärke beinhaltet das Auffinden eines Punktes minimaler Dämpfung der Strahlungsübertragung, wo das Strahlungsbündel die Außenfläche des Rohres tangential berührt, sowie eines Punktes maximaler Dämpfung der Strahlungsübertragung, wo das Strahlungsbündel die Innenfläche des Rohres tangential berührt, so daß die Entfernung zwischen den Punkten die Rohrwanddicke angibt.

Bei dem bekannten Verfahren wird jedoch für den Meßvorgang leider eine beträchtlich lange Zeit benötigt, um die richtigen Stellen jener Punkte S. und S_ oder S₃ und S₄ aufzufinden, oder aber es ergibt sich eine nur unangemessene Genauigkeit bei der Überprüfung der Rohrwanddicke, da es nicht einfach ist, bei der tatsächlichen Messung die Wendepunkte bei der Veränderung der erfaßten Strahlungsbündelintensität aufzufinden; dies soll nachstehend noch näher

I L· O U U

erläutert werden:

Um einen scharfen Wendepunkt zu erhalten, wird ein Strahlungsbündel mit sehr hoher Auflösung sowie ein sehr dünnes Strahlungsbündel benötigt, so daß die von einer Strahlungsquelle erzeugte Strahlung von einer Kollimatoranordnung zu einem Strahlenbündel verengt wird, welches so dünn wie möglich ist. Wie beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist, durchläuft der von einer Quelle 3 kommende Gammastrahl einen Schlitz einer Dicke Ay eines ersten Kollimatorelements 5 in der Nähe der Strahlungsquelle, um ein sektorförmiges Bündel 2a zu bilden. Aus diesem bildet ein Schlitz eines zweiten Kollimatorelements 5a in der Nähe eines Detetektors 4 ein dünnes Bündel der Dicke Ay. Eine derartige Verminderung der Strahlungsbündeldicke führt zu einer Herabsetzung der den Detektor 4 pro Zeiteinheit erreichenden Strahlungsenergie. Folglich wird für eine Messung sehr lange Zeit benötigt, während der das Meßsystem (d.h., die das Strahlungsbündel erzeugende Anordnung und der Detektor) be-

2O_-1 züglich des zu untersuchenden Rohrkörpers stillstehen muß.

Weiterhin ist die Anzeige eines StrahlungsZählers (mit Ausnahme der Röntgenstrahlenmessung) unvermeidbar mit einem Fehler behaftet, der als statistisches Rauschen bezeichnet wird. Der Wert des Fehlers ist proportional zur /U, wobei N die Meßanzeige ist. Das heißt:

der Fehler ^N _ . 1
die Anzeige N ~7U.

Daher gilt: je größer der Anzeigewert N, desto geringer der relative Fehler. Daher benötigt man einen Wert von N (oder der den Detektor erreichenden Strahlungsenergie), der größer ist als ein gewisser angemessener Wert, um eine adäquate Meßgenauigkeit zu erzielen.

AA,

Wenn beispielsweise ein zu untersuchendes Rohr eine Wandstärke von 20 mm besitzt und eine Auflösung von 0,1 mm bei seiner Messung benötigt wird, dann ist es notwendig, daß die Anzahl der Meßpunkte größer ist als 200.

Ein Kollimator enthält einen massiven Strahlungsschirm (der beispielsweise aus 50 oder 100 mm dickem Blei besteht). Geht man von einem geraden Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,5 mm aus, das durch den Schirm gebohrt ist, um das Strahlungsbündel durchzulassen (wenngleich es sich hier um einen Durchmesser handeln kann, der etwas kleiner ist als der kleinste in einem Bleischirm realisierbare Durchmesser) , und nimmt man an, daß es sich bei der Strahlungsquelle um Cäsium 137 handle, der Abstand zwischen Quelle und Detektor 600 mm betrage und der Detektorwirkungsgrad 50 % betrage, dann beträgt die den Detektor erreichende Strahlungsenergie N_, falls keine Absorption durch Material vor dem Detektor erfolgt, etwa 683 cps (Zählungen pro Sekunde) . Um das statistische Rauschen unter 1/500 abzusenken, beträgt die dort ankommende Strahlungsenergie mehr als 2,5x1O⁵ Zählungen. Folglich werden etwa 6 Minuten für einen Meßschritt bei jedem Meßpunkt benötigt. Der gesamte Vorgang zum Erhalten eines einzigen Wertes mit derartigen Schritten für 200 Meßpunkte benötigt daher eine Zeit von etwa 20 Stunden.

Wie oben aufgezeigt wurde, ist das bekannte Verfahren für die tatsächliche Anwendung bei der Messung von Rohrwandungsdicken nicht praktikabel; dies gilt speziell für die industrielle Fertigung langer, kontinuierlicher rohrförmiger Erzeugnisse wie z.B. nahtloser Stahlrohre, die pro Stück in nur einigen 10 Sekunden hergestellt werden, und wobei eine sehr rasche Dickenmessung in einem einheitlichen Bearbeitungsvorgang benötigt wird. Wenn anstelle von Gammastrahlen Röntgenstrahlen verwendet werden, besteht hinsichtlich des

statistischen Rauschens kein Problem, es wird jedoch nur ein geringer Detektorwirkungsgrad erzielt, so daß dennoch in ähnlicher Weise lange Zeit für die Messung benötigt

wird, um die scharfen Wendepunkte zu bilden. 5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben aufgezeigten Nachteile des herkömmlichen Verfahrens zu beseitigen und ein Verfahren zur Wanddickenmessung von rohrförmigen Gegenständen anzugeben, das sich gut für die Anwendung

■Ο bei der industriellen Fertigung oder bei der Untersuchung rohrförmiger Erzeugnisse wie beispielsweise nahtloser Stahlrohre eignet, beispielsweise in Warmwalzstraßen oder Kaltprüfstraßen, wo jeder rohrförmige Gegenstand an der Meßanlage vorbeiläuft und dieser Vorgang nicht mehr als einige 10 Sekunden dauert. Durch die Erfindung soll weiterhin ein Verfahren geschaffen werden, das sich für die Verwendung im sogenannten Online-Betrieb eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10 angegebenen Merkmale gelöst.

Es wird von folgendem Konzept ausgegangen:

Erstens sollte eine angemessene Strahlungsenergiemenge den Detektor erreichen, um den relativen Fehler

,, , statistischen Rauschen _ 1 χ

ermittelte Anzeige " /ermittelte Anzeige

unter einem gewünschten kleinen Wert zu halten. Die ermittelte Anzeige ist proportional zu dem Integral der empfangenen Strahlungsenergie (innerhalb jeder Zeiteinheit und in jeder Flächeneinheit) über sowohl eine gesamte Dauer und eine gesamte Oberfläche, für die bzw. auf der das Strahlungsbündel gegeben ist. Bei der vorliegenden Erfingung kann die

Verwendung eines relativ großen Oberflächenbereichs zum Empfangen des Strahlungsbündels, die Dauer verkürzen, die notwendig ist, um eine adäquate Menge der erfaßten Anzeige zu erhalten, im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren (bei dem eine lange Zeit beansprucht wird, um unter Verwendung eines kleinen Oberflächenbereichs zum Empfangen des Strahlungsbündels dasselbe zu erhalten). Den großen Oberflächenbereich zum Empfangen des Strahlungsbündels erhält man durch Verwendung'eines Kollimatorschlitzes nicht besonders geringer Dicke, d.h., durch Verwendung des Strahlungsbündels, welches eine gewisse angemessene Dicke aufweist.

Als zweites sollte ohne ein Anhalten der Bewegung der Meßanordnung während des Abtastvorganges ausgekommen werden.

Bei dem bekannten Verfahren führt die Meßanordnung (d.h., die das Strahlungsbündel erzeugende Einrichtung mit Schirm sowie der Detektor) einen Schritt aus, um eine vorbestimmte Strahlungsmenge abzugeben und sie zu erfassen, was in einer bezüglich des Körpers des zu untersuchenden rohrförmigen Erzeugnisses stillstehenden Lage erfolgt; als nächstes wird die Meßanordnung um ein einer gewünschten Auflösung von z.B. 0,1 mm entsprechendes Stück bewegt, dann angehalten und in Stellung gebracht und wiederum führt die Meßanordnung einen ähnlichen Meßschritt aus; dieses Verschieben und In-Stellung-Bringen mit Strahlungs-Abgabe und -Erfassung wird k-mal sukzessive wiederholt. Die Gesamtdauer der Messung eines Wertes der Rohrwandungsstärke wird k-mal länger als ein einmaliges Verschieben, In-Stellung-Bringen und Abgeben sowie Erfassen von Strahlung. Es sei beispielsweise angenommen, die Dauer jeder Abtastung (d.h., jeder Strahlungs-Abgabe- und -Erfassung) dauere 0,1 sec, die Abtastungen würden mit Versetzungsintervallen von 0,1 mm vorgenommen, jede Verschiebebewegung mit In-Stellung-Bringen der Meßanordnung benötige mehr als 3 see. (diese Annähme liegt wesentlich unter der in der Praxis in Betracht

kommenden Dauer, da in der Praxis gewöhnlich nicht weniger als 1 Minute benötigt wird, um die massive Anordnung einschließlich des Bleischirms zu bewegen), und daß die gesamte Verschiebungsstrecke für die Abtastung 40 mm betrage. Dann ermittelt man die Gesamtmeßdauer für einen Wert der Rohrwandungsdicke zu 40 χ 0,1 sec. + 40 χ. 3 sec. = 124 sec. Man sieht, daß die zum Bewegung und In-Stellung-Bringen des Strahlungsbündels (d.h. der Meßanordnung) benötigte Zeit bei weitem größer ist als die eigentliche Zeit, die zum Abgeben und Erfassen der Strahlung benötigt wird. Bei der Erfindung setzt das Strahlungsbündel (d.h.: die Meßanordnung) seine seitliche Lageverschiebung ohne anzuhalten kontinuierlich fort, und der Abtastvorgang (d.h., das Aussen-• den und Erfassen der Strahlung) erfolgt kontinuierlich. Daher kann eine sehr starke Verkürzung der Meßdauer erreicht werden. Vorzugsweise können die bei einer solchen ohne Anhalten erfolgenden Messung ermittelten Daten in einer vorbestimmten Zeitperiode integriert oder aufsummiert werden, um einen Satz diskreter Werte (d.h.,■quantisierter Daten) zu erhalten. Solche quantisierten Daten können im folgenden ebenfalls als Meßdaten angesprochen werden.

Zum dritten können die Meßdaten (oder quantisierten Daten), die durch den oben erläuterten kontinuierlichen Abtastvorgang erhalten werden, durch Aufzeichnen in eine graphische Darstellung gebracht werden (oder in einem Speicher eines elektronischen Rechners abgelegt werden); bei der graphischen Darstellung kann es sich im Falle einer Analogmessung um eine Zeit/(oder Verschiebungs/) Analoganzeige-Kurve handein, im Falle einer digitalen Messung kann es sich um eine diskontinulierliche Zeit/(oder Verschiebungs/) Digitalanzeige-Kurve handeln. Die Grundlinie des Graphen weist mehrere plötzliche Wendeabschnitte auf, die beispielsweise auf elektronischem Wege dadurch erfaßt werden können, daß eine Änderung des Zuwachses des Anzeigewertes überwacht

wird. So besitzt die Kurve einen ersten Abschnitt vor einem ersten plötzlichen Wendeabschni-tt, einen zweiten Abschnitt zwischen dem ersten und einem zweiten plötzlichen Wendeabschnitt/einen dritten Abschnitt nach dem zweiten plötzlichen Wendeabschnitt, usw. Jeder dieser Abschnitte kann durch eine Gleichung angenähert werden. (Der erste Abschnitt kann eine gerade Linie sein, die durch eine Konstante dargestellt wird.) Durch Lösen einiger Simultangleichungen oder einiger Differentialgleichungen, die aus •0 jenen Approximationsgleichungen abgeleitet werden, lassen sich die Stellen der Wendepunkte ermitteln, so daß eine Entfernung zwischen den Punkten die Rohrwanddicke angibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung·näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung des allgemeinen Prinzips der Rohrwanddicken-Messung unter Verwendung von Strahlung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer typischen Kollimator-Anordnung zum Verengen eines Strahlungsbündels, Fig. 3 eine Darstellung zum Veranschaulichen des grundlegenden Konzepts der Erfindung, wobei der dargestellte Graph einen Satz von in einem Speicher gespeicherten Daten widerspiegelt (hier ist speziell auf das erste Ausführungsbeispiel im Hinblick auf die Punkte E₁ und E_ Bezug genommen) ,

Fig. 4 eine graphische Darstellung ähnlich Fig. 3, wobei die eingetragenen Symbole zur Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung dienen, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Meßanordnung (mit Strahlungsquelle und -detektor, einem Rahmen usw.) gemäß der Erfindung, wobei die Dicke Ay des Strahlungsbündels (oder die Dicke des Kollimatorschlitzes) größer ist als bei vergleichbaren herkömmlichen Anordnungen,

\ Fig. 6 eine schematische Barstellung der Meßanordnung gemäß Fig. 5 mit zugehöriger elektronischer Schaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 6a ein Impuls-Diagramm zur Verdeutlichung von Betriebsfolgen in der Schaltung gemäß Fig. 6 (a: Pakt-Impuls, b: Ausgangsimpuls des ersten Frequenzteilers, c: Lesen des Ausgangssignals des Stellungsanzeigers durch die Zwischenspeicherschaltung 15, d: Ausgangsimpuls des zweiten Frequenzteilers, e:'Lesen des Zählerausgangssignals durch die Zwischenspeicherschaltung 16, f: Rücksetzimpuls für den

Zähler 17, obere Linie, g: Dauer des Zählvorgangs im Zähler 17, h: Lesen des Zählerstands und der Stellungsanzeige durch CPU 19 aus den Zwischenspeicherschaltungen 16 und 15, i: Zeitspannen S1, S2 usw. zum Herleiten mehrfacher Sätze ■J5 quantisierter Daten, d.h. für Mehrfachabtastung) , Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 8, 9a und 9b ähnliche graphische Darstellungen wie Fig. 4, jedoch für ein drittes Ausführungsbeispiel· der Erfindung (in Fig. 8 bedeutet I , den relativen Wert der erfaßten Intensität),

Fig. 10 und 11 anschauliche Darstellungen eines Diagramms eines Satzes von über der Zeit aufgetragenen Intensitätsdaten, die bei einem vierten Ausführungsbeispiel· der Erfindung in einem Hauptspeicher gespeichert sind, Fig. 10a und 11a anschauiiche Beispieie für Diagramme jeweils eines Satzes von über der Zeit aufgetragenen Positions-oder Stel^ngsdaten, die bei dem vierten Ausführungsbeispiel· der Erfindung in einem Nebenspeicher gespeichert sind,

Fig. 12 und 12a ähnliche Darste^ungen wie in den Fig. 11 und 11a,. allerdings für ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 13 und 13b ähnliche Darstellungen wie in den Fig. 11 und 11a, jedoch für ein sechstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 13a eine graphische Darstellung, in der für das in den Fig. 13 und 13b dargestellte Beispiel einer Geschwindigkeits-Änderungs-Betriebsart dargestellt ist, Fig. 14 eine bezüglich der Anordnung gemäß Fig. modifizierte Meßanordnung mit elektronischer Schaltung, die alternativ für das vierte und fünfte Ausführungsbeispiel brauchbar sind, j

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Meßanordnung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel (die zugehörige elektronische Schaltung kann ähnlich sein wie die in Fig. 6 oder Fig. 14 gezeigte Schaltung), Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines typischen rohrförmigen Gegenstandes mit Transport- und anderen Gerollen, Fig. 17 eine typische photoelektrische Positionsdetektoreinrichtung (die an sich bekannt ist), welche in dem siebten Ausführungsbeispiel verwendet wird, Fig. 18 bis 18c schematische Darstellungen von Positionseinstellungen der Anordnung gemäß Fig. 15, Fig. 19a und 19b Darstellungen ähnlich wie Fig. 11 und 11a, jedoch für das siebte Ausführungsbeispiel, wobei die Strahlungsbündel-Abtastanordnung nur zum Erfassen der inneren Rohroberfläche verwendet wird (daher fehlt in Fig. 19a die Hälfte der Fig. 11),
Fig. 19c ein Beispiel für ein Diagramm eines Satzes von Daten der photoelektrisch ermittelten Stellung der äußeren Rohroberfläche gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 20a bis 20c schematische Darstellungen, die die relativen Lagen eines Strahlungsbündels bezüglich eines sich drehenden oder axial laufenden Rohrkörpers zeigen (siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung), Fig. 21 die schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung (eine Abänderung des siebten Ausführungsbeispiels),

Fig. 22 die Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels

(eine weitere Abwandlung des siebten Ausführungsbeispiels), Fig. 23 und 23a schematische Darstellungen einer Modifizierung der Erfindung im Hinblick auf den Winkel zwischen der seitlichen Richtung und der Axialrichtung des Strahlungsbündels,

Fig. 24a bis 30 Skizzen einer Einrichtung für eine verbesserte Kollimator-Ausrichtung gemäß der Erfindung, und zwar Fig. 24a und 24b eine spezielle Konfiguration eines Kollimators ,

Fig. 25a und 25b ein Ausrichtlineal, Fig. 26 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung zum Anordnen der beiden Kollimatoren mit dem Lineal auf einem Rahmen,
Fig. 26a einen Teil der in Fig. 26 gezeigten Anordnung während eines Zwischenschritts,

Fig. 27 eine Seitenansicht dieser Anordnung, Fig. 28 eine perspektivische Ansicht ähnlich Fig. 26, jedoch eine alternative Anordnung darstellend, Fig. 29a und 29b eine weitere abgeänderte Ausführung des Ausrichtlineals für eine lange Einzel-Kollimator-Anordnung, und

Fig. 30 eine weitere alternative Ausgestaltung des Lineals · für einen Kollimatorsatz mit einem großen Schlitz.

Die Darstellung in Fig. 3 soll das grundsätzliche Verständnis der Erfindung erleichtern.

Ein Gammastrahlenbündel 2 tastet ein Rohr 1 ab, indem es in seitlicher Richtung (Pfeil A) quer zu dem Rohr 1 läuft.

Das Gammastrahlenbündel 2 weist eine Dicke Ay auf. Die Intensität des Gammastrahlenbündels nach Durchlaufen des Rohres wird durch einen Strahlungsdetektor (nicht dargestellt) angezeigt und in Form eines gedachten Graphens (in einem elektronischen Speicher) aufgezeichnet, wobei die Ordinate den Wert der Detektoranzeige und die Abszisse die Lage der

♦ «Ρ

der Mittellinie des seitlich laufenden Gammastrahlenbündels 2 darstellt. Auf diese Weise erhält man die Kurve K. Das Gammastrahlenbündel 2 verschiebt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit ν in Richtung des Pfeils A. Der Detektor kann entweder analog oder digital arbeiten. (Falls er analog arbeitet/ gibt er ein sich kontinuierlich änderndes Ausgangssignal ab; falls er digital arbeitet, erzeugt er eine diskontinuierliche, jedoch graduell sich ändernde Ausgangsgröße) . Vorzugsweise wird das Detektor-Ausgangssignal einer Integratoreinrichtung zugeführt, die als Zähler ausgebildet sein kann, falls das Ausgangssignal des Detektors digitaler Natur ist, wobei der Integrator das Ausgangssignal des Detektors über eine vorbestimmte Teilperiode (eine Quantisierungsperiodendauer) T integriert. Für jede Perio- dendauer T wird ein einziger Datenwert erhalten, der als Quantisierungsgröße I der erfaßten Strahlung aufzuzeichnen ist. Für die Periodendauer T verschiebt sich das Gammastrahlenbündel· seitlich um ein Stück vT. Das Aufzeichnen dieses Wertes erfolgt unter der Voraussetzung, daß der Wert zu einem Zeitpunkt zur Verfügung steht, in dem das Gammastrahlenbündel sich gerade um einen bestimmten Prozentsatz innerhalb der speziellen Teil-Zeitperiode bewegt hat (es wird beispielsweise vorausgesetzt, daß der Wert der Anzeige genau im Mittelpunkt jeder seitlichen Versetzung des Gamma-Strahlenbündels innerhalb der Teil-Periodendauer erhalten wird).· Auf diese Weise wird eine Kurve K erhalten.

Die Linie K beginnt mit einem ersten flachen und geraden Abschnitt, bevor das Gammastrahlenbündel in Berührung mit der Außenfläche des Rohres gelangt. Als nächstes erscheint ein erster plötzlicher Wendepunkt, gefolgt von einem zweiten gekrümmten und abfallenden Abschnitt, einem zweiten plötzlichen Wendepunkt sowie einem dritten gekrümmten und ansteigenden Abschnitt. Der direkte Anfangsteil des ersten plötzlichen Wendepunkts zeigt an, daß die rechte Kante

X ..._v

(vergleiche Fig. 3) des Gammastrahlenbündels 2 die äußere Oberfläche des Rohres 1 gerade zu berühren beginnt. Der Punkt E₁ kennzeichnet die Mitte des Gammastrahlenbündels zu eben diesem Zeitpunkt. Ferner bedeutet der vordere Anfangsabschnitt des zweiten plötzlichen Wendepunkts,.daß die rechte Kante des Gammastrahlenbündels soeben in Berührung mit der Innenfläche des Rohres 1 kommt. Der Punkt E_ kennzeichnet die Lage der Mittellinie des Gammastrahlenbündels 2 am Anfang des zweiten Wendepunkts. R₁ ¹ und R-¹ sind die jeweiligen Koordinaten der Punkte E₁ bzw. E„ auf der Abszisse (d.h. auf der y-Achse). Die Differenz zwischen den Koordinaten R₁' und R^' ergibt die Wandstärke des Rohres 1. Eine dem Punkt E„ folgende gebrochene Linie zeigt das Ergebnis, welches erhalten würde, falls das Rohr 1

15· nicht hohl, sondern massiv wäre.

Fig. 4 zeigt die mit der Linie K in Fig. 3 identische Kurve. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 soll nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das seitliche Bewegen des Strahlungsbündels bei konstanter Geschwindigkeit während der eigentlichen Messung erfolgt.

. Ein relativ schmaler Kurvenbereich "a" im Anschluß an den Punkt E₁, wo die Aufzeichnung gerade beginnt, um eine erste plötzliche Änderung des Zuwachses der Strahlungsdetektor-Anzeige zu erzeugen (genauer' gesagt: des Ausgangssignals der Integriereinrichtung), wird durch elektronische Verarbeitung analysiert und durch eine erste Gleichung approxomiert. (Die Änderung des Zuwachses kann als das zweite Differential aufgefaßt werden, falls die Messung analog ist und keine Quantisierung stattfindet.) Ein relativ breiter Kurvenbereich "b" vor dem Punkt E_, wo die Aufzeichnung beginnt, um eine zweite plötzliche Änderung des Zuwachses der Strahlungserfassungs-Anzeige (oder des Aus-

gangssignal der Integrier-Einrichtung) zu erzeugen, wird analysiert und mittels einer zweiten Gleichung approximiert. Weiterhin wird ein relativ schmaler Kurvenbereich "c" im Anschluß an den Punkt E- analysiert und mittels einer dritten Gleichung approximiert. Es sei angenommen, die erste Approximationsgleichung sei quadratisch und werde ausgedrückt durch

I= Ay² + By + C

««η während die zweite und dritte Approximationsgleichung dargestellt werden durch

I= exp(ay²+by+c), und
I = exp(dy²+ey+f)

Die Koeffizienten A, B, C, a, b, c, d, e und f können durch algebraisches Lösen oder durch die Methode der kleinsten Quadrate aus den aufzuzeichnenden Meßdaten ermittelt werden.

Der Punkt E₁ liegt dort, wo die Kurve "a" von einer flachen geraden Linie ausgeht. Daher kann die y-Koordinate R₁' des Punkts E₁ durch Differenzieren der ersten Approximationsgleichung nach y und durch Lösen der Gleichung bei Nullsetzen des Differentials erhalten werden. Das heißt, der Wert von y, der der Bedingung -=— = 0 genügt, ergibt R₁,. In einem Koordinatensystem, bei dem y = 0 in der Mitte des Rohres 1 liegt, gilt die Beziehung

IVl ■-»ι ♦£-■?

wobei R. der Außenradius des Rohres 1 ist und vorausgesetzt wird, daß jeder Wert der aufzuzeichnenden quantisierten Anzeige der erfaßten Strahlung genau im Mittelpunkt der seitlichen Versetzung des Gammastrahlenbündels innerhalb der Teil-Zeitperiode liegt, wie es oben bereits erwähnt · wurde (wobei man den Term -y- erhält).

Der andere Punkt E₂ kann angenähert ein Schnittpunkt von zwei Linien sein, die durch die- zweite und dritte Approxi mationsgleichung definiert sind. Man erhält:

exp(ay²+by+c) = exp(dy²+ey+f)

das heißt

ay² + by + c = dy² + ey + f

oder

• (a-d)y² + (b-e) + c-f = 0.

Durch Lösung dieser Gleichungen ergibt der erhaltene Wert für y die Koordinate R₂'.für den Punkt E₂. Ähnlich wie für R₁' kann man ansetzen

wobei R₂ der Innenradius des Rohres 1 ist. Daher ergibt sich die Wanddicke H des Rohres 1 zu

π -

^Ά -

Einige Ergebnisse einer in der Praxis durchgeführten Messung nach dem Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Ermittlung von Wanddicken sind in der nachstehenden Tabelle 1 niedergelegt.

Tabelle 1

Innenradius (mm) Außenradius (mm) Wanddicke (mm)

Fall tatsäch- durch tatsäch- durch tatsäch- durch Fehler

lieh Strahlung lieh Strahlung lieh Strahlung (mm)

gemessen gemessen gemessen

1	1.40	140.	112	150	149.	910	10	9	.798	0.	202
2	187	187.	079	208	207.	916	21	20	.817	0.	813
. 3	93	93.	024	96	95.	902	3	2	.878	0.	122

Als Strahlungsquelle diente hier Cäsium 137, das Material des Rohres war Eisen, die Strahlungsbündeldicke betrug 2 mm, die Strahlungsbündelbreite (in zur Rohrachse paralleler Richtung) betrug 5 mm, die Datenabtastperiode (d.h., die oben erwähnte Teil- oder Quantisierungs-Periodendauer T) betrug 0,5 see. und die seitliche Versetzungsgeschwindigkeit des Strahlungsbündels bezüglich des Rohrkörpers betrug 10 mm pro see. Die Datenabstastung erfolgt nach Art der Mehrfachabtastung, wobei sämtliche Elementar-Ausgangsdaten des Strahlungsdetektors in einem Zeitintervall von 0,01 see. aufgegriffen wurden. (Was die Mehrfachabtastung anbelangt, so wird hierzu im Zusammenhang mit Fig. 6a, Teil i und im Zusammenhang mit der Arbeitsweise eines praktischen Geräts gemäß Darstellung in Fig. 13 Stellung genommen .)

Wie sich aus der Tabelle 1 ergibt, stellt das erste Ausführungsbeispiel ein wirksames und praktikables Verfahren der Wanddickenmessung dar.

Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit läßt sich dadurch erzielen, daß ein an sich bekanntes "Vergleichs-Calibrierungs"-Verfahren verwendet wird, d.h., es wird eine ge-

ο ι £ υ υ ο υ

eignete Vielfalt von Bezugsdaten der Relationen zwischen bekannten Wanddicken bekannter Proberohre und der durch das oben geschilderte Verfahren erhaltenen Meßergebnisse auf experimentellem Wege bereitgestellt und in dem Speicher eines elektronischen Rechners gespeichert und nach Maßgabe der größten ihrer Außendurchmesser und ihrer Wanddicken sortiert, bevor Rohre unbekannter Wanddicke gemessen werden. Die Außendurchmesser dieser untersuchten Rohre können durch Strahlungsmessung oder durch eine andere geeingnete Anordnung auf einfache Weise ausgemessen werden. Daher kann unter Verwendung der in dem Rechnerspeicher gespeicherten Bezugsdaten eine Calibrierung der Meßergebnisse der untersuchten Rohrwanddicken erfolgen, indem auf die sortierten Größen der Außendurchmesser der Rohre Bezug genommen wird. Wenn adäquate Bezugsdaten mit feineren Abstufungen ihrer Größenintervalle bereitgestellt werden, können die Meßfehler wesentlich kleiner gemacht werden, und in der Praxis lassen sich die Fehler in einem Bereich zwischen 10 μπι und 30 μπι halten.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Meßanordnung, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. Die Meßanordnung enthält einen Strahlungsquellenbehälter 8 und einen ersten Kollimator 5, die an dem oberen Ende eines Rahmens 9 montiert sind, sowie einen Strahlungsdetektor 4 mit einem zweiten Kollimator 5a, die am unteren Ende des Rahmens 9 montiert sind. Eine Gammastrahlenquelle 3, bei der es sich z.B. um Cäsium 137 handeln kann, ist in dem Behälter 8 eingeschlossen, um ein Strahlungsbündel 2 zu erzeugen, das den Schlitz des ersten Kollimators 5 durchläuft. Das Strahlungsbündel 2 wird durch einen Rohrkörper 1 geschickt, durchläuft den Schlitz des zweiten Kollimators 5a und erreicht den Detektor 4. Das Strahlungsbündel 2 besitzt eine Dicke Ay und eine Breite £. Der Rahmen 9 läuft für die Abtastung in Richtung

des Pfeils A. In Fig. 5 kennzeichnen die Linien y, ζ und r ein orthogonales Koordinatensystem, welches bezüglich des Rohrkörpers 1 stationär ist, wobei die y-, z- und r-Achsen parallel zu dem Pfeil A, der Rohrachse bzw. der Strahlungsbündelachse sind. Die Linien η, ζ und λ kennzeichnen ein anderes orthogonales Koordinatensystem, welches bezüglich der Meßanordnung, d.h. bezüglich des bewegten Systems mit der Strahlungsquelle 3 und dem Detektor 4 fixiert ist, wobei die η, ξ und λ-Achsen parallel zu der y-, z- bzw. r-Achse verlaufen. Das Strahlungsbündel 2 weist überall in dem Querschnittsflächenbereich parallel zur y-z-Ebene (oder zur η-ζ-Ebene), die senkrecht zur Achse des Strahlungsbündels liegt, eine gleichförmige Strahlungsflußintensität auf. Es ist vorausgesetzt, daß die Intensitäts-Schwankung der von der Quelle abgegebenen Strahlung bezüglich der Zeit vernachlässigbar ist, da die Strahlungsquelle 3 eine sehr lange Halbwertszeit hat. Die Strahlungsflußintensität n des Gammastrahls ist dann gegeben durch

n =

wobei n„ die Strahlungsflußdichte bei nicht vorhandenem Rohrkörper und χ die Durchlauflänge der Strahlungsflußlinie durch den Rohrkörper ist (der Wert von χ ist eine Funktion der y-Koordinate der Strahlungsflußlinie). Eine Detektor- oder Erfassungsanzeige I in der oben erwähnten Aufzeichnung ist die Integration der Flußintensität n über einem Flächenbereich Ay χ £ (d.h. dem Querschnitt des Strahlungsbündels) über eine Teil-Periodendauer T (d.h. über eine Einheits-Zeitdauer der Datenabtastung). So ergibt sich speziell ein Wert I- der Erfassungsanzeige bei nicht vorhandenem Rohrkörper für χ = 0 zu

T rSL r 2

¹O ^{= e} J₀ J₀ ]_Δγ. ⁿ0 ^αη ^ dt = ε - T - λ - Ay - n₀ wobei ε eine Konstante, I die Breite in z-Richtung und Ay

I (COUU J

die Dicke in y-Richtung des Strahlungsbündels 2 sind.

Für den Wert der Erfassungsanzeige I bei χ φ 0 erhält man bei der Annahme, daß die Integration des gemessenen Ausgangssignals der Strahlungsflußintensität η zum Zeitpunkt t₁ beginnt und zum Zeitpunkt t^ T aufhört:

ti+T

t₁₊T M

ti 2

Unter Verwendung von y = Y₁(t)+η mit Y₁(t) als y-Koordinate des Ursprungs (η=0, ζ=0, λ=0) des bewegten ηζλ-Koordinatensystems zur Zeit t erhält man

ti+T Vi(t)
^{X = ε n}0^l \. I

Hier erhält man die Werte der Erfassungsanzeige I in Form von verteilten Daten in den Zeitintervallen T, wenn das Gammastrahlenbündel 2 in y-Richtung läuft, und jeder Wert ist das Intergral über die Periode T. Es sei darauf hingewiesen, daß das hier verwendete Gammastrahlenbündel 2 eine weitaus größere Dicke und Breite aufweisen kann, als bei herkömmlichen Methoden der Wanddickenmessung mittels Gammastrahlung zwecks Erzielung einer angemessenen Genauigkeit der Meßergebnisse (oder um exakte Stellen der Wendepunkte bei der Daten-Zeichnung aufzufinden).

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Meßanordnung gemäß Fig. 5, jedoch ist ei'ne zugehörige elektronische Schaltung und ein Antriebsmechanismus hinzugefügt.

Der Rahmen 9 besitzt eine Zahnstange 10, die mit einem Ritzel 11 kämmt. Wenn ein Motor 12 das Ritzel 11 antreibt, bewegt sich die Zahnstange 10 seitlich, so daß das die Strahlungquelle 3, das Strahlungsbündel 2 und den Strahlungsdetektor 4 umfassende System in seitlicher Richtung läuft, um in Querrichtung des Rohrkörpers 1 abzutasten. Eine Skala 13 dient zum Auffinden der Lage der Meßanordnung bezüglich des Rohrkörpers. Ein Stellungsanzeiger gibt die Stellung in Form eines elektrischen Ausgangssignals an. Die elektronische Schaltung enthält weiterhin: einen zum Empfangen des Ausgangssignals des Detektors 4 verschalteten Zähler 17, Zwischenspeicher 15 und 16, eine Zentralprozessoreinheit (CPÜ) 19 zum Vererarbeiten von Meßdaten, eine der CPU 19 zugeordnete Schnittstelleneinheit (Interface) 18, eine Hilfsprozessoreinheit 21 für die Motorsteuerung, eine Hilfs-Schnittstelleneinheit 20 für die Hilfs-Prozessoreinheit 21, einen Taktgeber 22, einen ersten Frequenzteiler 23, einen zweiten Frequenteiler 24 und eine Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 25.

Bei der nachstehenden Beschreibung soll Bezug genommen werden auf die Fig. 6a, die ein Beispiel einer Impulsfolge zeigt, die in der Schaltung gemäß Fig. 6 auftritt. Im Betrieb erzeugt die CPU 19 ein Abtast-Einleitungssignal, welches über die Hilfs-Schnittstelleneinheit 20 an die Hilfs-Prozessoreinheit 21 gegeben wird. In Abhängigkeit dieses Signals erzeugt diese Einheit 21 ein über die Hilfs-Schnittstelleneinheit 20 geführtes Signal zum Starten des Betriebs des Motors 12. Der Betrieb des Motors führt zu der Abtastbewegung des Ritzels 11 und der Zahnstange

Der Taktgeber 22 erzeugt Taktimpulse (siehe a in Fig. 6a), die der erste Frequenzteiler 23 empfängt und daraus in einem vorbestimmten Intervall Impulse erzeugt (beispielsweise in einem Intervall von 1/200 see.) (vergleiche b in

Fig. 6a)· Der Zwischenspeicher 15 liest die Stellungsanzeige 14 und empfängt die Ausgangsimpulse des ersten Frequenzteilers 23, um in Abhängigkeit jedes der Impulse die Speicherung der Daten zu erneuern. In Abhängigkeit jedes Ausgangsimpulses des ersten Frequenzteilers 23 liest die Hilfs-Prozessoreinheit 21 das Ausgangssignal der Stellungsanzeige 14 ab, welches in dem Zwischenspeicher 15 gehalten wird. (Das Auslesen des Ausgangssignals der Stellungsanzeige 14 ist in Fig. 6a durch einen impulsförmigen Abschnitt der Linie des Teils c dargestellt.) Die Hilfs-Prozessoreinheit 21 beurteilt die aus der Stellungsanzeige 14 ausgelesenen Daten und steuert dadurch den Betrieb des Motors 12, um die Abtastgeschwindigkeit des Rahmens 9 konstant zu halten.

Der zweite Frequenzteiler 24 empfängt die Ausgangsimpulse des ersten Frequenteilers 23, um weiter heruntergeteilte Taktimpulse zu erzeugen (vergleiche d in Fig. 6a), die ein weiteres vorbestimmtes Intervall aufweisen (beispielsweise 0,1 see.).

Das Strahlungsbündel 2 von der Quelle 3 wird durch den ersten Kollimator 5 gelenkt, durch den Rohrkörper 1 geleitet, läuft durch den zweiten Kollimator 5a und erreicht den Detektor 4. Der Detektor 4 besitzt einen eingebauten Verstärker, so daß er geformte Ausgangsspannungsimpulse erzeugt, deren Anzahl proportional zur Zahl der Strahlungspartikel (oder der Energiemenge der Strahlung oder der Dauer der Intensität N der Strahlung), die den Detektor erreichen, ist. Die Ausgangsimpulse des Detektors 4 werden vom Zähler 17 gezählt. Der Zwischenspeicher 16 liest den Ausgang des Zählers 17, speichert die Ausgangssignale und erneuert sie jedesmal, wenn ein Taktimpuls von dem zweiten Frequenzteiler 24 bei dem vorbestimmten Zeitintervall (von beispielsweise 0,1 see.) erzeugt wird (siehe b in Fig. 6a).

C ρ · β

Auf"diese Weise erfolgt die Quantisierung des Detektor-Ausgangssignals. Das Auslesen des Zählers 17 ist in Fig. 6a durch einen impulsförmigen Abschnitt des Teils e dargestellt. Wenn der Zwischenspeicher 16 seinen Speicherinhalt erneuert hat, erzeugt die Schnittstelleneinheit 18 einen Rücksetzimpuls (vergleiche f in Fig. 6a), um den Zähler 17 zurückzusetzen, so daß der Zähler 17 erneut bei Null zu zählen beginnt. Gleichzeitig mit der Erzeugung des Rücksetzimpulses erzeugt die Schnittstelleneinheit 18 einen Lese-Befehlsimpuls für die CPU 19, die daraufhin den in dem Zwischenspeicher 16 gespeicherten Zählerstand und das in dem Zwischenspeicher 15 gespeicherte Ausgangssignal der Stellungsanzeige liest, um die Werte in einem Speicher abzulegen. (In Fig. 6a zeigt der höhere Abschnitt des Verlaufs g die Dauer, in der der Zählvorgang des Zählers 17 sukzessive stattfindet, während der niedrige Abschnitt dieser Linie das Löschen des Zählers 17 kennzeichnet. Ein impulsförmiger Abschnitt der Linie h in Fig. 6a repräsentiert das Auslesen des in dem Zwischenspeicher 16 gespeicherten Zählerstands und der in dem Zwischenspeicher 15 gespeicherten Positionsanzeige. Die Linie i in Fig. 6a bezieht sich auf die Methode der Mehrfachabtastung, hierauf soll später noch eingegangen werden.)

Ähnliche Prozeduren werden wiederholt, bis die CPU eine Beendigung des Abtastvorgangs ermittelt hat, beispielsweise dadurch, daß herausgefunden wird, daß die Meßanordnung eine vorbestimmte Entfernung von dem Ausgangspunkt zurückgelegt hat oder daß nach Beendigung der zweiten plötzliehen Änderung des Zuwachses der Strahlungsdetektoranzeige eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, oder dadurch, daß herausgefunden wird, daß die erfaßte Strahlungsanzeige einen konstanten Wert annimmt, der dem Wert zu Beginn des Abtastvorgangs entspricht. Wenn die CPU 19 das feststellt, gibt sie über die Hilfs-Schnittstelleneinheit 20 an die

IdOUQJ

Hilfs-Prozessoreinheit 21 ein Abtast-Ende-Signal ab, in dessen Abhängigkeit der Betrieb, des Motors 12 angehalten wird, so daß die Meßanordnung mit der seitlichen Bewegung aufhört. Dann erfolgt auf ein geeignetes Kommando von der Einheit 21 hin das Zurücklaufen der Meßanordnung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung der Motorgeschwindigkeit, intermittierend bei einem bestimmten Zeitintervall, welches durch den ersten Frequenzteiler 23 festgelegt wird. Das Zeitintervall. (bei-' spielsweise von 1/200 see.) ist jedoch wesentlich kürzer als das Zeitintervall, mit dem der Zwischenspeicher 16 die Zählerstände aus dem Zähler 17 holt und Welches definiert -^ ist durch den zweiten Frequenzteiler 24 (hier beträgt das Zeitintervall z.B. 0,1 see). Daher kann die Laufgeschwindigkeit für den Abtastvorgang angemessen auf einen konstanten Werip geregelt werden.

Die mit der Zeit (oder der Stellung) sich ändernden Daten der erfaßten Strahlungsanzeige werden in dem Speicher der" CPU 19 gespeichert. In der CPU erfolgt die Berechnung zum Ermitteln der Rohrwanddicke. Dann wird über die Eingabe/ Ausgabe-Einrichtung 25 ein Ausgangssignals des Wertes der Wanddicke erzeugt. Als in der Praxis verwendbare Einrichtung für die Skala 30 eignet sich eine digitale Skala oder eine sogenannte lineare Skala, die käuflich erwerbbar ist. Mit ihr ist eine hohe Meßgenauigkeit bei sehr rascher Meßdurchführung erzielbar, die Ansprechzeit beträgt einige Millisekunden, oder die Laufgeschwindigkeit beträgt etwa 1 m/sec. im schnellsten Fall. Das ist hinreichend schnell, um dem Abtastvorgang der Meßanordnung gemäß der Erfindung folgen zu können, da die höchste erforderliche Laufgeschwindigkeit der Meßanordnung etwa einige 10 mm/sec. beträgt, um eine Zeitdauer zu erzielen, die einige Sekunden für eine gesamte Abtastung pro Ausgabewert für die Rohrwand-

dicke nicht übersteigt-. In den meisten Fällen bei der Überprüfung von nahtlosen Rohren übersteigen die Wandstärken kaum 40 mm. Als praktischen Wert für die Daten-Abtastperiode (d.h. die Quantisierungsdauer) T wird etwa 0,1 see. im kürzesten Fall vorgesehen, falls eine Strahlungsquelle mit der derzeit größten Strahlungsleistung verwendet wird. Diesbezüglich ist die Laufgeschwindigkeit der oben angesprochenen digitalen Skala so groß, daß das Zeitintervall At, bei dem das Auslesen der Anzeige der Stellung eines sich seitlieh bewegenden Strahlungsbündels stattfindet, möglicherweise wesentlich kürzer als die Periodendauer T der Datenabtastung der erfaßten Strahlungsenergie ist. Beispielsweise kann das Zeitintervall At für das Ablesen der Stellungsanzeige 0,01 see. betragen, während die Datenabtast-Zeitdauer T 0,1 see. betragen kann.

Daher kann die Methode der Mehrfachabtastung verwendet werden. Hierbei werden mehrere Sätze jeweils mit einem Zähler 17 und einem Zwischenspeicher 16 verwendet, wobei jeder Satz eine Folge abgetasteter Daten hervorbringt. Bei diesen Sätzen sind die Phasen der Datenabtast-Zyklen um eine bestimmte Zeitdauer gegeneinander versetzt, beispielsweise gerade um das Zeitintervall At für das Ablesen der Stellungsanzeige (das Zeitintervall beträgt in dem obigen Fall 0,01 see); dies ist in Fig. 6a in dem Teil i dargestellt. Dort bedeutet S1 die Zeitdauer T, innerhalb der die zu einer ersten Folge gehörigen Daten von den erfaßten Strahlungsintensitätswerten abgeleitet werden. S2 ist eine zweite Zeitspanne von ebenfalls der Dauer T, die ein Zeitintervail At nach Beginn der ersten Zeitspanne anfängt, und innerhalb der die zu einer zweiten Folge gehörigen Daten von den erfaßten Strahlungsintensitätswerten abgeleitet werden. S3 ist eine dritte, ähnliche Zeitspanne, usw. Es können also viele genauere Daten erhalten werden, was zu einer verbesserten Meßgenauigkeit führt.

liOUÜJ

Die CPU 19 kann darüber hinaus ein Programm enthalten, um eine ungeeignete Bewegung der Meßanordnung aufzufinden. Das heißt beispielsweise, daß für den Fall, daß die Abtast-Lauf geschwindigkeit 10 mm/sec. beträgt, die einheitliche Zeitdauer T für die Datenabtastung 0,1 see. beträgt und eine maximal zulässige Unregelmäßigkeit der Laufgeschwindigkeit von 0,5 % verlangt wird, die CPU jedes Auftreten einer Situation erfaßt, in der ein Wert von

Iy₁ (t) - y^t+0,1 sec) I
einen Wert von mehr als 1,005

oder weniger als 0,995 annimmt, und die CPU gibt ein Signal ab, um eine unrichtige Bewegung anzuzeigen.

Bei dem Motor 12 handelt es sich vorzugsweise um einen gebremsten Motor, um eine glatte Bewegung der Meßanordnung zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang wird unter einem gebremsten Motor ein Motor verstanden, der sich bei einer Bremsung dreht, um eine Rückwärtsdrehung zu vermeiden.

.

Fig. 7 ist eine anschauliche Darstellung zum Erläutern eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels darstellt.

Während beim ersten Ausführungsbeispiel (vergleiche die Fig. 3 oder 4) die Punkte E und E , die die Stellen des Strahlungsbündels 2 kennzeichnen, an denen die rechte Kante des Strahlungsbündels die Außen- oder Innenseite der Rohrwand berührt, aufgegriffen werden, um eine Wanddicke zu definieren, benutzt das zweite Ausführungsbeispiel die Punkte E ' und E' gemäß Figur 7. Der Punkt E ' ist diejenige Position des Strahlungsbündels 2, an der dessen linke Kante die Außenseite der Rohrwand berührt, und der Punkt E₂' ist derjenige Punkt, wo dieselbe Außen-

kante die Innenseite der Rohrwand berührt. Es gilt:

IR₁"! = R₁- f-ψ

Wobei R " und R₃'¹ die y-Koordinaten der Punkte E' bzw. E₂' sind. R " und R" werden ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch Lösen der aus auf andere Weise αεί Ο finierten vier Approximationsgleichungen erhaltenen Simultangleichungen gewonnen: Die erste Gleichung repräsentiert den relativ engen Bereich, wie der Kurvenabschnitt "a" in Fig. 4, bevor die Änderung des Anwachsens der erfaßten Strahlungsbündelintensität sich vom Zuwachsen auf Abnahme ändert. Die zweite Gleichung repräsentiert einen relativ weiten Abschnitt, der sich an den oben erwähnten Kurvenabschnitt "a" anschließt, und der sich ergibt, nachdem eine Änderung der Strahlungsintensitäts-Zunahme stattgefunden hat. Die dritte Gleichung repräsentiert den relativ schmalen Bereich entsprechend dem Kurvenabschnitt "c" in Fig. 4, bevor sich die Änderung des erfaßten Strahlungsbündelintensitäts-Anstiegs von Ansteigen auf Abnahme ändert; die vierte Gleichung repräsentiert einen relativ breiten Abschnitt, der sich an den oben erwähnten Kurvenabschnitt "c" anschließt, und der an einen Wechsel der Schwankung des Strahlungsbündelintensitäts-Anstiegs anschließt. Die Punkte E ' und E ' werden als Schnittpunkte der ersten und zweiten Approximationsgleichung sowie der dritten und vierten Approximationsgleichung erhalten. 30

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der erste und zweite Wendepunkt des oben erwähnten Graphen, der durch die begriffliche Aufzeichnung der Daten der erfaßten Strahlungsbündelintensität erhalten wird, als Schnittpunkte von auf noch andere Weise definierten ersten,

zweiten und dritten Abschnitten des Graphen erhalten. Dort ist der erste Abschnitt derjenige Abschnitt, der vor dem ersten plötzlichen Umkehrabschnitt (im folgenden "Wendeabschnitt" bezeichnet) des Graphen liegt, und bei dem es sich tatsächlich um eine flache gerade Linie handelt; der zweite Abschnitt ist derjenige Abschnitt, der zwischen dem ersten und zweiten Wendeabschnitt liegt; der dritte Abschnitt ist derjenige, der nach dem zweiten Wendeabschnitt folgt. Hierbei können die Wendeabschnitte beispielsweise elektro-. 10 nisch erfaßt werden, wie es oben angegeben wurde.

Man nehme an, daß die Daten der erfaßten Strahlungsbündelintensität in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise (dies ist ein Beispiel eines Meßergebnisses) aufgezeichnet seien, wobei die Abszisse die y-Koordinate der Strahlungsbündelachse ist (vorausgesetzt, daß y = 0 die Lage der Rohrachse ist), die Ordinate die erfaßte Strahlungsenergie I als relativen Wert repräsentiert und die kleinen leeren Kreise die aufgezeichneten Daten angeben. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich um Cäsium 137, das Strahlungsbündel hat eine Dicke von 2 mm, die seitliche Laufgeschwindigkeit der Meßanordnung ist konstant 10 mm/sec. bezüglich des Rohrkörpers, die einheitliche Zeitdauer der Datenabtastung (d.h., der Quantisierungsdauer) beträgt 0,i see., die tatsächlichen Abmessungen des untersuchten Rohres sind 300 mm Durchmesser und 10 mm Wanddicke. Wie man sieht, zeigen die aufgezeichneten unbehandelten Daten keinerlei klare Wendepunkte, sondern statt dessen zwei Wendeabschnitte. Dann können der erste, zweite und dritte Abschnitt des Graphen aufgefunden werden. Der erste Abschnitt ist eine gerade Linie, repräsentiert durch I=I, wobei I_Q die erfaßte Strahlungsenergie bei nicht vorhandenem Rohrkörper ist. Der Wert von I- kann zuvor exakt gemessen werden. Der zweite Abschnitt, der zwischen den beiden Wendeabschnitten auftritt, kann durch eine. Funktion der Kurve Fa approximiert werden, und

der dritte Abschnitt, der nach dem zweiten Wendeabschnitt folgt, kann durch eine weitere Funktion der Kurve Fb approximiert werden.

Betrachtet man nun Fig. 9a, die eine Fig. 8 entsprechende Darstellung zeigt, so erkennt man, daß der erste Abschnitt (i) der durch I = I_Q dargestellte Abschnitt ist. Es sei angenommen, die Funktion der Kurve Fa zum Approximieren des zweiten Abschnitts (ii) könne durch folgende Gleichung dargestellt werden:

I= I_oexp(ay²+by+c) (*)

und die Funktion der Kurve Fb zum Approximieren des dritten Abschnitts (iii) könne durch folgende weitere Gleichung dargestellt werden:

I = I₀(Ay^?+By⁵+Cy^If+Dy³+Ey²+Fy+G) (**)

Die Koeffizienten a, b, c, A, B, ... G können als algebraische Lösung bestimmt werden oder aber nach der Methode der kleinsten Quadrate für die aufgezeichneten Meßdaten.

Man kann dann auf einfache Weise die y-Koordinate R."¹ des Schnittpunkts der Verlängerungen des ersten und zweiten Abschnitts (i) und (ii) unter Verwendung von I = I₀ in Gleichung (*) erhalten, indem man löst

exp(ay²+by+c) = 1, oder ay²+by+c = 0.

Für den Fall, daß die Funktion der Kurve Fa durch eine andere, kompliziertere Gleichung als die Gleichung (*) dargestellt wird, kann die Koordinate des Schnittpunkts bestimmt werden, indem das Newton-Raphson-Verfahren ange-

wendet wird. Die y-Koordinate R₂"' ^^es Schnittspunkts der Verlängerungen des zweiten und dritten Abschnitts (ii) und (iii) kann durch Lösen der die Gleichungen (*) und (**) umfassenden Simultangleichungen bestimmt werden, es ist ebenfalls eine Bestimmung nach dem Newton-Raphson-Verfahren möglich.

Dann ergibt die Differenz zwischen den Werten R₁··' und R^'¹¹ die Rohrwanddicke.

Einige Ergebnisse einer nach dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durchgeführten tatsächlichen Messung von Rohrwanddicken sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgelistet.

Tabelle 2

Innenradius (mm) Außenradius (mm) Wanddicke (mm)

Fall tatsäch- durch tatsäch- durch tatsäch- durch Fehler lieh Strahlung lieh Strahlung lieh Strahlung (mm)

gemessen gemessen gemessen

1	140	140.	087	150	150.	241	10	10.	147	0	,147
2	187	187.	222	208	208.	992	21	21.	770	0	,770
3	93	92.	973	96	95.	961	3	2.	988	0	,012

Bei diesem Beispiel war die Strahlungsquelle Cäsium 137, das rohrmaterial Eisen, die Strahlungsbündeldicke 2 mm, die Strahlungsbündelbreite 5 mm, die Datenabtastdauer (Quantisierungsdauer) 0,1 see, die seitliche Verschiebungsgeschwindigkeit des Strahlungsbündels bezüglich des Rohrkörpers 10 mm/sec. für die Fälle 1 und 2 sowie 2,5 mm/sec. für den Fall 3.

Die in Tabelle 2 niedergelegten Ergebnisse belegen, daß es

sich bei diesem Ausführungsbeispiel um ein in der Praxis wirksames und gut handhabbares Verfahren handelt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es wie bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel möglich, eine verbesserte Genauigkeit der Messung dadurch zu erhalten, daß das Vergleichs-Calibrierungs-Verfahren angewendet wird.

Bei einer modifizierten Form des dritten Ausführungsbei-'0 spiels kann der zweite Abschnitt (ii) in Fig. Sa als zwei Abschnitte (ii-a) und (ii-b) umfassend betrachtet werden, wobei die beiden Abschnitte durch folgende Gleichungen dargestellt werden:

I = I⁰exp(aiy²+biy+ci) (*1)

"15 und I = I_Qexp(a₂y² +b₂y+c₂) (*2)

Dann können die Koordinaten R "' und R₃ ¹¹¹ als Schnittpunkt zwischen I = I_n und Gleichung (*1) und als weiterer Schnittpunkt zwischen Gleichung (*2) und Gleichung (**) erhalten werden. Fig. 9b verdeutlicht dies.

Auch in dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel können die Meßanordnung und die elektronische Schaltung gemäß Fig. 5 und 6 verwendet werden, die dann ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel arbeiten.

Nachstehend sollen die durch die oben erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung erzielbaren Effekte diskutiert

werden:
30

Zunächst benötigt das erfindungsgemäße Verfahren nicht die speziell hohe Strahlungsleistung der Quelle wie es bei der herkömmlichen Methode erforderlich ist, um eine angemessen rasche Messung zu erzielen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der vorliegenden Erfindung das Strahlungsbündel

genügend dick ist. Wenn beispielsweise der Kollimatorschlitz eine Dicke von 2 mm und eine Breite von 50 mm besitzt, der Abstand zwischen Strahlungsquelle und Detektor 600 mm beträgt, der Erfassungswirkungsgrad 50 % beträgt und die einheitliche Dauer der Datenabtastung 0,1 see. beträgt, dann kann eine Strahlungsleistung von 7,2 Ci ausreichen, um einen Strahlungseinfall von 2,5 χ 10⁵ Zählungen/Sekunde zu erhalten, wenn Cäsium 137 als -Strahlungsquellenmaterial bei den obigen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wird. Ein ähnlicher Effekt kann bei Verwendung von Röntgenstrahlen erzielt werden.

Weiterhin' kann eine sehr rasche Messung erzielt werden, ohne daß eine hohe Strahlungsleistung der Quelle notwendig ist. Wenn man beispielsweise eine Laufgeschwindigkeit von 10 mm/sec. und einen Laufweg mit einer Gesamtlänge von 40 mm für die Abtastung verwendet, dann beträgt die Meßdauer für eine Wanddicke eines Rohres 40/10 = 4 see, was als rasche Meßzeit bezeichnet werden kann, so daß Online- oder Echtzeitbetrieb beim Wanddickenmessen von Rohren realisierbar ist.

Zu der oben angesprochenen Gesamtlänge von 40 mm des Laufwegs für die Abtastung sei folgendes bemerkt: Ein zu erwartender maximaler Außendurchmesser eines zu untersuchenden Rohres beträgt angenommenerweise 168,3 mm bei nahtlosen Stahlrohren gemäß dem japanischen Industrie-Standard, und ein zu erwartender Maximalwert für die Wanddicke beträgt etwa 10 % des Außendurchmessers, d.h., etwa 17 mm.

Daher kann die eigentliche entsprechende Abtastbreite nicht mehr als 20 mm betragen, zuzüglich 10 mm vor und hinter diesem Abschnitt, so daß man etwa einen Wert von 40 mm erhält. Die Abschnitte von 10 mm sind Vorbereitungsabschnitfce, in denen die Meßanordnung nach dem Anfahren eine vorbestimmte konstante Geschwindigkeit erreicht hat,

IM Ι·

bzw. in der die Meßanordnung vom Ende des eigentlichen Abtaststücks bis zum Stillstand ausläuft.

Bei den oben als Beispiel angegebenen Bedingungen ergibt sich ein Maximalwert von etwa 101 mm für die erforderliche Durchlauflänge des Strahlungsbündels durch das Rohr. Dieser Wert liegt unterhalb des als maximal zulässig erkannten Wertes für die Dicke (dieser Wert beträgt etwa 110 bis 120 .ran) von mittels Cäsium 137 zu messendem Eisenmaterial. 10

Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird vorausgesetzt, daß die Geschwindigkeit der seitlichen Bewegung des Strahlungsbündels während der eigentlichen Messung konstant gehalten wird. Die vorliegende Erfindung schafft jedoch auch ein Meßsystem, bei dem die konstante seitliche Laufgeschwindigkeit des Strahlungsbündels nicht erforderlich ist; des weiteren kann ein System verwendet werden, bei dem diese Geschwindigkeit absichtlich geändert wird. Dies soll nachstehend als viertes Ausführungsbeispiel, usw. beschrieben werden.

Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Speicherung der Beziehung zwischen der Verschiebestellung des Strahlungsbündels und der Zeit. Das heißt: bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Positionen des seitlich laufenden Strahlungsbündels in bezug auf die Zeit gemessen, bevor die Abtastung der Daten der erfaßten Strahlungsenergieanzeige abgetastet werden. Speziell werden sie in einem vorbestimmten Zeitintervall gemessen (bei Bewegung in einer vorbestimmten Betriebsart), welches viel feiner ist als die einheitliche Teil-Dauer (d.h. die Quantisierungsdauer) T beim Abtasten der Daten der erfaßten Strahlungsenergieanzeige. Die erhaltenen Daten der auf die Zeit bezogenen verschobenen Strahlposition werden in bestimmter Weise aufgezeichnet, um im Konzept zu einem Graphen zu

I ί. O O O Ό

führen. Speziell können die Daten in einem Unterspeicher eines elektronischen Rechners gespeichert (oder "aufgezeichnet") werden. Dann erfolgt die Abtastung und die Quantisierung der erfaßten Strahlungsenergieanzeige, und zwar im wesentlichen ähnlich wie bei den zuvor geschilderten Ausführungsbeispielen. Sämtliche dieser aufzuzeichnenden Daten werden mit der vorbestimmten einheitlichen Teil-(Quantisierungs-)Dauer T erzeugt. Hier jedoch ist die Bezugsmessung (d.h., die Skala der Querachse beim Aufzeichnen dieser Daten) von der Zeitdauer in die Lageverschiebung umgesetzt/ indem die in dem Hilfsspeicher gespeicherten, auf die Zeit bezogenen Daten der Strahlungsbundelposition verwendet werden. Dann werden die Daten der erfaßten Strahlungsenergieanzeige in dem Hauptspeicher des elektronischen Rechners gespeichert, und zwar in bezug auf die Verschiebungsposition des Strahlungsbündels.

Nun soll das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 10a erläutert werden.

Fig. 10 zeigt ähnlich wie Fig. 4 oder Fig. 8 oder die Fig. 9a und 9b einen Graphen, wobei die Ordinate die erfaßte Strahlungsenergie angibt; die Abweichung besteht jedoch darin, daß hier auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist.

Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen besteht zwischen der Verschiebung des Strahlungsbündels eine strenge lineare Proportionalität zur Zeit während der eigentlichen Messung, so daß in den Zeichnungen gemäß Fig. 4 usw. für die Abszisse eine Abstandsskala verwendet werden konnte.

Beim vierten Ausführungsbeispiel ist die Versetzung des Strahlungsbündels vielleicht selbst während der eigentlichen Messung nicht linear proportional zur Zeit, und daher sollte der Graph (Fig. 10) der Aufzeichnungsdaten, die zuerst auftreten, über eine Abszisse aufgetragen sein, deren Skala nicht eine Versetzung oder Entfernung angibt, son-

dem die Zeit. Ein solcher Graph (Fig. 10) kann ein begrifflicher oder imaginärer Graph sein, und speziell kann dieser Graph im Hauptspeicher eines elektronischen Rechners gespeichert sein. (Unter "begrifflicher Graph" soll hier verstanden werden, daß die Daten in einer einer graphischen Darstellung entsprechenden Weise oder in einer für eine graphische Darstellung geeigneten Form gespeichert sind, ohne daß es jedoch notwendig ist, die Daten explizit in Form einer graphischen Darstellung auszudrucken.) Die Ver-

•0 Setzungen des Strahlungsbündels bei der seitlichen Bewegung in einer vorbestimmten Betriebsart werden in bezug auf die Zeit gemessen, und wie bereits erwähnt wurde, wird das Ergebnis in irgendeiner Weise aufgezeichnet, um zuvor einen begrifflichen Graphen zu bilden, wie er in Fig. 10a gezeigt ist. Wenn die Daten des Graphen gemäß Fig. 10 gespeichert sind, findet ein ähnlicher Vorgang statt wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so daß die Querkoordinaten der Wendepunkte (oder der spezifizierten Umkehrpunkte und/oder Schnittpunkte als Ersatz für die idealen Wendepunkte) aus dem gespeicherten Graphendaten gemäß Figur 10 erhalten werden. Hier jedoch stellen die ermittelten Querkoordinaten die Zeitpunkte dar, bei denen die Wendepunkte (oder deren Ersatz) während der Strahlungsbündelbewegung auftreten. Die auf der Zeitskala erhaltenen Koordinatenwerte werden in Werte zum Anzeigen der Stellen umgesetzt, indem die Graphendaten gemäß Fig. 10a herangezogen werden. Dann gibt der Abstand zwischen diesen Stellen die Rohrwanddicke an.

Speziell kann das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 11 und 11a erläutert werden. Fig. 11 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig. 4, nur daß die Abszisse eine Zeitskala aufweist. Fig. 11a ist ein Graph mit Daten für die Umsetzung von Zeitpunkten in Stellen oder Positionen (eine Darstellung entsprechend Fig. 10a). Es findet

ZJböb

ein ähnlicher Vorgang statt, wie er im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert wurde, um die Koordinaten der Zeitpunkte t₁ und t₂ zu erhalten, in denen die rechte Kante des Strahlungsbündels 2 (siehe Fig. 3) gerade die Außen- bzw. Innenfläche des Rohres 1 berührt (siehe Fig. 3). Die Werte von t₁ und t„ werden in Werte für die entsprechenden Positionen R₁' und R„' des sich bewegenden Strahlungsbündels unter Heranziehung der Daten von Fig. 11a umgesetzt. Dann ist die Rohrwanddicke gegeben durch R..' - R_ ' .

Fig. 12 und 12a beziehen sich auf ein fünftes Ausführungsbeispiel, das eine Alternative zu dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. Fig. 12 ist ähnlich wie Fig. 9a, weist jedoch auf der Abszisse eine Zeitskala auf.

Fig. 12a ist ein Graph von Daten für die Umsetzung von Zeitpunkten in Positionen für den Fall der Betriebsart der Bewegung des Strahlungsbündels bei dem Vorgang gemäß Fig. 12. Der Vorgang findet ähnlich, wie es im Zusammenhang mit • Fig. 8 oder Fig. 9a erläutert wurde, statt, so daß die Zeitpunkte t · und t₂' Querkoordinaten der Schnittpunkte der Verlängerungen der Abschnitte (i) und (ii) sowie der Abschnitte (ii) und (iii) des Kurvenzuges über der Zeitskala darstellen. Die Werte von t..' und t„' werden in Werte der entsprechenden Positionen R.." und R₂" des Strahlungsbündels umgesetzt, indem die Daten aus Fig. 12a herangezogen werden. Dann gibt R " - R₂" die Rohrwanddicke an.

Fig. 13, 13a und 13b beziehen sich auf ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches eine weitere Alternative zu dem vierten Ausführungsbeispiel darstellt. Das sechste Ausführungsbeispiel· ist gekennzeichnet durch eine verbesserte Art der Änderung der Geschwindigkeit der seitlichen Bewegung des Strahlungsbündels. Das heißt: die Geschwindigkeit der seitlichen Bewegung wird innerhalb von Zeiträumen, in denen die Änderung des Zuwachses der erfaß-

J C <B ff * ■< *

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ten Strahlungsenergie mehr als ein vorgegebener Bezugswert der Versetzung ist, relativ niedrig eingestellt. Zwischen jenen Zeitspannen jedoch wird die Geschwindigkeit beträchtlich angehoben. Fig. 13a zeigt ein Beispiel dieser Art von Geschwindigkeitsänderung, wobei die Abszisse die verstrichene Zeit und die Ordinate die Geschwindigkeit der Strahlungsbündel-Versetzung bezüglich des Rohrkörpers darstellt. Bei diesem Beispiel beginnt die Bewegung des Strahlungsbündels zur Zeit t„₀, es erfolgt eine Beschleunigung, bis im Zeitpunkt t_Q. eine relativ niedrige Geschwindigkeit erreicht ist, die zwischen den Zeitpunkten t_Q* und t~_Q beibehalten wird, dann erfolgt zwischen den Zeitpunkten t_1Q und t.j2 edne beträchtliche Anhebung der Geschwindigkeit. Danach wird die Bewegung verzögert, so daß zum Zeitpunkt t.j2 eine relativ niedrige Geschwindigkeit erreicht wird, • die wiederum für eine weitere Zeitspanne zwischen t₁₂ und t₂^ beibehalten wird, um dann aufgrund einer weiteren Verzögerung bis zum Stillstand im Zeitpunkt t₂₂ abzufallen. Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen der Zeit (Abszisse) und der erfaßten Strahlungsenergie-Anzeige (Ordinate) für den Fall der in Fig. 13a angegebenen speziellen Art der Strahlungsbündelbewegung. Fig. 13b zeigt die Beziehung zwischen der Zeit (Abszisse) und der Versetzungslage des Strahlungsbündels (Ordinate). Wenn die Daten des Graphen gemäß Fig. 13 gespeichert sind, kann ein ähnlicher Vorgang stattfinden, wie er oben erläutert wurde, so daß ein Satz von Zeitpunkten t.. und t_? wie beim vierten Ausführungsbeispiel erhalten werden kann, oder ein anderer Satz von Zeitpunkten t ' und t ' wie im fünften Ausführungsbeispiel oder noch ein anderer Satz ähnlich wie bei dem alternativen Ausführungsbeispiel entsprechend dem Anspruch 7 erhalten werden kann. (Es ist zu erwarten, daß t₁ oder t₁' oder entsprechende Zeitpunkte zwischen t_fi1 und t₁„ auftreten, so daß t₂ oder t_' oder entsprechende Zeitpunkte zwischen t.j₂ und t₂₁ auftreten.) Dann werden unter Heranziehung

der Graphendaten gemäß Fig. 13b die Werte von t und t_

oder t₁' und t ' usw. in entsprechende Versetzungstellungen R · und R₂ ¹ oder R " und R₃ ¹' usw. umgesetzt, wodurch sich die Rohrwandstärke ergibt.
5

Die in Fig. 13a dargestellte Kurve ist lediglich ein Beispiel für verschiedene mögliche Arten, die Geschwindigkeit des Strahlungsbündels zu ändern. Modifikationen von Fig. 13a können im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels herangezogen werden. Die Strahlungsbündelbewegung kann in der Geschwindigkeit auch in anderen Zeitspannen um t_nioder beispielsweise um t₂₁ herum angehoben werden.

Was die Methode zum Definieren der Zeitspannen (t₀₁ bis t₁₀ und t₁₂ bis t₂₁) angeht, in denen das Strahlungsbündel bei relativ niedriger Geschwindigkeit laufen sollte, sei folgendes bemerkt: Diese Zeitspannen können nach Maßgabe einer in einem bestimmten Bereich des Rechnerspeichers gespeicherten, programmierten Steuersequenz definiert werden, falls von den zu messenden Rohren mit Sicherheit erwartet werden kann, daß sie nur kleinere Abweichungen von den Durchschnittsabmessungen des Durchmessers und der Wandstärke aufweisen. In anderen Fällen können die genannten Zeitspannen als diejenigen Zeitspannen definiert werden, für die eine Änderung des Zuwachses der erfaßten Strahlungsenergie (oder des Wertes der entsprechenden Ableitung zweiter Ordnung) mehr als ein gewisser vorbestimmter Wert ausmachen, und die Bereiche für die zugelassene erhöhte Geschwindigkeit werden als die von den erwähnten Zeitspannen unterschiedlichen Bereiche definiert.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Meßanordnung und elektronische Schaltung können auch für das vierte, fünfte und sechste Ausführungsbeispiel ähnlich wie für das erste,zweite und dritte Ausführungsbeispiel verwendet werden. In diesem

Fall kann der oben erwähnte Teil- oder Unter-Speicherbereich, in dem die Daten bezüglich der von der Zeit abhängigen Strahlungsbündelposition zu speichern sind, in der CPU 19 oder in der Hilfs-Prozessoreinheit 21 vorgesehen sein. Für den Fall, daß ein Steuerprogramm zum Ändern der Motorgeschwindigkeit herangezogen wird, so kann dieses Programm in der Hilfs-Prozessoreinheit 21 gespeichert sein. Sollte weiterhin die Motorgeschwindigkeit in bezug auf die Änderung des Zuwachses der erfaßten Strahlungsenergie geändert werden, so kann die CPU 19 eine Einrichtung aufweisen, um den Wert der zweiten Ableitung der erfaßten Strahlungsenergie zu ermitteln, diesen Wert mit einem Bezugswert zu vergleichen und Signale zu erzeugen, um eine Änderung der Motorgeschwindigkeit in Beziehung zu dem Vergleichsergebnis einzuleiten.

Für den Fall, daß diese Besonderheiten für die Messung nicht vorgesehen werden, kann die vereinfachte elektronische Schaltung gemäß Fig. 14 beispielsweise für das vierte und fünfte Ausführungsbeispiel herangezogen werden, da die Geschwindigkeit des Motors 12 nicht konstant zu sein brauch, und zwar selbst während der eigentlichen Messung nicht, wohingegen die Motorgeschwindigkeit bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel konstant gehalten werden sollte.

In Fig. 14 bezeichnen die Bezugszahlen 1 bis 9, 12 bis und 22 bis 24 die entsprechenden Teile wie in Fig. 6. An dem Rahmen 9 sind Seilscheiben 10 und 1Oa mit einem Draht 11 befestigt. Die Seilscheibe 10a ist an einen Motor 12 gekoppelt, dessen Drehung zu einer Bewegung der Seilscheiben und des Drahtes führt, um die auf dem Rahmen 9 montierte Anordnung mit dem Strahlungsbündel 2 seitlich zu verschieben. (Der Mechanismus der Elemente 10, 10a und 11 kann auch gegen die in Fig. 6 dargestellte Anordnung mit der

Zahnstange 10 und dem Ritzel 11 ausgetauscht werden.) Von der CPU 19 wird ein Abtast-Startsignal erzeugt und an einen Steuerschalter 26 gegeben, um den Motor 12 in Gang zu setzen, so daß die seitliche Bewegung des Strahlungsbündels 2 beginnt. Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel liest die CPU 19 die Anzahl der in dem Zwischenspeicher 16 gespeicherten Zählvorgänge und das in dem Zwischenspeicher 15 gespeicherte Stellungsanzeige-Ausgangssignal, wenn von dem ersten Frequenzteiler 23 ein Rücksetzimpuls erzeugt wird.

Die ausgelesenen Daten werden in dem Speicher der CPU 19 gespeichert. Ähnliche Abläufe werden wiederholt, und wenn die CPU 19 das Ende der Abtastung feststellt, erzeugt sie ein Abtast-Endesignal, welches an den Steuerschalter 26 gegeben wird, um den Motor anzuhalten und dessen Rücklauf zu starten.

Die Vorteile des vierten, fünften und sechsten Ausführungsbeispiels im Vergleich zu den zuerst geschilderten Ausführungsbeispielen sind in der rascheren Durchführung der Wanddickenmessung zu sehen. Dies hat folgende Gründe: Während bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel keine wirksame Messung in der Zeit erfolgen kann, die die Meßanordnung nach dem Starten des Motors bis zum Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit und zum Auslaufen bis zum Stillstand nach Beendigung des Durchlaufs für die eigentliche Abtastung benötigt, gestatten das vierte bis sechste Ausführungsbeispiel die eigentliche Messung selbst in dem genannten Zeitraum. Weiterhin kann beim sechsten Ausführungsbeispiel die Meßdauer noch weiter verkürzt werden, indem die Beschleunigung des Bewegungsvorgangs in einer weiteren Zeitspanne (zwischen t₁₀ und t_1? in Fig. 13a) oder Zeitspannen erfolgt.

Beim siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Strahlungsbündelabtastung zusammen mit einer weiteren

Erfassungseinrichtung verwendet. Das heißt: Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Innenfläche des zu untersuchenden Rohrkörpers unter Heranziehung der Strahlungsbündelabtastung erfaßt, und die Lage der Außenfläche des Rohrkörpers wird von einer anderen Einrichtung für die Erfassung der Kantenlage ermittelt. Dieses Ausführungsbeispiel führt zu einer noch rascheren Messung und gestattet die Messung eines Gegenstands, der sich dreht und/oder mit hoher Geschwindigkeit in Längsrichtung läuft. (Diesbezüglich werden weiter unten noch-weitere Einzelheiten ausgeführt.) Die erwähnte weitere Einrichtung kann eine photoelektrische Einrichtung zum Erfassen einer Lageversetzung sein.

Fig. 15 zeigt eine schematische Anordnung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel.. Ein Strahlungsquellenbehälter 8 mit einer Strahlungsquelle 3 und ein Strahlungsbündeldetektor 4 sind auf einem Rahmen 9 montiert. Ein erster Motor 12 treibt einen Mechanismus mit einer Zahnstange 10 und einem Antriebsritzel 11, um den Rahmen 9 in Richtung des Pfeils A oder B für die Abtastung zu bewegen, so daß ein Strahlungsbündel 2 (das von der Quelle 3 durch Kollimatoren 5 und 5a zum Strahlungsdetektor 4 läuft) seine Position in seitlicher Richtung verschiebt.(Eine gestrichelte Linie 2a zeigt die Lage des Strahls 2 nach der Abtastung an; die Darstellung kann auch so aufgefaßt werden, daß die ausgezogene Linie 2 die Position des Strahlungsbündels nach der Abtastung andeutet, während die gestrichelte Linie 2a die Position vor der Abtastung andeutet.) Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein photoelektrischer Positionsdetektor 31 verwendet, der auf dem Endabschnitt einer weiteren Zahnstange 10a montiert ist und die Aufgabe hat, die Position der Außenoberfläche eines Rohres 1 aufzufinden, wie es noch ausführlich anhand von Fig. 17 erläutert werden wird. Bei dem photoelektrischen Detektor handelt es sich um einen an sich bekannten Artikel, der

käuflich erworben werden kann. Die Zahnstange 10a mit dem photoelektrischen Detektor 31 wird über ein zugehöriges Ritzel 10a und einen zweiten Motor 12a angetrieben.

Vor dem Messen eines Rohres erfolgt die Voreinstellung der Positionen der Strahlungsabtastanordnung und des photoelektrischen Detektors nach Maßgabe der Daten des angenäherten Außendurchmessers, der angenäherten Wandstärke und des zu erwartenden Bereichs der Abweichung der Wanddicke des Rohres; diese Daten können vor der Feinmessung ermittelt werden (man könnte auch sagen, daß dieses Ausführungsbeispiel bei Meßaufgaben angewendet wird, bei denen die genannten Daten der Grobabmessungen einfach zu erhalten sind oder beispielsweise durch Messung einer Anzahl von in Massen hergestellten Rohren erhalten werden können). Nun empfängt die zentrale Verarbeitungseinheit des in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten elektronischen Rechners (in Fig. 15 nicht dargestellt) jene Daten als Eingangsgrößen und definiert nach Maßgabe dieser Daten die Positionen, bei denen die Strahlungsabtastanordnung und der photoelektrische Detektor zu Beginn angeordnet werden sollten. Dann erzeugt die CPU Signale für den ersten und zweiten Motor 12 bzw. 12a> um den die Zahnstange und das Ritzel umfassenden Mechanismus (10 und 11; 10a und 11a) anzutreiben, so daß das Strahlenbündel 2 (oder die Abtastanordnung mit dem Rahmen 9) sowie der photoelektrische Detektor 31 in die solchermaßen definierten Stellungen gebracht werden.

Ein derartiges Voreinstellen der Positionen ist bei nicht vorhandenem Rohrkörper innerhalb des Meßraums der Anordnung erfolgt. Bei der Herstellung von nahtlosen Stahlrohren beispielsweise erfolgt ein Wechsel eines Walzelements beim Wechsel des Walzplans (d.h.;, wenn die Rohrabmessungen geändert werdensollen), und daher ist es vorzuziehen, daß die

4 VI.

Voreinstellung der Positionen während eines solchen Änderungsvorgangs abgeschlossen sind.

Nachdem das oben erläuterte Voreinstellen der Positionen abgeschlossen ist, braucht der photoelektrische Detektor 31 für gewöhnlich in seiner eingestellten Lage nicht vor einem weiteren Wechsel des Walzplans verschoben werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß eine so große seitliche Schwankung der Lage einer Oberfläche oder einer Mittellinie eines in Längsrichtung laufenden Rohrkörpers bei der tatsächlichen Herstellung oder beim Prüfen (vergleiche Fig. 16) überhaupt nicht auftritt. Bei diesem Vorgang dient eine Anzahl von Transportwalzen 34a (von denen in Fig. 16 der Einfachheit halber lediglich nur eine einzige dargestellt ist) mit einer zugehörigen Andrückwalze 34, welche die Form einer in der Mitte eingeschnürten Trommel besitzen, dazu, eine seitliche Auslenkung des laufenden Rohrkörpers 1 einzuschränken, so daß die äußere Oberfläche, deren Lage gemessen werden soll, innerhalb eines Bereichs liegt, in dem sie von dem photoelektrischen Detektor erfaßt werden kann. Durch mehrere Andrückwalzen 34 kann der oben angesprochene Einschränk-Effekt noch weiter erhöht werden.

Das besondere Merkmal eines photoelektrischen Positionsdetektors besteht in dessen extrem rascher Arbeitsweise. Er weist eine Ansprechzeit von nur einigen Millisekunden auf.

Die Methode zum Auffinden der Stelle der inneren Oberfläche des Rohres 1 durch Abtastung des Rohres mit dem sich in Richtung des Pfeils A oder B (vergleiche Fig. 15) bewegenden Strahlungsbündels ist ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.

Die Lage der äußeren Fläche des Rohres 1, die von dem

I C- \J \J

photoelektrischen Detektor 31 erfaßt wird, kann dargestellt werden als Abstand von einem Koordinatenursprungspunkt in dem photoelektrischen Erfassungssystem. Die Lage der Innenfläche des Rohres 1, die durch die Strahlungsbündelabtastung erfaßt wird, kann dargestellt werden durch eine weitere Entfernung von einem Koordinatenursprungspunkt in dem Strahlungs-Meßsystem, welches das sich bewegende Strahlungsbündel verwendet. Beide Koordinatenursprungspunkte werden so gelegt, daß sie zusammenfallen (dies wird später noch im Zusammenhang mit den Fig. 18a bis 18c erläutert).

Dann kann die Entfernung zwischen den ermittelten Stellen der äußeren und inneren Oberfläche des Rohres auf einfache Weise geklärt werden, wodurch sich dann die Rohrwanddicke ergibt.

Fig. 17 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung des photoelektrischen Positions-Detektorgeräts. Die Anordnung umfaßt eine Linse 36, die ein Meßobjekt 35 auf ein Bild 37 fokussiert, ein lineares Feld (von Halbleiterwandlern 43 mit Signalerzeugungsschaltung 38), welches optische Signale in elektrische Signale umwandelt und einen Satz von elektrischen Signalen abgibt, die das Bild 37 repräsentieren, eine Treiberschaltung 39 für die Signalerzeugungsschaltung 38 sowie eine arithmetisch-logische Einheit 41 mit einer Ergebnis-Anzeigevorrichtung 44. Hier erfolgt die Messung zum Erfassen einer eindimensionalen Größe. Das lineare Feld der Wandler 43 umfaßt hunderte oder tausende von Photodioden, die in einem Intervall zwisehen 0,015 mm und 0,05 mm ausgerichtet sind, und die in zugeordneten Elementen (innerhalb der Signalerzeugungsschaltung 38) elektrische Ladungen speichern, die proportional zu den Intensitäten des sie beleuchtenden Lichts sind. Die gespeicherten Ladungen werden nach und nach durch Verschieben mit einem von der Treiberschaltung 39

ι abgegebenen Taktimpuls herausgegriffen, um eine Folge elektrischer Signale zu bilden, die eine große Signalstärke aufweist, um einen hellen Teil des Bildes darzustellen, und eine kleine Signalstärke besitzt, um einen dunklen Teil des Bildes darzustellen. Die Folge der Signale gelangt über einen Verstärker 40 zu der arithmetisch-logischen Schaltung 41 ο Die arithmetisch-logische Schaltung 41 führt eine Operation durch, um die Lage des Randpunktes zwischen hellen und dunklen Abschnittes des Bildes 37 anzugeben. Dieser Grenzpunkt repräsentiert die Lage der Kante des Meßobjekts in den Koordinaten des photoelektrischen Detektorsystems. Die Anzeige des Punktes erfolgt über die Anzeigevorrichtung 44ο Für den Fall, daß das Meßobjekt ein leuchtender Körper ist, wie z.B. ein Eisenkörper bei einer Temperatur von 800 ⁰C oder mehr, so ist eine spezielle Beleuchtung nicht erforderlich. Andernfalls jedoch sollte eine Beleuchtung verwendet werden.

Fig. 18a bis 18c verdeutlichen die Methode, mit der die Ursprünge des photoelektrischen Detektorsystems (zum Auffinden der Lage der Rohraußenseite) bzw. des Strahlungsmessungs-Koordinatensystems (zum Auffinden der Lage der Rohrinnenseite) zusammengelegt werden.

in den Fig. 18a und 18b bezeichnet die Bezugszahl 35 eine provisorische Probe mit einer Bezugskante E, die innerhalb der Meßspanne des photoelektrischen Detektors 31 liegt. Zunächst wird die Lage der Kante E durch den photoelektrischen Detektor 31 gemessen, sie kennzeichnet einen Wert L₁

(siehe Fig. 18a) als Abstand zwischen der Lage SS1 des Ursprungs dieses Detektorsystems und der Kante E. Als näch-. stes wird dieselbe Lage der Kante E durch Abtastung des sich in eine Stellung 2a bewegenden' Strahlungsbündels 2 gemessen(siehe Fig. 18b, wo I und y entsprechende Werte bezeichnen wie in den Fig. 3, 4 usw.); hierdurch erhält

man einen Wert L₂ als Entfernung zwischen der Position SS2 eines provisorischen Ursprungs -dieser Meßkoordinate und der Kante E. Es kann eine Differenz AL = L^ - L₁ ermittelt werden. Wenn man einen neuen Ursprung dieser um AL aus der Position SS2 in Richtung auf die Lage der' Kante E verschobene Koordinate verwendet, so fällt sie mit der Position SS1 des Ursprungs des photoelektrischen Erfassungssystems zusammen. In der Praxis wird nach Ermittlung des Wertes von AL wie folgt verfahren:

Wie man aus Fig. 18c entnimmt, wird die Lage der Außenfläche des Rohres 1 durch den photoelektrischen Detektor gemessen/ was eine Entfernung L-_Q zwischen der Lage der Außenfläche und der Ursprungslage SS1 angibt. Die Lage der Innenfläche des Rohres 1 wird durch Strahlungsabtastung gemessen, was eine Entfernung L₃₀ zwischen der Lage der' Innenfläche und dem provisorischen Ursprung SS2 angibt. Dann erhält man die Rohrwandungsdicke H zu E = L₀ - ^^L20 ~^ÄL^ ·

Es soll nochmal auf Fig. 15 Bezug genommen werden. Die dort gezeigte Anordnung ist mit einer (in dieser Figur nicht dargestellten) zugehörigen elektronischen Schaltung zu verbinden, die ähnlich ausgestaltet sein kann wie die in Fig. 6 gezeigte Schaltung, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel usw. verwendet wird, oder die wie die Schaltung gemäß Fig. 14 ausgestaltet sein kann, die für das vierte und fünfte Ausführungsbeispiel verwendet wird. Die Geschwindigkeit der seitlichen Laufbewegung des Strahlungsbündels kann während der eigentlichen Messung ähnlich wie bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel konstant gehalten werden, oder aber sie kann ähnlich wie beim vierten bis sechsten Ausführungsbeispiel variieren. Hier wird die Arbeitsweise für den Fall erläutert, daß die Geschwindigkeit variabel" ist.

* β ti

Die Intensität des den Detektor 4 erreichenden Strahlungsbündels 2 (der Detektor kann analog oder digital arbeiten) wird während der Abtastung aufgenommen und ähnlich wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen behandelt/ so daß die Daten des quantisierten Wertes I der erfaßten Strahlungsbündelintensität erhalten werden können, wie z.B. in Fig. 19a dargestellt ist, wo die Daten in einem bestimmten Zeitintervall verteilt sind:; bei diesem Zeitintervall handelt es sich um die Datenabtastdauer oder die Dauer der Datenquantisierung. Die Zeitdauer kann beispielsweise 0,1 see. betragen. (Auf der Abszisse in Fig. 19a ist die Zeit aufgetragen.) Während die Strahlungsbündelintensität erfaßt wird, wird der Abstand Y₁₁ von dem provisorischen Ursprung SS2 zu dem sich bewegenden Strahlungsbündel 2 von der .Skala 13 gemessen, bei der es sich um eine digitale Skala oder eine lineare Skala handeln kann, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Diese Art von Skala führt zu einer sehr raschen Messung mit einer Ansprechzeit von einigen Millisekunden, so daß die die Lage angebenden digitalen Ausgangssignale in einem weit engeren Zeitintervall erzeugt werden als es der Quantisierungszeitdauer(Abtastdauer) der erfaßten Strahlungsbündelintensität entspricht= Ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Zeit und den Meßwerten der Entfernung Y₁₁ ist in Fig. 19b gegeben, wobei auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist. Die Entfernung L₂₀ von dem Ursprung SS2 bis zu der Lage der inneren Tangente an den Rohrkörper 1 wird dann ähnlich wie oben bei dem vierten bis sechsten Ausführungsbeispiel erhalten.

Während die oben erläuterten Messungen der Strahlungsbündelintensität und der Lage des Strahlungsbündels erfolgen,, wird die Entfernung L₁_ von dem Ursprung SS1 bis zu der Lage der äußeren Tangente an den Rohrkörper 1 mittels des photoelektrischen Detektors 31 gemessen. Die Entfernung L^ schwankt etwas mit der Zeit, da das Rohr in Längsrichtung

läuft und die Rohroberfläche in Längsrichtung nicht stets exakt gerade ist. Ein Beispiel für das Meßergebnis der Entfernung L₁₀ ist schematisch in Fig. 19c angedeutet, wobei auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist.. Ein solches Meßdatenergebnis bezüglich der Entfernung L wird in einem weiteren Bereich des Rechnerspeichers gespeichert. Der photoelektrische Detektor gestattet eine Hochleistungs-Messung mit einer Ansprechzeit von einigen Millisekunden, so daß er seine digitalen Ausgangssignale ebenfalls in einem weit engeren Zeitintervall liefert, als es der Quantisierungszeitdauer entspricht.

Der Zeitpunkt, in dem das Strahlungsbündel 2 den inneren Tangentenpunkt des Rohres 1 erfaßt, ergibt sich aus den Daten (siehe Fig. 19a) des quantisierten Wertes I der erfaßten Strahlungsintensität. So kann der Wert der Entfernung L₁_ zu diesem Zeitpunkt auf einfache Weise durch einen elektronischen Rechner aufgefunden werden. Dann wird unter Heranziehung dieses Wertes von L-_Q und der oben angegebenen Werte von L₃₀ und AL die Rohrwanddicke H erhalten durch die Beziehung

H = L₁₀ - (L₂₀ - AL)

Das siebte Ausführungsbeispiel der Erfindung bietet den Vorteil, daß es sich - wie bereits erwähnt wurde - für eine noch raschere Messung eignet als die vorhergehenden Ausführungsbeispiele, insbesondere zum Messen eines Rohres, welches sich dreht und/oder welches mit hoher Geschwindigkeit in Längsrichtung läuft. Diese Art von Drehung und Längsbewegung eines Rohres wird in einigen Arten von Walzstraßen verwendet. Im folgenden soll dieses Merkmal im einzelnen erläutert werden.

Die Fig. 20a bis 20c zeigen die relativen Lagen des Strahlungsbündels bezüglich eines sich drehenden und in Längs-

ft * S

richtung bewegenden Rohres 1, wobei die Fig. 20a und 20c eine Querschnittansicht und die- Fig. 20b eine Längsschnittansicht mit übertriebener Oberflächenungleichmäßigkeit zeigt.
5

Wenn für das Abtasten der Rohrwand ein einzelnes Strahlungsbündel verwendet wird, um sowohl den äußeren als auch den inneren Tangentenpunkt aufzufinden, wie es bei dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel der Fall war, dann läuft das Strahlungsbündel in seitlicher Richtung (vergleiche 20a) von einem durch eine ausgezogene Linie (a-o) definierten Ausgangspunkt zu einer Endlage, die durch eine gestrichelte Line (a-4) angedeutet ist« Zeichnet man die relativen Positionen des Strahlungsbündels bezüglich des Rohrkörpers 1 auf, während man ausschließlich die Längsbewegung des Rohres in Betracht zieht (vergleiche Fig. 20b, wo die Richtung der Strahlungsbündelachse senkrecht zur Zeichenoberfläche verläuft), so befindet sich die Anfangsposition am Punkt (b-o), die Endlage befindet sich an einem anderen Punkt (b-4). An der in der Zeichnung durch den Punkt (b-1) angedeuteten Stelle kommt das Strahlungsbündel in Berührung mit der Rohraußenseite, an einer anderen, durch einen Punkt (b-3) dargestellten Stelle kommt das Strahlungsbündel in Berührung mit der Rohrinnenseite. Dann ist der als Rohrwanddicke erhaltene Wert H ein Ergebnis, welches man erzielt unter Heranziehung von Außen- und Innenradius, die an Stellen gemessen werden, die voneinander in Längsrichtung beabstandet sind. Wenn eine Ungleichmäßigkeit des Längsstücks &r Rohrwand nicht vernachlässigbar klein ist und die Laufgeschwindigkeit in Längsrichtung des Rohres relativ zur seitlichen Laufgeschwindigkeit des Strahlungsbündels hoch ist, enthält die Messung einen nicht vernachlässigbaren Fehler. Wenn man weiterhin die relative Lage des Strahlungsbündels bezüglich des Rohrkörpers 1 aufzeichnet unter Berücksichtigung ausschließlich der Drehbewegung (vergleiche Fig. 20c), kommt das Strahlungs-

bündel mit der Rohraußenseite an einer durch eine ausgezogene Linie (c-1) angedeuteten Stelle in Berührung, die Berührung mit der Rohrinnenseite erfolgt an einer anderen Stelle, die in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie (c-3) dargestellt ist. Die Berührungspunkte A und B sind voneinander in Umfangsrichtung beabstandet. Eine Ungleichmäßigkeit des Rohrwandstücks in Umfangsrichtung und eine so hohe Umdrehungsgeschwindigkeit des Rohres können einen weiteren nicht vernachlässigbaren Meßfehler hervorrufen.

Andererseits erhält man.beim siebten Ausführungsbeispiel die radiale Lage der äußeren Rohroberfläche kennzeichnende Werte, die in viel kleineren Intervallen zur Verfügung stehen, als es der einheitlichen Zeitdauer T der quanti-

•J5 sierten Strahlungsdatenabtastung entspricht (aufgrund der wesentlich schnelleren Arbeitsweise des photoelektrischen Positionsdetektors); hierbei tastet das Strahlungsbündel die radiale Lage der inneren Rohroberfläche ab, indem es von der durch eine strichpunktierte Linie (a-2) in Fig. 20a oder (c-2) in Fig. 20c oder einem Punkt (b-2) in Fig. 20b angedeuteten Stellung bis zur Endlage (a-4, c-4 oder b-4) läuft. Folglich kann in der erwähnten Weise die radiale Lage der Rohraußenfläche, die genau dem tangentialem Berührungspunkt auf der Rohrinnenseite, die durch das Strahlungsbündel erfaßt wird, sicher aufgefunden werden. Es kann also auch bei schneilaufendem und drehendem Rohr die beste Verbesserung der Meßgenauigkeit erzielt werden.

Fig. 21 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel, welches eine Modifizierung des siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt. Bei dem achten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzlicher Satz bestehend aus photoelektrischem Positionsdetektor 31a und Strahlungsbündel-Abtastanordnung* (4a, 8a _t 9a usw.) vorgesehen. Dieser Satz ist ähnlich der oben erläuterten Anordnung bestehend aus Detektor 31 und der An-

.Ordnung (4, 8, 9 usw.), dient jedoch zum Messen der Wanddicke des Rohres 1 an einer anderen Stelle. Die auszumessenden Wandlagen liegen einander gegenüber, die zusätzliche Strahlungsbünde!-Abtastanordnung (4a, 8a, 9a usw.) kann fortfallen, wenn man eine einzelne Anordnung (4, 8, 9 usw.) verwendet, die über den gesamten Innendurchmesser des Rohres 1 läuft.

Fig. 22 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel, welches eine weitere Abwandlung des siebten Ausführungsbeispiels darstellt. Es besitzt anstelle der Strahlungsbündel-Abtastanordnung einen Röntgenstrahl-Photopositionsdetektor 31x. Dieser Detektor 31 χ arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der Positionsdetektor 31, der im Zusammenhang mit Fig.

erläutert wurde, anstelle sichtbaren Lichts wird jedoch ein Röntgenstrahl verwendet. Die Halbleiterwandler 43 des linearen Feldes sind hier röntgenstrahl-empfindliche Photodioden. Die Lage der Detektoren 31 bzw. 31 χ wird ähnlich wie es oben im Zusammenhang mit dem siebten Ausführungsbeispiel erläutert wurde, voreingestellt. Die Intensitäten der gesendeten, auf das lineare Feld projizierten Röntgenstrahlen ergeben Daten, die ähnlich sind den Daten der auf einer Zeit-Koordinatenachse beim siebten Ausführungsbeispiel (bei dem ein Gammastrahl verwendet wird) aufgezeichneten quantisierten Strahlungsbündel-Intensität I. Folglich ergibt, sich die Lage oder Stelle des Tangentenpunkts der Rohrinnenwand in gleicher Weise durch die Strahlungsbündel-Abtastung. Die Außenfläche wird von dem Detektor 31 ähnlich wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel erfaßt. Dann kann die Rohrwanddicke ermittelt werden. Das röntgenstrahlempfindliche Detektorgerät weist eine kürzere Ansprechzeit auf als die Gammastrahlen-Abtastung= Daher wird durch dieses Ausführungsbeispiel eine weitere Verbesserung der Wanddickenmessung bei schnell—laufenden und drehenden Rohren erzielt.

Wenngleich sich die obige Beschreibung auf Ausführungsbeispiele bezog, bei denen die Laufrichtung des Strahlungsbündels für die Abtastung senkrecht zur Achse des Strahlungsbündels lag, kann die Erfindung auch so modifiziert werden, daß die genannten Richtungen nicht senkrecht aufeinander stehen, sondern einen willkürlichen Winkel miteinander bilden. Dies ist in Fig. 23 dargestellt. Hier weist das Strahlungsbündel 2 bezüglich der Laufrichtung der Strahlungsbündel-Anordnung für die Abtastung einen Winkel α (der kein . 10 rechter Winkel ist) auf. Hier ergibt sich die Rohrwanddicke durch eine Größe H (siehe Fig. 23), und die tatsächliche

el

Wanddicke H erhält man durch die Beziehung H = H sinct.

et

Beim siebten Ausführungsbeispiel ergibt sich die in Fig. 23a angedeutete Situation. Hier verläuft die Richtung des Lichtstrahlwegs zu dem Detektor 31 parallel zur Richtung des Strahlungsbündels, und die Rohrwanddicke ergibt sich durch die Beziehung H=H sina.

CL

Die Erfindung ist nicht nur auf Gammastrahlen oder Röntgenstrahlen beschränkt, sondern ist auch realisierbar mit Beta-Strahlen, UV-Strahlen, oder Infrarot-Strahlen, falls es sich bei den auszumessenden Gegenständen um Metall, Kunststoff oder Glas handelt.

Weiterhin kann bei der Erfindung ein Strahlurigsbündel Verwendung finden, dessen Dicke (oder dessen Querschnittsfläche) mit zunehmender Annäherung an den Detektor zunimmt, anstatt eine konstante Dicke aufzuweisen, wie es bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen der Fall war.

Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Verbesserung der Einrichtung zum Ausrichten der Kollimator-Elemente; die Ausrichtung unter Zuhilfenahme herkömmlicher Methoden erfordert eine komplizierte Arbeit, eine kostenaufwendige Vor-

richtung und benötigt lange Zeit. Nach der herkömmlichen Methode werden zwei Kollimator-Elemente, die jeweils eine senkrecht zur Achse des Strahlungsbündel-Durchlaufs verlaufende bearbeitete Oberfläche aufweisen, mit diesen Oberflächen parallel zueinander angeordnet und dann parallel so verschoben, daß die den angekoppelten Detektor erreichende Strahlungsbündel-Intensität maximal wird; hierbei besteht die Schwierigkeit, den scharfen Maximumpunkt der erfaßten Intensität aufzufinden, so daß unzureichende Genauigkeit erzielt wird. Andererseits wird ein Kollimator-Element verwendet, das einen in axialer Richtung langen Schlitz für den Strahlungsbündel-Durchlauf aufweist, und das Kollimator-Element wird in der Nähe der Strahlungsquelle angebracht, um ein Strahlungsbündel zu erzeugen, welches wesentlich verengt wird, und der von dem Strahl getroffene Punkt wird durch einige Testaufnahmen herausgefunden, bei denen ein Röntgenstrahl-Pilm oder ein anderer strahlungsempfindlicher' Film an einer Stelle nahe dem Strahlungsdetektor verwendet wird, so daß ein weiteres Kollimator-Element mit dem Detektor an diesem Punkt eingestellt wird; bei dieser Methode besteht die Schwierigkeit, einen in axialer Richtung langen Körper des Kollimators mit einem in axialer Richtung langen Schlitzdurchlaß herzustellen, was zu hohen Kosten der Gesamtanordnung führt; ein großer Abstand zwischen Strahlungsquelle und -detektor macht eine große Kapazität der Strahlungsquelle erforderlich, so daß das Gewicht der Anordnung ebenso wie deren Kosten ansteigen.

Um die erwähnten Nachteile zu vermeiden, wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ausrichten der Kollimatoren ein Ausrichtlineal verwendet und entweder der •Kollimatorkörper oder das Lineal speziell ausgebildet. Das Lineal weist an seinen beiden Endabschnitten Linealflächen auf, die präzise oberfrächenbehandelt sind. Das Lineal ist in

yrfa

einer Lage längs einer Linie anzuordnen, die bezüglich der zu erwartenden Strahlungsbündelachse parallel ist und von dieser eine bekannte Entfernung hat. Jeder Kollimator oder ein Teil davon wird so positioniert, daß sein Schlitz oder eine Fläche des Schlitzes in engem Kontakt mit der Linealoberfläche liegt. Dann wird das Lineal entfernt. Um diesen Vorgang zu erleichtern, kann der Körper des Kollimators oder des Lineals zwei oder mehr trennbare Teile umfassen. Verwendet man einen Kollimator mit zwei Teilen, so wird der erste Teil zunächst in Kontakt mit dem Lineal gebracht, und der zweite Teil wird nach dem Entfernen des Lineals angekoppelt.

Fig. 24a ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kollimator-Elements 103. Es umfaßt zwei Blöcke 103A und 103B. Fig. 24b ist eine perspektivische Ansicht derselben Anordnung, wobei die beiden Blöcke jedoch voneinander getrennt sind. Die beiden Blöcke 103A und 103B sind identisch ausgebildet, sie werden nur beim Zusammenbau in entgegengesetzte Richtungen angeordnet. Die sich gegenüberliegenden Oberflächen bilden einen T-förmigen flachen Eindruck mit zwei überstehenden flachen Vorsprüngen. Wenn die Blöcke zusammengesetzt werden, kommen die Blöcke miteinander an zwei Seiten des T-förmigen Eindrucks in Eingriff, und die verbleibenden Äste des T-förmigen Eindrucks bilden einen geraden Schlitz (104 in Fig. 24a) für den Durchlauf des Strahlungsbündels. Außer dem Schlitz 104 stellen die Verbindungsabschnitte keine Durchlaßstellen für das Strahlungsbündel dar, da eine stufenförmige Kante S eine Absperrung bewirkt. In einem Strahlungsbündel-Erzeugungs- und Erfassungssystem werden zwei der Kollimatoren verwendet, die in der in den Fig. 24a und 24b angedeuteten Form ausgebildet sind. Die Kollimatoren werden direkt oder mittels Tragelementen auf einem Rahmen des Systems gelagert.

Λ · B *

B β ·

Fig. 25a ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Ausrichtlineals, Fig. 25b zeigt einen Aufriß des Ausrichtlineals, betrachtet aus der Richtung des Pfeils AA in Fig. 25a. Das Ausrichtlineal 110 umfaßt eine Kanalstange 116 sowie zwei an der Stange 116 angebrachte Pfeiler 111 und 111a. Die Gesamtanordnung ist so ausgebildet, daß sie eine angemessene Steifigkeit besitzt. Positionierungszapfen 112 und 112a sind an den Unterseiten der Pfeiler 111 und 111a angebracht. Die Unterseiten der Pfeiler 111 und 111a sind so ausgebildet, daß sie in einer einzigen, zu der Mittellinie der Stange 116 parallel verlaufenden Ebene liegen. Eine Seite der Stange 116 ist auf ihren beiden Endabschnitten exakt oberflächenbehandelt, um Linealflächen 115 und 115a zu bilden, die in einer einzigen geraden Ebene liegen sollten, welche parallel zu der Bezugsebene 114 liegt, welche die Mittelachsen der Positionierungszapfen 112 und 112a enthält und senkrecht zu den Bodenflächen der Pfeiler 111 und 111a verläuft.

Der Zusammenbau der Anordnung erfolgt gemäß der Zeichnung in Fig. 26. Der Rahmen 120 der Strahlungsmeßanordnung besitzt eine flache Oberfläche für die Montage der oben geschilderten Anordnung, und zwei Löcher 121 und 121a dienen zur Aufnahme der Positionierungszapfen 112 und 112a. Die Löcher 121 und 121a liegen auf einer Linie, die parallel zu der zu erwartenden Axialrichtung des Strahlungsbündels verläuft und von der die erwartete Strahlungsbündelachse enthaltenden und senkrecht zur Fläche des Rahmens 120 verlaufenden Ebene eine Entfernung D besitzt. Die Entfernung D sollte vorzugsweise identisch mit der Entfernung zwischen der die Mittelachsen der Positionierungszapfen 112 und 112a enthaltenden Ebene und der Ebene der Linealflächen 115 und 115asein (siehe Fig. 25b). Zunächst wird das Lineal 110 auf die flache Oberfläche des Rahmens 120 aufgebracht, so daß die Positionsierungszapfen 112 und 112a in die Löcher 121

und 121a eingreifen, dann wird das Lineal 112 mittels eines Bolzens 113 auf dem Rahmen 120 befestigt. Eine erste Hälfte 113b eines ersten Kollimator-Elements wird an einen Träger 122 geheftet, und zwar an der in Fig. 26 gezeigten Stelle. Der Träger ist an den Rahmen 120 geheftet. Ein in Fig. 26 nicht gezeigter Strahlungsquellenbehälter ist auf der dem Kollimator-Element gegenüberliegenden Seite des Trägers 122 anzuordnen. Der Träger 122 besitzt eine angemessen große öffnung zum Durchlassen des Strahlungsbündels. Die Kollimator-Hälfte 103b kann entweder vor oder nach dem Anbringen dieser Teile am Rahmen 120 angeheftet werden. Dann erfolgt die Feinjustierung der Lage der Kollimatorh-Hälfte 103b, um die Oberfläche des Astes des Eindrucks (zur Bildung des Schlitzes) der Kollimator-Hälfte 103b so zu legen, daß sie gerade die Linealfläche 115 des Lineals 110 berührt. Dies kann folgendermaßen geschehen: Vor dem Befestigen des Trägers 122 an dem Rahmen 120 wird der Träger mit der Kollimator-Hälfte auf dem Rahmen in einer solchen Lage angebracht, daß die vertikale Kante 124 des Astes der Vertiefung der Kollimator-Hälfte 103b die Linealfläche 115 berührt, wie es in Fig. 26a dargestellt ist. Die Lage der Kollimator-Hälfte auf dem Träger wird derart feinjustiert, daß kein Spiel zwischen der Kante 124 und der Linealfläche 115 existiert, indem in axialer Richtung des Lineals gegen das Licht beobachtet wird. In dieser Position wird die Kollimator-Hälfte 103b auf dem Träger 122 befestigt, beispielsweise mittels eines durch ein Loch 125 greifenden Bolzens. Dann wird die Lage des Trägers 122 mit der Kollimator-Hälfte 103b derart justiert, daß enge Berührung der Vertiefungsfläche der Kollimator-Hälfte 103b mit der Linealfläche 115 erreicht wird. Danach wird der Träger 122 schließlich an dem. Rahmen 120 mittels (nicht gezeigter) Bolzen befestigt.

Dann erfolgt die Feinjustierung einer ersten Hälfte 103¹B eines zweiten Kollimators. Diese Kollimator-Hälfte 103¹B

wird auf einem weiteren Tragelement, z.B. einem Sockel 126 auf der Seite des Detektors mittels eines Bolzens 129 oder dergleichen festgemacht. Die Justierung erfolgt folgendermaßen: ähnlich wie beim Block 103B wird diese Kollimator-Hälfte 103¹B so angeordnet, daß eine vertikale Kante des Astes der Vertiefung mit der anderen Linealfläche 115a in Berührung gelangt. Die Lage des Sockels 126 mit dem Block

ι
103¹B wird dadurch fein'justiert, daß die Anzahl oder die Lage sehr dünner plattförmiger Matten 127 und 128 unterhalb des Sockels 126 geändert wird, so daß kein Spiel zwischen der Kante und der Linealfläche 115a existiert, ähnlich wie bei dem obigen Justiervorgang. Dann wird der Sockel 126 am Rahmen 120 befestigt; danach wird die Kollimator-Hälfte 103¹B schließlich so gedreht, daß ihre Vertiefungsfläche die Linealfläche 115a dicht berührt. Die Kollimator-Hälfte 103¹B wird an dem Sockel 126 mittels des Bolzens 129 befestigt. Dann wird das Lineal 110 entfernt, und die zweiten Hälften 103A bzw. 103¹A (in Fig. 26 nicht dargestellt) des ersten bzw. zweiten Kollimators werden mit den ersten Hälften 103B bzw. 103¹B gekoppelt.

Die Festlegung der relativen Lage des sich ergebenden Strahlungsbündels bezüglich des Rahmens 120 oder des Lineals 110 gemäß Fig. 26 kann auf folgende Weise exakt bewerkstelligt werden: Gemäß Fig. 27 (dies ist eine Seitenansicht der Kollimator-Hälfte 103B in Berührung mit der Stange des Lineals 110) liegt der Zwischenraum zwischen der zu erwartenden rechten Seite (gemäß der Darstellung in Fig. 27) der. zweiten Hälfte 103A des Kollimators und der Vertiefung der ersten Hälfte 103B das Strahlungsbündel fest. Die Mittelebene 130 des Schlitzes verläuft parallel zu der Bezugsebene 114 und hat von dieser einen Abstand D (die Bezugsebene 114 ist - wie oben erwähnt wurde - diejenige Ebene, die die Mittelachsen der Positionierungszapfen 112 und •35 112a enthält, und die senkrecht zu den Unterseiten der

Pfeiler 111 und 111a oder der Oberfläche des Rahmens 120 verläuft). Der Abstand D„ ist gegeben durch

Wobei D die Entfernung zwischen der Bezugsebene 114 und der Linealfläche 115 oder 115a, und Ay die Tiefe des Eindrucks oder der Vertiefung in dem Block 103B ist (diese Tiefe entspricht der Dicke des Strahlungsbündels). Der Abstand D kann aufgrund der exakten Oberflächenbearbeitung der Linealflächen 115 und 115a genau festgelegt werden. Weiterhin ist die Oberfläche der Vertiefung präzisionsoberflächenbehandelt, so daß die Tiefe Ay exakt vorgegeben ist. Daher kann ein genauer Wert des AbstandsD erhalten

Xv

werden, um die Lage des zu erwartenden Strahlungsbündels anzugeben.

Die Erfindung umfaßt weiterhin eine alternative Einrichtung zum Ausrichten der Kollimatoren. Hierbei wird ein Ausrichtlineal verwendet, welches eine Stange mit trennbaren Teilen anstelle einer aus einem Element bestehenden Stange aufweist. Anstatt zwei trennbare Teile gemäß dem oben geschilderten Ausführungsbeispiel zu besitzen, bildet hier jeder Kollimator ein einheitliches Ganzes.

Fig. 28 ist eine perspektivische und teilweise auseinandergezogene Darstellung dieser alternativen Ausführungsform. Die Kollimatoren 203 und 203a besitzen Schlitze 204 bzw. 204a, welche die Durchgänge für das Strahlungsbündel bilden. Ein Ausrichtlineal 210 umfaßt drei Stangenelemente 210A, 210B und 210C, die voneinander getrennt werden können. Eine in Fig. 28 herausgezogen dargestellte Befestigungsstange 217 hält die genannten Teile als einheitliches Lineal 210 zusammen, wenn die Teile über die Befestigungsstange miteinander verbunden sind. Die Befestigungsstange

besitzt Positionierungsstifte 218A, 218A¹V 218B, 218B¹, 218C und 218C, während die Stangenteile 210A, 210B und 210C (nicht dargestellte) Löcher aufweisen, die mit den entsprechenden Stiften in Eingriff kommen. Die Befestigungsstange 217 besitzt durchgehende Löcher 219A, 219B und 219C, durch die entsprechende Bolzen 231A, 231B und 231C laufen, um mit Gewindelöchern in den Stangenteilen 210A, 210B und 210C derart in Eingriff zu kommen, daß die drei Stangenteile mit der Befestigungsstange eine einheitliche Linealanordnung bilden. Die Stangenteile 210A und 210C besitzen Vorsprünge 232 bzw. 232a, die derart präzisionsbehandelt sind, daß sie genau in die Schlitze 204 und 204a des Kollimators 203 bzw. 203a passen.

Zum Montieren der Kollimatoren auf einem Rahmen 220 (siehe Fig. 28) werden die Stangenteile 210A, 210B und 210C der Befestigungsstange 217 zu einem Lineal zusammengesetzt. Der Kollimator 203 wird auf dem Rahmen positioniert. Das zusammengesetzte Lineal (210 mit 217) wird dadurch an dem Kollimator 203 montiert, daß der Vorsprung 232 in den Schlitz 204 eingebracht wird, und zwar dort, wo die Befestigungsstange den Rahmen 220 nicht gegenüberliegt. (Die obigen Schritte können auf andere Weise ausgeführt werden, wenn das Lineal (210 mit 217) zuerst auf dem Rahmen positioniert wird, indem z.B., falls notwendig, ein (nicht gezeigtes) Tragelement verwendet wird, und der Kollimator 203 dann an dem Lineal montiert wird.) Danach wird der andere Kollimator 203a an'dem Lineal montiert, indem der Schlitz 204a mit dem anderen Vorsprung 232a in Eingriff gebracht wird. Jetzt sind die beiden Kollimatoren ausgerichtet. Danach werden die Bolzen 231A, 231B und 231C entfernt, die Befestigungsstange 217 wird von den Stangenteilen abgetrennt, und das Mittelteil 210B wird von den anderen Teilen 210A und 210C abgenommen, welche dann aus den Kollimatoren 203 und 203a genommen werden.

Wird bei der Meßanordnung nur ein einzelner, langer Kollimator verwendet, der einen in axialer Richtung des Strahlungsbündels verlaufenden langen Schlitz besitzt, um ein schmales Strahlungsbündel zu erzielen, wobei kein weiterer Kollimator vorgesehen ist, so kann die Vorrichtung gemäß Fig. 28 noch weiter vereinfacht werden. Die Stange und das Lineal brauchen nicht trennbar zu sein. Die Fig. 29a und 2 9b zeigen, daß eine Stange 310 als Ausrichtlineal aus einem einheitlichen Ganzen besteht, wobei ein einzelner . 10 Vorsprung 232 vorgesehen ist. Die Stange wird auf dem Rahmen der Anordnung positioniert, und der Kollimator 303 wird angebracht, indem der Vorsprung 232 in den Schlitz 204 eingeschoben wird, wie es in Fig. 29b zu sehen ist. Nach Befestigen des Kollimators 303 auf dem Rahmen wird die Stange entfernt. Vorzugsweise ist der Vorsprung 332 aus Gründen der Steifigkeit nicht so lang.

Für den Fall, daß einer der beiden Kollimatoren einen Schlitz relativ großer Dicke besitzt, so daß eine Stange mit entsprechend bemessenem Querschnitt ausreichende Steifigkeit besitzt, so kann die Einrichtung gemäß Fig. 28 noch weiter vereinfacht werden. Dann kann die Stange 410 durch den Schlitz des Kollimators 403a gezogen werden, wie es in Fig. 30 dargestellt ist.

Um den Überblick zu erleichtern, wird nachstehend in Form einer Tabelle angegeben, in welcher Beziehung die Ansprüche, die Zeichnungen und die verschiedenen Ausführungsbeispiele zueinander stehen.
30

' Übersicht über die Zusammenhänge zwischen Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen

Anspruch	1	Hauptanspruch	3 und 4	-
M	2	Il	7	-
Il	6/3	Fig.	8 bis 9b	1. Ausführungsbeispiel
Il	6/4	Fig.	10 bis 11a	2. "
Il	6/5	Fig.	12 und 12a	3. "
Il Il	7/3 7/4	Fig.	13 und 13a	4. "
Il	7/5	Fig.	15, 19a bis 19c	5. "
Il	7/-	Fig.	24a bis 21	6. "
■1 Il	8 9	Fig.	28	7. "
"	11/10	Fig.	Kollimator-Ausrichtung
Il	12/10	Fig.	It

25· ("Anspruch i/j" bedeutet: Anspruch i hängt von Anspruch j

Claims (12)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Wanddicken-Messung von rohrförmigen Gegenständen durch Abtasten mittels eines quer zu dem Rohrkörper verlaufenden Strahlungsbündels, welches einen Detektor erreicht, und Verschieben der Lage des Strahlungsbündels in seitliche Richtung, d.h., in eine Richtung, die sowohl bezüglich des Rohres als auch bezüglich der Strahlungsbündelachse quer verläuft, sowie durch Ermitteln, wo signifikante Schwankungen in der Intensität des den Detektor erreichenden Strahlungsbündels auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Verschiebungsbewegung des Strahlungsbündels kontinuierlich ohne Anhalten an Zwischenstellen über die gesamte Abtastbreite für eine Abtastung erfolgt, daß die Daten der Intensität des den Detektor erreichenden Strahlungsbündels in einem Speicher für zweidimensionalen Speicherinhalt derart gespeichert werden, daß die gespeicherten Daten einen diagrammförmigen Ausdruck erzeugen können, der die Beziehung zwischen der erfaßten Strahlungsbündelintensität und einer Bezugsmessung der Position des laufenden Strahlungsbündels zeigt, daß an den Detektor eine den Speicher beinhaltende Verarbeitungseinrichtung angeschlossen ist, die ermittelt, wo in dem Kurvenzug des diagrammförmigen Ausdrucks Wendeabschnitte liegen, d.h., solche Abschnitte, in denen eine Schwankung des Zuwachses (bezüglich der Position) der erfaßten Strahlungsbündelintensität einen vorbestimmten Wert überschreitet, daß die Verarbeitungseinrichtung weiterhin Funktionen zum Approximieren wenigstens dreier Bereiche des Kurvenzugs ermittelt, welche bezüglich der Wendeabschnitte unterteilt sind, und daß die Verarbeitungseinrichtung Querkoordinaten idealer Wendepunkte dadurch ermittelt, daß von jenen Funktionen abgeleitete Gleichungen gelöst v/erden, so daß die Entfernung der Quer-

   Ο IZODOO

   koordinaten zwischen den Wendepunkten die Rohrwanddicke angeben.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verarbeitungs-

   einrichtung ein Digitalrechner ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten der Intensität des den Detektor erreichenden Strahlungsbündels zu einem diskreten Satz von Werten mit einer vorbestimmten Zeitdauer quantisiert werden, bevor sie in dem Speicher abgespeichert werden, selbst wenn der Detektor ein digitales Ausgangssignal abgibt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche des Kurvenzugs (Graphen) folgende Bereiche

   Ar umfassen:

   Einen ersten Bereich, der einen relativ schmalen Kurvenabschnitt bildet, welcher an einen Punkt anschließt, der als der Beginn des ersten Wendeabschnitts gefunden wurde,

   «_η einen zweiten Bereich, bei dem es sich um einen relativ breiten Kurvenabschnitt handelt, welcher einem weiteren Punkt vorausgeht, der als der Anfang eines zweiten Wendeabschnitts ermittelt wurde, und einen dritten Bereich, der einen relativ schmalen Kur-

   _nr venabschnitt darstellt und an denjenigen Punkt anschließt, der als' der Beginn des zweiten Wendeabschnitts ermittelt wurde,

   daß die Querkoordinate eines ersten idealen Wendepunkts dadurch ermittelt wird, daß die Funktion zum Approxi-

   7« mieren des ersten Bereichs des Graphen differenziert wird und die Gleichung des Null gleichgesetzten Differentials gelöst wird, und daß die Querkoordinate des zweiten idealen Wendepunkts als die Koordinate des Schnittpunkts der zwei Linien erhalten wird, welche

   ,r von den den zweiten und dritten Bereich approximierenden

   Funktionen repräsentiert werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche des Kurvenzugs (Graphen) folgende Bereiche umfassen:

   Einen ersten Bereich, bei dem es sich um einen relativ schmalen Kurvenabschnitt handelt, der einem ersten Grenzpunkt vorausgeht, welcher als das Ende des ersten Wendeabschnitts ermittelt wurde,

   einen zweiten Bereich, bei dem es sich um einen relativ breiten Kurvenabschnitt handelt, der dem ersten Grenzpunkt folgt,

   einen dritten Bereich, bei dem es sich um einen relativ schmalen Kurvenabschnitt handelt, der einem zweiten Grenzpunkt vorausgeht, welcher als das Ende des zweiten Wendeabschnitts ermittelt wurde, und einen vierten Bereich, der ein relativ breiter Kurvenabschnitt ist und an den zweiten Grenzpunkt anschließt, und daß die Querkoordinaten der beiden idealen Wendepunkte erhalten werden als die Koordinaten der jeweiligen Schnittpunkte zweier Linien, die repräsentiert werden durch die den ersten und zweiten Bereich des Graphen approximierenden Funktionen, sowie die beiden Linien, die repräsentiert werden durch die anderen, den dritten und vierten Bereich approximierenden Funktionen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche des Kurvenzugs (Graphen) folgende Bereiche umfassen:

   Einen ersten Bereich, der als flache gerade Linie dem ersten Wendeabschnitt vorausgeht,

   einen zweiten Bereich, der als Kurvenabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Wendeabschnitt erscheint, und einen dritten Bereich, der als weiterer Kurvenabschnitt nach dem zweiten Wendeabschnitt erscheint,

   und daß die Querkooordinate des ersten idealen Wendepunkts erhalten wird als die* Koordinate des Schnittpunkts einer Verlängerung der flachen geraden Linie des ersten Bereichs mit einer Kurve, die dargestellt wird durch die Funktion zum Approximieren des zweiten Bereichs des Kurvenzugs, während die Querkoordinate des zweiten idealen Wendepunkts erhalten wird als die Koordinate des Schnittpunkts der durch die genannte Funktion dargestellten Kurve und einer weiteren Kurve, die durch die den dritten Bereich approximierende Funktion repräsentiert wird.
6. 6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsmessung die Position des sich bewegenden Strahlungsbündels selbst ist, und daß die Geschwindigkeit der seitlichen Verschiebung des Strahlungsbündels während eines einzelnen.Durchlaufs zum Erzeugen eines wirksamen Abtastergebnisses konstant gehalten wird. . ' .
7. 7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der seitlichen Bewegung des Strahlungsbündels während eines einzelnen Durchlaufs zum Erhalten eines effektiven Abtastergebnisses variabel ist, daß die Relation zwischen der seitlichen Verschiebeposition des Strahlungsbündels und der in einem einzelnen Durchlauf verstrichenen Zeit vorab in einem Nebenspeicher abgespeichert wird, daß die Bezugsmessung die verstrichene Zeit in einem einzelnen Durchlauf des Strahlungsbündels ist (d.h. die.Daten der Intensität des den Detektor erreichenden Strahlungsbündels v/erden zuerst in Beziehung auf eine derartige verstrichene Zeit in einem Speicher abgespeichert), und daß dann unter Heranziehung der in dem Nebenspeicher gespeicherten Daten bezüglich der genannten Beziehung eine Um-

   Setzung der Bezugsmessung aus dem Zeitbereich in den Ort- oder Lagebereich erfolg*:.
8. 8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein kein Strahlungsbündel verwendender, berührungsloser Kantenpositionsdetektor die Lage der äußeren Oberfläche eines zu untersuchenden Rohres erfaßt, während eine Strahlungsbündel-Abtastvorrichtung die Lage eines Tangenten-Berührpunkts der In-" nenflache des Rohres ermittelt, und daß vor der Abtastung eine Voreinstellung der Lage der Abtastvorrichtung und des Kantenpositionsdetektors erfolgt, um den zu erwartenden, etwaigen Abmessungen des Rohres Rechnung zu tragen, daß das Zeitintervall, in dem der Kantenpositionsdetektor seine Ausgangssignale abgibt, um für die sich ändernde Position der Außenfläche des Rohres repräsentative Werte anzugeben, wesentlich kleiner ist als die genannte vorbestimmte Zeitdauer, in der die Quantisierung der Strahlungsbündelintensitätsdaten erfolgt, und daß die Bearbeitungseinrichtung aus den Werten betreffend die Position der Außenfläche des Rohres einen Wert herausfindet, den der Kantenpositionsdetektor zu einem Zeitpunkt ermittelt, der weitestgehend mit demjenigen Zeitpunkt zusammenfällt, in dem das Abtast-Strahlungsbündel den tangentialen Berührungspunkt an der Innenwandung des Rohres erfaßt, so daß die Differenz der Querkoordinaten zwischen den praktisch gleichzeitig ermittelten Positionen der Rohraußen- und Innenfläche die Rohrwanddicke wiedergeben.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenpositionsdetektor eine fotoelektrische Einrichtung ist.
10. 10. Verfahren zum Ausrichten zweier Kollimatoren, die Be-

    L· OU O «J

    standteil einer beim Messen von Rohrwanddicken verwendeten Anordnung zur Strahlungsbündel-Abtastung sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Äusrichtlineal mit einer geraden Stange verwendet wird, deren beide Endabschnitte präzisionsbehandelt sind, um jeweils eine Linealfläche zu bilden, die an eine Oberfläche eines als Strahlungsdurchlaß ausgebildeten Kollimatorschlitzes angepaßt wird, und daß das Lineal entlang einer vorbestimmten, zu der zu erwartenden Strahlungsbündelachse parallelen Linie positioniert wird, daß die Kollimatoren oder Kollimatorteile sukzessive derart angeordnet werden, daß die Schlitzflächen der Kollimatoren bzw. Kollimatorteile -gerade in Berührung mit den Linealflachen des Lineals sind, und daß dann das Lineal entfernt wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Kollimatoren verwendet werden, die jeweils zwei trennbare Teile aufweisen, so daß die jeweiligen ersten Teile der Kollmiatoren zuerst in Berührung mit dem Lineal ge-, bracht werden, und daß die jeweiligen zweiten Teile der Kollimatoren nach Entfernen des Lineals mit den jeweiligen ersten Teilen gekoppelt werden.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lineal verwendet wird, welches eine gerade, aus drei trennbaren Teilen bestehende Stange aufweist, wobei die drei trennbaren Teile durch eine Befestigungseinrichtung als einheitliches Ganzes gehalten werden, wenn sie für den Ausrichtvorgang verwendet werden, und daß die Teile auseinandergebaut werden, wenn sie nach dem Ausrichten der Kollimatoren zu entfernen sind.