DE3324444C2

DE3324444C2 - Fehlstellenerkennungsvorrichtung mit rotierendem Meßkopf

Info

Publication number: DE3324444C2
Application number: DE3324444A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Amagasaki Hyoki Hiroshima; Noriyuki Matsubara; Kenichi Kitakyushu Fukuoka Miyata; Takahide Amagasaki Hyogo Sakamoto
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1986-10-09
Also published as: SE8303874L; US4641092A; SE8303874D0; DE3324444A1; SE452914B

Abstract

Die Fehlstellenerkennungsvorrichtung dient zur Erkennung von Fehlstellen an der Außenfläche eines Objektes, z.B. einer Stahlstange oder eines Stahlrohres, das runden Querschnitt hat und durch Warmwalzen hergestellt worden ist. Zur Fehlstellenerkennung wird ein Meßkopf (21) mit kontaktloser Abstandsmessung benutzt, der um das Objekt herum rotiert. Die Vorrichtung eliminiert die Einflüsse von Vibrationen des Objektes (10). Der Meßkopf (21) weist eine Abstandsmeßvorrichtung (11) auf, die den Abstand (das Abheben) zum Objekt (10) mißt. Auf der Basis des Ergebnisses der Abstandsmessung wird über Verstelleinrichtungen (18, 19) eine Positionsregelung der Vorrichtung durchgeführt. Bei Verwendung des Wirbelstromverfahrens für die Fehlstellenerkennung werden zwei Spulen eines Standard-Vergleichssystems benutzt. Diesen Spulen wird ein Mischsignal aus mehreren Frequenzen zugeführt, so daß das von den Spulen erhaltene Signal die durch Abhebevariationen verursachten Signalkomponenten unterdrückt und denjenigen Anteil des Fehlstellensignals, der auf die Existenz dieser Signalkomponente zurückgeht, korrigiert. Hierdurch wird der Einfluß von Abhebevariationen eliminiert und es werden Messungen mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fehlstellenerkennungsvorrichtung mit rotierendem Meßkopf, bei welcher ein Meßkopf um die Umfangsfläche eines warmgewalzten zu inspizierenden Objektes mit rundem Querschnitt geführt wird, mit einem den Meßkopf tragenden, um das Objekt herum rotierenden Rotationsteil, einem Führungsrohr zum Führen des Objektes zur Mittelachse des Rotationsteiles und mit Klemmrollen, die vor und hinter dem Rotationsteil an dem Objekt angreifen.

Derartige Vorrichtungen dienen dazu, unter Verwendung eines Meßkopfes mit kontaktloser Abtastung die Oberfläche eines Objektes zu inspizieren, um die der Meßkopf herumgeführt wird, um Fehlstellen an der Oberfläche eines Produktes, beispielsweise einer Stahlstanee. eines Drahtes, Stahlrohres oder eines anderen durch einen Warmwalzvorgang hergestellten Produktes festzustellen.

Im Stand der Technik werden generell spulenförmige Stäbe oder Drähte mit einem Durchmesser von weniger als 50 mm unmittelbar nach dem Walzen aufgewickelt, so daß zur Durchführung einer Fehlstellenerkennung im kalten Zustand das aufgespulte Objekt eigens für diesen Zweck wieder abgewickelt und anschließend wieder aufgespult werden muß. Es besteht daher der Wunsch. Fehlstellen an einem Objekt vor dessem Aufspulen erkennen zu können, also unmittelbar nach dem Walzprozeß, wenn das Objekt noch warm ist

Für die Inspektion von spulenförmigen Stäben u. dgl. während des Warmwalzvorgangs ist ein Wirbelstrom-Inspektionsverfahren mit das Werkstück umgebender Spule bekannt bei dem die Fehlstellenerkennung durch elektromagnetische Induktion erfolgt. Dieses aus der Praxis bekannte Verfahren ist ein Selbstvergleichsverfahren, bei dem die Differenz der Eigenimpedanzen zweier Spulen gemessen wird, die längs des zu inspizierenden Objektes angeordnet sind. Eine kurze unabhängige Fehlstelle, wie Schweißpickel oder Walzmarkierungen, ist erkennbar, jedoch werden schwerwiegende Fehlstellen, die in Längsrichtung des Objektes verlaufen, nicht erkannt Zur Ermittlung von Fehlstellen, die in Längsrichtung eines langgestreckten Objektes, beispielsweise einer schraubenförmigen Stange, verlaufen, ist aus der Praxis ein Wirbelstrom-Inspektionsgerät bekannt, bei dem ein rotierender Meßkopf mit hoher Geschwindigkeit um die Stange o. dgl. in kaltem Zustand herumbewegt wird. Dieses Gerät stellt Impedanzänderungen des Meßkopfes fest, um Oberflächenfehlstellen zu erkennen. Nun werden aber Impedanzänderungen nicht nur von den Oberflächenfehlstellen des Objektes, sondern auch von dessen Qualität und Größe und von dem Maß des »Abhebens«, also dem Abstand zwischen der Oberfläche des Objektes und der Meßkopfspule, bestimmt. Wenn Größe und Qualität des Objektes unterschiedlich sind, braucht lediglich die Empfindlichkeit der Meßkopfspule entsprechend eingestellt zu werden, wobei es wichtig ist, daß das Objekt unter Einhaltung eines konstanten Abhebe-Abstandes abgetastet wird.

Die konventionelle Inspektionsvorrichtung mit rotierendem Meßkopf nach dem Wirbelstromprinzip, die während des Kaltwalzens verwendbar ist, hält das Maß des Abhebens entweder durch eine der folgenden Methoden oder durch deren Kombination konstant:

1. Fixieren des zu inspizierenden Objektes durch Klemmrollen, damit die Achse des Objektes mit der Rotationsachse des Meßkopfes übereinstimmt, und

2. Halten des Meßkopfes in Kontakt mit der Oberfläche des zu inspizierenden Objektes und dem Objekt folgen.

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wirbelstrom-Inspektionsvorrichtung mit rotierendem Meßkopf, und wie sie generell aus DE-OS 25 07 931 bekannt ist, welche nach der Methode 1 arbeitet. Eine von einem Motor 201 angetriebene Rotationstrommel 202 ist innerhalb der Durchlaufzone eines zu inspizierenden Objektes angeordnet. An der Innenfläche der Rotationstrommel 202 sind zwei Meßkopfspulen 203 einander gegenüberliegend angeordnet. In axialer Richtung zu beiden Seiten der Rotationstrommel 202 sind Hülsen 204,204 angeordnet, die jeweils aus sehr hartem Metall bestehen, und deren Durchmesser etwa 0,1 mm bis 0,2 mm größer ist als der des zu inspizierenden Objektes 10. Die Hülsen 204, 204 verlaufen konzentrisch mit der Rotationstrommel 202 und die Klemmrollen 205,

205, die das Objekt 10 halten, sind jeweils auf der Eintrittsseite und auf der Austrittsseite der Fehlstellenerkennungsvorrichtung so angeordnet, daß sie über Druckluftzylinder 206, 206 entweder an das Objekt 10 ansetzbar oder von diesem zurückziehbar aind. Ein Motor 201 treibt die Rotationstrommel 202 an. Das Objekt ist durch die Klemmrollen 205,205 starr fixiert und wird von den Hülsen 204, 204 geführt, wodurch Vibrationen und Exzentrizitäten des Laufs des Objektes in Bezug auf die Rotationstrommel 202 und die Meßkopfspulen 203, 203 soweit ms möglich unterdrückt werden.

Die genannte Fehlstellenerkennungsvorrichtung führt jedoch zu mancherlei Schwierigkeiten, wenn sie für Objekte benutzt wird, die beim Warmwalzen inspiziert werden sollen, insbesondere wenn sie während des laufenden Verarbeitungsprozesses einem Feinbearbeitungsvorgang durch Walzen unterzogen werden oder unmittelbar nach dieser Feinbearbeitung zur Spule gewickelt werden. Mit anderen Worten: Weil die Steifigkeit des zu inspizierenden Objektes beim Warmwalzen gering ist, kann man das Objekt mit den Klemmrollen nicht steif genug halten, weil die Gefahr der Erzeugung von Fehlstellen auf der Oberfläche des Objektes und von Deformierungen des Objektes besteht Ferner können die Vibrationen des Objektes nicht vollständig unterdrückt werden. Daher besteht die Gefahr, daß die Meßköpfe das Objekt streifen und daß hierdurch neue Fehlstellen verursacht werden. Da die Führung durch die Hülsen 204, 204 aus ähnlichen Gründen unmöglich ist, ist es schwierig, die Rotationsachse der Trommel 202 in Übereinstimmung mit der Achse des Objektes zu bringen, und insbesondere dessen Längsachse überhaupt zu ermitteln, weil das Objekt keinen exakt runden Querschnitt hat. Das Produkt von schraubenförmigem Stabmaterial oder Draht variiert, gleichgültig, ob es in der Größe gleichmäßig ist oder differiert, in seiner Durchlauflinie infolge der unterschiedlichen Anzahlen von Walzvorgän.gen, so daß die Achse des Objektes nicht unbedingt jederzeit mit der Rotationsachse des Meßkopfes übereinstimmen muß.

Bei der oben erläuterten Methode 2 besteht eine große Gefahr, daß beim Halten des Meßkopfes in Kontakt mit der Oberfläche des Objektes und beim Folgen des Objektes an dem Objekt beim Warmwalzen Fehlstellen erzeugt werden.

Es gibt zahlreiche Faktoren, die für Schwingungen des Objektes beim Warmwalzen verantwortlich sind, wie z. B. Vibrationen des Walzstandes oder des Aufwikkelmechanismus. Das Objekt selbst hat eine geringe Festigkeit, so daß die Gefahr von Biegungen zwischen den Klemmrollen besteht. Dies alles führt dazu, daß die mit Wirbelstrom-Inspektion arbeitende Vorrichtung mit rotierendem Meßkopf für Warmwalzprodukte schwer zu realisieren ist.

Die Schwierigkeit, den Abstand zwischen Meßkopf und Objekt konstant zu halten, könnte dazu führen, daß man das Meßsignal durch Messung des Abhebens korrigiert. Bezüglich der Beziehung zwischen dem Meßsignal und den Abhebvariationen treten aber die beiden folgenden Probleme auf:

1. Ein durch Abhebevariationen verursachtes Signal überlagert sich dem Fehlstellensignal so, daß beide Signale nicht voneinander unterscheidbar sind, und

2. die Abhebevariation verändert das Fehlstellensignal selbst.

Hierdurch wird die Meßfähigkeit erheblich herabgesetzt, wodurch es erforderlich ist, das Abhebevariationssigna! (die durch die Abhebevariation verursachte Signalkomponente) zu unterdrücken und ferner das Fehlstellensignal in Abhängigkeit von dem Abhebezustand zu korrigieren.

Zur Unterdrückung von Variationssiignalen sind die Methoden der Phasendiskriminierung und der Frequenzdiskriminierung bekannt Bei der Phasendiskriminierung wird das Meßsignal von den Meßspulen einer Phasenerkennung unterzogen, um hierdurch Rauschen zu unterdrücken und das Fehlstellensignal zu diskriminieren. Fig.2a und 2b zeigen Vektordiagramme von Signalen von Spulen. In dem Fall, daß sich das durch Abhebevariation verursachte Signal A phasenmäßig von dem Signal B unterscheidet wie in Fig.2a dargestellt wird das Abhebevariationssignal A, das unterdrückt werden soll, von der rechtwinklig zur Richtung dieses Signals A (in Richtung X) verlaufenden Phasenkomponente selektiert und hierdurch erhält man die Fehlstellensignale B für die zu inspizierenden Fehlstellen. Nun treten das Fehlstellensignal B und das Abhebe-Variationssignal A nicht stets in unterschiedlichen Phasen auf, wie in F i g. 2a, sondern häufig mit einer kleinen Differenz, wie in F i g. 2b. Hierbei gibt es den Effekt der Unterdrückung des Abhebevariationssignals A nicht
Andererseits besteht das Verfahren der Frequenzdiskriminierung darin, ein unerwünschtes Signal (Abhebevariationssignal) mittels einer Differenz zwischen diesem Signal und dem gesuchten Signal (dem Fehlstellensignal) zu unterdrücken, jedoch hat dies keine Auswirkungen auf ähnliche Frequenzkomponenten beider Signale.

Zur Unterdrückung solcher Signale, die durch Phasendiskriminierung oder Frequenzdiskriminierung schwer zu unterdrücken sind, ist ein Multifrequenzverfahren bekannt das darin besteht einer Jnspektionsspu-Ie Ströme mit unterschiedlichen Frequenzen in Mischung zuzuführen, die Signale einer jeden Frequenzkomponente separat zu erkennen und die erhaltenen mehreren Ausgangssignale für einen Rechenvorgang zu verwenden, um unerwünschte Signale abzutrennen.

Fig.3 zeigt ein Blockschaltbild des bekannten Inspektionsgerätes mit Multifrequenzbetrieh nach dem Wirbelstromverfahren. Mit 211 ist ein Oszillator der Frequenz f, (z. B. 100 kHz) und mit 212 ein Oszillator der Frequenz h (z. B. 500 kHz) bezeichnet. Die Ausgangssignale beider Oszillatoren 211 und 212 werden in einem Mischer 213 gemischt und den Meßspulen 225 und 226 zugeführt, die nach Art eines Eigenvergluichssystems an eine Impedanzbrücke 214 angeschlossen sind, so daß die Signale, die die Impedanzänderungen der Spulen 225 und 226 angeben, von der Impedanzbrücke 214 an Impedanzverstärker 219 und 220 abgegeben werden. Die Signale werden von den ResonanzverstUrkern 219 bzw. 220 synchron mit den Frequenzen f\ und h verstärkt. Die Ausgangssignale der Resonanzverstärker sind als Vektordiagramme in Fig.2b dargestellt. Die Ausgangssignale der Resonanzverstärker 219 und 220 werden Phasendetektoren 221, 222, 223 bzw. 224 zugeführt, wobei die Phasendetektoren 221 bzw. 222 als Referenzsignal das Ausgangssignal des Oszillators 211 oder 212 nach Durchlaufen eines Phasenschiebers 215 oder 216 empfangen. Das Ausgangssignal dieses F'hasensr.hiehe.rs wird einem .^-Phasenschieber 217 bzw. 218 zugeführt, der die Phase um πΙ2 verschiebt, so daß das Ausgangssignal Hes Phasenschiebers 217 bzw. 218 dem Phasendetektor 222 bzw. 224 als Phasenreferenzsignal zugeführt wird. Der Phasenschieber 215 bzw. 216 verdreht das Signal A, wie beispielsweise in den F i g. 2a und 2b dargestellt, rechtwinklig zur X-Achse bzw. er stellt dieses

Signal auf die Y-Achse ein. Demnach erhält man die X-Komponente (Widerstandskomponente) X\ oder X₂ des aus der Frequenz f\ oder f₂ gewonnenen Meßsignals durch den Phasendetektor 221 bzw. 223, und die Y-Komponente (Blindkomponente) Y\ oder Y₂ des aus der Frequenz f\ oder /₂ gewonnenen Meßsignals erhält man an dem Phasendetektor 222 bzw. 224.

Mit 230 ist eine analoge Signalrecheneinheit bezeichnet, die Phasenrotatoren 231 und 232 zum Verdrehen der Phasenwinkel der Signale X₂ und Y₂ um einen gleichen Winkel, Verstärker 233 und 234 zum Verstärken der Ausgangssignale der Phasenrotatoren 231 und 232 um jeweils gleiche Faktoren und Differentialverstärker 235 und 236, denen die Ausgangssignale X₂ bzw. Y₂ und X\ bzw. Y\ der Verstärker 233 bzw. 234 zugeführt werden, aufweist, so daß man schließlich die Ausgangssignale χ und y der Differentialverstärker 235 und 236 erhält

F i g. 4a ist ein Vektordiagramm von X\ und Yi und F i g. 4b ist ein Vektordiagramm von X₂ und Y₂, bei den die Abhebekomponente A₂ von der Achse Y₂ verschoben ist Die Phasenrotatoren 231 und 232 der Signalrecheneinheit 230 werden so betrieben, daß sie die Phase verdrehen und die Verstärker 233 und 234 werden so betrieben, daß sie die Amplitude des Signals Ar derjenigen des Signals A\ gleichmachen. Hierdurch erhält man die Signale A₂ und B₂ in F i g. 4c. Diese Signale werden den Differentialverstärkern 235 bzw. 236 zugeführt Da die Differentialverstärker 235 und 236 Ausgangssignale erzeugen, die der Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen entsprechen, wird die Differenz A\-A₂ zwischen den Abhebekomponenten zum Signal a mit geringer Amplitude, wie F i g. 4d zeigt und bei Vorhandensein eines Fehlstellensignals erhält man die Differenz »b« zwischen B\ und B₂ (als Vektor ausgedrückt).

Andererseits bewirkt eine Änderung des Fehlstellensignals infolge einer Variation des Abhebesignals gemäß obigem Punkt (2) gemäß Fig.5 eine abrupte Dämpfung, die gefolgt ist von einem Ansteigen des Abhebens. Bei einer Abhebevariation sollten daher Maßnahmen ergriffen werden, um das Abheben zu erkennen und das Ausgangssignal zu korrigieren.

Das Multifrequenzverfahren kann das durch Abhebevariation verursachte Signal nahezu unterdrücken, jedoch ist es extrem schwierig, die Abhebevariation zu erkennen, und das Fehlstellensignal zu korrigieren. Der erste Grund ist fc!jender: Es ist schwierig, eine Abhebevariation mit Genauigkeit zu messen. Beispielsweise ist es unmöglich, die Abhebevariation mit einem Abstandsmesser zu messen, der unabhängig von dem Meßkopf vorgesehen ist um den Abstand zwischen der Meßspule und dem Objekt zu ermitteln. Ein Kontaktsystem mit einem Differentialtransformator o. dgl. kann mit seinem Kontaktende nicht folgen, wenn sich das Objekt mit hoher Geschwindigkeit bewegt Eine Meßvorrichtung nach dem Wirbelstromprinzip wird im Betrieb durch Fehlstellen o. dgL gestört, wobei das Meßergebnis eine Mischung von Faktoren sowohl des Abhebens als auch der Fehlstellen wird. Der zweite Grund ist der folgende: Die Abhebevariation kann grob in zwei Formen unterteilt werden, die getrennt voneinander korrigiert werden sollten. Die Fig.6a und 6b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung verschiedener Arten von Abhebevariation bei dem Eigenvergleichssystem, wenn das Objekt 240 runden Querschnitt hat wie z. B. schraubenförmige Stäbe. F i g. 7a und 7b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung des gleichen Effektes bei einem Eigenvergleichssystem, wenn das Objekt 240 ein plattenförmiges Objekt ist, beispielsweise eine Stahlplatte. F i g. 6a und 7a zeigen das Objekt 240, das sich als Ganzes in Richtung auf die Meßspulen 225 und 226 bewegt, und F i g. 6b und 7b zeigen Bewegungen des 5 Objektes in andere Richtungen. F i g. 8a und 8b zeigen Erkennungsmuster von Fehlstellensignalen nach den F i g. 6a und 7a bzw. F i g. 6b und 7b. Das Fehlstellensignal, das normalerweise ursprungssymmetrisch ist, wie durch die durchgezogene Linie in den F i g. 8a und 8b angegeben ist, wird gestreckt, wobei gleichzeitig die Ursprungssymmetrie beibehalten wird, wie in Fig.8a gestrichelt angedeutet ist, wenn das Objekt 240 sich als Ganzes gleichmäßig in Richtung auf die Meßspulen 225 und 226 bewegt. Dieses Signal wird in seiner Ursprungssymmetrie gestört (gestrichelte Linie in Fig. 8b), wenn das Objekt 240 sich in andere Richtungen bewegt. Wenn die Fehlstellenerkennung nach dem Eigenvergleichverfahren durchgeführt wird, bei dem zwei Meßspulen 225 und 226 dicht nebeneinander angeordnet sind, und die Impedanzdifferenz im Vergleich mit der Existenz von Fehlstellen auf dem Objekt 240 in demjenigen Bereich des Objektes erfolgt der den im engen Kontakt miteinander angeordneten Meßspulen 225 und 226 entspricht, wird das Abheben einer jeden Meßspule 225 oder 226, wenn das Objekt 240 sich gleichförmig auf die Meßspulen 225 und 226 zubewegt, wie in F i g. 6a und 7a dargestellt, gleich und die Symmetrie des Erkennungsmusters des Fehlstellensignals bleibt erhalten, so daß lediglich das Signal vergrößert (oder verkleinert) wird. Wenn sich das Objekt 240 aber in anderen Richtungen bewegt, wird das Abheben der einen Meßspule 225 im ersten Quadranten in Fig.8b reduziert und dasjenige der anderen Meßspule 226 wird im dritten Quadranten derselben Figur vergrößert Daher können die beiden Signalarten nicht in gleicher Weise korrigiert werden, indem lediglich der Abstand zwischen den Meßspulen und dem Objekt gemessen wird. Dies erfordert vielmehr die Ermittlung einer jeden Abhebevariation und eine genaue Signalkorrektur.

Generell kann man zur Verringerung des Einflusses der Abhebevariationen das Wirbelstrom-Inspektionsverfahren nach dem Eigenvergleichsverfahren anwenden, so daß, wenn ein Abhebewert für eine Meßspule gerade oberhalb der Fehlstelle unterschiedlich ist von demjenigen für die andere Meßspule im selben Zustand, eine Verzerrung gemäß F i g. 8b entsteht. Auch hier ist das Abhebevariationssignal, das nach dem Multifrequenzverfahren ermittelt wird, nicht von dem Absolutwert des Abhebens befreit, weil das Signal die Differenz des Abhebens zwischen beiden Spulen angibt.

Ferner ist aus US-PS 40 42 876 ein Näherungsdetektor bekannt der nach dem Wirbelstromprinzip arbeitet und eine Flachspule aufweist deren Impedanz sich bei Annäherung eines metallischen Gegenstandes ändert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fehlstellenerkennungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die imstande ist Fehlstellen an der Umfangsfläche eines warmgewalzten, im Querschnitt runden Objektes mit einem soweit wie möglich verringerten Einfluß der Abhebevariationen zu erkennen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Abstandsmeßvorrichtung vorgesehen, die den Abstand zwischen dem Meßkopf und der Umfangsfläche des Objektes mißt und die über eine Regeleinrichtung Antriebe zum Verstellen der Relativposition des Rotationsteils in Bezug auf das Objekt steuert und daß der Meßkopf Spulen zur Durchführung der Wirbelstrom-Fehlstellenerkennung aufweist und außerdem als Abstandsmeßein-

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richtung dient. nie bezeichnet, längs der ein zu inspizierendes Objekt, ¹^

Die erfindungsgemäße Fehlstellenerkennungsvor- das von einer eine Endbearbeitung durchführenden fy

richtung ist imstande, die Fehlstellen an einem warmge- Walzmaschine kommt, in Richtung des Hohlpfeiles p_i

walzten Objekt mit rundem Querschnitt mit Genauig- transportiert wird. Ein Wagen I₁ der die Erkennungs- Sjfj

keit und ohne Beschädigung der Außenfläche des Ob- 5 vorrichtung und andere Teile trägt, ist auf Schienen la, ^

jektes zu messen. Insbesondere läßt sich die Messung la, die horizontal und rechtwinklig zu der Durchlauf linie '"

ohne den schädlichen Einfluß von Vibrationen des Ob- PL verlaufen, verfahrbar. In dem dargestellten Zustand

jektes durchführen. befindet sich die Mittellinie der Fehlstellenerkennungs-

Ferner kann der Faktor der Verursachung einer nicht vorrichtung neben der Durchlauflinie PL, so daß das

vollständig absorbierten lokalen Abhebevariation elimi- io Objekt auf Rollen \b, \b, die in Durchlaufrichtung links

niert werden, selbst wenn die Achse des den Meßkopf von der Fehlstellenerkennungsvorrichtung angeordnet

tragenden Rotationsteiles in Ausrichtung mit der Achse sind, auf dem Wagen 1 in Transportrichtung bewegt

des zu inspizierenden Objektes geregelt ist. Bei der wird. Zur Durchführung einer Fehlstellenerkennung be-

Fehlstellenerkennung wird der Einfluß von Abhebeva- wegt dagegen eine (nicht dargestellte) Antriebsvorrich-

riationen des Meßkopfes soweit wie möglich herabge- 15 tung den Wagen 1 in seiner Gesamtheit nach links (in

setzt. Gleichzeitig ist die Durchführung einer quantitati- Richtung des durchgezogenen Pfeiles in Fig. 9) in Be-

ven Auswertung der Erkennung mit hoher Genauigkeit zug auf die Transportrichtung, so daß das zu inspizie-

möglich. rende Objekt nunmehr längs der Mittellinie der Erken-

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin- nungsvorrichtung verläuft. Anders ausgedrückt: Die

dung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher er- 20 Durchlauflinie PL des zu inspizierenden Objektes fällt

läutert. nunmehr mit der Mittellinie der Erkennungsvorrichtung

Es zeigt zusammen.

F i g. 1 eine Seitenansicht einer konventionellen Wir- Auf dem Wagen 1 sind ein Führungsrohr 2, Klemm-

belstrom-Inspektionsvorrichtung mit rotierendem Tast- rollengruppen 3 und 4, eine Meßkopfrotationseinheit 5

kopf für ein Objekt beim Kaltwalzen, 25 und Klemmrollengruppen 6 und 7 angeordnet, wobei

F i g. 2 ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung die Reihenfolge der Aufzählung die Folge dieser Kom-

der Beziehungen zwischen den Fehlstellensignalen und ponenten in Transportrichtung des Objektes angibt.

Abhebevariationssignalen, Das Führungsrohr 2 ist entgegen der Förderrichtung

F i g. 3 eine Schaltung einer konventionellen Multifre- trompetenförmig aufgeweitet und an der Einlaufseite

quenz-Wirbelstrominspektionsvorrichtung, 30 des Wagens 1 parallel zu der Durchlauflinie PL ange-

F i g. 4 ein Vektordiagramm zur Verdeutlichung der ordnet. Seine Längsachse ist höhenmäßig und axial mit

Operation der Vorrichtung nach F i g. 3, der Drehachse der noch zu erläuternden Meßkopfrota-

F i g. 5 anhand einer Kurve die Beziehung zwischen tionseinheit 5 ausgerichtet,

dem Abhebesig:ial und dem Fehlstellensignal, In Transportrichtung hinter dem Führungsrohr 2 sind

F i g. 6 und 7 schematische Ansichten zur Verdeutli- 35 die horizontale Klemmrollengruppe 3, in der Rollen ho-

chung der Beziehung zwischen der Tastkopfspule und rizontal (mit vertikaler Achse) einander gegenüberlie-

dem Inspektionsobjekt, gend angeordnet sind, die vertikale Klemmrollengruppe

F i g. 8 ein Vektordiagramm des Fehlstellensignals, 4, in der Rollen (mit horizontaler Achse) derart angeord-

F i g. 9 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße net sind, so daß ihre Umfangsflächen vertikal einander

Fehlstellenerkennungsvorrichtung, 40 zugewandt sind, die Meßkopfrotationseinheit 5 und

F i g. 10 eine Draufsicht einer horizontalen Vorschub- schließlich die vertikale Klemmrollengruppe 6 und eine

walzenanordnung, horizontale Klemmrollengruppe 7 angeordnet, wobei

F i g. 11 einen Teilschnitt der horizontalen Vorschub- die Reihenfolge der Aufzählung der Reihenfolge in

walzenanordnung mit Blick in Transportrichtung des Transportrichtung entspricht

Inspektionsobjektes, 45 Gemäß Fign. 10 und 11 sind Stützplatten 32, 32 auf-

F i g. 12 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht recht stehend und parallel zueinander auf der Oberseite

der Meßkopfrotationseinheit einer Basisplatte 31 an deren beiden Endbereichen an-

Fig. 13 einen schematischen Teilschnitt der Rota- geordnet Diese Stützplatten 32, 32 verlaufen recht-

tionstrommel, winklig zur Durchlauflinie PL· An den oberen und unte-

Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel der Meßkopfrota- 50 ren Enden einer jeden Stützplatte 32 sind Lagerböcke

tionseinheit mit dem angeschlossenen Steuersystem, 33, 33 angebracht die von den einander zugewandten

Fig. 15 eine Seitenansicht — teilweise aufgeschnit- Flächen der Stützplatten 32 abstehen und in denen

ten eines Meßkopfes, Stützwellen 34, die sich jeweils zwischen einem unteren

Fig. 16 ein Beispiel der Anordnung von Meßkopf- und einem oberen Lagerbock 33 erstrecken, gelagert

spulen, 55 sind. Die Stützwellen 34 tragen in den Abschnitten zwi-

F i g. 17 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitungs- sehen dem oberen und dem unteren Lagerbock 33, 33

schaltung. Halter 39, die ihrerseits vertikal gelagerte Rollen 35

F i g. 18 ein Vektordiagramm des Abhebe-Variations- tragen. Die Rollen 35 bilden zwischen sich einen Kalisignals, berteil (einen Durchgang), dessen Durchmesser etwas

F i g. 19 eine Kurve zur Veranschaulichung der Bezie- 60 größer ist als derjenige des zu inspizierenden Objektes

hung zwischen dem Abhebewert, dem Fehlstellensignal 10. Dadurch werden Vibrationen der Rollen im Kaliber-

und einer Komponente Y' und teil unterdrückt An dem oberen Ende einer jeden Stütz-

F i g. 20 eine graphische Darstellung der Beziehung welle 34 ist ein sektorförmiges Verzahnungssegment 36 zwischen dem Fehlstellen-Ausgangssignal und dem Ein- montiert Die Verzahnungen 36a, 36a der Verzahnungsgangssignal eines Ausgangsumsetzers. 65 Segmente kämmen längs der Mittellinie zwischen den

Die Anordnung der mechanischen Komponenten der Stützplatten 32, 32 miteinander, wobei ein Verzah-

Fehlstellenerkennungsvorrichtung ist in F i g. 9 darge- nungssegment 36 der Drehung des anderen Verzah-

stellt, wobei das Bezugszeichen PL eine Durchgangsli- nungssegmentes folgt, so daß die Rollen 35,35 von den

Stützwellen 34, 34 synchron und gegensinnig verschwenkt werden. Die Stützwelle 34, die in Transportrichtung links angeordnet ist, trägt an ihrem Ende einen Arm 40, an dessem anderen Ende die Kolbenstange 37 eines Druckluftzylinders 38 angreift. Bei einem Vorschub der Kolbenstange 37 wird daher die Stützwelle 34 gedreht, wodurch die zugehörige Rolle 35 in Transportrichtung verschwenkt wird. Das Verzahnungssegment 36 der betreffenden Rolle 35 dreht das andere Verzahnungssegment 36, so daß auch dessen Rolle 35 in Transportrichtung verschwenkt wird. Kurz gesagt: Die Kolbenstange 37 bewirkt eine gemeinsame Drehung bzw. Verschwenkung der Rollen 35,35 in Transportrichtung (stromabwärts) des zu inspizierenden Objektes 10. Wenn andererseits die Kolbenstange 37 zurückgezogen wird, dreht sich die Stützwelle 34 entgegen der Förderrichtung des Objektes 10, wodurch die eine Rolle 35 entgegen der Transportrichtung verschwenkt wird und die andere Rolle 35 über die miteinander kämmenden Verzahnungssegmente 36, 36' ebenfalls entgegen der Transportrichtung verschwenkt wird. In dem Zustand, in dem die Kolbenstange 37 zurückgezogen ist, wie dies in F i g. 10 in durchgezogenen Linien dargestellt ist, sind beide Rollen 35,35 in Kontakt miteinander, um das Objekt 10 im Kaliberbereich festzuhalten, wobei die Andrückkraft durch den Luftdruck im Druckluftzylinder 38 bestimmt wird. Wenn das zu inspizierende Objekt 10 in Druckberührung mit den Rollen 35,35 kommt und diese antreibt, so daß die Kontaktkraft den Druck im Druckluftzylinder 38 überwindet, wird die Rolle 35 von dem Objekt 10 mitgenommen und in Transportrichtung verschwenkt, so daß die Kolbenstange 37 vordringen kann. Hierdurch werden beide Rollen 35, 35 in die in Fig. 10 strichpunktierte Position verschwenkt.

Die horizontale Druckrolleneinheit 7, die in Transportrichtung hinter der Meßkopfrotationseinheit 5 angeordnet ist, ist in gleicher Weise aufgebaut wie die Druckrollengruppe 3, jedoch enthalten die vertikalen Druckrollengruppen 4 und 6 jeweils zwei vertikal (mit horizontalen Achsen) angeordnete Rollen. Die Rollen 35 der jeweiligen Druckrollengruppen 3, 4, 6 und 7 geben das zu inspizierende Objekt unter Steuerung durch jeden Druckluftzylinder 22 frei oder halten es. Die Druckluftzylinder 22 werden von den Signalen von Heißmaterialdetektoren 8 und 9 gesteuert, die an der Einlaufseite und an der Auslaufseite des Wagens 1 angeordnet sind. Die Signale der Heißmaterialdetektoren 8 und 9 dienen dazu, die Meßköpfe 21, 21 der (noch zu erläuternden) Meßkopfrotationseinheit 5 vorzuschieben bzw. zurückzuziehen.

Gemäß Fig. 12 ist die Meßkopfrotationseinheit 5 an einem Halter 53 montiert, der vertikal bewegbar auf einer auf dem Wagen 1 montierten Basisplatte 50 befestigt ist Die Basisplatte 50 ist rechtwinklig zur Transportrichtung des Objektes 10 verfahrbar.

An der Oberseite des Halters 53 ist ein zylindrisches Gehäuse 51 befestigt, auf dem ein Motor 54 angebracht ist, dessen Ausgangswelle in Transportrichtung des Objektes stromabwärts gerichtet ist Auf der Ausgangswelle ist ein Riemenrad 60 befestigt, über das ein Keilriemen 61 (Fig. 14) läuft Der Keilriemen 61 läuft ferner über den Umfang einer Drehtrommel 52, die an dem Gehäuse 51 gelagert und stromabwärts von dem Gehäuse 51 angeordnet ist Die Drehung des Motors 54 wird über den Keilriemen 61 auf die Drehtrommel 52 übertragen. Die Drehtrommel 52 ist ein kurzer Zylinder, dessen stromaufwärts gelegene Stirnseite durch eine Stirnplatte verschlossen ist, die eine Mittelöffnung aufweist. Die Drehtrommel 52 ist koaxial zu dem Gehäuse 51 angeordnet und drehbar an diesem gelagert. An der Innenseite der Stirnplatte trägt sie einen Meßkopf 21 zur Erkennung von Fehlstellen sowie Druckluftzylinder 22,22 zum Vorschieben und Zurückziehen des Meßkopfes 21 (s. F ig. 13).

In dem Gehäuse 51 ist in Lagern 55, 55 ein Duplex-Luftrohr 56 gelagert, das aus einem Außenrohr 56a und einem koaxial hierzu verlaufenden Innenrohr 56b besteht, die durch (nicht dargestellte) Abstandhalter miteinander verbunden sind. Die stromaufwärts liegenden Enden des Außenrohres 56a und des Innenrohres 56b sind geschlossen, wobei zwischen der Innenseite des Außenrohres 56a und der Außenseite des Innenrohres 566 ein ringförmiger Luftkanal 56c/ gebildet wird. Der Luftkanal 56c/ erstreckt sich stromabwärts bis in die Drehtrommel 52 hinein und deren Stirnwand ist an dem stromabwärts liegenden Ende des Außenrohres 56a befestigt, wodurch das Luftrohr 56 einstückig mit der Drehtrommel 52 rotiert Am Umfang des strömungsauf wärts liegenden Endes des Außenrohres 56a ist ein Lufteinlaß 56c vorgesehen, der mit einer Einlaßöffnung 51a in der Wand des Gehäuses, an dessen Oberseite, in Verbindung steht Auf dem Außenrohr 56a sind Dichtringe 57 stromaufwärts und stromabwärts des Lufteinlasses 56c angeordnet, um eine Abdichtung zwischen der Innenwand des Gehäuses 51 und der Außenwand des Außenrohres 56a zu bewirken. Druckluft, die der Einlaßöffnung 51 zugeführt wird, gelangt in den Lufteinlaß 56c und den Luftkanal 56t/ und von dort in die Luftzylinder 22,22, die in der Drehtrommel 52 angeordnet sind. Diese Druckluft dient somit für den Betrieb der Druckluftzylinder 22,22.
An dem Luftrohr 56 ist ein Führungsrohr 58 befestigt.

das aus einer Außenhülse 58a und einer Innenhülse 58i> besteht und konzentrisch im Luftrohr 56 angeordnet ist. Die Außenhülse 58a weist an ihrem stromaufwärts liegenden Ende einen Flansch 58c auf, der an der stromaufwärts liegenden Stirnfläche des Gehäuses 51 befestigt ist. Die Innenhülse 586 weist ebenfalls an ihrem stromaufwärts liegenden Ende einen Flansch 58c/ auf, der außen an dem Flansch 58c anliegt und an diesem befestigt ist Zwischen der Außenhülse 58a und der Innenhülse 58b ist ein Wasserdurchlaß 58e vorgesehen, der mit einem in dem Flansch 58c des Außenrohres 58a verlaufenden Wassereinlaß 58/ in Verbindung steht. Dem Wassereinlaß 58/wird Kühlwasser zugeführt, das durch den Wasserdurchlaß 58e fließt und das Führungsrohr 58 insgesamt kühlt und dieses Führungsrohr anschließend durch einen (nicht dargestellten) Auslaß verläßt. Das zu inspizierende Objekt wird durch das Führungsrohr 58 hindurchgeleitet, während das Luftrohr 56 um das Führungsrohr 58 herum rotiert. Gegenüber der Außenwand des Luftrohres 56 und der Innenwand des Gehäuses 51 ist ein Rotationsumsetzer 59 angeordnet, der dazu dient. Signale an den in der Drehtrommel 52 angeordneten Meßkopf 21 zu senden bzw. Signale von diesem Meßkopf zu empfangen.
In der Drehtrommel 52 sind der Meßkopf 21, die Druckluftzylinder 22, 22 zum Zurückziehen des Meßkopfes 21 und Verbindungsteile 24, 24 zum Verbinden der Luftzylinder 22 mit dem Meßkopf 21 angeordnet.

Fig. 13 zeigt eine schematische Ansicht des Inneren der Rotationstrommel 52, teilweise aufgeschnitten, wo· bei der Blick entgegen der Transportrichtung des Objektes 10, also stromaufwärts, gerichtet ist Der Meßkopf 21 befindet sich an dem äußeren Ende eines Schaftes 27 und er ist auf die Mittelachse der Rotationstrom-

mel 52 gerichtet. Der Meßkopf 21 weist einen Abstandssensor 11 auf, der den Abstand zwischen dem Meßkopf 21 und der Umfangsfläche des Objektes 10 so mißt, daß elektromagnetische Interferenzen zwischen beiden vermieden werden. Der Schaft 27 verläuft — bezogen auf die Rotationstrommel 52 — radial nach innen und er ist an seinem äußeren Ende gleitend in einem zylindrischen Gehäuse 25 geführt, dessen Achse radial zur Rotationstrommel 52 verläuft. In das Gehäuse 25 ist ein Justierzylinder 26 von der radial außenliegenden Seite her eingeschraubt. Der Schaft 27 durchdringt den Justierzylinder 26 und das Gehäuse 25 und ist an seinem äußeren Ende verankert. Zwischen dem inneren Boden des Justierzylinders 26 und einem Ringkragen des Schaftes 27 ist eine Druckfeder 29 angeordnet, die den Schaft 27, und somit auch den Meßkopf 21, in Richtung auf die Mittelachse der Rotationstrommel 52 spannt, so daß beim Drehen des Justierzylinders 26 der Meßkopf 21 radial zur Rotationstrommel 52 bewegt werden kann. Hierdurch erfolgt die Justierung des Meßkopfes 21 in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Meßobjektes. An dem der Drehachse der Rotationstrommel 52 zugewandten Ende des Gehäuses 25 ist ein Gleitlager 28 angebracht, in welchem der Schaft 27 verschiebbar ist Auf diese Weise können Axialbewegungen des Schaftes 27 zusammen mit dem Meßkopf 21 unter Vermeidung seitlicher Schwingungen ausgeführt werden.

Die Luftzylinder 22,22 sind an der Rotationstrommel 52 befestigt und zu beiden Seiten des Schaftes 27 angeordnet. Die Kolbenstangen 23, 23 verlaufen parallel zu dem Schaft 27 und können in Richtung auf die Drehachse der Rotationstrommel 52 und in Gegenrichtung bewegt werden. Die Verbindungsteile 24,24 sind an ihren einen Enden mit den Enden der Kolbenstangen 23 verbunden und mit ihren anderen Enden mit dem Gehäuse 25. Zur Vermeidung von Kollisionen des Meßkopfes 21 mit dem Objekt 10, wenn das vordere oder rückwärtige Ende des Objektes durch die Rotationstrommel 52 hindurchläuft, werden die Kolbenstangen 23, 23 in die Druckluftzylinder 22, 22 hinein zurückgezogen, wodurch das Gehäuse 25 zusammen mit dem Schaft 27 als Ganzes von dem Objekt 10 zurückgezogen wird.

Gemäß F i g. 14 ist der Support 53 vertikal bewegbar an der Basisplatte 50 angebracht, die rechtwinklig zur Transportrichtung des Objektes 10 verschiebbar ist. Auf der Basisplatte 50 ist ein Motor 19 zum Auf- und Abbewegen des Supports 53 angeordnet Auf dem Wagen 1 ist ein Motor 18 zum horizontalen Verschieben der Basisplatte 50 angebracht

Das Erkennungssignal des nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Abstandssensors 11 zur Messung des Abstandes zwischen dem Meßkopf 21 bzw. dem Abstandssensor 11 und dem Umfang des Objektes 10 wird einer Recheneinheit 13 zur Berechnung der Exzentrizität zwischen der Achse des Objektes 10 und der Rotationsachse des Meßkopfes 21 zugeführt Diese Recheneinheit 13 enthält beispielsweise einen Mikrocomputer und sie verwandelt das analoge Erkennungssignal des Abstandssensors 11 in ein Digitalsignal und verarbeitet dies. An der Außenfläche der Stirnwand der Rotationstrommel 50 sind magnetische Markierungen angebracht, die die Referenzposition und jeweils feste Winkelstellungen bezeichnen. An einem Rahmen für den Motor 54 ist ein Drehpositionssensor 62 befestigt, der aus einem auf die magnetischen Markierungen ansprechenden Sensor besteht, an dem sich diese Markierungen vorbeibewegen, so daß das Erkennungssignal des Drehpositionssensors 62 der Recheneinheit 13 zur Berechnung der Exzentrizität zugeführt wird. Die Recheneinheit 13 speichert das ihr von dem Abstandssensor 11 zugeführte Eingangssignal in Verbindung mit dem ihr von dem Drehpositicnssensor 62 zugeführten Eingangssignal, so daß der Abstand zwischen dem Abstandssensor 11 oder dem Meßkopf 21 und dem Objekt 10 jeweils für jede Drehstellung ermittelt wird und aus einer Anzahl von Umdrehungen der Rotationstirommel 52 ein Mittelwert gebildet werden kann. Der Grund für eine ίο solche Mittelwertbildung ist folgender: Ein durch Exzentrizität zwischen der Achse des Objektes 10 und der Rotationsachse des Meßkopfes 21 verursachtes Signal ändert sich so, daß eine Kurve aufgezeichnet wird, die eine feste Frequenz hat, deren Zyklusdiiuer einer Umdrehung des Meßkopfes 21 entspricht. Dem Erkennungssignal des Abstandssensors 11 sind Rauschsignale überlagert, die durch Vibrationen des Objektes entstehen. Diese Rauschsignale können durch Mittelwertbildung der Erkennungssignale des Abstandssensors 11 über mehrere Drehungen der Rotationstrommel 52 hinweg beseitigt werden. Auf diese Weise erhält man ausschließlich das durch die Exzentrizität hervorgerufene Signal.

Das Rechenergebnis der Recheneinheit 13 für die Exzentrizitätsberechnung wird einer Recheneinheit 14 für die Rotationssteuerung zugeführt, so daß· die Exzentrizität zwischen der Mittelachse der Rotationstrommel 52 und der Achse des Objektes 10 hinsichtlich ihrer vertikalen Komponente und ihrer horizontalen Komponente — jeweils rechtwinklig zur Transportrkhtung des Objektes 10 berechnet wird. Die Antriebssignale werden einer Steuerschaltung 16 für den Motor 19 und einer Steuerschaltung 17 für den Motor 18 zugeführt. Diese Motoren 18 und 19 werden daher in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung derart angetrieben, daß die Rotationstrommel nur um den jeweils errechneten Betrag verschoben wird, indem der Support 53 und die Basisplatte 50 vertikal bzw. seitlich verschoben werden, um die Position der Rotationstrommel 52 zu verändern. Hierdurch wird die Rotationsachse des Meßkopfes 21 exakt mit der Achse des zu inspizierenden Objektes 10 in Übereinstimmung gebracht.

Die Recheneinheit 14 für die Berechnung der Steuergröße der Rotationstrommel kann den gleichen Rechner enthalten wie die Recheneinheit 13 für die Exzentrizitätsberechnung, oder auch einen Mikroprozessor. Das Bezugszeichen 15 in F i g. 14 bezeichnet die Signalverarbeitungsschaltung (in F i g. 17 dargestellt) für das Erkennungssignal des Meßkopfes 21.

F i g. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Meßkopfes 21, der in Verbindung mit der Fehlstellenerkennungsvorrichtung benutzt werden kann. Der Meßkopf 21 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und an dem Schaft 27 derart angeordnet daß das Ende mit dem kleineren Durchmesser nach unten gerichtet ist Der Meßkopf 21 weist einen Hohlraum auf, in dem Spulen 21a und 2ib angeordnet sind. An der Wand des Meßkopfes ist ein Lufteinlaß 21c für Druckluft vorgesehen und an der unteren Stirnseite befinden sich zahlreiche Luftauslaßdüsen 21 d, die mit dem Lufteinlaß 21c in Verbindung stehen und sich zu dem Objekt 10 hin öffnen. Der Einlaß 21c steht mit dem Luftrohr 56d oder einer separaten Zuführung in Verbindung, so daß Luft mit konstantem Druck und in konstanter Menge durch die düsenförmigen Auslässe 2id ausgeblasen wird. Wenn der Meßkopf 21 mit der in Fig. 15 dargestellten Konstruktion verwendet wird, können durch die Regelung der Ausrichtung des Meßkopfs 21 auf das Objekt 10 auch die ver-

bleibenden örtlichen Abhebeänderungen eliminiert werden. Mit anderen Worten: Wenn die Umfangsfläche des Objektes 10 sich dem Meßkopf 21 nähert, erhöht sich der Druck im Auslaß 21d einer jeden Luftdüse, wodurch der Meßkopi 21 sich von selbst von dem Objekt 10 entfernt Wenn der Druck sich andererseits verringert, wird der Meßkopf 21 in Richtung auf das Objekt IP bewegt Die Konstruktion des Meßkopfs 21 in der Fehlstellenerkennungsvorrichtung ist jedoch nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt

Im folgenden wird nun das Signalverarbeitungssystem erläutert Dieses Signalverarbeitungssystem arbeitet nach dem schon erwähnten Multifrequenzverfahren und bei dem Standardvergleichssystem sind ebenfalls Meßspulen 21a und 21Z? vorgesehen, von denen die eine Meßspule 21a dem Objekt zugewandt ist, während die andere Meßspule 216 dem Objekt abgewandt ist und keinerlei elektromagnetische Verbindung mit diesem hat, wie aus F i g. 16 zu ersehen ist

Gemäß F i g. 17 werden die Ausgangssignale der Oszillatoren 111 und 112 in einem Mischer 113 vermischt und den Meßspulen 21a und 216 über eine Impedanzbrücke 114 zugeführt Das Signal, das die Impedanzänderungen angibt, wird von der Impedanzbrücke 114 den abgestimmten Verstärkern (Resonanzverstärkern) 119 und 120 zugeführt und hierdurch resonanz-verstärkt Die Ausgangssignale der abgestimmten Verstärker 119 und 120 werden Phasendetektoren 121, 122 bzw. 123, 124 zugeführt Die Phasendetektoren 121 und 122 erhalten als Referenzsignale die Ausgangssignale der Oszillatoren 111 und 112 über Phasenschieber 115 bzw. 116 und die Phasendetektoren 122 und 124 erhalten die Ausgangssignale der Phasenschieber 115 bzw. 116 über sil 2-Phasenschieber 117 bzw. 118. Die Ausgangssignale der Phasendetektoren 121, 122, 123 und 124 werden jeweils einer ersten analogen Recheneinheit 130 und einer zweiten analogen Recheneinheit 140 zugeführt. Die Recheneinheiten 130 und 140 enthalten Phasenrotatoren 131, 132 bzw. 141, 142, Verstärker 133, 134 bzw. 143, 144 und Differentialverstärker 135, 136 bzw. 145, 146, so daß auf der Basis der Schaltung nach F i g. 3 die erste Recheneinheit 130 im wesentlichen nur das Fehlstellensignal liefert, in dem das Abhebe-Variationssignal unterdrückt wird. Da die zweite Recheneinheit 140 in gleicher Weise arbeitet wie die erste Recheneinheit 130 und die Phasenrotatoren 141 und 142 phasengleich betrieben werden, werden die Verstärker 143 und 144 so betrieben, daß die Amplituden gleich gemacht werden, mit anderen Worten, daß die Beziehung B₂ = B\ gemäß F i g. 4 erhalten wird, so daß bei Vorliegen eines Fehl-Stellensignals die Differenz Bx-B₂' sehr klein ist und man hierdurch das Abhebe-Variationssignal in Fig. 18a erhält

Das Ausgangssignal der Recheneinheit 140 für das zweite Signal wird einem Phasenrotor 150 zugeführt, indem, wenn die Eingangssignale X und Y jeweils um einen vorgegebenen Winkel gedreht werden, die Abhebekomponente auf die Y-Achse gelegt werden kann, wie dies in F i g. 18b dargestellt ist. Hierdurch kann das Ausgangssignal Y' in seiner skalaren Quantität direkt als Abhebewert henutzt werden.

Wenn die Impedanzbrücke 114 so eingestellt ist, daß Y' Null wird, wenn sie im Referenz-Abhebewert gehalten wird, wird das Ausgangssignal der Phasenrotationsschaltung 150 durch die gestrichelte Linie in Fig. 19 angegeben. Dagegen fällt dasjenige Fehlstellensignal, das durch eine Änderung des Abhebewertes verursacht wird, mit ansteigendem Abhebewert hyperbolisch ab.

Das durch die ausgezogene Linie in Fig. 19 repräsentierte Ausgangssignal wurde mit einer künstlichen Referenz-Fehlstelle erhalten. Daher wird ein Ausgangsumsetzer 151 (Fig. 17) vorgesehen, dessen Ausgangscharakteristik, die in F i g. 20 dargestellt ist sich in Bezug auf den Betrag der Abhebe-Variation umgekehrt (revers) zu der obigen Kurve verändert Das Ausgangssignal des Phasenrotors 150 wird dem Ausgangsumsetzer 151 zugeführt, der, wenn der Abhebewert größer ist, ein Signal mit einer hohen Amplitude erzeugt, und wenn der Abhebewert kleiner ist, ein Signal mit einer niedrigen Amplitude. Das Ausgangssignal des Ausgangsumsetzers 151 wird einem Multiplizierer 152 zugeführt, dem außerdem das Ausgangssignal der Recheneinheit 130 für das erste Signal als Multiplikant zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Signalrecheneinheit 130, also das Fehlstellensignal mit der zu niedrigen (oder hohen) Amplitude infolge des höheren (oder kleineren) Abhebewertes, wird mit dem Ausgangssignal der hohen (oder niedrigen) Amplitude des Ausgangsumsetzers 151 multipliziert, so daß man ein Signal erhält, das unabhängig ist von dem Abhebewert und lediglich von den Konfigurationen der Fehlstellen abhängt

In der Fehlstellenerkennungsvorrichtung sind die Tastkopfspulen eines Standardvergleichssystems, das bisher als ungeeignet für die automatische Fehlstellenerkennung angesehen wurde, weil sein Signal im hohen Maße von den Abhebe-Variationen abhängt, mit der Multifrequenz-Wirbelstrom-Fehlstellenerkennungstechnik kombiniert, wobei eine Unterdrückung unerwünschter Signale erfolgt, so daß die Unterdrükkung der durch die Abhebevariationen verursachten Signale, die bisher nicht mit hinreichender Genauigkeit möglich war, und die Korrektur des durch die Abhebevariation verfälschten Fehlstellensignals gleichzeitig durchgeführt werden können. Meßspulen vom Stan· dardvergleichstyp, wie sie oben erwähnt wurden, konnten bisher nicht für die Fehlstellenerkennung eingesetzt werden, weil sie im hohen Maße von dem Abheben beeinflußt werden. Andererseits können mit dem Multifrequenzverfahren ausschließlich Fehlstellen ermittelt werden, während der Abhebebetrag als Ausgangssignal des Phasendrehers 150 unabhängig gemessen wird. Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird der Abstandssensor 11 zur Ermittlung des Abstandes zwischen dem Meßkopf 21 und dem Objekt 10 benutzt, d. h. zur Messung des Abhebebetrages. Alternativ kann man den Abhebebetrag auch durch den Meßkopf selbst erhalten und die Mitte der Rotationstrommel 52 so steuern, daß sie mit der Mitte des Objektes 10 zusammenfällt.

Hierzu 15 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fehlstellenerkennungsvorrichtung mit rotierendem Meßkopf, bei welcher ein Meßkopf (21) um die Umfangsfläche eines warmgewalzten zu inspizierenden Objektes (10) mit rundem Querschnitt geführt wird, mit einem den Meßkopf (21) tragenden, um das Objekt (10) herum rotierenden Rotationsteil (52), einem Führungsrohr (58) zum Führen des Objektes to (10) zur Mittelachse des Rotationsteiles (52) und mit Klemmrollen (35), die vor und hinter dem Rotationsteil an dem Objekt (10) angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abstandsmeßeinrichtung vorgesehen ist, die den Abstand zwischen dem Meßkopf (21) und der Umfangsfläche des Objektes (10) mißt und die über eine Regeleinrichtung (13,14, 16,17) Antriebe (18,19) zum Verstellen der Relativposition des Rotationsteils (52) in Bezug auf das Objekt (10) steuert, und daß der Meßkopf (21) Spulen (21a, 216) zur Durchführung der Wirbelstrom-Fehlstellenerkennung aufweist und außerdem als Abstandsmeßeinrichtung dient

2. Fehlstellenerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung für die Vorrichtung zur Änderung der Relativposition des Rotationsteiles (52) zum Objekt (10) eine Mittelwertbildung der Signale der an dem Rotationsteil (52) befestigten Abstandsmeßeinrichtung über mehrere Umdrehungen ausführt, und daß die Regelung der Relativposition auf der Basis des Mittelwertes erfolgt

3. Fehlstellenerkennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Spulen (21a, 2Ib) mehrere in einem Mischer (113) gemischte Frequenzen (/1, /2) zugeführt werden, daß eine erste Signalrecheneinheit (130) auf der Basis der von den Spulen (21a, 21 b) empfangenen Signale die durch Abhebevariationen des Objektes (10) verursachte Signalkomponente einer der Spulen unterdrückt, daß eine zweite Signalrecheneinheit (140) die durch Abhebevariationen verursachte Signalkomponente aufnimmt, und daß eine Einrichtung (152) zur Korrektur des Ausgangssignals der ersten Signalrecheneinheit (130) auf der Basis des Ausgangssignals der zweiten Signalrecheneinheit (140) vorgesehen ist, wobei das von der Korrektureinrichtung (152) korrigierte Signal zur Fehlstellenerkennung auswertbar ist.

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