DE3403137C2

DE3403137C2 -

Info

Publication number: DE3403137C2
Application number: DE19843403137
Authority: DE
Inventors: Tsugio Kobe Hyogo Jp Sekii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-01-30
Publication date: 1987-09-03
Also published as: JPS59141001A; DE3403137A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von geometrischen Eigenschaften eines metallenen Rohres, mit zwei Wirbelstromsensoren, die diametral zum Rohr unter Bildung eines Spaltes im Abstand zum Außenumfang dessel ben angeordnet sind, wobei Rohr und Sensoren in Umfangs- sowie gegebenenfalls Längsrichtung des Rohres relativ zueinander bewegbar sind, und mit einer Einrichtung zur elektrischen Stromversorgung der Sensoren sowie Auswertung der von den Sensoren gelieferten Signale.The invention relates to a device for detecting geometric properties of a metal pipe, with two eddy current sensors that are diametrical to the tube below Formation of a gap at a distance from the outer circumference of the same ben are arranged, the tube and sensors in circumferential and relative to the longitudinal direction of the pipe, if necessary are movable to each other, and with a device for electrical power supply for the sensors and evaluation of the signals delivered by the sensors.

Aus der DE-OS 31 42 814 ist eine Vorrichtung der genannten Art, und zwar zur Messung der Unrundeigenschaften eines Rohres, bekannt. Die bekannte Vorrichtung weist zu diesem Zweck zwei diametral zum Rohr unter Bildung eines Spaltes im Abstand zum Außenumfang desselben angeordnete Wirbel stromsensoren auf, wobei Rohr und Sensoren in Umfangs- sowie gegebenenfalls Längsrichtung des Rohres relativ zueinander bewegbar sind. Des weiteren weist die bekannte Vorrichtung eine Einrichtung zur elektrischen Stromversorgung der Sensoren sowie Auswertung der von den Sensoren geliefer ten Signale auf. Die bekannte Vorrichtung dient also nur zur Messung der Unrundeigenschaften bzw. Ovalität eines Rohres bzw. einer Rohrleitung, bei der es darauf ankommt, Exzentrizitäten festzustellen und festzuhalten sowie aus zuwerten. Dabei wird vorgeschlagen, die aktuellen X- und Y-Werte mit den entsprechenden Werten eines vorange gangenen Meßvorganges zu vergleichen, um daraus Relativ anzeigen für die Entfernung zwischen den Sensoren und der Rohrleitung zu ziehen, aus denen dann Informationen über die Querschnittsbeschaffenheit der Rohrleitung abge leitet werden.From DE-OS 31 42 814 a device of the type mentioned, namely for measuring the non-circular properties of a pipe, is known. The known device has for this purpose two diametrically arranged to the tube to form a gap at a distance from the outer periphery of the same vortex current sensors, the tube and sensors being movable relative to each other in the circumferential and possibly the longitudinal direction of the tube. Furthermore, the known device has a device for the electrical power supply of the sensors and evaluation of the signals delivered by the sensors. The known device is therefore only used to measure the non-circular properties or ovality of a pipe or a pipeline, in which it is important to determine and record eccentricities and to evaluate them. It is proposed to compare the current X and Y values with the corresponding values of a previous measuring process in order to draw relative indications for the distance between the sensors and the pipeline, from which information about the cross-sectional nature of the pipeline is then derived will.

Aus der US-PS 36 15 143 ist noch eine Profil-Testvorrich tung bekannt, wobei mit Berührungs-Sensoren sowie einem Vergleichsprofil gearbeitet wird.From US-PS 36 15 143 is still a profile test device device known, with touch sensors and a Comparative profile is being worked on.

Demgegenüber geht es bei der vorliegenden Erfindung nicht um die Erfassung der Unrundheit oder des Profils eines Rohres, sondern um die Feststellung der tatsächlichen Endpositionen desselben, d. h. der Rohrenden unter Abzug herstellungsbedingter konvex-konkaver Rohr-Endabschnitte. Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die tatsächlichen Enden eines metallenen Rohres festgestellt werden können, wobei Exzentrizitäten des Rohres ohne Einfluß bleiben sollen.This is not the case with the present invention to capture the out-of-roundness or the profile of a Tube, but rather to ascertain the actual End positions of the same, d. H. the pipe ends under deduction Production-related convex-concave pipe end sections. The present invention is therefore based on the object to create a device of the type mentioned at the outset, with the actual ends of a metal pipe can be determined, the eccentricities of the Rohres should remain without influence.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. This task is characterized by the characteristics of claim 1 solved.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es also möglich, unter Elimination von Exzentrizitätskomponenten der Sensor ausgangssignale exakt die tatsächlichen Enden eines metal lenen Rohres festzustellen.The device according to the invention therefore makes it possible to eliminating eccentricity components of the sensor output signals exactly the actual ends of a metal pipe.

Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor richtung ist in Anspruch 2 beschrieben.A preferred further development of the invention direction is described in claim 2.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigtThe invention based on an embodiment for example in connection with the drawing explained. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Erfassungssystems zur Durchführung eines bevorzugten Ausführungs beispiels des Verfahrens zum Erfassen der tat sächlichen Endposition eines metallenen Rohres nach der Erfindung; Figure 1 is a block diagram of a detection system for performing a preferred embodiment of the method for detecting the actual end position of a metal tube according to the invention.

Fig. 2A und 2B die Signalmodulation und -demodulation eines Oszillationsschaltkreises und eines analo gen Signaldetektionsschaltkreises der Fig. 1; Figs. 2A and 2B, the signal modulation and demodulation of an oscillation circuit and an analo gen signal detection circuit of FIG. 1;

Fig. 3 das Ausgangssignal eines der analogen Signaler faßschaltkreise der Fig. 1; Fig. 3 shows the output signal of one of the analog signal circuitry of Fig. 1;

Fig. 4 die charakteristische Funktion des Linearisier- Schaltkreises der Fig. 1, d. h. seine Ausgangs spannung über den Spaltänderungen; Fig. 4 shows the characteristic function of the linearizing circuit of Fig. 1, that is, its output voltage across the gap changes;

Fig. 5 das Ausgangssignal des Linearisier-Schaltkreises der Fig. 1; und Fig. 5 shows the output signal of the linearizing circuit of Fig. 1; and

Fig. 6 das Ausgangssignal des Summierschaltkreises der Fig. 1. Fig. 6, the output signal of the summing circuit in FIG. 1.

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche oder einander entsprechende Teile.Identify the same reference numerals in the individual figures same or corresponding parts.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, die ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung zur Bestimmung der tatsächlichen Endposition eines metallenen Rohres ausführt. Ein metallenes Rohr 10, beispielsweise eine Stahlröhre, wird in Pfeilrich tung mittels nicht dargestellter Bewegungseinrichtungen bewegt bzw. verschoben. Das metallene Rohr 10 hat zwei konkave Abschnitte, von denen lediglich einer mit dem Bezugszeichen 10 a bezeichnet ist, wobei hier angenommen sei, daß beide konkaven Abschnitte am Umfang des Rohres um 180 Grad versetzt liegen. Ein Paar von Sensoren 12 a und 12 b in Form von Wirbelstromverlust- Sensoren ist so angeordnet, daß die beiden Sensoren im Winkel von 180 Grad einander gegenüberliegen und zwar weiterhin so, daß zwischen den Sensoren und dem Außenumfang des metallenen Rohres ein gewisser Spalt (Luftspalt) vorhanden ist. Die Sensoren sind in (nicht dargestellten) Halteeinrichtungen gelagert und werden mit vorgegebener Drehzahl um den Außenumfang des metallenen Rohres 10 gedreht. Fig. 1 shows a block diagram of a device which carries out an embodiment of the method according to the invention for determining the actual end position of a metal pipe. A metal tube 10 , for example a steel tube, is moved or shifted in the direction of the arrow by means of movement devices, not shown. The metal tube 10 has two concave sections, of which only one is designated by the reference number 10 a , it being assumed here that both concave sections are offset by 180 degrees on the circumference of the tube. A pair of sensors 12 a and 12 b in the form of eddy current loss sensors is arranged so that the two sensors face each other at an angle of 180 degrees and continue to do so in such a way that a certain gap between the sensors and the outer circumference of the metal tube (air gap ) is available. The sensors are mounted in holding devices (not shown) and are rotated around the outer circumference of the metal tube 10 at a predetermined speed.

Die Sensoren 12 a und 12 b sind mit analogen Signal erfaßschaltkreisen 16 a und 16 b (Wellenform-Erfaß- Schaltkreis) verbunden, die jeweils mit einem Lineari sierschaltkreis 18 a bzw. 18 b verbunden sind. Die Ausgänge der Linearisierschaltkreise 18 a und 18 b sind mit jeweils einem Eingang eines Summierschalt kreises 20 verbunden, dessen Ausgang über einen Ver stärker 22 mit einem Komparator 24 verbunden ist.The sensors 12 a and 12 b are connected to analog signal detection circuits 16 a and 16 b (waveform detection circuit), each of which is connected to a linearization circuit 18 a and 18 b . The outputs of the linearizing circuits 18 a and 18 b are each connected to an input of a summing circuit 20 , the output of which is connected via a amplifier 22 to a comparator 24 .

Während des Betriebes erfassen die Sensoren 12 a und 12 b - wie bekannt - Änderungen der Form und/oder Qualität eines Gegenstandes und letztlich auch die Breite des Spaltes zwischen ihnen und dem Gegenstand. Im einzelnen erfaßt ein (nicht dargestellter) Sensorkopf in den beiden Sensoren 12 a und 12 b Änderungen der elektromagnetischen Energie aufgrund der obigen Änderungen hinsichtlich der Form, der Qualität und des Spaltes zwischen dem metallischen Leiter und den Sensoren. Wenn zwei der drei genannten Variablen, d. h. Form, Qualität (chemische Zusammensetzung) und Spalt konstant gehalten werden, so können kleine Änderungen der dritten Variablen erfaßt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sei daher angenommen, daß Form und Qualität des Rohres konstant sind. Die Oszillationsschaltkreise 14 a bzw. 14 b erzeugen an ihrem Ausgang ein Hochfrequenz signal für die Sensoren 12 a bzw. 12 b wie im linken Teil der Fig. 2A dargestellt. Dieses Hochfrequenz signal wird von den Sensoren 12 a und 12 b moduliert, wie im rechten Teil der Fig. 2A dargestellt, wenn zwischen dem Rohr 10 und den Sensoren 12 a bzw. 12 b sich der Spalt ändert.During operation, the sensors 12 a and 12 b - as is known - detect changes in the shape and / or quality of an object and ultimately also the width of the gap between them and the object. Specifically, a sensor head (not shown) in the two sensors 12 a and 12 b detects changes in the electromagnetic energy due to the above changes in the shape, quality and gap between the metallic conductor and the sensors. If two of the three variables mentioned, ie shape, quality (chemical composition) and gap are kept constant, small changes in the third variable can be detected. In this embodiment it is therefore assumed that the shape and quality of the tube are constant. The oscillation circuits 14 a and 14 b generate at their output a high frequency signal for the sensors 12 a and 12 b as shown in the left part of FIG. 2A. This high-frequency signal is modulated by the sensors 12 a and 12 b , as shown in the right part of FIG. 2A, when the gap changes between the tube 10 and the sensors 12 a and 12 b .

Die analogen Signaldetektierschaltkreise 16 a und 16 b demodulieren die im rechten Teil der Fig. 2A und dem linken Teil der Fig. 2B gezeigten modu lierten Signale, die aus dem entsprechenden Oszillations schaltkreis 14 a bzw. 14 b stammen und erzeugen ein Ausgangssignal mit dem analogen Signalverlauf gemäß dem rechten Teil der Fig. 2B.The analog signal detection circuits 16 a and 16 b demodulate the modulated signals shown in the right part of FIG. 2A and the left part of FIG. 2B, which originate from the corresponding oscillation circuit 14 a and 14 b and generate an output signal with the analog Waveform according to the right part of FIG. 2B.

Wird nun von einem der Sensoren 12 a bzw. 12 b ein konkaver Abschnitt 10 a festgestellt, so wird ein ana loges Ausgangssignal mit einem Signalverlauf entsprechend Fig. 3 auftreten, in welcher eine analoge Ausgangs spannung über dem Drehwinkel des Sensors bezogen auf das metallene Rohr 10 dargestellt ist. In diesem Signal verlauf bezeichnet der Signalabschnitt A den Signal verlauf an einer Umfangsseite eines breiteren Spaltes, der durch eine Exzentrizität des metallenen Leiters 10 hervorgerufen ist, während der Signalabschnitt B (längs der negativen Ordinate) einen Signalverlauf an der anderen Umfangsseite, d. h. der mit dem schmaleren Spalt darstellt. Ist dagegen der metallische Leiter 10 überhaupt nicht exzentrisch, so wird kein Ausgangs signal erscheinen, d. h. das Signal verläuft längs der Abszisse der Fig. 3. Die Signalabschnitte A 1 und B 1 in den Signalabschnitten A und B treten an solchen (Winkel) Stellungen auf, an denen einander gegenüberliegen de konkave Abschnitte vorhanden sind.If a concave section 10 a is now detected by one of the sensors 12 a or 12 b , an analog output signal with a signal curve corresponding to FIG. 3 will occur, in which an analog output voltage over the angle of rotation of the sensor based on the metal tube 10 is shown. In this signal course, the signal section A denotes the signal course on a peripheral side of a wider gap, which is caused by an eccentricity of the metal conductor 10 , while the signal section B (along the negative ordinate) shows a signal curve on the other peripheral side, that is to say with the represents narrower gap. If, on the other hand, the metallic conductor 10 is not eccentric at all, no output signal will appear, ie the signal runs along the abscissa of FIG. 3. The signal sections A 1 and B 1 in the signal sections A and B occur at such (angular) positions , on which opposing de concave sections are present.

Anhand des analogen Signalverlaufes selbst kann man eine Exzentrizität des metallenen Leiters 10 nicht von konvex-konkaven Abschnitten an dessen Enden unter scheiden. Um die durch die Exzentrizität hervorgerufenen (Signal)-Komponenten zu eliminieren, muß man die analogen Ausgangssignale der Sensoren 12 A und 12 B die durch die Oszillationsschaltkreise 14 a und 14 b hindurchgelangen, addieren. Wie allerdings aus Fig. 3 zu erkennen, sind beide analoge Ausgangssignale aus den Sensoren 12 a und 12 b nicht linear im Hinblick auf ihre Ausgangsspannungskomponente, die durch Spalt änderungen hervorgerufen ist. Die durch Exzentrizität hervorgerufene Spannungskomponente oberhalb und unter halb der Nullachse (Abszisse) hat nämlich nicht die Form einer Sinuswelle. Folglich können, selbst wenn beide analogen Ausgänge miteinander addiert werden, die Exzentrizitätskomponenten nicht eliminiert werden.On the basis of the analog signal curve itself, an eccentricity of the metal conductor 10 cannot be distinguished from convex-concave sections at its ends. In order to eliminate the (signal) components caused by the eccentricity, one has to add the analog output signals of the sensors 12 A and 12 B that pass through the oscillation circuits 14 a and 14 b . However, as can be seen from FIG. 3, both analog output signals from the sensors 12 a and 12 b are not linear with regard to their output voltage component, which is caused by changes in the gap. The stress component caused by eccentricity above and below half the zero axis (abscissa) does not have the shape of a sine wave. As a result, even if the two analog outputs are added together, the eccentricity components cannot be eliminated.

Daher werden die analogen Ausgangssignale der Schalt kreise 16 a und 16 b jeweils zu Linearisierschaltkreisen 18 a bzw. 18 b geleitet, wo sie linearisiert werden.Therefore, the analog output signals of the circuits 16 a and 16 b are each sent to linearizing circuits 18 a and 18 b , where they are linearized.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des Konzeptes der Linearisierung der analogen Ausgangssignale der Schaltkreise 16 a und 16 b. Die Kurve C 1 bezeichnet die Ausgangsspannungs-Charakteristik bezüglich einer Spaltänderung unter der Annahme, daß die Ausgangsspannung des analogen Signalverlauferfaßschaltkreises 16 a bzw. 16 b bei einer vorbestimmten Spaltbreite von 20 mm gleich Null ist, während die Kurve C 2 die linearisierte Charakteristik der Kurve C 1 zeigt, wie sie durch die Linearisierschaltkreise 18 a oder 18 b erzeugt wird. Fig. 4 shows a diagram for explaining the concept of linearization of the analog output signals of the circuits 16 a and 16 b . The curve C 1 denotes the output voltage characteristic with respect to a gap change on the assumption that the output voltage of the analog waveform detection circuit 16 a or 16 b is zero at a predetermined gap width of 20 mm, while the curve C 2 is the linearized characteristic of the curve C. 1 shows how it is generated by the linearizing circuits 18 a or 18 b .

Die linearisierten Ausgangsspannungen der Schaltkreise 18 a und 18 b sind in Fig. 5 dargestellt. Die durchge zogene Linie D bezeichnet die Ausgangsspannung eines der Linearisierschaltkreise 18 a und 18 b. Die gestrichelte Linie E bezeichnet die Ausgangsspannung des anderen Linearisationsschaltkreises 18 b bzw. 18 a.The linearized output voltages of the circuits 18 a and 18 b are shown in Fig. 5. The solid line D denotes the output voltage of one of the linearizing circuits 18 a and 18 b . The dashed line E denotes the output voltage of the other linearization circuit 18 b or 18 a .

Die linearisierten Ausgangsspannungen der Schaltkreise 18 a und 18 b werden in dem Summierschaltkreis 20 auf summiert, um die Exzentrizitätskomponenten in Form einer Sinuswelle gemäß Fig. 5 zu eliminieren, wie in Fig. 6 gezeigt. Diese Signalverläufe zeigen ein deutig die Positionen der konkaven Abschnitte.The linearized output voltages of the circuits 18 a and 18 b are summed up in the summing circuit 20 in order to eliminate the eccentricity components in the form of a sine wave according to FIG. 5, as shown in FIG. 6. These waveforms clearly show the positions of the concave sections.

Der Verstärker 22 verstärkt das Ausgangssignal des Summierschaltkreises 20. Das verstärkte Ausgangssignal wird in dem Komperator 24 mit einer Schwellwertspannung V _th verglichen. Die Schwellwertspannung V _th ist zuvor auf einen Wert eingestellt, so daß eine Ansprechschwelle für den konkaven Verlauf bestimmt ist. Folglich wird nur dann, wenn die Ausgangsspannungen aus dem Verstärker 22 größer als diese Schwellwertspannung V _th ist, Aus gangssignale von dem Komperator 24 erzeugt, so daß die tatsächliche Endposition an den Enden des metallischen Rohres 10 sicher erfaßt bzw. erkannt werden kann.The amplifier 22 amplifies the output signal of the summing circuit 20 . The amplified output signal is compared in the comparator 24 with a threshold voltage V _th . The threshold voltage V _th is previously set to a value so that a response threshold for the concave shape is determined. Consequently, only when the output voltages from the amplifier 22 is greater than this threshold voltage V _th , output signals are generated by the comparator 24 so that the actual end position at the ends of the metallic tube 10 can be reliably detected.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung bei jeglichen metallischen Rohren angewandt werden kann, einschließlich bei Stahlröhren, deren Anwesenheit mittels eines Wirbelstromsensors festgestellt werden kann.It should be noted that the present invention can be used with any metallic pipe can, including with steel tubes, their presence be determined by means of an eddy current sensor can.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel werden die Sensoren gedreht. Es ist allerdings genauso möglich, das metallische Rohr zu drehen, während die Sensoren ortsfest gehalten werden; auch ist es möglich, das metallische Rohr vorzuschieben bzw. zu bewegen, während gleichzeitig die Sensoren bewegt werden.In the above embodiment, the sensors turned. However, it is just as possible, the metallic one Tube to rotate while the sensors are held stationary will; it is also possible to use the metallic pipe advance or move while at the same time the sensors are moved.

Wie oben erläutert, können mit der vorliegenden Erfindung konkave Abschnitte an den Enden eines metallischen Rohres erfaßt werden, ohne daß die Exzentrizität des metallischen Rohres - sofern vorhanden - irgendeinen Einfluß ausübt. Daher ist die Genauigkeit bzw. Präzision der Erfassung nicht nur in hohem Maße verbessert, sondern es werden auch nur zwei hochgenaue Sensoren benötigt, wodurch ein billigeres Erfaßsystem geschaffen wird.As explained above, with the present invention concave sections at the ends of a metallic Pipe can be detected without the eccentricity of the metallic tube - if any - any Exerts influence. Hence the accuracy or precision of detection not only to a high degree improved, but there are only two highly accurate Sensors needed, making a cheaper detection system is created.

Claims

1. Device for detecting the geometric properties of a metal tube, with two eddy current sensors, which are arranged diametrically to the tube with the formation of a gap at a distance from the outer periphery thereof, the tube and sensors being movable relative to one another in the circumferential and optionally the longitudinal direction of the tube, and with a device for electrical power supply to the sensors and evaluation of the signals supplied by the sensors, characterized in that for detecting the actual end position of the tube, the sensors ( 12 a , 12 b) each with a linearization circuit ( 18 a , 18 b ) are coupled, by means of which the gap change signals from the sensors ( 12 a , 12 b ) caused by eccentricities of the tube ( 10 ) can be linearized to form a sinusoidal signal, the linearized output signals of the linearization circuits ( 18 a , 18 b) being a summing circuit ( 20 ) feedable and there with elimination of the eccentric ricities of the pipe ( 10 ) -related signals and highlighting the pipe end position signals can be summed up.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that each sensor ( 12 a , 12 b) is assigned an oscillation circuit ( 14 a , 14 b) , and that between the sensors ( 12 a , 12 b) and the linearization circuits associated therewith ( 18 a , 18 b) an analog signal detector ( 16 a , 16 b) serving to demodulate the signals supplied by the sensors ( 12 a , 12 b) is arranged.