DE4006889A1 - Bestimmung der abmessungen von rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren im Hinblick auf die Bestimmung der Abmessungen eines Hohlzylinders. Sie bezieht sich insbesondere auf die Bestimmung des Außendurchmessers, der Wandstärke und des Innendurchmessers von Brennstab-Rohren aus Zirkoniumlegierungen, die als Umhüllungen für die Brenn­ elemente dienen.

Die Erfindung ist durch die Problematik bei der Bestimmung der Abmessungen von Brennstab-Rohren geprägt, wobei bei deren Fertigung sehr enge Toleranzen (innerhalb einiger 1/1000 mm) eingehalten werden müssen. Die Rohlinge, aus denen die Brenn­ stab-Rohre hergestellt werden, haben einen Außendurchmesser von üblicherweise 60 mm, welcher während vier Kalt-Pilger­ schrittwalz-Durchgängen auf einen Nenndurchmesser von 9,5 mm reduziert wird. Dabei wird die Wandstärke von 8 mm auf zwischen 0,582 mm und 0,594 mm reduziert.

Die Bearbeitung erfolgt üblicherweise im Mehrstückbearbei­ tungsverfahren, wobei sechs Rohlinge eine Werkstückgruppe bilden. Nach jedem Walzdurchgang werden die Werkstücke ent­ gratet, gebeizt und wärmebehandelt. Nach dem vierten und letzten Walzdurchgang werden die Werkstücke gerichtet, ge­ beizt und poliert sowie weitere untergeordnete Arbeiten durchgeführt. Sämtliche Rohre werden dann einer Ultraschall­ prüfung unterzogen, um festzustellen, ob sie den Erfordernis­ sen genügen. Während der Bearbeitung einer Werkstückgruppe (sechs Rohlinge) werden alle zwei Stunden willkürlich Prüf­ stücke herausgenommen und getestet. Durch das Walzen wird die Dicke der Werkstücke vermindert, wodurch diese länger werden, d. h., daß die Anzahl der abgelängten Werkstücke und letzt­ endlich auch der fertigen Rohre mit jedem Walzdurchgang ver­ größert wird, wie Tafel I zeigt:

Tafel I

Die vollständige Bearbeitung im abschließenden vierten Walz­ durchgang dauert ungefähr fünf 8-Stunden-Schichten. Die Bear­ beitungszeiten für die einzelnen Walzdurchgänge und die An­ zahl der herausgenommenen Prüfstücke nach den jeweiligen Walzdurchgängen (im 2-Stunden-Rhythmus) zeigt die folgende TafeI II:

Tafel II

Die Prüfstücke werden willkürlich aus der Werkstückgruppe herausgenommen. Außendurchmesser, Wandstärke und Innendurch­ messer der Prüfstücke werden bestimmt, d.h., eine Qualitäts­ kontrolle der Prüfstücke durchgeführt, deren Ergebnisse be­ züglich der eventuell erforderlichen Neueinstellungen der Pilgerschrittwalzwerke ausgewertet werden.

Entsprechend des Standes der Technik wird die Kontrolle der Abmessungen der Prüfstücke zwischen den BearbeitungszykIen manuell durchgeführt. Dafür sind zwei Instrumente notwendig, eines, um den Außendurchmesser zu messen, und ein anderes, um den Innendurchmesser zu messen, wobei jeweils minimale und maximale Werte bestimmt werden. Die Prüfstücke werden einge­ spannt, und, um einen Schatten zu erzeugen, wird ein Laser­ strahl darauf gerichtet. Das Prüfstück wird um seine Längs­ achse gedreht und in Längsrichtung verschoben und entsprech­ end des Schattens wird in jeder Stellung der Außendurchmesser gemessen. Durch Vergleichen der einzelnen Meßwerte wird ein maximaler und ein minimaler Außendurchmesser für das Prüf­ stück bestimmt. Dann wird das Prüfstück in ein entsprechendes Luft-Durchmessermeßgerät eingesetzt, wobei der Gerätedruck den maximalen und minimalen Wert des Innendurchmessers be­ stimmt. Die bestimmten Daten werden aufgezeichnet. Für eine gewisse Anzahl von Prüfstücken werden jeweils die maximalen und minimalen Werte des Außendurchmessers und des Innendurch­ messers ausgedruckt, und aufgrund dieser Information wird entschieden, ob und in welchem Maße das Pilgerschrittwalzwerk neu eingestellt werden muß.

Ein Nachteil des beschriebenen Standes der Technik ist, daß dabei auf vereinzelte Extremwerte reagiert wird. Da jeweils nur die maximalen und minimalen Werte aufgezeichnet werden und diese zur Beurteilung der Funktion herangezogen werden, wird der Pilgerschrittwalz-Vorgang im Prinzip von Extrem­ werten gesteuert. Dabei können Fälle auftreten, bei denen aufgrund der willkürlichen Auswahl nur ein einziger Wert außerhalb der Toleranzgrenze liegt, wobei das Walzwerk in Wirklichkeit einwandfrei arbeitet. Beispielsweise kann ein Prüfstück ein Grübchen oder einen Grat oder einen Schmutz­ tupfen aufweisen, was als maximaler oder minimaler Durchmes­ ser aufgefaßt wird. In diesem Fall wird angezeigt, daß die Anlage neu eingestellt werden muß, obwohl das Walzwerk Rohre produziert, die innerhalb der Toleranzgrenzen liegen.

Ein schwerwiegender Nachteil des Standes der Technik ist, daß zwei lnstrumente benötigt werden, nämlich die Spann- und Laservorrichtung zur Messung des Außendurchmessers und das Luft-Durchmessermeßgerät zur Bestimmung des Innendurchmes­ sers.

Des weiteren ist am Stand der Technik nachteilig, daß die Mes­ sungen im gewissen Ausmaß von den jeweiligen Eigenschaften des Prüfers und dessen jeweiliger Verfassung abhängig ist. Verschiedene Prüfer können das Luft-Meßgerät, welches den Innendurchmesser mißt, verschiedenartig handhaben, oder sie können verschiedenartig ablesen oder die Daten fehlerhaft aufschreiben, oder verschiedene Prüfer können die Prüfung verschieden oft durchführen. Zudem ist die herkömmliche Ver­ fahrensweise auch noch zeitaufwendig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Meßgerät zur Bestimmung des Außendurchmessers, der Wandstärke und des Innendurchmessers eines Rohres zu schaffen, wobei die oben geschilderten Nachteile ausgeräumt werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Außendurch­ messer, die Wandstärke und der Innendurchmesser von üblicher­ weise 80 mm langen Prüfrohren mit einem Lasermikrometer ge­ messen, welches einen flächigen Laserstrahl erzeugt. Der elektrische Ausgang des Lasermikrometers ist mit einem Com­ puter verbunden, welcher die entsprechenden Berechnungen durchführt und die benötigten oder gewünschten Schirmbilder ausgibt. Das Prüfstück wird auf einem Dorn angebracht, wobei der Dorn so angeordnet ist, das sein Querschnitt die Ebene des Laserstrahls schneidet. Das Prüfstück ist so auf den Dorn angebracht, daß auch sein Querschnitt den Laserstrahl schnei­ det. Zuerst wird der Abstand von einem exakt definierten Ende des Laserstrahls zum dazu nächstliegenden Punkt des Dornes gemessen, wobei dieser Wert dem Computer eingegeben wird. Dann wird das Rohr auf den Dorn aufgeschoben und der Abstand zwischen dem Laserstrahlende und dem dazu nächstliegenden Punkt des Rohres wird gemessen, und der Wert dem Computer eingegeben. Die Wandstärke ergibt sich aus der Differenz zwischen beiden Abständen. Der Außendurchmesser wird dadurch bestimmt, daß der Abstand zwischen dem Punkt des Rohres, der dem exakt definierten Laserstrahlende am nächsten ist, und dem Punkt des Rohres, der vom Laserstrahlende am weitesten entfernt ist, gemessen wird. Die Abstände werden in verschie­ denen Rohrstellungen bezüglich des Dornes gemessen, wobei das Rohr um seine Längsachse gedreht bzw. in Längsrichtung ver­ schoben wird. Üblicherweise werden acht Messungen vorgenom­ men, da man bei acht Messungen davon ausgehen kann, daß das Endergebnis genau ist. Aus den einzelnen Messungen wird ein Durchschnittswert gebildet. Durch die Eigenschaft eines Durchschnittswertes wird der Einfluß eines abnormen Extrem­ wertes, der eine Änderung der Einstellung des Pilgerschritt­ walzwerkes nicht erfordert, auf die Auswertung der Messungen minimiert. Der Computer vergleicht die Durchschnittswerte mit den gespeicherten Toleranzen und zeigt an, wann die Einstel­ lung verändert werden muß. Zudem druckt der Computer eine Graphik aus, aus der die Abweichungen vom Sollwert ersicht­ lich sind. Da sämtliche Meßwerte im Computer gespeichert werden, und der Prüfer dadurch entlastet wird, kann der Prü­ fer die Graphiken des vorhergehenden Prüfstückes vom ent­ sprechenden Pilgerschrittwalzwerk analysieren und die Pro­ blemzonen herausfinden. Bei der herkömmlichen Verfahrensweise werden dagegen lediglich extreme Daten aufgezeichnet, welche zur Auswertung herangezogen werden.

Bei der Bestimmung der drei Parameter ist nur ein einziges Gerät erforderlich, nämlich das Lasermikrometer. Ein Ein­ setzen des Prüfstückes in ein Gerät, um den Außendurchmesser zu messen, und das nachfolgende Umsetzen des Prüfstückes in ein anderes Gerät wird dadurch entbehrlich.

Merkmale der vorliegenden Erfindung, welche auf die Über­ wachung von Brennstab-Rohren, welche auf wenige 1/1000 mm genau gefertigt werden müssen, abgestellt sind, werden nach­ folgend beschrieben.

Der Dorn ist als Ausleger aufgehängt, weil bei einer Zwei­ punktaufhängung die Höhe beider Tragteile innerhalb einer Größenordnung, die im Mikrometerbereich liegt, gleich sein müssen. Eine Abweichung der Höhen der zwei Tragteile von 5/1000 mm würde eine Krümmung des Dornes hervorrufen, welche eine genaue Messung deutlich beeinträchtigte. Das Rohr sollte auf einer Messerschneide gelagert werden, weil es besonders wichtig ist, den Einfluß kleinerer Veränderungen in der Ober­ fläche des Dornes, geringer Welligkeit der Innenfläche des Prüfrohres und Grate an der Außenfläche des Dornes oder der Innenfläche des Prüfrohres, welche am Berührungspunkt zwischen Prüfrohr und Dorn vorhanden sein könnten, zu elimi­ nieren. Würde ein Grat an der Innenfläche des Prüfrohres oder der Außenfläche des Dornes am Berührungspunkt vorhanden sein, käme das Prüfrohr nicht in Höhe des Dornes zu liegen. Aus diesem Grund weist der Dorn zum Tragen des Prüfstücks einen schmalen Absatz auf, der wenig breiter ist, als die Dicke des Laserstrahls. Der Laserstrahl hat üblicherweise eine Dicke von ungefähr 0,4 mm und der Absatz ist 0,75 mm dick. Der vom freien Ende des Dornes verursachten Biegung muß ebenso entge­ gengewirkt werden. Zu diesem Zweck wird ein kleines Gewicht im Bereich des Absatzes auf das Prüfstück aufgebracht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:

Fig. 1 Pilgerschrittwalz-Verfahren, mit dem die Erfindung in Zusammenhang steht,

Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, wobei auch das Ver­ fahren verdeutlicht wird,

Fig. 2A eine Vorderansicht des Meßgehäuses des Lasermikrometers und der Aufhängevorrichtung, entsprechend der Pfeile IIA-IIA in Fig. 2,

Fig. 3 die Seitenansicht der Dorn- und Rohraufhängevorrichtung des in Fig. 2 dargestellten Geräts,

Fig. 4 die Ansicht entsprechend der Pfei­ le IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 die Seitenansicht des Dornes des in Fig. 2 dargestellten Geräts,

Fig. 6 vergrößert die in Fig. 5 darge­ stellte Einzelheit VI,

Fig. 7 schematisch die relative Anordnung zwischen Dorn- und Rohraufhänge­ vorrichtung und Dorn und Laser­ strahl in Seitenansicht,

Fig. 8 schematisch die relative Anordnung zwischen Dorn- und Prüfrohr zum Laserstrahl im Ausschnitt,

Fig. 9 schematisch die Zwischenwirkung von Laserstrahl, Dorn und Prüf­ stück,

Fig. 10 eine Kurve des Durchschnittswer­ tes des Außendurchmessers über der Zeit, wobei die Messungen mit einem erfindungsgemäßen Gerät über 14 direkt aufeinanderfolgenden Schichten aufgenommen wurde,

Fig. 11 eine Kurve der maximalen und mini­ malen Außendurchmesser der glei­ chen Prüfstücke über der Zeit, wo­ bei mit einem herkömmlichen Meß­ gerät gearbeitet wurde,

Fig. 12 eine Kurve der durchschnittlichen Wandstärke der gleichen Prüfstücke über der Zeit, wobei ein erfin­ dungsgemäßes Meßgerät angewendet wurde, und

Fig. 13 eine Kurve der maximalen und mini­ malen Innendurchmesser der glei­ chen Prüfstücke über der Zeit, wo­ bei ein erfindungsgemäßes Meßgerät angewendet wurde.

In Fig. 1 ist ein Pilgerschritt-Walzvorgang dargestellt, wo­ bei ein Werkstück 21 von Pilgerwalzen 23 bearbeitet wird. Das Werkstück 21 ist auf einem geeignet geformten und dimensio­ nierten Pilgerdorn 25 koaxial angebracht. Während das Werk­ stück um seine Längsachse gedreht wird, rollen die Pilger­ walzen 23 unter Druckausübung vor und zurück, wobei die Wand­ stärke des Werkstücks vermindert und dessen Länge vergrößert wird. Um ein dünnes Zircaloy-Brennstab-Rohr zu erhalten, sind üblicherweise vier Pilgerschritte notwendig, wobei der Außen­ durchmesser von 60 mm auf 9,5 mm vermindert wird. Nach jedem Pilgerschritt wird das Werkstück in mehrere Rohre zerschnit­ ten, wobei deren Länge etwa der ursprünglichen Rohlingslänge entspricht. Nach dem letzten Pilgerschritt sind dann üblich­ erweise 136 Rohre mit etwa ursprünglicher Rohlingslänge vor­ handen. Prüfstücke werden nach jedem Pilgerschritt periodisch entsprechend der Tafel 11 entnommen und entsprechend der Er­ findung ausgewertet. Diese Prüfstücke werden zwischen den Bearbeitungszyklen der Werkstückgruppe willkürlich herausge­ nommen. Nach der vorliegenden Erfindung werden der durch­ schnittliche Außendurchmesser, die durchschnittliche Wand­ stärke und der durchschnittliche Innendurchmesser der Prüf­ stücke bestimmt und das Pilgerschrittwalzen wird entsprechend der Auswertung der Prüfergebnisse gesteuert. Das erfindungs­ gemäße Prüfgerät 31 (Fig. 2) weist ein Lasermikrometer 33, einen Prüfstückträger 35, welcher das Prüfstück 37 (Fig. 8) dem Laserstrahl 39 aussetzt, einen Aufnahmedorn 41 und einen Computer 43 auf. Dabei entsprechen das Lasermikrometer 33 und der Computer 43 dem Stand der Technik. Das Lasermikrometer weist ein Lasergehäuse 45, in welchem der Laserstrahl 39 er­ zeugt wird, und ein Meßgehäuse 47 auf, in welchem die Messung durchgeführt wird. Das Lasermikrometer 33 ist mit einem Steuerschrank 49 ausgestattet, welcher mittels eines Kabels 51 mit dem Laser im Lasergehäuse 45 und mit den Meßteilen im Meßgehäuse 47 sowie mittels eines Kabels 53 mit dem Compu­ ter 43 verbunden ist. Der Computer 43 übermittelt über das Kabel 53 Steuersignale zum Lasermikrometer 33 und erhält auf umgekehrten Wege Daten vom Mikrometer. Dabei ist der Compu­ ter 43 so programmiert, daß er die von den Meßteilen im Meß­ gehäuse 47 erhaltenen analogen Daten in digitale Daten um­ wandelt. Wie in den Fig. 2 und 9 dargestellt, ist der Laser­ strahl 39 flächenförmig, und wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist, weist der Laserstrahl eine geringe Dicke auf. Über der Öffnung 56 im Meßgehäuse 47, durch welche der Laserstrahl eintritt, ist ein Querstab 55 (Fig. 2A) angeordnet, um das eventuelle Flattern des Laserstrahls an seinem oberen Ende abzublocken. Der vom Lasergehäuse 45 zum Meßgehäuse 47 ge­ sendete Laserstrahl 39 weist eine rechteckige Querschnitts­ form 57 mit einem exakt definierten Ende 59 auf, welches als Nullpunkt dient, von welchem aus zuverlässige Messungen vor­ genommen werden können.

Der Prüfstückträger 35 (Fig. 3 und 4) weist ein am Eck ver­ steiftes rechtwinkliges Grundbauteil 61 auf, wobei an das obere Ende dessen senkrechten Arms 63 ein im Querschnitt rechteckiges Bauteil 65 angeschweißt ist. Das äußere Ende des Bauteils 65 trägt eine Gleitführung 67, an welcher ein Ge­ wicht 69 vertikal gleitbar aufgehängt ist. Das Gewicht 69 weist einen Knopf 71 auf, mit dessen Hilfe man es bedienen kann. Am unteren Ende des Gewichts 69 sind Zacken 73 vorge­ sehen, welche eine V-förmige Einkerbung 75 aufweisen und auf die Oberfläche des Prüfstücks 37 oder des Dorns 41 einwirken. Unterhalb des Bauteils 65 ist am senkrechten Arm 63 ein Spannfutter 77 zum Halten des Aufnahmedorns 41 angebracht, welches mit einem Mechanismus 79 zum Festklemmen des Auf­ nahmedorns 41 ausgestattet ist. Das Gewicht 69 ist so bemes­ sen, daß es der Neigung des Aufnahmedorns 41, sich unter dem Eigengewicht zu krümmen, entgegenwirkt.

Der Aufnahmedorn 41 (Fig. 5 und 6) ist maßlich präzise ausge­ legt. An einem Ende weist er einen Bereich 81 mit vergrößer­ tem Durchmesser auf, der in einen Bereich 83 mit einem Bund mit noch größerem Durchmesser übergeht. Der Bereich 81 des Aufnahmedornes 41 wird im Spannfutter 77 gespannt. Der Be­ reich 85 des Aufnahmedorns 41 verläuft vom Bereich 83 aus und weist einen verminderten Durchmesser auf. Zwischen den beiden Enden des Bereichs 85 ist ein Absatz 87 vorgesehen, welcher eine zylindrische Fläche 89 aufweist, die an beiden Seiten abgeschrägt ist (Fig. 6). Die Breite der zylindrischen Fläche 89 ist etwas größer als die Dicke des Laserstrahls. Wie ein­ gangs erwähnt, beträgt die Dicke des Laserstrahls üblicher­ weise 0,016 inch (0,4 mm), und die Breite der Fläche 89 wird üblicherweise mit 0,030 inch (0,75 mm) ausgeführt.

An den Computer 43 (Fig. 2) ist ein Monitor 90 angeschlossen, wobei eine Tastatur 93 vorgesehen ist, um Befehle in den Com­ puter einzugeben und die Art der Graphik auf dem Monitor aus­ zuwählen.

Bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Messung wird zu­ nächst der Aufnahmedorn 41 in Spannfutter 77 eingesetzt, ausgerichtet und eingespannt. Dann wird der Prüfstückträger 35 bezüglich des Lasermikrometers 33 so positioniert, daß der Laserstrahl senkrecht auf der Längsachse des Aufnahmedorns 41 steht. Der Aufnahmedorn 41 schneidet mit der zylindrischen Fläche 39 des Absatzes 87 mittig den Laserstrahl 39. Das Ge­ wicht 69 wird auf den Aufnahmedorn 41 aufgesetzt. Im Meßge­ häuse 47 wird die Entfernung zwischen dem Ende 59 des Laser­ strahls 39 und dem dazu nächstliegenden Punkt 91 der zylin­ drischen Fläche 89, was der Länge A in Fig. 8 entspricht, ge­ messen und gespeichert. Das Gewicht 69 wird nun wieder abge­ hoben und ein Prüfstück 37 wird mittig bezüglich der Fläche 89 auf den Aufnahmedorn 41 aufgeschoben und das Ge­ wicht 69 auf das Prüfstück 37 herabgelassen, wobei die Zacken 73 die Fläche 89 überspannen. Das Gewicht 69 ist dabei so positioniert, daß das Prüfstück 37 auf der Fläche 89 balan­ ziert. Der Abstand zwischen dem Laserstrahlende 59 und dem dazu nächstliegenden Punkt 93 des Prüfstückes 37, was der Länge B in Fig. 8 entspricht, wird gemessen. Die Wandstärke des Prüfstücks 37 entspricht dann der Differenz A-B. Der Abstand zwischen den nächstliegenden Punkt 93 und dem ent­ ferntesten Punkt 95, jeweils bezüglich des Laserstrahlen­ des 59 was dem Außendurchmesser des Prüfstücks 37 entspricht, wird anhand des vom Prüfstück 37 geworfenen Schattens gemes­ sen. Diese drei Werte werden automatisch im Meßgehäuse 47 gemessen und in den Computer 43 eingespeist. Da die ent­ sprechenden Werte nur für die jeweilige Stellung des Prüf­ stücks 37 gelten, wird das Prüfstück nun um seine Längsachse um beliebige Winkel gedreht, um mehrere verschiedene Stel­ lungen zu erhalten, wobei in jeder Stellung die Wandstärke und der Außendurchmesser bestimmt wird. Dann wird das Prüf­ stück 37 umgedreht und erneut mittig bezüglich der Fläche 89 auf den Aufnahmedorn 41 aufgeschoben, und weitere Messungen werden durchgeführt und in den Computer eingespeist. Der Computer 43 berechnet die Durchschnittswerte des Außendurch­ messers und der Wandstärke. Der durchschnittliche Innendurch­ messer ergibt sich aus der Differenz zwischen Außendurchmes­ ser minus doppelter Wandstärke und wird vom Computer berech­ net. Das Prüfstück 37 wird um seine Längsachse gedreht und umgedreht, um die Veränderlichkeit entlang des Außenumfangs und des Innenumfangs des Prüfstücks zu erfassen. Das Prüf­ stück kann ebenso gegenüber dem Aufnahmedorn 41 begrenzt längs verschoben werden, und das Gewicht kann das Prüfstück in der jeweilig verschobenen Stellung im Gleichgewicht halten. Durch die Drehung des Prüfstücks um seine Längsachse werden Veränderungen in der Wandstärke ermittelt. Bei den erfindungsgemäßen Meßverfahren werden die Parameter gleich­ zeitig in den Computer eingespeist, so daß die Prüfung mit nur einem Gerät, und nicht etwa mit zwei, wie beim Stand der Technik, durchgeführt werden kann.

Das oben beschriebene Meßverfahren wird für sämtliche Prüf­ stücke wiederholt. Der Computer berechnet für jede Werkstück­ gruppe die Abweichungen von den Toleranzgrenzen und erzeugt eine Graphik, die die Verläufe der durchschnittlichen Werte der Außendurchmesser, der Wandstärken und der Innendurchmes­ ser der geprüften Prüfstücke zeigt. Im Grunde genommen werden die genannten Werte in Abhängigkeit der Zeit aufgezeichnet, und zwar jeweils sofort, nachdem ein Prüfstück vermessen wurde. Immer wenn die Maße eines Prüfstücks die Tolerenz­ grenzen nach oben oder unten über- bzw. unterschreiten, wird ein Signal ausgegeben, was auf die erforderliche Neuein­ stellung des Pilgerschrittwalzwerkes hindeutet.

Die Prüfstücke werden üblicherweise im 2-Stunden-Rhythmus aus einer Werkstückgruppe herausgenommen. Am Anfang der Ferti­ gung, nach dem ersten Pilgerschrittwalz-Durchgang kann bei­ spielsweise nur ein Prüfstück herausgenommen werden. Wenn die Maße dieses Prüfstücks die Toleranzgrenzen über- bzw. unter­ schreitet wird ein weiteres Prüfstück so bald wie möglich herausgenommen, und zwar noch vor Ablauf des 2-Stunden-Inter­ vals, wobei die Ergebnisse des ersten Prüfstücks mit den Ergebnissen des zweiten Prüfstücks verglichen werden.

In den Fig. 10 und 12 sind die Werte graphisch aufgezeichnet, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbar sind, wo­ bei Prüfstücke von 14 direkt aufeinanderfolgenden Schichten über einen Zeitraum von fünf aufeinanderfolgenden Tagen her­ gestellt wurden. Die Graphik umfaßt etwa drei hintereinander gefertigte Werkstückgruppen. In den Fig. 11 und 13 sind die Daten der gleichen Prüfstücke aufgezeichnet, die mit einem herkömmlichen Meßverfahren ermittelt wurden. Die Graphiken bestehen jeweils aus Teilgeraden, die Meßpunkte verbinden, wobei jeder Meßpunkt einem Prüfstück entspricht und die Meß­ reihe chronologisch mit der Fertigung aufgenommen ist. An den Ordinaten der Graphiken in den Fig. 10 bis 13 sind die Meß­ werte jeweils in Inch (1 inch entspricht 25,4 mm) aufge­ tragen.

In Fig. 10 ist der durchschnittliche Außendurchmesser über der Zeit aufgetragen, wobei die Zeitintervalle zwischen zwei Meßpunkten jeweils dem Zeitintervall zwischen zwei herausge­ nommenen Prüfstücken während der Fertigung entspricht. Die waagrechten Geraden UCL und LCL stellen die obere bzw. untere Steuergrenze (Upper Control Limit und Lower Control Limit) dar.

In Fig. 11 sind die maximalen und minimalen Werte des gemes­ senen Außendurchmessers nach einem herkömmlichen Meßverfahren aufgezeichnet, wobei die gleichen Prüfstücke wie in der Meß­ reihe der Fig. 10 gemessen wurden. Die horizontalen Geraden MAX und MIN zeigen die Toleranzgrenzen an. Es fällt auf, daß in Fig. 11 starke Schwankungen zwischen den Punkten 95 und 97 sowie 99 und 101 vorhanden sind, welche der starken Schwan­ kung zwischen den Punkten 103 und 105 in Fig. 10 entspricht.

Die Graphik in Fig. 12 entspricht der in Fig. 10, wobei in Fig. 12 die durchschnittliche Wandstärke aufgezeichnet ist. Die Graphik in Fig. 13 entspricht der in Fig. 11, wobei die maximalen und minimalen Werte der gemessenen Wandstärke auf­ gezeichnet ist.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens wurde ein Spezialprogramm entwickelt, das die Zusammenarbeit zwischen Prüfer, Computer 43, Monitor 90 und Lasermikrome­ ter 33 erleichtert. Das Programm ist bedienerfreundlich und hat ein Menü. Der Prüfer braucht nur Richtungstasten auf der Tastatur 92 betätigen um den Laserstrahl einzustellen, und Eingabetasten, um die Daten einzuspeichern. Das Computerpro­ gramm fragt den Prüfer, von welcher Maschine das Prüfstück kommt, welche Werkstückgruppe vorliegt und welcher Prüfer den Test durchführt. Er ruft dann das entsprechende Pilger-Pro­ gramm auf und bringt es in den Arbeitsspeicher. Wenn alle einleitenden Informationen vorhanden sind, wird die erste Laserstrahlmessung am Aufnahmedorn 41 vorgenommen, die ent­ sprechenden Informationen gespeichert und geeignete Berech­ nungen durchgeführt. Der Prüfer hat an jeder von 8 Stellungen des Prüfstücks die Eingabetaste zu betätigen. Wenn alle Werte eingespeichert sind, wird der Außendurchmesser, der Innen­ durchmesser und die Wandstärke ausgegeben. Der anfänglich bestimmte Bezugspunkt bezüglich des Aufnahmedorns ist einge­ speichert. Das Programm weist eine interne Kalibrierung auf, wobei der Bezugspunkt anzeigt, ob die Messungen den tatsäch­ lichen Prüfstückabmessungen entsprechen.

Vorteil der Erfindung und besonders der kooperativen Zusam­ menarbeit zwischen Computer 43 und Lasermikrometer 33 ist, daß mit weniger Zeitaufwand die Abmessungen eines Prüfstücks, d. h. irgendeines Hohlzylinders, genauer feststellbar sind, als beim Stand der Technik.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung der Parameter zur Berechnung des Außendurchmessers, der Wandstärke oder des Innendurchmessers eines Rohres, gekennzeichnet durch:
die Erzeugung eines ebenen Laserstrahls (39) mit einem exakt definierten Ende (59),
die Positionierung eines Dornes (41) in den Laserstrahl,
die Bestimmung eines ersten Abstandes (A) zwischen dem Laser­ strahlende (59) und dem dazu nächstliegenden Punkt (91) des Dornes,
die Anbringung des Rohres (37) auf dem Dorn im Laserstrahl, wobei die Innenwand des Rohres auf dem bezüglich des Laser­ strahlendes nächstliegenden Punkt (91) des Dornes aufliegt und der Querschnitt des Rohres den Laserstrahl schneidet, und ein Schatten des Rohres erzeugt wird,
die Bestimmung eines zweiten Abstandes (B) zwischen dem Laserstrahlende (59) und dem dazu nächstliegenden Punkt (93) des Rohres, und
die Bestimmung eines dritten Abstandes (OD) zwischen dem dem Laserstrahlende (59) nächstliegenden Punkt (93) und dem davon entferntesten Punkt (95) des Rohres,
wobei der Außendurchmesser des Rohres dem dritten Abstand entspricht und die Wandstärke aus der Differenz zwischen erstem Abstand (A) und zweitem Abstand (B) berechenbar und der Innendurchmesser aus der Differenz zwischen Außendurch­ messer und doppelter Wandstärke berechenbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Dreh­ ung des Rohres (37) um seine Längsachse auf dem Dorn (41) um mehrere willkürliche Winkel in mehrere willkürlicher Stellun­ gen, wobei in jeder Stellung der zweite (B) und dritte (OD) Abstand bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein zu­ sätzliches Versetzen des Rohres (37) entlang seiner Längsach­ se auf dem Dorn (41), wobei weitere willkürliche Stellungen erreicht werden, und in jeder Stellung der zweite (B) und dritte (OD) Abstand bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werke des ersten (A), des zweiten (B) und des dritten (OD) Abstands für jede Stellung des Rohres (37) in einen Compu­ ter (43) eingespeist werden, und der Computer den Außendurch­ messer, die Wandstärke oder den Innendurchmesser für jede Stellung berechnet, und die Durchschnittswerte sowie die Standardabweichungen für Außendurchmesser, Wandstärke oder Innendurchmesser für alle Stellungen des Rohres berechnet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (43) Graphiken erzeugt, aus denen die Abweichungen der einzelnen Werke vom jeweiligen Durchschnittswert erkenn­ bar sind.

6. Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch: ein Lasermikrometer (33) zur Erzeugung eines ebenen Laser­ strahls (39), einen Dorn (41) zum Tragen des Rohres (37), und dem Dorn zugeordnete Positioniermittel (77) zur Positionie­ rung des Dornes quer zum Laserstrahl, wobei der Dorn im wesentlichen senkrecht auf der Ebene des Laserstrahls steht, und wobei das Rohr so auf dem Dorn angebracht wird, daß es quer zum Laserstrahl verläuft und im wesentlichen senkrecht auf dessen Ebene steht.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (41) aus einem Material mit Hartmetallhärte besteht, so daß eine Durchbiegung des Dornes aufgrund seines Eigenge­ wichts im wesentlichen verhindert wird.

8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermittel (77) den Dorn (41) nach Art eines Aus­ legerarms tragen.

9. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (41) an seinem Umfang einen Absatz (87) zum Tragen des Rohres (37) aufweist, wobei der Absatz eine Breite aufweist die etwas größer ist, als die Dicke des Laserstrahls (39), und daß die Positioniermittel (77) den Dorn so positionieren, daß der Absatz mittig vom Laserstrahl geschnitten wird.

10. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermittel (77) den Dorn (41) mit seiner Längsachse im wesentlichen horizontal und das Rohr auf den Dorn mit seiner Längsachse im wesentlichen horizontal positioniert, wobei das Gerät ein Gewicht (69) und Mittel (67) zum Befestigen des Ge­ wichts aufweist, so daß das Gewicht auf das Rohr einwirkt und dieses im Gleichgewicht hält.

11. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Computer (43) vorgesehen ist, der mit dem Lasermikrome­ ter (33) zum Einspeisen des ersten (A), des zweiten (B) und des dritten (OD) Abstandes in den Computer zur Berechnung der Parameter des Rohres (37) aufweist.