DE4014756A1 - Vorrichtung und verfahren zur erfassung von bewegungen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erfassung von bewegungen

Info

Publication number
DE4014756A1
DE4014756A1 DE19904014756 DE4014756A DE4014756A1 DE 4014756 A1 DE4014756 A1 DE 4014756A1 DE 19904014756 DE19904014756 DE 19904014756 DE 4014756 A DE4014756 A DE 4014756A DE 4014756 A1 DE4014756 A1 DE 4014756A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
mess
detector
speed
correlator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19904014756
Other languages
English (en)
Other versions
DE4014756C2 (de
Inventor
Gerhard Ott
Roland Dipl Ing Rohde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CENITH CONTROLL GMBH, O-2785 SCHWERIN, DE
Original Assignee
Cenith Systems & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cenith Systems & Co KG GmbH filed Critical Cenith Systems & Co KG GmbH
Priority to DE19904014756 priority Critical patent/DE4014756C2/de
Publication of DE4014756A1 publication Critical patent/DE4014756A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4014756C2 publication Critical patent/DE4014756C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/49—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed using eddy currents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/50—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring linear speed
    • G01P3/505—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring linear speed by using eddy currents
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance
    • G01P3/80—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
    • G01P3/803—Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means in devices of the type to be classified in G01P3/66

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft sowohl eine Vorrichtung als auch ein Verfahren zur Erfassung von Bewegungen, insbesondere Geschwindigkeiten eines bewegbaren oder drehbaren Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Vorrichtungen und Verfahren der genannten Art werden vielfach industriell und fertigungstechnisch im gesamten Bereich des Maschinenbaus, vorzugsweise im Bereich der Automatisierungstechnik eingesetzt. Hierbei liegen bevorzugte Anwendungsgebiete des Bewegungssensors an Fertigungsmaschinen, Fertigungsstraßen oder an Maschinen, wie Kranen, Spills, Winden, Drahtzieh- und Verseilanlagen. Auch die Anwendung im Walzwerksbereich und bei der Fördertechnik sind denkbar. Ein wesentlicher Gesichtspunkt neben der Möglichkeit der Messung von Bewegungen, und hierbei vorzugsweise der Geschwindigkeit, ist die Anwendung in der Prozeßsteuerung, der Prozeßüberwachung sowie der Fertigungslenkung (CIM, CAM = computer aided manufacturing). In zunehmenden Maße werden auch für die genannten Anwendungsgebiete elektronische Schaltungen und Steuerungen sowie elektronische Sensoren und Meßfühler eingestellt, die den Prozeß- oder numerischen Steuerungen Informationen über den System- oder Fertigungszustand übermitteln. Die erfaßten Meßgrößen, wie Geschwindigkeiten, Drehgeschwindigkeiten, Drehzahlen, Längen, Wegdifferenzen, Beschleunigungen, können auf zweierlei Arten ausgewertet werden. Einmal zur Prozeßführung oder -steuerung, zum zweiten zur Prozeßüberwachung. Hand in Hand geht hiermit die Notwendigkeit, daß die zu überwachenden Systemgrößen, wie beispielsweise eine maximale Geschwindigkeit oder eine vorgegebene Länge bzw. Wegdifferenz, ausfallsicher und zuverlässig gemessen werden müssen. Ein besonderes Problem stellt hierbei die kontinuierliche Erfassung der genannten Geschwindigkeiten und Längeneinheiten dar.
Es sind hierfür optische Verfahren, z. B. Lasermeßeinrichtungen, bekannt, die unter Laborbedingungen hervorragende Ergebnisse aufweisen. Auf Grund ihrer Empfindlichkeiten und nicht unwesentlich auch auf Grund ihrer hohen Kosten sind sie für den Einsatz in der Fertigungs- und Steuerungstechnik nicht geeignet.
Als kostengünstige und einfache Lösung findet in der Industrie nach wie vor das Reibrad bzw. die Laufrolle als sensorische Einheit Anwendung. Diese Technik ist grundsätzlich mit einem Meßfehler verbunden, da die auf mechanischen Friktionskräften beruhende mechanische Kopplung zwischen Reibrad und bewegtem Körper, Gegenstand oder Material grundsätzlich einen Schlupf erfordert. Der Schlupf ist definiert als Differenz zwischen der Geschwindigkeit des Laufrades und der Geschwindigkeit des Körpers oder Materials an der Berührungsstelle bzw. Fläche. Die Größe des Schlupfes hängt wesentlich von der Oberflächenbeschaffenheit des Materials oder bewegten Körpers ab, sie hängt ferner von dem Grad der Verunreinigung der Oberfläche des Körpers oder des Materials, z. B. durch Kühl- oder Schmiermittel, sowie im besonderen von der Normal-Andruckkraft des Reibrades an den bewegbaren Körper ab.
Empfindliche Materialien, z. B. dünne Drähte oder Materialien mit empfindlicher Oberfläche sind auf Grund der mechanischen Beanspruchung durch Abtastung mittels des Reibrades nicht für diese Art der Sensorik geeignet.
Hier setzt der Erfindungsgedanke an, und ihm liegt u. a. die Aufgabe zugrunde, eine für den rauhen Industriealltag einsetzbaren Bewegungssensor, insbesondere einen Geschwindigkeits- und/oder einen Längensensor zu schaffen, der sowohl für den Sensor als auch für das bewegte Material verschleißfrei und schonend anwendbar ist. Es ist gleichfalls eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 im genannten Sinne zu verbessern und hierbei insbesondere ein Arbeitsverfahren für die vorgenannte verbesserte Bewegungs-Erfassungsvorrichtung anzugeben.
U. a. diese Aufgabe hat erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ihre Lösung in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gefunden. Ebenfalls gelöst ist die zweitgenannte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 5 angegebenen Verfahrensmerkmale.
Ein wesentlicher Vorteil liegt in dem erfindungsgemäßen Effekt der hohen Zuverlässigkeit. Diese kann durch Verschleißfreiheit gewährt werden, auch bedingt die schonende Betriebsweise des Bewegungssensors die erfindungsgemäße hohe Zuverlässigkeit.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der berührungslosen bzw. kontaktlosen Bewegungserfassung. Hierbei wird ein Bewegungssignal, insbesondere ein Geschwindigkeits­ signal unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des bewegten Körpers oder Gegenstandes zur Verfügung gestellt.
Die berührungslose Erfassung der Geschwindigkeit bzw. der Bewegung wird erfindungsgemäß durch die Auswertung des Gefügerauschens möglich. Das Gefügerauschen wird hierbei mittels eines Wirbelstromprüfverfahrens indiziert und mittels eines programmtechnisch oder schaltungstechnisch realisierten Korrelators ausgewertet. Die Auswertung ergibt ein zuverlässiges Meßsignal für die Geschwindigkeit bzw. nach entsprechender Umformung ein solches für Weglängen oder Beschleunigungen des zu messenden Gegenstandes, Körpers oder Materials.
Das zuvor genannte Gefügerauschen stellt ein Frequenzgemisch dar. Dieses Frequenzgemisch setzt sich aus Frequenzanteilen zusammen, die während des Prüfens durch die Inhomogenitäten des Materials, durch Prüfsignale sowie durch allgemeine stochastische Störsignale entstehen. Die Anwendung des Autokorrelationsverfahrens ermöglicht es auf Grund des stochastischen Charakters der Störsignale innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne den Frequenzanteil herauszulösen, der mit den Inhomogenitäten des Materials korreliert ist. Wird gemäß vorteilhafter Weiterbildung ebenfalls ein statistisches Zufallssignal als Prüfsignal eingesetzt, so kann der für die Inhomogenitäten charakteristische Nutz-Signalverlauf aus dem - unter Umständen einen vielfach höheren Störanteil enthaltenden - Stör- und Nutzsignalgemisch besonders vorteilhaft herausgelöst werden. Dieser, mit den Inhomogenitäten des Materials charakteristische Frequenzanteil, bildet ein Maß für die Relativgeschwindigkeit zwischen dem bewegten Gegenstand, Körper oder Material und dem Wirbelstromprüfgerät.
Es ist erfindungsgemäß möglich, sowohl das Wirbelstromprüfgerät bzw. seine Meßsignal abgebenden und Meßsignale aufnehmenden Sonden ortsfest anzubringen und u. a. die Geschwindigkeit v eines vorbeiziehenden Körpers oder Materials zu erfassen. Auf gleiche Weise ist es möglich, daß das genannte Material ortsfest verbleibt und die Sonde bzw. das Prüfgerät bewegt wird. Auch eine beiderseitige Bewegung ist denkbar.
Das mit den Inhomogenitäten des Materials korrelierte Nutzsignal oder eine entsprechende Frequenz ist charakteristisch für eine bestimmte Position des Materials. Wird das Material bewegt, so entsteht gemäß weiterer vorteilhafter Weiterbildung in einem gegenüber dem ersten Detektor orstversetzten Empfänger (Detektor) ein gleichartig charakteristisches Signal, das lediglich laufzeitversetzt ist. Nach Entfernung der Prüfsignal- und Störsignalanteile durch Autokorrelation kann bei gemäß der Autokorrelation gewähltem Zeitversatz im Korrelator die Zeit ermittelt werden, die verstrichen ist, bis das charakteristische Signal von dem einen Detektor zu dem zweiten Detektor gelangt ist. Bei bekannter Ortsdifferenz (Distanz) der Detektoren kann hieraus eine Geschwindigkeit errechnet werden.
Die erfindungsgemäße Lehre ist vorrangig für Messungen an metallischen Materialien geeignet. Es können gemäß vorteilhafter Weiterbildung auch die Bewegung bzw. Geschwindigkeit nichtmetallischer Materialien erfaßt werden, hierfür wird der Verschiebungsfluß in den isolierenden Materialien angewendet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Prozesses mit seiner Steuerung bzw. Regelung,
Fig. 2a einen gemäß der Erfindung einsetzbaren Korrelator sowie
Fig. 2b ein Detail-Blockschaltbild des Korrelators von Fig. 2a,
Fig. 3a ein erfindungsgemäßes Wirbelstromprüfgerät, welches zur Bestimmung der Geschwindigkeit v eines bewegbaren Körpers gemäß der Erfindung einsetzbar ist sowie
Fig. 3b eine Anordnung von Primär-Induktionsspule und Sekundär-Detektorspule, die zur Messung der Geschwindigkeit eines bewegten Drahtes vorgesehen sind und
Fig. 4 ein regelungstechnisches Ersatzschaltbild zur Bestimmung weiterer Systemgrößen, wie Drehzahl, Weglänge oder Beschleunigung.
Fig. 1 zeigt mit der Bezugsziffer 1 einen eine Drehbewegung oder Linearbewegung ausführenden bewegbaren Körper oder bewegbaren Material. Dieses kann beispielsweise ein metallischer Leiter, ein Draht oder ein in eine Drehbank eingespanntes Werkstück sein. In seiner nächsten Umgebung ist ein Wirbelstromprüfgerät W angeordnet, das mit einem Korrelator K verbunden ist. Der Korrelator K gibt ein der Geschwindigkeit v des Gegenstandes oder Materials entsprechendes Signal ab. Dieses ist mit vmess bezeichnet. Dieses Signal wird nun einerseits zu Überwachungszwecken und andererseits zu Steuer- und Regelprozessen einem Prozeßrechner P zugeführt. Der Prozeßrechner P kann ebenso durch einen Mikrorechner gebildet sein, der einzelne Teile von größeren Prozessen steuert bzw. regelt. Ihm kann ein entsprechender Geschwindigkeitssollwert oder Maximalwert vorgegeben werden, seine Ausgangsgrößen werden von Stellgrößen y₁, y₂ . . . gebildet, die den im linken Halbbild von Fig. 1 gezeigten Prozeß steuern und beeinflussen. Als Stellgrößen können beispielsweise Sollwerte für numerisch gesteuerte Maschinen oder direkte Spannungs- oder Stromwerte eingesetzt werden, die bereits die Antriebe steuern, welche die Geschwindigkeit oder Drehzahl des bewegbaren Körpers verursachen. Ebenfalls ist ein Integrator I vorgesehen, der das gemessene Geschwindigkeitssignal vmess in ein Wegsignal smess oder Δsmess umsetzt. Dieser Integrator kann schaltungstechnisch oder programmtechnisch realisiert sein. Ebenso kann der Korrelator K schaltungstechnisch oder programmtechnisch aufgebaut sein, er kann ebenso Bestandteil des Prozeß- oder Mikrorechners P sein.
Der in Fig. 1 gezeigte Korrelator K kann nun auf zwei Weisen arbeiten, einmal direkt ("on-line") oder indirekt ("off-line"). Im ersten Fall gibt der Korrelator ein kontinuierliches (direktes) Geschwindigkeitssignal auf Grund von aktuell eintreffenden Eingangsgrößen, die ihm von dem Wirbelstromprüfgerät W zugeleitet werden, ab. Im zweiten Fall werden die von dem Wirbelstromprüfgerät W zugeführten Signale zunächst entsprechend gewandelt und angepaßt und dann gespeichert, um im Nachhinein (indirekt) eine Autokorrelation mit einem als "Datensatz" oder als "Datenblock" gespeicherten Wertebereich durchzuführen ("off-line").
Fig. 2a zeigt prinzipiell den Aufbau des Korrelators K mit seinen zwei Eingangssignalen ua und ab. Als Ausgangsgröße gibt der Korrelator K in dem Anwendungsbeispiel eine gemessene Geschwindigkeitsgröße vmess ab, die der Geschwindigkeit v oder der Relativgeschwindigkeit zwischen Sonde/Empfänger 10, 11, 14 des Wirbelstromprüfgerätes W und dem Gegenstand, Körper oder Material 1 entspricht. Die zwei Eingangsgrößen ua und ub können auf verschiedene Arten mit Signalen von dem Wirbelstromprüfgerät W beaufschlagt werden. Fig. 2b zeigt ein Blockschaltbild des Korrelators K von Fig. 2a. Sowohl das erste als auch das zweite Eingangssignal ua, ub werden einem Multiplizierer 14 zugeführt, dessen Ausgangs-Multiplikationsprodukt einem Glättungsglied 15 zugeführt werden, welches als Integrator oder als Tiefpaß, dessen Grenzfrequenzen deutlich unterhalb den Eingangsfrequenzen des Korrelators liegt oder als gleitender Mittelwertbildner, der jeweils einen Mittelwert über eine vorgegebene Anzahl von Datenwerten bildet. Das zweite Eingangssignal ub des Korrelators wird, abhängig von der Verwendung des Korrelators, entweder aus einem direkt von dem Wirbelstromprüfgerät W abgegebenen Signal oder von einem Ausgangssignal eines Totzeit- oder Laufzeitgliedes 13 gebildet, dessen Eingangssignal eines der Signale des Wirbelstromprüfgerätes ist. Das Laufzeit- oder Totzeitglied kann auch als Tiefpaß ausgebildet sein mit vorgegebener Phasenschiebung aV für eine vorgegebene Eingangsfrequenz.
Die Fig. 3a und 3b zeigen Detail-Blockschaltbilder des Wirbelstromprüfgerätes W mit einer Prüfsonde 10 und einer oder mehreren Detektoren 11, 14 zur Erfassung des Gefügerauschens des vorbeiziehenden Gegenstandes oder Materials 1. Fig. 3b zeigt schematisch eine mögliche Anbringung der als Prüfsonde 10 und Detektor 11 einsetzbaren Induktions- bzw. Meßspulen. Prinzipiell ist es möglich, das Bewegungs-Erfassungssystem und das hierzu angewendete Verfahren auch durchzuführen, wenn nur eine einzige Prüfsonde 10 vorgesehen ist, die ein Prüfsignal an/in den vorbeiziehenden Gegenstand abgibt/induziert. Die erforderliche Information über die charakteristischen Merkmale des Materials 1 werden hierbei aus der Phasenlage zwischen Spannung und Strom sowie der Stromamplitude oder Spannungsamplitude an der Prüfsonde 10 gezogen. Dies entspricht der Auswertung der jeweils gültigen Ortskurve einer (im Sekundärkreis) durch Wirbelströme belasteten Primär-Induktionsspule. Eine Temperaturabhängigkeit und damit höhere Genauigkeit läßt sich gemäß Fig. 3b dann erzielen, wenn zwei Spulen vorgesehen sind, eine Primär-Induktionsspule 10 zur Abgabe des Prüfsignales u₁ als Magnetfeld an das vorbeibewegende Material (in dem gezeigten Falle die Bewegung eines gezogenen Drahtes 1) und eine Detektorspule 11 oder 14 zur induktiven Erfassung des Gefügerauschens. Hierbei ist besonders vorteilhaft eine ringförmige oder kreissegmentartige bzw. toroidförmige Spule 11, 14 als Detektor einsetzbar. Sie gibt das dem Gefügerauschen proportionale Signal u₂ ab. Es sind ferner nicht dargestellt, jedoch ebenso einsetzbar eine Differenzspule, die aus zwei gegensinnig und in unmittelbarer Nachbarschaft angeordneten Spulen besteht, oder eine der Primär-Induktionsspule ähnliche Sekundär-Erfassungsspule.
Fig. 3a zeigt ferner im Wirbelstromprüfgerät W einen Steuer- und Verstärkungsteil 12 sowie einen Prüfsignalgenerator 13. Dieser steuert die genannte Prüfsonde bzw. Primär-Induktionsspule 10 mit einem Prüfsignal u₁ an. Dieses Prüfsignal besteht vorteilhaft aus einem sinusförmigen oder anders gearteten Frequenzsignal der Frequenz 10 kHz bis 100 kHz. Ebenso ist ein pseudostatistisches PRBS-Signal einsetzbar, das insbesondere für die Autokorrelation oder Kreuzkorrelation einsetzbar ist. Das PRBS-Signal wird in üblicher Weise durch rückgekoppelte Schieberegister digital gebildet und weist regelmäßig eine wesentlich höhere Periodendauer auf, als die größte Zeitkonstante des Systems.
Fig. 3a zeigt ferner einen Detektor 11, der als Sekundär-Erfassungsspule ein dem Gefügerauschen entsprechendes Signal u₂ von dem vorbeiziehenden Material 1 aufnimmt. Dieser Detektor ist entweder unterhalb oder in unmittelbarer Nachbarschaft der Prüfsonde 10 neben dem bewegten Material 1 angeordnet. Sein Ausgangssignal u₂ wird ebenfalls der Steuer- und Verstärkereinheit 12 des Wirbelstromprüfgerätes zugeführt. Ferner kann eine weitere Detektorspule 14 vorgesehen sein, die ein dem Gefügerauschen entsprechendes Signal u₃ abgibt. Auch dieses Signal ist der Einheit 12 zuführbar. Die Einheit 12 ist somit in der Lage, drei unterschiedliche Signale an den Korrelator K abzugeben, wobei jeweils bestimmte Signale zur Auto- oder Kreuzkorrelation verwendbar sind.
Die Anordnung der zweiten Detektorspule 14 kann symmetrisch zu der bereits vorgesehenen Prüfsonde 10 und dem ersten Detektor 11 sein. Dies in dem Fall, wenn alle drei Spulen 10, 11, 14 im wesentlichen in gleichem Abstand von dem bewegten Material 1 angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist die Nebeneinander-Anbringung von beiden Detektorspulen 11, 14 und die Anbringung der Primär-Induktionsspule 10 oberhalb der Detektorspulen 11, 14 bezüglich des bewegten Materials 1.
Der Korrelator gemäß Fig. 2a und 2b kann auf drei Weisen mit den Signalen u₁, u₂, u₃ gemäß Fig. 3a verbunden werden.
  • 1. Nur das Signal u₂ des ersten Detektors 11 wird als erstes Eingangssignal ua des Korrelators K verwendet. Das zweite Eingangssignal ub wird hierbei als über die Zeitverzögerungseinrichtung 13 zeitverschobenes oder phasenverschobenes Signal ub, gebildet, welches identisch mit dem ersten Signal u₂ ist. Das Gefügerauschen wird hierbei mit sich selbst autokorreliert, wobei eine dem Material 1 und der Detektoranordnung 10, 11, 14 angepaßte Zeit- bzw. Phasenverschiebung in dem Laufzeitglied 13 vorgesehen wird.
  • 2. Das erste Signal ua wird gebildet aus dem Prüfsignal u₁, dargestellt durch ein PRBS-Signal oder ein Frequenzsignal. Ebenfalls über das Laufzeitglied 13 wird dem zweiten Eingang ub des Korrelators K das von einem Detektor 11 aufgenommene Gefügerauschen u₂ zugeführt. Hierbei liegt die Kreuzkorrelation vor, das Laufzeitglied kann entsprechend Material und Prüfsignal angepaßt werden.
In den unter Ziff. 1 und Ziff. 2 genannten Fällen liegt eine unmittelbare Ausschlags-Meßmethode vor, die genannten Eingangsgrößen ua, ub führen direkt auf ein Geschwindigkeitsergebnis vmess.
  • 3. Hierbei wird eine mittelbare Erfassung der Geschwindigkeit vorgesehen, es liegt eine bezüglich Temperatur und anderen Umgebungsbedingungen besonders unabhängige Variante vor. Hierbei werden zwei Detektoren 11, 14 eingesetzt, die symmetrisch zu der Prüfsonde 10 angeordnet sind. Die von beiden Detektoren über die Steuer- und Verstärkereinheit 12 den beiden Eingängen ua und ub′ zugeführten Gefügerauschsignale u₂ und u₃ werden autokorreliert. Die Zeitverzögerungsschaltung 13 wird hierbei so abgeglichen, daß das Korrelationsergebnis ein Maximum ergibt. Für diesen Fall ist die Zeitverzögerung TV des Laufzeitgliedes 13 Berechnungsgrundlage für die Geschwindigkeit bei bekanntem Abstand der beiden Detektoren 11, 14.
Fig. 4 zeigt beispielhaft einen Aufbau zur Bestimmung weiterer Systemgrößen aus einer gewonnenen Meßgröße für die Geschwindigkeit des gewegten Materials 1. Hierbei wird die erfaßte Geschwindigkeit vmess über einen Integrator in eine Weglänge smess umgesetzt. Weglängendifferenzen s₁-s₂ oder delta s (Δs) können über Differenzen von Integratorständen ermittelt werden. Ebenso ist es über einen Differenzierer 20 möglich, aus dem Geschwindigkeitsmeßsignal ein Beschleunigungssignal amess zu gewinnen. Bei einer Drehbewegung des Materials kann bei bekanntem Umfang 2 · R über eine Division eine Winkelgeschwindigkeit oder eine Drehfrequenz fmess ermittelt werden.
Das an Hand der Ausführungsbeispiele gezeigte Verfahren sowie die hierfür eingesetzten Vorrichtungen haben beispielhaften Charakter, sie können sowohl auf analogen Systemen wie auch in Digital- oder Mikrorechnern realisiert werden. Insbesondere die Korrelation läßt sich bei heutigen Stand der Mikroelektronik vorteilhaft über digitalgewandelte Analoggrößen berechnen. Die hierfür einzusetzenden Abtast- und Halteglieder sowie die zugehörigen A/D-Wandler sind bekannt und sollen daher nicht näher erläutert werden.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Erfassung von Bewegungen, insbesondere Geschwindigkeiten, eines bewegbaren oder drehbaren Körpers, Gegenstandes (1) oder von bewegtem Material, gekennzeichnet durch
einen Korrelator (K), dem ein erstes Signal (ua) und ein zweites Signal (ub) zuführbar ist und der ein Meßsignal (vmess) abgibt, welches mit der Geschwindigkeit (v, ω) des bewegten Gegenstandes, Körpers (1) oder Materials korrespondiert,
ein Wirbelstromprüfgerät (W, 10, 11, 12, 13, 14) mit einer Prüfsonde (10) und einem ersten Detektor (11), wobei der Prüfsonde (10) ein Prüfsonde (u₁) zuführbar ist, und der erste Detektor (11) ein Meßsignal (u₂) abgibt, welches im wesentlichen aus dem von ihm aufgenommenen, unter Einfluß des Prüfsignals (u₁) und der Bewegung (v, ω, s) gebildeten Gefügerauschen des bewegten Körpers, Gegenstandes (1) oder Materials besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prüfsonde (10) und der erste Detektor (11) in geringem Abstand nahe dem bewegten Körper, Gegenstand (1) oder dem Material benachbart, insbesondere übereinander, angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Korrelator mit (K) eine Kreuzkorrelation (Φxy) zwischen dem ihm zugeführten ersten und zweiten Signal (ua, ub) ausführt, wobei das erste Signal (ua) im wesentlichen aus dem Prüfsignal (u₁) und das zweite Signal (ub) im wesentlichen aus dem Gefügerauschen (u₂) besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Korrelator (K) eine Autokorrelation (Φxx) zwischen dem ihm zugeführten ersten und zweiten Signal (ua, ub) ausführt, wobei das erste Signal (ua) im wesentlichen aus dem Gefügerauschen (u₂) und das zweite Signal (ub) im wesentlichen aus dem um einen vorgebbaren Phasenwinkel (αV) oder eine vorgebbare Zeitspanne (TV) verschobenen Gefügerauschen (u₂), bzw. ersten Signal (ua) besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Korrelator (K) eine Autokorrelation (Φxx) zwischen dem ihm zugeführten ersten und zweiten Signal (ua, ub) ausführt, wobei das erste Signal (ua) im wesentlichen aus dem Gefügerauschen (u₂) besteht, welches von dem ersten Detektor (11) aufgenommen und abgegeben wird,
daß ein weiterer Detektor (14) vorgesehen ist, welcher von dem ersten Detektor (11) eine vorgegebene Distanz in oder entgegen der Bewegungsrichtung entfernt ist und
daß das von dem weiteren Detektor (14) aufgenommene und abgegebene sowie um einen vorgebbaren Phasenwinkel (αV) oder eine vorgebbare Zeitspanne (TV) verschobene Gefügerauschen (u₃) im wesentlichen das zweite Signal (ub) des Korrelators (K) bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Detektor (11, 14) jeweils in näherungsweise gleichem Abstand von der zwischen ihnen liegenden Prüfsonde (10) angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Detektor (11, 14) um die vorgegebene Distanz beabstandet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorgegebene Distanz sowie die vorgebbare Zeitspanne (TV) bzw. der vorgebbare Phasenwinkel (αV) dann zur Berechnung der aktuellen Geschwindigkeit (vmess) herangezogen werden, wenn das Ergebnis der Optokorrelation (Φxx) abhängig von der vorgebbaren Zeitspanne (TV) bzw. Phasenwinkel (αV), ein Maximum ergibt.
8. Vorrichtung nach einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Prüfsonde (10) eine Primär-Induktionsspule, insbesondere eine Tastspule, eine sechseckförmige oder runde Segmentspule oder eine im wesentlichen toroidförmige, das bewegte, vorwiegend runde Material (1) ganz oder teilweise umfassende Ringspule ist und/oder
daß der erste und/oder zweite Detektor (11, 14) durch eine Sekundär-Induktionsspule gebildet ist/sind, insbesondere in einer der vorgenannten Spulenarten.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest einer der Detektoren (11, 14) als Differenzspule ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Erfassung von Bewegungen, vorzugsweise Geschwindigkeiten, insbesondere zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem der vorherstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verarbeitungseinrichtung (K), vorzugsweise ein Korrelator, zur Verarbeitung stochastischer Signale (ua, ub) mit einem Wirbelstromprüfgerät (W, 10, 11, 12, 13, 14) zur berührungslosen Erfassung der Bewegung und Erzeugung eines Bewegungssignals (vmess, smess) gekoppelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels des Wirbelstromprüfgerätes (W, 10, 11, 12, 13, 14) in dem bewegten Körper (1) ein mittels mindestens eines Detektors (11, 14) erfaßten Gefügerauschen (u₂) induziert wird, welches mit dem Korrelator bzw. der Verarbeitungseinrichtung (K) autokorreliert wird, wodurch mindestens ein Meßsignal (vmess, smess) erzeugt wird, welches ein Maß für die Relativgeschwindigkeit (v) und/oder ein Maß für die zurückgelegte Differenzweglänge zwischen bewegtem Körper, Gegenstand (1) oder Material und Wirbelstromprüfgerät (W, 10, 11, 12, 13, 14) darstellt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wirbelstromprüfgerät (W, 10, 11, 12, 13, 14) ein Wirbelstromprüfsignal (u₁) abgibt, welches von einem pseudostatischen Zufallssignal, vorzugsweise einem PRBS-Signal oder einem Frequenzsignal im Frequenzbereich 10-100 kHz, gebildet wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewegungssignal (vmess) ein Geschwindigkeitssignal (v) darstellt, aus welchem durch analoge oder digitale Integration und/oder Differentation Beschleunigungs- (a) und/oder Weglängensignale (s) oder deren Differenzen (Δs) gebildet werden, die ggfls. einem Prozeß- oder Mikrorechner (P) zur Überwachung und/oder Steuerung eines Prozesses oder der Bewegung (v, s, a) des Körpers, Gegenstand (1) oder Materials zuführbar sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß dem die Autokorrelation durchführenden Korrelator (K) eine Verschiebe- oder Zeitverzögerung bzw. Phasendreheinrichtung (13) zur Phasenversetzung bzw. Zeitverzögerung des dem Gefügerauschen (u₂) entsprechenden Signals vorgeschaltet ist,
daß eine Multipliziereinrichtung (14) vorgesehen ist, die das unverzögerte (u₁) und das hierzu phasenverzögerte bzw. zeitversetzte Signal (u₂) multipliziert und
daß eine Glättungseinrichtung (15), vorzugsweise ein Integrator oder Tiefpaß, das Multiplikationsprodukt zur Unterdrückung von Störsignalen und stochastischen Anteilen glättet und ein Meßsignal (vmess) abgibt, welches der Lineargeschwindigkeit (v) oder der Drehgeschwindigkeit (ω) des bewegten Körpers, Gegenstandes (1) oder Materials proportional ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Autokorrelation (Φxx) mit dem ursprünglichen sowie dem um einen vorgebbaren Betrag zeit- bzw. phasenverschobenen (TV, αV) Gefügerauschen (u₂, u₃) ausgeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verarbeitungseinrichtung die Amplitude und Phasenlage des von einem Detektor (11) abgegebenen Gefügerauschens (u₂) bzw. des Anteils hiervor, der mit dem Prüfsignal (u₁) korreliert ist zur Gewinnung des Geschwindigkeitssignales (vmess) und des Wegsignales (smess) bei Auswertung der Ortskurve der den Detektor (11) bildenden Detektorspule heranzieht.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz des Wirbelstromprüfsignales (u₁) abhängig von der Leitfähigkeit des bewegten Materials (1) gewählt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrelation in der Verarbeitungseinrichtung (K) rekursiv durchgeführt wird, so daß für jeden neuen digitalisierten Meßwert des Gefügerauschens (u₂) der abgetastet und A/D-gewandelt wird, ein neuer Rechenwert für die Geschwindigkeit und/oder den Weg (vmess, smess) vorliegt oder
daß die Korrelation datenblockweise von der Verarbeitungseinrichtung (K) derart durchgeführt wird, daß während des Abtastens, A/D-Wandelns und Einspeicherns eines Blockes von Daten die Autokorrelation (Φxx) mit dem jeweils vorher abgetasteten, A/D-gewandelten und eingespeicherten Datenblock durchgeführt wird und für jeden Datenblock ein neuer Rechenwert für die Geschwindigkeit und/oder den Weg (vmess, smess) vorliegt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wahl der Datenblockgröße die Abtastfrequenz des Gefügerauschens (u₂) bei vorgegebener Ausgabefrequenz für die Meßwerte Geschwindigkeit (vmess), Weg (smess) bzw. Wegdifferenz (Δsmess) festlegt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtastfrequenz, die Datenblockgröße oder die Ausgabefrequenz für die Meßwerte (vmess, smess) so gewählt wird, daß zumindest einige der Periodendauern des Prüfsignales (u₁) bzw. der hiervor induzierten entsprechenden Periodendauern des Gefügerauschens (u₂) in dem gespeicherten und zur Autokorrelation herangezogenen Datenblock liegen.
DE19904014756 1990-05-08 1990-05-08 Meßverfahren zur Erfassung von Materialbewegungen Expired - Fee Related DE4014756C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904014756 DE4014756C2 (de) 1990-05-08 1990-05-08 Meßverfahren zur Erfassung von Materialbewegungen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904014756 DE4014756C2 (de) 1990-05-08 1990-05-08 Meßverfahren zur Erfassung von Materialbewegungen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4014756A1 true DE4014756A1 (de) 1991-11-21
DE4014756C2 DE4014756C2 (de) 1995-09-21

Family

ID=6405963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19904014756 Expired - Fee Related DE4014756C2 (de) 1990-05-08 1990-05-08 Meßverfahren zur Erfassung von Materialbewegungen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4014756C2 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001075456A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-11 Mefos, Stiftelsen För Metallurgisk Forskning A method to measure a movement of an object
WO2004034065A1 (en) * 2002-10-11 2004-04-22 The Timken Company Speed sensing method and apparatus
EP1522861A1 (de) * 2003-09-24 2005-04-13 Peugeot Citroen Automobiles S.A. Verfahren zur Ermittlung der Lineargeschwindigkeit eines Fahrzeuges aus Vertikalbewegungen der Räder, sowie Fahrzeug mit einer solchen Messvorrichtung
EP1933129A2 (de) 2006-12-15 2008-06-18 Prüftechnik Dieter Busch Ag Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Partikeln in einer strömenden Flüssigkeit
EP2028474A2 (de) 2007-08-21 2009-02-25 Prüftechnik Dieter Busch Ag Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Partikeln in einer strömenden Flüssigkeit
WO2012107006A1 (de) * 2011-02-09 2012-08-16 Balluff Gmbh Verfahren zum erfassen des verdrehwinkels einer welle und/oder eines an der welle auftretenden drehmoments und durchführung des verfahrens
CN111043946A (zh) * 2020-01-09 2020-04-21 合肥工业大学 一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统
CN114280324A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 上海兰宝传感科技股份有限公司 高灵敏度纺纱钢丝圈测速方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10227645B4 (de) * 2002-06-20 2005-10-13 Ifc Intelligent Feeding Components Gmbh Bandfördereinrichtung
DE10231180A1 (de) * 2002-07-10 2003-10-30 Siemens Ag Messumformer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2856032A1 (de) * 1978-01-03 1979-07-12 Coulthard John Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel
DE3145717A1 (de) * 1981-11-19 1983-05-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Vorrichtung zur beruehrungslosen lagebestimmung von objekten

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2856032A1 (de) * 1978-01-03 1979-07-12 Coulthard John Vorrichtung und verfahren zum messen der geschwindigkeit einer relativbewegung zwischen einem ersten koerper und einem zweiten koerper bzw. einem stroemungsmittel
DE3145717A1 (de) * 1981-11-19 1983-05-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Vorrichtung zur beruehrungslosen lagebestimmung von objekten

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Messen prüfen automatisieren, Mai 1985, S. 236-241 *
SU 426193 In: Soviet Inventions Illustrated Section II Electrical, W-32,issued 16. Sept. 1975 *
SU 712758 In: Soviet Inventions Illustrated Section EL: Electrical, C-38, issued 29.Okt.1980 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001075456A1 (en) * 2000-03-27 2001-10-11 Mefos, Stiftelsen För Metallurgisk Forskning A method to measure a movement of an object
WO2004034065A1 (en) * 2002-10-11 2004-04-22 The Timken Company Speed sensing method and apparatus
US7174269B2 (en) 2002-10-11 2007-02-06 The Timken Company Speed sensing method and apparatus
EP1522861A1 (de) * 2003-09-24 2005-04-13 Peugeot Citroen Automobiles S.A. Verfahren zur Ermittlung der Lineargeschwindigkeit eines Fahrzeuges aus Vertikalbewegungen der Räder, sowie Fahrzeug mit einer solchen Messvorrichtung
US8354836B2 (en) 2006-12-15 2013-01-15 Prüftechnik Dieter Busch AG Device and process for detecting particles in a flowing liquid
EP1933129A2 (de) 2006-12-15 2008-06-18 Prüftechnik Dieter Busch Ag Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Partikeln in einer strömenden Flüssigkeit
EP2028474A2 (de) 2007-08-21 2009-02-25 Prüftechnik Dieter Busch Ag Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Partikeln in einer strömenden Flüssigkeit
DE102007039434A1 (de) 2007-08-21 2009-02-26 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Partikeln in einer strömenden Flüssigkeit
US7956601B2 (en) 2007-08-21 2011-06-07 Prueftechnik Dieter Busch Ag Device and process for detecting particles in a flowing liquid
WO2012107006A1 (de) * 2011-02-09 2012-08-16 Balluff Gmbh Verfahren zum erfassen des verdrehwinkels einer welle und/oder eines an der welle auftretenden drehmoments und durchführung des verfahrens
CN111043946A (zh) * 2020-01-09 2020-04-21 合肥工业大学 一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统
CN111043946B (zh) * 2020-01-09 2021-05-28 合肥工业大学 一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统
CN114280324A (zh) * 2021-12-30 2022-04-05 上海兰宝传感科技股份有限公司 高灵敏度纺纱钢丝圈测速方法
CN114280324B (zh) * 2021-12-30 2024-04-30 上海兰宝传感科技股份有限公司 高灵敏度纺纱钢丝圈测速方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE4014756C2 (de) 1995-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1794582B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur zerstörungs-und berührungsfreien erfassung von fehlern in einem relativ zu einer sonde bewegten prüfling
DE19610844C2 (de) Verfahren und System zum Messen von physikalischen Parametern eines Werkstückes
DE3404720C2 (de)
DE3530560A1 (de) Akustische abtastung einer beruehrung zwischen einem schneidwerkzeug und einem werkstueck
EP3581328B1 (de) Werkzeugmaschineneinheit mit planlauffehler-kontrolle und prüfungsverfahren für den spannzustand
DE4317285A1 (de) Kapazitive Meßsonde für die Bestimmung von Werkstückabmessungen
DE4014756A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung von bewegungen
DE3148640C2 (de)
DE4103933C2 (de) Verfahren zum Feststellen der Position eines beweglichen Bauteils und Schaltung für einen Positionssensor
EP0068503B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Werkstoffprüfung nach dem Wirbelstromprinzip
EP1189058A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines Werkstücks mittels Wirbelströmen
EP0106181B1 (de) Prüfverfahren zur Ermittlung der Genauigkeit von Werkzeugmaschinen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE102004014674A1 (de) Nulldurchgangsdetektion eines Ultraschallsignals mit variablem Schwellenwert
EP0595117A1 (de) Vorrichtung zum ortsaufgelösten, zerstörungsfreien Untersuchen von magnetischen Kenngrössen
DE2952129A1 (de) Vorrichtung zum testen und/oder messen elektrisch leitfaehiger, fester, fluessiger, oder pulverfoermiger materialien auf materialfehler, materialveraenderungen oder aenderung ihrer elektrischen eigenschaften
DE3152919C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Pr}fungmechanischer Eigenschaften
EP1604782B1 (de) Schleifwerkzeug mit integrierten mikromagnetischen Sensoren
DE102017205825A1 (de) Frequenzcharakteristik-Messverfahren in einer Vorschubachsensteuerungseinheit
DE2819506C2 (de) Vorrichtung zum Ermitteln des Absetzbeginns der Feststoffphase einer strömenden Feststoff-Flüssigkeits-Suspension
EP3494394B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur zerstörungsfreien gehaltsbestimmung des magnetisierbaren und/oder nicht-magnetisierbaren anteils einer probe
DE3711434A1 (de) Verfahren zur beruehrungslosen bruch-, verschleiss- und kollisionsueberwachung von werkzeugen
EP3969891B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur induktiven prüfung von metallischen werkstücken zur detektion von oberflächennahen anomalien
DE10001800C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung insbesondere von Oberflächentopologien in mikroskopischer Auflösung
EP0283650B1 (de) Messeinrichtung für die Gestalt von schraubenförmigen Bauteilen
DE1548215C (de) Anordnung zur Messung der relativen Meßwer'abweichung eines Prüflings von einem vorgegebenen Verleichssollwert

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: CENITH CONTROLL GMBH, O-2785 SCHWERIN, DE

D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee