WO1999022200A1 - Messverfahren für die wanddicke von kunststoffrohren - Google Patents

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Torsten Schulze
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    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating
    • G01S7/52006—Means for monitoring or calibrating with provision for compensating the effects of temperature

Definitions

  • the invention relates to a measuring method for the thickness of bodies, in particular the wall thickness of extruded bodies, such as pipes, made of plastic according to the ultrasonic echo principle, in which the wall thickness of the body is taken from the measured transit time of the ultrasonic signal in the body, taking into account the material-dependent propagation speed of the ultrasonic signal in the body is determined, the temperature-dependent damping of the ultrasound signal in the body being measured in parallel with the measurement of the transit time of the ultrasound signal in the body and the transit time being corrected in the sense of temperature compensation with this measured value.
  • Measuring methods of this and a similar type are known for measuring the wall thickness of extruded plastic tubes. Such measuring methods are preferably used to continuously measure the wall thickness of the extruded body immediately after manufacture. Depending on the measurement result, intervention in the production process can be controlled.
  • the wall thickness measurement according to the ultrasound echo principle requires that the speed of propagation of the ultrasound signal in the body to be measured is known. This speed of propagation is not only dependent on the body material that is generally known, but also also from its temperature. Since the temperature of the body can fluctuate during extrusion, the measurement results for the thickness of the body are erroneous if the influence of the temperature is taken into account.
  • the invention has for its object to develop a measuring method in which the temperature-dependent influence on the measurement result for the thickness of the body is taken into account in the simplest possible manner.
  • This object is achieved in that the attenuation of the ultrasound signal in the body is determined from the comparison of the band center frequencies of a broadband ultrasound signal introduced into the body and the reflected ultrasound signal emerging from the body after passing through it.
  • the consideration of the temperature influence of the material on the running time can be further refined in that, as is known per se, a correction factor is additionally determined from the comparison of the amplitudes of the ultrasound signal introduced into the body and of the ultrasound signal emerging after it has passed through the body.
  • a correction factor is additionally determined from the comparison of the amplitudes of the ultrasound signal introduced into the body and of the ultrasound signal emerging after it has passed through the body.
  • the measuring arrangement shown in the drawing is used to determine the thickness of a body P made of PE or PVC.
  • This body P could be a section of an extruded tube just coming from an extruder.
  • An ultrasound signal is applied to this body P.
  • a transmitter S is provided, which transmits an ultrasound signal to the body P via a sensor I and a coupling medium, for example water.
  • the ultrasonic signal is reflected when it hits the surface of the body P.
  • This reflected signal IE is called the entry echo.
  • a part of the emitted ultrasound signal gets into the body P and is reflected on its rear wall, in order to then emerge again from the front.
  • This reflected and emerging signal RE is referred to as the back wall echo.
  • the entry echo IE and the rear wall echo RE are picked up by the sensor I and forwarded to a receiver E, from which the signals arrive at a signal conditioning unit A.
  • the transit time difference of the staggered received signals is first determined and the transit time of the ultrasonic signal in the body P is determined therefrom. From this term can then take into account the material-dependent propagation rate in body P the thickness of body P can be determined.
  • Such a measuring device and such a measuring method for the wall thickness of a body are state of the art. It also belongs to the prior art that the evaluation unit A is calibrated to the material-specific properties of the body P.
  • the influence of the temperature of the body P on the running time measurement can be taken into account in the invention in that the damping of the ultrasound signal in the body P is also determined in parallel to the running time measurement of the ultrasound signal in the body P. This is done by comparing the band center frequencies of the entrance echo IE and the back wall echo RE of a broadband ultrasound signal. A correction factor for temperature compensation of the speed of propagation of the ultrasound signal is then determined from this comparison.
  • the evaluation unit A can determine the factor using the measured value for the frequency shift of the band center frequency the value for the thickness of the body determined from the running time measurement is to be corrected in order to arrive at a clear measurement result for the thickness of the body P even at fluctuating temperatures.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßverfahren für die Dicke eines Körpers, insbesondere die Wanddicke von extrudierten Kunststoffrohren nach dem Ultraschallechoprinzip. Um bei der Dickenmessung eines Körpers auch bei schwankenden Temperaturen zu eindeutigen Meßergebnissen zu kommen, ist vorgesehen, daß parallel zur Laufzeitmessung des Ultraschallsignals in der Probe dessen Dämpfung aus dem Vergleich der Bandmittenfrequenzen eines in den Körper eingeleteten breitbandigen Ultraschallsignals und des nach Durchlaufen des Körpers aus ihm austretenden reflektierten Ultraschallsignals ermittelt wird und mit diesem Meßwert im Sinne einer Temperaturkompensation die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals und damit auch die Wanddicke korrigiert wird.

Description

MESSVERFAHREN FÜR DIE WANDDICKE VON KUNSTSTOFFROHREN
Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren für die Dicke von Körpern, insbesondere die Wanddicke von extrudierten Körpern, wie Rohren, aus Kunststoff nach dem Ultraschallechoprinzip, bei dem aus der gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals im Körper unter Berücksichtigung der materialabhängigen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals im Körper die Wanddicke des Körpers ermittelt wird, wobei parallel zur Messung der Laufzeit des Ultraschallsignals im Körper die temperaturabhängige Dämpfung des Ultraschallsignals im Körper gemessen und mit diesem Meßwert die Laufzeit im Sinne einer Temperaturkompensation korrigiert wird.
Meßverfahren dieser und ähnlicher Art sind bei der Wanddickenmessung von extrudierten Kunststoffröhren bekannt. Vorzugsweise werden solche Meßverfahren eingesetzt, um die Wanddicke des extrudierten Körpers unmittelbar nach der Herstellung kontinuierlich zu erfassen. In Abhängigkeit von dem Meßergebnis kann steuernd in den Produktionsprozeß eingegriffen werden.
Die Wanddickenmessung nach dem Ultraschallechoprinzip setzt voraus, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals im zu messenden Körper bekannt ist. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit ist nicht nur abhängig vom in der Regel bekannten Material des Körpers, sondern auch von dessen Temperatur. Da bei der Extrusion die Temperatur des Körpers schwanken kann, sind die Meßergebnisse für die Dicke des Körpers fehlerbehaftet, wenn der Einfluß der Temperatur berücksichtigt wird.
Bei einem bekannten Meßverfahren der eingangs genannten Art (US-Z: Ultrasonics, Vol. 30, No . 6, 1992, Seite 347 bis 350) wird ein Korrekturfaktor für die Berücksichtigung des Einflusses der Temperatur auf die Laufzeit aus einem Vergleich der Amplituden entsprechender Signale von aufeinanderfolgenden Echoimpulsen ermittelt. Diese Art der Berücksichtigung des Temperatureinflusses macht eine verhältnismäßig aufwendige Auswerteeinheit erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zu entwickeln, bei dem der temperaturabhängige Einfluß auf das Meßergebnis für die Dicke des Körpers auf möglichst einfache Art und Weise berücksichtigt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dämpfung des Ultraschallsignals im Körper aus dem Vergleich der Bandmittenfrequenzen eines in den Körper eingeleiteten breitbandigen Ultraschallsignals und des nach Durchlaufen des Körpers aus ihm austretenden reflektierten Ultraschallsignals ermittelt wird.
Die Berücksichtigung des Temperatureinflusses des Materials auf die Laufzeit kann noch dadurch verfeinert werden, daß, wie an sich bekannt, zusätzlich aus dem Vergleich der Amplituden des in den Körper eingeleiteten und des nach Durchlaufen des Körpers aus ihm austretenden Ultraschallsignals ein Korrekturfaktor ermittelt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren werden von Temperatureinflüssen unabhängige Meßwerte für die Wanddicke geliefert. Temperaturschwankungen werden kompensiert. Nachkalibrierungen bei sich ändernden Temperaturen können also entfallen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Meßanordnung dient zur Ermittlung der Dicke eines Körpers P aus PE oder PVC. Dieser Körper P könnte ein Ausschnitt eines gerade aus einem Extruder kommenden extrudierten Rohres sein. Dieser Körper P wird mit einem Ultraschallsignal beaufschlagt. Dazu ist ein Sender S vorgesehen, der über einen Sensor I und ein Koppelmedium, zum Beispiel Wasser, ein Ultraschallsignal an den Körper P gibt. Das Ultraschallsignal wird beim Auftreffen auf die Oberfläche des Körpers P reflektiert. Dieses reflektierte Signal IE wird als Eintrittsecho bezeichnet. Ein Teil des ausgesendeten Ultraschallsignals gelangt in den Körper P und wird an dessen Rückwand reflektiert, um dann vorderseitig wieder auszutreten. Dieses reflektierte und austretende Signal RE wird als Rückwandecho bezeichnet. Das Eintrittsecho IE und das Rückwandecho RE werden vom Sensor I aufgenommen und an einen Empfänger E weitergeleitet, von dem die Signale zu einer Signalaufbereitung A gelangen.
Bei der Ausbreitung der Signale, also des Eintrittsechos IE und des Rückwandechos RE, wird zunächst der Laufzeitunterschied der gestaffelt empfangenen Signale festgestellt und daraus die Laufzeit des Ultraschallsignals im Körper P ermittelt. Aus dieser Laufzeit kann dann unter Berücksichtigung der materialabhängigen Fortpflanzungsgeschwindigkeit im Körper P die Dicke des Körpers P ermittelt werden.
Eine solche Meßeinrichtung und ein solches Meßverfahren für die Wanddicke eines Körpers sind Stand der Technik. Zum Stand der Technik gehört auch, daß die Auswerteeinheit A auf die materialspezifischen Eigenschaften des Körpers P kalibriert ist.
Der Einfluß der Temperatur des Körpers P auf die LaufZeitmessung läßt sich bei der Erfindung dadurch berücksichtigen, daß parallel zur LaufZeitmessung des Ultraschallsignals im Körper P auch die Dämpfung des Ultraschallsignals im Körper P ermittelt wird. Dies geschieht dadurch, daß die Bandmittenfrequenzen des Eintrittsechos IE und des Rückwandechos RE eines breitbandigen Ultraschallsignals miteinander verglichen werden. Aus diesem Vergleich wird dann ein Korrekturfaktur zur Temperaturkompensation der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals ermittelt. Da einerseits die funktioneilen Zusammenhänge zwischen der Dämpfung von Ultraschallsignalen der verschiedenen Frequenzen und der Temperatur und andererseits zwischen der Temperatur und der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Ultraschallsignals in einem bestimmten Material bekannt sind, kann die Auswerteeinheit A über den Meßwert für die Frequenzverschiebung der Bandmittenfrequenz den Faktor ermitteln, mit dem der aus der LaufZeitmessung ermittelte Wert für die Dicke des Körpers zu korrigieren ist, um zu einem eindeutigen Meßergebnis für die Dicke des Körpers P auch bei schwankenden Temperaturen zu kommen.
Um diese Temperaturkompensation bei der Wanddickenmessung weiter zu verfeinern, kann zusätzlich auch ein Vergleich der Amplituden des Eintrittsechos und des Rückwandechos erfolgen.

Claims

A N S P R U C H
1. Meßverfahren für die Dicke von Körpern, insbesondere die Wanddicke von extrudierten Körpern, wie Rohren, aus Kunststoff nach dem Ultraschallechoprinzip, bei dem aus der gemessenen Laufzeit des
Ultraschallsignals im Körper unter Berücksichtigung der materialabhängigen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallsignals im Körper die Wanddicke des Körpers ermittelt wird, wobei parallel zur Messung der Laufzeit des Ultraschallsignals im Körper die temperaturabhängige Dämpfung des Ultraschallsignals im Körper gemessen und mit diesem Meßwert die Laufzeit im Sinne einer Temperaturkompensation korrigiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dämpfung des Ultraschallsignals im Körper aus dem Vergleich der Bandmittenfrequenzen eines in den Körper eingeleiteten breitbandigen Ultraschallsignals und des nach Durchlaufen des Körpers aus ihm austretenden reflektierten Ultraschallsignals ermittelt wird.
2. Meßverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die
Dämpfung des Ultraschallsignals im Körper zusätzlich aus dem Vergleich der Amplituden des in den Körper eingeleiteten und des nach Durchlaufen des Körpers aus ihm austretenden Ultraschallsignals ermittelt wird.
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