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DE102008013475A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte Download PDF

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DE102008013475A1
DE102008013475A1 DE200810013475 DE102008013475A DE102008013475A1 DE 102008013475 A1 DE102008013475 A1 DE 102008013475A1 DE 200810013475 DE200810013475 DE 200810013475 DE 102008013475 A DE102008013475 A DE 102008013475A DE 102008013475 A1 DE102008013475 A1 DE 102008013475A1
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DE
Germany
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coil
oscillator
measurement signals
relative
shape
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.)
Withdrawn
Application number
DE200810013475
Other languages
English (en)
Inventor
Jörg Prof. Dr.-Ing. Himmel
Christian Sehestedt
Jens Weidenmüller
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.)
Fachhochschule Koblenz
Original Assignee
Fachhochschule Koblenz
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 Fachhochschule Koblenz filed Critical Fachhochschule Koblenz
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Priority to PCT/EP2009/001796 priority patent/WO2009112267A1/de
Publication of DE102008013475A1 publication Critical patent/DE102008013475A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/28Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B7/282Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures for measuring roundness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/12Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring diameters
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte (1, 1a, 1b, 1c, 1d). Das Verfahren umfasst die Schritte: Anordnen eines Objekts (1, 1a, 1b, 1c, 1d) in einem elektromagnetischen Wechselfeld, Bewegen des Objekts (1, 1a, 1b, 1c, 1d) relativ zu dem elektromagnetischen Wechselfeld und/oder umgekehrt, Erfassen von Messsignalen, die durch die Relativbewegung erzeugt werden, und Auswerten der Messsignale zur Bestimmung der Form des Objekts.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte. Die Messung der Form betrifft beispielsweise die Messung des Rundlaufs oder der Rundheit eines Halbzeugs.
  • Im Produktionsprozess eines Metallverarbeitungswerks, wie z. B. eines Walzwerkes, werden Metallstäbe entlang einer Förderstraße befördert. Die Metallstäbe unterschiedlichster Legierung werden in glühendem Zustand oberhalb der Curie-Temperatur verformt und dann Schritt für Schritt in Abhängigkeit des gewünschten Endproduktes im Prozess abgekühlt, geformt und weiterbehandelt. Typische Produkte sind z. B. Halbzeuge aus Edelstahl oder Baustahl.
  • Es besteht ein Bedarf, die Form derartiger Halbzeuge in präziser Weise ermitteln zu können, bevorzugt noch während diese sich auf der Förderstraße befinden. Beispielsweise ist die Einhaltung vorgegebener Fertigungstoleranzen zu überprüfen.
  • Hierbei ist es grundsätzlich denkbar, optische Messsysteme einzusetzen. Der Einsatz optischer Messsysteme ist jedoch unter industriellen Umgebungsbedingungen mit dem möglichen Auftreten von Wasserdämpfen, Ölnebeln und dergleichen nicht zuverlässig realisierbar.
  • Aus der EP-A-1 710 534 ist eine Sensoranordnung zur Identifizierung und Ortung von Metallstäben in einem Metallverarbeitungswerk bekannt, die ein Messverfahren zur Bestimmung des Ortes eines Metallstabes verwendet, das auf hochfrequenten Wirbelströmen basiert. Zur Berechnung einer durch einen Metallstab ausgelösten Induktivitätsänderung wird dabei eine Änderung der Resonanzfrequenz erfasst und ausgewertet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, die Form eines Objektes auch in rauen industriellen Umgebungsbedingungen zuverlässig und dabei berührungsfrei ermitteln zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Danach sieht die Erfindung vor, ein Objekt in einem elektromagnetischen Wechselfeld anzuordnen. Das Objekt wird relativ zu dem elektromagnetischen Feld bewegt und/oder umgekehrt. Es werden Messsignale erfasst, die durch die Relativbewegung erzeugt werden und die Messsignale zur Bestimmung der Form des Objekts ausgewertet. Die Erfindung beruht dabei auf dem Gedanken, dass die Form des zu messenden Objektes bei einer Relativbewegung zwischen dem zu messenden Objekt und dem elektromagnetischen Feld die Induktivität einer Spule beeinflusst, die das elektromagnetische Feld erzeugt. Aus der Änderung der Resonanzfrequenz und/oder der Impedanz der Spule kann daher auf die Form des Objekts geschlossen werden.
  • In einer Ausgestaltung wird das elektromagnetische Feld durch mindestens einen Oszillator erzeugt, der eine Spule umfasst, und das Objekt relativ zu der Spule gedreht und/oder umgekehrt. Die erfassten Messsignale betreffen dann eine vom Drehwinkel abhängige Induktivität der Spule, die zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz des Oszillators und einer Impedanzänderung führt.
  • Das Objekt ist in einer Ausgestaltung länglich ausgebildet und die Spule weist mindestens eine Windung auf, wobei das Objekt die mindestens eine Windung der Spule durchgreift und von dem Magnefeld der Spule erfasst wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Objekt asymmetrisch in der Spule angeordnet ist, um ein stärker differenziertes Signal zu erhalten.
  • Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass eine Drehung der Spule relativ zu dem Objekt durch eine Mehrzahl von Spulen simuliert wird, die jeweils in Positionen fest angeordnet sind, die durch Drehung der Spulen ineinander überführbar sind. Hierdurch kann auf eine tatsächliche Drehung einer Spule oder des Objektes verzichtet werden.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die Spule relativ zu dem Objekt eine Schüttelbewegung als Relativbewegung ausführt oder umgekehrt. Bei dieser Ausgestaltung wird vermieden, dass die Spule oder das Objekt insgesamt rotieren müssen. Die Schüttelbewegung erfolgt dabei in einer Ausgestaltung in radialer Richtung, d. h. in der Ebene der Spule, in ein oder zwei Dimensionen.
  • In einer anderen Ausgestaltung wird das elektromagnetische Feld durch mindestens eine Spule bereitgestellt, die an einem Haltering befestigt ist, wobei die Ausrichtung der Spulenachse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts erfolgt. Insbesondere sind mehrere Spulen an dem Haltering befestigt, die zur Erfassung von Messignalen beispielsweise sequenziell angesteuert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematisch eine Messanordnung zur Messung der Umfangslinie eines länglichen Transportobjektes unter Verwendung einer rotierenden Spule;
  • 2 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz vom Rotationswinkel einer rotierenden Spule gemäß der 1 darstellt;
  • 3 einen alternativen Messaufbau, bei dem ein asymmetrisches Objekt sich relativ zu einer Spule dreht;
  • 4 ein Diagramm, dass in Polardarstellung und in Abhängigkeit von der Winkelposition die Resonanzfrequenz der Spule der Anordnung der 3 zeigt;
  • 5 ein Ersatzschaltbild der Messanordnung der 1 und 3;
  • 6a6f typische Formfehler beim Walzen und bei Profilen;
  • 7 eine nichtzentrische Anordnung eines im Querschnitt runden Objektes in einer Spule;
  • 8 die Anordnung von drei Spulen mit einem Überlappungsbereich, in dem sich das im Querschnitt runde Objekt der 7 befindet, zur Simulation von drei Winkelpositionen der Spule der 7;
  • 9 in Explosionsdarstellung und schematisch die drei Spulen der 8 und
  • 10 eine Messanordnung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte, die einen kreisförmigen Haltering mit daran angeordneten Spulen aufweist.
  • Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte. Bei dem elektrisch leitenden Objekt 1a handelt es sich beispielsweise um ein Halbzeug, beispielsweise ein stabförmiges metallisches Werkstück, das in einer Förderstraße eines Walzwerks entlang seiner Längsrichtung befördert wird. Der Querschnitt des länglichen Objektes ist näherungsweise kreisförmig. Es besitzt jedoch gemäß seiner Umfangslinie 11a eine schematisch dargestellte Abweichung von einer exakten Kreisform. Beispielsweise zur Überprüfung der Einhaltung einer Fertigungstoleranz des Halbzeugs ist es anzustreben, die Form oder Umfangslinie 11a des Halbzeuges 1a möglichst präzise zu erfassen. Erstrebenswert ist es dabei, Formabweichungen von der Idealform (hier: der Kreisform) von 0,1 bis 1 mm erfassen zu können.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die näherungsweise kreisrunde Form des Objektes 1 in der 1 nur beispielhaft zu verstehen ist. Grundsätzlich kann das Halbzeug eine beliebige Form aufweisen und diese, wie nachfolgend beschrieben, erfasst werden.
  • Die Messanordnung weist des Weiteren eine Spule 2a auf, die eine oder mehrere Windungen besitzt. In einer Ausgestaltung der Spule 2a besitzt diese genau eine Windung. Die Spule 2a stellt die Induktivität eines Resonanzschwingkreises bzw. Oszillators dar. Die Kapazität des Schwingkreises wird durch eine nicht dargestellte Kapazität und/oder die Kapazität der Spule selbst bereitgestellt. Über einen elektrischen Anschluss 22 liegt an der Spule 2a ein hochfrequenter Wechselstrom an, der von einer nicht dargestellten Hochfrequenzstromquelle erzeugt wird und im Spuleninneren der Spule 2a ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.
  • Die Resonanzfrequenz des leer laufenden Systems liegt in einer Ausgestaltung oberhalb 1 MHz, insbesondere zwischen 10 und 100 MHz, insbesondere bei mehr als 25 MHz.
  • Die Spule 2a ist im Ausführungsbeispiel der 1 elliptisch ausgebildet. Diese Form ist aber nur beispielhaft zu verstehen. Die Spule 2a kann auch beispielsweise kreisförmig sein oder jede beliebige andere Form aufweisen.
  • Die Spule 2a ist rotierend ausgebildet und wird hierzu in einer Spulenführung 3 geführt. Die Spulenführung 3 erlaubt es, dass die Spule 2a mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit rotiert. Auch die Spulenführung 3 ist lediglich schematisch dargestellt.
  • Das längliche Objekt 1a befindet sich innerhalb der Spule 2a und wird in Transportrichtung A relativ zur Spule 2a bewegt. Dabei rotiert die Spule 2a.
  • Die Rotation der Spule 2a ermöglicht es, in Abhängigkeit von der Längsposition des länglichen Objektes 1a die Umfangslinie 11a des länglichen Objektes 1 zu bestimmen.
  • Hierzu wird eine Änderung der Resonanzfrequenz des die Spule 2 umfassenden Schwingkreises ausgewertet, der beispielsweise ein Parallelschwingkreis ist. Dies ist anhand der 2 dargestellt, die die Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Winkelposition der Spule darstellt. Das Messergebnis ist die vom Rotationswinkel abhängige Induktivität der Spule 2a bzw. des Schwingkreises. Als Messeffekt, der die von einer symmetrischen Form abweichende Form des Objektes kodiert, dient dabei die Induktivitätsänderung der Erregerspule 2a des Resonanzkreises.
  • Die physikalischen Zusammenhänge sind dabei wie folgt. Das elektrisch leitende Objekt 1a bewirkt in der Spule 2a eine Änderung der Induktivität. Diese verursacht eine Resonanzfrequenzverschiebung und eine Impedanzänderung, die beide messbar sind. In der Ausgestaltung der 2a wird die Resonanzfrequenzverschiebung gemessen. Ebenso ist eine Messung der Impedanzänderung möglich. Die Induktivität der Spule 2a wird durch das leitende Objekt 1a dabei insofern geändert, als das elektromagnetische Wechselfeld der Spule 2a zu Wirbelströmen in dem leitenden Objekt 1a führen. Die Wirbelströme sind dabei abhängig von der Lage, der Form und den Materialeigenschaften des Messobjekts 1a. Diese Wirbelströme führen zu einer Induktivitätsänderung, die wie erläutert zu einer Impedanzänderung und einer Resonanzfrequenzverschiebung (auch als Frequenzänderung bezeichnet) führt.
  • Bedeutsam ist nun, dass bei einem nicht vollständig kreissymmetrischen Objekt die Impedanzänderung, die in der Spule 2a herbeigeführt wird, von der Winkelposition der Spule 2a abhängt. Bei einer Rotation der Spule 2a um das Transportobjekt 1a ist daher die Resonanzfrequenzverschiebung von der Winkelposition der Spule 2a abhängig.
  • Eine Messkurve gemäß der 2 kann nun auf vielfache Weise zur Bestimmung der Umfangslinie des Messobjekts 1a in einer Auswertvorrichtung ausgewertet werden.
  • Eine erste Auswertmöglichkeit besteht darin, dass an dem gemessenen Signal eine Symmetrieuntersuchung durchgeführt wird. Beispielsweise verhält es sich bei der Messkurve der 2 so, dass der stete Abfall der Resonanzfrequenz hin zu Winkeln zwischen 150 und 230° und der sich daran anschließende Anstieg der Resonanzfregenz zum Ausgangswert bei 0° auf eine bestimmte Unwucht hinweisen.
  • Eine solche Symmetrieuntersuchung kann ergänzt oder auch vollständig ersetzt werden durch ein intelligentes Auswertesystem, das die erfasste Messkurve mit einer Mehrzahl zuvor erfasster Messkurven zu Objekten mit bekannter Form vergleicht. Beispielsweise sind zu einer Vielzahl bekannter Formen, die beispielsweise durch berührende Abstandssensoren oder optische Messsysteme in Laborumgebung erfasst wurden, entsprechende Kurven der Winkelabhängigkeit der Resonanzfrequenz aufgenommen worden. Das intelligente System vergleicht die aktuelle Messkurve mit den zuvor gespeicherten Messkurven. Dem aktuell gemessenen Objekt wird dann die bekannte Form zugeordnet, deren Messsignale unter mindestens einem mathematischen Gesichtspunkt den geringsten Unterschied zu den erfassten Messsignalen aufweisen. Ein solcher mathematischer Gesichtspunkt ist beispielsweise die Summe der Abstände oder die Summe der Quadrate der Abstände der jeweiligen Messpunkte der jeweiligen Messkurven.
  • Eine dritte Möglichkeit der Bestimmung der Umfangslinie des Messobjektes besteht schließlich darin, eine inverse mathematische Operation entsprechend Verfahren einzusetzen, wie sie bei der Computertomografie eingesetzt werden. Es wird also ein tomografisches Rekonstruktionsverfahren eingesetzt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass es für die Erfassung einer Messkurve gemäß der 2 selbstverständlich nur darauf ankommt, dass das Messobjekt 1a und die Spule 2a relativ zueinander rotieren. Die Rotation kann statt über die Spule 2a ebenso durch das Objekt 1a erfolgen. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen alternativen Messanordnung ist schematisch in der 3 dargestellt. Die 3 zeigt eine wiederum ovale Spule 2b mit einer oder mehreren Windungen, wobei in einer Ausgestaltung nur eine einzige Windung eingesetzt wird, durch die ein Messobjekt 1b ragt. Dieses ist im Schnitt dargestellt und weist an seiner einen Seite eine Abflachung 10b auf. Bei der Ausgestaltung der 3 rotiert das Messobjekt 1b in Pfeilrichtung B.
  • Die 4 zeigt die Resonanzfrequenz der Spule 2b in Abhängigkeit von der Winkelposition des rotierenden Objektes 1b. Das Messergebnis ist bei der 4 in Polardarstellung angegeben. Die aufgenommene Messkurve wird wiederum einer Auswertung zur Bestimmung der Umfangslinie des Objektes 1b zugeführt, gemäß mindestens einer der in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Verfahren.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass bei den Meßvorrichtungen der 1 und 3 statt einer Drehbewegung als Relativbewegung auch eine andere Relativbewegung zwischen dem Objekt 1a, 1b und der Spule 2a, 2b erfolgen kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Spule 2a, 2b eine Schüttelbewegung in Bezug auf das Objekt 1a, 1b ausführt oder umgekehrt. Im einfachsten Fall reduziert sich eine solche Schüttelbewegung auf ein Vibrieren. Sie kann jedoch auch komplizierter, etwa kreisförmig oder elliptisch sein. Die Schüttelbewegung erfolgt dabei in einer Ausgestaltung in radialer Richtung, d. h. in der Ebene der Spule und senkrecht zur Transportrichtung des länglichen Objekts 1a, 1b. Auch bei dieser Ausgestaltung ändert sich abhängig von der Lage des Objekts 1a, 1b in der Spule 2a, 2b, die aufgrund der Schüttelbewegung variiert, die Induktivität der Spule. Die Form des Objekts einschließlich etwaige Abweichungen von einer gewünschten Form beeinflussen dabei die Änderung der Induktivität. Die Änderung der Induktivität verursacht wiederum eine Resonanzfrequenzverschiebung und eine Impedanzänderung, die beide messbar sind, und aus denen dann jeweils die Form des Objektes bestimmbar ist.
  • Die 5 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der in den 1 und 3 dargestellten Messanordnung. Das Ersatzschaltbild ist eine Transformatorschaltung mit einer Primärspule und einer Sekundärspule. Die Primärspule besteht aus einer Induktivität L1, einer Kapazität C und einem ohmschen Widerstand R1. Die Sekundärspule besteht aus einer Induktivität 12 und einem ohmschen Widerstand R2. Die Primärspule und die Sekundärspule sind magnetisch gekoppelt (M).
  • Die Primärspule repräsentiert den Schwingkreis/Oszillator 2. Die Sekundärspule repräsentiert das elektrisch leidende Objekt 1, beispielsweise einen Stahlstab. Dieser ist elektrisch kurzgeschlossen. Auf dem Objekt 1 erzeugte Wirbelströme werden zum einen durch eine Bewegungsinduktion und zum anderen durch eine Flussänderung bewirkt. Insbesondere werden durch sich ändernde Oberflächengeometrien, wie sie durch Asymmetrien des Messobjektes bereitgestellt werden, sich ändernde Wirbelströme erzeugt. Die Wirbelströme beeinflussen dann wiederum die Induktivität der Primärspule, so dass sich deren Resonanzfrequenz verschiebt und die Impedanz sich ändert. Die Induktivitätsänderung kann über einen Zähler erfasst werden.
  • Die 6a bis 6f zeigen Beispiele für Formfehler, die durch das erfindungsgemäße Messsystem erfasst werden können. Die 6a bis 6c zeigen drei typische Formfehler beim Walzen. Gemäß der 6a ist eine Ovalität, gemäß der 6b eine Überwalzung und gemäß der 6c ein Walzenversatz vorhanden. Diese Fehler können an gewalzten Halbzeugen aus Vollmaterial auftreten. Die 6d bis 6f zeigen drei typische Formfehler bei Profilen. So ist die Erfindung ebenso zu Erfassung der Form von Rohren und dergleichen geeignet. Gemäß 6d liegt eine Abweichung von der Rechtwinkligkeit vor, gemäß der 6e eine Abweichung von der Planheit und gemäß der 6f eine Abweichung vom Rohrdurchmesser.
  • Die in den 6a bis 6e gezeigten Formfehler sind jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Ein weiteres Anwendungsfeld ist beispielsweise die Geometrie und die Querschnittsfläche einer Walzader einer Walzstraße. Hier können beispielsweise im Bezug auf die Form der Kanten oder in Bezug auf die Maße an ausgewählten Punkten Abweichungen auftreten.
  • Weitere Anwendungsbeispiele betreffen Schälmaschinen der Blankstahlfertigung, Drehmaschinen und das Spritzgießen elektrisch leitfähiger Kunststoffe.
  • Die mit dem erfindungsgemäßen Messverfahren erreichte Auflösung der Messung von Formabweichungen liegt im Bereich zwischen 0,1 mm bis 1 mm. Es wird eine einfache und kostengünstige Lösung für die Formprüfung von Prüfstücken in der Halbzeugproduktion bereitgestellt.
  • Die 7 bis 9 betreffen eine Messanordnung, bei der drei Spulen, die jeweils eine unterschiedliche Position in Bezug auf ein Messobjekt besitzen, eingesetzt werden. Die Verwendung mehrerer Spulen simuliert dabei bzw. ist äquivalent zu einer Rotation einer Spule, wobei jede Spule eine bestimmte Winkelposition repräsentiert.
  • Durch Verwendung mehrerer Spulen kann somit eine physische Rotation der Spule oder des Messobjektes simuliert und damit vermieden werden, wenn z. B. eine solche Rotation aufgrund der Begebenheiten technisch schwer zu realisieren ist.
  • Gemäß der 7 befindet sich ein Messobjekt 1c innerhalb einer Spule 2c, die im vorliegenden Fall kreisförmig ist. Bei der Spule 2c handelt es sich wieder um die Induktivität eines Oszillators. Das Messobjekt 1c ist beispielsweise ein länglicher Stahlstab. Die Rundheit und/oder die Form dieses Stahlstabes ist zu bestimmen.
  • Gemäß der 8 werden hierzu drei Spulen 21, 22, 23 eingesetzt. Diese weisen einen Überlappungsbereich 24 auf, innerhalb dessen sich der Stahlstab 1c befindet. Die drei Spulen 21, 22, 23 sind dabei derart angeordnet, dass jede Spule durch eine Drehung um das Objekt 1c in die Position der anderen Spulen überführt werden kann. Die drei Spulen repräsentieren 21, 22, 23 somit drei Winkelpositionen einer Spule. Dies wird zusätzlich aus der Darstellung der 9 ersichtlich.
  • Bei der Verwendung lediglich dreier Spulen können naturgemäß nur drei Winkelpositionen erfasst werden. Dies führt zu einer begrenzten Auflösung bei der Bestimmung der Form des Messobjekts 1c. Es kann mittels der Meßdaten der drei Spulen jedoch bereits die Querschnittsfläche in guter Näherung bestimmt werden. Die Verwendung dreier Spulen ist im übrigen nur beispielhaft zu verstehen. Es können auch eine wesentlich höhere Anzahl von Spulen eingesetzt werden, wobei entsprechend der Anzahl der Spulen Messpunkte einer Messkurve bereitgestellt werden. Jede Spule besitzt dabei – wegen einer geänderten Induktivität aufgrund der bei der betrachteten Spule wirksamen Abweichung der Form des Objektes 1c von der Kreisform – eine andere Resonanzfrequenz.
  • Die 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in der Messanordnung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte, wobei zur Messung der Form eine Relativbewegung zwischen dem Messobjekt und einem elektromagnetischen Feld ausgewertet wird. Beim Ausführungsbeispiel der 10 ist ein kreisförmiger Haltering 5 vorgesehen, an dem kleinere Spulen 6 befestigt sind, von denen drei dargestellt sind. Die Spulen 6 sind beispielsweise äquidistant über den Haltering 5 verteilt. Die Ausrichtung der Spulenachsen ist senkrecht zur Transportrichtung des Objekts 1. Die Spulenachsen liegen in einer Ebene.
  • Jede Spule 6 ist Teil eines Oszillators, der ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, das mit dem Messobjekt 1d interagiert und von dessen Form beeinflusst wird.
  • Zur Erfassung einer Messkurve werden die einzelnen Spulen 6 beispielsweise sequentiell hinsichtlich ihrer Resonanzfrequenz abgefragt. Grundsätzlich können auch sämtliche Spulen 6 gleichzeitig angesprochen werden, sofern ausreichende Ansteuermittel für die jeweiligen Oszillatoren vorhanden sind.
  • In einer weiteren Variante wird der Haltering 5 in Bezug auf das Messobjekt 1d rotiert. Bei dieser Ausgestaltung reicht es zur Erfassung einer Messkurve bereits aus, nur eine der Spulen des Halteringes anzusprechen. Durch Ansprechen mehrerer Spulen des Halteringes – entweder sequentiell oder gleichzeitig – kann jedoch die Auflösung verbessert werden. Schließlich ist es auch möglich, das Messobjekt 1d zu rotieren, wobei ebenso wie bei einer Rotation des Trägers eine oder mehrere Spulen des Halteringes 5 angesprochen werden können.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise können Spulen mit anderer Form und mit anderen Aufbau verwendet werden, z. B. Flachspulen, die benachbart einer rotierenden Welle angeordnet werden. Auch kann vorgesehen sein, dass statt der Rundheit eine andere geometrische Form, beispielsweise eine elliptische oder rechteckige Form bzw. Abweichungen davon gemessen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1710534 A [0005]

Claims (33)

  1. Verfahren zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte mit den Schritten: – Anordnen eines Objekts (1, 1a, 1b, 1c, 1d) in einem elektromagnetischen Wechselfeld, – Bewegen des Objekts (1, 1a, 1b, 1c, 1d) relativ zu dem elektromagnetischen Wechselfeld und/oder umgekehrt, – Erfassen von Messsignalen, die durch die Relativbewegung erzeugt werden, und – Auswerten der Messsignale zur Bestimmung der Form des Objekts (1, 1a, 1b, 1c, 1d).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld durch mindestens einen Oszillator erzeugt wird, der eine Spule (2, 2a, 2b, 2c) umfasst, und das Objekt (1, 1a, 1b, 1c) relativ zu der Spule (2, 2a, 2b, 2c) bewegt wird und/oder umgekehrt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1, 1a, 1b) relativ zu der Spule (2, 2a, 2b, 2c) gedreht wird und/oder umgekehrt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messsignale eine von Drehwinkel abhängige Induktivität der Spule (2, 2a, 2b, 2c) betreffen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1, 1a, 1b, 1c) länglich ausgebildet ist und die Spule (2, 2a, 2b, 2c) mindestens eine Windung aufweist, wobei das Objekt (1, 1a, 1b, 1c) die mindestens eine Windung der Spule (2, 2a, 2b, 2c) durchgreift und von dem Magnetfeld der Spule (2, 2a, 2b, 2c) erfasst wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1b, 1c) asymmetrisch in der Spule (2b, 2c) angeordnet ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2, 2a, 2b, 2c) eine kreisförmige oder ovale Querschnittsfläche aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung der Spule (2c) relativ zu dem Objekt (1c) durch eine Mehrzahl von Spulen (21, 22, 23) simuliert wird, die jeweils in Positionen fest angeordnet sind, die durch Drehung der Spulen ineinander überführbar sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2a, 2b) relativ zu dem Objekt (1a, 1b) eine Schüttelbewegung als Relativbewegung ausführt oder umgekehrt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttelbewegung in radialer Richtung erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld durch mindestens eine Spule (6) bereitgestellt wird, die an einem Haltering (5) befestigt ist, wobei die Ausrichtung der Spulenachse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts (1d) erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spulen (6) an dem Haltering (5) befestigt sind, die zur Erfassung von Messignalen sequenziell angesteuert werden.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messsignale eine Impedanz- und/oder Resonanzfrequenzänderung eines Oszillators, der das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt, in Abhängigkeit von der Relativbewegung erfasst werden.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten der Messsignale eine Symmetrieuntersuchung der Messsignale umfasst.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten der Messsignale den Vergleich der Messsignale mit zuvor erfassten Messsignalen zu bekannten Formen umfasst und die Form des Objekts (1, 1a, 1b, 1c, 1d) festgelegt wird als die bekannte Form, deren zugeordnete Messsignale unter mindestens einem mathematischen Gesichtspunkt den geringsten Unterschied zu den erfassten Messsignalen aufweisen.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten der Messsignale mittels eines tomographischen Verfahrens erfolgt.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1, 1a, 1b, 1c, 1d) ein Halbzeug ist, das entlang einer Förderstraße eines Metallverarbeitungswerks befördert wird, wobei ein Oszillator zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfeldes an der Förderstraße angeordnet wird und in einem Raumgebiet, das ein Metallstab bei seiner Beförderung entlang der Förderstraße durchtritt, das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (1, 1a, 1b, 1c, 1d) ein im Querschnitt rundes oder polygonales Halbzeug ist und die Umfangslinie des Halbzeugs gemessen wird.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Wechselfeld ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz größer/gleich 1 MHz ist.
  20. Anordnung zur Messung der Form elektrisch leitender Objekte, aufweisend: – mindestens einen elektromagnetischen Oszillator, der ein elektromagnisches Wechselfeld in einem Raumgebiet erzeugt, – eine Messeinrichtung, die die Resonanzfrequenz und/oder die Impedanz des elektromagnischen Oszillators misst, und – eine Auswertvorrichtung, die eine Änderung der Resonanzfrequenz und/oder der Impedanz des elektromagnetischen Oszillators erfasst, die durch eine Relativbewegung zwischen dem elektromagnetischen Wechselfeld und einem elektrisch leitenden Objekt (1, 1a, 1b, 1c, 1d) erzeugt wird, das sich in dem Raumgebiet bewegt, und die aus dieser Änderung der Resonanzfrequenz die Form des Objektes bestimmt.
  21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Oszillator derart nahe an einer Förderstraße für Metallstäbe angeordnet ist, dass bei einer Bewegung eines Metallstabs (1, 1a, 1b, 1c, 1d) relativ zu dem Oszillator eine von der Messeinrichtung messbare Veränderung der Impedanz und/oder der Resonanzfrequenz des Oszillators erfolgt.
  22. Anordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Oszillator mindestens eine Spule (2, 2a, 2b, 2c, 6) als frequenzbestimmendes Element aufweist, wobei die Spule (2, 2a, 2b, 2c, 6) das elektromagnetische Wechselfeld erzeugt und das Objekt (1, 1a, 1b, 1c, 1d) relativ zu der Spule (2, 2a, 2b, 2c, 6) bewegbar ist oder umgekehrt.
  23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spule (2, 2a, 2b, 2c, 6) mindestens eine mit Strom durchflossene Windung aufweist.
  24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2, 2a, 2b, 2c, 6) genau eine Windung aufweist.
  25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die genau eine Windung im Querschnitt flach ausgebildet ist.
  26. Anordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2, 2a, 2b, 2c) relativ zu dem Objekt (1, 1a, 1b, 1c) drehbar angeordnet ist.
  27. Anordnung nach Anspruch 23, soweit rückbezogen auf Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Windung so um die Förderstraße herum ausgebildet ist, dass die Metallstäbe (1, 1a, 1b, 1c) durch das Spuleninnere der Spule (2, 2a, 2b, 2c) befördert werden.
  28. Anordnung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Schüttelvorrichtung, die die Spule (2a, 2b) relativ zu dem Objekt (1a, 1b) in eine Schüttelbewegung versetzt oder umgekehrt.
  29. Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule (6) eines Oszillators vorgesehen ist, die an einem Haltering (5) befestigt ist, wobei die Ausrichtung der Spulenachse senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts (1d) erfolgt.
  30. Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spulen (6) an dem Haltering (5) befestigt sind.
  31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der mehreren Spulen (6) in einer Ebene liegen.
  32. Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertmittel aus erfassten Messsignalen eine von der Relativbewegung abhängige Induktivität der Spule (2, 2a, 2b, 2c, 6) bestimmen.
  33. Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Oszillator ein hochfrequenter elektromagnetischer Oszillator mit einer Frequenz größer/gleich 1 MHz ist.
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