(57)【要約】      （修正有）【課題】構造的に簡単な、無接触の管肉厚測定装置を提供する。【解決手段】少なくとも２つのレーザー超音波測定ヘッド１を、旋回軸を中心に旋回可能な共通の旋回フレーム２に配置し、アブレーティブに励起される超音波によって管の肉厚を測定する。【選択図】図１
2011123063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アブレーティブに励起される超音波によって管の肉厚を測定する、無接触の管肉厚測定装置であって、少なくとも２つの超音波測定ヘッドが旋回軸を中心に旋回可能な共通の旋回フレームに配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記超音波測定ヘッドの少なくとも１つが、動くように前記旋回フレームに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 
【請求項３】
前記超音波測定ヘッドが、旋回軸に対して半径方向に動くように前記旋回フレームに配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。 
【請求項４】
前記超音波測定ヘッドが、前記旋回軸とは異なるピッチ軸を中心に動くように前記旋回フレームに配置されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の装置。 
【請求項５】
前記旋回軸が前記ピッチ軸に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。 
【請求項６】
前記ピッチ軸が、前記管肉厚測定装置を通る輸送範囲外に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記旋回軸に関して、前記ピッチ軸が傾斜した状態で配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
アブレーティブに励起される超音波によって管の肉厚を測定する、無接触の管肉厚測定装置であって、半径方向のワークピース位置の特定手段を特徴とする装置。
【請求項９】
前記位置特定手段が、少なくとも１つの距離センサーを有していることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記距離センサーが、少なくとも１つの超音波測定ヘッドに設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
管表面を測定する少なくとも１つの装置を特徴とする、無接触の管肉厚測定装置。
【請求項１２】
前記管表面測定装置が、光切断センサーを有していることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。 
【請求項１３】
アブレーティブに励起される超音波によって管の肉厚を測定する、無接触の管肉厚測定装置であって、温度センサーが準備されている少なくとも１つの超音波測定ヘッドを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記旋回フレームが、好ましくはメンテナンス溝まで旋回軸を取り囲んでいることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記旋回フレームが、測定位置からメンテナンス位置に、前記旋回軸に対して垂直に、特に水平方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
静止位置からテスト位置に移動可能なテスト品を含むテスト装置を特徴とし、前記フレームがメンテナンス位置に配置されている場合、前記テスト位置では、前記テスト品が前記超音波測定ヘッドの測定範囲内にある、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記テスト品が、回転駆動によって前記テスト装置に接続されていることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
アブレーティブに励起される超音波によって前記管の前記肉厚を測定する、無接触の管肉厚測定であって、少なくとも２つの超音波測定ヘッドが共通の旋回フレームに配置され、旋回周波数をもつ前記旋回フレームが旋回軸を中心に動き、ピッチ周波数をもつ前記測定ヘッドの少なくとも１つがピッチ軸を中心に動き、前記旋回周波数は、前記ピッチ周波数よりも小さいことを特徴とする測定。 
【請求項１９】
アブレーティブに励起される超音波によって前記管の前記肉厚を測定する、無接触の管肉厚測定であって、少なくとも２つの超音波測定ヘッドが共通の旋回フレームに配置され、前記旋回フレームが旋回軸を中心に動き、前記測定ヘッドの少なくとも１つがピッチ軸を中心に動き、前記ピッチ軸を中心とする動きで移動する質量は、前記旋回軸を中心とする動きで移動する質量よりも小さいことを特徴とする測定。
【請求項２０】
前記ピッチ軸が、前記旋回軸とは異なっていることを特徴とする、請求項１８又は１９に記載の測定。
【請求項２１】
前記測定ヘッドの少なくとも１つが、旋回運動の間及び／又はピッチ運動の間、半径方向に移動することを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の測定。 
【請求項２２】
前記半径方向の移動が、測定する前記管の外壁の位置に応じて行われることを特徴とする、請求項２１に記載の測定。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無接触の管肉厚測定装置及び無接触の管肉厚測定に関し、管の肉厚は、特に、アブレーティブに励起される超音波によって測定される。 
【背景技術】
【０００２】
このような無接触の管肉厚測定装置又は管肉厚測定は、例えば、文献１からすでに知られており、この場合、複数のレーザー超音波測定ヘッドが同時に管の周りを旋回することができるが、この旋回可能な測定ヘッドは、個々に様々な角度に調整できるように配置されているため、操作者または機械のオペレータは、作動中に、スキャナーの角度を通常の解像度で測定することのできる標準位置からずらし、管の特定の長さまで格子スケールを圧縮して、実際に管断面の拡大図を表示できるように調整する。このことにより、周辺方向の解像度を拡大することができる。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１１０２０３３Ａ２明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この従来技術を前提として、本発明の課題は、アブレーティブに誘起される超音波によって管の肉厚を測定する、構造的に簡単な無接触の管肉厚測定装置を作ることにある。 
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、アブレーティブに励起される超音波によって管の肉厚を測定する、少なくとも２つの超音波測定ヘッドを備える無接触の管肉厚測定装置によって解決され、この装置は、両方の超音波測定ヘッドが、旋回軸を中心に旋回可能な共通の旋回フレームに配置されていることを特徴とする。 
【０００６】
この共通の旋回フレームにより、一方では、測定ヘッドの旋回運動を、相応の制御によって同期させる必要がないため、構造的に明らかに簡単な作りにすることができる。さらに、その他の点で管肉厚測定装置が適切な方法で形成されていれば、通常ではそれほど速いスピードで行う必要のない旋回運動には、１つの共通のドライブだけで十分である。 
【０００７】
本発明の具体的な実施に応じて、この旋回フレームが、旋回運動の代わりに、測定する管の周りを回る回転運動を行うことも考えられる。この場合、特に光導体には限界があること、又はさらなる措置も準備しなければならないことから、測定する管の周りを何度も回ることによって、複数の円形運動に従って方向を変えることができるのは同様に有利である。このとき、回転の回数は、ワークピースの周囲に取り回すことのできるラインの長さに左右されるであろう。 
【０００８】
その限りにおいて、「旋回する」という用語は、この関連において、状況によって回転方向を変更する、適度な速度での回転運動を示す。 
【０００９】
まず周辺方向の解像度を拡大するという方法を省略して、共通の旋回フレームを用いることにより、構造的に簡単な方法によって、安定した旋回動作を確実に行えるようにすることができる。
【００１０】
このレーザー超音波肉厚測定方法により、超音波による飛行時間測定法の標準的な原則が適用される。音速が分かっていれば、超音波パルスが管壁を通過する時間から、結果として調査する肉厚が得られる。超音波パルスの励起にも検出にも光学的方法を用いることにより、測定ヘッド自体を熱的に安全な測定材料との距離に配置することが可能であるため、ほぼ１０００℃程度の温度を有する高熱肉厚測定にも対応することができる。励起のためには、例えば赤外線領域の高エネルギー光パルスが生成され、この光パルスは測定材料又は管に向けられたダイオード又はフラッシュランプ励起レーザーによって管表面に送られ、そこで吸収されるが、多くの場合、このことにより、極端に薄い表面層の気化が起こる。このとき、レーザー光は、例えば５０        Ｈｚ又はそれ以上の周波数で、好ましくは約１００Ｈｚの周波数で管表面に照射される。このことにより、管表面から始まって、管表面に対し垂直に管壁の中に入り込む超音波パルスが生じる。このようにして生じた超音波パルスは、管の内側表面で反射し、外側表面に戻って再び反射する。これが繰り返されて、管の中では、振幅の減少していく超音波の連続エコーが発生する。
【００１１】
レーザー光によるアブレーションの代わりに、別の方法でも超音波を励起する相応のアブレーションを引き起こすことができるのは自明である。例えば、磁気エネルギー又はその他の電磁作用によっても行うことができる。同様に、中性子又は陽子の照射も考えられる。この限りにおいて、アブレーションによる超音波の励起とは、ワークピースの中における超音波の各励起を意味し、それぞれ励起の際には、少なくとも部分的に薄い表面層が除去される。
【００１２】
反射する超音波パルスは、管の外側表面に振動を引き起こし、この振動は、連続光モードの第２のレーザーを用い、ドップラー効果を利用して無接触で検知することができる。光の周波数に比べ周波数の低い超音波振動は、材料表面で反射する光の周波数変動を引き起こす。従って、この反射光又は反射した光円錐は、超音波シグナルのキャリアであり、高輝度の集光レンズ及び光ファイバーケーブルによって、例えば共焦点のファブリ・ペロー分光器などの光復調装置に送られ、そのアウトプットシグナルには、すでに超音波の連続エコーが含まれている。このシグナルは、周知の方法で、さらに、増幅、抽出及び評価が行われ、最終的にアウトプットシグナルとして肉厚値が得られる。この肉厚値は、システム付属のコンピュータで引き続き処理され、上流の圧延機の制御に利用することができる。 
【００１３】
レーザー光又は干渉を利用する超音波の検出に代わって、飛行時間シグナルを検出することができるその他の各超音波測定も使用できることは簡単に理解できる。 
【００１４】
この場合は、当然ながら、内側管壁の反射により、最終的に、飛行時間シグナルによって二倍の肉厚が検出される。 
【００１５】
測定ヘッドは、説明した旋回動作によって管の周りを円形に動くことから、通常、回転鍛造機での穿孔、アッセル圧延機、コンティ圧延機又はその他の圧延機での圧延、及びサイジング圧延機又は延伸抑制圧延機での仕上げ圧延という３つの成形段階で製造されるシームレス鋼管などで、その管の品質を点検することが可能である。この場合、測定ヘッドの数は、好適には使用する圧延機の種類、並びにローラーの配置及びワークピースに作用するその他のコンポーネントの配置によって設定されるシンメトリに従う。この方法により、特に欠陥が目立つ部分に絞って点検することが可能となる。
【００１６】
好ましくは、測定ヘッドの数に応じて、３６０°の一部分での旋回が行われる。従って、測定ヘッドが２つの場合は約１８０°の旋回が好ましく、測定ヘッドが３つの場合は約１２０°の旋回が好ましく、測定ヘッドが４つの場合は約９０°の旋回が行われる。そのため、静止位置から開始すると、測定ヘッド２つでは±９０°の旋回角度、測定ヘッド３つでは±６０°の旋回角度、測定ヘッド４つでは±４５°の旋回角度が生じる。この限りにおいて、旋回角度は、測定ヘッドの数ｎに応じて、旋回角度＝±３６０°／２ｎという規則で算出される。この場合、もちろん、本発明の具体的な実施に応じて、それぞれ隣り合う測定ヘッドの旋回経路が重なり合うようにすることも可能である。同様に、測定するワークピースに応じて、そのワークピースの特定の範囲を検知しないようにすることも考えられる。
【００１７】
すでに冒頭で述べたように、明らかにより大きな旋回角度も設定可能であり、このような場合には、特に、多くの方向転換の代わりに１回の回転が有利である。このとき、測定範囲を適切に重なり合わせることによって、完全な画像を作ることができるが、その場合、回転方向を何度も変える必要がないことは、特に有利である。 
【００１８】
他方で、特定の箇所だけで欠陥を予測しなければならない場合には、より小さな旋回角度にすることも可能である。  
【００１９】
一方で、回転方向を転換する場合に生じる力は比較的大きいため、小さな旋回運動には必要のない大きな装置を用いる必要であるかもしれない。
【００２０】
特にこの理由から、超音波測定ヘッドの少なくとも１つが動くように旋回フレームに配置されている場合は有利である。より小さく動くため、旋回フレームに可動的に配置されている超音波測定ヘッドは、独立して動くことが可能であり、そのためには、極めて僅かな質量を動かせばよいことから、一方では、より小さい装置を使用することが可能となり、他方では、より高い周波数を達成することが可能となる。とりわけ、測定ヘッドを局部的な違いに適合させることも可能である。 
【００２１】
そのため、特に、超音波測定ヘッドが旋回軸に対して半径方向に動くように、この測定ヘッドを旋回フレームに配置することができる。このことにより、例えば、旋回軸に関して、測定する管の偏位を局所的に補正することができるようになる。従って、特に偏位の場合には、測定するワークピースとの距離を一定に保って、それぞれの超音波測定ヘッドをガイドすることが可能である。とりわけ、このことにより、測定時間全体にわたって、超音波測定ヘッドを可能な限り最適にワークピースに合わせることができるようになる。このことは、特にその距離に関係している。
【００２２】
旋回軸に対して半径方向に向けられる動きは、さらに、無接触の管肉厚測定装置を様々な管径に素早く適合させるのに利用することができる。  
【００２３】
これに対して追加又は代替の方法として、旋回軸とは異なるピッチ軸を中心に超音波測定ヘッドが動くように、この測定ヘッドを旋回フレームに配置することができる。              この方法により、超音波測定ヘッドは、独立してピッチ運動を行うことができ、質量については、測定ヘッド単独の方が、旋回フレームの付いた測定ヘッド全体よりも明らかに少ないため、同様にこのピッチ運動も、より高頻度で行うことができる。 
【００２４】
とりわけ、このピッチ軸は旋回軸に対して平行に配置することができるため、単純な構造と簡単な調整とを確実なものにすることができる。
【００２５】
この関連において、超音波測定ヘッドと旋回フレームとの間の具体的なギヤ配置に従って、又は旋回フレームに取り付けられている各超音波測定ヘッドの位置構成に従って、ピッチ軸を旋回軸の上又は旋回軸付近に置くことができるのは明らかである。同様に、例えば、それぞれのワークピースの偏位を補正できるようにするため、ピッチ軸をそこから離すこともでき、そのために、ピッチ軸を、管肉厚測定装置によるワークピースの輸送範囲外に配置できることは好ましい。後者は、特に、ピッチ軸が超音波測定ヘッドと共に半径方向に移動可能であるように旋回フレームに配置されている場合に可能である。この方法により、測定するワークピースのできるだけ表面にピッチ運動が生じることを確実にすることができる。他方で、ピッチ運動は小さい振幅しか予定されていないため、ピッチ軸が明らかにワークピースから離されている場合にも、このことは、希望する角度分解に応じて十分可能である。
【００２６】
特に、旋回軸に関してピッチ軸を傾斜した状態で配置することも可能である。とりわけ、このピッチ軸を旋回軸に対して垂直にすることも可能である。後者の配置では、特に測定ヘッドが円運動を実施でき、最終的に、この円運動は、管壁の計測領域の該当する曲線軌道を描くため、ピッチングの間は方向転換を完全に省略することができる。このことは、材料保護及びエネルギー面で極めて有利である。ピッチ軸及びピッチ軸に関する測定ヘッドの具体的な配置に応じて、測定される管壁上の領域が適切な方法で移動することが確実に行われる場合は、複雑な動きを実施することも可能である。
【００２７】
前述した形態に従って、旋回周波数をもつ旋回フレームが旋回軸を中心に動き、ピッチ周波数をもつ測定ヘッドの少なくとも１つがピッチ軸を中心に動くことを特徴とし、この場合、旋回周波数は、ピッチ周波数よりも小さい無接触の管肉厚測定が提案される。同様に、旋回フレームが旋回軸を中心に動き、測定ヘッドの少なくとも１つがピッチ軸を中心に動くことを特徴とし、この場合、ピッチ軸を中心とする動きで移動する質量は、旋回軸を中心とする動きで移動する質量よりも小さい無接触の管肉厚測定も提案される。このような手法により、一方で、ワークピース全体の点検が旋回運動によって可能になり、他方で、ピッチ運動は、例えば、特に欠陥の発生しやすい部分に用いることができる。 
【００２８】
ピッチ速度又はピッチ周波数は、旋回速度又は旋回周波数の少なくとも３倍大きいことが好ましい。このような速度又は周波数の関係では、様々な測定プロセスをとりわけ最適に利用し、適用することができる。
【００２９】
これに応じて、さらに、ピッチ運動の振幅が、旋回運動の振幅の少なくとも半分の大きさである場合は有利である。 
【００３０】
もちろん、旋回運動及びピッチ運動は、必ずしも同時に行う必要はない。 
【００３１】
測定するワークピースが、無接触の管肉厚測定装置を通って、旋回フレームの旋回軸に対して偏心的に移動することは排除できないため、無接触の管肉厚測定装置が半径方向のワークピース位置の特定手段を有している場合は有利である。この関連において、「半径方向」という名称は、管肉厚測定装置を通る管の動作方向に対して垂直に調整されている方向及び配置に向けられていることを指摘しておきたい。次に、半径方向のワークピース位置に応じて、超音波測定ヘッドが測定するワークピースの表面に対してできる限り最適な距離を有するように、この測定ヘッドを半径方向に調整することが可能である。このような距離の最適化は、光学経路が全て同一線上に通っていない場合、又は集束によって作用する光学コンポーネントを使用する場合は特に有利である。というのも、この方法によって、傾けられた光測定ビーム又は集束ビームを、できる限り最適に位置決めされた状態に留まらせることが確実になるからである。
【００３２】
無接触の管肉厚測定部分におけるワークピースの位置を特定することが可能な全装置が、位置測定手段として使用できる。そのワークピースの位置から、必要に応じて、周知の管径を考慮しながら、管の外被面の状態を推察することができる。 
【００３３】
特に、位置測定手段として、距離センサーを設けることもでき、このセンサーは、例えば固定された枠組み又はフレーム、とりわけ旋回フレーム又は超音波測定ヘッドなどの周知のコンポーネントと、ワークピース表面、すなわち管の外被面との間の距離を直接測定する。実際に希望する場合には、この距離測定によって、最終的に、管全体の位置を推察することもできる。他方では、この距離測定により、管の外被面の位置又は管の外壁の位置が得られ、これは、最終的に、とりわけ超音波測定ヘッドを半径方向に制御するための適切な測定値となる。 
【００３４】
これに従って、本発明の課題は、管表面を測定する装置を特徴とする無接触の管肉厚測定装置によっても解決される。特に、距離センサーが、例えば表面を旋回しながら、表面のセグメントを測定することができる場合は、この方法で、距離センサーも管の表面測定装置として準備することができる。同様に、旋回動作なしに表面セグメント全体を検知することのできる距離センサーも使用可能である。このような管の表面測定装置によって、とりわけ表面の窪み及び／又は傷を調査することができるが、万一、このような欠陥があった場合、管の肉厚測定によってこれを検知することは難しい。
【００３５】
前述した測定課題をとりわけ適切に達成するため、距離センサーが、超音波測定の高さで超音波測定ヘッドまでの管外壁の距離を特定できるように、この距離センサーを配置するのが好ましい。この場合、希望する許容範囲を出ない限り、周知の基本的な管形状に関して小さな差異は重要でないことは明らかである。 
【００３６】
特に、この距離センサーは、例えば超音波測定ヘッドに配置することができる。このことにより、距離測定の配分又は該当する超音波測定ヘッドへの該当する測定シグナルの配分を簡単にする。また、該当する距離センサーを前述した旋回フレームにも準備することができる。 
【００３７】
周知の光切断センサーが、特に適切な距離センサーとして判明している。このセンサーによって、特定の角度セグメントにおいて表面部分がスキャンされ、検知される。この場合、この光切断センサーは、例えば１１０°の角度範囲、すなわち、ほぼ円の３分の１を空間的に検知することができる。その限りでは、４つの光切断センサーにより、測定する管の外壁の円表面全体を測定することができる。３つの光切断センサーだけを用いる場合、旋回運動なしには測定できない部分が僅かに残るが、光切断センサーが適切に配置されている場合には、測定結果に影響しない空間的位置にこれらの部分を設定することができる。もちろん、適切な光切断センサーを購入して、より大きな検知角度を備える光切断センサーを使用することは可能である。従って、このような光切断センサーは、管の表面測定装置としても使用することができ、その場合は、距離測定と組み合わせてこれを行うこともできる。 
【００３８】
特に超音波測定ヘッドの少なくとも１つに、対応する距離センサー、好ましくは光切断センサーを準備することができる。この方法により、超音波測定ヘッドの位置とは無関係に、超音波測定ヘッドに関する相対的距離を検出することが可能となる。従って、管の肉厚測定と組み合わせて、管肉厚ばかりでなく、管断面の真円度又は詳細な形態も適切に測定することができる。さらに、距離センサーを直接超音波測定ヘッドに配置することによって、測定する管の外壁に関して、超音波測定ヘッドの半径方向の位置をコントロールする制御回路を設けることも構造的に簡単である。結果的に、距離が一定に保たれるようにこの制御回路を形成し、超音波測定ヘッドの半径方向の位置を、測定する管外壁の位置基準として使用すれば十分であろう。超音波測定ヘッドの旋回又はピッチ運動により、さらに、距離センサー（特に光センサー）の検知範囲は相応に拡大される。
【００３９】
すでに冒頭で指摘したように、このような無接触の管肉厚測定は、温度が８００℃以上、特に１２００℃まで、及びそれ以上の比較的高熱の管で実施されるべきある。場合によっては、温度変動が生じることがあり、この温度変動により管内の音速も影響を受ける場合があり、従って、管肉厚測定の結果にも影響が及ぶことがある。万一の測定エラーに対処することができるように、無接触の管肉厚測定装置が、温度センサーを有している場合は有利である。特に、このような温度センサーを、超音波測定ヘッドの少なくとも１つに配置すれば、周辺温度又は実際の測定箇所の温度を検出することができる。このような方法によって、測定結果に影響する箇所の温度測定を、構造的に簡単な形で確実なものにすることができる。さらに、温度センサーを超音波測定ヘッドに配置することは、そこに備えられている装置、例えば冷却システムなどの温度センサーにも利用できるという利点がある。この温度センサーは、もちろん、超音波測定ヘッドに設けられている距離センサーにも有効である。 
【００４０】
旋回フレームが旋回軸を取り囲んでいる場合は、とりわけ単純かつコンパクトな形態となり、それによって、比較的小型の構造にすることが保証される。旋回軸を取り囲むことにより、旋回フレームの半径方向の内部にスペースができ、測定するワークピース又は管がこのスペースを通ることができる。好ましくは、基本構造が実質的に円形の旋回フレームを用いることにより、このような取り囲みを確実に行うことができるようになる。
【００４１】
メンテナンス作業を簡単にするため、旋回フレームにメンテナンス溝を設けることができ、この溝により、管が旋回軸部分又は旋回フレームの取り囲みスペースに入った場合、旋回フレームを測定位置から動かすことができるようになる。この方法で、一方では、該当するメンテナンス作業を簡単に行うことができ、他方では、管肉厚測定装置を保護することができる。というのも、故障の場合、８００℃及びそれ以上の温度をもつ高熱管が旋回フレーム又は超音波測定ヘッドのすぐ近くで停止すると、これらのコンポーネントが熱による大きな負荷を受けるからである。このことは、メンテナンス作業のために、管肉厚測定装置のあらゆる動作を停止しなければならない場合に特に有効である。この点において、８００℃以上の温度で測定されるあらゆる種類の管の測定装置において、こうしたメンテナンス溝を旋回フレームに取り付けることは、本発明のその他の特徴とは無関係に、前述した理由から有利であることは明白である。
【００４２】
これに対応して、旋回フレームが測定位置からメンテナンス位置に、旋回軸に対して垂直に移動可能である場合は有利である。そのためには、旋回フレームを、例えば適切な支持フレームに配置することができる。この支持フレームは、前述した旋回フレームの回転運動を可能にし、支持フレーム側で測定位置からメンテナンス位置に移動可能である。このような支持フレームの移動は、好適には水平に行われる。さらに、例えば管径を変更する場合の調整又はメンテナンス作業若しくはその他の目的のために、支持フレームに関して旋回フレームが垂直方向にも移動可能であるのは当然である。 
【００４３】
測定課題を遂行するのに、旋回フレームが、例えば±６０°又は±４５°の小さな角度範囲を旋回できるだけで十分な場合もあるだろう。その一方で、測定ヘッドのそれぞれがメンテナンスのために水平位置に移動できるように、少なくともメンテナンス位置において、旋回フレームが旋回可能である場合は有利である。このことは、３つの測定ヘッドで、測定ヘッドの１つが中央の測定位置において垂直に配置されている場合、好ましくは一方向に少なくとも９０°の旋回性能が準備されなければならないことを意味している。４つの測定ヘッドが設けられ、測定ヘッドの少なくとも１つが垂直に配置されている管肉厚測定装置にも、同様のことが当てはまる。他方で、いずれの測定ヘッドもその中央の測定位置において垂直に配置されていない場合は、それに応じて、メンテナンスのためには、さらに小さな旋回性能で足りるであろう。 
【００４４】
超音波測定ヘッドの水平なメンテナンス位置の利点は、全てのコンポーネントに問題なく手が届くことであり、最終的に、全てのコンポーネントで、その規定位置及び同一の位置をメンテナンス作業員に提供することができる。
【００４５】
この管肉厚測定装置は、静止位置からテスト位置に移動可能なテスト品を含むテスト装置を有することができ、このテスト品は、フレームがメンテナンス位置に配置されている場合、超音波測定ヘッド測定範囲におけるテスト位置、すなわち実質的に旋回軸上にある。このようなテスト品が、本発明のその他の特徴とは無関係に、とりわけ独立したメンテナンス位置の存在とは無関係に、このような測定装置を迅速かつ確実に補正し、調整又は機能を点検するのに有利であることは明らかである。
【００４６】
このテストは、この場合、補正又は調整目的に、とりわけ機能点検に用いることができる。
【００４７】
このテスト品が、そのテスト位置において回転可能であり、その方法で様々な測定配置を設定することができるのは好ましい。同様に、このテスト品は軸方向にも移動可能であり、それに応じて、様々な測定状況を作ることができる。このテスト品は、さらに、テストの際に希望する精度で検知することが必要な故障又は偏差を備えることができる。また、必要に応じて、テスト装置にヒータを装備して、温度に関しても、このテスト品を測定するワークピースに適合させることができる。 
【００４８】
本発明は、特に、例えば熱間圧延機で見られるような高温の管、すなわち温度が７５０℃以上ある管に適している。とりわけ、このような温度では、測定ヘッドに非常に高い負荷がかかることが予想される。さらに、本発明は、狭義の意味の管だけに制限されていないことは自明であり、例えば、中空のブロック、スリーブ、ルッペ又はプリパイプの肉厚測定に使用することもできる。その限りにおいて、「管」という用語は、この関連において、長手方向の伸びと中心で長手方向に延びる少なくとも１つの開口部とを有する各ワークピースを示している。
【００４９】
前述した、又は請求項で説明されている解決方法の特徴は、必要に応じて組み合わせられ、それらの利点を合わせた形で実施することができるのは当然である。 
【００５０】
本発明のその他の利点、目的及び特徴を、以下の添付図の説明に基づいて述べる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に基づく管肉厚測定装置の正面図である。
【図２】ローラー配置に関して、図１による管肉厚測定装置のレーザー超音波測定ヘッドの測定ビームの正面図である。
【図３】レーザー超音波測定ヘッドの動作図である。
【図４】レーザー超音波測定ヘッドの断面図である。
【図５】図４による図に対して垂直に示した図４に基づくレーザー超音波測定ヘッドの断面図である。
【図６】図４と類似した、レーザー超音波測定ヘッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１に基づく管肉厚測定装置は、３つのレーザー超音波測定ヘッド１を有し、それらは、互いに１２０℃の角度で旋回フレーム２に可動的に配置されている。 
【００５３】
旋回フレーム２は、旋回軸７（特に図２を参照）を中心に回転又は旋回可能であるように支持フレーム３に配置されており、この支持フレームは、フレーム側に、リフトテーブル４、キャリア５及び底板６を有している。この場合、キャリア５は、水平方向に、つまり旋回軸７に対して垂直（二重矢印８を参照）に移動可能であり、一方、リフトテーブル４は、垂直に調整可能であるようにキャリア５に支持されている（二重矢印９を参照）。このような方法で、旋回フレーム２とレーザー超音波測定ヘッド１とは、旋回軸７に対して垂直に移動可能であるため、旋回軸７は、それに対応して平行に動くことができる。 
【００５４】
この平行移動により、レーザー超音波測定ヘッド１の位置を様々な管径に適合させることが可能となり、メンテナンスの目的で別の位置に動かすことも可能となる。
【００５５】
リフトテーブル４の上部にはピボットベアリング１０が取り付けられ、その中で、旋回フレーム２の該当するピボットベアリング１１が回転可能に回っている。リフトテーブル４には、本実施例の具体的形態に応じて、さらに測定装置、及び例えば洗浄ノズル又は同様の洗浄装置が設けられている。
【００５６】
旋回フレーム２は、さらに、旋回ディスク１２を有しており、これは、一方で、レーザー超音波測定ヘッド１を担持し、他方で、駆動歯車１３を担持している。この実施例の場合、駆動歯車１３は、その内側に歯を有しており、その歯の中に駆動モータ（図示されていない）のピニオン（図示されていない）が相応にかみ合い、希望する方法で旋回運動を制御する。歯車１３の外側の縁には、さらに、供給ライン（図示されていない）用のマウントが設けされ、この供給ラインは、例えば、冷却水、電流、光ケーブル又はその他の必要な作動材料（以下に詳しく説明する）を適切に供給又は排出する。
【００５７】
図示されていない供給ラインから、それぞれ個々の供給ライン１４が各レーザー超音波測定ヘッド１に接続されている。            供給ライン１４の中には、図４に例が示されているように、特に２つの光ケーブル１５、１６及び冷却水ケーブルと電源供給（この２つは図示されていない）が準備されており、レーザー超音波測定ヘッド１を周知の方法で作動させることができる。このために、斜めに向けられているレーザービーム１８が、レンズ１９と光ケーブル１５とを介してパルスによって管１７の表面に入射する。これによって生じる超音波振動（及び特にその反射）は、次に、周知である光測定装置によって同様に測定されることができ、超音波パルスの飛行時間から管の肉厚を検出することができる。このために、レーザービーム１９が管１７の表面に照射され、反射円錐２０がレンズ２１によって捕えられる。この方法は、原則的に従来技術から周知であり、この実施例における後者の測定は共焦点で行われるため、レーザービーム１９は、同一のレンズ２１を通って管１７に送られ、このレンズによって反射円錐２０も捕えられる。このことにより、レーザービーム１９も反射円錐２０の反射光も、適切なレンズ２１に応じて省略することもできる共通のコリメータ２２を介して、光ケーブル１６に連結するか、又は分離することができるようになる。 
【００５８】
さらに、この実施例では、レンズ２１の光軸が垂直に管１７の表面に向けられているため、最終的に、超音波振動により反射円錐２０の中で生じるドップラーシフトを測定する測定に関して、距離の多少の偏差はそれほど問題にはならない。また、この配置では、反射円錐２０を可能な限り最適に捕えることができる。他方で、レーザー超音波測定ヘッド１と管１７との間の距離は、レーザービーム１８の傾斜ポジションによって、測定結果に強く悪影響を及ぼすことのない、狭い範囲でしか変更できないことは明らかである。
【００５９】
図６に基づく実施例では、レーザービーム１８が、２つの鏡３５、３６を介して、レーザービーム１９と反射円錐２０とからなる光路の光軸に連結され、アブレーティブに作用するレーザービーム１８も共焦点でレンズ２１を通ることによって、後者の問題を解決している。超音波の測定に使用するレーザービーム１９は、この場合、コリメータ２２によって拡大され、それに応じてレンズ２１によって集光されるため、測定に使用するレーザービーム１９の励起光は、超音波によって変更された反射円錐２０の反射光と同一の光路を通る。この拡大により、レーザービーム１９と反射円錐２０の光路に配置された鏡３６による損失は最小になる。
【００６０】
通常、図６に基づく実施例は、図４及び５に示されている実施例に対応しているため、それに応じて、同一の記号が使用され、両方の実施例で一致している技術的関連事項の繰り返しは省略する。 
【００６１】
鏡３５、３６の代わりに、具体的な状態に応じて、反透過性の鏡又はプリズムも使用することができる。このことによって、光ビームの向きを変える材料遷移での全反射、又はレーザービーム１８、１９の様々な周波数及び適切に選択された反透過性の鏡の材料との様々な相互作用などを利用することにより、例えば光路の安定性又は光効率を向上させることができる。 
【００６２】
レーザー超音波測定ヘッド１と管１７との距離が比較的近いことから、周知の適切な方法でこのレーザー超音波測定ヘッドを冷却する必要がある。このことは従来技術からすでに知られているので、ここでさらに述べる必要はない。 
【００６３】
両方の実施例のレーザー超音波測定ヘッド１は、さらに光切断センサー２３を有しており、これによって、一方では、レーザー超音波測定ヘッド１と管１７の表面との距離が測定され、距離の制御に用いることができる。他方では、光切断センサー２３によって、およそ１００°から１１０°の角度で、管軸２６に対して垂直方向の管１７の表面画像を得ることができるため、この情報と管肉厚の測定結果とを用いて、管の品質全体を説明することができる。 
【００６４】
図４ではレンズ２１の後ろに配置されているが、レーザー超音波測定ヘッド１は、また、温度センサー２５も有しており、この温度センサーは、同じく僅かに傾けられた状態で、それぞれのレーザー超音波測定ヘッド１の中に配置され、レーザービーム１９が管１７に当たる部分で管１７の温度を測定する。このような方法で、管肉厚測定での熱に由来する超音波の飛行時間変動を考慮することができる。当然ながら、必要に応じて、温度センサー２５の光路及び／又は光切断センサー２３の光路を同様にレンズ２１によって同一線上に通すこともできる。
【００６５】
光切断センサー２３又は温度センサー２５のそれぞれの測定結果は、データケーブル２４を介して同様に測定ヘッドから送り出される。 
【００６６】
特に図２に示されているように、旋回軸７は、ピボットベアリング１０、１１の構造によって、形状的にはっきりと決定されている。このことは、残念ながら管軸２６には当てはまらない。というのも、この管は、当然ながら、その製造工程の間に、該当するローラー２７（図２に示されている）によって引き起こされる変動を受けるからである。従って、例えば管外径と管内径とは、異なる軸中心を有している場合がある。同様に、局所的な歪みが発生する可能性もある。このような欠陥は、しばしば製造に起因しており、製造の際に使用された器具に関連していることがある。そのため、ローラー２７による３ローラー配置では、図２に示されているように、特にローラー２７の中間スペースに見られる３次の障害を予想することができる。互いにずらして配置された２つの３ローラー配置が使用される場合は、それに応じて、６次の欠陥が予想される。予想される欠陥配置に応じて、レーザー超音波測定ヘッド１を旋回フレーム２に配置することが推奨される。同様に、レーザー超音波測定ヘッド１の数は、予想される配置に応じて選択することも推奨され、通常は、２、３又は４つのレーザー超音波測定ヘッドで十分であろう。 
【００６７】
これらの異常を迅速かつ確実に考慮できるようにするため、レーザー超音波測定ヘッド１は、それぞれリニアドライブ２８によって旋回フレーム２と接続されており、リニアドライブ２８のスタータ２９は、スタータ側で、回転するように旋回フレーム２に支持されており、そのために、リニアドライブ３０が使用されている。このリニアドライブ３０は、ピッチ軸（図示されていない）を決定するピボットジョイント（図示されていない）の周りにスタータ２９を取り付けることができる。 
【００６８】
従って、レーザー超音波測定ヘッド１は、それぞれ個別に、リニアドライブ２８により旋回軸７に対して半径方向に取り付けることができ、このことは、図３の二重矢印３１によって示されている。少なくとも測定モードの間、半径方向の位置３１は、特に光切断センサー２３などの距離センサーによって直接調整することができる。この実施例の場合、リフト高さは、例えば４００ｍｍであり得る。
【００６９】
リニアドライブ３０及びピボットジョイント（図示されていない）によって、レーザー超音波測定ヘッド１は、さらに、それぞれ個別にピッチ運動を行うことができ、これは図３の二重矢印３２で示されている。このピッチ運動は、本実施例においては、例えば±１５°の動きを有し、図２に示されているレーザービーム１９の位置を中心に、例えばこの角偏向で動く。このピッチ運動により、管１７の特定の角度範囲のクローズアップ写真を撮ることができ、それにより、この範囲における管１７の非常に詳細な画像が得られる。また、とりわけ最も欠陥の発生しやすい場所に絞って欠陥を調査することもできる。この実施例の場合、ピッチ軸は、ピボットベアリングの半径方向の外部で、旋回ディスク１２の高さに配置されているが、適当なギヤ配置又はレバーなどを用いてピッチ軸をさらに半径方向の内部に移すことも容易に考えられる。同様に、例えばリンクガイド又は同類の装置によってもこれを実施することができる。 
【００７０】
この場合、ピッチ運動は、必ずしも軸を中心に行われる必要はなく、実質的に管軸２６又は旋回軸７に平行に調整されることも簡単に理解できる。むしろ、この軸を傾けた状態に、又は実質的に管軸２６又は旋回軸７に対して垂直に調整することもできる。とくに、後者の調整の場合、また、これとは異なる場合も、上下運動の代わりに、管１７の管表面上における測定ヘッド１の焦点の動きに基づく、ピッチ運動及び円運動などを行うこともできる。
【００７１】
レーザー超音波測定ヘッド１は、さらに、旋回軸７を中心に、駆動歯車１３及び関係するドライブのピボットベアリング１０、１１によって±６０°で旋回を行い、図３の二重矢印３３で示されているように、管の全周にわたって測定を行うことができる。この場合、図１に示されている実施例のレーザー超音波測定ヘッド１は、さらに、反時計回り（図１の図面を見た場合）に９０°の旋回を行うことができるため、垂直に下を向くレーザー超音波測定ヘッド１も水平なメンテナンス位置に動かすことができる。必要に応じて、より大きな旋回運動又は純粋な回転運動も準備することができるのは明らかであるが、その場合は、必要に応じて、ピボットベアリング１０、１１、駆動歯車１３及び旋回ディスク１２の構造的変更を行う必要があるだろう。また、それぞれのユニットの電源供給を適切な方法で確実なものにしなければならない。主な構造的変更は、とりわけ、本実施例ではピボットベアリング１０、１１にも駆動歯車１３及び旋回ディスク１２にも設けられているメンテナンスギャップ３４のブリッジであろう。このメンテナンスギャップ３４によって、管１７がまだ測定範囲内にあっても、全ての配置を水平に、測定位置からメンテナンス位置にすることができる。 
【００７２】
それぞれ動かす必要のある様々な質量があるために、ピッチ運動３２は、旋回運動よりも明らかに高い周波数又はピッチ速度で行われる。 
【００７３】
水平方向の移動８及び垂直方向の移動９は、一方で、実質的にメンテナンスに用いられるが、これらの移動は、例えば別の管を加工及び測定しなければならない場合に管径が変更される際、又は非常に大きな、緩やかな湾曲又は歪みが管に生じている可能性がある場合に、ゆっくりとした調整プロセスを行うためにも用いることができる。 
【００７４】
垂直方向の移動９により、本発明の具体的な実施に応じて、ベースでの万一の作業に関しても、構造上発生する経費を最小限にすることができる。管肉厚測定装置が使用される当該の圧延装置又は管運搬装置が比較的低く作られている場合、レーザー超音波測定ヘッドの少なくとも１つを圧延装置又は管運搬装置の下部でも使用できるようにするため、ベースが設けられているケースでは、基礎管肉厚測定装置の部分でベースを開ける必要がある。垂直方向の移動９により、レーザー超音波測定ヘッド１を、早めに、必要に応じて水平方向の短い移動８を行ってから持ち上げることができるため、さらなるベースでも作業の必要はない。場合によっては、このために、メンテナンスギャップ３４が、例えば下方に開いているように調整されるのが有利であり、その場合、必要に応じて、部分的にキャリア５も開けて、メンテナンスギャップ又はメンテナンスリセスを設けることができる。メンテナンスギャップ３４を相応に広げることも考えられるが、このことは、場合により、ピボットベアリング１１のガイド性能の損失につながるおそれがある。事情によっては、故障の際に取り除くことのできる適切なピボットベアリング延長インサートによってこれに対処することができる。
【００７５】
ベースでの作業を最小化した場合、また、管肉厚測定装置を使用する圧延装置又は管運搬装置が低い場合も、管肉厚測定装置を使用できるようにするために、水平方向の移動８を備える管肉厚測定装置とメンテナンス位置のための垂直方向の移動９とが、本発明のその他の特徴とは無関係に有利であることは自明である。これには、特に、メンテナンスギャップとの相互作用及びその調整又は形成が適切に行われることが重要である。 
【符号の説明】
【００７６】
１                レーザー超音波測定ヘッド        
２                旋回フレーム            
３                支持フレーム            
４    リフトテーブル    
５    キャリア        
６    底板        
７                旋回軸  
８                水平方向の移動            
９                垂直方向の移動            
１０  ピボットベアリング  
１１  ピボットベアリング  
１２              旋回ディスク            
１３  駆動歯車        
１４  供給ライン      
１５  光ケーブル
１６  光ケーブル      
１７  管          
１８  レーザービーム    
１９  レーザービーム
２０  反射円錐
２１  レンズ
２２  コリメータ
２３  光切断センサー
２４  データケーブル
２５  温度センサー
２６  管軸
２７  ローラー
２８  リニアドライブ
２９  スタータ
３０  リニアドライブ
３１  半径方向の位置
３２  ピッチ運動      
３３  旋回運動
３４  メンテナンスギャップ
３５  鏡
３６  鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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