DE1623342C2

DE1623342C2 - Vorrichtung zum Bestimmen der Welligkeit von bandförmigen Gegenständen

Info

Publication number: DE1623342C2
Application number: DE1623342A
Authority: DE
Inventors: Tsuguo Ishida; Hideo Takafuji
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1966-09-07
Filing date: 1967-09-07
Publication date: 1975-04-30
Also published as: DE1623342B1; US3470739A; GB1199328A; SE330618B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Welligkeit von bandförmigen Gegenständen, insbesondere von gewalzten Blechbändern, definiert als die Differenz zwischen der Länge S des Bandes, gemessen längs der Wellen und der Länge L der Parallelprojektion des Bandes auf eine Bezugsebene, oder des Welligkeitsgrades (S — L)IL.

Neuerdings ist der Verbrauch von gewalzten Metallstreifen und Bändern sehr hoch. Durch den Fortschritt der Technik werden mehr und mehr flache Bänder mit minimaler Welligkeit gefordert. Es ist daher notwendig, die Welligkeit der Produkte zu messen, um Erzeugnisse zu erhalten, die diesen Erfordernissen entsprechen.

Zur Bestimmung der Welligkeit von Oberflächen ist es bekannt, die Höhe der Scheitelpunkte von Wellen zu messen und diese Höhen durch die Meßstrecke zu dividieren. Ferner sind Vorrichtungen bekannt, mit denen Neigungen von Oberflächen gemessen werden können, wobei diese Meßwerte dann gewünschtenfalls in einem Rechner summiert oder integriert werden. Diese Werte sind für viele Zwecke, z. B. für die Vermessung von Straßen, voll ausreichend, jedoch können Präzisionsmessungen an Oberflächen von Metallbändern nicht mit der erwünschten Genauigkeit durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Bestimmung der Welligkeit von bandförmigen Gegenständen mit extremer Genauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung so gelöst, daß die Vorrichtung zum Bestimmen der Wclligkeit von bandförmigen Gegenständen mit wenigstens einer längs des Bandes bewegbaren Einrichtung zum Messen des Gradienten des Bandverlaufes über der Bezugsebene und einer Recheneinrichtung zur fortlaufenden Quadrierung dieser Gradientenfunktion und zur Integration dieser Quadratfunktion über die Länge L bzw. zur fortlaufenden abschnittsweisen Summation dieser Quadratfunktion über die Länge L versehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, in der

F i g. 1 perspektivisch eine übliche Methode zum Messen einer Oberflächenform zeigt;

F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung der Welligkeit und des Welligkeitsgrades;

F i g. 3 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Meßprinzips;

F i g. 4 zeigt das Prinzip einer Meßvorrichtung mit daran angeschlossenem bekanntem Rechner;
F i g. 5 bis 8 sind Seitenansichten von bekannten Vorrichtungen zum Messen des Gradienten der Oberfläche;

F i g. 9 zeigt eine Draufsicht auf eine erlindungsgemäßc Vorrichtung mit mehreren Meßeinrichtungen: ίο Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform nach F i g. 9;

Fig. 11A und 11 B zeigen die Steuerung einer Walzanlage durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. Dabei zeigt 11A eine Seitenansicht und 11 B eine Vorderansicht;

Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Untersuchungen gemäß der Erfindung zeigt.

Um die spätere Erläuterung der Erfindung verständlich zu machen, werden zunächst bekannte Meßverfahren und Vorrichtungen an Hand der Fig. 1 bis 8 erläutert.

Gemäß Fig. 1 wird eine bekannte quantitative

Messung bei einer gewalzten Platte 1 so ausgeführt.

daß die Länge (Höhe) α von einer Bezugsebene 2 bis zum Scheitel 4 einer Welle 3 benutzt wird oder die

Steilheit, die durch das Verhältnis /. = -τ- . d. h. nur

das Verhältnis der Höhe α zur Länge / zwischen den Mulden der Wellen verwendet wird. Dabei sind der Anfang und das Ende der Wellenlänge / nicht bestimmt. Da es ferner Wellen mit komplizierteren Formen gibt, kann die Form nicht ausschließlich durch die Messung der Faktoren α und /. ausgedrückt werden.

Wie F i g. 2 zeigt, ist die Länge S des Wellenteils längs des Bandes, d. h. längs der Wellen größer als die Länge L des flachen Teiles des Bandes 1 (also nicht längs der Wellen, sondern gerade gemessen). Werden daher L und S gemessen, und damit die Größe der Welligkeit Λ = S — L und der Welligkeits-

grad f = 7- = —-,— berechnet, so ist die Form

L JL·

dieses Bleches oder Bandes für manche Anwendungsgebiete quantitativ genau genug bestimmt.

In Fig. 4 wird das Prinzip einer Vorrichtung zur Durchführung eines bekannten Meßverfahrens gezeigt, wobei eine Einrichtung 5 zur Messung des Gradienten und ein Rechner 6 verwendet werden. Die Länge und die Höhe werden mit dieser Einrichtung 5 nicht direkt gemessen, sondern es wird an jeder Stelle eines gewalzten Bandes 1 der Gradient α zu einer Bezugsebene 2 gemessen. Wird dieser Gradient <i gemessen, wie deutlich in Fig. 3 gezeigt ist, so bestimmen sich die Wellenhöhe α und die Steilheit / aus den folgenden Formeln:

•-4-/

2 L

ah

ah ~άχ~

dx.

Wenn nun mit dem obengenannten Rechner 6 die Integrale der Formeln (A) und (B) berechnet werden, können α und λ bestimmt werden. Obwohl in der Zeichnung nur eine Wellenlänge gezeigt ist, kann die

Meßlänge natürlich willkürlich gewählt werden. In diesem Fall werden die Durchschnittswerte von a und / über die gesamte Meßdistanz bestimmt.

Bei der Durchführung einer Messung mit einer solchen Einrichtung 5 ist es notwendig, daß das gewalzte Band 1 bewegt wird oder daß, wenn das gewalzte Band 1 stationär bleibt, die Vorrichtung einschließlich dieses Meßteiles längs dieses Bandes 1 bewegt wird. Dazu können verschiedene bekannte Einrichtungen verwendet werden, von denen fünf in den F i g. 5 bis 8 gezeigt sind.

In Fig. 5 ist ein zweirädriger Schlitten 8, der mit Rädern 7 und T versehen ist, über eine Drehwellc 10 schwenkbar mit dem vorderen Ende eines Stützarmes 9 verbunden, der schwenkbar an der Basis 12 eines Stützteiles 11 angebracht ist und der durch den Stützteil 11 mit Hilfe von Federn 13 und 13' gehalten wird. Die Räder 7 und T des zweirädrigen Schlittens 8 sind so ausgebildet, daß sie immer dem Gradienten des gewalzten Bleches 1 folgen. Wenn daher in diesem Fall der Drehwinkel der drehbaren Welle 10 gemessen wird, ist der Gradient des Bleches an diesem Punkt bekannt bzw. zu bestimmen.

In F i g. 6 sind nun zwei Verschiebungselemente 14 und 14', beispielsweise Differentialtransformatoren, integral angebracht, wobei diese Transformatoren in Bewegungsrichtung des gewalzten Bandes 1 einen festen Abstand Ix voneinander haben, so daß, wenn die Differenz I/i zwischen den Höhen /i, und h₂ der Verschiebungsmeßelemente 14 und 14' von der Bezugsebene 2 bekannt ist, an dieser Stelle der Gradient

a = -r— bestimmt werden kann.

In Fig. 7 ist eine Hubstange 18 am vorderen Ende eines Stützarmes 17 drehbar gelagert, welch letzterer an einem Stützteil 15 mit Hilfe von Federn 16 und 16' angebracht ist, so daß eine Rolle 19 am vorderen Ende dieses Hubarmes 18 sich frei nach oben und unten in engem Kontakt mit der Oberfläche des gewalzten Bandes 1 bewegen kann. Die Differenz l/j der Blechoberfläche wird durch ein Verschiebungsmeßelement 20 gemessen, das mit dieser Stange 18 verbunden ist und von der Rolle 19 am vorderen Ende der Hubstange 18 einen Abstand Ix hat,,

so daß der Gradient « = -τ— bestimmt werden kann.

Gemäß F i g. 8 wird die Höhe/? des gewalzten Bandes oder Bleches 1 mit einem Verschiebungselement 21 gemessen und mit Hilfe eines elektrischen Kreises 22 nach χ differenziert, so daß sich der Gradient zu <i = -j— bestimmt,
dx

Als Rechner 6 kann irgendein geeigneter Rechner verwendet werden. Bei einem Analogrechner, bei dem die Integration elektrisch nur in einem Zeitbereich durchgeführt werden kann, werden dabei, wenn beispielsweise die relative Geschwindigkeit der Meßvorrichtung und des Bandes festliegen, die genannten Integrationen α und λ von örtlichen Integrationen in zeitliche Integrationen umgewandelt, womit die Rechnung durchgeführt werden kann. Wenn, bei Verwendung eines Digitalrechners, der Meßwert des Gradienten immer dann abgenommen wird, wenn der genannte Meßteil 5 sich um einen Abstand Ix, mit Bezug auf das Band bewegt, so werden die Formeln (A) und (B) in die folgenden Formeln (A)' und (B)' umgewandelt, woraus man die folgenden Werte für α und λ erhält:

a =

2L

N \	d/i
—	"dx"
N \	dft
>	dx

Ax,

A X ; .

In diesen Formeln ist N die Zahl der Messungen im Abschnitt L und

L =

Ix,.

I= I

Wenn nun die Messungen in festen Abständen, beispielsweise in den Abständen Ix, = Ix durchgeführt werden, so werden aus den Formeln (A') und (B') die folgenden Formeln (A") und (B"), wobei kein Fehler durch den Abstand der Meßpunkte auftreten kann und eine einfache und genaue Messung möglich ist:

Ax

1 = I

dh_ dx

dh_
dx

(A'

Vorstehend wurden bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum Messen der Wellenhöhe und der Steilheit erläutert. Diese bekannten Methoden und Geräte wurden ausführlicher beschrieben, weil die Erfindung darauf aufbaut. Die nach bekannten Methoden erreichbare Genauigkeit ist jedoch für viele Zwecke unbefriedigend, wie im folgenden erläutert wird.
Bei normal gewalzten Blechen sind die in Fig. 2 gezeigten Größen S und L annähernd gleich. Selbst bei einem Blech bzw. einem Blechband mit sehr schlechter Form ist i) so klein, daß es sehr schwierig ist, durch direkte Messung von S und L, Λ und r genau zu bestimmen. Wenn jedoch der Gradient α dieses Bleches 1, wie oben ausgeführt, durch eine Einrichtung 5 gemessen wird, so erhält man mit Hilfe eines Rechners, mit dem nicht nur Gradienten bestimmt und integriert, sondern vor der Integration auch quadriert werden können, das Ergebnis in analoger Weise, wie bei den Formeln (A) und (B) aus den folgenden Formeln:

ö =

I {dx)

dx

^r-) dx.

Die nachfolgenden Formeln entsprechen den obengenannten Formeln (A'), (B') und (A"), (B"):

^Ax^L^Y

j= I

dh

Eine Bestimmung der Welligkeit bzw. des Welligkeitsgrades auf Grund der Formeln (C), (D), (C), (D') oder (C"), (D") gibt eine wesentlich präzisere Aussage über den Zustand eines gewalzten Blechbandes, weil durch die Quadrierung der Gradienten stärkere Abweichungen überproportional in das Endergebnis eingehen. Ein Blech mit wenigen, aber starken, fehlerhaften Wellen, die eine vorgeschriebene Toleranzgrenzc überschreiten, könnte nach den bekannten Bestimmungsmethoden das gleiche Ergebnis liefern, wie ein gleichförmig gewelltes Blech, bei dem alle Wellen unter einer vorgeschriebenen Toleranzgrenze liegen. Wenige, aber stärkere Fehler können für eine Blechbearbeitung aber viel störender sein, als eine gleichmäßige Wellung.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die zum Messen der Form eines Bleches verwendet wird, ist in den F i g. 9 und 10 dargestellt, gemäß denen ein Blech oder Band 23 auf einer Bezugsplatte 24 angeordnet wird und mehrere Meßeinrichtungen 5. 5', 5"... verwendet werden, die in Breitenrichtung des Bandes angeordnet sind und in dessen Längsrichtung mit Hilfe einer Bewegungseinrichtung 25 bewegt werden, wodurch der Gradient an jedem Punkt dieses Bandes

gemessen wird und S-L oder —-— durch den Rechner 29 berechnet werden, wodurch die Form des

Bandes quantitativ bestimmt und automatisch untersucht und klassifiziert wird. Wenn daher beispielsweise der gemäß Formel (C) oder (D) der Welligkeitsgrad (■■ in Breilenrichtung verglichen wird, wird eine

quantitative Angabe, wie Randwelligkeit oder Mittelwelligkeit, d. h. Welligkeit in der Mitte, möglich. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in den Fig. HA und 11 B gezeigt ist, wird bei einer Bandwalzanlage 26 und beim Bandwalzen eine geeignete Anzahl von Meßeinrichtungen 5, 5', 5"... in Breitenrichtung des Bandes an der Auslaßseite der Walzen angeordnet, der Gradient an jedem Punkt des laufenden Bandes 27 gemessen und der Welligkeitsgrad in dem Rechner 29 berechnet, wodurch es möglich ist, die Form des Bandes 27, das gewalzt wird, zu bestimmen und diese Information in ein Steuersystem 28 des Walzgerüstes zurückzugeben, wodurch die Walzkraft oder die Biegekraft der Walzen automatisch eingestellt und die Form des Bandes 27 während des Walzens reguliert wird.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend ein Beispiel gegeben:

Die Form eines Bandes wurde unter Verwendung der Meßeinrichtung 5 nach F i g. 6 abgetastet, wobei als Verschiebungsmeßelemente 14 und 14' Differentialtransformatoren verwendet wurden. Bei einem Abstand Ix = 10 mm war die Meßgenauigkeit von Zi₁ und Iu 1 100 mm.

Der Welligkeitsgrad <■■ wurde mit dem Digitalrechner berechnet, und er konnte in der Größenordnung von

bestimmt werden. In Fig. 12

000 000

sind Meßergebnisse dargestellt. Dabei waren die Gradientmeßteile in Abständen von 10 cm in Breitenrichtung W des Bandes angeordnet, das eine Breite von 1 m und eine Länge von 2 m hatte. Der Welligkeitsgrad f wurde über die Länge von 2 m gemessen. Durch diese Messung konnte festgestellt werden, daß dieses Band in der Mitte eben, an den Rändern aber wellig war.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Bestimmen der Welligkeit von bandförmigen Gegenständen, insbesondere von gewalzten Blechbändern, definiert als die Differenz zwischen der Länge S des Bandes gemessen längs der Wellen und der Länge L der Parallelprojektion des Bandes auf eine Bezugsebene, oder des Welligkeitsgrades (S — L)/L, gekennzeichnet durch wenigstens eine längs des Bandes bewegbare Einrichtung zum Messen des Gradienten des Bandverlaufes über der Bezugsebene und eine Recheneinrichtung zur fortlaufenden Quadrierung dieser Gradientenfunktion und zur Integration dieser Quadratfunktion über die Länge L bzw. zur fortlaufenden abschnittsweisen Summation dieser Quadratfunktion über die Länge L.