DE1935755A1

DE1935755A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Streckungsgrades von gewalztem Blech

Info

Publication number: DE1935755A1
Application number: DE19691935755
Authority: DE
Inventors: Kuniji Asano; Moritada Kubo
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1968-07-12
Filing date: 1969-07-14
Publication date: 1970-01-15
Also published as: US3592051A; FR2012824A1; SE357616B; JPS4837102B1; GB1263605A

Description

TOKYO SHIB. AURA ELBOTRIO 00. ,LTD,, KAWASAKI-SHI, JAPAN

Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Streckungsgrades von

gewalztem Blech

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Streckungsgrades von Blechbändern bei der Herstellung flacher Blechbänder durch Walzen.

Beim Walzen von Blechbändern mit hervorragendem Ebenheitsgrad und einer verlangten Form nuß das Band gleichmäßig gestreckt werden. Lokale Änderungen des Streckungsgrades führen zum Auftreten von Wellungen auf der Oberfläche des gewalzten Blechbandes. Diese Wellungen können grob in solche Wellungen eingeteilt werden, die im mittleren Teil des Bandes auftreten und sich in Längsrichtung, d. h. in Walzrichtung erstrecken (im folgenden als»Mittelwellungen"bezeichnet), und solche,

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die an der Kante oder den Kanten des Bandes auftreten (im folgenden als "Kantenwellungen" bezeichnet).

Um das Auftreten von Mittel- oder Kantenwellungen zu verhindern, wird beim Walzen von Metallbändern ein balliges Walzenpaar verwendet. Mit dem Ausdruck "ballige Walzen" werden im folgenden sowohl Walzen verstanden, deren mittlerer Teil allgemein nach außen vorsteht als auch einfache zylindrische Walzen. Um Kantenwellungen zu vermeiden, sind ballige Walzen so ausgelegt, daß sie sich unter einer äußeren 'Last so biegen, daß im mittleren Teil eines gewalzten Bandes ein größerer Druck aufgebracht wird. Um auch das Auftreten von Mittelwellungen zu vermeiden, werden diese Walzen ebenfalls mit einer solchen äußeren Last beaufschlagt, daß sie sich so biegen, daß am Kantenbereich des gewalzten Bandes ein höherer Druck aufgebracht wird. Demgemäß können Kanten- oder Mittelwellungen entsprechend der Art und Weise, in der die äußere Last aufgebracht wird, vermieden " werden. Zur Überwachung und Einstellung der Aufbringung dieser Last, d. h. der Betriebsweise der balligen Walzen, muß der Verformungsgrad des gewalzten Bandes fortlaufend gemessen werden. Diese Messung bietet jedoch aus den folgenden zwei Gründen beträchtliche Schwierigkeiten. Erstens läuft das Band mit hoher Geschwindigkeit, so daß ein Meßverfahren, bei dem unter Berührung mit der Oberfläche des Bandes gemessen wird, undurchführbar ist. Zweitens wird das Blechband .während des Walzens einer ziemlich großen Zugkraft unterworfen, so daß die Amplitude der Kanten- und Mittelwellungen geringer ist, als wenn das Band von der Zugkraft entlastet ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Streckungsgrades von gewalztem Metallband ohne direkte Berührung desselben zu schaffen. ■ . ...

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Erfindungsgemäß wird der Streckungsgrad dadurch bestimmt, daß am Ausgang der Arbeitswalzen das laufende Blechband in Schwingungen ähnlich einer stehenden Welle mit vorbestimmter Wellenlänge versetzt wird und daß die Amplitude ohne Berührung des Bandes gemessen wird.

Anhand der "in der beigefügten Zeichnung dargestellten beispiels^eisen Ausführungsform wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

Figuren 1A und 1B zeigen schematisch in perspektivischen Ansichten typische Beispiele der Deformation von gewalztem Blech.

Pig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung schematisch den Haupt teil der Ausführungsform gem. Fi.g. 2. Fig. 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude, wie sie in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform verwendet wird.

Fig.·5 zeigt in einem Blockdiagramm eine Schaltung zur Bestimmung des Streckungsgrades und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 sind die genannten Mittelwellungen des Bandes 1 mit 1a und die Kantenwellungen mit 1b bezeichnet.

Bei der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsformsind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 2 ist das gewalzte Blech mit 1, ein Arbeits-WaIzenpaar mit 2 und ein Stütz-Walzenpaar mit 3 bezeichnet, das die Arbeitswalzen 3 abstützt. Das Blechband 1 wird über eine Führungswalze 4 in Pfeilrichtung auf einen Haspel 5 aufgewickelt. Zwischen den Arbeitswalzen 2 und der Führungswalze

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sind in einem vorgeschriebenen Abstand L zwei Haltewalzen-Paare und 7 angeordnet. Die Haltewalzen 6 und 7 begrenzen die Schwingungen des Baues 1 in Richtung seiner Stärke.

Mit 8 ist eine Schwingungsvorrichtung bezeichnet, die an den gegenüberliegenden Seiten des Bandes 1 angeordnet ist. Die Schwingungsvorrichtung 8 versetzt das Band 1 mit vorgeschriebener Frequenz in Richtung der Pfeile 9 in Schwingungen,so daß zwangsweise eine Schwingungsform ähnlich einer stehenden Welle (im folgenden als "stehende Welle" bezeichnet) entsteht. Die Schwingungsvorrichtung 8 kann beispielsweise aus Vorrichtungen bestehen, die in Abständen abwechselnd ein Fluid auf das Band 1 ausstoßen, oder auch aus'einer-Vorrichtung, mit deren Hilfe auf ein Band 1 aus magnetisierbarem Material eine magnetische Kraft

ausgeübt wird. Derartige Vorrichtungen sind bekannt und können einfach hergestellt werden. Ein Detektor 11 dient zur Messung der Amplitude A der stehenden Welle 10. Eine Längen-Meßvorrichtung 12 dient zur Messung des Abstandes der Haltewalzen-Paaren 6 und 7. Sie besteht beispielsweise aus einem mit' den Haltewalzen 6 und 7 verbundeneniPotentiometer. Die dem gemessenen Abstand L entsprechenden Signale und die vom Detektor 11 abgegebenen Signale werden zu einem Rechner 13 geführt, der denstreekungs.grad des Blechbandes berechnet. Mit 14 ist eine Rückkopplungsleitung bezeichnet, die an eine bekannte Einstellvorrichtung im Walzgerüst zur Regelung des Ebenheitsgrades des Bandes führt. Diese besteht beispielsweise aus einer Vorrichtung zur Steuerung der Anstellung, der Balligkeit der Walzen usw.

In der voraufgegangeneη Beschreibung ist einschließlich der Figur der Einfachheit halber nur eine Meßvorrichtung mit einem einzelnen Detektor 11 beschrieben und dargestellt. Im allgemeinen wird jedoch eine größere Anzahl von Detektoren in der

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Querrichtung des Blechbandes angeordnet, an die eine Anzahl von Rechnern 14 entsprechend angeschlossen ist.

Im folgenden wird nunmehr die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das verwendete Prinzip zur Bestimmung des Streckungsgrades des gewalzten Blechbandes beschrieben. Wenn sich das Band schnell bewegt, so treten komplizierte Schwingungen in Richtung der Blechbandstärke auf. Das Band schwingt in fortschreitenden Wellen ähnlich den beim Walzen des Bandes erzeugten Kanten- und Mittelwellungen. Diese Schwingungen werden von den durch die* auf das Band 1 . wirkende Zugkraft und den Abstand zwischen den Haltewalzen und 7 bestimmten Eigenschwingungen überlagert. Die von den Kanten- und Mittelwellungen herrührenden Schwingungen werden als sogenannte Auswö'lb .ungs ers cheinung bezeichnet.. Bei schneller Bewegung des Bandes ändern diese Schwingungen unregelmäßig ihre Wellenlänge und Phase .und bilden so komplizierte Wellenformen. Wird jedoch, wie im erfindungsgemäßen Verfahren, das durch die Haltewalzen in vorgeschriebenem Abstand L gehaltene Blechband zwangsweise in Schwingungen versetzt, so entsteht gegebenenfalls eine stehende Welle, deren Wellenlänge halb so groß ist wie der Abstand L. Dadurch ist die Punktion der Wellenform im wesentlichen festgelegt. Demgemäß kann nach Bestimmung der Amplitude der stehenden Welle der Streckungsgraa des der stehenden Welle entsprechenden Bandteils leicht berechnet werden. '

In Fig. 3 ist die Längsrichtung des Bandes \ als x-Achse bezeichnet, die Senkrechte dazu zur Schwingungsvorrichtung 8 hin als y-Achse und der Schnittpunkt zwischen der x- und •y-Achse als Ursprung 0. Damit kann die stehende Welle 10 mit der Maximal-Amplitude A durch folgende Gleichung angenähert werden ι _{y= A sin} J , _x __(i)

Dabei ist die Amplitude A sehr klein gegen die halbe Wellenlänge I,so daß die Annäherung durch eine Sinus-Punktion ■ ' ■ praktisch keine Schwierigkeiten bietet- Die Länge L' des

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Metallbandteils, in dem die stehende Welle mit der Amplitude A und der halben Wellenlänge L erzeugt wird, kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Mit dem Abstand L zwischen den Haltevorrichtungen oder -walzen als Basis ergibt sich der Streckungsgrad s des Metallbandes aus der Gleichung :

_s _ LV.-.L i/'^A,²

Der Streckungsgrad s kann durch den Rechner 13 sofort berechnet werden. Beispielsweise enthält der Rechner 13, wie in Fig. 5 gezeigt, eine Divisiohsschaltung, der die Ausgangsspannung V^ (V-T= K₁- *L mit K_x = Konstante mit der Dimension Volt/cm)

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der Längenmeßvorrichtung 12 zur Messung des Abstandes L und die Ausgangsspannung V. (V. = K. · A mit K. = Konstante der Dimension Volt/ cm) des Detektor Π zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Divisionsschaltung entspricht dem Verhältnis VY /V-r dieser Ein gangs spannung. Der Rechner 13 enthält ferner eine Quadrierschaltung , die in Reihe mit der Divisionsschaltung liegt und das Quadrat der Ausgangssignale derselben bildet. Der Streckungsgrad s wird an einer Anzahl von in Querrichtung des Blechbandes liegenden Punkten bestimmt und dementsprechend wird auf eine Vorrichtung zur Einstellung des Ebenheitsgrades der Oberfläche des Metallbandes eine Kraft aufgebracht, bei der beispielsweise ein Paar balliger. Walzen entsprechend der Verteilung des bestimmten Streckungsgrades an diesen Punkten eingestellt wird, so daß die Walzen in gewünschter Weise gekrümmt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Form bzw. den Sbenheitsgrad des gewalzten Metallbandes zu regeln.

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Die Amplitude A der stehenden Welle kann beispielsweise optisch gemessen werden, Anhand der Fig» 4 wird nunmehr ein Beispiele für eine solche Messung beschrieben. Darin ist die Bewegungsrichtung des Blechbandes 1 als x-Achse, die Richtung der Blechbandstärke als y-Achse und ......

die Querrichtung desselben als z=Achse bezeichnet. Der Schnittpunkt der drei Achsen bildenden Ursprung O.Die Schnittlinie der stehenden Welle mit der x- y-Ebene ergibt sich aus Gleichung (1), Die Lichtstrahlen 15 sollen von den Punkten P (X₅ H₅ -a) zu den Punkten R (X, 0,0) verlaufen. Die reflektierten Lichtstrahlen 15' verlaufen dann zu Punkten, die in unterschiedlichen Abständen - d vom Punkt Q (X, H, a) entfernt liegen. Ist H-; A so kamder Abstand d durch folgende GMchung atis gedrückt werden?

d = £fj5~ H · cos "£" · X ... (4)

Der Abstand d ergibt sich aus dem Abstand der Lichtstrahlen, die von zwei foto elektrisch en Meßgeräten S« und S_P gemessen werden* der von der zur y-z-Sbene im Abstand χ parallel liegenden Ebene unterteilt" wird. Wird dieser Abstand als X-- bezeichn-&%s---se-^:kann ..die Amplitude A der jeweiligen stehenden Welle leicht_aus Glei-_ chung (4) bestimmt werden»

Wie in Fig. 6 dargestellt, kann die stehende Welle ebenfalls erzeugt'werden, wenn statt der erwähnten Haltewalzen 6 und 7 zwei Walzen 16 und 16' als Führungswalzen in einem Abstand L voneinander angeordnet werden. Ferner kann eine der Walzen 16 oder 16* durch die Arbeitswalzen 2 ersetzt werden. Ebenso • ist offensichtlich, daß die Vorrichtungen zur Erzeugung der stehenden Welle und zur Bestimmung derselben nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt sind.

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Claims

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Verfahren zur Bestimmung des streokun£sgrades von Blechbättdern während des Walzens, dadurch gekennzeichnet* daß das bewegte Blechband am Auslaß der Arbeltswalzen zwangsweise so in Schwingungen versetzt wird, daß ^Schwingungen-.· mit stehender Welle von vorher bestimmter Wellenlänge erzeugt werden, daß die Amplitude des in einer stehenden Welle schwingenden Blechbandes gemessen wird, und daß aus den Werten der Amplitude und der Wellenlänge der Streckungsgrad des Blechbandesι bestimmt wird»

2* Vorrichtung zur Durchführung deö Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (8) am Auslaß der Arbeitswalzen, die das bewegte Blechband iti Richtung der Blechbandstärke zwangsweise In Schwingungen von der Art einer stehenden Welle mit vorbestimmter Wellenlänge versetzen, durch Vorrichtungen (17 ,S₁, S«) zur Bestimmung, der Amplitude des In einer stehenden Welle schwingenden bewegten Blechbandes und durch eine Vorrichtung (13) zur Berechnung des Streckungsgrades des Blechbandes auB der bestimmten Amplitude und vorgeschriebenen Wellenlänge der stehenden Welle. * ■

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch bei dem zwischen dem Walzen mittels Arbeitswalzen und dem Aufwickeln auf einen Haspel der Streckungsgrad bestimmt wird, ge-: kennzeichnet durch eine Vorrichtung (8), die das bewegte Blech-

-~- band zwischen den Arbeitswaizen (2) und dem-Haspel (5) - ■!»-

Richtung der Blechbandstärke zwangsweise in Schwingungen vorbestimmter Frequenz versetzt» durch Vorrichtungen (6, 7) zur Begrenzung der Schwingungslänge der von der Söhwingungsvorriohtung (8) Erzeugten Schwingungen auf einen vorbestimmten Teil des Blechbandes In dessen Längsrichtung,

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durch Vorrichtungen zur Einstellung der Schwingungen des Blechbandes, so daß dieses im wesentlichen in einer ste-■ henden Welle mit vorbestimmter Wellenlänge schwingt, durch eine Verrichtung (I.7, Sj, S₂) zur Bestimmung der Amplitude des in einer stehenden Welle schwingenden Blechbandes, und durch einen Rechner (15) zur Bestimmung des Streckungsgrades des Blechbandes, der den Streckungsgrad aus den von der Vorrichtung zur Bestimmung der Amplitude abgegebenen und der Amplitude entsprechenden Signalen berechnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die das Blechband zwangsweise in Schwingungen versetzt, aus einem Paar von Blasvorrichtungen besteht, die an den.gegenüberliegenden Seiten des Blechbandes einander entgegengesetzt angeordnet sind und abwechselnd Gas auf das Metallband blasen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die das Blechband zwangsweise in Schwingungen versetzt aus einem Paar von Elektromagneten besteht, die an den gegenüberliegenden Seiten des Blechbandes einander entgegengesetzt angeordnet sind und eine magnetische Kraft auf das Blechband ausüben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Begrenzung der Schwingungslänge aus zwei Walzenpaaren (6, 7) bestehen, die in einem vorgeschriebenen Abstand voneinander stehen und das Metallband zwischen sich halten.

7· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzelohnetj, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der Amplitude aus einer Anzahl von Det ekt ören (11) best ent, dle quer zum Blechband angeordnet sind-. , '--.'-■

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- ίο -

8, Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Bestimmung der Amplitude aus einer Lichtquelle.(17), die Lichtstrahlen auf das Band abstrahlt und aus einem Paar von Fotozellen besteht, die so angeordnet sind, daß sie die vom Band abgestrahlten Lichtstrahlen aufnehmen und ein elektrisches Signal erzeugen.

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