DE2446114A1

DE2446114A1 - System zur bestimmung der querlage von schadstellen an ablaufenden baendern

Info

Publication number: DE2446114A1
Application number: DE19742446114
Authority: DE
Inventors: Shoji Akutsu; Tomohiro Chaki; Masakazu Fujita; Yasuhiko Mashino; Yasumasa Watanabe
Original assignee: Kawasaki Steel Corp; TOEI DENSHI KOGYO KK
Current assignee: JFE Steel Corp; TOEI DENSHI KOGYO KK
Priority date: 1973-09-28
Filing date: 1974-09-27
Publication date: 1975-04-10
Also published as: GB1484148A; US3958128A

Description

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System zur Bestimmung der Querlage von Sehadstellen an ablaufenden Bändern

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Bestimmung der Querlage von schadhaften Stellen an ablaufenden Bändern (Lage der Sehadstellen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Randpunkten)►

Es wurde vorgeschlagen, einen Äbtaststrahl auf die Materialfläehe von ablaufenden Bändern aus Stahlblech,, Nichteisenmetallblech,, Papier, Film oder ähnlichem zu projizieren und einen fotoelektrischen Umformer als Schadstellendetektor zu verwenden. Ein Fehlersignal, das sich bei Vorhandensein einer · Schadstelle in einer Veränderung der Liehtmenge des projizierten Lichtstrahls darstellt, sobald dieser vom Material zurückgeworfen wird oder durch das Material hindurchgeht, dient dabei zur Ladebestimmung der Schadstelle. Es stehen in diesem Fall 2 Typen von fotoelektrischen Schadstellendetektoren zur Verfugung: der eine ist ein Abtastdetektor, der andere ein starrer Detektor. Beim Äbtastdetektor wird ein rechteckiger Lichtausschnitt von einer Lichtquelle im rechten Winkel zur Laufrichtung des Bandmaterials abgetastet, und die Veränderung in der Liehtmenge des Lichtstrahls wird durch eine Detektorelement des Fotodetektors In eine Variante elektromotorischer Kraft umgeformt. In diesem Fall sind mehrere Fotodetektoren einander überlappend angeordnet,, um die Empflndllchtkeltsdlfferenz zwischen dem Mittelteil und den Randzonen auszugleichen,

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- ein Empfindlichkeitsunterschied, der sich aus der Tatsache ergibt, daß der Äbtaststrahl eine tun so weitere Entfernung zu überwinden hat, je weiter er sich aus der Mitte der zu prüfenden Materialfläche entfernt. Bei dem System mit starrem Detektor werden eine Lichtquelle und Fotodetektor en derart in einer Reihe entlang der Kante des zu prüfenden Materials angeordnet, daß das Licht von der Lichtquelle (eine Punktlichtquelle) auf die zu prüfende Materialoberfläche rechtwinklig zur Bandlaufrichtung projiziert wird; das von der Materialoberfläche zurückgeworfene Licht wird vom Fotodetektorelement durch ein'en Schlitz aufgenommen. Das Bildfeld.des Fotodetektor s ist quer unterteilt.

In keinem dieser Fälle gelingt die Identifizierung der Querlage eines Schadens im Bandmaterial. Vor kurzem ergab sich jedoch beispielsweise die Notwendigkeit, ein Material auf Schaden sowohl im Mittelteil als auch an den Randzonen zu untersuchen. Man tat dies, weil jede noch so kleine Schadstelle in zu schweißenden Materialteilen, wie z. B. an Rohblechen, ein ernsthaftes Problem darstellt, da eine solche Schadstelle eine ergeben oder zur Beschädigung der Schweißelektrode führen kann, obgleich ein derartig geringer Schaden kein Problem für zu walzende Bleche darstellt, da der schadhafte Teil abgeschnitten werden kann.

Im vorstehenden wurde die Messung an einander gegenüberliegenden Materialrandzonen beschrieben. Es erließ sich ebenfalls als hotwendig, diese Mesangen in Querrichtung auch in anderen als den einander gegenüberliegenden Randzonen durchzuführen.

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Weist ζ. B. ein Stahlblech eine Schadstelle auf, die durch Reibung zwischen diesem und einem anderen Blech entstanden ist, so ist es aus betriebstechnischen Gründen angebracht, über das Herstellungsverfahren .und über die Art und Weise Bescheid zu wissen, wie es zu dieser Schadstelle kam.

Mit der Erfindung soll daher ein System geschaffen werden, mit dem man die Querlage einer beliebigen Schadstelle in ablaufenden Bändern mit Hilfe eines Schadensdetektors und mindestens eines Abtastdetektors ach finden kann, wobei die Querlage der Schadstelle im Band durch Deckungsgleichheit der Austrittssignale aus beiden Detektoren bestimmt wird.

Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Abtastdetektor so angeordnet wird, daß er den von einer Lichtquelle ausgehenden und von einem Reflektor zurückgeworfenen Abtaststrahl empfängt, kurz bevor er auf eine Kante des zu prüfenden Materials auftrifft; daß vom besagten Abtastdetektor nach Durchgang des Lichtstrahls ausgehende Austrittssignal wird in einen Unterteilungskreis - z. B. in einen Zählkreis oder einen monostabilen Kippschwingungsgeneratorkreis eingegeben, wo es voreingestellte Zähl- oder Abschnitts-Signale erzeugt. Jedes dieser Signale wird im Hinblick auf Deckungsgleichheit mit dem aus dem Schadensdetektor stammenden Fehlersignal verglichen, um die Querlage der Schadstelle im Bandmaterial zu bestimmen.

Ein weiteres besonderes Merkmal der Erfindung ist die Anordnung mehrerer Abtastdetektoren in bestimmten Abständen in Querrichtung oberhalb des zu prüfenden Materials, und zwar

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zur Erzeugung Abtaststreckensignalen, welche zur Bestimmung der Schadstellenlage im Bandmaterial herangezogen werden.

Der vorgenannte Reflektor kann die Form eines rotierenden Mehrflächenspiegels mit beispielsweise acht oder sechzehn Spiegelflächen haben.

Die Schadstellendetektoren und Abtastdetektoren können jeweils aus einem geeigneten fotoelektrischen Umformer wie z. B. einer Fotozelle oder einer Fotodiode gebaut sein.

Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, welche folgendes darstellen:

Abbildungen 1 und 2 sind eine Seitenansicht und eine Vorderansicht mit einer der Systemvarianten der vorliegenden Erfindung;

Abbildung J5

Abbildung 4

ist eine Blockschaltzeichnung mit der Schaltkreisanordnung für die Austrittssignale aus dem Schadstellendetektor und dem Abtastdetektor gemäß Abbildungen 1 und 2;

zeigt einen Blockschaltplan mit einer gegenüber Abbildung 3 abgewandelten Schaltkreisanordnung;

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Abbildung 5 zeigt die Vorderansicht einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung;

Abbildung 6 ist der Blockschaltplan der Schaltkreisanordnung des in Abbildung 5 gezeigten Systems.

Die Abbildungen 1 und 2 sind schematische Zeichnungen der einen Systemvariante der vorliegenden Erfindung, bei der eine Lichtquelle (l) einen Lichtstrahl aussendet, welcher von einem rotierenden Mehrflächenspiegel - beispielsweise von einem Achtflächenspiegel (2) - zurückgeworfen und auf das ablaufende, zu prüfende Band (5) projiziert wird. Ein SchadStellendetektor (4) ist so angeordnet, daß- der den zurückgeworfenen Lichtstrahl von der Materialoberfläche (3) aufnimmt. Falls irgendeine Schadstelle in der Oberfläche des genannten Materials (3) vorhanden ist, so verändert sich dadurch die Lichtmenge des Lichtstrahls bei seiner Zurückwerfung von der Materialoberfläche (3). Auf diese Weise erzeugt der Schadstellendetektor (4) das Fehlersignal, das heißt, das Impulssignal als Reaktion auf die veränderte Lichtmenge infolge der vorhandenen Schadstelle. Die Drehgeschwindigkeit des Spiegels (2) kann je nach Laufgeschwindigkeit und Breite des Bandmaterials (3) eingestellt werden; der Antrieb des Spiegels (2) ist auf der Zeichnung nicht dargestellt.

Bei dieser Variante der vorliegenden Erfindung wurde ein Abtastdetektor (5) so angeordnet, daß der auf die Materialober_r fläche (3) fallende Lichtstrahl kurz vor Auftreffen auf einer Kante des zu prüfenden Materials (3) durch den. Abtastdetektor hindurchgeht, und das' Abtastzonensignal erzeugt* Der Licht-

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strahl wird dann von der Materialoberflache (3) zurückgeworfen und vom Schadstellendetektor (4) aufgenommen.

Ist das zu prüfende Material durchsichtig, z. B. wie ein Film, so kann anstelle des zurückgeworfenen Lichtstrahls der durch das Material hindurchgehende Lichtstrahl herangezogen werden. In einem solchen Fall kann der Schadstellendetektor an der anderen Seite des zu prüfenden Materials angeordnet werden.

Die Abbildungen 3 und 4 zeigen zwei Möglichkeiten auf, wie die Schaltfolge der Austrittssignale aus dem Schadstellen- und dem Abtast-Detektor aussehen kann.

Wie aus Abbildung 5 hervorgeht,(diese Abbildung zeigt die Schaltung mit einem Zählkreis als Teilungseinrichtung), wird das vom Abtastdetektor (5) erzeugte Abtastzonensignal an einen Tip-Tip-Kontakt (6) geführt. Position 7 bezeichnet einen Impuls-Oszillator. Die Aufgangsseite des Tip-Tip-Kontakts (6) ist mit einer UND-Schaltung (8)" verbunden, welche ebenfalls mit dem Ausgangsimpuls aus Oszillator (7) gespeist wird. Die UND-Schaltung (8) ist mit einem ersten, voreingestellten Zählkreis (9) verbunden, welcher seinerseits zunächst mit dem Zählen des Ausgangsimpulses aus der UND-Schaltung (8) beginnt und danach weiterzählt, bis der voreingestellte Wert erreicht wird. Dann liefert der Zählkreis (9) einen gegebenen Ausgangsimpuls und springt auf Nullstellung zurück, um wiederum mit dem Zählen zu beginnen. Der Ausgangsimpuls wird dann in einen zweiten, voreingestellten Zählkreis (lO) eingespeist, wo er gezählt wird. Auch der zweite Zählkreis (10) geht auf die Nullstellung zurück,

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sobald er bis zu einem bestimmten, voreingestellten Wert gezählt hat. Dieser Vorgang stellt einen vollständigen Abtastzyklus dar. Polglich stellt der auf dem zweiten Schaltkreis (lO) stammende numerische Wert die quer über das Material (3) verlaufenden Streckenabschnitte dar. Die Ausgangsseiten des zweiten Zählkreises (lO) sind mit jeweils einer Eingangsseite eines jeden der η UND-Schaltung (11 a, Il b... bis 11 n) verbunden; die andere Eingangsseite dieser UND-Schaltungen ist mit der Ausgangsseite des Schadstellendetektors (4) verbunden. Auf diese Weise werden die Zählsignale aus dem zweiten Zählkreis (10) sowie das Ausgangssignal oder Fehlersignal vom Schadstellendetektor (4) an die UND-Schaltun-" gen (ll a - 11 η) geführt. Von der UND-Schaltung, in der die vorgenannten Signale auf ihre Deckungsgleichheit hin verglichen werden, wird der entsprechende Ausgangsimpuls geliefert, falls die genannten Signale untereinander deckungsgleich sind. Dieser Ausgangsimpuls kann zur Feststellung der Querlage einer Schadstelle auf dem Bandmaterial (3) herangezogen werden.

Abbildung 4 zeigt eine Schaltungsvariante hierzu unter Verwendung monostabiler Kippschwingungserzeuger als Unterteiler, und zwar η monostabile Kippschwingungserzeuger (12 a, 12 b, 12 c, bis 12 n) welche miteinander in Reihe geschaltet sind und eine Abtastzone in mehrere, d. h. η Abtastabschnitte unterteilen. Der Abtastlichtstrahl, der von dem in Abbildungen Γ und 2 dargestellten Drehspiegel (2) zurüdgeworfen wird, wird zum Teil durch den Abtastdetektor (5) erfaßt und auf fotoelektrischem Wege in ein elektrisches Signal umgeformt, welches in den ersten monostabilen Schaltkreis (12 a) eingegeben wird und diesen speist. Der monostabile Schaltkreis (12 a) bildet das erste

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Abschnittssignalj welches seinerseits in den zweiten monostabilen Schaltkreis (12 b) eingegeben wird. Die monostabile Schaltung (12 b) liegt am Ende des ersten Abschnitts und bildet das Signal für den zweiten Abschnitt. Danach bilden die monostabilen Schaltung (12 c - 12 n) nacheinander die Abschnittssignale (J> - n) in gleicher Weise. Diese Abschnittssignale werden jeweils in eine Eingangsseite von η UND-Schaltungen {lj> a, I^'-t> - 15 n). eingespeist, während die andere Eingangsseite einer jeden UND-Schaltung mit dem Ausgangssignal gespeist wird, welches das Fehlersignal aus dem Schadstellendetektor (4) gemäß Abbildungen 1 und 2 darstellt. In jeder der vorgenannten UND-Schaltungen (l) a 13 η) werden die Abschnittsausgangssignale und die Fehlerausgangssignale miteinander auf Deckungsgleichheit verglichen. Sind die Ausgangssignale miteinander deckungsgleich, so kann das entsprechende, aus der fraglichen UND-Schaltung erhaltene Ausgangssignal zur Bestimmung der Querlage der Schadstelle im Material herangezogen werden.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, werden der Zählkreis gemäß Abbildung j5 und der monostabile Kippschwingungserzeugerkreis gemäß Abbildung 4 zu Beginn des Abtastvorgangs am zu prüfenden Material erregt; daraufhin kann die Querlage der Schadstelle im Material bestimmt werden unter zu Hilfenahme eines bestimmten Zeitinterwalls oder eines Ausgangssignals, das auf eine bestimmte Entfernung anspricht. Es ist ohne weiteres möglich, unterschiedlich ähnlich geartete Zählmethoden zu ver wenden.

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Abbildung 5 stellt eine weitere Variante der vorliegenden Erfindung dar. In der gleichen Art wie bei der vorhergehenden Variante gemäß Abbildungen ί und 2 sendet die Lichtquelle (l) einen Lichtstrahl aus, welcher von dem Mehrflächea-Drehspiegel (2) zurückgeworfen und auf das durchlaufende, zu prüfende Bandmaterial (3) projiziert wird. Der Schadstellendetektor (4) ist so angeordnet, 'daß er den von der Materialoberfläche (j5) zurückgeworfenen Lichtstrahl auffängt. Ist auf der Materialoberfläche eine Schadstelle vorhanden, so kann sich die Lichtmenge des von der Materialoberfläche zurückgeworfenen Lichtstrahls verändern. Auf diese Weise erzeugt der Schadstellendetektor (4)" das Fehlersignal in Abhängigkeit von der auf die Schadstelle zurückzuführende Veränderung der Lichtmenge.

Weiterhin sind in der auf Abbildung 5 dargestellten Variante vier EOtodetektoren (5 a, 5 b» 5 c und 5 d) im geeigneten Ab-· stand zueinander zwischen dem Drehspiegel (2) und dem zu prüfenden Material (3) in einer Weise angeordnet, daß der Lichtstrahl unmittelbar vor Auftreffen auf die Materialfläche (3)* zunächst von dem ersten Detektor (5 a) erfaßt, dann durch den zweiten und dritten Detektor (5 t>, bzw. 5 c) auf die Materialfläche (3) geführt und schließlich durch den letzten Detektor (5 d) nach dem Abtasten der Projektion des Lichtstrahls auf der Materialfläche (3) erfaßt wird.

Im folgenden wird die Punktion der querlaufend angeordneten ■ Abtastdetektoren (5 a - 5 d) beschrieben..

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Der vom Drehreflektor (2) zurückgeworfene Lichtstrahl wird .teilweise zunächst durch den ersten Detektor (5 a) erfaßt, währenddessen der andere Teil des Lichtstrahls auf die Materialoberfläche (3) geführt und von dieser zurückgeworfen und im Anschluß daran durch den Schadstellendetektor (4) erfaßt wird. Danach wird der Lichtstrahl quer über die Materialflache (^) geführt, und zwar durch .die Abtastdetektoren (5 b und 5 c) bis zum Abtastdetektor (5 d). Wie aus Abbildung 6' mit einer Schaltanordnung für die Variante gemäß Abbildung 5 hervorgeht, wird der Zwischenraum, der zwischen dem Ausgang des ersten Detektors (5 a) und demjenigen von Detektor (5 b) liegt, als Abschnitt "A" bezeichnet. Der Zwischenraum zwischen Eingang des Detektors (5 b) bis'Ausgang des Detektors (5 c) wird als Abschnitt "B" bezeichnet; der Zwischenraum zwischen Eingang des Detektors (5 c) bis zum Eingang des Detektors (5 d) ist Abschnitt ¹¹C". Diese Abschnittssignale und das Fehlersignal aus dem Schadstellendetektor (4) werden auf Deckungsgleichheit hin verglichen, um die Querlage der Schadstelle zu bestimmen. Wie z. B. aus Abbildung 6 ersichtlich ist, erscheint das Fehlersignal "P l" im Abschnitt "A".

Wie ebenfalls aus Abbildung 6 hervorgeht, werden UND-Schaltungen (l4 a, l4 b und 14 c) so angeordnet, daß die Deckungsgleichheit zwischen den Signalen aus Abschnitt "A" , aus Abschnitt "B" sowie aus Abschnitt "C" und jeweils Schadstellendetektor (4) verglichen wird. Bei Darstellung 6 ergibt sich die Impulswellenform "P 6" aus der UND-Schaltung (l4 a) für die Deckungsgleichheit zwischen den Signalen aus Abschnitt "A" und Detektor (4); diese Wellenform wird zur Bestimmung der Querlage der Schadstelle herangezogen.

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Wie ebenfalls aus Abbildung 6 hervorgeht, ist die Wellenform "P l" dem Fehlersignal aus dem Sehadstellendetektor
(4) zugeordnet; die"Wellenformen "P 2" bis "P 5" sind den
Abschnittssignalen der jeweiligen Abtastdetektoren (5 a 5 d) zugeordnet, da in der auf Abbildung 6 dargestellten
Variante mehrere Abtastdetektoren, nämlich (5 a - 5 d) verwendet werden.

Es ist erzählenswert, eine Vielzahl von Abtastdetektoren in geringen Abständen voneinander anzuordnen, und zwar hauptsächlich in den-Randzonen. Auf diese Weise kann der Schwerpunkt der Schadstellenaufspürung nach Belieben· angesetzt werden; z. B. kann man die Randzonen unabhängig vom Mittelteil des zu prüfenden Bandes erfassen, was eine rationellere Aufspürung von Schwachstellen in Randzonen ermöglicht.

Wie im vorhergehenden beschrieben wurde, bestimmt die vorliegende Erfindung optisch die Querlage einer beliebigen Schadstelle im ablaufenden Bandmaterial, und zwar unter zu Hilfenahme eines Abtastdetektors, bzw. von Abtastdetektoren zusammen mit fotoelektrischen Schadstellendetektoren. Hierdurch wird eine bessere Überwachung von Herstellungsverfahren und eine Steigerung der Herstellungsleistung bewirkt.

Die vorhergegangene Beschreibung der bevorzugten Systemvarianten der Erfindung gilt nur als Beispiel. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf irgendein spezifisches System, das hier beschrieben wurde, sondern umfaßt sämtliche möglichen Varianten, welche zum Umfang der beigefügten Ansprüche gehören.

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Claims

- 12 Patentansprüche

1.) Ein System zur Bestimmung der Querlage von Schadstellen — an ablaufenden Bändern. Dieses System umfaßt: eine Einrichtung zur Projektion eines Abtastlichtstrahls auf das zu prüfende ablaufende Band; eine Einrichtung zur Aufspürung von Schadst'ellen im Band, wobei diese Einrichtung so angeordnet ist, daß sie den vom zu prüfenden Material projizierten Abtastlichtstrahl aufnimmt und ein Fehlersignal erzeugt, sofern eine Schadstelle im Material vorhanden ist; weiterhin umfaßt das System mindestens ein Element zur Erfassung einer Abtastzone im zu prüfenden Material, wobei dieses Element so angeordnet ist, daß es den Abtastlichtsträhl unmittelbar vor Auftreffen auf einer Kante des zu prüfenden Materials auffängt und ein Ausgangssignal zur Bestimmung der Abtastzone erzeugt. Die Querlage der Schadstelle im Material wird dabei durch die Deckungsgleichheit zwischen dem aus vorgenannten Schadstellendetektor stammenden Fehlersignal einerseits und dem Ausgangssignal aus dem vorerwähnten Abtastdetektor andererseits bestimmt.

2. Ein System zur Bestimmung der Querlage einer Schadstelle in einem durchlaufenden Band. Dieses System umfaßt: eine Einrichtung zur Projektion eines Abtastlichtstrahls auf das zu prüfende Material, eine Einrichtung für die Aufspürung der Schadstelle im Material, wobei dieser Detektor so angeordnet ist, daß er den vom zu prüfenden Material projizierten Abtastlichtstrahl aufnimmt und ein Fehlersignal erzeugt, falls im Material eine Schadstelle vorhanden ist.

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Weiterhin umfaßt das System eine Vielzahl von Abtastdetektoren, die in einem bestimmten Abstand in Querrichtung über dem zu prüfenden Material angeordnet sind, und die Abtastabschnittssignale zur Bestimmung der Abtastzone im zu prüfenden Material^bestimmen, wobei die Querlage der Schadstelle im Material durch vorhandene Deckungsgleichheit zwischen dem Pehlersignai aus vorgenanntem Schadstellendetektor einerseits und Abtastabschnittssignal aus jedem der Abtastdetektoren andererseits bestimmt wird.

3. ,Ein System zur Bestimmung der Querlage von Schadstellen in ablaufendem Bandmaterial. Das System umfaßt: eine Einrich-• tung zur -Projektion eines Abtastlichtstrahls auf das zu prüfende Material, eine Einrichtung zur Aufspürung der Schadstelle im Material, wobei dieser Detektor so angeordnet ist, daß er den vom zu prüfenden Material-projizierten Abtastlichtstrahl aufnimmt und ein Fehlersignal erzeugt, sofern eine Schadstelle im Material vorhanden ist. Weiterhin uiiiaßt das System eine Einrichtung zur Erfassung der Abtastzone, wobei dieser Detektor so angeordnet ist, daß er den Abtastlichtstrahl unmittelbar vor Auftreffen auf eine Kante des zu prüfenden Materials auffängt und ein Ausgangssignal zur Bestimmung der Abtastzone erzeugt. Schließlich umfaßt das System· eine Einrichtung zur Unterteilung der Abtastzone in eine Anzahl von Abschnitten, wobei diese Einrichtung mit der Ausgangsseite des vorerwähnten Abtastdetektors verbunden ist und die Querlage der Schadstelle im Material durch Dekkungsgleichheit zwischen dem Pehlersignai aus vorgenanntem Schadstellendetektor einerseits und den Abtastabschnit'tsignalen aus' vorerwähntem Unterteilungselement andererseits bestimmt wird. ,

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