DE2548839C3 - Gerät zur Messung der Kontur eines laufenden Metallstreifens - Google Patents
Gerät zur Messung der Kontur eines laufenden MetallstreifensInfo
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Description
40
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Kontur eines laufenden Metallstreifens, mit einer in de/
Nähe eines Randes des Metallstreifens unterhalb von diesem angeordneten, nach dem elektromagnetischen
Prinzip arbeitenden berührungslosen Entfernungs-Meßvorrictitung
zur Feststellung, ob der Rand des Metallstreifens wellig ist.
Ein derartiges Gerät wird beispielsweise in Walzwerken benötigt, um bei einem Metallstreifen, der die
Kalanderwalzen des Walzwerkes verläßt eine bei der Herstellung erzeugte ungleichmäßige Längendehnung
des Materials über die Breite des Streifens feststellen, um bei Feststellung einer unzulässig großen Längendehnung
die zu einer Welligkeit am Rand des Metallstreifens und damit zu einer minderen Qualität des
Produktes führt, den Fertigungsprozeß entsprechend korrigieren zu können. Dabei wird mittels einer
Entfemungs-Meßvorrichtung, die unterhalb eines Randes des laufenden Metallstreifens angeordnet ist, eine
Welligkeit durch Änderung des Abstandes der Oberfläehe dies Metallstreifens von der Meßvöfrichtüng
festgeiiteiit
Aus den US-Patentschriften 35 77 773 und 35 85 495 sind niich dem elektro-magnetischen Prinzip arbeitende
berührungslose Entfernungs^Meßvorrichtungen bekannt, jedoch wird mit diesen bekannten Vorrichtungen
nur dii! Welligkeit des Metallstreifens gemessen, ohne
daß dabei Rücksicht darauf genommen wird, daß der Metallstreifen auch eine Bewegung in Richtung seiner
Ebene ausführen kann. Da die maximale Welligkeit am äußeren Rand des Metallstreifens auftritt, bedeutet die
Vernachlässigung der seitlichen Hin- und Herbewegung des Streifens eine verminderte Genauigkeit, denn bei
einer Entfernungsmessung an einer Stelle des Streifens, die infolge einer seitlichen Wanderung weiter zur Mitte
liegt, wird dann eine geringere Welligkeit vortäuscht,
als tatsächlich vorhanden ist. Wollte man bei diesen bekannten Vorrichtungen die seitliche Wanderung des
Streifens berücksichtigen, müßte eine zusätzliche Steuervorrichtung vorgesehen werden, die entweder
dafür sorgt, daß die seitliche Auswanderung des Streifens wieder rückgängig gemacht wird, oder aber
die Lage der Meßvorrichtung selbst an die seitliche Auswanderung des Streifens anpaßt.
Es sind zwar Nachführvorrichtungen eines Meßfühlers bekannt, (FR-PS 14 83 470), jedoch würde der
Einsatz einer solchen Nachführvorrichtung eine zusätzliche Vorrichtung darstellen, die einen beträchtlichen
Aufwand bedingen wurde. Darüber hinaus befaßt sich
die aus der FR-PS bekannte Nachsteuervorrichtung nicht mit einem laufenden Metallstreifen, sondern mit
einem Glasstreifen, wobei die Nachführvorrichtung auf pneumatischem Prinzip aufgebaut ist. d. h. der Fühler ist
eine Düse, aus der auf den Rand des Streifens ein Inertgas geblasen wird, wobei die Änderung des
Gegendruckes bei einer seitlichen Auswanderung der Glasbahn als Kriterium für die Nachführung verwende!
wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art /u schaffen, das die Kontur
eines welligen Randes eines Metallstreifens unabhängig von einer Zickzackbewegung des Metallstreifens und
wechselnder Breite mit vereinfachten Mitteln genau feststellt.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Meßvorrichtung eine einzige
Meßspule enthält, an die ein i-iochpaß-Filter zur
Ableitung einer der Welligkeit des Metallstreifens entsprechenden hochfrequenten Komponente und ein
Tiefpaß-Filter zur Ableitung einer der Bewegung des Metallstreifens in seiner Ebene entsprechenden niederfrequenten
Komponente angeschlossen ist, und daß auf die niederfrequente Komponente ansprechende Positionssteuermittel
vorgesehen sind, die in an sich bekannter Weise die Meßspule der seitlichen Bewegung
des Metallstreifen/·, so nachführen, daß die Meßspule
stets eine vorgegebene Lage zum Rand des Streifens einhält.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, das Signal, das von der Entfemungs-Meßvorrichtung zur Feststellung
der Welligkeit abgeleitet wird, zugleich als Signal für die Nachsteuerung des Meßfühlers auszunutzen, so daß
eine gesonderte Vorrichtung zur Nachführung entfällt, und darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße
Meßvorrichtung noch dadurch aus. daß nur eine einzige Meßspule vorgesehen ist.
Die [Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Welligkeit verhältnismäßig schnelle Induktionsänderungen in der Meßspule erzeugt, während die seitlichen
Auswanderungen des Metallstreifens verhältnismäßig langsam erfolgen und somit auf elektrischem Wege
durch Filter klar getrennt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:
Fig. 1 ein Blockschallbild eines erfindungsgemäß
imsgebildeten Gerätes;
Fig.2 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung
der relativen Lage des Streifens und der Meßspule bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung;
Fig 3 ein Blockschaltbild der in dem Gerät gemäß
Fig. 1 verwendeten Entfernungsmeßvorrichtung und
Fig.4, 5 und 6 graphische Darstellungen zur
Veranschaulichung der Ausgangscharakteristiken der in F i g. 3 dargestellten Entfernungsmeßvorrichtung.
In Fig. 1 ist die Meßspule la einer Entfernungsmeßvorrichtung
1, die die Entfernung vom Rand eines Streifens 2 durch elektromagnetische Induktion ohne
Berührung des Streifens mißt, nahe dem einen Rand des Streifens angeordnet, and das Ausgangssignal des
Entfernungsmessers 1 wird einer Frequenz-Trennschaltung 3 zugeführt, die aus einem Hechpaßfilter 3a und
einem Tiefpaßfilter 30 besteht. Der Ausgang des Hochpaßfilters dient als Meßsignal FS für die wellige
Kontur, während der Ausgang vom Tiefpaßfilter 3b als Positions-Meßsignal PS dient, das einer Positionssteuervorrichtung
4 zur Einstellung der Position der Meßspule
la in Querrichtung des Streifens 2 zugeführt ·- ird.
Die Positions-Steuervorrichtung 4 enthält eine erste Schmitt-Schaltung 4a, die arbeitet, wenn der Pegel des
Eingangssignals PS vom Tiefpaßfilter einen Bezugspegel Vo überschreitet, und eine /weite Schmitt-Schaltung
4b, die arbeitet, wenn der Pegel des Eingangssignals kleiner als der Bezugspegel Vn ist. Die Ausgänge der
Schmitt-Schaltungen 4a und 4b werden jeweils Relais 4c bzw. 4c/zugeführt. Ein Positions-Steuermechamsmus Af
dient zur Bewegung der Meßspule la in Querrichtung des Streifens 2, was durch Drehung einer Schraubenspindel
4e mittels eines Elektromotors 4g erfolgt. Der Motor 4g wird von einer Stromquelle Ai über eine
Motorsteuerschaltung 4Λgespeist, die die Ausgänge der
beiden Relais 4c und 4c/ empfängt. Wenn der Ausgang des ersten Relais 4c zugeführt wird, dreht sich der
Motor 4g so. daß die Meßspule la zum Inneren des Streifens (in Fig. 1 nach links) bewegt wird, während
bei Zuführt ig des Ausgangs des zweiten Relais 4c/der
Motor die Meßspule nach außen oder in Fig. 1 nach rechts bewegt.
Fig. 3 zeigt, daß ein Kondensator 12 parallel zur Meßspule la des Entfernungsmessers 1 geschaltet ist
und dadurch eine Parallel-Resonanzschaltung 13 gebildet
wird, die über einen Widers.and 14 an einen Be/ugssignaloszillator 15 angeschlossen ist, der ein
Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz gleich der Oszillator-Eigenfrequenz der Resonanzschaltung 13 ist,
die durch die Selbstindukli vität der Meßspule 1 a und die Kapazität des Kondensators 12 bestimmt ist. Die
Resonanzschaltung 13 ist ferner an eine sogenannte »Q-upft-Verstärkerschaltung 18 angeschlossen, die aus
einem Verstärker 16 mit positiver Phase und einem positiven Rückkopplungswidcrstand 17 besteht. Der
Ausgang des Verstärkers 16 wird den Eingängen der Hochpaß- und Tiefpaßfilter 3a bzw. 36 der Frequenz-Trennschaltung
3 zugeführt, und bildet das Meßaus gangssignal MS. Eine geeignete Ausführungsform für
den Entfernungsmesser 1 ist in der Anmeldung eo P 24 53 898.5 der Anmelderin beschrieben.
Bei der oben beschriebenen Schaltung ändert sich die Impedanz der Meßspule la der Entfernungsmeßvorrichtung
1 nicht linear, wenn die Entfernung zwischen der Meßspule la und der Oberfläche des laufenden
Streifens 2 schwankt, und eine derartige Impedanzänderung der Meßspule führ" ^u einer großen Änderung von
Oszillatorstrom- und spannung aufgrund der nicht linearen Frequenzcharakteristik der Resonanzschaltung
13. Da die Nicht-Linearitnt der Frequenzcharakteristik der Resonanzschaltung 13 gerade entgegengesetzt zur
Nicht-Linearität der Impedanzänderung der Meßspule ist, kann die nichtlineare Frequenzcharakteristik der
Resonanzschaltung 13 zu der nichtlinearen Charakteristik der Impedanzänderung der Meßspule durch
geeignete Einstellung der Selektivität Q der Resonanzschaltung 13 durch Einstellung des Verstärkungsfaktors
des Verstärkers 16 der Schaltung 18 und des Betrages der positiven Rückkopplung durch den Widerstand 17
komplementär gemacht werden. Dann ist es gemäß Fig.4 möglich, ein weitgehend lineares Meßausgangssignal
MS zu erzielen, wenn die Entfernung zwischen der Meßspule 1 a und der Oberfläche des Streifens 2 sich
ändert. Das Meßausgangssignal MS, das von der Entfernungsmeßvorrichtung 1 erzeugt wird, ändert sich
etwa linear gemäß Fig.4, wenn die Entfernung zwischen der Meßspule Iu und der Oberfläche des
Streifens sich ändert, wobei die En-'.:rnung in Richtung
der Dicke Zdes Streifens senkrecht .-ur Bewegungsrich
tung / des Streifens gemessen wird. Hierbei ist angenommen, daß die Lage der Meßspule, wenn ihre
Mittellinie mit den Randstreifen übereinstimmt, mit 0 bezeichnet und die Lage der Meßspule innerhalb des
Randes als positiv und die Lage der Meßspule außerhalb des Randes des Streifens als negativ bezeichnet wird.
Dann ändert sich der Ausgang MS, wenn die Entfernung
zwischen der Mittellinie der Meßspu'.e und dem Rand des Streifens oder die relative Position L der Meßspule
und dem Rand des Streifens sich gemäß Fig. 5 ändert,
wobei die Entfernung dzwischen der Meßspule und der
Oberfläche des Streifens als Parameter dient. Die Beziehung /wischen der relativen Position /. und der
Entfernung d. oder die Meßempfindlichkeit fiR/ödlsi in
F ig. 6dargestellt.
Da die relative Position L der Meßspule in bezug auf den Rand des Streifens sich ändert, wenn 'ich der
Streifen entlang einer Zickzacklinie bewegt, oder wenn die Breite des Streifens sich ändert, tritt eine solche
Änderung während eines verhältnismäßig langen Zeitraumes auf. Andererseits ändert sich die Entfernung
d zwischen der Meßspule und df*r Oberfläche des
Streifens, wenn die Kontur des Streifenrandes wellig wird, so daß derartige Änderungen nur verhältnismäßig
kurze Zeit dauern.
Demzufolge enthält die hochfrequente Komponente des Ausgangssignals MS der Entfernungs-Meßvorrichtung
1 eine sich ändernde Komponente, die der Änderung der Entfernung d zwischen der Spule la und
der Oberfläche des Streifens 2 entspricht, während die niederfrequente Komponente des Ausgangssignals MS
eine sich ändernde Komponente enthält, die der Änderung der relativen Position L entspricht.
Das Ausgangss'gnal MS wird durch da^ Hochpaßfilter
la und das Tiefpaßfilter 3b in die hochfrequente
Komponente und die niederfrequente Komponente aufgeteilt, so daß die hochfrequente Komponente ab
das die Randw lligkeit messende Signal FS vom HochpaßfiUer 3a und die niederfrequente Komponente
als das Positionssignal PS Vom Tiefpaßfilter 3b abgeleitet wird.
Somit ändert sich das vom Hochpaßfilter 3a erzeugte Meßsiignal FS der Randwelligkeit, wenn sich die
Entfernung d andere oder der Rand wellig wird, εο daß
es möglich ist, die Kontur des welligen Randes durch Messung der Änderung des Signals FS durch entsprechende
Meßmittel 10 zu bestimmen. Es ist ferner
möglich, das Walzwerk durch das Meßsignal FS für die
Randwelligkeit so zu steuern, daß die Randwelligkeit beseitigt wird.
Das vom Tiefpaßfilter 3b erzeugte Positionsignal PS ändert sich, wenn sich die relative Position ändert, oder
wenn die Position des Randstreifens sich ändert.
Wenn der Pegel des Positionssignals PS einen Bezugspegel Vo überschreitet, beginnt die erste Schmitt-Schaltung
4ä zu arbeiten, während bei Abfall des Signals
PS unter den Bezugspegel V0 die zweite Schmitt-Schaltung
46 arbeitet.
Wenn demzufolge der Bezugspegel V0 so festgelegt
ist. daß er gleich dem Wert des Positionssignals ist, wenn die Mittellinie der Meßspule la mit dem Streifenrand
fluchtet, und sich dann die Position des Slreifenrandes aufgrund einer Zickzackbewegung des Streifens oder
einer Änderung in deren Breite ändert, so daß die
u-*.. II-..-. j.. it. r» ι ;_] η ι—iLjn,Ci.A;rAnMn
tVlIllCUIlllC UCr IVICUSpulC 3IUII auutl imiLr Uta .JH WiVIiI cm
des befindet, arbeitet die Schmitt-Schaltung 4a. Wenn
andererseits die Mittellinie der Meßspule sich einwärts oder nach links bewegt, arbeitet die zweite Schmitt-Schaltung
4ö.
Wenn die erste Schmitt-Schaltung 4a arbeitet, wird das erste Relais 4c betätigt, das die Motor-Steuerschaltung
4Λ so beeinflußt, daß der Motor 4,ein eine Richtung
bewegt wird, in der die Meßspule 1.7 nach innen oder
links bewegt wird, bis die Detektorspule die O-Stellung
einnimmt. Wenn die zweite Schmitt-Schaltung 4b arbeitet, wird das zweite Relais 4c/betätigt und bewirkt
eine Drehung des Motors 4g in der entgegengesetzten Richtung, bis die Meßspule die O-Lage einnimmt.
Auf diese Weise wird die Lage der Meßspule so geändert, daß sie der Position des Slreifenrandes in
Richtung der Streifenbreite folgt. Demzufolge ist es bei einer Bemessung des Positions-Steuermechanismus 4/"
in der Weise, daß die Position der Meßspule über einen Bereich veränderbar ist. der breiter als der maximale
Änderungsbereich der Position des Streifenrandes ist. möglich, die Position der Mittellinie stets in Flucht mit
dem Streifenrand zu halten.
Demzufolge ist es möglich, genau die wellige Kontur
des Streifenrandes unabhängig von Änderungen der Lage des Streifenrandes infolge einer zickzackförmigen
Bewegung des Streifens oder einer Änderung von dessen Breite zu messen. Ferner ist es möglich, die
wellige Kontur des Streifenrandes und die relative Position der Meßspule und des Streifenrandes durch
einen einzigen Detektor zu messen. Diese Anordnung erlaubt eine genaue Messung auch bei einer ungünstigen
optischen Umgebung in einem Kaltwalzwerk, beispielsweise wenn die umgebende Atmosphäre Wassertröpfchen
oder Wassersdampf enthält, und es entfallen ^-voluminöse und teure Welligkeitsmeßvorrichtungen. da
eine elektromagnetische Messung durch eine Spule erfolgt.
Es ist ersichtlich, daß der Ausgang PS auch zur Steuerung von Führungsmitteln verwendet werden
kann, um die Zickzackbewegung des Streifens zu korrigieren. Es ist feriiei* ersichtlich, daß die Erfindung
nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise können auch andere Arten
von nach dem elektromagnetischen Induklionsprinzip arbeitenden Entfernungsmessern verwendet werden,
mit denen der Abstand zur Oberfläche des Streifens
to ohne dessen Berührung gemessen werden. Mit der
Meßspule kann ein temperaturabhängiges Widerstandseleinent
mit einem negativen Temperaiurkoeffizienten und ein Kondensator, der einen komplementären
Impedanz-Temperaturkoeffizienten besitzt, /ti einem
Parallel·Resonanzkreis kombiniert werden. Line solche
Meßvorrichtung ist dann für eine Verwendung in Warmwalzwerken möglich. Ferner ist der Aufbau der
rrciiücnEircnr.schaitung und de- Posiücr.s-S'.e'jerycrrichtung
nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Auch ist die Erfindung nicht auf Stahlstreifen
beschränkt, sondern es können auch andere leitende Metallstreifen oder -bahnen gemessen werden.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zwar die Änderung des Meßausganges infolge der
Änderung der Entfernung zwischen der Meßspule und dem Streifenrand durch Bewegung der Meßspule in
Querrich! '.ng des Streifens kompensiert, jedoch kann
eine solche Kompensation auch auf andere Weise durchgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, die
hochfrequente Komponente des Signals durch die niederfrequente Komponente des Signals zu kompensieren.
Zusammenfassend zeigt also die Erfindung ein Gerät zur Messung der welligen Kontur des Randes eines
Metallstreifens, wobei ein nach dem elektromagnetischen
Induktionsprinzip arbeitendes, den Streifen nicht berührendes Entfernungsmeßgerät verwendet wird, um
die Entfernung zwischen der Oberfläche des Metallstreifens und der Entfernungsmeßvorrichtung zu messen.
wobei die Änderung der Entfernung zwischen der Entfernungsmeßvorrichtung und zwischen dem Streifenrand
ebenfalls als Positionssignal festgestellt wird, um die Änderung der seitlichen Lage des Streifenrandes
zu kompensieren, wodurch es möglich ist. die Kontur
des welligen Randes des Streifens unabhängig von der Zickzackbewegung des Streifens und der Änderung der
Streifenbreite zu messen. Ferner ist es dadurch, daß die Kontur des welligen Randes und die Position des
Streifenrandes durch eine einzige Entfernungsmeßvorrichtung gemessen werden kann, möglich, das Gerf zu
vereinfachen. Ferner erlaubt die Verwendung eines nach dem elektromagnetischen Induktionsprinzip arbeitenden
Meßgerätes eine genaue Messung auch dann, wenn ungünstige Umwelteinflüsse vorliegen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Gerät zur Messung der Kontur eines laufenden Metallstreifens, mit einer in der Nähe eines Randes
des Metallstreifens unterhalb von diesem angeordneten, nach dem elektromagnetischen Prinzip
arbeitenden berührungslosen Entfernungs-Meßvorrichtung zur Feststellung, ob der Rand des
Metallstreifens wellig ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßvorrichtung eine einzige Meßspule (1 a)enthält, an die ein Hochpaß-Filter (3a,J
zur Ableitung einer der Welligkeit des Metallstreifens (2) entsprechenden hochfrequenten Komponente
und ein Tiefpaß-Filter (3tyzur Ableitung einer der Bewegung des Metallstreifens (2) in seiner
Ebene entsprechenden niederfrequenten Komponente angeschlossen ist, und daß auf die niederfrequente
Komponente ansprechende Positionssteuermittel (4) vorgesehen sind, die in an sich bekannter
Weise die Meßspule (\a) der seitlichen Bewegung des Metalisueifens so nachführen, daß die Meßspule
stets eine vorgegebene Lage zum Rand des Streifens einhält.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionssteuermittel (4) einen ersten
Schmitt-Trigger (4a), der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Pegel der niederfrequenten
Komponente einen vorgegebenen Pegel überschreitet, einen zweiten Schmitt-Trigger (4b), der ein
Ausgangssignal erzeugt, wenn der Pegel der niederfrequenten Komponente den vorgegebenen
Pegel unter^.hreitet, einen Elektromotor (4g), auf
die Ausgänge der Schmitt-Trgger (4a, 4b) ansprechende
Steuermittel zur Drehrichtungsumkehr des Motors (4g) sowie eine vom M/ tor (4g) angetriebene
Schraubspindel (4e)z\ir Verstellung der Meßspule
(lacquerzum Metallstreifen (2) enthalten.
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
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Family
ID=14919631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE2548839A Expired DE2548839C3 (de) | 1974-10-31 | 1975-10-30 | Gerät zur Messung der Kontur eines laufenden Metallstreifens |
Country Status (5)
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1975
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