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Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern von
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Stahlstücken
Bes chr ei bun Die Erfindung beschäftigt
sich mit der Feststellung von Oberflächenfehlern von Stahlmaterialien. Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern
von Stahlgegenständen wie beispielsweise Stahlplatten oder Stahlvierkantstücken,
die mit konstanter Geschwindigkeit in einer Richtung bewegt werden.
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Bisher sind die Oberflächenfehler von Stahlplatten oder StahlvierkantstUcken
mit Hilre eines fluoreszierenden Materials und einer Fotodtektorvorrichtung festgestellt
worden. Das fluoreszierende Material wird als Pulver oder Flüssigkeit auf die Oberfläche
des mit irgendeiner elektrischen Magnetisierungsvorrichtung magnetisierten Stahls
gespritzt oder gesprüht.
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Das fluoreszierende Material sammelt sich auf oder in den Oberfläohenfehlern,und
restliches fluoreszierendes Material auf dem fehlerfreien Teil des Stahls kann abgewischt
werden.
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Dann wird das fluoreszierende Material auf den Fehlern beleuchtet
und mit ultravioletten Strahlen angeregt, so daß es Fluoreszenzstrahlung aussendet,
die von einer Fotodetektorvorrichtung festgestellt wird. Der Stahl bewegt sich mit
konstanter Geschwindigkeit unter der Fotodtektorvorrichtung.
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Die Oberflächenfehler des Stahls werden auf diese Weise automatisch
und kontinuierlich festgestellt. Eine korrekte Feststellung
von
Fehlern, deren Längsachse im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des Stahls
verläuft, und eine Markierung der Fehler sind wünschenswert.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum Feststellen
von Oberflächenfehlern von Stahlmaterialien verfügbar zu machen, welche solche Oberflächenfehler
von Stahlmaterialien genau feststellen kann, deren Längsachse im wesentlichen parallel
zur Bewegungsrichtung der Stahlmaterialien verläuft.
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Ferner soll eine derartige Vorrichtung derart ausgestaltet werden,
daß sie Fehlerpositionssignale zur Bestimmung der Lage der festgestellten Fehler
erzeugen kann, welche Signale leicht zur Markierung der Fehler mit einer Markiervorrichtung
verwendet werden können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Linsensystem auf zum Sammeln
der Fluoreszenzstrahlung des fluoreszenten Materials, das sich auf einem Oberflächenfehler
eines Stahlgegenstandes gesammelt hat, ferner eine rotierende Trommel mit mehreren
Schlitzanordnungen auf ihrer zylindrischen Wand, eine Fotodetektorvorrichtung, die
das Fluoreszenzlicht des fluoreszenten Materials durch das Linsensystem und die
Schlitzanordnung der rotierenden Trommel feststellt, und einen Synchronisationssignalgenerator,
der für eine Anzeige der Adresse des festgestellten Oberflächenfehlers Impulse in
Synchronisation
mit der Drehung der rotierenden Trommel erzeugt. Jede der Schlitzanordnungen weist
eine Hauptöffnung auf, deren Längsachse parallel zur Bewegungsrichtung der Stahlgegenstände
verläuft, um jene Fehler genau reststellen zu können, deren Längsachse praktisch
parallel zur Bewegungsrichtung des Stahls verläuft. Die rotierende Trommel ist derart
konstruiert und dreht sich in solcher Weise, daß jede der Schlitz anordnungen, die
mit konstantem Abstand auf der Zylinderseitenwand der drehenden Trommel angeordnet
sind, in rechtem Winkel zur optischen Achse des Linsensystems und damit zur Drehrichtung
der sich drehenden Trommel verläuft. Der Synchronisationssignalgenerator weist eine
Projektorvorrichtung und eine Lichtempfangsvorrichtung auf, von denen eine in der
Drehtrommel und die andere außerhalb der Drehtrommel angeordnet ist, so daß der
Lichtempfänger Licht vom Projektor durch Schlitzanordnung der Drehtrommel empfängt.
Die Generatorvorrichtung weist außerdem eine Synchronisierschlitzvorrichtung auf,
die mehrere Schlitze umraßt, die gleichförmig innerhalb des Abstandes der Schlitzanordnung
der Drehtrommel angeordnet sind, so daß der Lichtempfänger eine Reihe von Licht
impulsen innerhalb eines Zeitintervalls zwischen einem Zeitpunkt, zu welchem einer
der Schlitze der Drehtrommel in das Betrachtungsfeld des Linsensystems kommt, und
einem Zeitpunkt,zu welchem der Schlitz das Betrachtungsfeld des Linsensystems verläßt,
feststellt. Eine jede Folge von Lichtimpulsen zeigt nun Je die Position eines festgestellten
Fehlers durch die Wirkung der durch die Schlitzanordnung der Drehtral beaufschlagten
Fotodetektorvorrichtung.
. Die Lichtimpulsfolgen zeigen nämlich
je die Feststellungsabtastposition, d. h. die Abtastadressen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, wobei eine Vorrichtung zur Feststellung
von Oberflächenfehlern von Stahlmaterialien durch eine vertikale Schnittansicht
und weitere Teile durch eine Perspektivansicht dargestellt sind; Fig. 2 eine vergrößerte
Perspektivansicht einiger Teile der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und ein Stahlstück;
Fig. 3a eine Draufsicht; auf einen Teil der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Drehtrommel;
Fig. 3b eine Draufsicht auf einen Schlitz; Fig. 4 eine vergrößerte Perspektivansicht
einiger Teile der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung; Fig. 5 ein Blockschaltbild einer
Signalverarbeitungsvorrichtung; Fig. 6 und 7 Je eine Draufsicht auf ein Stahlstück;
Fig.
8a und 8b Je eine Draufsicht auf eine in den Fig. 2, 3a und 4 gezeigte Schnittanordnung;
Fig. 9 eine grafische Darstellung eines Ausgangswertes der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung
in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Fehler gegenüber der Stahlbewegungsrichtung;
Fig. 10a und lOb je eine Draufsicht auf eine abgeänderte Schlitzanordnung; Fig.
11 eine ebene Draufsicht auf einen Teil der Drehtrommel einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform; Fig. 12 eine vergrößerte Perspektivansicht von Hauptteilen der
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Signalverarbeitungsvorrichtung
der weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 14 Lichtfeststellsignale der
in Fig. 13 gezeigten Signalverarbeitungsvorrichtung, wobei (a) das durch die in
Fig. 11 gezeigten Schlitze 135a bis 135c festgestellte Lichtsignal zeigt,(b) das
durch die in Fig. 12 gezeigten Schlitze 135a bis 135c und 157a bis 157c festgestellte
Lichtsignal und (c) die von einem in Fig. 13 gezeigten Impulsgenerator 82 erhaltenen
Lichtfeststellsignale;
Fig. 15 eine Draufsicht auf ein Stahlmaterial;
Fig. 16a und 16b je eine Draufsicht auf einen in Fig. 11 gezeigten Schlitz; Fig.
17, 18 und 19 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Schlitzkombination einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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In Fig. 1 werden Förderrollen 11 und 12 von einem (nicht gezeigt«
) Förderrahmen gehalten. Die Förderrollen 11 und 12 sind drehbar, so daß ein der
Untersuchung zu unterziehender Gegenstand, wie eine Stahlplatte oder ein Stahlquader
13, in einer durch einen Pfeil 14 angedeuteten Richtung bewegbar ist. In diesem
Abschnitt ist der Stahlquader 13 magnetisiert, und ein fluoreszierendes Material
hat sich auf Oberflächenfehlern des Stahlquaders 13 gesammelt. Ultraviolett strahlende
Lampen 15 sind so angeordnet, daß sie die Oberfläche des Stahlquaders 13 unter der
nachfolgend beschriebenen Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern beleuchten.
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Die Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern des Stahlquaders
13 weist eine Grundplatte 16 und eine Abdeckung 16a auf, wobei Teile zur Oberflächenfehlerfeststellung
mit der Grundplatte 16 verbunden sind oder von dieser gehalten werden. Die Grundplatte
16 weist Verbindungsarme 17 auf,Uber
die sie mit einem (nicht gezeigten)
Rahmenteil verbunden ist oder von diesem gehalten wird. Mit der Grundplatte 16 ist
ein Tragteil 18 verbunden, an dem ein Linsenhalterahmen 19 befestigt ist. Der Linsenhalterahmen
19 weist an seinem unteren Ende ein optisches Filter 20 auf, welches das Fluoreszenzlicht
vom fluoreszierenden Material durchläßt, nicht jedoch anderes Licht, wie die ultravioletten
Strahlen von den Lampen 15 oder von der Oberfläche des Stahls. Im Halterahmen 19
und hinter dem Filter 20 ist eine Linse 21 angeordnet. Die Position der Linse im
Rahmen 19 ist so bestimmt, daß die Abbildung der Oberfläche des Stahls 13 durch
das Filter 20 und die Linse 21 auf Filmteilen 34 der nachfolgend beschriebenen Drehtrommel
31 erzeugt wird. Der Linsentragrahmen 19 weist an seinem oberen Ende eine zylindrische
Linse 22 auf, die in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab gezeigt ist. Die Linse 22 wandelt
die ebene Abbildung der Stahloberfläche von der Linse 21 in eine konkave Abbildung
um, so daß die Ausgangsabbildung der Linse 22 praktisch parallel zur konkaven Oberfläche
der Zylinderseitenwand der Drehtrommel 31 verläurt. Mit anderen Worten, die Linse
22 kompensiert die Ausgangssabbildung der Linse 21 solchermaßen, daß an jeder Stelle
der konkaven Oberfläche der Drehtrommel 31 das reelle Bild der Stahloberfläche korrekt
erzeugt wird. Ohne die zylindrische Linse 22 wäre das reelle Bild der Stahloberfläche
an manchen Teilen der Trommeloberfläche undeutlich, da die reelle Abbildung von
der Linse 21 reahtwinklig zur optischen Achse 23 verläuft, während die Seitenwand
der Drehtrommel gegenüber der Achse 23 konkav ist.
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Im Inneren der Drehtrommel 31 befindet sich ein Reflektor 24, durch
den die Abbildung der Oberfläche des Stahls 13 durch das Filter 20, die Linse 21,
die zylindrische Linse 25 und Schlitze 35 der Trommel 31 zur Außenseite der Trommel
31 herausreflektiert wird. Das Oberflächenbild oder das vom Reflektor 24 reflektierte
Licht gelangt durch eine Kondensorlinse 25 und nach der Rerlexion durch einen Reflektor
26 in eine Fotovervielfacherröhre 29. Sowohl die Reflektoren 24 und 26 als auch
die Kondensorlinse 25 werden von einem Linsentragrahmen 27 gehalten, der mit der
Grundplatte 16 über ein Tragteil 28 verbunden ist. Bei der Fotovervielfacherröhre
29 handelt es sich um eine Fotodtektorvorrichtung, die ein Lichtsignal in ein elektrisches
Signal umwandelt. Die Fotovervielfacherröhre 29 ist so gewählt und aufgebaut, daß
sie durch das Filter 20, die Linse 21, die zylindrische Linse 22, den Reflektor
24, die Kondensorlinse 25 und den Reflektor 26 0 gelangtes Licht mit einer Wellenlänge
von etwa 5500 A in einen elektrischen Spannungswert umwandelt. Die Röhre 29 kann
durch irgendeine andere Fotodetektorvorrichtung ersetzt werden, beispielsweise durch
einen Fototransistor usw.
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An der Trommel 31 ist eine Scheibe 30 befestigt, mit der eine Riemenscheibe
verbunden ist, die eine Welle 32a aufweist. Die Welle 32a wird drehbar in einem
Lager 32b gehalten, das mit der Grundplatte 16 verbunden ist. Die Trommel 31, die
Riemenscheibe 37, die Welle 32a und das Lager 32b sind derart angeordnet, daß sich
die zylindrische Seitenwand der Trommel 31 zwischen der zylindrischen Linse 22 und
dem Reflektor 24
hindurchbewegen kann. Die Drehtrommel 31 kann
aus einer Metallplatte, wie einer Messingplatte, hergestellt sein und umfaßt eine
Vielzahl Fenster 33, die in konstantem Abstand voneinander längs ihrer zylindrischen
Seitenwand angeordnet sind.
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Jedes der Fenster 33 weist ein Filmteil 34 mit einer Kreuzschlitzeinheit
auf. Das Filmteil 34 schattet das Licht ab, während das Licht durch einen Kreuzschlitz
35, der auf dem Film 34 durch Fotoätzen gebildet ist, hindurchgelangt.
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Fig. 3a zeigt das Fenster 33, das Filmteil 34 und den Kreuzschlitz
35 in vergrößertem Maßstab. Der Kreuzschlitz 35 umfaßt einen rechtwinklig angeordneten
Schlitz 35a und zwei schräge Schlitze 35b. Der rechtwinklig angeordnete Schlitz
35a verläuft parallel zur Bewegungsrichtung in (Längsachse) des Stahlquaders 13,
während die beiden geneigten Schlitze 35b gegenüber der Bewegungsrichtung 14 des
Stahlquaders 13 etwas geneigt sind.
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Fig. 3b zeigt einen weitern Schlitz typ, der bei der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann. Für die Erfindung kann anstelle des Kreuzschlitzes
35 ein einziger rechtwinklig angeordneter Schlitz 36 verwendet werden, der parallel
zur Bewegungsrichtung des Stahlquaders 13 verläuft.
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Gemäß Fig. 1 steht ein Antriebsriemen 39 mit der Riemenscheibe 37
und einer Riemenscheibe 42 in Verbindung, wobei letztere mit der Drehwelle 32a eines
Motors 40 verbunden ist. Der
Motor 40 wird von einem mit der Grundplatte
16 verbundenen Tragteil 41 gehalten. Die Drehtrommel 31 wird vom Motor 40 über die
Riemenscheibe 42, den Riemen 39 und die Riemenscheibe 37 angetrieben.
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Fig. 4 zeigt Teile eines Synchronisierungssignalgenerators 45 der
in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab.
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Der Synchronisierungssignalgenerator 45 umfaßt einen Projektor 46
und einen Lichtempfänger 47. Ersterer ist innerhalb und letzterer ist außerhalb
der Drehtrommel 31 angeordnet. Der Projektor 46 beleuchtet den Lichtempfänger 47
durch den Kreuzschlitz 35 der Drehtrommel 31. Der Projektor 46 weist eine Lichtemissionsdiode
50 und eine Linse 51 auf, die in einem Traggehäuse 48 (Fig. 1) gehalten werden,
das mit der Grundplatte 16 Uber Tragteile 49 und 28 verbunden ist. Die Position
der Diode 50 bezüglich der Linse 51 ist derart bestimmt, daß das von der Diode 50
stammende Beleuchtungslicht nach dem Durchlaufen der Linse 51 eine parallele Strahlung
darstellt.
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Anstelle der Diode 50 kann eine Glühlampe als Lichtquelle verwendet
werden. Der Lichtempfänger 47 weist einen ersten Fototransistor 55, eine Linse 54,
einen zweiten Fototransistor 56 und eine Schlitzplatte 53 auf. Alle diese Bauteile
werden von einem Tragrahmen 52 gehalten, der mit dem Tragteil 49 verbunden ist.
Die Schlitzplatte 53 weist eine Vielzahl Adressenidentifikationsschlitze 57 und
einen Rahmenidentifikatiònsschlitz 58 auf. Der erste Fototransistor 55 kann
durch
die Linse 54 Licht von allen Adressenidentifikationsschlitzen 57, jedoch nicht vom
Schlitz 58, empfangen, während der zweite Fototransistor 56 Licht lediglich direkt
vom Rahmenidentifikationsschlitz 58 empfangen kann. Der Lichtempfänger 47 ist so
angeordnet, daß der erste Fototransistor 55 eine Reihe von Lichtimpulsen während
des Intervalls zwischen den Zeitpunkten, zu welchen der zweite Fototransistor 56
einen ersten einzigen Impuls und einen zweiten einzigen Impuls erhält, empfängt.
Die Lichtimpulsreihe und der einzige Lichtimpuls, die vom ersten bzw. zweiten Fototransistor
55 bzw. 56 empfangen werden, werden erzeugt, wenn einer der Schlitze 35 der Drehtrommel
31 das Blickfeld zwischen der Linse 51 und der Schlitzplatte 53 durchkreuzt. Die
Gesamtzahl aus den Adressenidentifikationsschlitzen 57 und dem Rahmenidentifikationsschlitz
58 ist gleich der Anzahl der nachfolgend beschriebenen Markierer 60. Jeder der Schlitze
57 und 58 der Schlitzplatte 53 entspricht je einem der Markierer 60. Einer der Schlitze
35 befindet sich unter einem der Schlitze 57 und 58, wenn die Fotovervielfacherröhre
Licht von einer Querposition der Stahl fläche durch einen Schlitz der Schlitze 35
zwischen der zylindrischen Linse 22 und dem Reflektor 24 empfängt. Mit anderen Worten,
wenn die Anzahl der Schlitze 57 und 58 der Schlitzplatte 53 gemäß Fig. 4 acht ist,
sind acht Markierer 60 oberhalb des Stahls 13 in Querrichtung 63 angeordnet, die
im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung 14 des Stahls 13 verläuft. Die Oberfläche
des Stahls 13 wird in Querrichtung 63 von einem Schlitz 35 zwischen der
zylindrischen
Linse 22 und dem Reflektor 24 abgetastet.
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Einer der Schlitze 35 gibt ein abgelenktes Lichtsignal auf die Fotovervielfacherröhre
29, wenn die Schlitze 57 und 58 der Schlitzplatte 53 Je einen Lichtimpuls an den
Transistor 55 bzw. 56 geben. Während der Zeitdauer, während welcher die Fotovervielfacherröhre
29 ein Ablenklichtsignal empfängt, erhält der erste Fototransistor 55 sieben Lichtimpulse
(Adressenimpulse), während der zweite Fototransistor 56 lediglich einen Lichtimpuls
(Rahmenimpuls) erhält. Diese die Adressenimpulse und den Rahmenimpuls umfassenden
Lichtimpulse entsprechen der Position der Markierer 60. Die Markierer 60 werden
durch ein Signal von einer (nicht gezeigten) Treibschaltung je selektiv getriggert
und spritzen Farbe auf die Oberfläche des Stahlquaders 13. Die Oberfläche des Stahls
13 kann in eine Vielzahl Kanäle (Adressen) unterteilt werden, von denen jeder einem
der Markierer 60 entspricht. Die Breite eines jeden Kanals, d. h. die unterteilte
Breite in der Querrichtung 63, ist so gewählt, daß sie geeignet an den nachfolgenden
Bearbeitungsvorgang angepaßt ist.
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Der Stahlquader 13 bewegt sich in der mit dem Pfeil 14 angedeuteten
Richtung. Gleichzeitig dreht sich die vom Motor 40 angetriebene Drehtrommel 31 in
der durch einen Pfeil 62 angegebenen Richtung. Das Oberflächenbild des Stahls 13
wird auf der Oberfläche der Drehtrommel 31 erzeugt. Das Oberflächenbild auf der
Trommel 31 wird durch die Schlitze 35 der Trommel 31 abgetastet. Jeder der Schlitze
35 gelangt zwischen die sich zylindrische Linse 22 und den Reflektor 24, so daß/die
Abtastung
des Stahloberflächenbildes während der Bewegung des
Stahls 13 kontinuierlich wiederholt. Die Abtastablenkung kann durch in Fig. 6 gezeigte
Pfeile 63 beschrieben werden.
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Die Ablenkbreite 64 und 65 einer Abtastung und die Abtastwiederholungsgeschwindigkeit
relativ zur Bewegungsgeschwindigkeit des Stahls 13 kann vorzugsweise so gewählt
werden, daß ein Teil einer Ablenkung 65 einen Teil (beispielsweise die Hälfte) der
vorausgehenden Ablenkung 64 Uberlappt, damit die Oberflächenfehler des Stahls 13
genau festgestellt werden.
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Dieses Überlappen der Ablenkungen erhält man durch Einstellen der
Geschwindigkeit der Drehtrommel im Verhältnis zur Bewegungsgeschwindigkeit des Stahls
13. Beispielsweise wird die Überlappungsbreite größer, wenn man die Geschwindigkeit
der Drehtrommel 31 erhöht oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Stahls 13 verringert.
Je kürzer der Abstand der Schlitze 35 der Trommel 31 ist, umso kürzer ist das Zeitintervall
(Totzeit) zwischen den Abtastungen der Stahloberfläche. D. h., die Totzeit zwischen
den Abtastungen kann dadurch eliminiert werden, daß der Abstand der Schlitze 35
gleich der Bildlänge der Oberflächenbreite des Stahls 13 auf der Trommel 31 gemacht
wird.
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Fluoreszierende Materialien auf einem linienartigen Fehler 71 oder
einem Guß- oder Kratzfehler 72 gemäß Fig. 7, die angeregt sind von ultravioletten
Strahlen (mit einer Wellenlänge 0 von beispielsweise 3500 A), die von der Ultraviolettlichtlampe
15
erzeugt worden sind, rluoreszieren. Aur der Drehtrommel 31 werden fluoreszierende
Abbildungen der Fehler 71 und 72 erzeugt. Die Beziehung sowohl zwischen dem Bild
71' des Fehlers 71 und dem Abtastschlitz 35 als auch die Beziehung zwischen dem
Bild 72 des Fehlers 72 und dem Abtastschlitz 35 sind in den Fig. 8a bzw. 8b beschrieben.
Der Abtastschlitz 35 bewegt sich kontinuierlich. Das Licht der optischen Abbildungen
71 und 72' wird in die Fotovervielfacherröhre 72 geschickt, wenn der Schlitz 35
die Abbildungen 71'und 72' durchläuft. Die Fotovervielfacherröhre 29 erzeugt Spannungsimpulse,
deren Amplituden den Lichtstärken der Abbildungen 71' und 72' entsprechen. Diese
Spannungsimpulse werden in eine Signalverarbeitungsvorrichtung übertragen, die Markiersignale
erzeugt.
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Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Signalverarbeitungsvorrichtung, iridem
ein Vorverstärker 74 das Ausgangssignal der Fotovervielfacherröhre empfängt und
auf einen geeigneten Pegel verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 74 wird
auf ein Dämpfungsglied 75 gegeben, das das Eingangssignal auf einen zur Verarbeitung
in nachfolgenden Stufen geeigneten Pegel dämpft. Das gedämpfte Signal wird dann
von einem Hauptverstärker 76 verstärkt, gelangt in eine auf einen Bezugswert eingestellte
Schaltung 77, die ein Signal erzeugt, wenn das Eingangssignal höher als ein voreingestellter
Bezugswert ist.
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Die Lfohtstärke eines Bildes eines kleineren Fehlers, der nicht markiert
werden soll, ist niedriger als die Lichtstärke eines Bildes eines größeren Fehlers,
der markiert werden soll, und die auf den Bezugswert eingestellte Schaltung 77 erzeugt
bei
ersterer Lichtstärke kein Markiersignal, während sie bei der letzteren Lichtstärke
ein Markiersignal erzeugt. Der voreingestellte Bezugspegel der Bezugspegelschaltung
77 kann so eingestellt oder gewählt werden, daß er alle Fehler, die nicht bleiben
sollen, wirksam feststellt und markiert. Das Ausgangssignal der Schaltung 77, d.
h., das Markiersignal, gelangt in eine Markiersynchronisationsschaltung 78, die
in Abhängigkeit von den Ausgangsimpulsen der Fototransistoren 55 und 56 die Position
(Fehleradresse längs der Querrichtung der Stahloberfläche 13) bestimmt, an welcher
das fluoreszierende Licht erzeugt worden ist. Die Beziehung zwischen den Ausgangsimpulsen
der Fototransistoren 55, 56 und dem Markierimpuls der Signalverarbeitungsvorrichtung
wird nachfolgend beschrieben.
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Das vom Projektor 46 projizierte und durch einen Schlitz 35 gelangte
Licht gelangt zunächst durch den Rahmenidentifikationsschlitz 58 in den zweiten
Fototransistor 56, der einen Impuls erzeugt. Dieser Impuls zeigt den Beginn einer
Abtastung (eines Rahmens) und des ersten abzutastenden Kanals. Aufgrund der Drehung
der Trommel 31 gelangt das vom Projektor 46 projizierte und durch den Schlitz 35
gedrungene Licht durch einen Adressenidentifikationsschlitz 57 bei einer ersten
Position in den ersten Fototransistor 55, der einen ersten Impuls erzeugt. Dieser
Impuls zeigt an, daß sich die Abtastposition beim zweiten Kanal befindet. Im Anschluß
an den ersten Impuls erzeugt der erste Fototransistor 55 Impulse, welche die Zahl
desjenigen
Kanals angeben, in dem gerade eine Abtastung durchgeführt wird entsprechend der
Bewegung eines Schlitzes 35 unter den Schlitzen 57. Diese Impulse vom ersten und
vom zweiten Transistor 55 bzw. 56 werden, wie aus dem zuvor beschriebenen Aufbau
hervorgeht, synchron mit der Querabtastposition (Kanaladresse) der Stahloberfläche
erzeugt. Die Markiersynchronisationsschaltung 78 wählt aus den Impulsen der Transistoren
55 und 56 einen Impuls aus, der gleichzeitig mit dem Markiersignal von der Bezugswertschaltung
77 eintrifft. Diesen Vorgang kann man durch Flipflop-Schaltungen umfassende Gatterschaltungen
erhalten. Der von der Markiersynchronisationsschaltung 78 ausgewählte Impuls zeigt
"Markieren" und die "zu adressierende Kanaladresse" an und gelangt in eine Markierungsverzögerungsschaltung
79. Diese Verzögerungsschaltung 79 vermittelt dem Impuls eine Verzögerungszeit,
die derjenigen Zeitdauer entspricht, innerhalb welcher der abgetastete Punkt oder
der abgetastete Bereich der Stahloberfläche von der Fehlerfeststellvorrichtung zur
Position der Markierer 60 gelangt. Das verzögerte Signal von der Schaltung 79 gelangt
in einen Markierlängensignalgenerator 80, der ein kontinuierliches Signal während
eines vorbestimmten Zeitintervalls zu erzeugen beginnt, wenn er das verzögerte Signal
empfängt. Das Ausgangssignal des Markierlängensignalgenerators 80 aktiviert eine
Markiertreiberschaltung 81, die ihrerseits einen Markierer 60 betätigt, der
durch
das Ausgangssignal der Markiersynchronisationsschaltung 78 ausgewählt ist.
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Die Feststellung des Kratz- oder Oußfehlers 72 kann mit derselben
Empfindlichkeit durchgeführt werden wie die Feststellung des linearen Fehlers 71,
der parallel zur Bewegungsrichtung 14 des Stahlquaders 13 verläuft, da der abtastende
Schlitz 35 der Drehtrommel 31 einen kombinierten Kreuzschlitzaufbau aufweist mit
einem rechtwinklig verlaufenden Schlitz 35a und zwei geneigten Schlitzen 35b mit
einem Neigungswinkel 0, wobei die geneigten Schlitze 35b vorzugsweise mit dem Gußfehler
72 zusammenpassen.
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Fig. 9 zeigt den Pegel bei der Feststellung durch den Kreuzschlitz
35 in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Fehler. Die Abszisse der in Fig. 9 gezeigten
Darstellung zeigt den Neigungswinkel der Fehler gegenüber der Bewegungsrichtung
des Stahls. Gemäß des in Fig. 9 gezeigten Verlaufs der Feststellungspegelkurve können
Fehler mit Neigungswinkeln von 0 bis "0 gegenüber der Richtung 14 ausreichend festgestellt
werden, indem der Bezugswert der Bezugspegelschaltung oder Schwellenwertschaltung
77 auf 50% des maximalen Feststellungspegels vom Hauptverstärker 76 eingestellt
wird. Dieser Bezugswert kann in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung 77 eingestellt
werden.
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Der Stahlquader 13, wie ein Kuppel, kann durch Walzen eines Roh- oder
Gußblocks hergestellt werden, wenn im wesentlichen alle anderen Oberflächenfehler
mit Ausnahme des linearen Oberflächenfehlers einen Neigungswinkel innerhalb eines
vorbestimmten maximalen Winkels gegenüber der Bewegungsrichtung in der Walzstufe
haben. Andererseits kann sich magnetisches Pulver theoretisch nicht auf einem Oberflächenfehler
sammeln, dessen Neigungswinkel gegenüber der Längsachse des Knüppels über einem
oberen Grenzwinkel liegt, wenn der Knüppel dadurch magnetisiert worden ist, daß
elektrischer Strom durch ihn geschickt worden ist. Der vorbestimmte maximale Winkel
liegt jedoch innerhalb des oberen Grenzwinkels. Somit ist der Neigungswinkel Q (Fig.
8b) der Schlitze 35b vorzugsweise der vorbestimmte maximale Winkel, der beispielsweise
innerhalb 0 bis 15°, vorzugsweise bei 110, liegt. Die Breite der Schlitze 35a und
35b des Kreuzschlitzes 35 ist vorzugsweise so bestimmt, daß das Verhältnis von Fehlersignalpegel
und Rauschpegel, d. h. S/Nmaximal wird.
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Fig. lOa und lOb zeigen je einen abgeänderten Kreuzschlitz, der Nebenschlitze
90 zusammen mit Hauptschlitzen 35e aufweist.
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Verwendet man anstelle der in Fig. 8a und 8b gezeigten Kreuzschlitze
35 den in Fig. 10a oder lOb gezeigten abgeänderten Kreuz schlitz, werden die Einbuchtungen
91 der in Fig. 9 gezeigten Kennlinie eliminiert und wird der obere Teil der Kennlinie
flacher und glatter.
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Wird anstelle des Kreuzschlitzes 35 der in Fig. 3b gezeigte einzige
rechtwinklig verlaufende Schlitz 36 verwendet, nimmt die Kennlinie die in Fig. 9
gestrichelt gezeichnete Kurvenform an. In diesem Fall wird die Feststellempfindlichkeit
der Vorrichtung gegenüber Oberflächenfehlern mit relativ großem Neigungswinkel kleiner.
Dieser einzige Schlitz 36 kann jedoch wirksam sein bei einem Material mit Oberflächenfehlern,
deren Neigungswinkel innerhalb eines vorbestimmten relativ kleinen Winkels liegen.
In diesem Fall ist die Fläche des einzigen Schlitzes 36 kleiner als die Gesamtfläche
des Kreuz schlitzes 35, und deshalb wird das S/N der Vorrichtung groß.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform wird nachfolgend anhand
der Fig. 11 bis 19 beschrieben.
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Erfindungsgemäß kann die Schlitzanordnung der Trommel 31 gemäß Fig.
11 angeordnet sein, wobei an den Fenstern 33 befestigte Filmteile 134 die Lichtübertragung
unterbrechen.
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Jedes der Filmteile weist einen rechtwinklig angeordneten Schlitz
135a und Schrägschlitze 135b und 135c auf, die durch Fotoätzen erzeugt worden sind.
Der rechtwinklig angeordnete Schlitz 135a verläuft parallel zur Bewegungsrichtung
14 (Längsachse) des Stahlquaders 13 (Fig. 6). Die Schlitze 135a, 135b und 135c können
gemäß Fig. 17, 18 und 19 modifiziert sein. D. h. zwei Schrägschlitze 135b und 135c
können zu einer Schlitzanordnung (Fig. 17) zusammengefaßt sein oder der
rechtwinklig
angeordnete Schlitz 135a kann mit einem der Schrägschlitze 135b und 135c zusammengefaßt
sein (Fig. 18 und 19).
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Fig. 12 zeigt einen abgeänderten Synchronisationssignalgenerator 145
zur Verwendung mit den Schlitzanordnungen 135a bis 135c. Der Generator 145 umfaßt
einen Projektor 46, einen Lichtempfänger 147 und einen Impulsgenerator 82. Der Projektor
46 ist der gleiche wie der in Fig. 4 gezeigte. In Fig. 12 umfaßt der Lichtempfänger
147 eine Schlitzplatte 153, eine Linse 154 und einen Fototransistor 155, die in
der in Fig. 1 gezeigten Weise gehalten werden. Ein Schlitz 157 zur Synchronisationssignalerzeugung
ist auf der Schlitzplatte 153 gebildet. Der Schlitz 157 umfaßt einen rechtwinklig
angeordneten Schlitz 157a und Schrägschlitze 157b und 157c. Der rechtwinklig angeordnete
Schlitz 157a der Schlitzanordnung 157 verläuft parallel zu dem rechtwinklig angeordneten
Schlitz 135a. Die Schrägschlitze 157b und 157c verlaufen je parallel zum Schrägschlitz
135b bzw. 135c. Die Beziehung zwischen dem Schlitz 157, der Linse 154 und dem Fototransistor
155 ist derart, daß das Licht vom Projektor 46, das durch die Schlitze 135 der Trommel
31 gekommen ist, durch den Schlitz 157 zur Synchronisationssignalerzeugung und die
Linse 154 zum Fototransistor 155 gelangt.
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Fig. 13 zeigt den Aufbau einer Signalverarbeitungsvorrichtung
zur
Feststellung von Fehlern und Fehlerpositionen. Der Fototransistor 155 und der Impulsgenerator
82 arbeiten folgendermaßen. Wenn der Fototransistor 155 Impulse gemäß Darstellung
(a) in Fig. 14 abgibt, empfängt der Impulsgenerator 82 die Impulse und erzeugt in
Darstellung (c) der Fig.
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14 gezeigte konstante Impulse. Die Impulse vom Fototransistor 155
werden verwendet, um Impulse auszulassen (reset), was den Beginn des Abtastens durch
die Schlitze 135a, 135b oder 135c anzeigt, was nachfolgend beschrieben wird. Die
Impulse vom Impulsgenerator 82 werden als Schiebeimpulse verwendet, d. h.
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als Adressenanzeigeimpulse zur Anzeige der Abtastposition. Die Anzahl
der Schiebeimpulse innerhalb des Impulsintervalls der in (a) der Fig. 14 gezeigten
Impulse ist allgemein ausgedrückt um eins kleiner als die Anzahl der Markierer 60.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform mit den in den Fig. 11 bis 13
gezeigten Teilen arbeitet folgendermaßen: Die generelle Arbeitsweise dieser Ausführungsform
ist die gleiche wie die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform.
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Die Abtastung des Stahlmaterials 13 geschieht jedoch auf die in Fig.
15 gezeigte Weise, wobei der Bereich 164a des Stahlmaterials 13 vom rechtwinklig
angeordneten Schlitz 135a abgetastet wird, der Bereich 164b vom Schrägschlitz 135b
abgetastet wird, der Bereich 164c vom Schrägschlitz 135c abgetasbk wird und so weiter.
Die Uberlappung der Abtastung durch die drei Schlite 135a, 135b und 135c kann vorzugsweise
groß sein, so daß die gesamte Oberfläche des Stahlmaterials 13 von jedem
der
Schlitze 135a, 135b und 135c abgetastet wird. Dies kann durch Erhöhung der Trommeldrehgeschwindigkeit
(beispielsweise dreimal größer als bei der ersten Ausführungsforrn) oder durch Herabsetzen
der Vorschubgeschwindigkeit des Stahlmaterials geschehen. Die Fehlerfeststellung
mittels dieser Ausführungsform ist perfekter, da der Linearfehler 71 (Abbildung)
und der schräge Fehler 72 (Abbildung) von der Fotovervielfacherröhre 29 durch den
rechtwinklig angeordndæn Schlitz 135a bzw. den Schrägschlitz 135c (Fig. 16a bzw.
16b) mit einem höheren Pegel festgestellt werden. Die Fotovervielracherröhre 29
stellt das Fehlerbild 71 mit dem höchsten Pegel fest, wenn der rechtwinklig angeordnete
Schlitz 135a in den Lichtweg zwischen dem Fehlerbild 71' auf dem Stahlmaterial 13
und der Fotovervielfacherröhre 29 kommt. Und die Fotovervielfacherröhre 29 stellt
auch das Fehlerbild 72' mit dem höchsten Pegel fest, wenn der Schrägschlitz 135c
in den Sichtbereich des Fotovervielfachers 29 kommt. Somit ergeben die Lichtbilder
71' und 72' in den Schlitzen 135a bzw. 135b die gleiche Intensität auf die Fotovervielfacherröhre
29. Dies rührt dazu, daß alle Fehler mit der gleich hohen Empfindlichkeit und dem
gleichen S/N-Verhältnis festgestellt werden.