DE3001807C2

DE3001807C2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Welligkeit eines gewalzten Metallbands

Info

Publication number: DE3001807C2
Application number: DE3001807A
Authority: DE
Inventors: Seigo Yokohama Kanagawa Ando; Kazuo Sano; Katsujiro Tokio/Tokyo Watanabe
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1980-01-18
Publication date: 1986-08-14
Also published as: FR2447536B1; US4309902A; GB2042727A; JPS55104705A; GB2042727B; FR2447536A1; DE3001807A1

Description

ermittelt werden können, und

3. die Meßergebnisse sollten für die Gütekontrolle des Produkts, etwa durch Klassifizierung nach der Größe der Ebenheitsabweichung, benutzbar sein.

dadurch gekennzeichnet,

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daß eine Bandspannungs-Meßeinrichtung zum Messen der auf das Band (1) zwischen den zwei Stützrollen (4, 5) einwirkenden Bandspannung vorgesehen ist und

daß der Detektorschaltung (10) und dem Frequenz/Spannungs-Wandler (11) ein Hochpaßfilter (9) vorgeschaltet ist, dessen untere Grenzfrequenz von einer Steuerschaltung (12) entsprechend der aus der Bandspannung, dem spezifischen Gewicht des Bandes (1) und dem Abstand zwischen den zwei Stützrollen (4, 5) berechneten Frequenz der Eigenschwingung des Bandes (1) zwischen den zwei Stützrollen (4,5) vorgebbar ist.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Welligkeit eines gewalzten Metallbands nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine derartige Vorrichtung entspricht einem Vorschlag gemäß der nicht vorveröffentlichten JP-OS 55-13 852.

Ein gewalztes Metallband, etwa ein Stahlband, kann aufgrund ungleichmäßiger Dicke in Richtung seiner Breite Unebenheiten aufweisen, beispielsweise in Form von zentraler Wölbung, Viertelwölbung oder welligen Rändern. Diese Ebenheitsabweichungen oder Flachheitsfehler des Metallbands werden beim kontinuierlichen Warmwalzen, kontinuierlichen Kaltwalzen oder Dressierwalzen hervorgerufen. Mittels einer genauen und schnellen Messung der Ebenheitsabweichung eines Metallbands sollten möglichst

Ein Maß für die Ebenheitsabweichung eines Metallbands ist die »Steilheit«. Wenn die Wellenlänge des die Ebenheitsabweichung aufweisenden Teils des Metallbands mit /| und die Amplitude mit /?i bezeichnet werden, läßt sich die »Steilheit« mit h\II\ ausdrucken.

Wenn sich beim Walzen eines Metallbands eine Ebenheitsabweichung einstellt, ergibt sich in dem Abstand zwischen dem laufenden Metallband und einem dicht an dessen Oberfläche angeordneten Abstandsmeßelement eine im folgenden auch als »Schwingung« bezeichnete Änderung mit einer der Abweichung entsprechenden Amplitude und Frequenz. Zur kontinuierlichen Messung der »Steilheit« dieser Ebenheitsabweichung ist bereits eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, mit der (a) eine Abstandsänderung zwischen dem Metallband und einer dicht neben dessen Oberfläche angeordneten bewegbar gehalterten Abstandsmeßspule als »Schwingung« entsprechend der Ebenheitsabweichung im Metallband gemessen wird, während sich das Metallband zwischen zwei in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand angeordneten Stützrollen bewegt, (b) Amplitude und Frequenz dieser Schwingung ermittelt werden und (c) kontinuierlich das Verhältnis Amplitude/(Bandgeschwindigkeit/Frequenz) der Schwingung, d.h. die »Steilheit« der Ebenheitsabweichung im Metallband anhand der Meßwerte für Amplitude und Frequenz der Schwingung und des getrennt ermittelten Wertes der Laufgeschwindigkeit des Metallbands berechnet wird.

Als Abstandsmeßeinrichtung kommen beispielsweise in Betracht (JP-OS 53 843):

eine Wechselspannungs-Brückenschaltung aus vier Impedanzelementen mit einem Oszillator sowie einem an die Ausgangsklemme der Brückenschaltung angeschlossenen Differenzverstärker, wobei die Abstandsmeßspule eines der vier Impedanzelemente der Brückenschaltung darstellt;

ein Parallel-Resonanzelement aus einer dicht an der Oberfläche des Metallbands angeordneten Abstandsmeßspule und einem Kondensator mit einem parallel zum Resonanzelement geschalteten Oszillator und einem positiven Rückkopplungsverstärker, dessen Eingangsklemme mit dem Resonanzelement und dem Oszillator verbunden ist;

eine dicht an der Oberfläche des Metallbands angeordnete und mit der positiven Eingangsklemme eines Differenzverstärkers verbundene Abstandsmeßspule mit einem an die positive Eingangsklemme des Differenzverstärkers angeschlossenen positiven Rückkopplung-Impedanzelement und einem mit der negativen Eingangsklemme des Differenzverstärkers verbundenen Oszillator.

Amplitude und Frequenz der »Schwingung« werden mittels einer Detektorschaltung für eine Spannung entsprechend der Amplitude des Ausgangssignals der Abstandsmeßeinrichtung und eines Frequenz/Spannungs-

Wandlers für eine Spannung entsprechend der Frequenz des Ausgangssignals der Abstandsmeßeinrichtung bestimmt

Einer Rechenschaltung werden ein Ausgangssignal von der Detektorschaltung, ein Ausgangssignal vom Frequenz/Spannungs-Wandler und ein Ausgangssignal eines Drehzahlgebers an einer Stützrolle oder einer Ablenkrolle für das Metallband entsprechend der Laufgeschwindigkeit des Metallbands eingegeben. Die Rechenschaltung berechnet aus diesen Ausgangssignalen die »Steilheit σ«, der Ebenbeitsabweichung im Metallband nach

V/f

t>2 = Amplitude der »Schwingung« im Metallband, V = Laufgeschwindigkeit des Metallbands und
/ = Frequenz der »Schwingung«.

Die vorstehend beschriebene, den Ausgangspunkt für die Erfindung bildende Vorrichtung ist jedoch mit den im folgenden zu schildernden Nachteilen behaftet. F i g. 1 zeigt ein Metallband 1 während seiner Bewegung zwischen zwei in einem vorbestimmten Abstand angeordneten Stützrollen 4 und 5. Das Metallband 1 weist dabei aufgrund einer Ebenheitsabweichung eine durch die ausgezogene Linie veranschaulichte »Schwingung« mit einer Amplitude Λ3 und einer Wellenlänge h auf. Unabhängig vom Vorhandensein einer Ebenheitsabweichung tritt im Metallband 1 zwangsläufig eine Eigenschwingung a gemäß der strichpunktierten Linie auf. Die »Schwingung« aufgrund der Ebenheitsabweichung und die Eigenschwingung werden dabei von der Abstandsmeßvorrichtung in Form einer zusammengesetzten Schwingung abgegriffen. Da hierbei die Meßgröße des Frequenz/Spannungs-Wandlers durch die Eigenschwingung beeinflußt werden, erweist es sich als unmöglich, die »Steilheit« bzw. Größe der Ebenheitsabweichung im Metallband 1 mittels der Rechenschaltung genau zu berechnen.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches so auszubilden, daß die Größe der Ebenheitsabweichung eines Metalibands genau erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs enthaltenen Merkmale gelöst.

Damit wird erreicht, daß vor der Messung der Amplitude und der Frequenz der Schwingung die Frequenzkomponente, die unter der berechneten Größe für die Frequenz der Eigenschwingung des Metallbands liegt, von der durch das Abstandsmeßelement gelieferten Meßgröße für die Schwingung des Metallbands abgetrennt wird, so daß die »Steilheit« der Ebenheitsabweichung des Metallbands genau bestimmt werden kann.

Aus der US-PS 35 02 968 ist eine Vorrichtung zur Messung der Welligkeit eines Metallbands bekannt, bei der vor der Auswertung eines Ebenheitsmeßsignals der einen Störanteil enthaltende Frequenzbereich von dem durch ein Abstandsmeßelement gelieferten Ausgangssignal mit Hilfe eines Hochpaßfilters abgetrennt wird. Auf die von der Eigenschwingung des Metallbandes herführenden Probleme wird jedoch nicht eingegangen.

Der Erfindung liegen die folgenden Erkenntnisse zugrunde:

1. Die Frequenz der Eigenschwingung eines Metallbands bei seiner Bewegung zwischen zwei voneinander entfernten Stützrollen ist wesentlich kleiner als die Frequenz der »Schwingung« entsprechend einer Ebenheitsabweichung des Metallbands, d. h. entsprechend der Änderung des Abstands zwisehen dem Metallband und einem dicht an diesem angeordneten Abstandsmeßelement Diese beiden Frequenzen lassen sich daher deutlich voneinander unterscheiden.

2. Da die genannte Eigenschwingungsfrequenz von der auf das Metallband einwirkenden Spannung, dem spezifischen Gewicht des Metallbands und dem Abstand zwischen den beiden Stützrollen abhängt, ist sie leicht zu berechnen.

3. Es ist daher möglich, die mit der den Ausgangspunkt bildenden Vorrichtung verbundenen Probleme dadurch zu lösen, daß die Frequenz der Eigenschwingung des Metallbands berechnet und vor der Messung von Amplitude und Frequenz der Welligkeits-»Schwingung« die Frequenzkomponente, die unter der berechneten Größe für die Eigenschwingungsfrequenz liegt, von der Meßgröße der Frequenz der Schwingung infolge der Änderung des genannten Relativabstands abgezogen wird.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die bei der Bewegung eines welligen Metallbands zwischen zwei in einem Abstand angeordneten Stützrollen auftretende Schwingung,

Fig.2 teilweise perspektivisch und teilweise als Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 3A ein Beispiel für den Verlauf eines Ausgangssignals des Rückkopplungsverstärkers nach F i g. 2 und

F i g. 3B ein Beispiel für den Verlauf eines Ausgangssignals des Hochpaßfilters nach F i g. 2.

Fig.2 zeigt ein warmgewalztes Stahlband 1, einen auf eine Haspel o. dgl. aufgerollten Wickel 2, einen Motor 3 für den Antrieb der Haspel, in einem bestimmten Abstand angeordnete Stützrollen 4 und 5 zur Unterstützung des Stahlbands 1, einen mit der Stützrolle 5 verbundenen Drehzahlaufnehmer 6 zur Lieferung eines Ausgangssignals mit einer der Laufgeschwindigkeit des Stahlbands 1 proportionalen Spannung sowie eine zwischen den beiden Stützrollen 4 und 5 und z. B. dicht an der Unterseite des Stahlbands 1 angeordnete Abstandsmeßspule 7. Letztere wird unter einem rechten Winkel zur Laufrichtung des Stahlbands 1 quer über dessen Breite bewegbar von einem an sich bekannten, nicht dargestellten Abtastmechanismus getragen, der in einer vorbestimmten Position unter dem Stahlband 1 angeordnet ist. Die Meßspule 7 kann somit an jeder Stelle in Richtung der Breite des Stahlbands 1 Abweichungen des Abstands, d. h. eine »Schwingung«, zwischen dem Stahlband 1 und der Meßspule 7 feststellen. Die Meßspule 7 ist dabei mit einem positiven Rückkopplurigsverstä^rker 8 verbunden. Eine Abstandsmeßeinrichtung besteht aus der Meßspule 7, dem positiven Rückkopplungsverstärker 8 und einem nicht dargestellten Oszillator. Der Rückkopplungsverstärker 8 liefert somit ein Ausgangssignal entsprechend einer Änderung des Abstands zwischen dem Stahlband 1 und der Meßspule 7.

Gemäß F i g. 2 sind weiterhin ein Hochpaßfilter 9 mit verstellbarer Grenzfrequenz, eine Detektorschaltung 10, ein Frequenz/Spannungs-Wandler 11, eine Steuerschaltung 12 zur Einstellung der Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 9 und eine Rechenschaltung 13 vorgesehen. Das Ausgangssignal des Rückkopplungsverstärkers 8 wird über das Hochpaßfilter 9 in die Detektorschaltung 10 und den Frequenz/Spannungs-Wandler 11 eingespeist. Der Steuerschaltung 12 wird eine Meßgröße für die Bandspannung mit einer Spannung entsprechend der auf das Stahlband 1 bei seiner Bewegung zwischen den Stützrollen 4 und 5 einwirkenden Zugspannung von einer nicht dargestellten Schaltung her eingespeist, welche den durch den Anker des Motors 3 für den Haspelantrieb fließenden Strom mißt. Aus der Bandspannung σ, dem Abstand L zwischen den beiden Stützrollen 4 und 5 und dem spezifischen Gewicht y des Stahlbands 1 berechnet die Steuerschaltung 12 die Frequenz /ζ. der Eigenschwingung des Stahlbands 1 zwischen den beiden Stützrollen 4 und 5 nach

länge h und eine Amplitude Λ4 auf und entspricht damit nur der Ebenheitsabweichung des Stahlbands 1, da die Eigenschwingungs-Frequenzkomponente des Stahlbands 1 im Hochpaßfilter 9 ausgefiltert worden ist. Auf diese Weise kann die »Steilheit« der Ebenheitsabweichung des Stahlbands 1 sehr genau und ohne Beeinflussung durch seine Eigenschwingung gemessen werden.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Schaltung zur Messung des durch den Anker des Motors 3 für den Haspelantrieb fließenden Stroms zur Messung der Bandspannung am Stahlband 1 auf seiner Strecke zwischen den Stützrollen 4 und 5 benutzt. Die Bandspannung kann jedoch auch mit einer herkömmlichen Bandzug-Meßvorrichtung bestimmt werden, die mehrere in unmittelbarer Berührung mit dem warmgewalzten Stahlband 1 stehende Rollen aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

mit g=Gravitationsbeschleunigung

Die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 9 wird nach Maßgabe der berechneten Größe eingestellt. Das Ausgangssignal des Rückkopplungsverstärkers 8 wird der Detektorschaltung 10 und dem Frequenz/Spannungs-Wandler 11 erst eingegeben, nachdem die unter der berechneten Größe der Frequenz der Eigenschwingung des Stahlbands 1 liegende Frequenzkomponente beim Durchgang durch das Hochpaßfilter 9 abgetrennt worden ist Folglich wird der Detektorschaltung iO und dem Frequenz/Spannungs-Wandler 11 nur das Spannungssignal eingespeist, welches der Frequenz der »Schwingung« entspricht, die aufgrund von Ebenheitsabweichungen des Stahlbands 1 auftritt.

Die Detektorschaltung 10 greift das durch das Hochpaßfilter 9 hindurchgelaufende Signal ab und liefert ein Signal mit einer Spannung entsprechend der Amplitude des erstgenannten Signals. Der Frequenz/Spannungs-Wandler 11 gibt ein Signa! mit einer Spannung entsprechend der Frequenz des durch das Hochpaßfilter 9 hindurchgelaufenen Signals ab. Die Ausgangssignale der Detektorschaltung 10, des Frequenz/Spannungs-Wandlers 11 und des Drehzahlaufnehmers 6 werden der Rechenschaltung 13 eingespeist, in welcher aus diesen Signalen die »Steilheit« bzw. Größe der Ebenheitsabweichung im Stahlband 1 berechnet wird. Das Rechenergebnis wird von der Rechenschaltung 13 in Form eines Signals für die gemessene »Steilheit« ausgegeben.

F i g. 3A zeigt ein Beispiel für den Verlauf eines Ausgangssignals des positiven Rückkopplungsverstärkers 8, während F i g. 3B ein Beispiel für den Verlauf eines Ausgangssignals vom Hochpaßfilter 9 zeigt In F i g. 3A gibt die ausgezogene Linie den Spannungsverlauf an, welche einer im Stahlband 1 bei seiner Bewegung zwischen den beiden Stützrollen 4 und 5 auftretenden Schwingung entspricht Dieser Spannungsverlauf setzt sich zusammen aus einer Frequenzkomponente der »Schwingung« entsprechend der Ebenheitsabweichung des Stahlbands 1 mit einer Wellenlänge /3 und einer Amplitude A4 sowie einer Frequenzkomponente der Eigenschwingung des Stahlbands 1 mit der Wellenlänge /4 und der Amplitude A₅, wie sie in strichpunktierter Linie dargestellt ist Demgegenüber weist das Signal gemäß F i g. 3B eine Wellen-

Claims

Patentanspruch: Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Welligkeit eines gewalzten Metallbands mit — zwei im Abstand voneinander angeordneten Stützrollen, Ober die das Band geführt ist, — einer Einrichtung zur Messung der Bandgeschwindigkeit, — einem unterhalb des Bands zwischen den beiden Stützrollen angeordneten und über die Breite des Bandes hin- und herbewegbaren, mit einem positiven Rückkopplungsverstärker verbundenen Abstandsmeßelement zum Erfassen der Änderung des Abstandes zwischen dem Abstandsmeßelement und dem Band, — einer Detektorschaltung, der das Ausgangssignal des positiven Rückkopplungsverstärkers zugeführt ist und die ein Ausgangssignal entsprechend der Amplitude der Abstandsänderung erzeugt, — einem Frequenz/Spannungs-Wandler zur Erzeugung eines Ausgangssignals entsprechend der Frequenz der Abstandsänderung und mit — einer mit den Ausgangsanschlüssen der Detektorschaltung, des Frequenz/Spannungs-Wandlers und der Einrichtung zur Messung der Bandgeschwindigkeit verbundenen Rechenschaltung zur kontinuierlichen Berechnung des Verhältnisses Amplitude/(Bandgeschwindigkeit/Frequenz) als Maß für die Welligkeit des Bandes,

1. der Zeitpunkt für das Auswechseln der Walzen sowie

2. Daten für die kontinuierliche Regelung des Ebenheitsgrades des Metallbands beim Walzen