DE3607593A1 - Messanordnung fuer das querprofil der dicke eines gegenstandes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßanordnung für die Dicke des Querprofils eines Gegenstandes mit einer auf der einen Seite des Gegenstandes angeordneten Strahlungsquelle und mit einer auf der anderen Seite des Gegenstands angeordneten feststehenden sich quer zum Gegenstand erstreckenden Detektoranordnung.

Die Erfindung ist insbesondere aber nicht ausschließlich anwendbar auf die kontinuierliche Messung des Dickenprofils von sich bewegenden ebenen Gegenständen wie z.B. gewalzte metallurgische Bänder oder Platten.

Im Falle von heißgewalzten Bändern ist es besonders wichtig, Informationen bezüglich der allgemeinen Form des Dickenprofils zu erhalten, da man wissen möchte, ob das Profil konkav, konvex oder keilförmig ist. Genauso wünschenswert ist es, das Kantenprofil zu erkennen um die Lage der Kante festlegen zu können. Auch an der Feststellung von Fehlen des Profils, wie z.B. stellenweisen VErdickungen besteht ein gewisses Interesse.

Bisher wurden derartige Messungen des Dickenprofils außer-Λ/ halb der Walzstrasse an entnommenen Proben mittels manueller auf Berührung reagierender Profilmesser durchgeführt.

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Um möglichst schnell ausreichende Informationen hinsichtlich der Kontrolle und der Nachregelung zu erhalten, wurden bereits Anordnungen entwickelt, die eine berührungslose Messung der Dicke des Profils eines sich bewegenden heißgewalzten Bandes ermöglichen.

Eine derartige Vorrichtung weist eine Röntgenstrahlungsquelle und einen zugehörigen Detektor auf, die einander gegenüber an den beiden Armen eines C-förmigen Halters angeordnet sind, der quer bezüglich der Laufrichtung des Bandes angeordnet ist. Das Signal dieser beweglichen Meßanordnung wird in Abhängigkeit von einem Signal geregelt, das von einer feststehenden Meßanordnung stammt

mit einer festen Strahlungsquelle und einem festen Röntgenstrahlenempfanger, die auf halber Breite des Bandes angeordnet sind.

Eine derartige Vorrichtung bietet einen erheblichen Fortschritt bezüglich der bis dahin bekannten Techniken, ist jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden und erfüllt nicht alle an sie gestellten Anforderungen. Ein Kompromiß zwischen der Empfindlichkeit und der Ansprechzeit führt zu einer Breite von 6 mm und einer Querverschiebungsgeschwindigkeit von weniger als 0,3 m/s. Typische heißgewalzte Bänder sind jedoch zwischen 700 und 2100 mrn breit und verlassen das Walzwerk mit einer Geschwindigkeit von ca. 15 m/s. Mit der bekannten Vorrichtung ist es nur möglich, einzelne Profilmessungen in Längsrichtung eines Bandes durchzuführen. Außerdem kann die Kantendicke nicht für einen Wert von kleiner als 25 mm gemessen werden und die Feststellung von Fehlstellen , die auf lokalen Verdickungen von weniger als 10 μΐη beruhen, bleibt problematisch. Ferner ist es auch schwierig, abwechselnd eine Verschiebung der Vorrichtung bezüglich des Bandes durchzuführen.

Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Vorrichtungen dahingehend zu verbessern, daß der bewegliche Detektor durch einen feststehenden Szintillator ersetzt wird, der sich über die gesamte Bandbreite erstreckt. Jedoch ist es dabei noch notwendig, die Röntgenstrahlungsquelle zu verschieben, wobei die erhaltene Auflösung unzureichend ist.

Die Notwendigkeit einer Messung des Querprofils der Dicke besteht nicht nur für warmgewalzte Bänder, sondern ist auch sehr vorteilhaft bei kaltgewalzten Bändern, wobei die Profilkontrolle vor dem Warmwalzgerüst erfolgt, so daß noch eine Korrektur möglich ist. So kann es z.B. im Fall von zu beschichtenden Bändern vorteilhaft sein, das Produkt vor dem Einlauf zu kontrollieren, wo die Bedingungen erheblich günstiger sind als in einem Warmwalzgerüst. Die Profilmessung ist auch in den Fällen vorteilhaft, in denen enge Toleranzen des Profils z.B. von beschichteten Bändern

Λ * * C- Φ «8

eingehalten werden müssen oder um das Eingangsprofil zu kennen um den Walzspalt einzustellen oder um das Ausgangsprofil zu kennen, bei einem Tandemgerüst zusätzlich zu einer Messung der Planheit. Es ist ferner wünschenswert Fehlstellen zu entdecken und zwar mit erhöhter Genauigkeit, da deren Dicke begrenzt ist und z.B. bei 3 μιη liegt, während ihre geringe Breite z.B. 5 mm beträgt. Ganz allgemein läßt sich sagen, daß eine Kontrolle des Profils des fertigen Produkts ein wirksames Verkaufsargument ist.

Für die Messung des Querprofils der Dicke von kaltgewalzten Bändern wird üblicherweise ein mit Berührung arbeitender Dickenmesser verwendet, wobei das Band im Ruhezustand ist. Es sind auch Anordnungen bekannt mit einer Röntgenstrahlungsquelle und einem Detektor, die sich von einer Kante des Bandes zur anderen verschieben lassen und zwar beidseits des Bandes. Mit diesen bekannten Anordnungen erfolgt immer eine Messung des Bandes im Ruhezustand, z.B. vor einer Schleifengrube, womit also noch der Nachteil verbunden ist, daß keine kontinuierliche Messung des sich bewegenden Bandes möglich ist.

Die Messung des Querprofils der Dicke ist ferner bei Grobblechen nützlich, d.h. bei Blechen, deren Dicke 100 mm erreichen kann und deren Breite bis 4500 mm reicht. Zu diesem Zweck werden heutzutage Strahlungsmeßgeräte verwendet z.B. mittels Gammastrahlen, die verdoppelt werden und die gleichzeitig zwei Meßvorgänge in bestimmten Abständen vom Rand ermöglichen. Das Profil wird dann durch parabolische Annäherung ermittelt, mit dem Nachteil einer geringen Genauigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zu schaffen, die im Vergleich zu den oben genannten Anordnungen erhebliche Vorteile aufweist, insbesondere eine kontinuierliche Messung von sich bewegenden Bändern oder Blechen mit erhöhter Genauigkeit bei statischer Meßanordnung sowie geringen Herstellungs- und Un-

terhaltskosten, da die Meßanordnung auch in der Lage ist, die Profilmessung von Dicken von anderen Produkten als kalt- oder warmgewalzten Bändern oder Grobblechen zu messen.

Ausgehend von einer Meßanordnung mit einer auf der einen Seite des Gegenstands angeordneten Strahlungsquelle und einer auf der anderen Seite des Gegenstandes angeordneten feststehenden sich quer zum Gegenstand erstreckenden Detektoranordnung wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die Strahlungsquelle feststeht und einem Kollimator zugeordnet ist, der derart ausgestaltet ist, daß er ein in Querrichtung des Gegenstandes divergentes Bündel erzeugt, das zur Profilmessung diesen durchsetzt und daß die Detek-5 türanordnung wenigstens eine Reihe von nebeneinanderliegenden Einzeldetektoren aufweist, deren jeder ein Signal als Funktion der auffallenden Strahlungsmenge erzeugt und einen Verarbeitungsschaltkreis aufweist, der die erhaltenen ,, Signale verarbeitet um daraus eine das Profil darstellende

Information zu erstellen.

Im Vergleich zu den bekannten Anordnungen, bei denen wenigstens die Strahlungsquelle quer zum Gegenstand verschoben werden muß, ist die erfindungsgemäße Meßanordnung vollständig statisch, weist einen erheblich einfacheren Aufbau auf, so daß die Herstellungs- und Installationskosten erheblich gesenkt werden können. Da aufgrund der hohen Kosten die bekannten Rontgenstrahlungsmeßgerate nur in wenigen Fällen eingesetzt werden, z.B. für die kontinu-

OQ ierliche Messung des Querprofils von warmgewalzten Bändern ermöglicht die erfindungsgemäße Meßanordnung ihren Einsatz in einem erheblich größeren Bereich, insbesondere der kontinuierlichen Messung des Querprofils von warmgewalzten oder kaltgewalzten Bändern und von Grobblechen.

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Da das den Gegenstand durchsetzende Bündel divergent ist, nimmt die Neigung bezüglich der Normalen mit der die Strahlung auf den Gegenstand auftrifft, entlang des Querprofils

des Gegenstandes zu. Vorteilhafterweise weist die Anordnung gemäß der Erfindung eine Kompensationseinrichtung auf der Detektorseite auf, die diese Neigungsvariation kompensiert und die von den Elementardetektor gelieferten Signale korrigiert gemäß ihrer Stellung entlang des Querprofils des Gegenstandes.

Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung weist die Detektoranordnung eine Integrationsvorrichtung für die Detektorsignale während eines vorgegebenen Zeitraums auf. Diese Integration ist vorteilhaft bei einer Messung, bei der die Strahlungsquelle eine geringe Leistung aufweist bezüglich der Empfindlichkeit der Detektoren .

Die Integrationszeit soll nicht zu lang gewählt werden um die Präzision der Messung nicht zu beeinträchtigen. Andere Faktoren, die die Präzision beeinflussen, sind insbesondere die Abmessungen der Detektoren und ihre Relativstellungen zur Quelle, zum Gegenstand und in der Detektorreihe. Eine geeignete Wahl dieser verschiedenen Parameter ermöglicht eine sehr hohe Präzision , die den Erfordernissen genügt im Falle der oben genannten Anwendungen bei der Messung des Querprofils der Dicke von metallurgischen, ebenen sich vorbeibewegenden Gegenständen.

Es sei noch bemerkt, daß durch den modulartigen Aufbau die Reihe von Einzeldetektoren an jede beliebige Gegenstandsbreite angepaßt werden kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der einige vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Meßanordnung;

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Figur 2 eine Seitenansicht der Meßanordnung von Figur 1;

Figur 3 eine detaillierte Ansicht der Detektoranordnung der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Meßanordnung und

Figur 4 eine Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels

einer erfindungsgemäßen Meßanordnung.
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In den Figuren 1 bis 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Meßanordnung dargestellt zur Messung des Querprofils der Dicke eines sich bewegenden Gegenstandes z.B. eines Bandes B, das aus dem Warmwalzgerüst austritt.

Auf der einen Seite des Bandes B, im gewählten Beispiel unterhalb, ist eine Röntgenstrahlungsquelle 10 angeordnet und zwar im wesentlichen unterhalb der Mitte des Bandes. Die Quelle 10 ist feststehend und erzeugt ein Röntgenstrahlungsbündel 11, das durch einen Kollimator 12 aufgeweitet wird. Wie in den Figuren 1 und 2 gestrichelt dargestellt, ist das Bündel 11 fächerförmig und divergiert in Querrichtung bezüglich des Bandes B. In Längsrichtung des Bandes B weist das Bündel nur einen geringen Aufweitungswinkel auf um so wenig wie möglich zu divergieren.

Auf der anderen Seite des Bandes B, d.h. oberhalb, ist eine Detektoranordnung 2 0 angeordnet. Diese Anordnung weist eine Reihe von nebeneinander angeordneten, identischen EIementardetektoren auf. Die Reihe ist feststehend und erstreckt sich quer zum Band und ist derart angeordnet, daß die von der Quelle 10 stammende, das Band B durchsetzende Strahlung aufgefangen wird. .

Wie insbesondere Figur 3 zeigt, besteht jeder Detektor 21 aus einer Fotodiode, auf der eine Szintillatorschicht angeordnet ist, wobei sie zu Modulen 22 zusammengefaßt sind, deren jeder N benachbarte Elementardetektoren aufweist, wobei die Module 22 direkt aneinanderstoßen um so

eine Reihe beliebiger Länge zu bilden.

Die unterschiedlichen Module 22 sind in einem Gehäuse 23 zusammengefaßt, das auf der dein Band zugewandten Seite mit einem Kollimator 24 versehen ist (Figuren 1 und 2).

In jedem Modul 22 sind die Detektoren 21 auf einer gedruckten Schaltung 25 angeordnet, deren Ausgangssignale mittels eines oder mehreren Multiplexer 26 weiterverarbeitet werden.

Ein Verarbeitungsschaltkreis 27 ist mit den einzelnen Modulen 22 verbunden und liefert jedem Modul die Referenz-Polarisationsspannungen für die Fotodiode sowie die Betriebsspannungen und die Steuersignale für die Multiplexer 26. Der Schaltkreis 27 erhält von jedem Modul die Ausgangssignale der Multiplexer 26.

Die Ausgangssignale der Detektoren 21 werden nacheinander gelesen und zwar in der Reihenfolge der Anordnung der Detektoren. Die Ausgangssignale werden bezüglich der Dunkelströme der Detektoren korrigiert und normalisiert um die Nichtlinearität des Empfängers und den Effekt des schrägen Auftreffwinkels zu kompensieren.

Die Dunkelströme der Detektoren sind diejenigen an ihren Ausgängen anstehenden Signale, wenn die Quelle 10 nichts aussendet. Die Nichtlinearität der Anordnung, d.h. die unterschiedliche Empfindlichkeit der einzelnen Detektoren, beruht darauf, daß es unmöglich ist, die Detektoren mit identischen Eigenschaften herzustellen; die Korrektur dieser Nichtlinearität führt also dazu, die gleichen Empfindlichkeiten für alle Detektoren zu schaffen. Der Effekt des schrägen Auftreffwinkels hängt von der Richtung ab unter der die von der Quelle stammende Strahlung das Band durchsetzt und variiert demzufolge von einem Ende zum anderen des betrachteten Profils. Da sich die Quelle im wesentlichen in der Mitte des Bandes befindet, nimmt mit

wachsendem Abstand von dieser Mitte der von den Röntgenstrahlen zurückgelegte Weg zu und differiert damit von der tatsächlichen Dicke.

Die Korrektur der Dunkelströme erfolgt, indem von jedem Ausgangssignal eines Detektors eine Korrekturkomponente abgezogen wird, die gegebenenfalls für jeden Detektor unterschiedlich ist. Die Kompensation der Nichtlinearität und des Effektes des schrägen Auftreffwinkels erfolgt, indem jedem erzeugten Signal eines Detektors ein Korrekturfaktor zugefügt wird. Diese Faktoren werden sofern sie sich zwischen den einzelnen Detektoren unterscheiden, synchron mit den von den Elementardetektoren nacheinander abgegebenen Signale in einen Referenzspeicher eingegeben. Die Korrekturen bzw. Kompensationen der Detektorsignale erfolgt vor oder nach deren Digitalisierung.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Detektorsignale zuerst mittels eines Analog-Digital-Wandlers 27a digitalisiert, anschließend in einem Korrekturschaltkreis 27c korrigiert, dem die im Referenzspeicher 27r enthaltenen Korrektursignale zugeführt werden, die digitalisierten und korrigierten Signale für jeden einzelnen Detektor werden in einem Zeilenspeicher 271 während der Dauer einer vorbestimmten Integrationsperiode aufsummiert. Am Ende einer jeden Periode wird der Inhalt des Zeilenspeichers 271 in einen Bildspeicher 27i eingegeben, wonach die Speicherung einer neuen Zeile vorgenommen werden kann. Der Bildspeicher 2 7i wird anschließend punktweise ausgelesen z.B.

um seinen Inhalt in Form eines Videosignals darzustellen mit dem das Profil auf einem Steuermonitor 2 8 angezeigt wird. Als Variante oder auch gleichzeitig kann der Inhalt des Speichers 2 7i in analoge Form umgewandelt werden um den Verlauf des Profils auf einem (nicht dargestellten) grafischen Drucker dargestellt zu werden. Es ist auch möglich, die Gesamtheit der Bilder, die den aufeinanderfolgender. Inhalten des Bildspeichers 27i entsprechen, in einem eigenen Speicher zu speichern oder diese Informationen ei-

-ii- 3607533 ner Verarbeitungsanordnung zuzuführen, die sie in Echtzeit auswertet. Ein logischer Steuerkreis 27n führt dem Wandler 27a geeichte Steuersignale zu sowie Steuersignale zum Lesen und/oder Schreiben in die Speicher 27r, 271 und 27i, Steuersignale für den Korrekturschaltkreis 2 7c und Steuer- und Versorgungssignale für die Schaltungen 25. Die einzelnen Korrektursignale werden experimentell ermittelt, wobei für die Kompensationsfaktoren ein feststehendes oder bewegliches Vergleichsband verwendet wird.
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Für die oben beschriebene Meßanordnung kann die von der Firma Thomson-CSF vertriebene Anordnung "THX 1454" verwendet werden.

Aus Figur 1 ersieht man, daß die Relativstellungen der

Quelle 10, der Detektorreihe 21 und des Bandes B denjenigen

Teil des Querprofils bestimmen, dessen Dicke gemessen wird.

Für einen gegebenen Abstand zwischen Band und den Detektoren verbessert sich die Präzision der Messung, wenn die Quelle dem Band angenähert wird, wobei jedoch in diesem Fall ein geringerer Abstand der Bandbreite gemessen wird.

Für einen gegebenen Abstand zwischen der Quelle und dem Band erhöht sich die Genauigkeit der Messung, wenn die Detektoren vom Band entfernt werden (wobei jedem Elementardetektor ein kleinerer Abschnitt der Bandbreite entspricht), wobei jedoch die gemessene Energie abnimmt als umgekehrte Funktion des Quadrates des Abstandes, und sich das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis verschlechtert.

Für eine Messung von warmgewalzten Bändern besteht ein geeigneter Kompromiß darin, daß sich das Band B in einem Drittel des Abstandes zwischen Quelle und Detektorreihe befindet, wobei geeignete Abstandswerte 0,5 bis 1,5 m betragen .

Die Integration der Detektorsignale ist vorteilhaft aufgrund der beschränkten Leistung der Quelle hinsichtlich der Empfindlichkeit eines jeden Detektors. Die Integrationszeit sollte trotzdem beschränkt sein um nicht die Präzision der Messung zu beeinflussen, die eine Funktion anderer Parameter ist, wie z.B. der Empfangsleistung (Verhältnis zwischen dem Maximalsignal vor der Sättigung und dem minimalen meßbaren Signal), dem Störpegel der Quelle (Zeitschwankungen der ausgesandten Strahlung), den Abmessungen der Elementardetektoren und der Wirksamkeit der Umwandlung der Röntgenstrahlung in Lichtphotonen.

Eine vorteilhafte Integrationszeit beträgt ungefähr eine Sekunde für eine Präzision von 0,2 % mit der oben genannten Anordnung der Firma Thomson-CSF. Bei den üblichen Bandgeschwindigkeiten beim Warmwalzen entspricht eine Integrationszeit von einer Sekunde ungefähr 2 0 Meter des BAndes. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßanordnung entfällt die Notwendigkeit, die Detektorsignale zu integrieren, indem mehrere Reihen 30 von Detektoren verwendet werden, wie es in Figur 4 dargestellt ist.

Jede Reihe erstreckt sich quer zum Band B, wobei die Reihen voneinander einen Abstand in Längsrichtung des Bands aufweisen und die Detektoren in den einzelnen ausgerichteten Reihen in Längsrichtung gesehen die gleichen Stellungen einnehmen.

In diesem Fall ist eine (nicht dargestellte) besondere Strahlungsquelle einer jeden Detektorreihe zugeordnet, wobei die von den in Längsrichtung ausgerichteten Detektoren stammenden Signale summiert werden.

Obwohl die Anwendung der erfindungsgemäßen Meßanordnung im Zusammenhang mit der Messung des Querprofils von ebenen Gegenständen beschrieben wurde, ist es auch möglich, Gegenstände mit einem in Querrichtung gekrümmten Profil zu vermessen.

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Claims (4)

bik Haft - Berngruber - Czybuikä Patentanwälte ~ -~ 36Ü7593 11604 Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise (IRSID) i Voie Romaine F-57210 Maizieres-les-Metz Meßanordnung für das Querprofil der Dicke eines Gegenstandes^ Patentansprüche

1. Meßanordnung für das Querprofil der Dicke eines Gegenstandes, mit einer auf der einen Seite des Gegenstandes angeordneten Strahlungsquelle und einer auf der anderen Seite des Gegenstandes angeordneten, feststehenden, sich quer zum Gegenstand erstreckenden Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß Jj*

- die Strahlungsquelle (10) feststeht und einem Kollima- { tor (12) zugeordnet ist, der derart ausgestaltet ist,

daß er, in Querrichtung des Gegenstands ein divergentes Bündel erzeugt, das zur Profilmessung diesen durchsetzt, und

- daß die Detektoranordnung (20) wenigstens eine Reihe von nebeneinanderliegenden Einzeldetektoren (21) aufweist, deren jeder ein Signal als Funktion der auffallenden Strahlungsmenge erzeugt und einen Verarbeitungsschaltkreis (27) aufweist, der die erhaltenen Signale verarbeitet um daraus eine das Profil darstellende Information zu erstellen.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung eine Kompensationsvorrichtung für die Variationen der Neigung bezüglich der Normalrichtung aufweist, unter der die Strahlung den Gegen-

stand durchsetzt.

3. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung eine Integrationsvorrichtung für die Detektorsignale während eines vorgegebenen Zeitraums aufweist.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung mehrere quer zum Gegenstand angeordnete Detektorreihen aufweist, die in Längsrichtung des Gegenstands gesehen im Abstand voneinander angeordnet sind.