DE69104164T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Querprofils der Dicke eines metallischen Bandes, vorzugsweise aus Stahl. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Messen des Querprofils der Dicke eines metallischen Bandes, insbesondere aus Stahl, auf einer Warm- oder Kaltwalzstraße für Bleche.
• Diese Vorrichtung umfaßt eine Strahlungsemissionsröhre und einen linearen Detektor für die Strahlung, welche auf der einen beziehungsweise auf der anderen Seite der Ebene des besagten Bandes angeordnet sind, sowie elektronische Mittel zur Erfassung, zur Messung und zur Steuerung.
• Aus den Dokumenten JP-A-62-229019 oder JP-A-229018, kennt man zum Beispiel Vorrichtungen zur Messung des Dickenprofils von vorbeilaufenden Gegenständen, wie beispielsweise von metallischen Bändern, durch Absorption von Röntgenstrahlen, wobei die Vorrichtungen eine Quelle von Röntgenstrahlen und einen Detektor für Röntgenstrahlen aufweisen, letzterer bestehend aus einer mit mehrfachen Detektoren versehenen Ionisationskammer. Man kennt durch das Dokument EP-A-0075190 eine Vorrichtung dieser Art, in welcher kalibrierte Blenden zur Absorption der Strahlung als Standards benutzt werden, um es so zu ermöglichen die Anwendbarkeit der Vorrichtung auf eine breitgefächerte Spanne von Dicken der zu prüfenden Produkte auszuweiten. Diese Vorrichtungen haben aber einerseits oft eine ungenügende Querschnittsauflösung, in der Größenordnung von 1,9 mm, bedingt durch die Ionisationskammer mit mehrfachen Detektoren und andererseits scheinen sie nicht dazu geeignet zu sein, in dem Bereich in der Nähe des Randes des metallischen Bandes, auf einer Breite von mehreren Zehntern von mm, Messungen mit einer genügenden Genauigkeit hervorzubringen. Dieser zweite Nachteil kommt daher, daß die Röntgenstrahlen in der Nähe des Bandrandes auf eine nicht homogene Weise ausgebreitet werden und dieses Fehlen von Homogenität stört die Messung
• Die Erfindung hat folglich zum Ziel, die querverlaufende Resolution zu verbessern und die Messung der Dicke des metallischen Bandes bis in die unmittelbare Nähe des Randes des besagten Bandes mit einer guten Genauigkeit zu ermöglichen.
• Zu diesem Zweck besteht der Gegenstand der Erfindung in dem Verfahren zum Messen des Dickenprofils eines metallischen Bandes, so wie es in dem Anspruch 1 definiert ist.
• Die Erfindung hat außerdem die Vorrichtung zur Ausführung der Messung, so wie sie in dem Anspruch 2 definiert ist, zum Gegenstand.
• Wie man versteht, besteht die Erfindung hauptsächlich darin, daß man eine Blende zwischen den Detektor und den Strahler legt, wobei man dieselbe so in Stellung bringt, daß sie jenen nicht von dem Bande verdunkelten Teil des emittierten Strahlenbündels verdunkelt, und daß sie über den Rand des Bandes hinaus bis in einen Überlappungsbereich von einer bestimmten Breite hineinragt, um so den entsprechenden Teil des ausgestrahlten Bündels, welcher den Rand des Bandes durchdringt, zu verdunkeln, und man läßt diese überlappende Breite während der Messung konstant.
• Die Blende befindet sich entweder zwischen dem Band und dem Detektor oder zwischen der Strahlerröhre und dem Band. Wenn sie sich zwischen dem Strahler und dem Band befindet, dann verdunkelt die Blende denjenigen Teil der Strahlung, welcher durch jenen Bereich des Bandes aufgefangen worden wäre der sich an dessen Rande befindet.
• Die Verschiebungen des Blendenträgers können gesteuert werden, dies durch Einsatz von Meßhilfsmitteln, welche mit Mitteln zur Bestimmung der Breite des genannten Überlappungsbereiches ausgestattet sind, sowie von Hilfsmitteln zur Regelung der Stellung der besagten Blende in Abhängigkeit von der Messung dieser Breite, so daß letztere konstant gehalten wird.
• Die eine Strahlung emittierende Röhre kann ein Strahler von Röntgenstrahlen sein und der lineare Detektor ist in vorteilhafter Weise eine mit einem Szintillationsstoff überzogene Photodiodenschiene.
• Andere Eigenarten und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der jetzt folgenden Beschreibung in Erscheinung treten. Diese Beschreibung wurde mit Blick auf die beigefügten Zeichnungen, die eine nicht einschränkende Form einer Ausführung veranschaulichen, gemacht.
• Figur 1 ist eine schematische Vorderansicht, welche das Prinzip der Erfindung illustriert.
• Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der von der Erfindung angepeilten Meßvorrichtung,
• Figur 3 ist eine graphische Darstellung, welche das von dem Detektor abgegebene Signal bei Benutzung einer der Erfindung entsprechenden Blende darstellt,
• Figur 4 ist eine graphische Darstellung, welche ein Beispiel einer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Messung zeigt.
• Die in der Figur 2 dargestellte Vorrichtung weist an einem Rahmen 24 befestigte obere Gleitschienen 1 und untere Gleitschienen 2 auf. Ein Schlitten 3 ist auf verschiebbare Weise auf den oberen Gleitschienen aufgebaut und trägt eine Röntgenstrahlen (oder gegebenenfalls Gammastrahlen) emittierende Röhre 4. Ein Schlitten 5 ist verschiebbar auf den unteren Gleitschienen 2 aufgebaut und trägt einerseits einen linearen Detektor 6 und andererseits einen Block 7, in welchem Führungsschienen 8 gleiten, welche eine an den Endpunkten der Gleitschienen 8 befestigte Platte 9 tragen. Der Schlitten 5 trägt ebenfalls einen Schrittmotor 10 zur Mitnahme der Führungsschienen 8, welche in dem Block 7 mittels nicht dargestellter Mittel, wie etwa einem Zahnriemen, hin und her verschoben werden.
• Ein auf dem Gestell 24 aufgebauter Schrittmotor 11 kann den Schlitten 3 auf an sich bekannte Art und Weise in Bewegung versetzen, zum Beispiel mit einem (nicht dargestellten) oberen Zahnriemen, welcher sich längs der Gleitschienen erstreckt und mit dem Schlitten 3 fest verbunden ist. Er treibt ebenfalls den Schlitten 5 an, dies unter Zuhilfenahme einer Welle 12 und eines sich längs einer Gleitschiene 2 erstreckenden und mit dem Schlitten 5 fest verbundenen (nicht dargestellten) Zahnriemens .
• Die Platte 9 besteht aus einem Material welches eine Ähnlichkeit mit dem Material besitzt aus dem die Bänder, deren Dicken mit der beschriebenen Vorrichtung gemessen werden, hergestellt sind, zum Beispiel aus weichem Stahl. Die Dicke der Platte 9 kann sich stufenweise verändern; jede Stufe dient dann als Norm für die Dicke, sie kann aber auch als Blende genutzt werden, so wie dies weiter unten erklärt wird. Um aber diese Funktion zu gewährleisten, kann die Platte durch eine Platte gleichbleibender Dicke ersetzt werden. Bekannte Mittel dienen zum ausfindig machen der Stellung der Schlitten 3 und 5 in Bezug auf das Gestell 24 sowie der Stellung der Platte 9 in Bezug auf den Block 7, welcher mit dem Schlitten 5 fest verbunden ist.
• Die Mittel zur Steuerung der Schrittmotoren 10 und 11, die Hilfsmittel zur Erfassung der Stellung der beweglichen Schlitten 3 und 5 und der Platte 9, das Mittel zur Steuerung der Röntgenröhre 4 sowie der lineare Detektor 6 sind mit elektronischen Mitteln zur Erfassung, zur Messung und zur Steuerung 21 (Fig. 1) verbunden, und sie sind in einer an sich bekannten Weise hergestellt.
• Wenn man das Profil der querverlaufenden Dicke eines Bandes 13, zum Beispiel aus Stahl, messen will, dann ordnet man das Meßgerät so an, daß das Band 13 zwischen den Gleitschienen 1 und 2 gelagert ist, in einer mit diesen gleichlaufenden Ebene, und daß es sich zum Beispiel etwa 20 cm oberhalb des Detektors 6 befindet. Das Band erstreckt sich in der waagerechten Ebene und es befindet sich im Durchlauf oder im Stillstand auf der Walzstraße.
• Mit Hilfe des Motors 11 verschiebt man die Schlitten 3 und 5 auf solche Weise, daß die Röntgenröhre 4 und der Detektor 6, die eine gegenüber dem anderen angeordnet werden, dies auf gleicher Höhe mit dem Bereich des Bandes in dem die Dicke gemessen werden soll. Dieser Bereich besteht aus dem Bereich 30, der durch einen Teil 15 des Bündels der Röntgenstrahlen durchquert wird, Teil welcher das Band 13 durchquert und nicht durch die Blende 9 abgefangen wird.
• Mit Hilfe des Motors 10 wird die Platte 9 so angeordnet wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, und zwar in der Weise, daß man denjenigen Teil 17 des Strahlenbündels welcher nicht von dem Band 13 abgefangen wird sowie auch denjenigen Teil 16 des Bündels welcher von dem unmittelbar in der Nähe seines Randes liegenden Bereich 14 des Bandes abgefangen wird, ausblendet.
• Der Anteil 15 der Röntgenstrahlung wird, nachdem er das Band 13 durchquert hat, von dem Detektor 6 aufgefangen, und dieser erzeugt ein Signal welches von den elektronischen Mitteln 21 zur Erfassung, zur Messung und zur Steuerung aufgezeichnet wird.
• Dieses Signal stellt die Intensität der von jedem einzelnen der Punkte des Detektors 6 in Abhängigkeit von seiner jeweiligen Stellung empfangenen Röntgenstrahlung dar. Dieses Signal erlaubt es über eine an sich bekannte Berechnung das Profil der Dicke in der Querrichtung des Bandes zu ermitteln.
• Die Figur 3 ist eine graphische Darstellung welche das von dem Detektor 6 abgegebene Signal veranschaulicht, wobei auf der Abszisse die Stellung x des Meßpunktes entlang des Detektors 6 dargestellt ist und auf der Ordinate die Intensität i des abgegebenen Signals. Die erhaltene Kurve weist drei Teile auf:
• - ein erster Teil 18 entspricht dem Anteil 15 des Bündels der Röntgenstrahlung welcher das Band 13 durchdringt und nur diesem Anteil allein. Dieser Teil 18 erlaubt es die Dicke des Bandes zu berechnen.
• - ein zweiter Teil 19 entspricht dem Anteil 16 des Bündels der Röntgenstrahlung welcher sowohl das Band 13 als auch die Blende 9 durchdringt (Überlappungsbereich 14). Dieser Anteil befindet sich zwischen den Abszissen x1 und x2 und die Differenz Δx = x2 - x1 zwischen diesen Abszissen stellt die Breite des von der Blende 9 verdunkelten Bereiches 14 des Bandes 13 dar, also den Bereich der Überlappung in welchem man keine Dicke messen kann. Dieser Bereich kann beispielsweise eine Breite von 1 bis 2 mm haben.
• - ein dritter Teil 20 entspricht dem Anteil 17 des Bündels der Röntgenstrahlung, welcher nur von der Blende 9 abgefangen wird. Dieser Anteil dient nicht unmittelbar zur Messung, kann aber als Bezugspunkt für die Dicke dienen.
• Da sich das Band 13 während der Messung in Bewegung befinden kann, kann sich sein Rand in Bezug auf die Meßvorrichtung verschieben. Diese Verschiebung des Randes kann die Breite l des Bereiches der Überlappung des Bandes 13 und der Blende 9 verändern, sie kann sogar diesen Überlappungsbereich verschwinden lassen. Dies ist insbesondere der Fall wenn die Vorrichtung für die Dickenmessung auf einer Anlage angeordnet ist durch welche das Band 13 kontinuierlich hindurchläuft.
• Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird die Stellung der Blende 9 mit an sich bekannten Mitteln von der Breite l des Überlappungsbereiches 14 des Bandes 13 und der Blende 9 abhängig gemacht, so daß diese Breite l konstant gehalten wird.
• Zu diesem Zweck bestimmen die eingesetzten Mittel der Elektronik und der Informatik zur Erfassung, zur Messung und zur Steuerung, in an sich bekannter Weise, die Werte x2 und x1 und dann Δx = x2 - x1 und sie vergleichen Δx mit einem von der Bedienungsperson gewählten Bezugswert Δx0. Der Unterschied Δx - Δx0 dient dann als Steuersignal für die Steuerungsmittel des Motors 10, welcher die Führungsschienen 8 und die Blende 9 bis zur Aufhebung dieses Unterschiedes verstellt.
• Figur 4 ist eine graphische Darstellung in welcher die Breite d des Bandes 13 auf der Abszisse und seine Dicke E in um auf der Ordinate aufgetragen sind, und welche ein Zahlenbeispiel von Messungen darstellt, die ausgehend vom Rande des Bandes (Abszisse 0) durchgeführt wurden.
• Das Band aus weichem Stahl besitzt eine Dicke von 3,5 mm und die Nutzspannung der Röntgenröhre kann 75 kV betragen. Die Kurve 21 stellt das wirkliche Profil der Dicke des Bandes dar. Die Kurve 22 stellt das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessene Profil des Bandes dar, wobei sich die Blende 9 in Stellung befand. Man stellt fest, daß, mit Ausnahme der ersten drei Millimeter, die Messung ausgezeichnet ist, denn die Kurve 22 deckt sich praktisch mit der Kurve 21. Die auf den drei ersten Millimetern der Kurve 22 festgestellte Spitze rührt von der Überlappung des Bandes 13 und der Blende 9 in dem Randbereich 14 her.
• Die Kurve 23 ist ein Dickenprofil das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen worden ist, wobei man in derselben aber die Blende 9 entfernt hatte. Man sieht auf dieser Kurve 23, daß die Wirkung der Streuung der Röntgenstrahlen und der Blendung des Detektors 6 sehr beträchtlich ist, da sie die Messung wenigstens bis hin in eine Entfernung von 25 mm vom Rande verfälscht.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auf diese Weise in der Querrichtung eine Auflösung von etwa 1 mm zu erzielen sowie eine sehr zufriedenstellende Genauigkeit der Messung in der Nähe des Bandrandes. Im Falle eines Bleches einer Dicke von weniger als einem Millimeter liegt die Dauer der Messung für das vollständige Profil in einer Zeitspanne von 0,1s bis 1s. Außerdem sind die Detektoren mit Photodioden viel einfacher als die Detektoren mit vielfachen Ionisationskammern und sie sind deshalb bedeutend weniger kostspielig.
• Der lineare Detektor kann ein Detektor des Typs THX 9577 der Gesellschaft THOMSON sein. Er enthält insbesondere eine Schiene mit 144 rechteckigen Photodioden deren Ausmaße 1,6 mm auf 3,2 mm sind und die mit einem Szintillationsstoff überzogen sind.
• Unter den verschiedenen Varianten der möglichen Ausführungen, wird man von jener Kenntnis nehmen, bei welcher die Blende 9 zwischen dem Strahler 4 der Röntgenstrahlen und dem Band 13, dessen Dicke man messen will, angeordnet werden kann.

Claims (8)

1) Verfahren zum Messen des Dickenprofils eines metallischen Bandes (13), insbesondere aus Stahl, mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß welcher man oberhalb beziehungsweise unterhalb dem Band einen Strahlungsemitter (4) und einen linearen Detektor (6) für das ausgestrahlte Strahlenbündel anordnet und man ein elektrisches Signal (i) aufnimmt, welches repräsentativ für die Veränderungen der Querdicke des Bandes (13) bis hin in die Nähe eines seiner Ränder ist, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den Detektor (6) und den Strahler (4) eine Blende (9) einlegt und man sie auf solche Weise anordnet, daß sie jenen nicht von dem Band (13) verdunkelten Teil (17) des ausgestrahlten Bündels verdunkelt, und daß sie über den Rand des Bandes (13) hinaus bis in einen Überlappungsbereich (14) von einer gegebenen Breite (l) hineinragt, um den entsprechenden Teil (16) des Strahlenbündels welcher den Bereich dieses Randes durchdringt zu verdunkeln, und daß man diese überlappende Breite (l) während der Messung konstant hält.

2) Vorrichtung zum Messen, durch Absorption der Strahlung, des Dickenprofils eines metallischen Bandes, insbesondere aus Stahl, von einer Bauart die eine Strahlen emittierende Röhre (4) und einen linearen Detektor (6), welche auf der einen beziehungsweise auf der anderen Seite der Ebene des besagten Bandes angeordnet sind, die elektronischen Mittel (21) für die Erfassung, die Messung und die Steuerung, sowie eine zwischen der Strahlerröhre (4) und dem Detektor (6) liegende Blende (9) in sich einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende so angeordnet ist, daß sie die durch die Strahlerröhre (4) emittierte Strahlung teilweise verdunkelt und den entsprechenden Teil des Detektors (6) abdeckt, dies indem sie auf solche Weise über die Grenzen des Bandrandes hinausragt, daß ein Überlappungsbereich (14) von einer Breite (l) geschaffen wird, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Stellung der Blende derart zu regeln, daß die Breite (l) des Überlappungsbereiches (14) konstant gehalten wird.

3) Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Blende (9) sich zwischen dem Band und dem Detektor befindet.

4) Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Blende (9) sich zwischen der Strahlerröhre (4) und dem Band befindet.

5) Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Mittel zum Regeln der Stellung der Blende elektronische Hilfsmittel (21) zum Erfassen von Messungen sind, welche ausgestattet sind mit Mitteln zur Erfassung der Breite (l) des sich am Rande des Bandes (13) befindenden Überlappungsbereiches (14) und mit Mitteln zum Regeln der Stellung der besagten Blende (9) in Abhängigkeit von der Messung der besagten Breite so daß diese Breite konstant gehalten wird.

6) Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Strahlerröhre (4) emittierte Strahlung eine Röntgenstrahlung ist.

7) Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Detektor 6 eine Schiene mit Photodioden aufweist welche mit einem Szintillationsstoff überzogen sind.

8) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ausgestattet ist mit einem Schlitten (3) zum Halten der die Strahlen emittierenden Röhre (4), welche gleitend auf den an dem oberen Teil eines festen Rahmens (24) angebrachten Gleitschienen (1) aufgebaut ist, mit einem Schlitten 5 zum Halten des linearen Detektors (6), welcher gleitend auf den Gleitschienen (2) des unteren Teiles des Rahmens aufgebaut ist, mit einem Block (7) in welchem verstellbare Führungsschienen (8) zum Halten der Blende (9) eingebaut sind, wobei die verschiedenen vorher erwähnten Schienen sich senkrecht zur Längsrichtung des Bandes (13) dessen Dicke gemessen werden soll erstrecken, sowie mit den Motoren (10,11) zur Steuerung der Bewegungen der Schlitten (3,5) und der Blende (9).