DE8331619U1

DE8331619U1 - Vorrichtung zur lageregelung von bahnfoermigen materialien

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Publication number: DE8331619U1
Application number: DE19838331619
Authority: DE
Original assignee: Fife Europe 6233 Kelkheim De GmbH
Current assignee: Fife Europe 6233 Kelkheim De GmbH
Priority date: 1983-11-04
Filing date: 1983-11-04
Publication date: 1984-12-13

Description

Ol Bei industriellen Herstellungs-und Weiterverarbeitungsprozessen müssen bahnförmigen Materialien, wie z.B. Blechbänder, Metallfaserstoffe und ähnliche mittig durch die Bearbeitungsanlagen hindurchgeführt werden.

Haben solche Bearbeitungsanlagen eine große Länge, wie dies 2.B. bei Durchlauföfen der Fall ist, können die Materialbahnen zu einer Seite Mn auslaufen und bei einem Anstoß der Kanten gegen die Gestellrahmen verletzt werden, unter Umständen die Gestellrahmen sogar beschädigen.

r> 10 Aus diesem Grunde ist man bestrebt Seitenkanten oder Mittenbahnen-Regelungen, die eich in anderen Industriezweigen bewährt haben so zu modifizieren, daß sie auch für Materialbahnen in Schwerindustriebereichen verwendbar sind.

Dies ist jedoch nicht ohne weiteres niöglich, besonders wenn es sich um glühende Materialbahnen handelt.

Zumeist werden die glühenden Bahnkanten für die Bahnkanten-Regelung herangezogen. Dabei werden zwei Stsählungsenpfaiiger für Wärmestrahlung auf die glühenden Materialbahnkanten gerichtet. Die Strahlungsempfänger sind meistens mit infrarotempfindlichen Fotodioden oder Fototransistoren bestückt

Die Fotodioden-oder Fototransistoren-StrahlungsenpfMnger werden so justiert, daß ihre Bnpfangsoptik in der Soilage der Bahn etwa zur Hälfte die glühende Bahnkante erfaßt, während die andere Hälfte des Sichtkanales an der Kante vorbei in den Dunkelbereich - Hintergrund - sieht.

Abweichungen von der Sollage der Bahn ergeben entweder mehr Strahlung durch größer werdenden Eintritt der glühenden Bahnkante in den ESnpfangsbereich der Optik - oder im gegensätzlichen Fall - eine Verminderung der Strahlungsmenge. Aus den Veränderungen der Strahlungsmenge werden nach elektronischer Auswertung, die Stellsignale gebildet, die auf die Stellwalzen, zwischen denen die Materialbahnen hindurchgeführt werden, wirken.

In der Anlaufzeit eines Durchlaufofens haben die Materialbahnen noch nicht die GlUhtemperatur erreicht, weshalb die Regelung noch nicht wirksam werden kann, weil eine meßbare Wärmestrahlung noch fehlt.

Es sind Verfahren bekannt, bei denen zur Erfassung der Bahnkanten Fernsehkameras verwendet werden.

Verwendet man eine Fernsehkamera, so kann man ihre Fähigkeit mehrere Farben zu erkennen, nutzen.

>- Im vorliegenden Fall ist die glUhende Materialbahn im Rot-

farbbereich der Kamera erkennbar, während in den anderen Farbbereichen die dunkle noch nicht glUhende Materialbahn erfaßbar ist, wenn sie entsprechend beleuchtet wird.

Da Mehrfarben-Fernsehkameraröhren ein erheblicher Kostenfaktor sind, wird allgemein nur eine Kameraröhre mit einem infraroten Sichtbereich benutzt.

Um in diesem Fall einwandfreie Signale zu erhalten, ist erforderlich, die Materialbahn, solange sie in der Anlaufphase noch dunkel ist, durch Scheinwerfer zusätzlich zu beleuchten.

^ Da bei einem Duchlaufofen keine Öffnungen vorhanden sein

^aürfen, durch die Wärme entweichen kann, erfolgt die Beobachtung der Bahnkanten durch hitzebeständige Fenster hindurch.

Fernsehkamera und Scheinwerfer leuchten und sehen durch das gleiche Fenster hindurch, wobei es zu Spiegelungen an der Sichtscheibe kommen kann, welche die Meßsignale verfälschen.

Es sind auch Bahnkanten-und Bahnmittenregelungen bekannt« bei denen man hinter den Bahnkanten rUckstrahlende Spiegel - sogenannte Tripelreflektoren - angebracht hat, welche das nicht von der Bahnkante verdeckte Scheinwerferlidht in den Sichtkanal der Fernsehkamera oder des Meßempfängers zurück" strahlen«

Derartige Spiegel sind meistens aus Qlae und nicht immer genügend wärmefest.

Da sieh die Tripellage unter Wärmewirkung verändern kann, verschiebt sich die Sollagen-Einstellung, was unerwünscht ist. ■ Auch das Nachputzen dieser Spiegel in regelmäßigen Abständen

kann zu erheblichen Belastungen führen.

Je heißer die glühende Materialbahn wird, desto größere Abweichungen von der Sollage sind zu erwarten.

Das besondere Problem von Bahnkanten-und Bahnmittenregelungen ist darin gegeben, daß sie sowohl bei noch nicht glühender Bahn ebenso wirksam sein müssen, wie bei heißer, hellrot leuchtender Bahn.

Erst bei genügend heißer Bahn strahlt diese genügend Strah-( lung im Infrarotbereich ab, auf die der Meßfühler, meist ei'ν

Silicium-Halbleiter, anspricht.

Bei den schon als bekannt vorausgesetzten Anlagen behalf man sich deshalb mit einer zusätzlichen Strahlunsquelle, den Scheinwerfer, der die noch dunkle, nicht glühende Materialbahn in der Anlaufphase des Durchlauf of ens, beleuchtet.

Solange die Temperatur der Materialbahn im Dunkelbereich ist, wird die Scheinwerfer-Strahlung von der Materialbahn selbst oder dahinter angeordneten Spiegelreflektoren zurückgeworfen.

Abgesehen davon, daß eine dunkle Materialbahn ein sehr
schlechter Reflektor ist, wird das reflektierte Licht diffus
reflektiert, wodurch eine sehr hohe Verstärkung des Eingangssignals erforderlich wird.

Zwar kann man Fersehkameras mit einem Restlichtverstärker

verwenden, jedoch sind solche lösungen außerordentlich teuer
und wenig ökonomisch.

Erwärmt sich darm die Materialbahn bis in den Glühbereich,

dann muß die Empfindlichkeit ständig angepaßt werden, was I

einen erheblichen Aufwand an Regelelektronik erfordert. . f

Schließlich gerät der Wärmestrahlungsbereich der glühenden |

Materialien immer dichter an die Farbtemperatur des Schein- 1

k werfers, so daß es für den Meßfühler -!im«**· schwieriger wird, f,

die beiden Farbtemperaturbereiche noch zu trennen. '■■

Die Folge davon ist eine relativ aufwendige Auswerte-Elektronik, welche die Bahnkanten-und Bahnmitten-Regelung unnötig komplizieren.

Es sind auch Meßfühler-Einrichtungen bekannt, die Dreh-cder |

Schwingspiegel verwenden, doch gelang es nicht, mit diesen |

den wandernden Spektralbereich einer kalten, dunklen Materialbahn bis hin zur Glühtemperatur mit demselben Meßfühler
zu überdecken.

Die nachstehend beschriebene Erfindung geht einem neuen bisher noch unbekannten - Weg aus, die Bahnkanten-und Bahnmitten-Regelungen glühender Materialbahnen zu lösen.

Es werden ein oder mehrere Meßfühler verwendet, deren Sicht- ? kanal (8) auf die Kanten (11) der Materialbahn (7) gerichtet ) sind4 I

Sie können außerhalb der Bearbeitungseinrichtung, wie z.B. ein Durchlaufofen, angeordnet werden und erfassen die Kanten (11) der Materialbahnen (7) durch ein Sichtfenster (5) hindurch.

Sie können aber auch innerhalb des Durchlaufofens an geeigneter Stelle angebracht sein.

Im Durchlaufofen-Bereich (1) sind hinter der Materialbahn (7) rechts (3) und links (3) Infrarotstrahler (4) angebracht, die ihre Strahlung (A) in Richtung (B) der Meßempfanger (6) aussenden

Es werden jedoch Infrarotstrahler ausgewählt deren Spektralbereich wesentlich langer ist, als die der glühenden Materialbahn (7).

Hat z.B. die glühende Materialhahn (7) eine Oberflächentemperatur von ca. 1000^eC, so wird für die Hintergrund-Beleuchtung der glühenden Material hahn (7) ein Strahler mit einer Temperatur von ca. 2000"C. verwendet.

Ein Meßfühler (6) der auf die Bahnkanten (11) gerichtet ist, erfaßt beim Überlauf einen Temperatursprung von rd. 1000 "C., was einer Signaländerung von 100 % entspricht.

Die Meßempfänger sehen nur den nicht von der Materialbahn verdeckten Teil des Infrarot-Strahlers. Dieser erscheint für die Meßfühler als "hell", der abgedeckte Teil dagegen "dunkel". Die Messung der Sollage der Msterialbahn erfolgt nicht mehr in Abhängigkeit der Strahlungsreflexion an der Materialbahn-Oberfläche (7), sondern durch vergrößern oder verkleinern der von der Meßfühleroptik gesehenen Scheinwerferfläche.

Alle Temperaturen des Materials unterhalb von 1000⁰C. erscheinen für den Meßfühler als "dunkel", alle Temperaturen um 2000⁰C. als "hell".

Auch wenn die Oberflächentemperatur der Materialbahn (7) beim Anlauf eines Durchlauf H3lühof ens noch bei Baumtemperaturen liegt, ergeben sich keine Änderungen des Regelprinzips.

Bell, entsprechend der vollen Abdeckung des Meßempfängers, bedeutet einen Regelausschlag nach rechts. Dunkel, eine solche nach links, je nach dem wie die Mittenlage der Rege- r 10 lung eingestellt"ist.

Durch diese - gewählte - Hell-dunkel-Unterscheidung, ergeben sich exakte und eindeutige Richtungs-Stellsignale.

Mit Hilfe eines Einstellreglers kann die Mittenlage der Materialbahn eingestellt werden. Vorzugsweise wird man sie auf die jeweils halbe Abdeckung der Scheinwerfer ausrichten.

In der Praxis beruht die Regelung auf Abschattung der Licht-/Strahlenquelle, wobei diese in der Sollage zur fialfte abgedeckt ist.

V Wesentlich ist, daß die Licht-/Strahlungsquelle nicht zu

weit von der Materialbahn (7) entfernt ist, da sonst Streulicht-Strahlung die Messungen verfälschen könnte.

Da die Materialbahn (7) zwar in der Anlaufphase noch kalt und dunkel ist, sich aber mit Fortgang des Arbeitsprozesses bis zur Glühtemperatur erwärmt, sind nur Licht-/Strahlungsquellen verwendbar, die hohe Temperaturen vertragen können.

Da das Regelprinzip darauf beruht, daß eine Strahlungsquelle verwendet wird/ deren Strahlung in einem Temperaturbereich liegt/ die doppelt so hoch liegt, wie die Glühtemperatur der

Materialbahn (7), ist die Temperaturfestigkeit des Scheinwerfers ein besonderes Problem.

Infolgedessen müssen Licht-Zstrahlungsquellen (4) als Scheinwerfer (4a) verwendet werden, die von ihrer Könstruktion her hierfür geeignet sind.

Derartige Strahlungsquellen sind mit hochtemperaturfesten Edelmetallwendel ausgerüstet, die in einen Quarzglaskolben ,* untergebracht sind und als Quarzstrahler bezeichnet werden.

C Die Wendeltemperutur solcher Quarzstrahler erreicht Tempe-

raturen bis zu 22U0°C.

Es sind aber auch rohrfönnige Infrarot-Strahler verwendbar, wie sie zur Wärmebestrahlung bei der Lacktrocknung cder bei Freiflächenbeheizungen angewendet werden.

Die Form der Strahlungsaussendenden Fläche kann eine Rundform. Rechteckform oder aber linienförmig ausgebildet sein.

Wesentlich ist jeweils, daß sie so angeordnet werden, daß die Bahnkante (7) ihre Strählungsflache (7a) in der Sollage (A-B) hälftig vun der Materialbahn (7) abgeschattet wird.

Werden Materialbahnen (7) mit veränderlichen Breiten verwendet, so werden die Strahlungsquellen (4) auf einer Einstell vorrichtung (14) montiert, auf der sie seitlich verschoben werden können, bis die Sollage erreicht ist. Dabei können Handeinstell-Vorrichtungen oder auch fernsteuerbare, elektromotorische oder pneumatische oder hydraulische Stelleinrichtungen verwendet werden.

In den strahlungsempfindlichen Meßempfängern (6) können Halbleiter aus Silicium, Gallium und deren Phosphite oder Tellur-und Bleisulfiid-Verbindungen verwendet werden, deren Spektralbereiche jener der verwendeten Strahlungsquelle besser angepasst sind.

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35% "^lo" I

Zusätzlich können im ppto-Gmpfängskanal (8) der Meßempfänger f

(6) noch Spektralfilter (1) verwendet werden, die alle |^f

Strahlung unterhalb von 1000"C. sperren. ;'·. Gleichartige Filterkönnen aber auch der Strahlungsquelle |

vorgeschaltet werden.

In Figur 1 ist die Anordnung einer Lageregelung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt.

In einem Durchlauf^lühofen (1) wird die Materialbahn (7) über eine Führungswalze (2) geführt* Hinter der Materialbahn (7) ist eine linienförmige Strahlungsquelle (4) angeordnet, wobei eine U-Profilschiene (3) gleichzeitig als Strahlungsreflektor wirkt.

Die MeßfUhleranordnüng (6) sieht mit ihrem Sichtkanal (8) durch ein Fenster (5) in der Wandung des Glühofens (1) hindurch auf die Strahlungsquelle (4).

In Figur 2 ist die Meßanordnung, bestehend aus Strahlungsquelle (4) mit Reflektor (3) Sichtfenster und dem Meßempfängem (6) dargestellt.

( Erkennbar ist, daß die Strahlungsquelle (4) und die Meßfüh-

ler (6) in der optischen Mittenachse (A-B) die Bahnkanten (11) schneiden.

Die optische Mittenachse (A-B) entspricht der Sollage der Materialbahn (7).

Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht der Meßanordnung mit zwei Meßfühlern (6) an den beiden Bahnkanten, wobei ersichtlich ist, daß die Materialbahn (7) in ihrer vollen Breite die linienförmige Strahlungsquelle (4) nahezu verdeckt, so daß nur noch an den Rändern der Bahn (7) Strahlung in Richtung der Meßfühler (6) ausgesandt wird.

Dabei schattet die Materialbahn (7) in der Soilage, den halben Öffnungswinkel (8) der Meßfühler-Optik (6) bis zur Mittenachse (A-B) ab, so daß nur die nicht von der Bahn (7) verdeckte Strahlung der Strahlungsquelle (4) von den Meßfühlern (6) erfaßt wird.

Je nach dem ob die Bahn (7) nach rechte oder links auswandert« wird der rechte oder linke Teil der linienfönnigen Strahlungsquelle (4) freigegeben und der jeweilige MeßempfSnger (6) stärker oder schwäche* beleuchtet.

_r 10 Aus den sich ergebenden Photoströmen der Meßempfanger (6) werden die Richtungs-Stellsignale abgeleitet.

Als Meßfühler können Farbfernsehkameras mit Elektronenstrahlabtastüng verwendet werden oder solche, deren photoenpfindliches target aus Phötödiödenrästern bestehen.

Die Meßfühleranordnungen können anstelle zur Bahnkantenregelung auch für eine Breiteninessung und/oder zur Lagenkontrolle der Bahn verwendet werden. Dabei können digitale cder analoge Messungen ausgeführt werden.

- 12 -Legende t

1 - Durchlauf-GlUhofen

2 - Förderwalze der Materialbahn

3 - Reflektor der Strahlungequelle

4 - linienförmig· Strahlungequelle

5 - Sichtfenefeer im der OlUhofenwand

6 - Strahlungs-Meßfühler

7 - Materialbahn

(T- 8 - Öffnungswinkel (Sichtkanal) der Meßfühler

9 - elektronische Auswertung

10 - Spektralfilter

11 - Bahnkanten

12 - Photostrom-Signale

13 - Cptik

ArB - Mittenachse der Meßfühler (Sollage)

■ f C- Hintergrund

D- Vordergrund

14 - Verstell-Einrichtungen

Claims

SCHUTZANSPRÜCHE

Anspruch 1

Vorrichtung zur Lageregelung von bahnförmigen Materialbahnen insbesondere in Durchlauf-Glühofen dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von halten, warmen und heißen Materialbahnen vorgesehen sind:

Licht-und/oder Strahlungsquellen (4), die räumlich hinter (C) der Seitenkanten (11) der Materia "!bahnen (7), innerhalb von U-Schenkeln von Profilstahl schienen (3) montiert sind in <3er Wand des Durchlaufofens befestigt sind und die iüdhtungsoptiken (13) haben zur Abstrahlung von ge richteten und

geformten Strahlenbündel (8) auf die Seitenkanten (11) der Materialbahnen (7) in exakten Strahlungskanälen £8) an dessen anderen Enden ein oder meherere Meßempfänger (6) angeordnet sind, die ihrerseits mit Optiken (13), Filterscheiben (10) versehen sind und strahlungsempfind liehe Meßfühler enthalten und

die in der gemeinsamen Achse des Strahlungs/canals so montiert sind, daß sie eine gemeinsame Bauteileeinheit zur Feststellung einer seitlichen Verschiebung der Material bahn (7) bilden, die innerhalb eines Winkelsektors zwischen aus gezogenen und der gestrichelten Winkellinie entsteht, wozu Verstellmotoren (14) angebracht sind.

Anspruch 2

Vorrichtimg zur Lageregelung von bahnfönnigen Materialbahnen, insbesondere Durchlauf-Glühöfen, dadurch -gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (4) eine linienförmige, rechteckigförmige oder runde Bauform haben.

Anspruch 3

Vorrichtung zur Lageregelung von bahnfönnigen Materialbahnen, insbesondere Durchlauf-Glühöfen, nach Anspruch 1 und nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßfühlern (6) Strahlungsfilter vorhanden sind, die den Strahlungstemperaturbereich der Materialbahn (7) und der Strahlungsquellen (4) haben.

Anspruch 4

Vorrichtung zur Lageregelung von bahnfönnigen Materialbahnen, insbesondere in Durchlauf-Glühöfen, nach Anspruch 1 und nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler (6) Signalleitungen zu einer Elektronik-Auswerta-Schaltung (9) besitzen, an deren Auegangekleanen (9a) die beiden Richtungs-Stellsignale für die Veratellmotore 14 abnehmbar sind.

Anspruch 5

Vorrichtung zur Lageregelung von bahnförmigen Materialbahnen« insbesondere in Durchlauf-Glühöfen, nach Anspruch 1 und nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler (6) auf Verstelleinrichtungen (14) befe stigt eind, durch die eine manuelle (14a) oder automatische i·

tJachfUhrverstellung (14b) auf verschiedene Materialbahnbrei- j

ten (7) herbeiführbar ist und, daß durch die Meßfühler in Arbeitsstellung hälftig die Schättenkanten (11) der Material- | bahn erfaßbar sind. I

Anspruch 6

Vorrichtung zur Lageregelung von bahnförmigen Materialbahnen, insbesondere in Durchlauf-Glühöfen, nach Anspruch 1 und nachfolgenden, dadurchgekennzeichnet, daß in den Meßfühler-Gehäusen (6) Strahlungs-Einfallfenster (6a) angeordnet sind, die aus Spektralfiltern (10) bestehen, deren Durchlaßbereich unterhalb der Glühtaqperatur der Materialbahn (7) sperrbar und nur für die Strahlung der Strahlungsquellen 4 durchlässig ist.

Anspruch 7

Vorrichtung zur Lageregelung von bahnförndgen Materialbahnen, insbesondere in Durchlauf-Glühöfen, nach Anspruch 1 und nach— folgenden, dadurchgekennzeichnet, daß in den Meßfühler-Gehäusen (6) Farbfernsen-oder Strahlenkameras angeordnet sind, deren Target als Elektronenraster oder Multichannel-Riotodioden ausgebildet sind.