EP4739978A1 - Messsystem und verfahren zur erfassung von planheitsdefekten auf metallbändern - Google Patents

Abstract

Ein Messsystem zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewalzten Metallband weist eine linienförmige Beleuchtungsquelle auf, die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist, dass sie einen Lichtstreifen auf eine Oberfläche des Metallbands projiziert. Das Messsystem weist ferner eine Kamera auf, die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist, dass sie Reflexionslicht des Lichtstreifens von der Oberfläche des Metallbands erfasst. Die Beleuchtungsquelle und die Kamera sind gegenüberliegenden Seiten des Metallbands zugewandt. In einem Koordinatensystem, in welchem die Z-Koordinatenachse eine Normalrichtung bezeichnet, die senkrecht zur Oberfläche des Metallbands verläuft, die X-Koordinatenachse in Metallband-Laufrichtung zeigt und die Y-Koordinatenachse in Querrichtung des Metallbands zeigt, weist die linienförmige Beleuchtungsquelle einen unteren Endpunkt mit den Koordinaten (x₁,y₁,z₁) und einen oberen Endpunkt mit den Koordinaten (x₂,y₂,z₂) auf, wobei die Beleuchtungsquelle so orientiert ist, dass x₁ ≠ x₂ ist.

Description

MESSSYSTEM UND VERFAHREN ZUR ERFASSUNG VON PLANHEITSDEFEKTEN AUF METALLBÄNDERN

Die Erfindung betri f ft die Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband .

Bei der Herstellung von Metallbändern können Planheitsdefekte wie beispielsweise Längs falten auftreten, die die Weiterverarbeitung des Metallbandes erheblich erschweren oder zu Ausschuss (Metallschrott ) führen können .

Problematisch ist , dass das Auftreten von Planheitsdefekten im Herstellungsprozess von Metallbändern in Abhängigkeit von Prozessparametern starken und teilweise unvorhersehbaren Schwankungen unterliegt . Beispielsweise ist es möglich, dass bei einer geringfügigen Änderung von Prozessparametern ein sprunghaftes Ansteigen von Planheitsdefekten zu beobachten ist . Generell gilt , dass die Gefahr des Auftretens von Planheitsdefekten mit steigender Bandgeschwindigkeit zunimmt .

Da Metallbänder aus Kostengründen mit möglichst hoher Bandlaufgeschwindigkeit produziert werden sollen, ist die messtechnische Erfassung von Planheitsdefekten während des Herstellungsprozesses in der Praxis von großer Bedeutung .

Es ist wünschenswert , ein geeignetes ( quantitatives ) Maß für die Ausprägung von Planheitsdefekten bereitzustellen, um beispielsweise während des Herstellungsprozesses frühzeitig und gezielt ( d . h . möglichst inline ) in diesen eingrei fen zu können .

Ein Messsystem zur Erfassung von Planheitsdefekten im Produktionsprozess ist widrigen Umgebungsbedingung ( z . B . Vibrationen, usw . ) ausgesetzt . Darüber hinaus können Beschädigungen des Messsystems bei Störungen (beispielsweise Bandrissen in der Nähe der Messung) auftreten . Es ist daher wünschenswert , ein robustes Messsystem zu schaf fen, dessen Beschädigungsgefahr möglichst gering ist .

JP 2010- 117322 A beschreibt eine Oberflächenfehlerdetektion an einem Stahlband, bei welcher ein Lichtstrei fen auf das Stahlband geworfen wird und eine Abbildung des Lichtstrei fens mittels einer schräg über dem Stahlband angeordneten Kamera detektiert wird .

JP 2004354235 A beschreibt ein Kamerasystem zur Faltenerkennung bei einem Edelstahlband, wobei sich das Kamerasystem nahezu senkrecht über dem Edelstandband befindet .

JP 2000121574 A beschreibt eine Oberflächenfehlerdetektion an Stahlbändern, welche eine schräg zum Bandlauf angeordnete lineare Lichtquelle verwendet .

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, ein Messsystem zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband zu schaf fen, welches widrigen Umgebungsbedingungen im Produktionsprozess standhält und bei welchem die Gefahr einer Beschädigung des Messsystems z . B . bei Störungen im Produktionsablauf möglichst gering ist .

Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann darin bestehen, ein aussagekräftiges Maß für die Ausprägung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband zu schaf fen .

Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband anzugeben, welches eine oder mehrere der genannten Eigenschaften aufweist . Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst . Aus führungsbeispiele und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Demnach weist ein Messsystem zur Erfas sung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband eine linienförmige Beleuchtungsquelle auf , die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist , dass sie einen Lichtstrei fen auf eine Oberfläche des Metallbandes proj i ziert . Das Messsystem weist ferner eine Kamera auf , die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist, dass sie das Reflexionslicht des Lichtstrei fens von der Oberfläche des Metallbands erfasst . Die Beleuchtungsquelle und die Kamera sind gegenüberliegenden Seiten des Metallbands zugewandt . In einem Koordinatensystem, in welchem die Z-Koordinatenachse eine Normalrichtung bezeichnet , die senkrecht zur Oberfläche des Metallbands verläuft , die X-Koordinatenachse in Metallband-Laufrichtung zeigt und die Y-Koordinatenachse in Querrichtung des Metallbands zeigt , wei st die linienförmige Beleuchtungsquelle einen unteren Endpunkt mit den Koordinaten (x^ y^ Z! ) und einen oberen Endpunkt mit den Koordinaten (x₂ , y2 , z₂ ) auf , wobei die Beleuchtungsquelle so orientiert ist , dass x₂ x₂ ist .

Durch die Positionierung der Beleuchtungsquelle und der Kamera seitlich neben dem Metallband ist das Messsystem wirksam vor Beschädigung geschützt , die bei einer Störung im Produktionsablauf (Herstellungsprozess des Metallbands ) auf treten kann . Insbesondere sind beim Auf treten eines Bandabrisses die Bereiche seitlich neben dem Metallband wesentlich sicherer als Bereiche über oder unter dem Metallband . Ferner hat sich gezeigt , dass die Empfindlichkeit der Messung durch eine Neigung der linienförmigen Beleuchtungsquelle gemäß Xi x₂ stark beeinflusst und insbesondere erhöht werden kann .

180° Ax

Der Neigungswinkel kann durch den Winkel ß_x = arctan(— ) ausgedrückt werden, wobei Ax = | x₂ - x₂ 1 und Az = z₂ - z₂ ist . Beispielsweise hat sich gezeigt , dass die Empfindlichkeit der Messung besonders hoch ist , wenn der Winkel ß_x zwischen 5 ° und 25 ° , insbesondere 8 ° und 15 ° beträgt .

Um einen möglichst guten Schutz gegenüber Beschädigungen des Messsystems zu ermöglichen, kann ein Abstand zwischen der Beleuchtungsquelle und der Seite des Metallbands , die der Beleuchtungsquelle zugewandt ist , in einer Querrichtung des Metallbands mindestens 0 , 3 m, insbesondere mindestens 0 , 5 m oder mindestens 1 m betragen .

Aus den gleichen Gründen kann ein Abstand zwischen der Kamera und der Seite des Metallbands , die der Kamera zugewandt ist , in einer Querrichtung des Metallbandes mindestens 0 , 3 m, insbesondere mindestens 0 , 5 m oder mindestens 1 m betragen .

Ferner hat sich gezeigt , dass durch eine Positionierung der Beleuchtungsquelle und der Kamera an gegenüberliegenden Seiten des Metallbands eine empfindliche Erfassung von Planheitsdefekten möglich ist , die es gestattet , ein aussagekräftiges Maß für die Ausprägung von Planheitsdefekten bereitzustellen . Insbesondere ermöglicht das Messsystem eine kontinuierliche Überwachung des Produktionsprozesses mit der Möglichkeit eines schnellen Eingrei fens , sobald Planheitsdefekte auftreten, die in den kritischen Bereich anwachsen . Dadurch kann die Produktion von Ausschuss (Metallschrott ) erheblich reduziert werden . Die Beleuchtungsquelle kann so zum Metallband orientiert sein, dass der Lichtstrei fen schräg zu einer Querrichtung des Metallbands verläuft . Diese Anordnung hat sich in Bezug auf die Messdatenerfassung und die Qualität des aus den Messdaten abgeleiteten Maßes zur Bewertung der Ausprägung von Plan- heitsdef ekten als vorteilhaft erwiesen .

Vorteilhaft ist eine Schrägbeleuchtung des Metallbandes , bei welcher der Lichtstrei fen unter einem Winkel a gegenüber der Querrichtung des Metallbands verläuft , der zwischen 30 ° und 60 ° , insbesondere 40 ° und 50 ° beträgt .

Die Beleuchtungsquelle kann in Bandlaufrichtung vor der Kamera angeordnet sein . Bei einer solchen Anordnung verläuft der Lichtstrei fen, ausgehend von der Beleuchtungsquelle , schräg in Bandlaufrichtung . Da die Empfindlichkeit der Messung im Bandbereich benachbart der Beleuchtungsquelle größer als im Bandbereich entfernt von der Beleuchtungsquelle ist , kann dadurch erreicht werden, dass sich die Beleuchtungsquelle näher an einer Rolle ( z . B . Beruhigungsrolle ) im Herstellungsprozess befindet als die Kamera . Da in der Nähe einer Beruhigungsrolle die Höhe des Bandes gut bekannt und außerdem relativ stabil ist , wird durch diese Maßnahme in vielen Fällen eine messtechnisch vorteilhafte Anordnung der Beleuchtungsquelle und der Kamera geschaf fen .

Die Kamera kann beispielsweise ein Signal ausgeben, welches einer Abbildung der Oberfläche des Metallbands Helligkeitswerte des Reflexionslichts zuordnet . Bei einem solchen auf der Deflek- tometrie basierenden Messsystem wird die Erfassung der Planheitsdefekte basierend auf dem Reflexionslicht vorgenommen . Das Messsystem kann eine Auswerteeinrichtung aufweisen, die ausgelegt ist , ein Maß für den Planheitsdefekt zu berechnen . Dabei kann ein Eingang der Auswerteeinrichtung mit einem von der Kamera ausgegebenen Signal koppelbar sein .

Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung ein erstes Berechnungsmittel aufweisen, welches ausgelegt ist , in Abhängigkeit von dem von der Kamera ausgegebenen Signal einen Linienverlauf des Reflexionslichts zu berechnen . Dadurch wird eine Datenreduktion bewirkt und ein für die weiteren Berechnungsschritte geeignetes Signal erzeugt .

Die Auswerteeinrichtung kann ferner ein zweites Berechnungsmittel aufweisen, welches ausgelegt ist , in Abhängigkeit von dem Linienverlauf des Reflexionslichts ein Höhenprofil der Oberfläche des Metallbandes entlang einer Querrichtung des Metallbands zu berechnen .

Weiterhin kann die Auswerteeinrichtung ein drittes Berechnungsmittel aufweisen, welches ausgelegt ist , in Abhängigkeit von dem Höhenprofil der Oberfläche des Metallbands das Maß für den Planheitsdefekt zu berechnen . Hierfür können Berechnungsschritte , wie beispielsweise Signalbegrenzung, eine Gewichtung der Höhenprofildaten und/oder eine Maximum-Bewertung eines aus den Höhenprofildaten berechneten Signals vorgenommen werden .

Ein Verfahren zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband umfasst ein Beleuchten einer Oberfläche des Metallband mit einer Beleuchtungsquelle , die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist , dass sie einen Lichtstrei fen auf die Oberfläche des Metallband proj i ziert . Ferner umfasst das Verfahren ein Erfassen von Reflexionslicht des Lichtstrei fens von der Oberfläche des Metallbands mittels einer Kamera, die seitlich neben dem Metallband angeordnet ist . Dabei sind die Beleuchtungsquelle und die Kamera gegenüberliegenden Seiten des Metallbands zugewandt . D . h . , ein von der Beleuchtungsquelle zu der Kamera verlaufender Lichtstrahl kann das Metallband z . B . über seine gesamte Breite überqueren .

Das Verfahren kann ferner beispielsweise ein Auswerten eines von der Kamera ausgegebenen Signals zur Berechnung eines Maßes für den Planheitsdefekt umfassen .

In Abhängigkeit von dem von der Kamera ausgegebenen Signal kann beispielsweise ein Linienverlauf des Reflexionslichtes berechnet werden .

In Abhängigkeit von dem Linienverlauf des Reflexionslichts kann beispielsweise ein Höhenprofil der Oberfläche des Metallbands entlang einer Querrichtung des Metallbands berechnet werden .

In Abhängigkeit von dem Höhenprofil der Oberfläche des Metallbands kann beispielsweise ein Maß für den Planheitsdefekt berechnet werden .

Das Verfahren kann beispielsweise in einem Produktionsprozess des Metallbandes in Bandlaufrichtung hinter einem Kaltwal zen und vor oder nach einem Glühen des Metallbandes erfolgen .

Es ist auch möglich, dass das Messverfahren in einem späteren Prozessschritt des Produktionsprozesses durchzuführen . Z . B . kann das Metallband nach dem Kaltwal zen zu einem Coil aufgewickelt , geglüht und nach dem Abkühlen wieder von dem Coil abgewickelt werden, wobei das Verfahren in Bandlaufrichtung hinter dem Abwickeln des Metallbands von dem Coil durchgeführt werden kann .

Beispiele und Aus führungsmöglichkeiten der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert . Die Elemente in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander . Gleiche Bezugs zeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile . Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Aus führungsbeispiele können selektiv kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und/oder sie können selektiv weggelassen werden, wenn sie nicht als unbedingt erforderlich beschrieben werden .

Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Abschnitts eines Metallbands .

Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Messsystems zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband .

Figur 3A zeigt eine schematische Teilschnittansicht des Messsystems und des Metallbands der Figur 2 mit einem in Seitenansicht (Blickrichtung in -X-Koordinatenachsenrichtung) dargestellten Messsystem .

Figur 3B zeigt eine schematische Seitenansicht (Blickrichtung in -Y-Koordinatenachsenrichtung) der linienförmigen Beleuchtungsquelle zur Verdeutlichung eines Neigungswinkels ß_x der Beleuchtungsquelle gegenüber der Z-Koordinatenachse .

Figur 4A zeigt ein Beispiel einer Abbildung der Beleuchtungsquelle und des Metallbandes , wie sie von einer Kamera erfasst wird . Figuren 4B bis 4 F zeigen den Linienverlauf des Reflexionslichts gemäß Figur 4A für die Winkel ß_x = 0 ° , 5 ° , 10 ° , 15 ° und 20-30 ° .

Figur 5 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Beispiels einer Auswerteeinrichtung .

Figur 6 veranschaulicht ein Signal , welches einen Linienverlauf des Reflexionslichtes angibt .

Figur 7 zeigt die Abbildung der Figur 4A, welche der Linienverlauf des Reflexionslichts aus Figur 6 hinzugefügt ist .

Figur 8 veranschaulicht ein Signal , welches ein Höhenprofil der Metallbandoberfläche angibt .

Figur 9 veranschaulicht ein Beispiel einer Signalbearbeitung, die eine Weiterverarbeitung des Signals der Figur 8 umfasst .

Figur 10 veranschaulicht ein Signal , welches durch die Signalbearbeitung der Figur 9 erhalten wird .

Figur 11 veranschaulicht ein Beispiel einer Signalbearbeitung, die ein randseitiges Abschneiden des Signals der Figur 10 umfasst .

Figur 12 veranschaulicht ein Beispiel eines zeitlichen Verlaufs eines Signals , welches ein Maß für Planheitsdefekte des Metallbands angibt .

Figur 13 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel eines Verfahrens zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewal zten Metallband veranschaulicht . Der Begriff „über", der in Bezug auf ein Element verwendet wird, das „über" einer Oberfläche oder einem anderen Element gebildet oder angebracht wird, kann hier in der Bedeutung verwendet werden, dass das Element „indirekt auf" der Oberfläche oder dem Element angebracht ist, wobei zwischenliegende weitere Elemente zwischen der Oberfläche oder dem anderen Element vorhanden sein können. Jedoch kann der Begriff „über" auch die spezielle Bedeutung haben, dass das Element, das „über" einer Oberfläche oder einem anderen Element angebracht ist, sich „direkt auf", d.h. z.B. in direktem Kontakt mit der betreffenden Oberfläche oder dem anderen Element befindet. Das Gleiche gilt analog für ähnliche Begriffe wie z.B. „darüberliegend", „unter", „darunterliegend" usw.

In der Beschreibung verwendete Begriffe wie (elektrisch) "verbunden" oder "gekoppelt" oder ähnliche Begriffe sind nicht so zu verstehen, dass die Elemente direkt miteinander in elektrischem Kontakt stehen; zwischen den "verbundenen" bzw. "gekoppelten" Elementen können elektrische Zwischenelemente vorgesehen sein. Gemäß der Offenbarung können die oben genannten und ähnlichen Begriffe jedoch optional auch die spezifische Bedeutung haben, dass die Elemente direkt elektrisch miteinander kontaktiert sind, d.h. dass keine Zwischenelemente zwischen den "verbundenen" bzw. "gekoppelten" Elementen vorgesehen sind.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Metallbandes 100 in Schnittdarstellung. Wie in den Figuren 2 und 3 ersichtlich, bezeichnet X eine Koordinatenachse in Längsrichtung des Metallbandes 100, Y eine Koordinatenachse in Querrichtung des Metallbandes 100 und Z eine Koordinatenachse in einer Richtung senkrecht zu X und zu Y (d.h. in Normalrichtung zu einer Oberfläche (Flachseite) 100A des Metallbandes 100) . Bei dem Metallband 100 kann es sich beispielsweise um ein Stahlband handeln . Beispielsweise ist das Metallband 100 ein sogenanntes Elektroband . Elektrobänder werden in der Elektroindustrie verwendet und bilden dort das Ausgangsmaterial beim Bau von Elektrokernen, die in Generatoren, Elektromotoren, Trans formatoren oder anderen elektrischen Geräten eingesetzt werden .

Die Dicke D des Metallbandes 100 kann beispielsweise zwischen 0 , 15 mm und 0 , 7 mm betragen . Insbesondere sind Banddicken D gleich oder größer oder kleiner als 0 , 25 mm, 0 , 3 mm, 0 , 35 mm, 0 , 4 mm oder 0 , 5 mm möglich .

Bei der Herstellung von gewal zten Metallbändern 100 mit beispielsweise kontinuierlichem Glühprozess können Planheitsdefekte auftreten . Besonders bei dünnen Metallbändern 100 ( z . B . dünnen Elektrobändern) ist die Gefahr des Auftretens solcher Planheitsdefekte groß . Die Planheitsdefekte können unvermittelt während des Bandlaufs oder beispielswiese bei einer geringfügigen Änderung von Parametern des Herstellungsprozesses (wie beispielsweise der Bandlaufgeschwindigkeit ) auftreten . Bei den Planheitsdefekten handelt es sich nicht um Dickenschwankungen, sondern um das Auftreten von Wölbungen oder Falten am Metallband 100 .

Figur 1 zeigt in beispielhafter Wei se zwei Längs falten 110 , die typische Planheitsdefekte bilden . Längs falten 110 führen zu einer gewellten Oberfläche 100A des Metallbands 100 , wobei sich die Wellentäler im Wesentlichen in Bandlängsrichtung (Koordinatenachse X ) erstrecken . Die Wellenlänge Xl , X2 der Längs falten 110 kann beispielsweise im Bereich von 1 bis 5 cm liegen . Die Längenfalten 110 können beispielsweise eine Höhe H zwischen 30 pm und 100 pm aufweisen .

Die tolerierbare Höhe H von Längs falten 110 hängt von der beabsichtigten Weiterverarbeitung und gewünschten Verwendung der aus dem Metallband 100 herzustellenden Produkte ab . Handelt es sich bei dem Metallband 100 beispielsweise um ein Elektroband, von welchem Platinen ausgestanzt , gestapelt und verklebt werden sollen, können Probleme bei der Weiterverarbeitung des Metallbands 100 beispielsweise ab einer Höhe H von 30 pm auftreten . Beispielsweise können Längs falten 110 die Stapelhöhe von Platinen begrenzen oder die Festigkeit von Verklebungen (mit sogenannten Backlacken) der Platinen vermindern .

In manchen Fällen können Längs f altenhöhen H zwischen 30 pm und 50 pm noch toleriert werden . Eine Längs f altenhöhe H über 50 pm ist in den meisten Fällen kritisch, d . h . solche Metallbänder 100 sind häufig Ausschuss (Metallschrott ) .

Je nachdem, an welcher Stufe ( Stadium) des Herstellungsprozesses die Längs falten 110 auftreten, kann der Ausschuss auch qualitativ einwandfreies Metallband 100 umfassen . Beispielsweise kann ein Coil (Wickel ) eines Metallbands 100 Ausschuss sein, wenn nur ein kurzer Teilabschnitt des Metallbands 100 im Wickel Längs falten 110 mit einer den Toleranzbereich überschreitenden Höhe H aufweist .

Problematisch ist , dass sich das Auftreten von Längs falten im Herstellungsprozess unvermittelt , d . h . in relativ kurzer Zeit , einstellen kann . In diesem Fall ist es erforderlich, durch einen Eingri f f in den Herstellungsprozess schnell reagieren zu können, um eine weitere Produktion von Metallband 100 mit Längs falten 110 zu unterbinden . Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass (möglichst schnell) Herstellungsparameter verändert werden. Z.B. ist es bekannt, dass durch die Reduzierung der Bandlaufgeschwindigkeit die Bildung der Längsfalten 110 beendet werden kann. Es stehen auch weitere Herstellungsparameter zur Verfügung, die einen Einfluss auf die Längsf altenbildung und/oder deren Vermeidung haben.

Das heißt, je höher die (gewünschte) Bandlaufgeschwindigkeit ist, desto höher ist auch die Gefahr einer Längsf altenbildung . Ziel des Herstellungsprozesses ist es, ein längsf altenfreies Metallband 100 mit hoher Bandlaufgeschwindigkeit zu produzieren.

Planheitsdefekte, wie beispielsweise Längsfalten, sind im Herstellungsprozess typischerweise erstmals nach dem Kaltwalzen erkennbar. Sie können auch nachgelagert in der Produktionskette auftreten. Beispielsweise können sich Planheitsdefekte auch nach dem Aufwickeln des Metallbands 100 zu einem Coil, dem Glühen des Coils und dem Abwickeln des Metallbands von dem Coil einstellen. Daher kann ein Verfahren zur Erfassung von Planheitsdefekten an unterschiedlichen und insbesondere auch an mehreren Orten in der Prozesskette vorgenommen werden.

Figur 2 zeigt in schematischer, perspektivischer Ansicht ein Beispiel eines Messsystems 200 zur Erfassung von Planheitsdefekten an dem gewalzten Metallband 100. Das Messsystem 200 weist eine Beleuchtungsquelle 220 sowie eine Kamera 240 auf.

Die Beleuchtungsquelle 220 ist stabförmig (d.h. idealisiert linienförmig) ausgebildet und weist einen unteren Endpunkt PI mit den Koordinaten (x^y^Z!) und einen oberen Endpunkt P2 mit den Koordinaten (x₂,y2,z₂) auf. Bei der Linie, auf der die Endpunkte Pl, P2 liegen, kann es sich z.B. um die Mittellängsachse eines Leuchtstreifens handeln, der die lichtaussendende Fläche der Beleuchtungsquelle 220 darstellt . Der Abstand der Punkte Pl , P2 kann somit die Länge der linienförmigen Beleuchtungsquelle 220 , d . h . , die Länge des lichtaussendenden Leuchtstrei fens der Beleuchtungsquelle 220 darstellen .

Figur 3A zeigt das Metallband 100 in Schnittdarstellung und die Beleuchtungsquelle 220 sowie die Kamera 240 in Seitenansicht aus der Bandlaufgegenrichtung ( -X-Koordinatenachse ) . Wie in Figur 3A beispielhaft dargestellt , ist die Beleuchtungsquelle 220 seitlich ( d . h . in Richtung der negativen Y-Koordinatenachse ) neben dem Metallband 100 angeordnet . Die Kamera 240 ist an der gegenüberliegenden Seite des Metallbands 100 seitlich ( in Richtung der positiven Y-Koordinatenachse ) neben dem Metallband 100 angeordnet .

Die Position der Beleuchtungsquelle 220 und die Position der Kamera 240 sind so gewählt , dass die Beleuchtungsquelle 220 einen Lichtstrei fen 260 auf die Oberfläche 100A des Metallbands 100 proj i ziert und dass die Kamera 240 Reflexionslicht des Lichtstrei fens 260 von der Oberfläche 100A des Metallbands 100 erfasst . Ferner können die Beleuchtungsquelle 220 und die Kamera 240 so positioniert sein, dass ein von der Beleuchtungsquelle 220 zu der Kamera 240 verlaufender Lichtstrahl 250 das Metallband 100 über seine gesamte Breite ( d . h . von einem Rand 100B des Metallbands zu einem gegenüberliegenden Rand 100C des Metallbands 100 ) überquert .

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sämtliche auf die Oberfläche 100A des Metallbands 100 auf tref f enden Lichtstrahlen 250 der Beleuchtungsquelle 220 das Metallband 100 über seine gesamte Breite überqueren . Die Beleuchtungsquelle 220 und/oder die Kamera 240 können beispielsweise unter einem gewissen Abstand zu den Seiten des Metallbands (Rand 100B bzw. Rand 100C) , die der Beleuchtungsquelle 220 bzw. der Kamera 240 zugewandt sind, angeordnet sein. Beispielsweise kann dieser Abstand Al bzw. A2 in Querrichtung (Koordinatenachse Y) des Metallbands 100 mindestens 0,3 m, 0,5 m, 0,8 m oder 1 m betragen. Der Abstand Al zwischen der Beleuchtungsquelle 220 und der Seite des Metallbands 100, die der Beleuchtungsquelle 220 zugewandt ist, wird beispielsweise als das Minimum der Abstände zwischen dem Rand 100B und der Y-Koordinate eines Punktes P der Beleuchtungsquelle 220, der zur Projektion des Lichtstreifens 260 auf der Oberfläche 100A des Metallbandes 100 beiträgt, ermittelt. Der Abstand A2 zwischen der Kamera 240 und der Seite des Metallbands (Rand 100C) , die der Kamera 240 zugewandt ist, wird beispielsweise durch den Abstand zwischen dem Rand 100C und der Y-Koordinate der optischen Hauptebene des Kameraob ektivs (nicht dargestellt) ermittelt.

Die Beleuchtungsquelle 220 ist eine linienförmige oder stabförmige Beleuchtungsquelle. Beispielsweise kann die Beleuchtungsquelle 220 eine LED-Beleuchtungsquelle sein, die eine Reihe von entlang der Linie Pl - P2 angeordneten LEDs aufweist. Die Linie kann geradlinig sein und/oder es können auch mehrere nebeneinanderliegende Reihen (Linien) von LEDs in der Beleuchtungsquelle 220 enthalten sein.

Die Beleuchtungsquelle 220 projiziert den Lichtstreifen 260 auf die Oberfläche 100A des Metallbands 100. Der Lichtstreifen 260 kann schräg zur Querrichtung ( Y-Koordinatenachse ) des Metallbands 100 verlaufen. Beispielsweise kann der Winkel a, unter welchem der Lichtstreifen 260 gegenüber der Querrichtung des Metallbands verläuft, zwischen 30° und 60°, insbesondere 40° und 50° betragen. Beispielsweise kann ein Winkel a = 45° eingestellt werden. Ein Winkel a zwischen 30° und 60° hat sich als bevorzugt für die Erkennung von Planheitsdefekten herausgestellt. Für a = 0° ist die Sensitivität bezüglich des zu messenden Plan- heitsdef ektes 0 während für a in der Nähe von 90° keine Längsfalten mehr gemessen werden können.

Die linienförmige Beleuchtungsquelle 220 ist unter einem Winkel ß gegenüber der Z-Koordinatenachse geneigt, der in den Figuren 3A und 3B durch seine Winkelkomponenten ß_y und ß_x in den Ebenen Z-Y bzw. Z-X definiert wird. Die Z-Koordinatenachse ist die Normalrichtung, die senkrecht zur Oberfläche 100A des Metallbands 100 verläuft.

Figur 3A zeigt die Beleuchtungsquelle 220 aus der Blickrichtung -X . Der Winkel ß_y ist also die Neigungswinkelkomponente der Beleuchtungsquelle 220 in der Z-Y-Ebene gegenüber der Z-Achse, also die Neigung der Beleuchtungsquelle 220 in Richtung zum 180° Av

Metallband 100. Der Winkel ß_y kann durch ß_y = — arctan(— ) mit

Ay = y₂ - yi, Az = z₂ - z₂ ausgedrückt werden.

Dieser Winkel ß_y kann 0° sein. Es ist auch möglich, dass eine geringe „Bandneigung" (d.h. ß_y > 0) eingestellt wird, wodurch die Lichtintensität des Lichtstreifens 260 auf dem Metallband 100 erhöht werden kann. Beispielsweise kann ß_y zwischen 0° oder 1° und 10°, insbesondere zwischen 2° und 7° betragen.

Figur 3B zeigt die Beleuchtungsquelle 220 aus der Blickrichtung -Y. Der Winkel ß_x ist die Neigungswinkelkomponente der Beleuchtungsquelle 220 in der Z-X-Ebene gegenüber der Z-Achse, also die Neigung der Beleuchtungsquelle 220 in Bandlaufrichtung X oder (wie hier gezeigt) in Gegenbandlaufrichtung -X. Der Winkel ß_x kann durch ß_x arctan(— ) mit Ax = | x₂ - x₂1 , Az z₂ - z ₂ ausgedrückt werden.

Dieser Winkel ß_x muss > 0° sein, um eine empfindliche Längs- f altenmessung zu ermöglichen. D.h., die Linie Pl - P2 in Figur 3B darf nicht in Z-Richtung verlaufen, sondern muss in X-Richtung oder -X-Richtung um den Winkel ß_x schräggestellt zur Z-Richtung sein .

Mit anderen Worten kann die Neigungsebene, in welcher die Beleuchtungsquelle 220 gegenüber der Z-Koordinatenachse geneigt ist, in sämtlichen Ebenen verlaufen, die in der Z-Richtung orientiert sind, wobei jedoch stets eine Neigungskomponente ß_x > 0°in der Z-X Ebene entweder in Bandlaufrichtung oder entgegen der Bandlaufrichtung vorhanden sein muss.

Die Neigung ß_x wird zur Einstellung der Empfindlichkeit der Messung genutzt. Bevorzugt ist eine Neigung ß_x zwischen 5° und 25°. Insbesondere kann eine Neigung ß_x gleich oder kleiner oder größer als 8°, 10° oder 15° eingestellt werden.

Die Kamera 240 erzeugt eine Abbildung der Oberfläche 100A des Metallbandes 100, welche das Reflexionslicht des Lichtstreifens 260 enthält. Die Kamera 240 kann beispielsweise eine 2D-Kamera sein .

Vorzugsweise kann die Kamera 240 mit einem Tilt-Shif t-Ob ektiv 242 ausgerüstet sein. Infolge des flachen Winkels zwischen Kamera 240 und Metallband 100 ist es schwierig, eine ausreichend scharf gestellte Reflexion über die gesamte Breite des Metallbands 100 abzubilden. Es hat sich gezeigt, dass mittels eines

Tilt-Shif t-Ob ektivs 242, durch das die Achse des Objektivs 242 der Kamera 240 gegenüber der Kameraachse geneigt und verschoben eingestellt werden kann, die Gegenstandsebene (Bandoberfläche 100A) parallel zur Bildebene der Kamera 240 bleiben und somit unverzerrt abgebildet werden kann. D.h., die Reflexion (Lichtstreifen 260) kann mittels eines Tilt-Shif t-Oj ektivs 242 (wird in der Technik auch als Tilt-Shif t-Adapter bezeichnet) über die gesamte Breite des Metallbands 100 scharf abgebildet werden, wodurch Empfindlichkeitsschwankungen der Längsf altenmessung entlang der Y-Koordinatenachse minimiert werden können.

Das optische Messsystem 200 basiert auf der Def lektometrie . Bei der Def lektometrie wird von einem Mustergenerator (hier: Beleuchtungsquelle 240) ein Muster (hier: der Lichtstreifen 260) auf eine Oberfläche (Oberfläche 100A) projiziert und das Spiegelbild beobachtet und insbesondere mit einer Kamera (hier: Kamera 240) auf gezeichnet . Ein auf dem Prinzip der Def lektometrie basierendes Messsystem 200 ist sehr empfindlich gegenüber lokalen Änderungen der Oberflächensteigung. Daher können mit einem auf der Def lektometrie basierenden Messsystem Planheitsdefekte mit hoher Empfindlichkeit ermittelt werden.

Die Beleuchtungsquelle 220 kann in Bandlaufrichtung (Koordinatenachse X) vor der Kamera 240 angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Beleuchtungsquelle 220 sich in der Nähe einer Rolle 270 befindet, über die das Metallband 100 geführt wird. Die Rolle 270 bewirkt, dass das Metallband 100 beruhigt wird, d.h. seine Oberflächenhöhe in der Nähe der Rolle 270 relativ gut bekannt und zeitlich stabil ist. Im Bereich weiter entfernt von der Rolle 270 ist die Höhe des Metallbands 100 weniger genau bekannt und das Metallband 100 hat eine höhere Neigung zum Flattern (d.h. die Höhe ist zeitlich weniger stabil) . Da das Messsystem 200 eine abnehmende Genauigkeit mit wachsender Entfernung des Lichtstreifens 260 von der Beleuchtungsquelle 220 hat , kann eine solche Anordnung bewirken, dass im Bereich geringerer mechanischer Kontrolle des Metallbands 100 eine geringere Messempfindlichkeit besteht .

Figur 4A zeigt eine Abbildung 400 der Beleuchtungsquelle 220 und der Oberfläche 100A des Metallbandes 100 mit dem darauf proj i zierten Lichtstrei fen 260 in der Kamera 240 . Der Lichtstrei fen 260 zeigt einen fluktuierenden Verlauf , welcher Höhenschwankungen H der Oberfläche 100A wiedergibt .

In dem hier dargestellten Beispiel erstreckt sich der Lichtstrei fen 260 beispielsweise von einem Rand 100B des Metallbands 100 zum gegenüberliegenden Rand 100C . Es ist edoch auch möglich, dass der Lichtstrei fen 260 nur über einen Teilbereich des Metallbands 100 verläuft . Beispielsweise kann sich der Lichtstrei fen 260 beispielsweise lediglich über einen Mittenbereich des Metallbands 100 erstrecken, so dass Randbereiche unbeleuchtet bleiben (vergleiche auch Figur 11 , die eine die Randbereiche abschneidende Signalverarbeitung zeigt ) .

Die Kamera 240 gibt an einem Ausgang 241 ein Signal S 1 aus , welches beispielsweise der Abbildung der Oberfläche 100A des Metallbands 100 Helligkeitswerte des Reflexionslichts zuordnet . Beispielhaft sind in Figur 4A Pixel (Bildpunkte ) in einer Bildebene der Kamera 240 dargestellt , denen im Signal S 1 die Helligkeitswerte zugeordnet sind . Beispielsweise gibt die Kamera 240 ein Signal S 1 aus , welches Pixeln, die eine Abbildung der Oberfläche 100A des Metallbands 100 in Längs- und Querrichtung (X-Koordinatenachse und Y-Koordinatenachse ) erfassen, j eweils einem Helligkeitswert des Reflexionslichts zuordnen .

Die Figuren 4B bi s 4 F zeigen, das s der Lichtstrei fenverlauf für eine vorgegebene Oberfläche 100A des Metallbands 100 signi fi kant von dem Neigungswinkel ß_x abhängt. Bei geringen Neigungswinkeln ß_x = 0° und 5° (Figuren 4B-4C) weist der Lichtstreifenverlauf wenig auswertbare Struktur auf, wodurch die Messung nicht möglich (ß_x = 0°) oder die Messgenauigkeit beeinträchtigt (ß_x = 5°) ist. Für größere Neigungswinkel ß_x = 10°, 15°, 20° (Figuren 4D-4E) nimmt die durch die Längsfalten bewirkte Struktur des Lichtstreifens 260 und somit die Messgenauigkeit zu. Bei Neigungswinkeln ß_x > 25° (Figur 4F) ist der Lichtstreifen 260 so stark „verwaschen" oder unscharf, dass eine Auswertung dadurch erschwert ist und/oder ungenau wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die in den Figuren 4B bis 4F vorgegebene Oberfläche 100A des Metallbands 100 vergleichsweise geringe Längsfalten aufwies, so dass bei größeren Längsfalten von z.B. 100 pm Höhe die Signalbreite des Lichtstreifens 260 in der Figur 4F derart ansteigt, dass eine Auswertung praktisch nicht mehr möglich ist.

Figur 5 zeigt eine schematische Blockdarstellung einer beispielhaften Auswerteeinrichtung 500. Ein Eingang 501 der Auswerteeinrichtung 500 kann mit dem Ausgang 241 der Kamera 240 verbunden sein und z.B. das Signal S1 entgegennehmen.

Die Auswerteeinrichtung 500 kann beispielsweise ein erstes Berechnungsmittel 510 aufweisen, welches mit dem Ausgang 241 der Kamera 240 verbunden ist und z.B. das Ausgabesignal S1 entgegennimmt .

Die Auswerteeinrichtung 500 kann ferner ein zweites Berechnungsmittel 520 aufweisen, welches mit einem Ausgang des ersten Berechnungsmittels 510 verbunden ist. Ein Ausgang des zweiten Berechnungsmittels 520 kann mit einem Eingang eines dritten Berechnungsmittels 530 verbunden sein. Das dritte Berechnungsmittel 530 kann ein Ausgabesignal S2 der Auswerteein- richtung 500 liefern . Das Ausgabesignal S2 kann ein Maß für den Planheitsdefekt angeben .

Gemäß einem Beispiel der Auswerteeinrichtung 500 kann das erste Berechnungsmittel 510 eine Signalbearbeitung des Ausgabesignals S 1 vornehmen, welche das zweidimensionale Ausgabesignal S 1 in ein Signal Sa wandelt , welches eine Linie in der Bildebene der Kamera 240 darstellt .

Figur 6 zeigt eine aus der Helligkeitsverteilung des Ausgabesignals S 1 berechnete Linie 600 in der Bildebene der Kamera 240 . Zur Berechnung der Linie 600 kann das erste Berechnungsmittel 510 eine statistische Auswertung des Ausgabesignals S 1 vornehmen, die beispielsweise statistische Operationen der Helligkeitswerte des Signals S 1 umfasst .

Beispielsweise kann das erste Berechnungsmittel 510 eine räumliche Mittelung gewichtet mit den Helligkeitswerten des Signals S 1 umfassen . Die Linie 600 kann beispielsweise eine „Schwerelinie" der Helligkeitswerte der Abbildung des Lichtstrei fens 260 darstellen . Die Berechnung der „Schwerelinie" 600 des Lichtstrei fens 260 entspricht der Berechnung des Schwerpunkts eines Körpers , wobei anstelle der Masseverteilung im Körper die in der Kamera 240 z . B . pixelweise gemessene Hel- ligkeitsverteilung des Lichtstrei fens 260 der Berechnung zugrunde gelegt wird .

Die Berechnung der Linie 600 bewirkt eine Reduktion der Messdaten, da anstelle der Helligkeitsverteilung im Lichtstrei fen 260 der Linienverlauf des Schwerpunktes der Hellig- keitsverteilung berechnet und z . B . als Ausgabesignal Sa des ersten Berechnungsmittels 510 ausgegeben wird . Figur 7 zeigt die Abbildung der Figur 4A, welcher der (berechnete ) Linienverlauf 600 der Figur 6 graphisch hinzugefügt ist .

Das zweite Berechnungsmittel 520 berechnet beispielsweise in Abhängigkeit von dem Linienverlauf 600 (Ausgabesignal Sa des ersten Berechnungsmittels 510 ) ein Höhenprofil H der Oberfläche 100A des Metallbands 100 entlang der Querrichtung (Koordinatenachse Y) des Metallbands 100 . Ein Beispiel eines Ausgabesignals Sb des zweiten Berechnungsmittels 520 ist in Figur 8 beispielhaft gezeigt . In Figur 8 ist das Signal Sb als Höhenprofil (H in pm) gegenüber der Breite ( Y-Koordinatenachse ) in m (Meter ) dargestellt . Die Berechnung des Höhenprofils H aus dem Signal Sa ( entspricht z . B . der Linie 600 der Figur 6 ) lässt sich einfach anhand eines geometrischen Modells des Messsystems 200 durchführen . Das geometrische Modell kann verschiedene Näherungen nutzen . Beispielsweise kann das Obj ektiv der Kamera 240 als punktförmiges Loch ( Schlüssellochkamera ) idealisiert werden .

Für die Berechnung des Höhenprofils H können durch eine Hochpass filterung des Signals Sa eine langwellige Bandwölbung unterdrückt werden, die in Figur 6 als Krümmung ( d . h . Abweichen von einem im Wesentlichen geradlinigen Verlauf ) der Linie 600 ersichtlich ist . Anschließend kann in Abhängigkeit der kurzwelligen Fluktuationen der Linie 600 das Höhenprofil H der Figur 8 unter Berücksichtigung von geometrischen Parametern ( z . B . Winkel a und ß_x sowie die Höhe der Beleuchtungsquelle 220 und der Kamera 240 über der Bandoberfläche 100A sowie der Abstände Al und A2 ) des Messsystems 200 berechnet werden .

Beispielsweise basierend auf dem Signal Sb kann das dritte Berechnungsmittel 530 ein Maß S2 für den Planheitsdefekt berechnen . Das dritte Berechnungsmittel 530 kann Rechenmittel 530_l , 530_2 und/oder 530_3 aufweisen, die beispielsweise eine Signalbegrenzung (bei 530_l ) und/oder eine Randbereichs-Ab- schneideoperation (bei 530_2 ) und/oder eine Maximum-Operation (bei 530_3 ) vornehmen .

Das Ausgabesignal S2 kann beispielsweise ein Maß (Kennzahl ) für den gemessenen Planheitsdefekt angeben, der aus dem Signal Sb ( z . B . Höhenprofil der Figur 8 ) ermittelt wird . Mit anderen Worten kann das dritte Berechnungsmittel 530 eine weitere Datenreduktion durchführen, die es ermöglicht , das Signal Sb in eine für den Anlagenbediener geeignete Form zu bringen, die es ihm ermöglicht , im laufenden Betrieb die Planheit des Metallbands 100 kontinuierlich und zeitnah zu überwachen .

Figur 9 veranschaulicht in beispielhafter Weise eine Signalverarbeitung zur Signalbegrenzung (bei 530_l ) . Die Signalverarbeitung kann zur Signalbegrenzung eine Gleitfenstertechnik nutzen . Beispielsweise wird ein Gleitfenster 910 entlang der Y-Koordinatenachse , z . B . von links nach rechts , über das Höhenprofil H ( Figur 8 ) verschoben und fortlaufend der Wert 920 der Di f ferenz von Maximum und Minimum innerhalb des Gleitfensters 910 berechnet . In dem dargestellten Beispiel beträgt dieser Wert 920 beispielsweise 80 pm an der gezeigten Position des Gleit fensters 910 .

Figur 10 veranschaulicht ein beispielhaftes Ausgabesignal Sc der Signalverarbeitung bei 530_l . Das Ausgabesignal Sc kann beispielsweise den Wert 920 in Abhängigkeit von der Breite (Koordinatenachse Y) des Metallbands 100 angeben . Figur 10 veranschaulicht , dass über die Breite des Metallbands 100 Zonen unterschiedlich starker Längs f altenausprägung auftreten können . Das dritte Berechnungsmittel 530 kann ferner beispielsweise eine Randbereichs-Abschneideoperation (bei 530_2) ausführen. Die Funktionsweise der Randbereichs-Abschneideoperation ist in Figur 11 veranschaulicht. Beispielsweise können randseitige Bereiche mit wählbaren Bereichsgrenzen RI, R2 des Signals Sc abgeschnitten werden. In dem in Figur 11 dargestellten Beispiel werden beispielsweise nur diejenigen Werte des Signals Sc für die weitere Signalauswertung berücksichtigt, die innerhalb eines inneren Bandbreitenbereichs zwischen den Grenzen RI und R2 liegen. In dem in Figur 11 dargestellten Beispiel kann dieser Bereich beispielsweise 90% der (gesamten) Bandbreite umfassen.

Ein Ausgabesignal Sd der Randbereichs-Abschneideoperation (bei 530_2) kann nur die Werte des Signals Sc enthalten, die innerhalb dieses inneren Bandbreitenbereichs [RI, R2 ] liegen.

Ferner kann das dritte Berechnungsmittel 530 eine Maximum-Operation (bei 530_3) umfassen, welche das Signal Sd (oder ein anderes Signal, das ein z.B. bearbeitetes Höhenprofil H des Metallbandes 100 repräsentiert) in ein Maß (Kennzahl) für die Planheit der Oberfläche 100A des Metallbands 100 bezüglich der Bandlängsrichtung (z.B. bezüglich einer X-Koordinate oder eines Bereichs entlang der X-Koordinatenachse ) wandelt. Beispielsweise kann dieses Maß durch das Ausgabesignal S2 dargestellt sein. Das Maß kann beispielsweise als das Maximum des Signals Sd (d.h. der Kurve in Figur 11 innerhalb des inneren Randbereichs [RI, R2 ] ) berechnet werden. In dem in Figur 11 dargestellten Beispiel ergibt sich für die Kennzahl (Signal S2) beispielsweise der Wert 80 pm. Anhand dieses Wertes kann der Bediener sofort erkennen, ob Planheitsdefekte in einem kritischen Bereich aufgetreten sind (was bei S2 = 80 pm der Fall wäre) . Die im dritten Berechnungsmittel 530 dargestellte (n) Operation ( en) kann bzw . können ferner eine Mittelung entlang der X-Koordinatenachse ( d . h . , in Bandlaufrichtung) umfassen . Beispielsweise kann die Kennzahl ( Signal S2 ) über einen bestimmten Bereich entlang der X-Achse gemittelt worden sein .

Die von der Auswerteeinrichtung 500 durchgeführten Berechnungen können mit einer Wiederholungsrate ( z . B . größer als 10 , 100 oder 1000 Hz ) durchgeführt werden, die eine Echt Zeiterkennung von Planheitsdefekten ermöglicht .

Sämtliche Berechnungsmittel und Operationen der Auswerteschaltung 500 können in Software oder in Hardware ausgeführt werden . Insbesondere umfasst die Of fenbarung eine Datenverarbeitungsvorrichtung ( z . B . Computer ) mit Mitteln zur Durchführung des anhand der Auswerteeinrichtung 500 beispielhaft beschriebenen Auswerteverfahrens .

Ferner umfasst die Of fenbarung ein Computerprogramm mit Anweisungen, die , wenn das Computerprogramm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, das Auswerteverfahren aus zuführen .

Die Of fenbarung umfasst ferner ein computerlesbares Speichermedium mit Anweisungen, die , wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, das Auswerteverfahren aus zuführen . Das Speichermedium ist insbesondere ein nicht flüchtiges Speichermedium, beispielsweise ein Festkörperspeicher .

Figur 12 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Beispiel eines Signals S2 (Kennzahl ) über der Zeit t dargestellt ist . Bei ti kommt es im Herstellungsprozess des Metallbandes 100 zu einem raschen Anstieg der Kennzahl in den Bereich, in welchem Ausschuss produziert wird . Der Bedienereingri f f El bei t2 umfasst typischerweise die Reduzierung der Bandlaufgeschwindigkeit und gegebenenfalls die Änderung anderer Herstellungsparameter, die einen Einfluss auf die Planheit des Metallbands 100 haben .

Bei t3 wird die Bandlaufgeschwindigkeit wieder erhöht . Anhand der Kennzahl lässt sich erkennen, dass wiederum Längs falten auftreten, die j edoch eine geringere Ausprägung als bei t2 haben . Bei t4 erfolgt daher ein weiterer Benutzereingri f f E2 z . B . mit einer Reduzierung der Bandlaufgeschwindigkeit und eine Änderung anderer Herstellungsparameter . Bei ts wird die Bandlaufgeschwindigkeit wieder erhöht , wobei anhand des Kennzahlverlaufs erkennbar ist , dass keine übermäßigen Planheitsdefekte mehr auftreten . Der Produktionsprozess kann mit den gefundenen Einstellungen bei hoher Bandlaufgeschwindigkeit fortgesetzt werden .

Die Ausgabe der Auswerteeinrichtung 500 kann z . B . auf einem Monitor visualisiert werden . Figur 12 zeigt ein Beispiel einer solchen Visualisierung .

Figur 13 zeigt ein Flussdiagramm, welches Stadien eines Verfahrens zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewalzten Metallband veranschaulicht . Bei 1310 wird eine Oberfläche des Metallbands mit einer linienförmigen Beleuchtungsquelle beleuchtet , die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist , dass sie einen Lichtstrei fen auf die Oberfläche des Metallbands proj i ziert .

Bei 1320 wird Reflexionslicht des Lichtstrei fens von der

Oberfläche des Metallbands mittels einer Kamera erfasst , die seitlich neben dem Metallband angeordnet ist . Dabei sind die linienförmige Beleuchtungsquelle und die Kamera gegenüberliegenden Seiten des Metallbands zugewandt , derart , dass ein von der linienförmigen Beleuchtungsquelle zur Kamera verlaufender Lichtstrahl das Metallband über seine gesamte Breite überquert . Dabei wird, wie bereits beschrieben, eine Neigung der Beleuchtungsquelle ß_x > 0 verwendet .

Das Verfahren kann ferner die beispielsweise anhand der Figuren 5 bis 12 erläuterten Auswerteberechnungen umfassen .

Das Verfahren kann beispielsweise am blanken (unbeschichteten) Metallband 100 durchgeführt werden . Die Oberfläche 100A eines unbeschichteten Metallbands 100 ist für ein Messverfahren basierend auf dem Prinzip der Def lektometrie besonders geeignet .

Das Verfahren kann an verschiedenen Stadien im Produktionsprozess durchgeführt werden, beispielsweise hinter einem Kaltwal zen des Metallbands und vor/nach einem Glühen des Metallbands . Es ist auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich eine Durchführung des Verfahrens in Bandlaufrichtung hinter einem Aufwickeln des kaltgewal zten Metallbandes zu einem Coil , einem Glühen des Coils , Abkühlen und einem Abwickeln des Metallbands von dem Coil vorgenommen wird . Insoweit umfasst die Of fenbarung auch ein Verfahren zur Herstellung eines gewal zten Metallbandes mit einem oder mehreren der genannten Schritte , welches ein Verfahren zur Erfassung von Planheitsdefekten auf Metallbändern gemäß der obigen Beschreibung umfasst .

Claims

Patentansprüche

1. Messsystem zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewalzten Metallband, wobei das Messsystem aufweist: eine linienförmige Beleuchtungsquelle, die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist, dass sie einen Lichtstreifen auf eine Oberfläche des Metallband projiziert; und eine Kamera, die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist, dass sie Reflexionslicht des Lichtstreifens von der Oberfläche des Metallbands erfasst, wobei die Beleuchtungsquelle und die Kamera gegenüberliegenden Seiten des Metallbands zugewandt sind, derart, dass ein von der Beleuchtungsquelle zu der Kamera verlaufender Lichtstrahl das Metallband über seine gesamte Breite überquert, wobei in einem Koordinatensystem, in welchem die Z-Koordinatenachse eine Normalrichtung bezeichnet, die senkrecht zur Oberfläche des Metallbands verläuft, die X-Koordinatenachse in Metallband-Laufrichtung zeigt und die Y-Koordinatenachse in Querrichtung des Metallbands zeigt, die linienförmige Beleuchtungsquelle einen unteren Endpunkt mit den Koordinaten z₂) und einen oberen Endpunkt mit den Koordinaten (x₂,y2,z₂) aufweist und so orientiert ist, dass x₂ x₂ ist.

2. Messsystem nach Anspruch 1, wobei die linienförmige Beleuchtungsquelle so zum Metallband orientiert ist, dass der Lichtstreifen schräg zu der Querrichtung des Metallbands verläuft .

3. Messsystem nach Anspruch 2, wobei der Lichtstreifen unter einem Winkel a gegenüber der Querrichtung des Metallbands verläuft, der zwischen 30° und 60°, insbesondere 40° und 50° beträgt .

4. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

180° Ax

Ax = | x₂ - x₂1 , Az = z₂ - z₂ und ein Winkel ß_x = — arctan(— ) zwischen 5° und 25°, insbesondere 8° und 15° beträgt.

5. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei

180° Ay

Ay = y₂ - yi, Az = z₂ - z₂ und ein Winkel ß_y = - arctan(— ) größer als 0° ist.

6. Messsystem nach Anspruch 5, wobei der Winkel ß_y zwischen 1° und 10°, insbesondere 2° und 6° beträgt.

7. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ausgelegt ist, Längsfalten des Metallbandes inline während eines Herstellungsprozess des Metallbands zu erfassen.

8. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera ein Signal ausgibt, welches einer Abbildung der Oberfläche des Metallbands Helligkeitswerte des Reflexionslichts zuordnet.

9. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen der Beleuchtungsquelle und der Seite des Metallbands, die der Beleuchtungsquelle zugewandt ist, in einer Querrichtung des Metallbandes mindestens 0,3 m, insbesondere 0,5 m oder 1 m beträgt.

10. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen der Kamera und der Seite des Metallbands, die der Kamera zugewandt ist, in einer Querrichtung des Metallbandes mindestens 0,3 m, insbesondere 0,5 m oder 1 m beträgt .

11. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera mit einem Tilt-Shif t-Obj ektiv ausgerüstet ist.

12. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: ein Auswerteeinrichtung, die einen Eingang aufweist, der mit einem von der Kamera ausgegebenen Signal koppelbar ist, wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, ein Maß für den Planheitsdefekt zu berechnen.

13. Messsystem nach Anspruch 12, wobei das von der Kamera ausgegebene Signal einer Abbildung der Oberfläche des Metallbands Helligkeitswerte des Reflexionslichts zuordnet, und die Auswerteeinrichtung aufweist: ein erstes Berechnungsmittel, welches ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem von der Kamera ausgegebenen Signal einen Linienverlauf des Reflexionslichts zu berechnen.

14. Messsystem nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung ferner aufweist: ein zweites Berechnungsmittel, welches ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Linienverlauf des Reflexionslichts ein Höhenprofil der Oberfläche des Metallbandes entlang einer Querrichtung des Metallbands zu berechnen.

15. Messsystem nach Anspruch 14, wobei die Auswerteeinrichtung ferner aufweist: ein drittes Berechnungsmittel, welches ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Höhenprofil der Oberfläche des Metallbandes das Maß für den Planheitsdefekt zu berechnen.

16. Verfahren zur Erfassung von Planheitsdefekten auf einem gewalzten Metallband, wobei das Verfahren umfasst: Beleuchten einer Oberfläche des Metallband mit einer linienförmigen Beleuchtungsquelle , die seitlich neben dem Metallband angeordnet und so positioniert ist , dass sie einen Lichtstrei fen auf die Oberfläche des Metallband proj i ziert ; und Erfassen von Reflexionslicht des Lichtstrei fens von der Oberfläche des Metallbands mittels einer Kamera, die seitlich neben dem Metallband angeordnet ist ; wobei die Beleuchtungsquelle und die Kamera gegenüberliegenden Seiten des Metallbands zugewandt sind, wobei in einem Koordinatensystem, in welchem die Z-Koordinatenachse eine Normalrichtung bezeichnet , die senkrecht zur Oberfläche des Metallbands verläuft , die X-Koordinatenachse in Metallband-Laufrichtung zeigt und die Y-Koordinatenachse in Querrichtung des Metallbands zeigt , die linienförmige Beleuchtungsquelle einen unteren Endpunkt mit den Koordinaten z₂ ) und einen oberen Endpunkt mit den Koordinaten (x₂ , y2 , z₂ ) aufweist und so orientiert ist , dass x₂ V x₂ ist .

17 . Verfahren nach Anspruch 16 , das ferner umfasst :

Auswerten eines von der Kamera ausgegebenen Signals zur Berechnung eines Maßes für den Planheitsdefekt .

18 . Verfahren nach Anspruch 17 , wobei das von der Kamera ausgegebene Signal einer Abbildung der Oberfläche des Metallbands Helligkeitswerte des Reflexionslichts zuordnet , wobei das Verfahren ferner umfasst :

Berechnen eines Linienverlauf des Reflexionslichts in Abhängigkeit von dem von der Kamera ausgegebenen Signal .

19 . Verfahren nach Anspruch 18 , das ferner umfasst :

Berechnen eines Höhenprofils der Oberfläche des Metallbandes entlang einer Querrichtung des Metallbands in Abhängigkeit von dem Linienverlauf des Reflexionslichts .

20 . Verfahren nach Anspruch 19 , das ferner umfasst :

Berechnen des Maßes für den Planheitsdefekt in Abhängigkeit von dem Höhenprofil der Oberfläche des Metallbandes .

21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20 , wobei das Verfahren inline während eines Produktionsprozesses des Metallbandes in Bandlaufrichtung hinter einem Kaltwal zen des Metallbandes und vor einem Glühen des Metallbandes erfolgt .

22 . Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , wobei das Verfahren inline während eines Produktionsprozesses des Metallbandes in Bandlaufrichtung hinter einem Aufwickeln des Metallbandes zu einem Coil , Glühen des Coils und Abwickeln des Metallbandes von dem Coil erfolgt .

23 . Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , wobei das Verfahren inline während eines Produktionsprozesses des Metallbandes in Bandlaufrichtung vor einem Beschichten des Metallbandes mit einer Lackschicht , insbesondere Backlack erfolgt .

24 . Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23 , wobei das

Metallband ein Elektroband ist .