DE2600453C2

DE2600453C2 - Gerät zur Messung der Bandebenheit beim Kaltwalzen magnetischen Materials

Info

Publication number: DE2600453C2
Application number: DE2600453A
Authority: DE
Inventors: Orvar Västerås Dahle
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1976-01-08
Publication date: 1983-11-03
Also published as: CA1065644A; BE836537A; SE7500751L; JPS5846682B2; US4070614A; FR2298783A1; DE2600453A1; JPS51126169A; SE388481B; FR2298783B1; GB1529101A; IT1055841B

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der so Bandebenheit beim Kaltwalzen magnetischen Materials gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Gerät ist beispielsweise bekannt aus der Zeitschrift »Instrumentation Technology« Mai 1970, Seite 54 bis 59.

Beim Kaltwalzen dünner Metallbänder kann das Band völlig eben wirken, wenn es unter hoher Zugspannung auf die Haspel gerollt wird, selbst wenn es beim späteren Abhaspeln unter niedriger Zugspannung örtliche Welligkeiten entweder an den Kanten oder in der Mitte aufweist, meistens jedoch an den Kanten. In dem letztgenannten Fall mit Kantenwellen, welche die Wellenlänge L haben, ist das Metallband an seinen Rändern offenbar länger als im ebenen Mittelteil, und die relative Längendifferenz AL/L ist ein Maß für die Unebenheit.

Da die Zugspannung im Band in einem Kaltwalzwerk normalerweise zwischen dem letzten Walzenpaar uno der Haspel so hoch ist, daß das Band dort völlig eben ist, wird die Längendifferenz AL/L hier in eine Spannungsdifferenz Aa = E[ALJL) umgewandelt, wobei E der Elastizitätsmodul des Bandmaterials ist Wenn man Aa im gestreckten Zustand des Bandes messen kann, so kann man die Unebenheit des Materials in freiem Zustand berechnen.

Bei magnetischen Materialien kann man die Spannungsverteilung in einem durch Zugspannung elastisch eben gezogenen¹ Band dadurch messen, daß man die magnetische Anisotropie ausnutzt, die uurch die Zugspannung im Band erzeugt wird. Bei Material mit positiver Magnetostriktion, wie z. B. Stahl mit mäßiger Magnetisierung, wird die Permeabilität in Zugrichtung größer und in Querrichtung kleiner.

Diese Anisotropie kann mit einem Geber der in der DE-PS 12 01582 beschriebenen Art berührungsfrei gemessen werden. Ein solcher Geber umfaßt zwei senkrecht zueinander angeordnete, Wicklungen tragende Eisenkerne, von denen der eine durch Wechselstromspeisung seiner Wicklung ein Magnetfeld im Meßobjekt (Bandmaterial) erzeugt und der andere Kern mittels seiner Wicklung die durch Zugspannung im Meßobjekt verursachte Asymmetrie des magnetischen Feldes erfaßt

Es wurden viele Versuche mit magnetoelastischer Messung der Bandebenheit durchgeführt, wobei in den meisten Fallen eine Anzahl Geber nach Art des obengenannten Patentes verwendet wird, die in einer Reihe senkrecht zur Längsrichtung des Bandmaterials angeordnet sind. In diesen Fällen (siehe die eingangs genannte Literaturstelle in »Instrumentation Technology«), und zwar auch dann, wenn der Geber eine etwas abweichende Bauform hat sind um die einzelnen Geber Gehäuse aus unmagnetischem Material, z. B. Aluminium, angebracht Bei diesen Meßanordnungen erhält man eine starke magnetische Kopplung zwischen den verschiedenen Gebern. Diese Kopplung führt zu einer großen Nullpunktsverschiebung. Solange die Geber untereinander feste Lagen einnehmen, kann diese Nullpunktsverschiebung durch fichung kompensiert werden. Die Verwendung von magnetischem Material für diese Gebergehäuse stieß bisher offensichtlich deshalb auf Ablehnung, weil ein magnetischer Schirm unvermeidlich Verzerrungen oder sonstige Beeinflussungen des magnetischen Nutzfeldes herbeiführt, durch welche die Anzeige fehlerhaft wird.

Aus der DE-OS 16 23 303 ist eine Anordnung zur Dickenmessung von durchlaufendem Walzgut bekannt. Das Meßprinzip ist von dem der obengenannten Geber sehr verschieden. Auf der einen Seite des Walzgutes wird ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugt Auf der anderen Seite des Walzgutes befindet sich eine Spule, in die von diesem Wechselfeld eine Spannung induziert wird. Je dicker das Walzgut ist, um so stärker wird das Feld beim Durchtritt durch das Walzgut abgedämpft, was sich in der Größe der induzierten Spannung niederschlägt. Die Empfängerspule ist dabei von einem Schirmgehäuse umgeben, über dessen Material keine Angaben gemacht sind. Das Schirmgehäuse kann jedoch nicht aus magnetischem Material bestehen, da dieses so angeordnet ist daß es praktisch einen magnetischen Kurzschluß für die Meßspule darstellen würde, der durch das Walzgut geleitete magnetische Fluß also durch das Schirmgehäuse statt durch die Meßspule gehen würde.

Beim Messen der Bandebenheit ist die Spannung in einer verhältnismäßig schmalen Zone an jedem Bandrand von besonderem Interesse. Mit einer Reihe

fester Geber können diese Randzonen nur in Ausnahmefällen abgetastet werden. Man hat daher häufig nur einen einzigen Geber verwendet der auf Führungsschienen senkrecht zur Längsrichtung des Bandes über diesem hin und her läuft, so daß man sukzessives Abtasten aller Bandzonen erhält. Außer dem offensichtlichen Nachteil, den eine über flexible Zuführungskabel gespeiste Anordnung darstellt, die sich in ständiger hin und her gehender Bewegung befindet und schnell verschlissen wirü, erhält man mit dieser Anordnung bei hohen Bandgeschwindigkeiten eine äußerst spärliche Information pro Flächeneinheit Es kann daher viel Band mit geringer Ebenheit passieren, bevor manuell oder automatisch korrigierende Maßnahmen getroffen werden können. !5

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Randzonen unterschiedlich breiter Bänder abgetastet werden können und eine hohe räumliche Dichte der Information über die Ebenheit des Bandes erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Meßgerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale haL

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

Durch die achsensymmetrischen Abschirmmäntel und die einzelnen Geber sowie ihre Ausrichtung in bezug auf die einzelnen Geber wird erreicht daß die Veränderung des Abstandes zwischen den Gebern keine Veränderung der Nullsignale veranlaßt, was sich besonders bei den außenliegenden Gebern schädlich auswirken würde, da sie eine von den anderen Gebern stark abweichende Nullpunktsveränderung erfahren würden. Nur die auf das Meßobjekt gerichtete Seite der Geber, an welcher Unteransprüchen Pole liegen, ist nicht abgeschirmt. Dank dieser Abschirmung können die Geber direkt nebeneinander angeordnet werden, ohne sich über andere Felder gegenseitig zu beeinflussen, als das Feld im Meßobjekt und das Streufeld im Luftspalt zwischen dem Meßobjekt und dem Meßgerät. Diese letztgenannten Störungen können dadurch auf ein vernaculässigbar kleines Niveau reduziert werden, daß jeder zweite Geber im Verhältnis zu seinen benachbarten Gebern 90° um seine Symmetrieachse gedreht ist.

Nach Beseitigung der gegenseitigen Beeinflussung zwischen den Gebern können diese beliebig längs einer Geraden senkrecht zur Längsrichtung des Bandes verteilt werden. Besonders wichtig ist es, daß man dabei Geber in einer optimalen Lage unter den obengenannten wichtigen Randzonen anordnen kann. Vorzugsweise werden die Geber mechanisch in einer solchen Weise gekoppelt und längs der Geraden bewegt daß die Abstände zwischen benachbarten Gebern an allen Stellen stets gleich groß sind.

Hierbei verwendet man vorzugsweise eine ungerade Zahl von Gebern, wobei der mittlere Geber fest angeordnet ist. Die gleichmäßige Verteilung der Geber bei einer Variation der Meßbreite kann mit einer w> pantografähnlichen Mehrfachschersnanordnung ge= schehen. Eine andere Möglichkeit zur Erreichung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen den Gebern besteht darin, zwischen den verschiedenen Gebern untereinander gleiche Federelemente anzubringen und die Anordnung durch Dehnung auf die gewünschte Breite zu bringen.

Zur Verhinderung des jichfestsetzens von magnetischen Partikeln an den Polen der Geber, welche die Messungen stören würden, sowie als mechanischer Schutz für die Geber bei einem Bandriß ist es zweckmäßig, ein Schutzblech zwischen den Gebern und dem zu überprüfenden Band anzubringen. Dieses Blech muß selbstverständlich aus unmagnetischem Material sein, was aber allein nicht ausreichend ist Wenn beispielsweise Messing oder Bronze als Material für dieses Blech verwendet wird, bilden sich in dem Blech starke Wirbelströme aus, die eine Messung unmöglich machen. Das genannte Blech muß daher aus einem Material mit einem hohen spezifischen Widerstand bestehen, wie z. B. austenitischer rostfreier Stahl oder Material, das unter dem Namen INCONEL im Handel bekannt ist Dadurch wird eine störende Wirbelstromkopplung zwischen den Gebern verhindert

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Bandebenheitsmeßgerät gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Draufsicht auf einen in d~m Meßgerät verwendeten Geber,

Fig.3 einen Querschnitt längs der Linie III-III in Fig.Z

F i g. 4 eine schematische Draufsicht des Meßgerätes mit den längs einer Geraden verteilten Gebern,

Fig.5 eine Draufsicht gemäß Fig.4, bei der die Geber dicht aneinander liegen,

F i g. 6 eine Anordnung zur Verschiebung der Geber zwecks Veränderung des gegenseitigen Abstandes zwischen den Gebern.

Das Gerät zur Messung der Bandebenheit ist in einen länglichen, kastenförmigen Träger 2 eingebaut der, wie aus F i g. 1 hervorgeht aus einem Boden 3, zwei Seitenwänden 4 und zwei an den oberen Enden der Seitenwände angebrachten aufeinander gerichteten Flanschen 5 und 6 besteht Das Meßgerät enthält eine Anzahl magnetoelastischer Geber 1 gemäß der L^;E-PS 12 01 582. von denen jeder aus zwei U-förmigen Magnetkernen 7, 8 aufgebaut ist, von denen jeder Wicklungen 9 trägt wie es in den Fig. 1—3 gezeigt ist. Die Kerne stehen senkrecht zueinander und können völlig getrennt voneinander angeordnet sein oder in ihrem Kreuzungspunkt miteinander verbunden sein. Die Wicklungen sind auf den parallelen Schenkeln der Kerne angebracht. Die Wicklungen des einen Kernes sind an eine elektrische Wechselspannung angeschlossen, während die Wicklungen des anderen Kernes an ein Netzgerät angeschlossen sind. Eine ausführliche Beschreibung der Geber kann der obengenannten Patentschrift entnommen werden.

F i g. 4 zeigt, wie eine Anzahl von Gebern in gleichen Abstär im untereinander in dem kastenförmigen Träger 2 angeordnet sind. Die Geber sind so orientiert, daß die Längsachse ihrer Joche einen Winke' von 45° mit der Längsachse des Trägers bilden. Außerdem sind die Geber abwechselnd um 90° gegeneinander gedreht, was im mittleren Bereich der Fig.4 durch die entsprechenden Bezugszeichen 7 und 8 angedeutet ist. Durch diese abwechselnde Drehung der Geber wird ihre gegenseitige magnetische Beeinflussung herabgesetzt, die über das Meßobjekt und das streufeld im Luftspalt zwischen dem Meßgerät und dem Meßobjekt auftritt. Die Wicklungen der Geber sind mittels Leitungen 10 an die Wechselspannung bzw. die Meßgeräte angeschlossen, wobei die Leitungen abwechselnd jeweils in einer Richtung geführt sind, da

jeder zweite Geber aufgrund der Drehung von 90° primär oder sekundär eingepolt ist, damit die Ausgangssignale dieselben Vorzeichen erhalten.

Jeder Geber ist auf einer Platte 11 montiert und von einem Schirm 12 aus magnetischem Material umgeben. Der Schirm ist in Fig.4 und 5 als zylindrischer Mantel dargestellt, doch können auch andere Formen verwendet werden. Der Schirm ist auf der Platte 11 befestigt, auf welcher der Geber montiert ist, und er ist so geformt, daß die Platte 11 und der Schirm 12 den Geber, außer an tier nach oben auf das Meßobjekt gerichteten Seite, ganz umschließen.

Damit das Meßgerät leicht und mit einer unveränderten Anzahl von Gebern zum Messen von Bändern mit unterschiedlicher Breite verwendet werden kann, sind ,₅ die Geber auf einer Vorrichtung montiert, mit der ihr untereinander gleicher Abstand vergrößert und verkleinert werden kann. F i g. 6 zeigt eine von vielen Möglichkeiten, um dies zustande zu bringen. Dabei ist es zweckmäßig, dab der mittlere Geber aut dem [rager fixiert ist und daß die auf jeder Seite des fixierten Gebers angeordneten Geber jeweils in ihrer betreffenden Richtung beweglich sind. Diese bestimmte Beweglichkeit erreicht man mit einer pantografähnlichen Konstruktion 13, einer sogenannten Nürnberger Schere, die aus einer Vielzahl von Gelenken 14 besteht, die auf bekannte Weise in der Mitte und an den Enden der Gelenke paarweise gelenkig miteinander verbunden sind. Mit Hilfe einer an dem einen Ende der Schere befestigten Zugstange 15 werden sämtliche Geber bewegt, wobei sie sich entweder aufeinander zu oder voneinander fort bewegen, wobei der Abstand zwischen benachbarten Gebern überall gleich ist. Die Geber sind in der Mitte von zwei einander kreuzenden Gelenken befestigt, beispielsweise mittels eines Bolzens 16, wie es F i g. 1 zeigt.

Damit die Geber sich geradlinig in dem Träger bewegen, werden sie durch Schienen 17 geführt, von denen je eine an jeder Seitenwand 4 befestigt ist. Zwischen den freien Seiten der Schienen 17 bildet sich eine Nut. in welcher die Platten 11 gleiten können. Die Platten U mit den auf ihnen montierten Gebern 1 werden dadurch von den Schienen 17 getragen, daß auf deren Oberseite eine Stufe 18 vorgesehen ist, auf welcher auf der Oberseite der Platte 11 befestigte Klötze 19 gleiten können.

Der oben offene, kastenförmige Träger 2 ist mit einem abnehmbaren Deckel abgedeckt, der aus einem Blech 20 aus einem Material mit sehr hohem spezifischen Widerstand besteht, wie beispielsweise austenitischer rostfreier Stahl oder ähnliches Material. Das Blech hat an seiner Unterseite zwei Leisten 21, die, wenn sich das Blech an seinem in F i g. 1 gezeigten Platz befindet, dicht an den aufeinander gerichteten Kanten der beiden Flansche 5 und 6 liegen. Dadurch ist der Deckel in seitlicher Richtung geführt Auf der Unterseite der Leisten 2i können zwei langgestreckte Federn 22 befestigt sein, die eine Bewegung der Deckel nach oben verhindern. Dadurch, daß sie das Blech an die Flansche 5 und 6 erstreckt und die Federn 22 an der Unterseite der Flansche 5 und 6 anliegen, ist der Deckel nur in seiner Längsrichtung parallel zu dem Träger 2 beweglich. Der Deckel hat verschiedene Aufgaben: Er soll verhindern, daß sich magnetische Partikel auf den freien Polflächen der Geberkerne festsetzen. Außerdem soll er ein dichtender Deckel auf dem Träger sein, der eine Verschmutzung des Inneren des Trägers verhindert und die Geber mechanisch schützt.

Da die Größe des Luftspaltes zwischen den Gebern und dem Meßobjekt (Band) die Empfindlichkeit des Meßgerätes beeinflußt, soll der Luftspalt so konstant wie möglich gehalten werden.

Das Gerät zur Messung der Bandebenheit wird daher zwischen zwei Ablenkrollen plaziert, die so nahe beieinander liegen, daß die Schwingungsamplitude des Bandes im Verhältnis zur Luftspaltgröße vernachlässigbar ist. Diese Ablenkrollen können vorzugsweise Rollen in einem Bandzugmesser sein. Ein solcher ist zumindest zur Kalibrierung der Empfindlichkeit des Bandebenheitsmeßgerätes wünschenswert, da diese mit der Qualität des Materiales, dem Reduktionsgrad und der Materialdicke variiert.

L)ie Signalverarbeitung kann beispielsweise wie folgt geschehen: Da die Ausgangssignale der einzelnen Geber bei der relativ starken Magnetisierung sehr oberwellenhaltig sind, wodurch man den linearsten Zusammenhang zwischen Zugbeanspruchung und Ausgangssignal erhält, und die Grundwelle den linearsten Zusammenhang mit der Zugbeanspruchung hat, wird diese gewählt. Das Signal von jedem Geber wird gefiltert, verstärkt und phasenabhängig gleichgerichtet, wonach die überlagerte Wechselspannung herausgefiltert wird. Anschließend wird der Mittelwert der Gleichspannungssignale gebildet, der dann von den einzelnen Signalen subtrahiert wird. Die Unterschiedssignale vermitteln ein unkalibriertes Bild der Spannungsverteilung im Band.

Zur Kalibrierung werden Änderungen im Mittelwertsignal mit Änderungen in der Mittelzugspannung Oo = T/B ■ t verglichen, die man aus dem Bandzugmesscrsigna! 7, der Bandbreite Sund der Banddicks ί erhält. Die beiden letztgenannten Werte können an Potentiometern eingestellt werden, die zu einer einfachen Rechenschaltung gehören.

Eine geeignete Art zur Durchführung der Kalibrierung besteht darin, daß man die Mittelzugspannung o₀ mit ± der Hälfte des gewünschten Meßbereiches für die Spannungsdifferenz momentan erhöht oder verringert, d. h. ± 0,5 (Aa)_nOX, und den Magnetisierungsstrom und/oder die Verstärkung schrittweise ändert, bis die Veränderung im Mittelwertsignal sowohl in positiver wie negativer Richtung der halben Aussteuerung der Bandebenheitsmeßgeräte entspricht.

Als typisches Beispiel kann angenommen werden, daß die normale Mittelzugspannung lOkp/mm² ist. Die Mittelzugspannung kann dann zweckmäßigerweise wiederholte Male zwischen den Werten 5 und 15 kp/mm² geändert werden, wobei gleichzeitig der Magnetisierungsstrom und/oder die Verstärkung geändert werden/wird, bis die Veränderung im Mittelwertsignal der halben Aussteuerung der Bandebenheitsmeßgeräte für die verschiedenen Zonen entspricht

Dieses Kalibrierungsverfahren kann durchgeführt werden, bevor das eigentliche Walzen beginnt, und zwar entweder manuell oder auch automatisch.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche: 26 OO

1. Gerät zur Messung der Bandebenheit beim Kaltwalzen magnetischen Materials mit einer Anzahl vorzugsweise in einer Reihe senkrecht zur Längsrichtung des Bandes angeordneter magnetoelastischer Geber, von denen jeder aus zwei sich senkrecht kreuzenden U-förmigen, Wicklungen tragenden Magnetkernen besteht, deren Polflächen mit geringem Abstand vom Band angeordnet sind ₎₀ und deren Kernebenen mit der Längsrichtung des Bandes einen Winkel von 45° bilden, wobei der eine Kern durch Speisung seiner Wicklung mit Wechselstrom ein Magnetfeld im Band erzeugt und die Wicklung des anderen Kerns eine durch Zugspan- _r. nungen im Band verursachte Asymmetrie dieses Magnetfeldes erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Geber (1) von einem achssymmetrischen Schirm (12) aus magnetischem Material umgeben ist und daß die Symmetrieachse _M des Schirnss mit der Längsachse des magnetoelastischer» Gebers zusammenfällt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite Geber im Verhältnis zu den benachbarten Gebern 90° um seine Symmetrieachse _K gedreht ist

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber (1) längs einer Geraden senkrecht zur Längsrichtung des Bandes untereinander verschiebbar sind. _x

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dir gegenseitige Verschiebung der Geber (1) mechanisch so gesteuert und gekoppelt ist, daß sämtliche Abstände zwischen benachbarten Gebern stets gleichgroß sind.

5. Gerät nach Anspruch 4, cdurch gekennzeichnet, daß die Geber mit Hilfe einer Mehrfachscherenanordnung (13) nach Art einer Nürnberger Schere auf gleichen Abstand untereinander gehalten werden.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gebern und dem Meßobjekt ein Schutzblech (20) aus unmagnetischem Material mit sehr hohem spezifischem Widerstand angeordnet ist.