DE69012598T2

DE69012598T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung von Fehlerstellen in langen metallischen Streifen.

Info

Publication number: DE69012598T2
Application number: DE69012598T
Authority: DE
Inventors: Michio Nawa
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2010-01-31
Also published as: US5146163A; EP0381145B1; EP0381145A2; KR900014808U; KR970000282Y1; JPH02101256U; EP0381145A3; DE69012598D1; JPH089641Y2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweisen eines Defekts oder Risses in einem länglichen Metallstreifen wie einem Stahlband. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technologie, um einen Defekt oder Riß von einer Schnittstelle zweier Streifen zu unterscheiden, die mittels Schweißen verbunden sind.
In einer ein endloses Stahlband einsetzenden Vorrichtung wie beispielsweise einer Bandfördervorrichtung kann ein Riß während des Betriebs der Vorrichtung gebildet werden. Sobald eine Rißbildung auf dem Stahlband eintritt, kann ein Bruch des Bands anschließend eintreten und somit eine Beschädigung zugeordneter Komponenten verursachen. Daher wird es vorgezogen, das Auftreten eines Risses nachzuweisen, um einen Wartungszeitpunkt des Stahlbands zu kennen. Herkömmlicherweise wird typischerweise der Zustand des Stahlbands mittels eines Annäherungsschalters vom Nicht-Kontakt-Typ überwacht. In der herkömmlichen Technologie erzeugt der Annäherungsschalter ein magnetisches Feld hoher Frequenz, um Wirbelströme auf dem Stahl zu induzieren. Die Größe des induzierten Wirbelstroms ist variabel in Abhängigkeit vom Oberflächenzustand des Stahls. Wenn nämlich ein Riß auf der Oberfläche des Stahls ausgebildet ist, schwankt die Größe des induzierten Wirbelstroms um diejenige, die beim normalen Oberflächenzustand induziert wird.
Mit einer derartigen herkömmlichen Rißnachweisvorrichtung tritt eine Schwierigkeit auf, wenn das endlose Stahlband einen geschweißten Verbindungsteil aufweist. Der geschweißte Abschnitt besitzt nämlich einen höheren elektrischen Widerstand als derjenige im allgemeinen Abschnitt des Stahlbands. Daher wird sich die Größe des induzierten Wirbelstroms am geschweißten Teil von derjenigen der normalen Oberfläche unterscheiden. Dies führt zu der Beurteilung, daß der Riß auf dem Stahlband verursacht ist.
Die US-A-3,141,952 offenbart eine elektronische Nahtfolgevorrichtung, worin ein elektromagnetischer Kern mit zwei Polstücken mit allgemeinen vertikalen Achsen vorliegt. Der magnetische Kern wird durch eine Wechselspannungsquelle erregt, um einen wechselnden magnetischen Fluß zwischen den Enden der Polstücke zu erzeugen. Die Enden der Polstücke sind benachbart der Oberfläche eines metallischen Werkstücks positioniert, um den magnetischen Fluß durch einen Teil des Werkstücks zu richten. Eine einzelne Aufnahmespule, die elektrisch vom Kern isoliert und benachbart dem Werkstück im wesentlichen zwischen den Polstücken in einer durch die Hauptachsen beider Pole verlaufenden Ebene positioniert ist, ist vorgesehen, um Flußintensitätsvariationen wahrzunehmen, die bei der Beurteilung des flußenthaltenden Musters des Werkstücks aufgrund von Diskontinuitäten im Werkstück auftreten.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweisen eines Risses auf dem Metallstreifen zu schaffen, welche die Fähigkeit hat, den geschweißten Teil vom Riß zu unterscheiden.
Um das oben erwähnte und andere Ziele zu erreichen, setzt eine Vorrichtung zum Nachweisen eines Risses auf einem länglichen Metallstreifen gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Oberflächenzustandsnachweismitteln ein, die synchron miteinander arbeiten, um die Oberflächenzustände der Orientierungen des Stahlbands nachzuweisen, wobei die Orientierungen longitudinal in der gleichen Position, transversal jedoch an einer unterschiedlichen Position vorliegen. Die Vorrichtung schließt ferner Mittel zum Ableiten einer Differenz einer Mehrzahl von Ausgängen der Oberflächenzustandsnachweismittel ein. Ein Diskriminatormittel ist ebenfalls in der Vorrichtung zur Unterscheidung des Oberflächenzustands des Streifens auf der Grundlage der durch die Differenzableitungsmittel abgeleiteten Differenz vorgesehen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt eine Defektnachweisvorrichtung:
einen ersten Sensor, der gegenüber einem länglichen Metallstreifen angeordnet ist, welcher entlang seiner longitudinalen Achse bewegt wird zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer ersten Position des länglichen Metallstreifens, um ein erstes Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß der Variation des Oberflächenzustands an der ersten Position zu erzeugen;
einen zweiten Sensor, der gegenüber des länglichen Metallstreifens angeordnet ist zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer zweiten Position des länglichen Metallstreifens, wobei die zweite Position so zur Überwachung einer transversal versetzten Position bezüglich der ersten Position des länglichen Metallstreifens angeordnet ist, daß ein zweites Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß einer Variation des Oberflächenzustands an der zweiten Position erzeugt wird;
Mittel zum Empfangen der ersten und zweiten Sensorsignale und Ableiten eines Fehlersignals in Abhängigkeit von einer Differenz der ersten und zweiten Sensorsignale; und
Mittel zum Vergleichen des Fehlersignals mit einem vorbestimmten Schwellenwert, so daß eine Beurteilung, daß ein Defekt im länglichen Metallstreifen auftritt, durchgeführt wird, wenn das Fehlersignalniveau größer als der Schwellenwert ist.
Der längliche Metallstreifen kann durch Verbinden beider Enden miteinander in ein endloses Band geformt sein und der Verbindungsteil des endlosen Bands sich im wesentlichen transversal bezüglich der Achse des Wegs erstrecken. Vorzugsweise können die ersten und zweiten Sensoren einen Annäherungsschalter umfassen, der die ersten und zweiten Sensorsignale variabler Signalniveaus in Abhängigkeit von einer Widerstandsvariation an den ersten und zweiten transversalen Positionen erzeugt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Nachweisen eines Defekts in einem länglichen Streifen, der durch einen vorbestimmten Weg bewegt wird, die Schritte, daß:
ein erster Sensor innerhalb des Wegs eines länglichen Metallstreifens vorgesehen wird zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer ersten Position des länglichen Metallstreifens, um ein erstes Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß der Variation des Oberflächenzustands an der ersten Position zu erzeugen;
ein zweiter Sensor innerhalb eines Wegs des länglichen Metallstreifens vorgesehen wird zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer zweiten Position des länglichen Metallstreifens, wobei die zweite Position so zur Überwachung einer transversal versetzten Position bezüglich der ersten Position des länglichen Metallstreifens positioniert ist, daß ein zweites Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß einer Variation des Oberflächenzustands an der zweiten Position erzeugt wird;
ein Fehlersignal abgeleitet wird in Abhängigkeit von einer Differenz der ersten und zweiten Sensorsignale; und
das Fehlersignal mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird, so daß eine Beurteilung, daß ein Defekt im länglichen Metallstreifen auftritt, durchgeführt wird, wenn das Fehlersignalniveau größer als der Schwellenwert ist.
Die vorliegende Erfindung wird umfassender aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verstanden werden, die jedoch nicht als die Erfindung auf die spezifische Ausführungsform beschränkend angesehen werden sollten, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bandantriebsvorrichtung, die ein endloses Band einsetzt, für welches die bevorzugte Ausführungsform einer Defektnachweisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 bis 4 sind Diagramme, die eine Variation eines Signalniveaus eines in der bevorzugten Ausführungsform der Defektnachweisvorrichtung von Figur 1 eingesetzten Sensors zeigen; und
Fig. 5 ist ein Schnitt, der eine weitere Ausführungsform einer Defektnachweisvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
Nach nunmehr den Zeichnungen, insbesondere nach Figur 1, umfaßt eine Bandantriebsvorrichtung, für welche die bevorzugte Ausführungsform der Defektnachweisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, ein endloses Metallband 13, das sich über ein Paar von Rotationstrommeln 11 und 12 erstreckt. Das Metallband 13 kann ein endloses Stahlband umfassen, das mit einem flexiblen Stahlstreifen mit konstanter Breite geformt ist durch Verbinden beider Enden miteinander mittels Schweißen. Der geschweißte Verbindungsteil 14 des Metallbands 13 erstreckt sich allgemein transversal bezüglich der Bandbewegungsachse. Um das Metallband anzutreiben, ist die eine der Rotationstrommeln 11 und 12 mit einem elektrischen Motor oder einer anderen Antriebsleistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, die ein Rotationsdrehmoment für die Trommel schafft. Das Metallband 13 wird somit durch das Rotationsdrehmoment angetrieben, das von der Antriebsleistungsquelle über die eine der Rotationstrommeln 11 und 12 aufgebracht wird.
Ein Paar von Oberflächensensoren 15a und 15b ist in der Umgebung des Bandwegs vorgesehen, durch welchen das Metallband getrieben wird. Die Sensoren 15a und 15b sind in transversaler Ausrichtung bezüglich der Bandbewegungsachse und in voneinander beabstandeter Beziehung mit einer vorbestimmten Entfernung zueinander angeordnet. Jeder der Sensoren 15a und 15b umfaßt einen Annäherungssensor, der per se eine bekannte Ausführung darstellt. Bekanntlicherweise erzeugt der Annäherungsschalter ein Magnetfeld hoher Frequenz zum Induzieren eines Wirbelstroms auf der Metallbandoberfläche und weist die Größe des auf der Metallbandoberfläche induzierten Stroms nach, um ein Sensorsignal zu erzeugen, das die Größe des nachgewiesenen induzierten Stroms repräsentiert. Da die Größe des auf der Metallbandoberfläche zu induzierenden Wirbelstroms variabel ist in Abhängigkeit vom Widerstand, variieren die Signalwerte der Detektorsignale, die von den Sensoren 15a und 15b ausgegeben werden, gemäß der Variation des Widerstands im Metallband 13.
Die Sensoren 15a und 15b sind mit einem Fehlersignalgenerator 16 verbunden. Der Fehlersignalgenerator 16 empfängt die Sensorsignale von beiden Sensoren 15a und 15b, um eine Differenz der Signalwerte abzuleiten. Der Fehlersignalgenerator 16 erzeugt somit ein Fehlersignal, das die abgeleitete Differenz anzeigt. Der Fehlersignalgenerator 16 gibt das Fehlersignal an eine Diskriminatorschaltun 17 aus. Die Diskriminatorschaltung 17 prüft das Fehlersignalniveau gegen ein vorbestimmtes Schwellenniveau, um eine Beurteilung durchzuführen, daß der Riß auftritt oder nicht, und zwar in Abhängigkeit vom Fehlersignalniveau.
Unter der Annahme, daß lediglich der Sensor 15a verwendet wird und der Riß, der im wesentlichen in axialer Richtung ausgebildet ist, über den Sensor hinweg verläuft, variiert hier das Signalniveau des durch den Sensor 15a erzeugten Sensorsignals wie in Figur 2 dargestellt. Die ähnliche Wellenform von Figur 2 kann erscheinen, wenn der geschweißte Verbindungsteil des Metallbands 13 über den Sensor 15a hinweg verläuft. Daher wird eine Unterscheidung von Vorhandensein oder Fehlen des Risses schwierig gemacht.
In der gezeigten Ausführungsform kann der geschweißte Verbindungsteil 14 simultan durch die Sensoren 15a und 15b nachgewiesen werden, so daß die im wesentlichen identische Wellenform auf dem Sensorsignal des Sensors 15b erscheint. Daher wird, indem die Differenz der Sensorsignale der Sensoren 15a und 15b erhalten wird, das Signalniveau des Fehlersignals am geschweißten Verbindungsteil im wesentlichen klein gehalten, wie in Figur 3 gezeigt. Wenn der lokale Riß auf der Oberfläche des Metallbands erzeugt wird, fällt andererseits das Sensorsignalniveau des Sensors 15a oder 15b, über welchen der den Riß enthaltene Teil des Bands hinwegläuft, beträchtlich ab. Da der andere Sensor 15a oder 15b den Riß nicht nachweist, wird andererseits das Sensorsignalniveau unverändert aufrechterhalten. In einem derartigen Fall wird das Fehlersignalniveau im wesentlichen wie in Figur 4 zeigt. Daher kann durch Verwenden einer Vielzahl von Sensoren und Verwenden der Differenz der Sensorsignale der Einfluß des geschweißten Verbindungsteils des Metallbands erfolgreich vermieden werden.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Defektnachweisvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der gezeigten Ausführungsform sind drei Sensoren 15a, 15b und 15c in voneinander beabstandeter Beziehung mit einer vorbestimmten Entfernung und transversal bezüglich der Achse des Bandlaufs ausgerichtet eingesetzt. In einem derartigen Fall werden zwei Fehlersignale auf der Grundlage der Sensorsignale der Sensoren 15a und 15b und 15b und 15c abgeleitet. Gestützt auf die so abgeleiteten Fehlersignale, kann eine Unterscheidung, ob der Defekt, z.B. Riß, vorhanden ist oder fehlt, effektiv und auf eine präzisere Weise durchgeführt werden.
Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Auftreten eines Risses erfolgreich nachgewiesen werden, ungeachtet der Gegenwart des geschweißten Verbindungsteils.

Claims

1. Eine Defektnachweisvorrichtung mit:

einem ersten Sensor (15a), der gegenüber einem länglichen Metallstreifen (13) angeordnet ist, welcher entlang seiner longitudinalen Achse bewegt wird zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer ersten Position des länglichen Metallstreifens (13), um ein erstes Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß der Variation des Oberflächenzustands an der ersten Position zu erzeugen;

einem zweiten Sensor (15b), der gegenüber dem länglichen Metallstreifens (13) angeordnet ist zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer zweiten Position des länglichen Metallstreifens (13), wobei die zweite Position so zur Überwachung einer transversal versetzten Position bezüglich der ersten Position des länglichen Metallstreifens (13) angeordnet ist, daß ein zweites Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß einer Variation des Oberflächenzustands an der zweiten Position erzeugt wird;

Mitteln (16) zum Empfangen der ersten und zweiten Sensorsignale und Ableiten eines Fehlersignals in Abhängigkeit von einer Differenz der ersten und zweiten Sensorsignale; und

Mitteln (17) zum Vergleichen des Fehlersignals mit einem vorbestimmten Schwellenwert, so daß eine Beurteilung, daß ein Defekt im länglichen Metallstreifen (13) auftritt, durchgeführt wird, wenn das Fehlersignalniveau größer als der Schwellenwert ist.

2. Eine Defektnachweisvorrichtung wie in Anspruch 1 dargelegt,

worin der längliche Metallstreifen (13) durch Verbinden beider Enden miteinander in ein endloses Band geformt ist und sich der Verbindungsteil des endlosen Bands im wesentlichen transversal bezüglich der Achse des Metallstreifens (13) erstreckt.

3. Eine Defektnachweisvorrichtung wie in Anspruch 2 dargelegt,

worin die ersten und zweiten Sensoren (15a 15b) einen Annäherungsschalter umfassen, der die ersten und zweiten Sensorsignale variabler Signalniveaus in Abhängigkeit von einer Widerstandsvariation an den ersten und zweiten Positionen erzeugt.

4. Ein Verfahren zum Nachweisen eines Defekts in einem länglichen Streifen, der durch einen vorbestimmten Weg bewegt wird, welches die Schritte umfaßt, daß

ein erster Sensor (15a) innerhalb des Wegs eines länglichen Metallstreifens (13) vorgesehen wird zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer ersten Position des länglichen Metallstreifens (13), um ein erstes Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß der Variation des Oberflächenzustands an der ersten Position zu erzeugen;

ein zweiter Sensor (15b) innerhalb eines Wegs des länglichen Metallstreifens (13) vorgesehen wird zur Überwachung eines Oberflächenzustands an einer zweiten Position des länglichen Metallstreifens (13), wobei die zweite Position so zur Überwachung einer transversal versetzten Position bezüglich der ersten Position des länglichen Metallstreifens (13) positioniert ist, daß ein zweites Sensorsignal variablen Signalniveaus gemäß einer Variation des Oberflächenzustands an der zweiten Position erzeugt wird;

ein Fehlersignal abgeleitet wird in Abhängigkeit von einer Differenz der ersten und zweiten Sensorsignale; und

das Fehlersignal mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird, so daß eine Beurteilung, daß ein Defekt im länglichen Metallstreifen auftritt, durchgeführt wird, wenn das Fehlersignalniveau größer als der Schwellenwert ist.

5. Ein Verfahren wie in Anspruch 4 dargelegt,

worin der längliche Metallstreifen (13) durch Verbinden beider Enden miteinander in ein endloses Band geformt ist und sich der Verbindungsteil des endlosen Bands im wesentlichen transversal bezüglich der Achse des Wegs erstreckt.

6. Ein Verfahren wie in Anspruch 2 dargelegt,

worin die ersten und zweiten Sensoren (15a, 15b) einen Annäherungsschalter umfassen, der die ersten und zweiten Sensorsignale variabler Signalniveaus in Abhängigkeit von einer Widerstandsvariation an den ersten und zweiten Positionen erzeugt.