DE2338849A1

DE2338849A1 - Verfahren und vorrichtung zum auffinden von oberflaechenfehlern

Info

Publication number: DE2338849A1
Application number: DE19732338849
Authority: DE
Inventors: Shuzo Fukuda; Toshiaki Hosoe; Katsumi Michishita; Yuji Okami
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1973-07-31
Publication date: 1974-02-21
Also published as: JPS5213952B2; DE2338849B2; GB1422880A; FR2195347A5; DE2338849C3; US3812373A; JPS4934881A

Description

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Tel. 2803980

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NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA, TOKYO / JAPAN

Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden von Oberflächenfehlern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden von Fehlern auf Oberflächen von kontinuierlich bewegtem Bahnoder Bandmaterial durch Beleuchten der Oberfläche und !Ansetzen des von der Oberfläche reflektierten Lichtes in die Oberfläche darstellende Signalimpulse sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung von Fehlern auf bewegten Oberflächen mit bestimmter Periodizität.

Verfahren und Vorrichtung sind insbesondere für die Bestimmung periodischer Oberflächenfehler auf Stahlbändern unter Verwendung optischer Detektorsysteme geeignet.

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Auf Walzstahloberflächen treten häufig Oberflächenfehler in Form von Vertiefungen, Kratzern oder irregulären Färbungen auf. Solche Oberflächenfehler sind bislang zur Klassifizierung der Walzstahlbänder nach Konfiguration und Periodizität der Oberflächenfehler ohne Zuhilfenahme automatisierender Geräte von Überwachungspersonal mit blossem Aμge beobachtet und bewertet worden.

Zur automatischen Begutachtung solcher Oberflächenfehler sind zwar eine Reihe optischer Systeme vorgeschlagen worden, jedoch können diese Systeme nur die Grosse der Oberflächenfehler bestimmen, wodurch die Verwertbarkeit der mit Hilfe der bekannten Geräte erhaltenen Information beschränkt ist. Es stehen weder ein geeignetes Verfahren noch eine geeignete Vorrichtung zur Identifizierung der Art der Oberflächenfehler nach Massgabe der Oberflächenkonfxguration zur Verfügung.

IM zu erkennen, in welchem Bereich oder an welcher Maschine der Bahnproduktion bzw. der Walzstrasee die Oberflächenfehler verursacht werden, ist es wichtig, die Konfiguration und die Periodizität der Oberflächenfehler zu identifizieren. Da periodisch auftretende Oberflächenfehler im allgemeinen beim Walzen der Bahn entstehen, ist es erforderlich, die Periodizität der Oberflächenfehler zu bestimmen, um die Fehlerquelle in der Produktionsstrasse genau lokalisieren zu können.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auffinden von Oberflächenfehlern, auch ausserordentlich kleiner Oberflächenfehler, zu schaffen, die mit hoher Genauigkeit solche Ober-

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flächenfehler, die mit einer vorgegebenen Periodizität auftreten, bestimmen und damit die Ursachen der Fehlerentstehung in der Produktionsstrasse eines Band- oder Bahnmaterials festzustellen ermöglichen. Die Vorrichtung soll dabei in einfacher Weise an bereits vorhandene Oberflächendetektoren anschliessbar sein. Verfahren und Vorrichtung sollen vor allem die Qualität von Walzstahlbändern verbessern helfen und durch eine rasche Lokalisierung der Fehlerquelle die Wirtschaftlichkeit hoher Qualität der Walzstrassenprodukte verbessern helfen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Begutachtung kontinuierlich bewegter Oberflächen vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Signalimpulse auf den Eingang eines mehrere miteinander verbundene Register ' enthaltenden Schieberegisters gibt, dass man weiterhin mit der Laufgeschwindigkeit des Bahnmaterials synchronisierte Schiebeimpulse auf das Schieberegister gibt, die die Inhalte der einzelnen Register schieben, dass man aus den Ausgangssignalen ausgewählter Register, die eine vorbestimmte Zahl von Schiebeschritten voneinander getrennt liegen, ein logisches Produkt bildet und dass man durch Vorgabe eines bestimmten Wertes für dieses logische Produkt aus der Gesamtheit der auf das Schieberegister gegebenen Signalimpulse jene identifiziert, die eine bestimmte vorgegebene Periodizität aufweisen.

Weiterhin wird zur Lösung der vorgenannten Aufgabe erfindungsgemäss eine Vorrichtung zum Auffinden und Bestimmen von Oberflächenfehlern auf kontinuierlich bewegten Oberflächen mit einem optische in elektrische Signalimpulse umsetzenden Detektor vorgeschlagen, gekennzeichnet durch

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mehrere miteinander verbundene Einzelregister enthaltendes Schieberegistersystem, einen mit der Laufgeschwindigkeit des Bahnmaterials synchronisierten Schiebeimpulsgenerator, Mittel zum Eingeben der Signal- und der Schiebeimpulse in das Schieberegister und Mittel zur Bildung eines logischen Produkts aus den Ausgangssignalen zuvor ausgewählter, eine vorbestimmte Anzahl von Schiebeschritten voneinander entfernter Register zur Identifizierung und Bestimmung von Oberflächenfehlern bzw. diese abbildenden Signalimpulsen mit bestimmter Periodizitäh.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 . ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäss der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bevor

zugten Ausführungsbeispiels des Schieberegisters gemäss der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des an die Bewe

gungsgeschwindigkeit der untersuchten Oberflächen gekoppelten Schiebeimpuls generators und

Fig. 4 den zeitlichen Impulsverlauf an

verschiedenen Stellen des für die Periodizitätsidentifizierung verwendeten Schieberegisters.

Die in Fig. 1 gezeigte, zu untersuchende Materialoberfläche 1,

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insbesondere die Oberfläche eines Metallbandes, läuft kontinuierlich in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung, beispielsweise durch eine Walzstrasse. Das von einer Lichtquelle 2 stammende Licht wird von einem Rotationsspiegel 3 so auf die Oberfläche 1 reflektiert, dass diese quer zur Laufrichtung der Bahn abgetastet wird. Das von der Oberfläche 1 reflektierte Licht wird von einem optischen Empfänger 4 aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt, die der Intensität des reflektierten Lichtes entsprechen. Die vom optoelektrischen Wandler abgegebenen Signalimpulse sind auf diese Weise Abbildungen der Oberflächenfehler. Die elektrischen Signalimpulse werden in an sich bekannter Weise verstärkt und normiert, wozu ein übliches Gerät 6 zur Normierung der Wellenform verwendet werden kann. Die in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel hergestellte Wellenform ist in Fig. 4a dargestellt. Wie in der Fig. 4a gezeigt' ist, liefert der Ausgang des optoelektrischen Detektors über einem Untergrundrauschen die Fehlersignalspitzen. Das in der Fig. 4a durch eine unterbrochene Linie dargestellte Referenz-Null-Niveau wird verschiebbar von einem Diskriminatorniveaugeber 5 geliefert. In einem Komparator 7 werden die normierten Impulse vom Verstärkernormiergerät 6 durch die vom Niveaugeber 5 gelieferte Nullinie diskriminiert. Die Komparatorausgangssignale sind in Fig. 4b dargestellt.

Die vorstehend beschriebenen Baugruppen sind an sich bekannt und werden in dieser Anordnung auch zur optischen Oberflächenuntersuchung bereits verwendet.

Die vom Komparator 7 gelieferten Ausgangsimpulse sind eine Abbildung der Fehler auf der Oberfläche 1 und können beispielsweise direkt auf eine Bildröhre gegeben werden.

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Solche Sichtgerätdarstellungen enthalten jedoch alle möglichen Arten von Fehlersignalen, die durch verschiedensten Fehlerarten gleichzeitig erzeugt sein können und in der Regel auch erzeugt sein werden.

Zur Identifizierung der Ausgangssignale des Komparators 7 werden diese erfindungsgemäss auf ein Schieberegister 8 gegeben, das mit der Laufgeschwindigkeit der Bandoberfläche synchronisierte Schiebeimpulse erhält. Zur Erzeugung der Schiebeimpulse ist der Schiebeimpulsgenerator 9 mit einer Walze 10, die vorzugsweise eine Walze eines einen Walzenspalt bildenden Walzenpaares ist, verbunden, wobei diese Walze 10 durch die laufende Oberfläche angetrieben wird. Die Winkelgeschwindigkeit der Walze 10 entspricht ohne Schlupf genau der Laufgeschwindigkeit der Bandoberfläche Die auf diese Weise vom Schiebeimpulsgenerator 9 erzeugten Schiebeimpulse (Fig. 4c) sind exakt mit der Laufgeschwindigkeit der zu untersuchenden Oberfläche gekoppelt. Die Ausgänge gewählter, eine vorgegebene Anzahl von Schiebeschritten voneinander entfernter, das Schieberegister bildender Einzelregister sind mit einem mehrfüssigen UND-Glied verbunden, dessen logischer Ausgang aus der Menge der am Ausgang des Komparators 7 auftretenden Impulse die Auswahl einer Signalimpulsuntermenge mit bestimmter Periodizität ermöglicht.

Das Schieberegister 8 umfasst, wie schematisch in der.Fig. dargestellt ist, mehrere Register, und zwar in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Register F₁ bis F₁₂* Diese Register bestehen vorzugsweise aus miteinander verbundenen bistabilen Schaltungen, vorzugsweise Flipflops. Das Schieberegister 8 enthält weiterhin ein mehrfüssiges UHD-GIied G. Der Eingangsanschluss 8a ist mit dem Ausgang

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des Komparators 7 verbunden, während der andere Eingangsanschluss 8b mit dem Schiebeimpulsgenerator 9 verbunden ist.

Das erste Register oder Flipflop F, des Schieberegisters 8 wird durch ein Ausgangssignal vom Komparator 7 bzw. einem einen Oberflächenfehler auf der Oberfläche 1 abbildenden Fehlersignal gesetzt und durch den Schiebeimpu3-s rückgesetzt , wobei die Information des Registers F, in das Register F„ übertragen wird. Die Register F_ bis F,_ sind dabei so geschaltet, dass sie vom Ausgangssignal des vorhergehenden Registers gesetzt werden und so dessen Information aufnehmen und durch den Schiebeimpuls zur Übertragung der Information auf das folgende Register rückgesetzt werden.

In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Schieberegisters sind die Ausgänge der Register F,, F₄, F₇ und F.», die in einem vorbestimmten Schiebeschrittabstand zueinander liegen, mit einem UND-Verknüpffungsglied G verbunden. Wenn das logische Produkt der entsprechenden Ausgangssignale "1" ist, bedeutet das, dass die vom Komparator 7 erhaltenen Eingangssignalimpulse eine Periodizität aufweisen, die durch ein entsprechendes Signal am Ausgangsanschluss 8c des UND-Gliedes G angezeigt wird. Die Wellenformen der Ausgangsimpulse der entsprechenden Register sind in der Fig. 4 durch ausgezogene Linien dargestellt. Die Register *'l' ^F^· ^F7 ^{und F}io' ^deren Ausgänge mit dem UND-Glied G verbunden sind, bleiben für die Dauer zwischen der Eingabe der periodischen Impulse vom Komparator 7 und dem Auftreten des nächsten Schiebeimpulses gesetzt. Dementsprechend bleibt auch der Ausgang des UND-Verknüfpungsgliedes G nur während dieser Zeitspanne auf "1". Die in Fig. 4 durch unterbrochene Linien dargestellten Impulse sind Fehlersignale

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bzw. die an den Registerausgangen auftretenden, diesen Fehlersignalen entsprechende Signale, die keine Periodizität aufweisen.

Mit der in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung beschriebenen Schaltungsanordnung fungiert das Schieberegister 8 als Periodizitätsidentifizierungsschaltung, die feststellt, dass auf einer entsprechenden Lange der Bandoberfläche 1 viermal hintereinander Oberflächenfehler aufgetreten sind, deren Abstand bei vorgegebener Laufgeschwindigkeit dem Dreifachen des Schiebeimpulsabstandes entspricht. Die Wiederholungsperiode der Oberflächenfehler und die Anzahl der aufeinanderfolgenden Oberflächenfehler, die als Mass zur Identifizierung und Bestimmung des Auftretens periodischer Oberflächenfehler dienen, können durch Veränderung der Anzahl der Schiebeimpulse je Einheitslänge auf der Bahnoberfläche 1 und durch^feränderung der Verknüpfung zwischen dem UND-Verknüpfungsglied und den einzelnen Registern des Schieberegisters 8 praktisch beliebig verändert werden.

Einer der wesentlichen.Vorteile des Verfahrens gemäss der Erfindung liegt auch darin, dass die vom Diskriminatorniveaugeber 5 gelieferte Referenz-Null-Linie sehr viel niedriger gelegt werden kann als das bei den bekannten Fehlerdetektoren möglich ist, da durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung zusätzlich nach der Periodizität der Fehlerimpulse diskriminiert wird.

Wenn also beispielsweise das in Fig. 1 gezeigte durch den Diskrimxnatorniveaugeber 5 gelieferte Referenzniveau gesenkt wird, werden auch die kleineren Fehler registriert und treten am Ausgang des !Comparators 7 als normierte Signalimpulse auf. Mit herkömmlichen Geräten kann bei so niedriger Referenzlinie nicht mehr zwischen Rauschspitzen

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land Signalspitzen unt er schieden werden. Durch die mit Hilfe des Schieberegisters 8 erfindungsgemäss erfolgende Periodizitätsdiskriminierung werden jedoch auch bei tiefliegender Referenz-Null-Linie nur die periodisch auftretenden Signalspitzen bei der Registrierung erfasst, so dass Störungen des Detektorsystems durch Rauschen auch bei tiefer Referenz-Null-Linie ausgeschlossen werden können. Dieser Vorteil macht sich vor allem bei der Qualitätskontrolle von Walzstahlbänderh bemerkbar, da die durch die Walzen der heutigen Walzstrassen erzeugten Oberflächenfehler so ausserordentlich klein sind, dass sich auch die optoelektrisch abgebildeten Signalspitzen der Fehler kaum aus dem Untergrund erheben.

Wenn das Referenzniveau vom Diskriminator-Nulliniengeber zu tief gelegt wird oder wenn das Rauschniveau insgesamt zu stark ansteigt, tritt eine Bedingung auf, bei der an den Ausgängen aller Register des Schieberegisters 8 Ausgangssignale auftreten, die Fehler auf der Oberfläche anzeigen. Alle Register des Schieberegisters 8 bleiben also ständig gesetzt. Dadurch wird am Ausgangsanschluss 8c , des Schieberegisters 8 bzw. des UND-Gliedes G ein Signal erhalten, das irrtümlicherweise als Anzeige einer durch die Korrelation der Register F,, F₄, F₇ und F, _ ermittelte Periodizität gedeutet werden könnte.

Um eine solche Fehlinterpretation zu vermeiden, wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Ausgang des Schieberegisters 8 zunächst noch auf ein UND-Verknüpfungsglied gegeben, das nur dann offen ist, wenn nicht auch alle übrigen, nicht mit dem UND-Glied G des Schieberegisters 8 verbundenen Register gesetzt sind (aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 nicht darge-

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stellt).

Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die Wiederholungsperiode der Oberflächen effekte, die durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung aufgefunden werden können, nach Massgabe der Verknüpfung der einzelnen Registerausgänge mit dem UND-Glied und der Anzahl der Schiebeimpulse je Einheitslauflänge der zu untersuchenden Oberfläche variiert werden. Bei unbekannter Periode der aufzufindenden Oberflächenfehler wird vorteilhafterweise die Schiebeimpulsfrequenz je Einheitslänge des zu untersuchenden Bahnmaterials verändert.

Eine solche Schiebeimpulsfrequenzänderung kann am einfachsten durch einen Frequenzteiler 11 erfolgen, der zwischen dem Impulsgenerator 9 und dem Schieberegister 8, wie in Fig. 1 angedeutet, eingeschaltet ist. Alternativ kann, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Potentiometer 14 zwischen einen Tachometergenerator 12, der durch eine Walze 10 angetrieben wird, und einen Spannungs-Impuls-Umsetzer 13 geschaltet werden. Die Impulse des Umsetzers 13 werden dann als Schiebeimpulse in das Schieberegister 8 gegeben.

Der numerische Fehler in den höheren Schiebepositionen des Schieberegisters 8 nimmt proportional der Anzahl der Registe zu. Dieser Fehler kann jedoch ausgeschaltet werden, wenn man in einem ausgewählten Bereich der höheren Schiebestellen des Schieberegisters 8 an den Ausgängen in gleichen Schiebeschritten voneinander entfernt liegender Register eine logische Summe in Form kontinuierlicher Bits ableitet und die unter den Eingangssignalen aufzufindenden periodischen Signale dadurch identifiziert, dass man das logische Produkt aller Ausgangesignale, einechliesslich der logischen Summe, aller gleichweit entfernter Register bildet und ver-

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wendet. Ein Beispiel für diese Art der Identifizierung ist in der Fig. 2 durch unterbrochene Linien dargestellt. Die logische Summe der Ausgänge der Register F₇ und Fg sowie die logische Summe der Ausgänge F_1Q, F₁₁ und F₁₂, die im Bereich der höheren Schiebestellen des Schieberegisters 8 liegen» werden als kontinuierliche Bitfolge gebildet und auf die Eingänge des UND-Gliedes G zusammen mit den Ausgangssignalen der Register F₁ und F., die einen ausgewählten und vorgegebenen Abstand voneinander haben, gegeben. Auf diese Weise tritt am Ausgang des UND-Gliedes nur dann ein Signal auf, wenn das logische Produkt aller vorgenannten Ausgangssignale "1" ist. Der dieser Schaltung, entsprechende Impulsverlauf an den einzelnen Ausgängen ist in den Figuren 4q bis 4u dargestellt« Die in diesen Figuren durch unterbrochene Linien dargestellten Impulssignale bedeuten die Signale nichtperiodischer Fehler.

Wenn die Erfindung auch insbesondere für den Einsatz bei der Qualitätskontrolle von Walzstahlbändern geeignet ist, so ist sie doch keinesfalls auf diese Anwendung beschränkt. Es können beispielsweise die Oberflächenfehler laufender Bahnoberflächen aus beliebigem Material untersucht werden. Weiterhin braucht die Laufrichtung der zu untersuchenden Oberfläche nicht notwendigerweise die lineare Laufrichtung eines Bahninaterials zu sein, sondern kann gegebenenfalls auch die gekrümmte Bahn einer Kreis- oder Spiralrotation sein.

Ebenfalls brauchen das Verfahren und die Vorrichtung nicht notwendigerweise auf ein Arbeiten mit reflektiertem Licht beschränkt zu bleiben, vielmehr sind auch Untersuchungen durchscheinender Filme oder Folien im Durchlicht möglich. Insbesondere können im Durchlichtverfahren photographisch aufgezeichnete Beugungsdiagramme, beispielsweise Röntgen-

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beugungsdiagramme oder Elektronenstrahlbeugungsdiagramme, vorteilhaft analysiert und ausgewertet werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Auffinden von Fehlern auf Oberflächen von kontinuierlich bewegtem Bahn- oder Bandmaterial durch Beleuchten der Oberfläche und Umsetzen des von der Oberfläche reflektierten Lichtes in die Oberfläche darstellende Signalimpulse, dadurch gekennzeichnet, dass man die Signalimpulse auf den Eingang eines mehrere miteinander verbundene Register enthaltenden Schieberegisters gibt, dass man weiterhin mit der Laufgeschwindigkeit des Bahnmaterials synchronisierte Schiebeimpulse auf das Schieberegister gibt, die die Inhalte der einzelnen Register schieben, dass man aus den Ausgangssignalen ausgewählter Register, die eine vorbestimmte Zahl von Schiebeschritten voneinander getrennt liegen, ein logisches Produkt bildet und dass man durch Vorgabe eines bestimmten Viertes für dieses logische Produkt aus der Gesamtheit der auf das Schieberegister gegebenen Signalimpulse jene identifiziert, die eine bestimmte vorgegebene Periodizität aufweisen.
2. Vorrichtung zum Auffinden von Oberflächenfehlern auf kontinuierlich bewegtem Bahn- oder Bandmaterial mit einem optischen Fehlerdetektor, der die Oberflächenfehler als elektrische Signalimpulse abbildet, gekennzeichnet durch ein mehrere miteinander verbundene Einzelregister enthaltendes Schieberegistersystem, einen mit der Laufgeschwindigkeit des Bahnmaterials synchronisierten Schiebeimpulsgenerator, Mittel zum Eingeben der Signal- und der Schiebeimpulse in das Schieberegister und Mittel zur Bildung eines logischen Produkts aus den Ausgangs-

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Signalen zuvor ausgewählter, eine vorbestimmte Anzahl von Schxebeschritten voneinander entfernter Register zur Identifizierung und Bestimmung von Oberflächenfehlern bzw. diese abbildenden Signalimpulsen mit bestimmter Periodizität.

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