DE69123797T2

DE69123797T2 - Magnetischer fehlstellendetektor für dünne stahlbänder

Info

Publication number: DE69123797T2
Application number: DE69123797T
Authority: DE
Inventors: Seigo Ando; Takato Furukawa; Ken-Ichi Iwanaga; Atsunao Takekoshi; Masaki Takenaka
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1991-02-22
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2011-02-23
Also published as: WO1991013347A1; US5235275A; EP0469158A4; DE69123797D1; EP0469158B1; EP0469158A1; KR960005364B1; KR920701818A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Prüfvorrichtung für ein dünnes Stählband, die einen Fehler detektiert, der entweder im Inneren oder an der Oberfläche eines dünnen Stahlbands in einem Lauf zustand anwesend ist, und insbesondere eine magnetische Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband, die eine Hohlwalze, die auf einer ortsfesten Achse senkrecht zu einer Laufbahn des dünnen Stahlbands drehbar gehaltert ist, gegen das Stahlband drängt, in der eine Magnetisierungseinrichtung aufgenommen ist und die durch einen magnetischen Sensor magnetischen Streufluß detektiert, der infolge eines Fehlers auftritt.
Das JP-Gebrauchsmuster JP-U-61-170068 zeigt eine Prüfvorrichtung, die einen magnetischen Sensor aufweist, der an einer Seite des Stahlbands angeordnet ist. Ein an der anderen Seite des Bands positionierter Hohlzylinder enthält eine Magnetisierungseinrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds. Der magnetische Sensor ist in einer in einem Fluid schwimmenden Halterung angebracht, so daß die Distanz zwischen dem magnetischen Sensor und dem Stahlband konstantgehalten wird.
Die US-Patentschrift US-A-3 748 575 zeigt eine magnetische Prüfvorrichtung für ein Metallband, die ein hohlzylindrisches Element aufweist, in dem magnetische Überwachungseinrichtungen angeordnet sind. Diese umfassen zwei Magnetköpfe, die in einer voneinander beabstandeten Beziehung entlang dem inneren Umfang des Hohlzylinders angeordnet sind. Ein erster Magnetkopf zeichnet ein Signal oder eine magnetische Marke auf, das/die anschließend von dem zweiten Lesekopf gelesen wird, während das Stahlband über den äußeren Umfang des Zylinders läuft.
Eine magnetische Prüfvorrichtung detektiert einen Fehler, z. B. einen Riß und einen Einschluß, der im Inneren oder an der Oberfläche eines dünnen Stahlbands anwesend ist, unter Nutzung von Magnetismus. Es wird berichtet, daß eine magnetische Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband nicht nur ein dünnes Stahlband als ein Prüfobjekt im unbewegten Zustand prüfen kann, sondern auch fortlaufend Fehler detektiert, die in einem dünnen Stahlband anwesend sind, das beispielsweise entlang einer Fertigungsstraße in einer Fabrik und dergleichen bewegt wird (veröffentlichte nichtgeprüfte JP-GM-Anmeldung Nr. 63-107849).
Die Fig. 31 und 32 sind Schnittdarstellungen entlang jeweils verschiedenen Richtungen einer oben beschriebenen magnetischen Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband, die fortlaufend Fehler eines laufenden dünnen Stahlbands detektiert.
Eine Hohlwalze 1 besteht aus einem nichtmagnetischen Werkstoff. Ein Ende einer ortsfesten Achse 2 erstreckt sich entlang der Achse der Hohlwalze 1. Das andere Ende der ortsfesten Achse 2 ist an dem Rahmen einer Basis (nicht gezeigt) festgelegt. Die ortsfeste Achse 2 ist an den Innenumfangsflächen der beiden Enden der Hohlwalze 1 über ein Paar Wälzlager 3a und 3b gehaltert, so daß sie entlang der Achse der Hohlwalze 1 positioniert ist. Somit dreht die Hohlwalze 1 frei um die ortsfeste Achse 2, die die zentrale Drehachse ist.
Im Inneren der Hohlwalze 1 ist ein Magnetisierungskern 4c, der im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ist, auf der ortsfesten Achse 2 über ein Halteelement 5 befestigt, so daß seine Magnetpole 4a und 4b, die eine Magnetbahn bilden, nahe der Innenumfangsfläche der Hohlwalze 1 sind. Eine Magnetisierungsspule 6 ist um den Magnetisierungskern 4c gewickelt. Daher bilden der Magnetisierungskern 4c mit den Magnetpolen 4a und 4b und die Magnetisierungsspule 6 eine Magnetisierungseinrichtung 4. Eine Vielzahl von magnetischen Sensoren 7 ist zwischen den Magnetpolen 4a und 4b des Magnetisierungskerns 4c der Magnetisierungseinrichtung 4 in der Axialrichtung angeordnet. Jeder magnetische Sensor 7 ist auf der ortsfesten Achse 2 befestigt.
Ein Energieversorgungskabel 8 zum Zuführen eines Erregerstroms zu der Magnetisierungsspule 6 und ein Signalkabel 9 zur Gewinnung der jeweiligen Detektiersignale, die von den entsprechenden magnetischen Sensoren 7 abgegeben werden, verlaufen durch das Innere der ortsfesten Achse 2 nach außen. Daher sind die Positionen des Magnetisierungskerns 4c und der jeweiligen magnetischen Sensoren 7 festgelegt, und die Hohlwalze 1 dreht mit einem kleinen Zwischenraum zu den äußeren Oberflächen der Magnetisierungseinrichtung 4 und der entsprechenden magnetischen Sensoren 7.
Wenn die Außenumfangsfläche der Hohlwalze 1 der so ausgebildeten magnetischen Prüfvorrichtung gegen eine Oberfläche eines dünnen Stahlbands 10, das in Richtung eines Pfeils A bewegt wird, unter einem vorbestimmten Druck gedrängt wird, dreht die Hohlwalze 1 in Richtung eines Pfeils B, da die ortsfeste Achse 2 an dem Rahmen der Basis festgelegt ist.
Wenn der Magnetisierungsspule 6 ein Erregerstrom zugeführt wird, wird von dem Magnetisierungskern 4c und dem laufenden dünnen Stahlband 10 ein geschlossener Magnetpfad gebildet. Wenn also ein oben erwähnter Fehler im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 anwesend ist, wird der Magnetpfad in dem dünnen Stahlband 10 gestört, und es tritt magnetischer Streufluß auf. Der magnetische Streufluß wird von einem magnetischen Sensor 7 an einer entsprechenden Position aufgenommen und als ein Fehlersignal detektiert.
Der Signalpegel des detektierten Fehlersignals entspricht der Größe des Fehlers im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands 10. Daher können Vorhandensein und Größe des Fehlers des dünnen Stahlbands 10 in Form des Signalpegels des Fehlersignals erhalten werden.
Der Signalpegel eines Fehlersignals ändert sich jedoch stark in Abhängigkeit von dem Zustand des Magnetpfads, der von dem dünnen Stahlband 10 und der Magnetisierungseinrichtung gebildet ist, die den Magnetisierungskern 4c und die Magnetisierungsspule 6 aufweist, sowie von einer Distanz L zwischen der Magnetisierungseinrichtung 4 und dem dünnen Stahlband 10, einer Distanz 1 zwischen dem dünnen Stahlband 10 und den jeweiligen magnetischen Sensoren 7, wobei diese Distanz als Anhebedistanz bezeichnet wird, usw.
Um diese Nachteile zu beseitigen, werden die Distanz L zwischen dem dünnen Stahlband 10 und der Magnetisierungseinrichtung 4 sowie die Distanz 1 zwischen dem dünnen Stahlband und den jeweiligen Sensoren 7 ständig unter Verwendung der Hohiwalze 1, die eine vorbestimmte Dicke hat, auf vorbestimmten Werten gehalten, wie in den Fig. 31 und 32 gezeigt ist. Wenn die Hohlwalze 1 aus einem Magnetmaterial besteht, wird die Ausbildung des Magnetpf ads in dem dünnen Stahlband 10 gestört. Daher besteht die Hohiwalze 1 aus einem nichtmagnetischen Material.
Daher werden umso stabilere magnetische Flüsse erhalten, je kleiner die Dicke der Hohlwalze 1, je kleiner die Distanz L zwischen den Magnetpolen 4a und 4b der Magnetisierungseinrichtung 4 und dem dünnen Stahlband 10 und je größer das Magnetfeld ist, das in dem dünnen Stahlband 10 ausgebildet wird. Somit wird es bevorzugt, daß die Dicke der Hohiwalze 1 klein gemacht wird.
Wenn die Hohlwalze 1 große Dicke hat, wird ihr Trägheitsmoment groß. Wenn dann die Laufgeschwindigkeit des dünnen Stahlbands 10 schwankt, kann zwischen den Kontaktoberflächen der Hohlwalze 1 und des dünnen Stahlbands 10 ein Gleiten auftreten, wodurch die Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 1fehlerhaft wird. Daher muß das Trägheitsmoment durch Verringern der Dicke der Hohlwalze 1 vermindert werden. Wenn nur das Trägheitsmoment verringert werden soll, kann der Außendurchmesser der Hohlwalze 1 klein vorgegeben sein. Der Außendurchmesser ist durch die Größe der Magnetisierungseinrichtung 4 oder der magnetischen Sensoren 7, die in der Hohlwalze 1 aufgenommen sind, begrenzt.
Wie oben beschrieben wird, muß zum fortlaufenden Detektieren eines Fehlers in dem laufenden dünnen Stahlband 10 mit hoher Präzision die Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 ständig in Berührung mit der Außenumfangsfläche der Hohlwalze 1 sein. Infolgedessen werden auf die Hohlwalze 1 eine Abwärtskraft, die durch die Spannung des dünnen Stahlbands 10 verursacht ist, und eine durch das Gewicht des dünnen Stahlbands 10 selbst verursachte Abwärtskraft aufgebracht. Wenn eine Abwärtskraft aufgebracht wird, wird die Hohlwalze 1 verformt oder beschädigt. Dann kann die Distanz L zwischen dem dünnen Stahlband 10 und der Magnetisierungseinrichtung 4 sowie die Distanz 1 zwischen dem dünnen Stahlband und den jeweiligen magnetischen Sensoren 7, wie oben beschrieben, nicht auf die vorbestimmten Werte geregelt werden. Infolgedessen kann die Präzision der Fehlerdetektierung verschlechtert oder die Prüfung undurchführbar werden.
Wenn daher die wahre Kreisgestalt der Hohlwalze 1 über einen langen Zeitraum erhalten bleiben soll, sollte die Dicke der Hohlwalze 1 nicht kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert gemacht werden. Beispielsweise ist unter der Bedingung, daß die Laufgeschwindigkeit des dünnen Stahlbands 10 100 m/min ist, die Grenzdicke ca. 2 mm.
Die Stärke des Magnetfelds, das von der Magnetisierungseinrichtung 4, die in der Hohiwalze 1 aufgenommen ist und den Magnetisierungskern 4c und die Magnetisierungsspule 6 aufweist, erzeugt wird, kann erhöht werden. Wenn jedoch die Größe des Magnetisierungskerns 4c oder die Intensität des der Magnetisierungsspule 6 zugeführten Stroms über einen vorbestimmten Grenzwert erhöht werden, muß entweder die Gesamtvorrichtung groß gemacht werden, oder die Herstellungskosten steigen erheblich.
Es ist die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband anzugeben, bei der der Rauschabstand eines von einem magnetischen Sensor detektierten Fehlersignais vergrößert werden kann, ohne daß die Herstellungskosten erheblich steigen, und bei der eine Fehlerdetektierempfindlichkeit und eine Detektierpräzision erheblich gesteigert werden können.
Es ist die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband anzugeben, die einen Ort und eine Größe eines Fehlers eines dünnen Stahlbands in Dickenrichtung ohne weiteres detektieren kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Prüfvorrichtung bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Eine in Anspruch 2 angegebene Ausführungsform betrifft die Positionierung der Magnetpole.
Das Verhältnis der Magnetflüsse, die durch den Magnetspalt gehen, zu denen, die durch das dünne Stahlband gehen, wird erheblich durch die Größe (die Distanz W zwischen den Polen) des Magnetspalts und die Distanz L zwischen jedem Magnetpol und dem dünnen Stahlband beeinflußt. Wenn dabei die Distanz W zwischen den Polen konstant ist, werden mehr Magnetflüsse an einem Bereich konzentriert, der einer der Distanzen W und L des Magnetkreises entspricht, der einen kleineren magnetischen Widerstand hat. Wenn daher die Distanz L zwischen jedem Magnetpol und dem dünnen Stahlband klein wird, wird die Dichte der durch das dünne Stahlband gehenden Magnetflüsse entsprechend erhöht; wenn die Distanz L groß wird, wird die Dichte der durch das dünne Stahlband gehenden Magnetflüsse verringert.
Wenn die Distanz L konstant ist, wird das Verhältnis der durch das dünne Stahlband gehenden Magnetflüsse mit zunehmender Distanz W von Pol zu Pol größer. Wenn jedoch die Distanz W von Pol zu Pol zu stark vergrößert wird, nimmt der Umfang der durch das dünne Stahlband gehenden Magnetflüsse ab, obwohl die Gesamtanzahl der oben beschriebenen Magnetflüsse zunimmt.
Daher hat die Distanz W von Pol zu Pol einen vorbestimmten optimalen Bereich. Der optimale Bereich wird durch die Distanz L zwischen jedem Magnetpol und dem dünnen Stahlband beeinflußt. Wenn dabei die Distanz L groß ist, wird der optimale Bereich weitgehend durch die Distanz W von Pol zu Pol beeinflußt; wenn sie klein ist, wird er weitgehend von der Distanz L beeinflußt.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat die Beziehung zwischen der Distanz W von Pol zu Pol und der Distanz L experimentell ermittelt. Bevorzugt fällt die Distanz W von Pol zu Pol in einen Bereich des Zwei- bis Achtfachen der Distanz L (2L ≤ W ≤ 8L), so daß der Magnetfluß, der durch das dünne Stahlband geht, eine hohe Dichte auf einem Wert hat, der für den praktischen Gebrauch ausreichend ist.
Selbst wenn daher die Distanz L aufgrund der Einschränkungen der Dicke der Hohlwalze, wie oben beschrieben, nicht klein vorgegeben sein kann, kann die Detektierempfindlichkeit des magnetischen Sensor dadurch maximal gemacht werden, daß die Distanz W von Pol zu Pol so eingestellt wird, daß der oben beschriebenen Beziehung genügt ist, und die Präzision der Fehlerdetektierung wird verbessert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Position des magnetischen Sensors in der Laufrichtung des dünnen Stahlbands an einer Position vorgegeben, die gegenüber der zentralen Position der Magnetpole zu der Laufrichtungsseite um eine kleine Distanz verlagert ist, die durch die Restmagnetisierungs- Charakteristiken des dünnen Stahlbands bestimmt ist.
Es sei angenommen, daß ein vollkommen fehlerfreies dünnes Stahlband so angeordnet ist, daß es den Magnetpolen der Magnetisierungseinrichtung gegenüberliegt, und die Magnetisierungsspule von einer Gleichstromenergie erregt wird. Wenn in diesem Zustand die Position des magnetischen Sensors in der Laufrichtung des dünnen Stahlbands geändert wird, ist die Stärke des von dem magnetischen Sensor detektierten Magnetfelds an dem einen Magnetpol Maximum und an dem anderen Magnetpol Minimum, so daß eine vertikale Kurve der Magnetfeldverteilungs-Charakteristik erhalten wird, die infolge des floatenden bzw. wandernden Magnetflusses die 0-Pegellinie an der zentralen Position der Distanz W von Pol zu Pol kreuzt. Wenn daher der magnetische Sensor an der zentralen Position der Distanz W von Pol zu Pol angeordnet ist, wo die vertikale Kurve der Magnetfeldverteilungs-Charakteristik die 0-Pegellinie kreuzt, können die Einflüsse des wandernden Magnetflusses beseitigt werden.
Bei der gebauten magnetischen Prüfvorrichtung läuft jedoch das dünne Stahlband mit konstanter Geschwindigkeit in einer Richtung. Dabei wird das dünne Stahlband von der Magnetisierungseinrichtung magnetisiert, und die der Magnetisierungsstärke und der Koerzitivkraft des dünnen Stahlbands entsprechenden Magnetflüsse verbleiben in dem dünnen Stahlband. Infolgedessen ist die Position, an der die vertikale Kurve der Magnetfeldverteilungs-Charakteristik die 0-Pegellinie kreuzt, nicht immer die zentrale Position der Distanz W von Pol zu Pol, sondern wird in der Laufrichtungsseite verlagert.
Wenn dabei das dünne Stahlband sich fortbewegt, entspricht die zentrale Position der Distanz W von Pol zu Pol nicht dem 0-Pegel der vertikalen Kurve der Magnetfeldverteilungs- Charakteristik. Stattdessen ist die 0-Pegelposition gegenüber der zentralen Position der Distanz W von Pol zu Pol zur Laufrichtungsseite verlagert. Somit sind wandernde Magnetflüsse an der zentralen Position anwesend.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der magnetische Sensor bevorzugt in die verlagerte 0-Pegelposition bewegt. Als Ergebnis detektiert der magnetische Sensor keine wandernden Magnetflüsse. Daher kann die Detektierempfindlichkeit des magnetischen Sensors auf einfache Weise erhöht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Paar von Hohlwalzen, die entweder eine Magnetisierungseinrichtung oder einen magnetischen Sensor enthalten, so angeordnet, daß sie ein dünnes Stahlband zwischen sich einschließen.
Somit wird beispielsweise die Dicke der Hohlwalze einer Seite, auf die das Gewicht und die Zugkraft des dünnen Stahlbands direkt aufgebracht werden, groß vorgegeben, und die Dicke der Hohlwalze einer Seite, auf die das Gewicht und die Zugkraft des dünnen Stahlbands nicht direkt aufgebracht werden, wird klein vorgegeben. Wenn der magnetische Sensor in der dünnen Hohlwalze untergebracht ist, kann die Anhebedistanz kurz vorgegeben sein, und die Fehlerdetektierempfindlichkeit kann verbessert werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt der magnetische Detektierkreis zum Detektieren von Streumagnetfluß, der aufgrund eines Fehlers im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands auftritt, einen magnetischen Sensor vom Übersättigungstyp, der in der Hohlwalze aufgenommen ist und durch Wickeln einer Detektierspule um einen ferromagnetischen Kern gebildet ist, eine Erregerstromzuführeinrichtung zum Erregen des magnetischen Sensors in einen Übersättigungsbereich durch Zuführen einer Wechselstromenergie zu der Detektierspule des magnetischen Sensors über eine ortsfeste Impedanz, eine Spannungsdetektiereinrichtung zum Detektieren von positiven und negativen Werten einer Spannung, die über zwei Anschlüssen der Detektierspule erzeugt werden, und eine Recheneinrichtung zum Addieren der positiven und negativen Werte, die von der Spannungsdetektiereinrichtung detektiert werden, und zum Bestimmen der Summe als Meßwert, der der Magnetflußstreuung entspricht.
Allgemein hat ein magnetischer Sensor vom Übersättigungstyp, der durch Anbringen einer Detektierspule um einen ferromagnetischen Kern herum erhalten ist, eine sehr gute Detektierempfindlichkeit und Temperaturcharakteristik im Vergleich mit einem magnetischen Sensor, der eine magnetische Diode, ein Magnetowiderstandselement oder ein Hallelement verwendet.
Zur Lösung der zweiten Aufgabe ist ein Paar Hohlwalzen bevorzugt so angeordnet, daß sie jeweils die obere und die untere Oberfläche eines dünnen Stahlbands berühren. Eine Magnetisierungseinrichtung ist in einer Hohlwalze angeordnet. Ein magnetischer Sensor zum Detektieren von magnetischem Streufluß, der aufgrund eines Fehlers im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands auftritt, ist in jeder der Hohlwalzen angeordnet. Eine Datenverarbeitungseinheit errechnet eine Fehlerposition in der Dickenrichtung des dünnen Stahlbands und eine Fehlergröße aus jeder Magnetflußstreuung, die von jedem des Paars von magnetischen Sensoren detektiert wird.
Während die beiden Hohlwalzen die obere und die untere Oberfläche des Stahlbands berühren, wird der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Stahlbands und dem entsprechenden magnetischen Sensor sowie zwischen der unteren Oberfläche des Stahlbands und dem entsprechenden magnetischen Sensor konstantgehalten. Ein Magnetfeld wird von der Magnetisierungseinrichtung in dem Stahlband erzeugt. Wenn also ein Fehler vorhanden ist, detektiert jeder magnetische Sensor eine Magnetflußstreuung entsprechend dem Fehler. Die von jedem magnetischen Sensor detektierte Magnetflußstreuung kann als eine Fehlergröße und eine Distanz zu dem Fehler, d. h. als eine Funktion der Fehlertiefe von der Oberfläche des gegebenen magnetischen Sensors, ausgedrückt werden. Somit können die Fehlergröße und die Fehlerposition errech net werden, indem die beiden Funktionen als simultane Gleichungen aufgelöst werden.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Anordnung einer magnetischen Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband entlang einer Ebene, die zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands parallel ist;
Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung entlang einer zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands senkrechten Ebene;
Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein Testsystem zur Bestätigung eines Effekts der Vorrichtung;
Fig. 4 ist ein Diagramm von Detektiercharakteristiken, die von dem Testsystem erhalten werden;
Fig. 5 ist ein Diagramm der Detektiercharakteristiken von
Fig. 4, jedoch unter Verwendung eines anderen Parameters;
Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm eines mit dem Testsystem erhaltenen Fehlersignals;
Fig. 7 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform einer magnetischen Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung für ein dünnes Stahlband entlang einer zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands parallelen Ebene;
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des Hauptteils dieser Vorrichtung zur Bestätigung ihrer Auswirkungen;
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen den jeweiligen Magnetpolen, der horizontalen Magnetfeldverteilung und der vertikalen Magnetfeldverteilung;
Fig. 10 ist ein Diagramm von Detektiercharakteristiken, das die Beziehung zwischen einem Erregerstrom und einer Detektierspannung des magnetischen Sensors zeigt;
Fig. 11 ist ein Diagramm von Detektiercharakteristiken des magnetischen Sensors, wenn der Magnetisierungsstrom des Testsystems geändert ist;
Fig. 12 ist ein Diagramm von Detektiercharakteristiken des magnetischen Sensors, wenn die Position des magnetischen Sensors in dem Testsystem geändert ist;
Fig. 13 ist ein Schnitt durch noch eine andere Ausführungsform einer magnetischen Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband entlang einer Ebene, die zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands parallel ist;
Fig. 14 ist ein Schnitt durch dieselbe Vorrichtung entlang einer Ebene, die zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands senkrecht ist;
Fig. 15 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der magnetischen Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband entlang einer zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands parallelen Ebene;
Fig. 16 ist ein Schnitt durch dieselbe Ausführungsform entlang einer Ebene, die zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands senkrecht ist;
Fig. 17 ist eine schematische Darstellung, die das System der Gesamtvorrichtung zeigt;
Fig. 18 ist ein Diagramm von Fehlersignalcharakteristiken dieser Vorrichtung;
Fig. 19 ist ein Diagramm, das die Schritte des Berechnens einer Fehlerposition und einer Fehlergröße aus den Fehlersignalcharakteristiken zeigt;
Fig. 20 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Meßwert und einer Sichtauswertung durch Menschen zeigt;
Fig. 21 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen den jeweiligen Meßwerten, den Fehlerpositionen und den Fehlergrößen noch einer weiteren Ausführungsform einer magnetischen Prüfvorrichtung zeigt;
Fig. 22 ist ein Blockbild, das eine magnetische Detektierschaltung einer anderen Ausführungsform einer magnetischen Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung für ein dünnes Stahlband zeigt;
Fig. 23 ist ein Impulsplan, der den Betrieb der magnetischen Detektierschaltung zeigt;
Fig. 24 ist ein Wellenformdiagramm einer Spannung, die an die Detektierspule der magnetischen Detektierschaltung angelegt wird;
Fig. 25 ist ein Wellenformdiagramm einer von einer Spule der magnetischen Detektierschaltung abgegebenen Spannung;
Fig. 26 ist ebenfalls ein Wellenformdiagramm einer von der Spule der magnetischen Detektierschaltung abgegebenen Spannung;
Fig. 27 ist ein Diagramm von Magnetisierungscharak teristiken eines ferromagnetischen Kerns;
Fig. 28 ist ein Diagramm einer Ausgangsspannung in bezug auf die Magnetflußdichte der magnetischen Detektierschaltung;
Fig. 29 ist ein Blockbild, das eine magnetische Detektierschaltung noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 30 ist ein Diagramm einer Ausgangsspannung in bezug auf den Magnetisierungsstrom der magnetischen Detektierschaltung;
Fig. 31 ist ein Schnitt durch eine herkömmliche magnetische Prüfvorrichtung für ein dünnes Stahlband entlang einer zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands parallelen Ebene;
Fig. 32 ist ein Schnitt durch die herkömmliche Vorrichtung entlang einer zu der Laufrichtung des dünnen Stahlbands senkrechten Ebene;
Fig. 33 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen den Anordnungsrichtungen der magnetischen Sensoren und den Detektierausgangswellenformen der jeweiligen magnetischen Sensoren; und
Fig. 34 ist eine Darstellung der Beziehung zwischen den vertikalen und horizontalen Magnetfeldern, die von den jeweiligen magnetischen Sensoren der Fig. 33 detektiert werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Fig. 1 und 2 sind Schnitte, die eine schematische Anordnung einer Ausführungsform einer magnetischen Prüfvorrichtung zeigen. Dabei ist-zu beachten, daß gleiche Teile wie bei der herkömmlichen Vorrichtung gemäß den Fig. 31 und 32 mit denselben Bezugszeichen versehen sind, so daß eine genaue Beschreibung überlappender Bereiche entfällt.
Ein Ende einer ortsfesten Achse 2 erstreckt sich entlang der Achse einer Hohlwalze 1a, die aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht. Die Innenumfangsflächen der beiden Enden der Hohlwalze 1a sind auf der ortsfesten Achse 2 von einem Paar von Wälzlagern 3a und 3b drehbar abgestützt Somit ist die Hohlwalze 1a um die ortsfeste Achse 2 als zentrale Rotationsachse frei drehbar.
Von der Hohlwalze 1a ist eine Dicke t0 jedes Endes dersel ben, an dem das Wälzlager 3a oder 3b angebracht ist, groß vorgegeben, und eine Dicke t1 ihres zentralen Bereichs, mit dem ein dünnes Stahlband 10 in Kontakt ist, ist klein vorgegeben, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Dicke t0 jedes Endes mit 6 bis 10 mm vorgegeben, und die Dicke t1 des zentralen Bereichs ist mit 1 bis 4 mm vorgegeben.
In der Hohlwalze 1a ist ein Magnetisierungskern 4c, der im wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, auf der ortsfesten 35 Achse 2 über ein Stützelement 5 so befestigt, daß seine Magnetpole 4a und 4b nahe an der Innenumfangsfläche der Hohlwalze 1a sind. Das distale Ende jedes der Magnetpole 4a und 4b ist gekrümmt, so daß es dem Krümmungsradius der Innenumfangsfläche der Hohlwalze 1a entspricht. Eine Magnetisierungsspule 6 ist um den Magnetisierungskern 4c gewickelt. Eine Vielzahl von magnetischen Sensoren 7 ist zwischen den Magnetpolen 4a und 4b des Magnetisierungskerns 4c in der Axialrichtung angeordnet. Jeder magnetische Sensor 7 ist an der ortsfesten Achse 2 befestigt. Der Magnetisierungskern 4c und die Magnetisierungsspule 6 bilden eine Magnetisierungseinrichtung 4 zum Erzeugen eines Magnetfelds in dem dünnen Stahlband 10 durch die Hohlwalze 1a hindurch. Jeder magnetische Sensor 7 verwendet einen magnetischen Sensor vom Übersättigungstyp, wie er in der nichtgeprüften JP-Patentanmeldung Nr. 1-308982 beschrieben ist.
Ein Stromkabel 8 zur Zuführung eines Erregerstroms zu der Magnetisierungsspule 6 und ein Signalkabel 9 zur Abnahme der von den jeweiligen magnetischen Sensoren 7 abgegebenen Detektiersignale verlaufen durch das Innere der ortsfesten Achse 2 nach außen. Daher sind die Positionen des Magnetisierungskerns 4c und der jeweiligen magnetischen Sensoren 7 festgelegt, und die Hohlwalze 1a dreht mit einem kleinen Zwischenraum zu den äußeren Oberflächen des Magnetisierungskerns 4c und der jeweiligen magnetischen Sensoren 7.
Eine Distanz W von Pol zu Pol (Magnetspaltgröße), die als die Distanz zwischen den Magnetpolen 4a und 4b der Magnetisierungseinrichtung 4 ausgedrückt ist, ist mit einem Wert zwischen dem Zweifachen oder mehr und dem Achtfachen oder weniger einer Distanz L zwischen dem dünnen Stahlband 10 und jedem der Magnetpole 4a und 4b eingestellt (2L ≤ W ≤ 8L).
Die Position jedes magnetischen Sensors 7 in der Laufrichtung des dünnen Stahlbands 10 ist im wesentlichen auf eine Position zwischen den Magnetpolen 4a und 4b eingestellt. Eine Anhebedistanz 1 zwischen jedem magnetischen Sensor 7 und dem dünnen Stahlband 10 ist bei dieser Ausführungsform mit 3 mm eingestellt.
Wenn die Außenumfangsfläche der Hohlwalze 1a der so ausgebildeten magnetischen Prüfvorrichtung mit einem vorbestimmten Druck gegen eine Oberfläche des dünnen Stahlbands 10, das beispielsweise in Richtung eines Pfeils A läuft, gedrängt wird, dreht die Hohlwalze la in Richtung eines Pfeils B, da die ortsfeste Achse 2 an dem Rahmen der Basis befestigt ist.
Wenn der Magnetisierungsspule 6 von einer externen Magnetisierungsenergie-Versorgungseinheit (nicht gezeigt) ein Erregerstrom zugeführt wird, wird von den Magnetpolen 4a und 4b des Magnetisierungskerns 4c und dem laufenden dünnen Stahlband 10 ein geschlossener Magnetpfad gebildet. Wenn im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 ein Fehler vorhanden ist, wird der Magnetpfad im Inneren des dünnen Stahlbands 10 gestört, und es tritt eine Magnetflußstreuung auf. Die Magnetflußstreuung wird von einem magnetischen Sensor 7 in einer gegebenen Position als Fehlersignal detektiert.
Der Signalpegel des detektierten Fehlersignals entspricht der Größe des Fehlers im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands 10. Daher können Anwesenheit und Größe eines Fehlers im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 aus einer Änderung im Signalpegel eines Fehlersignals bestimmt werden.
Ein Versuchsergebnis, das erläutert, warum die Distanz W zwischen den Magnetpolen 4a und 4b der Magnetisierungseinrichtung 4 mit einem Wert zwischen dem Zweifachen oder mehr und dem Achtfachen oder weniger der Distanz L zu dem dünnen Stahlband 10, wie oben beschrieben, vorgegeben ist, wird nachstehend beschrieben.
Gemäß Fig. 3 ist eine Magnetisierungsspule 33 um einen Magnetisierungskern 32 herum angebracht, der getrennte Magnetpole 32a und 32b hat, so daß eine Magnetisierungseinrichtung 131 gebildet ist. Ein dünnes Stahlband 10 ist angeordnet, um von der Magnetisierungseinrichtung 31 um eine Distanz L getrennt zu sein. Ein magnetischer Sensor 7a ist an der anderen Seite des dünnen Stahlbands 10 angeordnet und um eine Distanz d davon getrennt. Die Position des magnetischen Sensors 7a entspricht der zentralen Position einer Distanz W zwischen den Polen. Von den Magnetflüssen des durch die Magnetisierungseinrichtung 31 erzeugten Magnetfelds detektiert der magnetische Sensor 7a indirekt die Dichte der Magnetflüsse, die durch das dünne Stahlband 10 gehen. Eine Vielzahl von Magnetisierungseinrichtungen 31, die verschiedene Distanzen W zwischen den Polen haben, sind vorgesehen. Die Distanz L zwischen dem dünnen Stahlband 10 und der Magnetisierungseinrichtung 31 kann ebenfalls beliebig geändert werden.
Bei einem solchen Testsystem wurde der magnetische Sensor 7a so angeordnet, daß seine Achse zu dem dünnen Stahlband 10 senkrecht war, und es wurde die vertikale Komponente des magnetischen Streuflusses gemessen, der durch jeden der vier Typen von Kalibrierfehlern verursacht war, die Außendurchmesser von 0,2 mm bis 0,9 mm hatten und in dem dünnen Stahlband 10 gebildet waren. Ebenso wurde der magnetische Sensor 7a so angeordnet, daß seine Achse parallel zu dem dünnen Stahlband 10 war, und die horizontalen Komponenten der magnetischen Streuflüsse wurden unter denselben Bedingungen gemessen. Die Meßergebnisse sind in Fig. 33 gezeigt. Eine Signalwellenform ist die horizontale Komponente des Magnetfelds, und eine Signalwellenform ist die vertikale Komponente des Magnetfelds.
Fig. 9 zeigt die positionsmäßige Beziehung zwischen den Magnetpolen der Magnetisierungseinrichtung, einer horizontalen Magnetfeldverteilungs-Charakteristik F und einer vertikalen Magnetfeldverteilungs-Charakteristik D. Wie Fig. 9 zeigt, hat die horizontale Magnetfeldverteilungs-Charakteristik F eine im wesentlichen umgekehrte U-Gestalt, und die vertikale Magnetfeldverteilungs-Charakteristik D hat eine Wellenform, die im wesentlichen eine Sinuskurve ist.
Eine Distanz L zwischen der Magnetisierungseinrichtung 31 und dem dünnen Stahlband 10a ist 3,5 mm, und die Distanz W von Pol zu Pol ist 20 mm, und die Distanz zwischen dem magnetischen Sensor 7a und dem dünnen Stahlband 10a ist 3 mm.
Fig. 34 zeigt die Beziehung zwischen den relativen Ausgangssignalen der vertikalen und horizontalen Komponenten des von jedem magnetischen Sensor 7a erzeugten Magnetfelds. Wie aus dem Diagramm von Fig. 34 zu sehen ist, haben die horizontalen und die vertikalen Komponenten des Magnetfelds eine positive Korrelation.
Auf der Grundlage dieser Ermittlungen zeigen die nachstehenden Ausführungsformen beispielhaft einen Fall, in dem, wenn nichts anderes gesagt ist, ein magnetischer Sensor vom Vertikalkomponenten-Typ verwendet wird.
Wie Fig. 33 zeigt, ist die Detektierempfindlichkeit eines magnetischen Sensors vom Horizontalkomponenten-Detektiertyp höher als die eines magnetischen Sensors vom Vertikalkomponenten-Detektiertyp. Wenn ein magnetischer Sensor vom Horizontalkomponenten-Detektiertyp verwendet wird, muß jedoch ein gesondertes Hochpaßfilter vorgesehen werden, um ein Fehlersignal aus magnetischem Rauschen des zu untersuchenden Objekts, z. B. eines dünnen Stahlbands 10a, zu extrahieren, was zu einer komplizierten Schaltungskonfiguration führt.
Eine Ausgangsspannung des magnetischen Sensors 7a wurde gemessen, während gleichzeitig eine Distanz W von Pol zu Pol der Magnetisierungseinrichtung 31 von beispielsweise 5 mm zu mm geändert und die Distanz L auf einem vorbestimmten Wert von z. B. 3 mm festgelegt wurde. Wenn im Inneren des dünnen Stahlbands 10a kein Fehler vorhanden ist, wird die Magnetflußdichte im Inneren von dem magnetischen Sensor 7a gemessen, da die Magnetflußstreuung zu der Magnetlfußdichte im Inneren des dünnen Stahlbands 10a proportional ist. Fig. 4 zeigt das Meßergebnis. Bei dem Experiment wird der Magnetisierungsstrom, der der Magnetisierungsspule 33 zugeführt wird, allmählich von 0 A auf den Nennwert von 5 A erhoht.
Es versteht sich, daß dann, wenn der Magnetisierungsstrom erhöht wird, die Dichte der Magnetflüsse durch das dünne Stahlband 10 in Abhängigkeit von der Distanz W von Pol zu Pol geändert wird, wie Fig. 4 zeigt. Dabei ist in einem Bereich, in dem die Distanz W von Pol zu Pol sehr viel kleiner als die Distanz L ist, etwa unter einer Bedingung W = 5 mm, die Magnetflußdichte klein. Die Magnetflußdichte ist auch in einem Bereich klein, in dem die Distanz W von Pol zu Pol sehr viel größer als die Distanz L etwa unter einer Bedingung W = 25 mm ist. Diese Tendenz wurde innerhalb eines Bereichs von 0,5 mm ≤ L ≤ 8,0 mm beobachtet, der tatsächlich gemessen wurde.
In Fig. 5 gezeigte Charakteristiken werden erhalten durch Auftragen eines Verhältnisses (W/L) der Distanz W von Pol zu Pol zu der Distanz L auf der Abszisse und eines relativen Ausgangssignals des magnetischen Sensors 7a auf der Ordinate. Dabei ist in Fig. 5 die Distanz W von Pol zu Pol innerhalb eines tatsächlich gemessenen Bereichs der Distanz L (0,5 mm ≤ L ≤ 8,0 mm) eingestellt, und ein maximales Ausgangssignal für jede Distanz L ist in bezug auf jede Distanz W von Pol zu Pol, normiert durch die Distanz L, angegeben.
Allgemein werden die Charakteristiken einer Meßvorrichtung in bezug auf [-3 dB] bewertet. In Fig. 5 wird ein relativer Ausgangswert von 70 % oder mehr als für den praktischen Gebrauch ausreichend angesehen. Somit ist ein Bereich W/L von nicht weniger als 2 und nicht mehr als 8 der optimale Bereich.
Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm von Fehlersignalen, die von den jeweiligen magnetischen Sensoren 7 detektiert werden, wenn die Distanz L zwischen der Magnetisierungseinrichtung 4 und dem dünnen Stahlband 10 von 1 mm auf 5 mm in der gebauten Vorrichtung der Fig. 1 und 2 geändert wird, während gleichzeitig der obigen Bedingung (2L ≤ W ≤ 8L) genügt ist. Die Signalwellenformen dieses Diagramms werden erhalten durch Differenzierung der vertikalen Komponenten der Magnetfelder. Das Experiment wurde durchgeführt unter Verwendung eines dünnen Stahlbands 10, das drei Arten von Fehlerproben mit vorbestimmten Nadelstichporen-Außendurchmessern hatte, d. h. 0,9 mm, 0,6 mm und 0,3 mm.
Wenn die Distanz L größer gemacht wird, nimmt der Signalpegel eines gesamten detektierten Fehlersignals entsprechend ab. Der Rauschabstand des erhaltenen Detektiersignals nimmt jedoch zu. Wenn daher die Verstärkung durch Verwendung eines Verstärkers erhöht wird, kann selbst ein kleiner Fehler von z. B. 0,3 mm mit hoher Präzision detektiert werden.
Wie Fig. 2 zeigt, ist die Dicke der Hohlwalze 1a an zwei Enden davon, an denen die Wälzlager 3a und 3b angebracht sind, groß gemacht und an ihrem zentralen Bereich, der mit dem dünnen Stahlband 10 in Kontakt gelangt, klein gemacht. Wie oben beschrieben wird, ist die Dicke der Hohlwalze 1b bevorzugt klein. Wenn sie jedoch sehr klein ist, kann die mechanische Festigkeit der Hohlwalze 1a schlechter sein. Um die Verschlechterung der mechanischen Festigkeit auszugleichen, wird die Dicke t0 der Hohlwalze 1a an ihren beiden Enden, an denen die Wälzlager 3a und 3b angebracht sind, größer als die Dicke t1 an ihrem zentralen Bereich gemacht, der mit dem dünnen Stahlband 10 in Kontakt gelangt, wodurch die Verschlechterung der mechanischen Festigkeit ausgeglichen wird, die dadurch bedingt ist, daß die Gesamtdicke der Hohlwalze 1a mit einem bestimmten Maß vorgegeben ist.
Als Ergebnis kann die Anhebedistanz 1, die als die Distanz zwischen dem magnetischen Sensor 7 und dem dünnen Stahlband ausgedrückt wird, kurz gemacht werden, und somit kann die Detektierempfindlichkeit des magnetischen Sensors 7 erhöht werden.
Fig. 7 ist ein Schnitt, der schematisch die Anordnung einer anderen Ausführungsform der magnetischen Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung für ein dünnes Stahlband zeigt. Gleiche Teile wie bei den magnetischen Prüfvorrichtungen der Fig. 31 und 1 sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen; eine genaue Beschreibung der entsprechenden Teile entfällt daher.
Wie durch die vorliegende Erfindung definiert ist, ist die Position jedes magnetischen Sensors 11, der auf einer ortsfesten Achse 2 in einer Hohlwalze 1 in der Laufrichtung eines dünnen Stahlbands 10 angebracht ist, an einer Position vorgesehen, die von einer zentralen Position P der Magnetpole 4a und 4b um eine kleine Distanz ΔX0 in der Laufrichtung des dünnen Stahlbands 10 versetzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die kleine Distanz ΔX0 mit 1 mm einge stellt. Eine Distanz W von Pol zu Pol einer Magnetisierungseinrichtung 4 ist mit 56 mm eingestellt, und eine Anhebedistanz 1 zwischen jedem magnetischen Sensor 11 und dem dünnen Stahlband 10 ist mit 3 mm vorgegeben.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 12 der Grund erläutert, weshalb die magnetischen Sensoren 11 von der zentralen Position P der Magnetpole 4a und 4b zu der Laufrichtungsseite des dünnen Stahlbands 10 um die kleine Distanz ΔX0 wie oben beschrieben versetzt sind, und auch die Auswirkungen werden erläutert.
Fig. zeigt eine Kurve D der vertikalen Magnetfeldverteilungs-Charakteristik von wandernden Magnetflüssen, die erhalten wird, wenn ein vollkommen fehlerfreies dünnes Stahlband 10 in bezug auf die Magnetpole 4a und 4b ruhig gehalten wird. Wenn das dünne Stahlband 10 in einer Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit läuft, verbleiben Magnetflüsse entsprechend der Koerzitivkraft des dünnen Stahlbands 10 in diesem. Infolgedessen entspricht die Position, an der die Kurve D der vertikalen Magnetfeldverteilungs- Charakteristik durch den 0-Pegel geht, nicht notwendigerweise der zentralen Position der Distanz W von Pol zu Pol, sondern wird zu der Laufrichtungsseite verlagert.
Fig. 10 zeigt tatsächliche Meßwerte, die die Beziehung zwischen dem Erregerstrom und der Detektierspannung des magnetischen Sensors 7 wiedergeben, wenn das vollkommen fehlerfreie dünne Stahlband 10 veranlaßt wird, mit einer konstanten Geschwindigkeit durch eine Position zu laufen, die den Magnetpolen 4a und 4b gegenübersteht. Aus Fig. 10 ist verständlich, daß dann, wenn der Erregerstrom erhöht wird, die detektierten wandernden Magnetflüsse zunehmen.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht des Hauptteils von Fig. 7. Eine vorbestimmte Verlagerung erfolgt zwischen einer Kurve G der vertikalen Magnetfeldverteilungs-Charakteristik, die erhalten wird, wenn das vollständig fehlerfreie dünne Stahlband 10 so angeordnet ist, daß es den Magnetpolen 4a und 4b gegenübersteht, und einer Kurve E der vertikalen Magnetfeldverteilungs-Charakteristik, die erhalten wird, wenn dasselbe dünne Stahlband 10 veranlaßt wird, in Richtung eines Pfeils A zu laufen. Dieser Verlagerungswert wird im wesentlichen durch die Restmagnetisierungs-Charakteristiken des dünnen Stahlbands 10 bestimmt. Jeder magnetische Sensor 11 ist an einer solchen Position in der Laufrichtung angebracht, an der die Kurve E der vertikalen Magnetfeldverteilungs-Charakteristik den 0-Pegel annimmt. Anders ausgedrückt entspricht dieser Verlagerungswert der oben beschriebenen kleinen Distanz ΔX0. Somit wird an einer Position, an der ein magnetischer Sensor 11 angebracht ist, kein wandernder Magnetfluß erzeugt.
Wenn mit der Detektierspannung eines magnetischen Sensors 11 keine wandernde Magnetflußkomponente vermischt ist, wird der magnetische Sensor 11 selbst bei einer Erhöhung seiner Detektierempfindlichkeit nicht gesättigt. Somit kann eine Magnetflußstreuung, die durch einen Fehler, und zwar auch einen kleinen Fehler, verursacht wird, mit hoher Präzision detektiert werden.
Fig. 11 ist ein Diagramm von tatsächlichen Meßwerten, die die Beziehung zwischen einem an die Magnetisierungsspule 6 angelegten Magnetisierungsstrom und der Detektierspannung der magnetischen Sensoren 11 zeigen, wenn jeder magnetische Sensor 11 an einer Position angebracht ist, die von der zentralen Position P zu der Lauf- bzw. der Gegenrichtung eines vollständig fehlerlosen dünnen Stahlbands 10 auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform jeweils um 1 mm versetzt ist. Die als Vollinie gezeigte Charakteristik repräsentiert tatsächliche Meßwerte, die erhalten werden, wenn die magnetischen Sensoren 11 zu der Laufrichtung versetzt sind. Die als Strichlinie gezeigte Charakteristik repräsentiert tatsächliche Meßwerte, die erhalten werden, wenn die magnetischen Sensoren 11 zu der Gegenrichtung versetzt sind. Die Distanz W von Pol zu Pol ist 56 mm.
Wie aus diesem experimentellen Ergebnis zu sehen ist, ist das vertikale Magnetfeld, das von den wandernden Magnetflüssen erzeugt wird, die von den magnetischen Sensoren 11 detektiert werden, wenn die magnetischen Sensoren 11 in der Laufrichtung versetzt sind, erheblich kleiner als dasjenige, das erhalten wird, wenn die magnetischen Sensoren 11 in der Gegenrichtung versetzt sind. Außerdem ist dieses vertikale Magnetfeld viel kleiner als das vertikale Magnetfeld im Fall der Fig. 10, das detektiert wird, wenn die magnetischen Sensoren 7 in der zentralen Position P angeordnet sind.
Das heißt mit anderen Worten, wenn die magnetischen Sensoren 11 in der Laufrichtung des dünnen Stahlbands 10 versetzt sind, ist das von den magnetischen Sensoren 11 detektierte wandernde Magnetfeld stark verringert.
Fig. 12 zeigt das Ergebnis der Fehlerdetektierung eines dünnen Stahlbands 10, bei dem ein Fehler als durchgehendes Loch mit einem Durchmesser von 0,6 mm künstlich ausgebildet war. Dieses Experiment zeigt einen Fall, der durch eine Vollinienkurve angegeben ist, wobei die Positionen der magnetischen Sensoren 11 in der Laufrichtung versetzt wurden, und einen durch eine Strichlinienkurve angegebenen Fall, bei dem die Positionen der magnetischen Sensoren 11 in der Gegenrichtung versetzt wurden.
Wie Fig. 12 zeigt, wurde eine optimale Detektierempfind lichkeit erhalten, wenn die magnetischen Sensoren 11 in der Laufrichtung um eine vorbestimmte Distanz versetzt wurden.
Auch wenn die Anbringungsposition eines magnetischen Sensors 11 in der Laufrichtung (X-Richtung) des dünnen Stahlbands 10 ein wenig abweicht, ist die Schwankung der Detektierempfindlichkeit gegenüber einem künstlichen Fehler gering. Somit können die magnetischen Sensoren 11 einfach angebracht werden. Beispielsweise ist in der Vorrichtung dieser Ausführungsform ein zulässiger Bereich X einer Anbringposition X = 1 ±0,5 mm.
Die Fig. 13 und 14 sind Schnittansichten noch einer anderen Ausführungsform der magnetischen Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung für ein dünnes Stahlband. Gleiche Teile wie bei den magnetischen Prüfvorrichtungen der Fig. 31, 32 und 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß eine genaue Beschreibung von überlappenden Teilen entfällt.
Bei der magnetischen Prüfvorrichtung dieser Ausführungsform ist ein Paar von Hohlwalzen 1 und 1b vertikal so angeordnet, daß sie ein dünnes Stahlband 10 zwischen sich einschließen. Jede Hohlwalze 1 und 1b besteht aus einem nichtmagnetischen Werkstoff. Die Außendurchmesser der Hohlwalzen 1 und 1b sind gleich gemacht. Eine Dicke t3 der oberen Hohlwalze 1b ist jedoch kleiner als eine Dicke t1 der unteren Hohlwalze 1 eingestellt. Ein Ende einer hohlen ortsfesten Achse 2 verläuft entlang der Achse der Hohlwalze 1, und ein Ende einer hohlen ortsfesten Achse 2a verläuft entlang der Achse der Hohlwalze 1b. Das andere Ende der ortsfesten Achse 2 der unteren Hohlwalze 1 ist an dem Rahmen einer Basis (nicht gezeigt) festgelegt. Das andere Ende der ortsfesten Achse 2a der oberen Hohlwalze 1b ist von einer schwachen Feder (nicht gezeigt) in Richtung zu der ortsfesten Achse 2 der unteren Hohlwalze 1 vorgespannt Die ortsfesten Achsen 2 und 2a sind an den Innenumfangsflächen der beiden Enden der Hohlwalzen 1 bzw. 1b über ein Paar von Wälzlagern 3a und 3b abgestützt, so daß sie entlang den Achsen der jeweiligen Hohlwalzen 1 und 1b positioniert sind. Infolgedessen drehen die Hohlwalzen 1 und 1b jeweils ungehindert um die ortsfesten Achsen 2 und 2a als zentrale Drehachsen. Wenn das dünne Stahlband 10 in Richtung eines Pfeils A läuft, werden die Hohlwalzen 1 und 1b in Richtung der Pfeile B bzw. C gedreht.
In der oberen Hohlwalze 1b ist eine Vielzahl von magnetischen Sensoren 7b auf der ortsfesten Achse 2a über ein Stützelement so festgelegt, daß sie nach unten weisen. Das distale Ende jedes magnetischen Sensors 7b steht der Innenumfangsfläche der oberen Hohlwalze 1b mit einem kleinen Zwischenraum gegenüber. Ein Ausgangssignal von jedem magnetischen Sensor 7b wird über ein Signalkabel 9a, das durch das Innere der ortsfesten Achse 2a verläuft, nach außen geführt.
In der unteren Hhlwalze 1 ist eine Magnetisierungseinrichtung 4 an der ortsfesten Achse 2 so befestigt, daß Magnetpole 4a und 4b ihres Magnetisierungskerns 4c nach oben weisen. Der Erregerstrom zu einer Magnetisierungsspule 6 wird durch ein Versorgungskabel 8 zugeführt, das durch das Innere der ortsfesten Achse 2 verläuft.
Eine Distanz W von Pol zu Pol der Magnetisierungseinrichtung 4 in der Hohlwalze 1 und eine Distanz L zwischen der Magnetisierungseinrichtung und dem dünnen Stahlband 10 genügen einer vorbestimmten Beziehung (2L ≤ W ≤ 8L) auf die gleiche Weise wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen.
Da bei dieser Bauart der magnetischen Prüfvorrichtung das Gewicht oder die Zugkraft des dünnen Stahlbands 10 nicht unmittelbar auf die obere Hohlwalze 1b aufgebracht wird, kann die Dicke t3 der oberen Hohlwalze 1b kleiner als die Dicke t1 der unteren Hohlwalze 1 gemacht werden. Somit kann die Detektierempfindlichkeit der magnetischen Sensoren 7b noch weiter durch die Einstellung der Anhebedistanz 1 zwischen den magnetischen Sensoren 7b und dem dünnen Stahlband 10 verbessert werden.
Da das dünne Stahlband 10 zwischen der oberen und der unteren Hohlwalze 1b und 1 eingeschlossen ist, werden mit dem Bandlauf zusammenhängende Schwingungen unterdrückt. Infolgedessen wird eine Schwankung der Anhebedistanz 1 verringert, was zu einer erhöhten Fehlerdetektierpräzision führt.
Die Fig. 15 und 16 sind Schnittansichten, die schematisch die Anordnung noch einer anderen Ausführungsform der magnetischen Prüfvorrichtung gemäß der Erfindung für ein dünnes Stahlband zeigen. Gleiche Teile wie bei der magnetischen Prüfvorrichtung der Fig. 13 und 14 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Daher entfällt eine genaue Beschreibung von übereinstimmenden Teilen.
Bei dieser Ausführungsform sind magnetische Sensoren 7, die die gleiche Anordnung wie die magnetischen Sensoren 7b in einer oberen Hohlwalze 1b haben, in einer unteren Hohlwalze 1 angeordnet.
Fig. 17 zeigt das gesamte System dieser magnetischen Prüfvorrichtung. Das von einer Abwickeltrommel 12 zugeführte dünne Stahlband 10 wird zu dem Paar von Hohlwalzen 1 und 1b durch vordere Andruckwalzen 13a und 13b geführt und mit konstanter Geschwindigkeit durch hintere Andruckwalzen 14a und 14b auf einer Aufwickeltrommel 15 aufgenommen. Die untere Hohlwalze 1 ist durch das.Energiekabel 8 mit einer Magnetisierungsenergieeinheit 16 verbunden. Die Hohlwalzen 1 und 1b sind mit Signalverarbeitungsschaltungen 17a und 17 durch die Signalkabel 9 bzw. 9a verbunden. Fehlersignale Y1 und Y2, die von den Signalverarbeitungsschaltungen 17 und 17a abgegeben werden, werden in eine Datenverarbeitungseinheit eingeführt. Die Datenverarbeitungseinheit 18 errechnet eine Fehlergröße und eine Fehlerposition X1 unter Nutzung der eingegebenen Fehlersignale Y1 und Y2. Die errechnete Fehlergröße und die Fehlerposition X1 werden auf einer Displayeinheit 19 angezeigt, die z. B. ein Kathodenstrahlröhren-Display verwendet.
Die Schritte des Errechnens der Fehlerposition X1 in der Dickenrichtung des dünnen Stahlbands 10 und der Fehlergröße unter Anwendung dieser magnetischen Prüfvorrichtung werden nachstehend beschrieben.
Das Paar von Hohlwalzen 1b und 1 ist in Kontakt mit der oberen bzw. der unteren Oberfläche des dünnen Stahlbands 10. Daher werden die Distanz zwischen den magnetischen Sensoren 7b und der oberen Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 und die Distanz zwischen den magnetischen Sensoren 7 und der unteren Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 konstantgehalten. Somit kann ein Magnetflußstreuwert Y1, der von den magnetischen Sensoren 7b im Fall der Anwesenheit eines Fehlers detektiert wird, als eine Funktion der Fehlergröße und einer Distanz zu dem Fehler, d. h. einer Tiefe X1 von einer Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 auf der Seite der magnetischen Sensoren 7b, ausgedrückt werden, und ein Magnetflußstreuwert Y2, der von den magnetischen Sensoren 7 detektiert wird, kann als eine Funktion der Fehlergröße a und einer Distanz zu dem Fehler, d. h. einer Tiefe X2 von der anderen Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 auf der Seite der magnetischen Sensoren 7, ausgedrückt werden:
Y1 = F1(X1, a) (1)
Y2 = F2(X2, a) (2).
Diese Funktionen F1 und F2 können beispielsweise durch Exponenten-Schwächungskurven gemäß Fig. 18 angenähert werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Gleichungen (1) und (2) als Exponentialfunktionen approximiert, wie es in den nachstehenden Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt wird:
Y1 = C11 exp[C12X1 + a] (3)
Y2 = C21 exp[C22X2 + a] (4)
mit C11, C12, C21 und C22 = Konstanten, die vorher experimentell erhalten werden.
Da eine Dicke T des Stahlbands vorgegeben ist:
T = X1 + X2 (5)
können die Fehlergröße a und die Fehlerposition X1 durch Auflösen der simultanen Gleichungen (3), (4) und (5) erhalten werden.
Fig. 19 zeigt schematisch die Schritte der Berechnung der Fehlerposition X1 und der Fehlergröße . Wenn die Fehlergröße als a=a3, a=a2 und a=a1 geändert wird, wird die charakteristische Kurve eines Fehlersignals Y1 nach rechts verlagert. Wenn die Fehlergröße A als a=a3, a=a2 und a=a1 geändert wird, wird die charakteristische Kurve eines Fehlersignals Y2 nach links verlagert.
Somit sind Punkte auf den charakteristischen Kurven, die dem Meßsignalwert Y1 entsprechen, b1, b2 und b3. Ebenso sind Punkte auf den charakteristischen Kurven, die dem Meßsignalwert Y2 entsprechen, c1, c2 und c3. Daher sind Punkte, an denen die Fehlergrößen gleich sind und die gleichzeitig den Signalwerten Y1 und Y2 genügen, die Punkte b2 und c2. Infolgedessen ist die Position X1, die diesen Punkten b2 und c2 entspricht, die Fehlerposition, und die gegebene Fehlergröße a ist die Fehlergröße des entsprechenden Fehlers.
Bei der so ausgelegten magnetischen Prüfvorrichtung für das dünne Stahlband können die Position X1 und die Größe eines Fehlers, der im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 vorhanden ist, durch einfache Rechengleichungen aus den Fehlersignalen Y1 und Y2 des dünnen Stahlbands 10 exakt erhalten werden, die jeweils von den magnetischen Sensoren 7b und 7 detektiert werden, die in dem Paar von Hohlwalzen 1b und 1 angeordnet sind, die einander gegenüberstehen und das dünne Stahlband 10als Prüfobjekt zwischen sich einschließen.
Da die Fehlerposition X1 und die Fehlergröße A exakt erhalten werden können, kann auch der Fehlertyp im wesentlichen präzise erhalten werden. Die Fehlertypen, die mit dieser magnetischen Prüfvorrichtung erhalten werden können, umfassen eine sichtbare Dicke, eine unsichtbare Dicke, eine Schweißstelle, einen Gaseinschluß, ein Loch, einen Kantenstauchfehler, einen Zipfelriß, einen Besäumfehler und dergleichen.
Da auf diese Weise die Fehlerposition, die Fehlergröße, der Fehlertyp usw. exakt erhalten werden können, wenn diese magnetische Prüfvorrichtung in die Prüfstraße in einer Fabrik integriert ist, können die dadurch erhaltenen Prüfdaten als wichtige Information zur Verbesserung der Produktgüte genutzt werden.
Die magnetischen Sensoren 7b und 7 sind in den Hohlwalzen 1b bzw. 1 untergebracht. Die Hohlwalzen 1b und 1 werden ständig gegen die obere bzw. die untere Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 mit einer vorbestimmten Vorspannkraft gedrängt. Daher können die Distanz zwischen den magnetischen Sensoren 7b und der oberen Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 und die Distanz zwischen den magnetischen Sensoren 7 und der unteren Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 ständig auf Konstantwerten gehalten werden. Auch wenn also das dünne Stahlband 10 während der Laufbewegung in Vertikalrichtung schwingt, werden die Distanzen zu dem Stahlband auf den Konstantwerten gehalten, und dadurch wird die Präzision der Fehlermessung weiter verbessert.
Fig. 20 zeigt eine Übereinstimmung zwischen Fehlergrößen von tatsächlich gemessenen Fehlern und ihren Bewertungsergebnissen, die durch tatsächliches Aufzeigen der gemessenen Fehler durch Aufschneiden oder dergleichen und Sichtbewerten der Fehlergrößen in fünf Stufen A bis E durch einen Betrachter erhalten wurden. Es versteht sich, daß die gemessenen Fehlergrößen ihren Sichtbewertungen sehr weitgehend entsprechen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. In der Datenverarbeitungseinheit 18 der Ausführungsform werden zum Errechnen der Fehlerposition X1 und der Fehlergröße aus den Signalwerten Y1 und Y2 die Fehlersignale Y1 und Y2 durch Exponentialfunktionen angenähert, die in den Gleichungen (3) und (4) angegeben sind. Wenn jedoch eine Näherung an eine einfache Funktion unmöglich ist, wird für die Messung eine große Anzahl von Kalibrierfehlerproben mit bekannten Fehlerpositionen und Fehlergrößen angewandt. Die Beziehung zwischen den Signalwerten Y1 und Y2 der magnetischen Sensoren 7b bzw. 7, der Fehlerposition X1 und der Fehlergröße kann in Form einer Tabelle gespeichert werden, wie Fig. 21 zeigt. Die Tabelle von Fig. 21 kann durch Nutzung der Meßwerte Y1 und Y2, die durch tatsächliches Messen des dünnen Stahlbands 10 erhalten sind, abgerufen werden, und es kann ein Paar von Werten Y1 und Y2 gefunden werden, die den tatsächlichen Meßwerten Y1 und Y2 am nächsten kommen. Dann können eine Fehlerposition und eine Fehlergröße entsprechend dem Paar von Probenwerten Y1 und Y2 ausgelesen und als das Meßergebnis festgestellt werden.
Nachstehend wird eine magnetische Detektierschaltung beschrieben, die unter Anwendung eines magnetischen Sensors vom Übersättigungstyp zum Detektieren von Magnetflußstreuungen verwendet wird, die im Inneren oder an der Oberfläche des dünnen Stahlbands 10 verursacht sind, das durch die in der Hohlwalze befindliche Magnetisierungseinrichtung 4 magnetisiert ist.
Fig. 22 ist ein Blockbild, das die schematische Anordnung der magnetischen Detektierschaltung zeigt.
Ein magnetischer Sensor 7 vom Übersättigungstyp umfaßt einen stabartigen ferromagnetischen Kern 21 und eine um den ferromagnetischen Kern 21 angebrachte Detektierspule 22. Ein Impulsspannungsgenerator 23 gibt positive und negative Impulsspannungen in gleichen Intervallen ab, wie Fig. 23 zeigt. Der Ausgang des Impulsspannungsgenerators 23 ist mit einem Anschluß der Detektierspule 22 des magnetischen Sensors 7 vom Übersättigungstyp durch einen Widerstand 24 als ortsfester Impedanz verbunden. Der andere Anschluß der Detektierspule 22 ist geerdet. Eine von dem Impulsspannungsgenerator 23 abgegebene Impulsspannung wird der Detektierspule 22 zugeführt. Infolgedessen wird der ferromagnetische Kern 21 in einen Übersättigungsbereich magnetisiert.
Das eine Ende der Detektierspule 22 ist mit den Eingängen eines Detektors 25 für eine positive Spannungsspitze und eines Detektors 26 für eine negative Spannungsspitze verbunden. Die Spitzendetektoren 25 und 26 detektieren positive bzw. negative Spitzenwerte V1 bzw. -V2 eines Eingangssignals, die von den Spitzendetektoren 25 und 26 erhaltenen Spitzenwerte V1 und -V2 werden einem Addierer 27 zugefürt.
Der Addierer 27 addiert den Spitzenwert V1 zu dem Spitzenwert -V2 und gibt eine Ausgangsspannung V0 ab.
Das Funktionsprinzip wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 24 bis 28 beschrieben.
Wechselstromenergie mit einer Wechselspannungs-Wellenform entsprechend Fig. 24 wird der Detektierspule 22 des magnetischen Sensors 7 durch den Widerstand 24 zugeführt. Dann wird eine über den beiden Anschlüssen der Detektierspule 22 erzeugte Spannung e0 in Abhängigkeit von einem Widerstandswert R des Widerstands 24 und einer Impedanz Zs der Detektierspule 22 bestimmt. Diese wird wie folgt geschrieben:
e0 = e Zs/(R + Zs) (6)
mit = eine anzulegende Spannung.
Da die Detektierspule 22 um den ferromagnetischen Kern 21 herum angeordnet ist, ändert sich die Impedanz Zs proportional zu der magnetischen Permeabilität des ferromagnetischen Kerns 21.
Es sei angenommen, daß der Detektierspule 22 ein Wechselstrom zugeführt wird, ohne daß an den magnetischen Sensor 7 ein äußeres Magnetfeld angelegt ist. Wie Fig. 27 zeigt, ändert sich die magnetische Permeabilität des ferromagnetischen Kerns 21 in Abhängigkeit von dem Hystereseverlauf des Kerns 21. Es ist zu beachten, daß die Windungszahl der Spule bezeichnet und ein Spulenstrom ist.
Infolgedessen hat eine über den beiden Anschlüssen der Detektierspule 22 erzeugte Ausgangsspannung eine Wellenform, wie sie in Fig. 25 gezeigt ist. Wenn das äußere Magnetfeld nicht angelegt ist, sind die positive und die negative Wellenform zueinander symmetrisch, und die positive Spannung V1 ist gleich der negativen Spannung V2.
Wenn in diesem Zustand ein äußeres Magnetfeld angelegt wird, wird der den ferromagnetischen Kern 21 kreuzende Magnetfluß zu dem zusammengesetzten Magnetfluß des Magnetfelds, der durch die Detektierspule 22 und das äußere Magnetfeld erzeugt wird. Somit ist die über den beiden Anschlüssen der Detektierspule 22 erzeugte Wellenform V1 > V2, wie in Fig. 26 gezeigt ist.
Daher kann das äußere Magnetfeld durch Vergleichen der positiven und der negativen Spannungen V1 und V2 der Ausgangsspannung, die über den zwei Anschlüssen der Detektierspule 22 erzeugt werden, und durch Bilden ihrer Differenz indirekt gemessen werden. In der magnetischen Prüfvorrichtung entspricht ein äußeres Magnetfeld der Stärke der Magnetflußstreuung, die durch einen Fehler verursacht wird.
Wenn der so angeordnete magnetische Sensor 7 vom Übersättigungstyp verwendet wird, kann für eine schwache Magnetflußdichte von 0 bis 10 Gauss eine Ausgangsspannung V0 von 0 bis 500 mV erhalten werden, wie Fig. 28 zeigt.
In der magnetischen Detektierschaltung gemäß der in Fig. 22 gezeigten Anordnung hat die Wechselstromenergie, die an den magnetischen Sensor 7 angelegt wird, eine positive und eine negative Impulsspannungswellenform, wie Fig. 23 zeigt.
Da die Impulsspannung der Detektierspule 22 des magnetischen Sensors 7 auf diese Weise zugeführt wird, wird der Energieverbrauch im Vergleich mit einem Fall verringert, in dem gewöhnliche Wechselstromenergie gemäß Fig. 24 zugeführt wird, was zu einer Energieeinsparung führt. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Impulsdauer zu der Impulsperiode der Impulsspannung mit 10 bis 100 vorgegeben ist, kann die mittlere dem magnetischen Sensor 7 zugeführte Energie auf ca. 1/10 bis 1/100 gedrückt werden. Infolgedessen kann als die Energiequelle für die magnetische Prüfvorrichtung durchaus eine Batterie verwendet werden.
Wenn die Spitzenwerte der über den beiden Anschlüssen der Detektierspule 22 erzeugten Spannung detektiert werden, wird die relative Detektierempfindlichkeit des schwachen Magnetflusses auch dann nicht wesentlich geändert, wenn das oben beschriebene Verhältnis der Impulsdauer zu der Impulsperiode innerhalb eines weiten Bereichs von 2 bis 100 geändert wird.
Da der Energieverbrauch gering ist, wird auch dann, wenn eine große Anzahl von magnetischen Sensoren 7 in der magnetischen Prüfvorrichtung in Breitenrichtung des dünnen Stahlbands 10 angeordnet ist, der Energieverbrauch nicht wesentlich erhöht.
Fig. 29 ist ein Blockbild, das schematisch eine andere Anordnung einer magnetischen Detektierschaltung zeigt.
Bei der so angeordneten magnetischen Detektierschaltung ist zu der Schaltung von Fig. 22 ein Vormagnetisierungskreis hinzugefügt, um eine Vormagnetisierungs-Gleichspannung zu der Impulsspannung zu addieren, die an den magnetischen Sensor 7 anzulegen ist.
Eine Ausgangsspannung V0 von einem Addierer 27 wird in einem Tiefpaßfilter 41 in eine Gleichspannung umgewandelt und in einen Differenzverstärker 42 eingegeben. Der Differenzverstärker 42 gibt eine Differenzspannung ΔV zwischen der Eingangsspannung V0 und einer von einem Referenzspannungsgenerator 43 abgegebenen Referenzspannung Vs ab. Die von dem Differenzverstärker 42 abgegebene Differenzspannung ΔV wird in eine Gleichstromenergiequelle 44 eingeführt. Die Gleichstromenergiequelle 44 führt durch einen Addierer 45 eine Vormagnetisierungs-Gleichspannung VB, die zu der Differenzspannung ΔV proportional ist, zu der Impulsspannung, die an den magnetischen Sensor 7 anzulegen ist.
Die Auswirkung, die durch Aufbringen der Vormagnetisierungs- Gleichspannung VB auf die Impulsspannung erhalten wird, wird nachstehend beschrieben.
Fig. 30 ist ein Diagramm, das das Resultat zeigt, das durch Messen der Beziehung zwischen dem Magnetisierungsstrom und der Ausgangsspannung der Detektierspule 22 erhalten wird, während gleichzeitig der Vormagnetisierungs-Gleichstrom von der Gleichstromenergiequelle 44 auf 0 mA, 50 mA, 100 mA, 160 mA und 200 mA geändert wird.
Wenn beispielsweise ein Vormagnetisierungs-Gleichstrom von 0 mA zugeführt wird, ist der Bereich der linearen Charakteristik der Ausgangsspannung in bezug auf den Magnetisie rungsstrom 0 bis 2,5 A. Wenn ein Vormagnetisierungs-Gleichstrom von 100 mA der Detektierspule 22 zugeführt wird, wird der Bereich der linearen Charakteristik auf 0 bis 4,5 A vergrößert. Auf diese Weise kann der Meßbereich vergrößert werden, indem der Vormagnetisierungs-Gleichstrom geändert wird, wodurch die Präzision der Fehlerdetektierung verbessert wird.
Wenn der Vormagnetisierungs-Gleichstrom weiter über 100 mA erhöht wird, wird zwar der Meßbereich nicht geändert, aber der Meßbereich einer Magnetflußstreuung verlagert sich. Umgekehrt kann der Vormagnetisierungs-Gleichstrom so geregelt werden, daß dann, wenn ein dünnes Stahlband 10, das vollständig fehlerlos ist, magnetisch untersucht wird, die Ausgangsspannung V0 konstant 0 V ist.
Bei der in Fig. 29 gezeigten magnetischen Detektierschaltung wird auf die Impulsspannung die Vormagnetisierungsspannung VB aufgebracht, die zu der Differenzspannung ΔV zwischen der Ausgangsspannung V0 und der Referenzspannung VS proportional ist. Wenn daher kein Fehler vorliegt, wird die Ausgangsspannung V0 automatisch auf 0 V geregelt. Der Frequenzgang der Regelschleife ist klein, wohingegen ein Fehler eines laufenden dünnen Stahlbands 10 sich als eine Hochfrequenz- Komponente ausdrückt. Daher wird der Fehler zuverlässig detektiert.
Auf diese Weise wird der Betriebspunkt automatisch zu dem zentralen Teil des Meßbereichs der magnetischen Detektierschaltung korrigiert. Auch wenn sich die Meßbedingungen ändern, kann ein guter Meßbereich konstant erhalten werden, und die Fehlerdetektierleistung kann weiter verbessert werden.

Claims

1. Magnetische Prüfvorrichtung zum Prüfen eines dünnen Stahlbands, die folgendes aufweist: eine erste Hohlwalze (1a), die auf einer ortsfesten Achse (2), die senkrecht zu einer Laufbahn des dünnen Stahlbands (10) angeordnet ist, drehbar gelagert ist und dadurch gedreht wird, daß sie von einer Oberfläche des entlang der Laufbahn laufenden dünnen Stahlbands berührt wird, eine Magnetisierungseinrichtung (4), die in der ersten Hohlwalze (1a) angeordnet ist und in der Laufrichtung (A) voneinander getrennte Magnetpole (4a, 4b) zum Erzeugen eines Magnetfelds in dem dünnen Stahlband (10) und einen magnetischen Sensor (7) zum Detektieren von Magnetflußstreuung hat, die durch einen Fehler im Inneren oder an einer Oberfläche des dünnen Stahlbands verursacht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Position des magnetischen Sensors (7) in der Laufrichtung (A) von einer zentralen Position der Magnetpole (4a, 4b) zu einer Laufrichtungsseite um eine geringen Distanz (Δ X&sub0;) verlagert wird, die durch eine Restmagnetisierungscharakteristik des dünnen Stahlbands bestimmt ist.

2. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Distanz (W) zwischen den getrennten Polen (4a, 4b) im Bereich von nicht weniger als dem Zweifachen und nicht mehr als dem Achtfachen der Distanz (L) von den Magnetpolen (4a, 4b) zu dem dünnen Stahlband (10) ist.

3. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der magnetische Sensor (7) in der ersten Hohlwalze (1a) untergebracht ist.

4. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Dicke (t&sub1;) eines Bereichs der ersten Hohlwalze (1a), der das dünne Stahlband berührt, geringer als die eines nicht berührenden Bereichs davon ist.

5. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner folgendes aufweist:

eine zweite Hohlwalze (1b), die von einer zweiten ortsfesten Achse (2a), die zu der Laufbahn (A) senkrecht ist, drehbar gelagert ist, wobei die erste und die zweite Hohlwalze (1a, 1b) durch Berührung mit der oberen und der unteren Oberfläche des dünnen Stahlbands gedreht werden, das zwischen ihnen eingeschlossen ist, während es entlang der Laufbahn läuft,

wobei der magnetische Sensor (7) in der zweiten Hohlwalze (1b) angeordnet ist.

6. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Hohlwalze (1b), in der der magnetische Sensor (7) untergebracht ist, über der ersten Hohlwalze (1a) positioniert ist, in der die Magnetisierungseinrichtung (4) untergebracht ist.

7. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zweite Hohlwalze (1b), in der der magnetische Sensor (7) untergebracht ist, eine Dicke (t&sub3;) hat, die größer als die Dicke (t&sub1;) der ersten Hohlwalze (1a) ist, in der die Magnetisierungseinrichtung (4) untergebracht ist.

8. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner folgendes aufweist:

eine zweite Hohlwalze (1b), die von einer zweiten ortsfesten Achse (2a), die senkrecht zu der Laufbahn (A) ist, drehbar gelagert ist, wobei die erste und die zweite Hohlwalze (1a, 1b) durch Berührung mit der oberen und der unteren Oberfläche des dünnen Stahlbands gedreht werden, das zwischen ihnen eingeschlossen ist, während es entlang der Laufbahn läuft,

ein Paar von magnetischen Sensoren (7, 7b), die jeweils in der ersten und der zweiten Hohlwalze (1a, 1b) angeordnet sind, um eine Magnetflußstreuung, die durch einen Fehler in einem Inneren oder an einer Oberfläche des dünnen Stahlbands verursacht wird, zu detektieren, und

eine Datenverarbeitungseinheit (18) zum Berechnen der Fehlerposition in der Dickenrichtung des dünnen Stahlbands und der Fehlergröße aus der Magnetflußstreuung, die von jedem des Paars von magnetischen Sensoren (7, 7b) detektiert wird.

9. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Hohlwalze (1a) die untere Oberfläche des dünnen Stahlbands (10) berührt.

10. Magnetische Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner folgendes umfaßt: eine magnetische Detektierschaltung zum Detektieren von Magnetfluß streuung, die einen magnetischen Sensor (7) vom Übersättigungstyp aufweist, der von einer um einen ferromagnetischen Kern (21) herum vorgesehenen Detektierspule (22) gebildet ist, eine Erregerstromzuführeinrichtung (23), um den magnetischen Sensor (7) in einen Übersättigungsbereich zu erregen, indem der Detektierspule (22) durch eine ortsfeste Impedanz ein Wechselstrom zugeführt wird, eine Spannungsdetektiereinrichtung (25, 26) zum Detektieren eines positiven und eines negativen Werts einer Spannung, die über zwei Anschlüssen der Detektierspule (22) erzeugt wird, und eine Recheneinrichtung (27) zum Addieren des von der Spannungsdetektiereinrichtung (25, 26) detektierten positiven und negativen Werts und zum Bestimmen der Summe als einem Meßwert, der der Magnetfluß streuung entspricht.

11. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Erregerstromzuführeinrichtung einen Impulsspannungsgenerator (23) aufweist, um der Detektierspule (22) eine positive und eine negative Impulsspannung zuzuführen, und die Spannungsdetektiereinrichtung ein Paar von Spitzenwertdetektierschaltungen (25, 26) aufweist, um positive und negative Spitzenwerte der über den beiden Anschlüssen der Detektierspule (22) erzeugten Spannung zu detektieren.

12. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 11, die ferner eine Vormagnetisierungs-Gleichstrom-Addiereinrichtung (44) aufweist, um zu der von dem Impulsspannungsgenerator (23) erzeugten Impulsspannung eine Vormagnetisierungs-Gleichspannung zu addieren.

13. Magnetische Prüfvorrichtung nach Anspruch 12, die ferner Vormagnetisierungs-Steuereinrichtungen (41, 42, 43) aufweist, um die Vormagnetisierungs-Gleichspannung in Abhängigkeit von dem durch die Recheneinrichtung (27) erhaltenen Meßwert veränderlich zu steuern.