BESCHREIBUNG
Werden Walzwerke in 2-, 4- oder Mehrwalzenbauweise mit einer an den Arbeitswalzenzapfen angebrachten, den Walzenachsabstand direkt messenden Einrichtung ausgestattet, so ist deren absolute Eichung von zumeist grosser Bedeutung.
Während es indes verhältnismässig einfach ist, die der Walzenöffnung proportionale relative Banddickenschwankung - die Walzendurchbiegung und -abplattung einmal vernachlässigt - auf etwa + 1 bis + 3 llm zu begrenzen, bedarf es weit grösserer Mühe, eine äquivalente Toleranz für die absolute Genauigkeit der Nennbanddicke einzuhalten.
Das wird verständlich, wenn man bedenkt, dass die an den Walzenzapfen geführten, insgesamt vier Messeinrichtungen durch die Gerüstbauweise und durch konstruktiv bedingte Lagefehler u. dgl. beeinflusst werden. Um jenen zumeist komplexen Störeinflüssen zu begegnen, wird deshalb vielfach ein am Bandauslauf angebrachter, als Kalibrator benutzter Banddickenmesser verwendet.
Mit Hilfe eines solchen Gerätes lässt sich die Längsgenauigkeit des Bandes bequem kontrollieren und ggf. auf den gewünschten, mittleren Absolutwert durch eine Sollwertkorrektur leicht nachführen. Andererseits leuchtet ein, dass wollte man das Band auch quer zur Laufrichtung in gleicher Weise kalibrieren - zwei solcher Messgeräte je Auslaufseite zu installieren wären. Abgesehen von Einbauproblemen und Kosten, ist ein solcher Aufwand jedoch dann zumeist nicht erforderlich, wenn im Kaltwalzbetrieb oder bei geringer Bandgeschwindigkeit gewalzt wird. In jenen Fällen steht nämlich der Bedienungsmannschaft meistens genügend Zeit zur Verfügung, um das Band - durch die Beobachtung von Bandlauf bzw.
Randwelligkeit - mit Hilfe einer Walzenschräglagen-Sollwertverstellung geradlinig aus dem Walzspalt herauszuführen; wobei freilich der fehlerhafte Bandanfang in Kauf zu nehmen ist.
Das Problem einer genauen absoluten Walzspaltmessung auf beiden Gerüstseiten bzw. jenes einer exakten Eichung der beidseitig paarweise angeordneten, präzis auf die Walzenachse bezogenen, mittelwertbildenden Walzspalt-Messein nchtungen stellt sich allerdings dann, wenn für eine Korrektur der Walzenschräglage keine Zeit bzw. Bandlänge zur Verfügung steht. Als Beispiel einer solchen Walzanlage sei eine mehrgerüstige Warmbreitbandstrasse mit Bandgeschwindigkeiten bis 20 m/s angeführt; die im übrigen lediglich hinter dem letzten Gerüst die mittige Längsgenauigkeit der Banddicke mit Hilfe eines Messgerätes zu erfassen erlaubt.
Um sog. Hochgeher des Bandes beim Einfädeln in den Walzspalt infolge Anstossens an eine Seitenführung des Gerüstes zu verhindern, ist es bei solchen Anlagen erwünscht, die Walzspalte bzw. Walzenachsabstände auf beiden Seiten des Gerüstes mit einer absoluten Genauigkeit im Bereich bis 10 llm zu messen und vor-einzustellen.
Für solche wie für ähnliche Walzanlagen stellt sich mithin die Aufgabe einer sehr präzisen, absoluten Eichung der Walzspaltaufnehmer, die zudem der grösstenteils unzugänglichen Bauart und rauhen Betriebsweise jener Schwermaschinen Rechnung zu tragen hat.
Eine für die selbsttätige Nullung eines berührungslosen Walzspaltaufnehmers bekannte Lösung (CH-PS 532 773) bedient sich z. B. einer besonderen, im Reibschluss verschiebbaren Aufnehmerhälfte, die sich im Kaltwalzbetrieb gut bewährt hat. Dem jeweiligen Walzenabschliff Rechnung tragend, also dem effektiven Walzendurchmesser angepasst, stellen sich bei jener Einrichtung die Luftspalte der zweiteiligen Aufnehmer bei Walzenschluss ebenfalls auf Null ein, nachdem sich die bewegliche, zunächst vorgestellte Aufnehmerhälfte (Sonde) zurückgeschoben hat.
Wie die Erfahrung mit solchen bekannten Mess- und Eichanordnungen indes gezeigt hat, ist es infolge gerüstseitiger Mängel im allgemeinen freilich nicht möglich, den bei Walzenschluss fixierten Null-Referenzwert des Walzspaltaufnehmers nach Beendigung der Eichroutine, beim Offnen des Walzspaltes, exakt beizubehalten. Aufgrund ungleicher Walzeneinbaugewichte auf Antriebs- und Einbauseite des Gerüstes einerseits sowie ungenauer oder gar ungleicher Walzenbalancierkräfte andererseits, tritt nämlich beim Auffahren der Oberwalze aus der Walzenschluss-Stellung zumeist ein undefiniertes keilförmiges Öffnen des Walzspaltes auf, so dass der zum anderen nacheilende (durch Reibschluss fixierte) Aufnehmer überdrückt und demzufolge aus der zuvor eingenommenen Null-Referenzlage wieder verschoben wird.
Die vorliegende Erfindung verfolgt deshalb den Zweck, an einer Walzspalt-Messeinrichtung einen der Eichgenauigkeit abträglichen Einfluss von Mensch und Maschine auf den Aufnehmer, z. B. ein ungenaues Ausbalancieren und Öffnen der Walzen nach der Nulleichung, unwirksam zu machen.
Eine solche erfindungsgemässe Messeinrichtung mit Eichvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der eine Messgeräteteil eine mit dem Messtaster eines im anderen Messgeräteteil eingebauten Wegaufnehmers im Formschluss stehende, elektromotorisch verstellbare Eichspindel enthält, deren Stellmotor am Ausgang eines Reglers angeschlossen ist, welchem als Istwert eine der Messtaster-Stellung entsprechende Ausgangsspannung des Wegaufnehmers und als Sollwert eine dem Istwert am oberen Messbereichsende kongruente, nullpositionsbezogene Spannung eines Sollwertgebers zugeführt sind, wobei die Nullposition der Eichspindel durch ausbleibenden Stellwert am Reglerausgang bei verschwindender Regelabweichung gegeben ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Prinzip einer Walzenachsabstandsmessung (einer sogenannten Walzspaltmessung ) und
Fig. 2 ein einzelnes, zweiteiliges Wegmessgerät, bestehend aus Eich- und Messkartusche.
Wie aus der Darstellung Fig. 1 ersichtlich ist, dienen zwei an den Ballenenden eines schematisch angedeuteten Walzenpaares 5, 5' gelagerte Messringpaare 1, 2 auf der Antriebsseite und 3, 4 auf der Bedienungsseite des Gerüstes als Träger von je zwei zweiteiligen Wegmessgeräten, davon eines als Messkartusche 6 und Eichkartusche 7 gekennzeichnet. Dank einer spielfreien Lagerung der Messringe an den Walzenzapfen ist der Abstand der beiden Kartuschen 6 und 7 voneinander dem Walzspalt an den beiden Ballenenden exakt proportional und, bei Vernachlässigung der lastabhängigen Walzendurchbiegung und -abplattung, proportioqal der Dicke des gewalzten Bandes.
In Fig. 2 ist eines der vier Messgeräte, die Messkartusche 6 und die mit ihr korrespondierende Eichkartusche 7, schematisch im Schnitt dargestellt, und zwar mit einer Eichspindelposition, wie sie im Augenblick der Nullung des Messgerätes bei Walzenschluss eingenommen wird. Wie erkennbar ist, enthält die Messkartusche den für die Walzspaltmessung benötigten Wegaufnehmer 8, 9; beispielsweise ein Differentialtransformator. Es ist klar, dass der Wegaufnehmer selbst auf den Eichvorgang keinen Einfluss ausübt und dass, anstatt eines induktiven Differential-Transformators, in ähnlicher Anordnung auch ein berührungslos wirkendes Gerät verwendet werden kann.
Wie Fig. 2 ferner erkennen lässt, ist die mit der Messkartusche 6 korrespondierende Eichkartusche 7 mit einem Stelltrieb, z. B. u. a. mit einem Elektromotor 19 ausgestattet, dessen Gewindespindel 18 eine Eichspindel 15 mit Kopfplatte 14 mittels deren Mutter 17 in einer Gleitbüchse 16 (sowie mit Hilfe einer nicht dargestellten Drehsicherung) axial führt. Es ist leicht einzusehen, dass die Eichspindel 15 auch mittels eines anderen Linearantriebes verstellt werden könnte, beispielsweise mit einem pneumatischen oder hydraulischen Stellzylinder oder auch mit einem Elektromagneten. Ferner könnte, bei geeignetem Walzgerüst, eine manuell betätigte Eichspindel eine kostengünstige Eichung der Messgeräte ermöglichen.
Die Eichung des Walzspaltmessgerätes 6, 7 sei anhand von Fig. 2 erklärt. Nachdem, vor dem Aufsetzen der Messringe auf die Walzen, die Eichspindel 15 nebst Anschlagplatte 14 vollständig mittels Stelltrieb 19 in den Kartuschenkörper 7 zurückgefahren worden war, wird das Walzwerk in Betrieb genommen und die Walzenanstellung in solcher Weise betätigt, dass der Walzspalt zu Null wird (Walzenschluss).
Die Kalibrierung bzw. die Nullung des Walzspalt-Wegaufnehmers beim Walzenschluss wird daraufhin in der Weise vorgenommen, dass die Eichspindel 14, 15 motorisch aus der Kartusche 7 gegen den Messtaster 9 gerichtet, mit Hilfe eines Motorstromreglers 21 für den Stellmotor 19 solange gestellt wird, bis die als Messwert dienende, vom Demodulator 20 des Wegaufnehmers 8 gelieferte, vom Walzspalt Sx abhängige, Istwertspannung Ux am Regler 21 mit einer fest eingestellten und verglichenen nullpositionsbezogenen Sollwertspannung Uw genau übereinstimmt.
Wird dabei der Sollspannungswert Uw nach Vorzeichen und Amplitude z.B. so gewählt und dem Regler 21 eingeprägt, dass er dem Spannungswert des verwendeten Wegaufnehmers bzw. seines Demodulators 20 in der oberen Bereichsendstellung (obere Genauigkeitsgrenze für den Nennbereich FS = Full Scale) entspricht und dem in dieser Messtasterposition generierten Wert der Istspannung Ux gleich ist, so wird die Eichspindel 14, 15 mittels Gewindespindel 18 und Stellmotor 19 solange zu- oder rückgestellt, bis die Regelabweichung Ux-Uw = 0 ist und der Messtaster exakt in der geforderten Nullposition steht.
Während indes das Schliessen des Walzspaltes wegen der zurückgezogenen und mithin wirkungslosen Eichspindel 14, 15 für den nachfolgenden Eichvorgang belanglos war, hat das Auffahren der Oberwalze bzw. das Öffnen des Walzspaltes nach der Nulleichung gewisse Bedeutung. Infolge von Lose in den (ggf. Ölflut-) Walzenlagern und zufolge unterschiedlicher Einbaugewichte, u. a. durch das einseitig wirkende der Walzenantriebsspindel, ist ein Verkanten der ausbalancierten Walzen beim Auffahren i. a. kaum zu vermeiden.
Es ist klar, dass das antriebsseitige Walzenende auch dann noch auf der Ballenkante aufliegt, wenn der Walzspalt auf der Gegenseite schon geöffnet ist. Demzufolge werden die antriebsseitig montierten Messgeräte bzw. deren Messtaster beim Öffnen des Walzspaltes unter die Null-Referenzlinie geführt und mithin elektrisch vertrimmt. Wird indes, nach Abschluss der Eichroutine und weiterhin geschlossenem Walzspalt, der Eichspindel-Stellmotor 19 von Steuer- und Speisespannung mittels Schalter 22 abgetrennt, so bleibt, dank einer selbsthemmend ausgeführten, starr fixierten Eichspindel 14, 15, selbst bei nachfolgend extrem ungleichzeitigem Öffnen des Walzspaltes in Achsrichtung, eine bleibende Vertrimmung der Messgeräte (etwa wie bei bekannten durch Reibschluss fixierten) ausgeschlossen, da alle Messtaster frei beweglich und mit genügend grossem mechanischen Unterlauf ausgestattet sind.
Für die Ausgangsspannung Ux des Regelverstärkers 21 gilt folglich nach der Kalibrierung der Messeinrichtung für den jeweiligen, durch die absoluten Walzendurchmesser bestimmten Betriebszustand gemäss Fig. 2: a) bei Walzspalt So = 0,000 mm ist die Messwertspannung
Uo = 0,000 Volt und allgemein, im ganzen Messbereich von Sx = 0,0 bis FS: b) Walzenspalt-Istwert Sx=k x Ux mm mit einer Gerätekonstante k, die sich leicht auf einen run den Wert, z. B. aufk= 1/10; 1/5 oder 1/1 einstellen lässt.
Im Hinblick auf eine allenfalls manuell durchgeführte motorlose Eichspindelverstellung sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass in diesem Fall die Regelfunktion beim Eichen der Messeinrichtung mit Hilfe eines (ohnehin) am Regler 21 angeschlossenen, visuell kontrollierten (Nullspannungs-) Indikators von dem Bedienungsmann zu übernehmen ist.
DESCRIPTION
If rolling mills in 2-, 4- or multi-roll design are equipped with a device attached to the work roll neck, which directly measures the roll center distance, their absolute calibration is usually of great importance.
While it is relatively easy to limit the relative strip thickness fluctuation proportional to the roll opening - neglecting roll deflection and flattening - to around + 1 to + 3 llm, much greater effort is required to maintain an equivalent tolerance for the absolute accuracy of the nominal strip thickness.
This is understandable when you consider that the four measuring devices guided on the roll neck, due to the scaffolding construction and design-related position errors and the like. Like. Be influenced. In order to counteract these mostly complex interferences, a tape thickness meter attached to the tape outlet and used as a calibrator is often used.
With the help of such a device, the longitudinal accuracy of the belt can be conveniently checked and, if necessary, easily adjusted to the desired mean absolute value by means of a setpoint correction. On the other hand, it makes sense that you wanted to calibrate the belt in the same way across the direction of travel - two such measuring devices would have to be installed on each outlet side. Apart from installation problems and costs, such an effort is usually not necessary when rolling in cold rolling operation or at low strip speeds. In those cases, the operating team usually has enough time to watch the tape - by observing the tape running or
Edge ripple - to be led straight out of the roll gap with the aid of a roll inclination setpoint adjustment; although the faulty beginning of the band is to be accepted.
The problem of an exact absolute roll gap measurement on both sides of the stand or that of an exact calibration of the roll gap measuring devices, which are arranged in pairs on both sides and precisely refer to the roll axis, arises when there is no time or strip length available to correct the roll inclination . An example of such a rolling mill is a multi-stand hot strip mill with belt speeds of up to 20 m / s; which, moreover, only allows the central longitudinal accuracy of the strip thickness to be determined behind the last stand using a measuring device.
In order to prevent so-called upward movement of the strip when threading into the roll gap as a result of bumping against a side guide of the stand, it is desirable in such systems to measure the roll gap or roll center distances on both sides of the stand with an absolute accuracy in the range up to 10 llm and pre-set.
For such as for similar rolling mills, the task of a very precise, absolute calibration of the roll gap transducers arises, which also has to take into account the largely inaccessible design and rough operation of those heavy machinery.
A known solution for the automatic zeroing of a contactless roll gap sensor (CH-PS 532 773) uses z. B. a special, frictionally displaceable transducer half, which has proven itself well in cold rolling operation. Taking into account the respective roll grinding, i.e. adjusted to the effective roll diameter, the air gaps of the two-part transducers also set to zero at the end of the roll after the movable, initially presented transducer half (probe) has been pushed back.
As experience with such known measuring and calibration arrangements has shown, however, it is generally not possible due to defects on the stand side to maintain the zero reference value of the roll gap sensor fixed at the end of the roll after the calibration routine has ended when the roll gap is opened. Due to unequal roll installation weights on the drive and installation side of the stand on the one hand and inaccurate or even unequal roll balancing forces on the other hand, when the top roll is opened from the roll closing position, an undefined wedge-shaped opening of the roll gap usually occurs, so that the lagging (fixed by friction) Transducer overpressed and consequently shifted from the previously taken zero reference position.
The present invention therefore pursues the purpose, on a roll gap measuring device, of an influence of man and machine on the transducer, e.g. B. inaccurate balancing and opening of the rollers after the zero equation, ineffective.
Such a measuring device according to the invention with a calibration device is characterized in that the one part of the measuring device contains an electromotively adjustable calibration spindle which is in positive engagement with the measuring sensor of a displacement sensor installed in the other measuring device part and whose servomotor is connected to the output of a controller which, as actual value, has one of the measuring sensor positions Corresponding output voltage of the displacement transducer and as a setpoint a zero position-related voltage of a setpoint generator that is congruent to the actual value at the upper end of the measuring range, the zero position of the calibration spindle being given by the lack of a control value at the controller output when the control deviation disappears.
The invention is explained below using an exemplary embodiment in conjunction with the drawing. It shows
Fig. 1 shows the principle of a roll center distance measurement (a so-called roll gap measurement) and
Fig. 2 is a single, two-part displacement measuring device, consisting of calibration and measuring cartridge.
As can be seen from the illustration in FIG. 1, two pairs of measuring rings 1, 2 mounted on the bale ends of a schematically indicated pair of rollers 5, 5 'serve on the drive side and 3, 4 on the operating side of the stand as carriers for two two-part displacement measuring devices, one of them marked as measuring cartridge 6 and calibration cartridge 7. Thanks to the play-free mounting of the measuring rings on the roll neck, the distance between the two cartridges 6 and 7 is exactly proportional to the roll gap at the two bale ends and, neglecting the load-dependent roll deflection and flattening, is proportional to the thickness of the rolled strip.
In Fig. 2 one of the four measuring devices, the measuring cartridge 6 and the corresponding corresponding calibration cartridge 7, is shown schematically in section, with a calibration spindle position as it is assumed at the moment the measuring device is zeroed when the roller closes. As can be seen, the measuring cartridge contains the displacement transducers 8, 9; for example a differential transformer. It is clear that the displacement sensor itself has no influence on the calibration process and that instead of an inductive differential transformer, a contactless device can be used in a similar arrangement.
As can also be seen in FIG. 2, the calibration cartridge 7 corresponding to the measuring cartridge 6 is provided with an actuator, e.g. B. u. a. equipped with an electric motor 19, the threaded spindle 18 axially guides a calibration spindle 15 with a head plate 14 by means of its nut 17 in a sliding bush 16 (and with the aid of a rotation lock, not shown). It is easy to see that the calibration spindle 15 could also be adjusted by means of another linear drive, for example with a pneumatic or hydraulic actuating cylinder or with an electromagnet. Furthermore, with a suitable roll stand, a manually operated calibration spindle could enable cost-effective calibration of the measuring devices.
The calibration of the roll gap measuring device 6, 7 will be explained with reference to FIG. 2. After, before placing the measuring rings on the rollers, the calibration spindle 15 and the stop plate 14 had been completely moved back into the cartridge body 7 by means of an actuating drive 19, the rolling mill is put into operation and the roller adjustment is actuated in such a way that the roller gap becomes zero ( Roller closure).
The calibration or the zeroing of the roll gap displacement sensor at the roll closure is then carried out in such a way that the calibration spindle 14, 15 is motorized out of the cartridge 7 against the probe 9, with the help of a motor current regulator 21 for the servomotor 19 until it is set the actual value voltage Ux on the controller 21, which is used as a measured value and is supplied by the demodulator 20 of the displacement sensor 8 and is dependent on the roll gap Sx, corresponds exactly to a permanently set and compared zero position-related setpoint voltage Uw.
If the target voltage value Uw according to the sign and amplitude is e.g. so selected and impressed on the controller 21 that it corresponds to the voltage value of the displacement transducer used or its demodulator 20 in the upper end of range (upper accuracy limit for the nominal range FS = full scale) and is equal to the value of the actual voltage Ux generated in this probe position, so is the calibration spindle 14, 15 by means of threaded spindle 18 and servomotor 19 until the control deviation Ux-Uw = 0 and the probe is exactly in the required zero position.
While the closing of the roll gap was irrelevant for the subsequent calibration process because of the retracted and therefore ineffective calibration spindles 14, 15, the opening of the top roll or the opening of the roll gap after the zero equation is of particular importance. As a result of lots in the (possibly oil flood) roller bearings and due to different installation weights, u. a. due to the unilaterally acting of the roller drive spindle, tilting of the balanced rollers when opening i. a. hard to avoid.
It is clear that the roller end on the drive side still lies on the edge of the bale when the roller gap on the opposite side is already open. As a result, the measuring devices or their probes installed on the drive side are guided below the zero reference line when the roll gap is opened and are therefore electrically trimmed. If, however, after the calibration routine has been completed and the roll gap is still closed, the calibration spindle servomotor 19 is separated from the control and supply voltage by means of a switch 22, thanks to a self-locking, rigidly fixed calibration spindle 14, 15, even if the roll gap subsequently opens extremely unevenly in the axial direction, a permanent trimming of the measuring devices (as in the case of known ones fixed by friction) is excluded, since all measuring probes are freely movable and equipped with a sufficiently large mechanical underflow.
The following applies to the output voltage Ux of the control amplifier 21 after the calibration of the measuring device for the respective operating state determined by the absolute roll diameter according to FIG. 2: a) with a roll gap So = 0.000 mm, the measured value voltage
Uo = 0.000 volts and in general, in the entire measuring range from Sx = 0.0 to FS: b) Actual roll gap value Sx = k x Ux mm with a device constant k, which can easily be adjusted to a run value, e.g. B. Aufk = 1/10; 1/5 or 1/1 can be set.
For the sake of completeness, with regard to a possibly manual motorless calibration spindle adjustment, it should be mentioned that in this case the control function when calibrating the measuring device is to be taken over by the operator using a (anyway) connected to the controller 21, visually controlled (zero voltage) indicator.