CN105522005A - 具有沿带材运行方向的测量柱的平整度测量辊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平整度测量辊，其用于通过测量带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材的平整度误差，该平整度测量辊具有多个整合在辊表面中的测量点，这些测量点为了测量在辊宽度上的带材拉应力而分布地设置在不同的宽度位置上，其中，各测量点分别具有一个与辊表面齐平的测量体，该测量体设置在一个或多个测力传感器上，其中，测量体以它们的沿着带材运行方向延伸的纵向在辊表面的俯视图中垂直于辊轴线定向，其中，测量体在它们的长度的至少一个限定测量长度的部分上具有恒定的宽度，从而利用各测量点在辊每旋转一圈时能够分别为相应的宽度位置检测多个测量值。

Description

具有沿带材运行方向的测量柱的平整度测量辊
技术领域
本发明涉及一种平整度测量辊，其用于通过测量带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材、特别是金属带材的平整度误差，该平整度测量辊具有多个整合在辊表面中的测量点，这些测量点为了测量带材拉应力而在辊宽度上分布地设置在不同的宽度位置上，其中，测量点分别具有一个与辊表面齐平的测量体，该测量体设置在一个或多个测力传感器上。
背景技术
利用这样的平整度测量辊通过测量带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材、特别是金属带材中的平整度误差，其中，在整个带材宽度上处于带材拉力下的带材以一个事先给定的缠绕角缠绕平整度测量辊，并且通过这种方式根据局部的纵向拉应力分布沿着带材宽度方向在平整度测量辊上施加局部的压紧力，从这些压紧力中可以检测带材拉应力分布。然后从带材宽度上的带材拉应力分布可以直接测定带材缺陷和特别是波纹度或者带材翘曲(Bandsaebel)，这是因为由拉应力差表示各个带条的长度偏差。
各个测量点的测量体构成护罩，这些护罩作用在设置在其下的测力传感器、例如压电石英上。在此适宜的是：在中间连接压电石英的情况下将护罩相对辊夹紧。为了将在一方面测量体或者护罩与另一方面辊体之间的力分流降低到最小程度，规定：测量体或者护罩通过完整环绕的间隙与辊表面脱离并且仅仅相对力传感器夹紧，而无需与辊材料进一步接触。因此测量体或者护罩在(完全)负荷期间和在护罩无显著变形的情况下相对测力传感器运动。
例如由EP0595072B2或DE102004008303A1已知了这样的测量辊。
在由EP0595072B2已知的平整度测量辊中，测量体构造成圆形的护罩，这些护罩分别放置在一个测力发送器上。在带材宽度上分布地设置有大量这样的测量点，从而利用各个测量点为不同的宽度位置检测带材拉应力。在此另外规定：这些测量点不仅分布地设置在带材宽度上，而且还分布地设置在辊的圆周上。利用每个测量点可以在每个循环中检测一个测量值。
由DE102004008303A1了解了一种平整度测量辊，在该平整度测量辊中，平整度测量柱作为测量体整合在辊表面中，这些平整度测量柱支撑在传感器上并且为了确定带材宽度上的拉应力分布而倾斜于辊轴线延伸，使得这样的测量柱一方面在辊的事先给定的宽度区域上和另一方面在该辊的事先给定的圆周区域上延伸。通过这样的倾斜于辊轴线设置的测量柱可以在时间上依次检测大量的测量值，这些测量值分别配属给辊的和因此带材的不同的宽度位置，从而可以利用一个测量体(即一个测量柱)在不同的宽度位置上实施测量。在此通常规定：将这样的平整度测量柱中的多个平整度测量柱在带材宽度上分布地设置，所述多个平整度测量柱分别覆盖测量辊的或者金属带材的一个确定的宽度区域。
众所周知的平整度测量辊基本上经受住了考验，然而它们是能够进一步发展的、而且特别是在测量精度方面。本发明以此处为出发点。
此外，由DE4135614A1公知了一种平整度测量辊，在该平整度测量辊中利用电桥将测力传感器覆盖，该电桥沿着辊周延伸并且在此在两侧直接利用螺栓固定在转向辊的横截面中，因而在测量过程中电桥不得不发生变形。
类似的内容适用于由EP2447198A1已知的测量辊，在该测量辊中，测量点配置组件悬挂在辊的凹槽中。
发明内容
本发明的目的是，提供一种文首述及类型的平整度测量辊，利用该平整度测量辊可以在构造简单的同时通过测量带材拉应力分布以提高的测量精度来检测平整度误差。
为了实现这个目的，本发明教导一种平整度测量辊，其用于通过测定带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材、特别是金属带材的平整度误差，该平整度测量辊具有多个整合在辊表面中的测量点，这些测量点为了测量在辊宽度上的带材拉应力分布而分布地设置在不同的宽度位置或者宽度坐标上，
其中，测量点分别具有一个与辊表面齐平的测量体，该测量体设置在一个或多个测力传感器上，
其中，测量体以它们的沿着带材运行方向延伸的纵向在辊表面的俯视图中垂直于辊轴线定向，
其中，测量体在它们的长度的至少一个限定测量长度的部分上具有一个(基本上)恒定的宽度，
从而在辊每旋转一圈时能够利用测量点分别为相应的宽度位置或者宽度坐标检测大量的测量值。
在此，本发明以下述认识为出发点：如果平整度测量辊或者其测量点构造成在辊每旋转一圈时并且因此在每个测量周期中可以利用一个单独的测量点(该测量点由一方面测量体和另一方面一个测力传感器或者多个测力传感器组成)为一个确定的宽度位置或者宽度坐标检测多个测量值，从而可以由这些测量值例如可以构成一个平均值，那么可以显著提高测量精度。通过这样的多次测量和平均值构成降低了测量不可靠性和测量误差，从而提高了测量精度。根据本发明这通过如下方式得以实现：测量点构造有测量体，这些测量体在它们长度的至少一部分上具有基本上恒定的宽度，从而在时间上依次利用同一个测量体为同一个宽度位置检测多个测量值。测量体的这个具有相同宽度的长度限定测量长度。
例如在按照的现有技术的已知的具有圆形护罩的平整度测量辊的情况中，在板材驶过时接触面的大小不断变化并且所以只能对一个测量周期内的和因此在辊旋转一圈情况下的相应的最大值进行分析处理，而在根据本发明的方案中存在的可能性是：每个测量周期和因此辊每旋转一圈检测大量的“有用的测量值”，这是因为在测量长度内可以为同样的宽度坐标采集(aufnehmen)具有代表性的测量值，而这些测量值没有由于接触面大小不同而不正确。测量体以基本上众所周知的方式通过完整环绕的间隙与辊表面脱离并且仅仅相对力传感器夹紧。与由DE4135614A1已知的测量点不同，不是通过测量电桥的变形、而是通过完全地“操纵”测量体、例如测量柱来进行测量值检测，因而即使在带材仅仅在边缘区域内覆盖测量长度内的测量体的情况下也已经能够检测测量值。
原则上可以为测量体考虑各种不同的几何形状，只要它们在长度的一个确定的部分上具有基本上恒定的宽度。因此这些护罩的测量体例如可以构造成方形的。然而特别优选测量体作为测量柱构造成矩形的(或者条状的)，这些测量柱具有的长度大于宽度。在此，本发明以下述认识为出发点：由于测量体(沿着周向)的大的长度或者测量长度可以为相应的宽度坐标检测大量的测量值。相对长度减少宽度具有的优点是：在辊宽度上和因此也在带材宽度上可以依次排成一列地设置大量的测量体，因而可以提高带材宽度上的测量分辨率。测量体的测量长度在此优选大于带材按照缠绕角与辊的接触长度。
例如如果在辊径为600mm的情况下以5°的缠绕角运行，那么由此产生带材的约26mm的理论接触长度。在测量柱的测量长度为80mm和每2mm测量一次的情况下结果是：带材在开始时与测量柱接触0至26mm而在下一次测量时2mm至28mm等等。在相应测量结束时实现54mm至80mm的接触，因而在这个实施例中利用一个测量柱在每个测量周期中可以为相应宽度坐标进行28次测量。
特别优选测量体、例如测量柱分别放置在(至少)两个沿着纵向(对准地)相继设置的测力传感器上。这些测力传感器优选分别设置在测量柱的端部区域中。在这种情况中可以通过如下方式将两个或者更多个测力传感器用于检测测量值，即，例如将两个信号合计。因此可以与测量柱或者说测量体最初是否在传感器之一的区域内或例如在传感器之间被加载无关地在整个测量长度上可靠地采集有代表性的检测值。由于在测量期间，所产生的测量力在测量柱上移动并且按照辊径并不总是精确地处于力接收器(Kraftaufnehmer)的测量方向中，这些力接收器可能相对半径错开地定向，所以至少理论上会出现“测量误差”。然而这些偏差在通常的辊径下是很小的并且此外毫无问题地存在可能性：根据众所周知的角位通过计算对这些偏差进行修正。
即使优选一个测量体、例如一个测量柱放置在两个测力传感器、例如两个压电元件上，在本发明的范围内原则上将测量体、例如测量柱仅设置在一个设置在中心的测力传感器上并且在中间连接有这个单独的测力传感器的情况下将所述测量体与辊夹紧。这特别是在测量体具有足够的弯曲稳定性时是可能的，从而在负荷过程中不出现(显著的)变形。然而优选如上所述利用(至少)两个测力传感器进行工作。
特别优选多个测量点整合在一个测量点组中，一个这样的测量点组具有大量的测量点，这些测量点在辊宽度上分布地、相对彼此具有距离地设置在一个共同的圆周位置或者说角位置上。通过这种方式存在的可能性是：利用一个这样的测量点组同时在辊的一个角位置中测量带材宽度上的带材拉应力分布。由于可以利用比较狭窄的测量体、例如测量柱工作，所以存在将大量的测量点并排地设置在一个共同的角位置中的可能性。与例如圆的护罩或者测量点不同，不需要将并排设置的测量点在圆周上彼此错开地定位。在此出于稳定性原因在两个相邻的测量点之间保持一定的(自由的)最小距离是适宜的，该最小距离例如为20mm至100mm、优选30mm至70mm。通过这种方式可以总体上保障辊的刚性，即使在大量的测量柱直接并排设置的情况下。
在这种实施方式的改进方案中存在的可能性是：将这样的测量点组或者测量柱序列中的多个测量点组或者测量柱序列分布在辊的圆周上，其中，每个测量点组设置在不同的角位置上。在此存在的可能性是：测量点组的测量点分别设置在相同的宽度位置或者说宽度坐标上，从而利用这些测量点组分别在同样的宽度坐标上进行测量。在这种情况中存在的可能性是：在辊每旋转一圈时，利用每个单独的测量柱组在带材宽度上实施完整的测量，从而通过平均值构成来进一步提高测量精度。然而作为备选还存在的可能性是：将两个沿着周向相继设置的测量点组的测量点至少部分沿宽度方向彼此错开地设置，从而然后利用一个测量点组测量与利用另一测量点组不同的宽度坐标。因此可以提高带材宽度上的测量分辨率，从而可以实现“一定程度上连续的”分辨率。如果例如在辊的圆周上设置八行测量柱，这些测量柱分别以50mm的测量距离设置在一行内，那么在辊每旋转一圈时可以实现沿带材宽度方向6.25mm的分辨率。
在错开设置的情况中在本发明的范围内：所有测量点组在一个事先给定的宽度位置上具有一个测量点，就是说，每个测量点组的至少一个测量点始终设置在相同的带材宽度坐标上、例如始终在带材中心中。一个这样的测量点可以用作基准测量点。如果测量在相同的宽度坐标上产生偏差，那么由此可以推断出带材张力波动，从而借助一个这样的基准柱可以滤出带材张力波动。
辊可以以基本众所周知的方式设计成不经涂层处理的或经涂层处理的。在此可以使用基本众所周知的例如由橡胶/塑料构成或硬质涂层诸如碳化钨构成的涂层。涂层可以如在众所周知的平整度测量辊中那样适应相应的应用目的。
本发明的主题还是一种方法，该方法用于通过利用所述类型的平整度测量辊测量带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材的平整度误差。这个方法的出众之处在于：在辊每旋转一圈时利用各测量点分别为相应的宽度位置检测大量的测量值。优选可以从利用测量点为相应的宽度位置测定的测量值中分别确定一个平均值。在此优选带材与测量点或者说与测量柱的接触长度小于测量点或者说测量柱的长度。此外在本发明的范围内：在带材与相应的测量点每次碰触在一起前对测力传感器实施复位。
附图说明
下文参照示出仅仅一个实施例的附图进一步阐述本发明。附图中：
图1a以辊表面的俯视图示出根据本发明的平整度测量辊；
图1b为图1a所示物体的横剖视图；
图2为图1b所示物体的放大的局部；
图3a，3b为图1a，1b所示物体的经变动的实施方式；
图4a，4b为图1a，1b所示物体的另外的实施形式；
图5a，5b为图1a，1b所示物体的改变的实施形式。
具体实施方式
在图中示出的是一个具有直径D的平整度测量辊1，利用该平整度测量辊可以通过测量带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材2、特别是金属带材的平整度误差。这样的平整度测量辊1通常被动地并且因此不受驱动地整合在带材处理设备中，从而可以在连续运行中测定带材2的平整度，其中，带材以事先规定的缠绕角缠绕平整度测量辊1。仅仅在图2中示出带材2。一个这样的平整度测量辊1具有大量的测量点3，这些测量点整合在辊表面中并且为了测量在辊宽度B上的带材拉应力而分布地设置在不同的宽度位置上。其中每个测量点3分别具有一个与辊表面齐平的测量体4，该测量体在本实施例中构造成测量柱4并且该测量体设置在两个测力传感器5上。测力发送器5或者说测力传感器可以是例如压电石英或者具有这样的压电石英的测量元件。测量体4作为测力传感器5的护罩在中间连接这些传感器5的情况下相对辊夹紧，例如利用紧固螺栓、紧固杆或类似物，然而它们在图中未示出。在此，可以使用基本上众所周知的方案，例如出自DE102004008303A1或DE102008030282B3。
根据本发明，测量体4在辊表面的俯视图中以它的沿着带材运行方向R延伸的纵向垂直于辊轴线6定向。在本实施例中构造成测量柱4的测量体因此不是如在现有技术DE102004008303A1中那样倾斜于辊轴线设置，而是垂直于辊轴线设置。在此，这些测量柱4在它们的长度l′的最重要的部分上具有一个恒定的宽度b。长度l′的这个部分称为测量长度l。在本实施例中测量柱4具有一个比宽度b更大的长度l′和更大的测量长度l。
通过根据本发明的构造存在的可能性是：利用每个单独的测量点3在辊每旋转一圈时分别为带材的相应宽度位置上的带材拉应力获得(vornehmen)大量的测量值。假如辊径D为例如600mm而缠绕角为5°的话，在测量柱4的测量长度l为例如80mm和每2mm测量一次的情况下，辊每旋转一圈可以利用同一个测量点实施28次测量。由此可以显著提高测量精度，这是因为从这些单独的检测值中可以构成例如一个平均值，而且是为辊的每单独旋转一圈。
图1a和1b在此示出第一实施方式，在该实施方式中，所有的测量点3在构成测量点组M的情况下在辊宽度上以相对彼此的自由距离A分布地并排设置在一个共同的周向位置或者角位置上。因此在根据图1a和1b示出的这种实施方式中可以同时利用所有的测量点3来测定用于不同宽度位置的测量值。
在图3a，3b示出的经变动的实施方式中设置有两个测量点组M，这两个测量点组在圆周上分布地或沿着周向相继设置并且彼此相继错开一个确定的圆周角地设置(参见特别是图3b)。由图3a可以清楚地看出，这两个测量点组M的测量点3不仅沿着周向错开，而且特别是还沿着宽度方向彼此错开地设置。因此利用一个检测组M可以测定与利用另外的检测组M不同的宽度位置的测量值，从而提高辊在带材宽度上的分辨率。
图4a，4b或者5a，5b示出这个思想的进一步发展，因为通过相应错开设置的测量组可以将带材宽度上的分辨率提高到带材宽度上的“一定程度上连续的”测量。
在此，在图4a，4b以及5a，5b中同样可以清楚地看到：所有的测量点组M具有一个在相同的宽度位置上的测量点，在本实施例中在辊中心中。因此辊中心的测量柱4可以用作基准柱，因为借助这个测量柱4可以滤出可能出现的(时间上的)带材张力波动的影响。如果例如利用两个在相同宽度位置上直接相继设置的中心测量柱4测出不同的拉应力，那么这可以归因于时间上的带材张力波动。
另外，在图中可以清楚地看到：测量辊1作为被动的测量辊可旋转地支承在侧向的支承装置7中。然而作为备选存在的可能性是：辊设置有至少一个驱动装置、例如加速驱动装置，以便避免在加速时或制动时打滑。未示出具体细节。
各个测量柱4通过一个仅仅勾画出的完全环绕的间隙8与辊表面脱离，并且测量柱4仅仅相对力传感器5夹紧，而无需测量柱(直接)放置在辊体上。通过这种方式以基本上已知的方式防止力分流或者将力分流最小化。另外，通过这种设置结构存在的可能性是：利用同一个测量柱为带材的具有该测量柱的不同接触点获得可比的测量值。

Claims (16)

1.平整度测量辊(1)，其用于通过测量带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材(2)、特别是金属带材的平整度误差，
该平整度测量辊具有多个整合在辊表面中的测量点(3)，这些测量点为了测量在辊宽度(B)上的带材拉应力而分布地设置在不同的宽度位置上，
其中，各测量点(3)分别具有一个与辊表面齐平的测量体(4)，该测量体设置在一个或多个测力传感器(5)上，
其中，测量体(4)以它们的沿着带材运行方向(R)延伸的纵向在辊表面(6)的俯视图中垂直于辊轴线定向，
其中，测量体(4)在它们的长度(l′)的至少一个限定测量长度(l)的部分上具有恒定的宽度(b)，
其中，利用各测量点(3)在辊每旋转一圈时能够分别为相应的宽度位置检测多个测量值。
2.如权利要求1所述的平整度测量辊，其中，测量体(4)构造成测量柱，这些测量柱具有比宽度更大的长度(l′)和/或测量长度(l)，其中，优选长度(l′)或者测量长度(l)为宽度(b)的至少两倍、特别优选至少三倍。
3.如权利要求1或2所述的平整度测量辊，其中，测量体(4)、例如测量柱分别放置在两个沿纵向相继设置的测力传感器(5)上。
4.如权利要求1至3之任一项所述的平整度测量辊，其中，一个测量点组(M)具有多个测量点(3)，这些测量点在辊宽度(B)上相对彼此具有距离地分布地设置在一个共同的圆周位置或者说角位置上。
5.如权利要求4所述的平整度测量辊，其中，在圆周上分布地设置有多个测量点组(M)，这些测量点组分别设置在不同的角位置上。
6.如权利要求4或5所述的平整度测量辊，其中，两个沿着周向相继设置的测量点组(M)的测量点(4)至少部分沿着宽度方向彼此错开地设置。
7.如权利要求4至6之任一项所述的平整度测量辊，其中，所有测量点组(M)在一个事先给定的宽度位置上具有一个测量点(3)、例如作为基准测量点。
8.如权利要求1至7之任一项所述的平整度测量辊，其中，在宽度(B)上分布地、例如在一个测量点组中设置有至少五个、优选至少八个、例如至少十个测量点(3)。
9.如权利要求1至8之任一项所述的平整度测量辊，其中，测量体(4)、例如测量柱具有10mm至50mm、例如10mm至30mm的宽度(b)和/或50mm至300mm、优选50mm至200mm、例如60mm至140mm的长度(l)或测量长度(l′)。
10.如权利要求1至8之任一项所述的平整度测量辊，其中，测量体(4)、例如测量柱的长度(l′)或测量长度(l)是辊径(D)的5％至20％。
11.如权利要求1至10之任一项所述的平整度测量辊，其中，两个相邻的测量点之间的(自由)距离(A)具有20mm至100mm。
12.如权利要求1至11之任一项所述的平整度测量辊，其中，测量体(4)通过完整环绕的间隙(8)而与辊表面脱离并且仅仅相对测力传感器(5)夹紧。
13.用于通过利用如权利要求1至12之任一项所述的平整度测量辊测量带材宽度上的带材拉应力分布来测定带材的平整度误差的方法，其中，利用各测量点在辊每旋转一圈时分别为相应的宽度位置检测多个测量值。
14.如权利要求13所述的方法，其中，从利用测量点为相应的宽度位置测定的测量值中分别确定一个平均值。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中，带材与测量体、例如测量柱的接触长度小于测量体、例如测量柱的长度或者测量长度。
16.如权利要求13至15之任一项所述的方法，其中，在测量辊每次旋转时，在带材与测量体碰触在一起前对测力传感器实施复位。
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