CN117940736A - 矫平机校准装置 - Google Patents

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奥利维耶·马德莱娜-迪皮什
让-马克·赫门
皮埃尔·戈耶
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Abstract

本发明涉及一种校准杆,该校准杆用于对用于金属带材的多辊矫平机进行校准,所述校准杆包括:‑位于第一面上的第一凹槽,其中,第一光纤借助于粘合剂嵌入,‑在与所述第一面相反的第二面上的第二凹槽,其中,第二光纤借助于粘合剂嵌入,‑所述第一光纤和所述第二光纤包括光纤布拉格光栅并且基本上平行,‑所述第一光纤和所述第二光纤位于距所述中性平面(N)相同的距离处,‑嵌入的所述第一光纤和嵌入的所述第二光纤构造成使得所述第一光纤和所述第二光纤能够连接至光耦合器,并且使得光纤具有足够的长度以在所述多辊矫平机的所有辊上延伸。

Description

矫平机校准装置
技术领域
本发明涉及用于对用于矫平金属带材的多辊矫平机进行校准的装置。
背景技术
矫平是通常在热处理或轧制操作后进行的精加工操作。矫平的目的是使金属片材变平坦。矫平基于借助于交替弯曲应力将几何缺陷转化为在厚度内的可变残余应变的系统。矫平可以借助于多辊矫平机来完成,该多辊矫平机包括两个系列的平行辊,这两个系列的平行辊布置成使得它们被叠置,如图1所表示的。当片材在这些辊之间经过时,片材沿一个方向并然后沿相反方向以交替弯曲的方式变形。弯曲的幅度从矫平机的入口至出口减小,这是由于朝向矫平机出口的辊叠置减少。
在平坦度和内部应力方面,越来越严格的公差对矫平操作以及因此对矫平机的校准步骤施加越来越多的控制。
为了更好地掌握各种调整参数,在图1至图3中表示了多辊矫平机的主要部件。
图1显示了矫平机1的纵向截面,矫平机1包括由下梁3支承的一系列下辊2和由上梁5支承的一系列上辊4。在矫平操作期间,金属片材S沿着由箭头F指示的方向被驱动通过矫平机。
图2显示了用于对辊的叠置进行调整的器件。上梁5可以相对于下梁3倾斜,下梁被认为参照平面。上梁通过调整组件(7a、7b)、比如具有角齿轮的螺钉-螺母型调整组件来支承在上框架6上。上梁5的倾斜借助于调整组件来调整,从而改变辊的叠置。
图3显示了矫平机以及矫平机的器件的前视图,所述器件在带材矫平期间对由于反作用力而处于载荷下的辊的弯曲进行补偿。为了补偿辊的弯曲,辊通过多级支承辊和反压辊、反压斜面或反压滚子来支承。该组件安装在称为盒的框架中,该框架放置在沿矫平机的横向方向分布的一组反压斜面8上。此外,这些斜面的竖向位置可以调整,例如借助于可调整的渐缩楔形部9来调整。
因此,对矫平机进行校准涉及通过使梁倾斜、反压器件来调整许多参数比如:上辊与下辊之间的可以通过螺钉-螺母调整组件或例如反压斜面来设定的横向并行度、在矫平机的入口和出口处的辊叠置,以便对处于载荷下的辊的弯曲进行补偿。为了有效地校准矫平机,必须知道辊在弯曲期间的游隙量、弹性量和弯曲量。
已经开发了便于校准的设备。如图4所图示的,US 7584638公开了一种用于测量弹性变形的包括引伸计的刚性测量杆,该刚性测量杆可以放置在一系列上辊与一系列下辊之间。杆90包括中空部91,以便将引伸计垂直于辊正确放置。中空部91重现矫平机下梁的辊的中心至中心的距离。引伸计92固定至杆的上部部分。因此,这种校准杆缺乏适应性,由于这种校准杆是针对一种矫平机设计的并且不能容易地用于具有不同设计的矫平机、例如下梁的辊的中心至中心的距离不同的矫平机。此外,引伸计在校准期间可能会损坏。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题。特别地,本发明的目的是在不损坏测量器件即引伸计的情况下,精确且容易地确定为任何多辊矫平机执行可重复载荷下的校准所需的关键参数。
这是通过提供根据权利要求1至8所述的装置来实现的。通过本发明的以下详细描述,其它特征和优点将变得明显。
附图说明
图1体现了矫平机的纵向截面。
图2体现了用于对辊的叠置进行调整的器件。
图3体现了矫平机以及矫平机的器件的前视图,所述器件在带材矫平期间对由于反作用力而处于载荷下的辊的弯曲进行补偿。
图4图示了现有技术中已知的测量杆。
图5和图6体现了根据本发明的校准杆。
图7示意性地图示了使用根据本发明的校准杆进行的测量。
图8体现了根据本发明的优选模式的校准杆。
图9和图10图示了使用根据本发明的校准杆可实现的应变测量。
具体实施方式
如图5和图6所图示的,本发明涉及具有中性平面的校准杆10,校准杆10用于对用于金属带材的多辊矫平机进行校准,校准杆10具有:
-1.0mm至2.0mm的厚度和1000MPa至2000MPa的屈服强度,
-校准杆10包括:
-位于第一面12上的第一凹槽11,其中,第一光纤13借助于粘合剂14嵌入,
-位于与所述第一面12相反的第二面16上的第二凹槽15,其中,第二光纤17借助于粘合剂18嵌入,
-所述第一光纤13和所述第二光纤17包括光纤布拉格(Bragg)光栅并且基本上平行,
-所述第一光纤和所述第二光纤位于距所述中性平面N相同的距离处,
-嵌入的所述第一光纤13和嵌入的所述第二光纤17构造成使得所述第一光纤13和所述第二光纤17能够连接至光耦合器,并且使得光纤具有足够的长度以在所述多辊矫平机的所有辊上延伸。
厚度与屈服强度的这种组合被选择成校准导致仅在校准杆的弹性范围内的应变。校准杆还可以承受用于使产品平坦化的机器的不同程度的力,而不会达到塑性应变。
在1.0mm与2.0mm之间的该厚度使得能够形成光纤可以嵌入其中的凹槽。
优选地,屈服强度在1400MPa与1600MPa之间。
校准杆由金属或金属合金并且优选地由钢制成。甚至更优选地,校准杆由不锈钢制成。
中性平面是在弯曲期间没有纵向应力或应变的平面。
优选地,校准杆具有四边形、矩形或正方形的截面。在这种情况下,如图6所图示的,中性平面在没有施加牵引力时处于所述厚度的一半处。
在本发明的上下文中,凹槽将理解为槽形切口。所述凹槽可以是任何形状和形式,只要光纤可以嵌入该凹槽内。优选地,凹槽具有四边形、矩形或正方形的截面。
粘合剂优选地为环氧基粘合剂。
光纤构造成使得光耦合器可以连接至光纤。这可以借助于壳体来完成。
光纤具有允许在所述多辊矫平机的所有辊上延伸的长度。因此,校准杆具有长到足以在所述多辊矫平机的所有辊上延伸的凹槽。
用于校准多辊矫平机的测量背后的原理是菲涅耳(Fresnel)反射。菲涅耳反射描述了入射光在两种不同光学介质之间的界面上的反射和透射。在本发明中,界面是借助于光纤布拉格光栅形成的。
因此,反射光的百分比根据波长而变化。该百分比在布拉格波长λB处具有最大值。布拉格波长对应变和温度敏感。
布拉格波长λB随温度的变化和/或应变而偏移。该偏移ΔλB近似为(1):
(1)ΔλB=λB[CS.∈+CT.ΔT]
其中,λB是布拉格波长,Cs是应变系数,∈是施加的应变,CT是温度系数,并且ΔT是温度的变化。
因此,校准杆的应变可以通过使用光学频域反射计(OFDR)询问校准杆来测量。
如图7所图示的,该方法需要可调谐激光源20、光耦合器21、能够创建参照路径的光学装置22(例如宽带反射器)、测试装置(例如校准杆)以及光学干涉仪23。
该方法包括以下步骤:可调谐激光源20发射光。光耦合器21将光分为两个路径:测量路径(即校准杆)和参照路径。然后,来自测量路径和来自参照路径的光(即信号)使用光耦合器21重新组合,并且然后发送至光学干涉仪23。
如本领域技术人员所知的,在光学干涉仪中,光信号的傅立叶变换产生信号的相位和幅度,作为沿着传感器的长度的函数。通过比较来自测量路径的信号和来自参照路径的信号来获得应变。
在本发明的情况下,在校准步骤开始时,校准杆放置在多辊矫平机的上辊与下辊之间,所述上辊和下辊不叠置。然后上辊和下辊被叠置,这使校准杆变形,并在嵌入的光纤上和光纤布拉格光栅上施加应变。光纤布拉格光栅上的这种应变对于所述光栅的反射器中的每个反射器导致布拉格波长的偏移。
然而,如上所述,布拉格波长还受到温度变化的影响,这对校准步骤是不利的,因为仅需要测量每个反射器(与辊垂直的反射器)所经历的应变。
为了解决对温度的变化和应变而不是仅应变进行测量的问题,校准杆在位于距中性平面等距离处的两个面上(例如在中性平面的每一侧)包括光纤。这样的布置允许使一个反射器处于压缩中而使另一反射器处于牵引中并且能够测量应变。
例如,在校准期间,第一光纤的与第二辊垂直的反射器处于压缩中并且具有未知的应变ε压缩,而第二光纤的与第二辊垂直的反射器处于牵引中并且具有未知的应变ε伸展。这些反射器都经历了相同的温度变化ΔT。干涉仪测量两个反射器(即界面)的布拉格波长的偏移,如由公式2.1和公式2.2表示。
(2.1)ΔλB1=λB[CS.∈压缩+CT.ΔT]
(2.2)ΔλB2=λB[CS.∈伸展+CT.ΔT]
可以在将测量的ΔλB1和ΔλB2组合时,通过一者与另一者相减来抑制温度影响,如公式3所表示,这允许得到由于应变引起的布拉格波长的偏移。
(3)ΔλB1-ΔλB2=λB×CS[∈压缩-∈伸展]
由于两个光纤放置在与中性平面等距离处,所以压缩应变的值与牵引应变的值相反,因此:ε压缩=-ε伸展,这允许根据公式4得到应变:
(4)
优选地,所述第一凹槽和所述第二凹槽的深度为150μm至400μm。考虑光纤具有50μm至125μm直径。因此,该凹槽的深度范围允许光纤于所述凹槽内部在所述面的表面下方25μm至350μm处。
凹槽的深度范围允许光纤嵌入到面的表面下方,因此光纤不会突出到所述面的上方,并且因此避免与矫平机辊直接接触。此外,光纤在校准杆处于张紧时保持背离中性平面。
优选地,所述第一凹槽和所述第二凹槽是基本上直的,并且所述第一光纤13和所述第二光纤是基本上直的。甚至更优选地,所述第一凹槽和所述第二凹槽是直的,并且所述第一光纤13和所述的第二光纤是直的。
优选地,所述第一光纤和所述第二光纤具有一致的光纤布拉格光栅。例如,光纤具有一致的布拉格光栅,其中,反射器彼此间隔1.6mm的距离。
优选地,所述第一光纤和所述第二光纤是单模光纤。这种类型的光纤允许提高测量精度,因为这种类型的光纤允许更清晰的光谱响应。
甚至更优选地,所述第一光纤和所述第二光纤是能够在1500nm至1600nm的范围内操作的单模光纤。
第一光纤和第二光纤可以被认为是第一对光纤。校准杆可以包括若干对光纤以及相关的凹槽和粘合剂。例如,如图8所图示的,所述校准杆包括:
-位于所述第一面12上的第三凹槽110,其中,第三光纤130借助于粘合剂140嵌入,
-位于与所述第一面12相反的所述第二面16上的第四凹槽150,
其中,第四光纤170借助于粘合剂180嵌入,
-构造成使得所述第一光纤、所述第二光纤、所述第三光纤以及所述第四光纤是平行的并且位于距所述中性平面N相同的距离处,
-所述第三光纤和所述第四光纤构造成使得第三光纤和第四光纤可以连接至光耦合器,并且使得光纤具有足够的长度以在所述多辊矫平机的所有辊上延伸。
优选地,校准杆包括一对光纤,该对光纤用于校准的多辊矫平机的每个反压斜面。
实验测定
为了证明要求保护的校准杆易于使用,并且对于每个矫平机不需要修改,已经使用如图6所图示的校准杆对两个不同的多辊矫平机进行校准。
用于实验的校准杆是厚度为1.8mm、长度为800mm、屈服强度为1400MPa并且由不锈钢制成的校准杆。
校准杆包括:
-位于第一面上的具有深度为200μm的第一凹槽,其中,包括光纤布拉格光栅的单模光纤借助于环氧基粘合剂嵌入在凹槽的底部处,
-位于第二面上的具有深度为200μm的第二凹槽,其中,包括光纤布拉格光栅的单模光纤借助于环氧基粘合剂嵌入在凹槽的底部处。
光纤基本上平行,并且连接至光耦合器。
第一多辊矫平机包括19个直径为22mm的工作辊(10个上辊和9个下辊),同时第二多辊矫平机包括17个直径为61.91mm的工作辊(9个上辊和8个下辊)。
为了校准多辊矫平机,校准杆沿着带材运动方向在下工作辊上定位于矫平机宽度的中心处。然后,上工作辊降低,直到上工作辊接触校准杆。已经在图9绘制了针对第一矫平机的经测量的应变,并且在图10绘制了针对第二矫平机的经测量应变。峰值中的每个峰值代表针对每个矫平机的从第二辊至倒数第二辊中的每个辊而言的校准杆的应变。
最终,如现有技术中已知的,测量值已经被用于校准矫平机。
因此,所要求保护的校准杆使本领域技术人员能够在不损坏测量器件即光纤的情况下容易且精确地执行多辊矫平机的校准。

Claims (8)

1.一种具有中性平面(N)的校准杆,所述校准杆用于对用于金属带材的多辊矫平机进行校准,所述校准杆(10)具有:
-1.0mm至2.0mm的厚度和1000MPa至2000MPa的屈服强度,
-所述校准杆(10)包括:
-位于第一面(12)上的第一凹槽(11),其中,第一光纤(13)借助于粘合剂(14)嵌入,
-位于与所述第一面(12)相反的第二面(16)上的第二凹槽(15),
其中,第二光纤(17)借助于粘合剂(18)嵌入,
-所述第一光纤(13)和所述第二光纤(17)包括光纤布拉格光栅并且基本上平行,
-所述第一光纤和所述第二光纤位于距所述中性平面(N)相同的距离处,
-嵌入的所述第一光纤(13)和嵌入的所述第二光纤(17)构造成使得所述第一光纤和所述第二光纤能够连接至光耦合器,并且使所述光纤具有足够的长度以在所述多辊矫平机的所有辊上延伸。
2.根据权利要求1所述的校准杆,其中,所述第一凹槽和所述第二凹槽的深度为175μm至400μm。
3.根据权利要求2所述的校准杆,其中,包含在所述第一凹槽中的所述第一光纤位于所述第一面的表面下方25μm至350μm处,并且包含在所述第二凹槽中的所述第二光纤位于所述第一面的表面下方25μm至350μm处。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的校准杆,其中,所述第一凹槽和所述第二凹槽是基本上直的,并且所述第一光纤(13)和所述第二光纤是基本上直的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的校准杆,其中,所述第一光纤和所述第二光纤具有一致的光纤布拉格光栅。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的校准杆,其中,所述第一光纤和所述第二光纤是单模光纤。
7.根据权利要求6所述的校准杆,其中,所述第一光纤和所述第二光纤是能够在1500nm至1600nm的范围内操作的单模光纤。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的校准杆,其中,所述校准杆包括:
-位于所述第一面(12)上的第三凹槽(110),其中,第三光纤(130)借助于粘合剂(140)嵌入,
-位于与所述第一面(12)相反的所述第二面(16)上的第四凹槽(150),其中,第四光纤(170)借助于粘合剂(180)嵌入,
-所述第三光纤和所述第四光纤包括光纤布拉格光栅并且基本上平行,
–构造成使得所述第一光纤、所述第二光纤、所述第三光纤以及所述第四光纤是平行的并且位于距所述中性平面(N)相同的距离处,
-所述第三光纤和所述第四光纤构造成使得所述第三光纤和所述第四光纤能够连接至光耦合器,并且使得所述光纤具有足够的长度以在所述多辊矫平机的所有辊上延伸。
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