DE10059321A1 - Konturmeßeinrichtung zur Messung der Kontur einer in einem Walzengerüst angeordneten Walze - Google Patents
Konturmeßeinrichtung zur Messung der Kontur einer in einem Walzengerüst angeordneten WalzeInfo
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Abstract
Eine Konturmeßeinrichtung (16) zur Messung der Kontur einer an einem Walzengerüst (1) angeordneten Walze (2) mit einer Anzahl von Meßköpfen (18), von denen jeder entlang einer annähernd parallel zur Walzenachse (12) ausgerichteten Längsachse (24) verfahrbar ist, soll eine besonders hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Kontur der Walze (2) ermöglichen. Dazu ist erfindungsgemäß der oder jeder Meßkopf (18) zur berührungslosen Einhaltung eines vorgebbaren Abstands zur Oberfläche (14) der Walze (2) ausgelegt. Die berührungslose Einhaltung des vorgebbaren Abstands zur Oberfläche (14) der Walze (2) ist dabei vorzugsweise durch die Erzeugung eines Luftkissens zwischen einem in einem Gehäuse (34) des Meßfühlers (18) verschiebbar angeordneten Fühlerfinger (30) und der Oberfläche (14) der Walze (2) bewirkt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Konturmeßeinrichtung zur Messung der Kontur
einer in einem Walzengerüst angeordneten Walze mit einer Anzahl von Meßköp
fen, von denen jeder entlang einer annähernd parallel zur Walzenachse ausge
richteten Längsachse verfahrbar ist.
Zum Walzen eines Walzguts, beispielsweise in einer Walzstraße, kann ein Wal
zengerüst oder eine Walzanlage mit einer Anzahl von Arbeits- und bedarfsweise
Stützwalzen zum Einsatz kommen. Das Walzengerüst oder die Walzanlage kann
dabei insbesondere zum Walzen von sogenannten Kalt- oder Warmflachproduk
ten, beispielsweise Metallbändern, vorgesehen sein. Prozeßbedingt sind die Wal
zen beim Betrieb einer derartigen Walzanlage in ihren Oberflächenbereichen ei
nem vergleichsweise starken Verschleiß ausgesetzt. Besonders im Bereich der
Kanten des Walzguts können dabei in der Walzenoberfläche lokale Vertiefungen,
nämlich sogenannte Verschleißmarken, auftreten.
Die Qualität des Walzprodukts hängt allerdings in besonderem Maße von der
Geometrie der Walzen, beispielsweise von ihrer Planheit, ab. Im Idealfall sollten
die Walzen, auf ihren Umfang bezogen, absolut rund und frei von Exzentrizität
sein. Abweichungen davon und insbesondere eine auftretende Exzentrizität der
Walzen können durch den Walzprozeß nämlich auf das Produkt übertragen werden
und somit unmittelbar zu Qualitätseinbußen beim Walzprodukt führen. Dar
über hinaus kann auch das Profil einer Walze parallel zur Walzenachse, die soge
nannte Balligkeit, Einfluß auf die Planheit und das Profil des Walzgutes haben, so
daß sich auch eine Konturänderung der Walze infolge von Verschleiß in uner
wünschter und nachteiliger Weise auf die Qualität des Walzprodukts auswirkt.
Für eine besonders günstige Prozeßführung im Hinblick auf besonders hohe Qua
litätsanforderungen hinsichtlich des Walzprodukts können in einer Walzstraße
oder in einem Walzgerüst daher Steuerungs- und/oder Regelungssysteme zum
Einsatz kommen, über die Abweichungen einer oder mehrerer Walzen von der
gewünschten Kontur oder vom gewünschten Profil kompensierbar sind. Zudem
kann zum Ausgleich der unerwünschten Verschleißeffekte auf die Walzengeome
trie in zyklischen Abständen in der Art einer Wartung eine Ausbesserung der Wal
zen, beispielsweise durch Nachschleifen, oder auch ein Austausch verschlissener
Walzen vorgesehen sein. In beiden Fällen, nämlich für eine ordnungsgemäße Be
rücksichtigung des Walzenprofils in der Prozeßsteuerung und auch für eine be
darfsgerechte und somit kostengünstige Wartung der Walzen, ist eine möglichst
zeitnahe und exakte Kenntnis über die Kontur der jeweiligen Walzen, also insbe
sondere über deren Balligkeit, von besonderer Bedeutung.
Zur Bereitstellung entsprechender Meßdaten ist aus der EP 0 779 113 A1 eine
Walzenkontur-Meßeinrichtung bekannt, die mit einer Anzahl von Abstandssenso
ren oder Meßköpfen zur ortsaufgelösten Messung ihres Abstands zur Oberfläche
einer zu überwachenden Walze ausgerüstet ist. Die Meßköpfe sind dabei an ei
nem gemeinsamen, parallel zur Walzenachse ausgerichteten Träger angeordnet
und jeweils parallel zur Walzenachse verfahrbar. Zur Ermittlung der Kontur der
Walze wird bei dieser Meßeinrichtung die Walzenoberfläche durch Verschiebung
des Trägers parallel zur Längsachse der Walze in ihrem Profil abgetastet. Diese
Meßeinrichtung ist jedoch hinsichtlich ihrer Meßgenauigkeit nur eingeschränkt und
somit insbesondere für einen Einsatz in einem Warmwalzwerk mit vergleichsweise
hoher Toleranz gegenüber geringsten Konturabweichungen der Walzen ausge
legt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konturmeßeinrichtung der oben
genannten Art anzugeben, mit der eine besonders hohe Genauigkeit bei der Be
stimmung der Kontur einer Walze erreichbar ist, und die somit auch für einen Ein
satz in einem Kaltwalzgerüst besonders geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der oder jeder Meßkopf zur
berührungslosen Einhaltung eines vorgebbaren Abstands zur Oberfläche der Wal
ze ausgelegt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß eine Bestimmung der Kontur ei
ner Walze mit besonders hoher Genauigkeit durch eine systematische Vermei
dung oder Verringerung von wesentlichen Fehlerquellen erreichbar ist. Als eine
wesentliche Fehlerquelle bei der Bestimmung der Kontur wurde dabei gerade bei
langer Betriebsdauer der Walzanlage die Führung der Abstandssensoren in di
rektem mechanischen Kontakt zur Walzenoberfläche erkannt. Dabei kann sich
nämlich infolge von Ablagerungen oder Abrieb eine andauernde Veränderung der
jeweiligen Meßköpfe einstellen, die aus sich heraus nicht erkennbar und somit
nicht kompensierbar ist. Zur Vermeidung der dadurch gegebenen Fehlerquelle ist
eine berührungslos geführte Abtastung vorgesehen. Diese weist eine besondere
Präzision auf, indem jeder Meßkopf zur Einhaltung eines vorgebbaren Abstands
zur Oberfläche ausgelegt ist, wobei zur Ermittlung der Kontur ortsaufgelöst eine
relative Verschiebung des Meßkopfs zu seinem Träger mit hoher Genauigkeit er
faßt werden kann.
Die Ermittlung der Kontur der Walze kann über lediglich einen einzigen Meßkopf
erfolgen, der über die gesamte Länge der Walze an ihrer Oberfläche entlang im
wesentlichen parallel zur Walzenachse geführt wird. Für eine besonders kurze
Meßzeit bei der Ermittlung der Kontur sind jedoch vorteilhafterweise eine Mehrzahl
von Meßköpfen vorgesehen, wobei von jedem Meßkopf lediglich ein Teil des Pro
fils der Walze - gesehen in deren Längsrichtung - abgetastet wird.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung ist die Einhaltung des vorgebbaren Ab
stands des oder jedes Meßkopfes zur Walzenoberfläche über die Erzeugung ei
nes Luftkissens zwischen Meßkopf und Walzenoberfläche vorgesehen. Dazu um
faßt der oder jeder Meßkopf zweckmäßigerweise jeweils einen in einem Gehäuse
in einer Längsrichtung verschiebbar angeordneten Fühlerfinger, der an seinem
Außenende zur Erzeugung des Luftkissens einen Gasauslaß aufweist. Sobald
sich dieser in unmittelbarer Nähe einer ausgedehnten Oberfläche, beispielsweise
der Walzenoberfläche, befindet, kann durch Einstellung des dem Gasauslaß zu
geführten Gasstroms, insbesondere hinsichtlich Volumenstrom und Betriebsdruck,
der vorgebbare Abstand eingestellt werden.
Zur Erfassung der Relativbewegung des jeweiligen Fühlerfingers bezogen auf das
Gehäuse oder auf den Träger des jeweiligen Meßkopfs ist dieser in weiterer vor
teilhafter Ausgestaltung jeweils mit einer Spulenanordnung versehen. Dabei kann
eine erste Wicklungsanordnung fest mit dem Gehäuse und eine zweite Wick
lungsanordnung oder alternativ ein sogenannter Spulenkern fest mit dem Fühler
finger verbunden sein. Die Wicklungsanordnungen können dann im selben Raum
bereich konzentrisch zueinander angeordnet sein. Bei einer Beaufschlagung einer
der Wicklungsanordnungen mit einem Meßstrom hängt das in der jeweils anderen
Wicklungsanordnung induzierte Signal mit besonderer Empfindlichkeit von der
relativen Lage der Wicklungsanordnungen zueinander, gesehen in einer Längs
richtung, ab.
Eine Einschränkung der Genauigkeit bei der Ermittlung der Kontur der Walze
könnte durch eine infolge von Schwingungen oder thermischem Verzug sich verändernde
und nur unzureichend bekannte Position der Meßköpfe an sich gegeben
sein. Um dem entgegenzuwirken, ist vorteilhafterweise zusätzlich zur Ermittlung
des Abstands des jeweiligen Meßkopfs zur Walzenoberfläche in der Art eines
zweiten Schrittes die Ermittlung der Position jedes Abstandssensors relativ zu ei
nem Fixpunkt des Walzengerüsts vorgesehen. Dazu weist die Konturmeßeinrich
tung vorteilhafterweise ein Meßsystem zur Ermittlung der Position jedes Meßkopfs
relativ zu einem Fixpunkt des Walzengerüsts auf. Als wesentliche Komponente
des Meßsystems kann dabei insbesondere jeweils ein Richtungslaser pro Meß
kopf vorgesehen sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der oder jeder Meßkopf über ein Haltee
lement an einem in der Art eines Längsschlittens entlang der Längsachse verfahr
baren Meßkopfträger befestigt. Um dabei eine Einschränkung der Meßgenauigkeit
in der Positionsbestimmung des Längsschlittens entlang der Längsachse infolge
von Verunreinigungen zu vermeiden, ist die Längsführung für den Meßkopfträger
vorteilhafterweise gegen Verunreinigungen durch Wasser, Zunder, Fett und/oder
Öl geschützt ausgebildet. Dazu kann der Meßkopfträger über einen Faltenbalg, in
dem ein Führungsrohr für den Längsschlitten gegenüber der Umgebung gekapselt
geführt ist, mit einem Tragrahmen verbunden sein. Um dabei für eine lange Le
bensdauer des Faltenbalgs an sich diesen von störenden Beeinträchtigungen
weitgehend freizuhalten, kann er seinerseits vorteilhafterweise von einem Satz
aus teleskopartig gegeneinander verschiebbaren Schutzrohren umgeben sein.
Eine derartig doppelt ausgebildete Dichtung für die Längsführung des Meßkopf
trägers ermöglicht bei hoher Meßgenauigkeit eine besonders lange Betriebsdauer
der Konturmeßeinrichtung.
Um einerseits eine zuverlässige Ermittlung der Walzenkontur zu ermöglichen, an
dererseits aber eine Behinderung des Walzprozesses durch störende Einbauten
sicher zu verhindern, sind in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung das jeweilige
Halteelement und/oder der jeweilige Meßkopfträger aus einer Park- in eine Arbeitsposition
verfahrbar oder schwenkbar. Die Parkposition kann dabei derart ge
wählt sein, daß die Komponenten der Konturmeßeinrichtung während des Be
triebs der Walzanlage vollständig aus den möglicherweise störenden Raumberei
chen entfernt sind. In der Arbeitsposition hingegen sind die Meßköpfe zur Erfas
sung der Kontur in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Walzenoberfläche angeord
net.
Vorteilhafterweise ist das jeweilige Halteelement in seiner Arbeitsposition arretier
bar. Bei arretiertem Halteelement, also insbesondere bei der Ermittlung der Kontur
der Walze, führt somit eine Positionsänderung des Fühlerfingers unmittelbar und
unverfälscht zu einer Relativbewegung zum Gehäuse des Meßkopfs.
Das Halteelement ist zweckmäßigerweise in der Art eines Querstößels als sich
entlang einer Hauptachse erstreckender oder ausgedehnter Haltearm ausgebildet.
Der Haltearm ist vorteilhafterweise zur Führung in einem Paar von Exzenterbuch
sen gelagert, so daß eine motorische Anstellung der Orientierung des Meßkopfs
zur Mittelachse der Walze ermöglicht ist.
Eine besonders hohe Präzision bei der Konturermittlung ist erreichbar, indem je
der Meßkopf jeweils in besonders genauem Maße auf die Haupt- oder Mittelachse
der zu überprüfenden Walze hin ausgerichtet ist. Dazu ist zweckmäßigerweise
jedem Meßkopf jeweils ein Orientierungsfühler zugeordnet. Um dabei in der Art
einer selbststabilisierenden Justierung im wesentlichen ohne andauernde äußere
Regeleingriffe eine zuverlässige Ausrichtung auf die Haupt- oder Mittelachse der
zu überprüfenden Walze hin zu gewährleisten, weist der Orientierungsfühler
zweckmäßigerweise zwei symmetrisch um den Meßkopf herum angeordnete
Luftaustrittsdüsen auf.
Die Luftaustrittsdüsen sind dabei mit Druckluft beaufschlagbar, so daß sie bei .
gleichmäßiger Beaufschlagung mit Druckluft selbsttätig eine annähernd mittige
Ausrichtung des Meßkopfes bewirken.
Um dabei bei Notwendigkeit, beispielsweise infolge unterschiedlicher Strömungs
wege oder bei teilweiser Verstopfung oder Verschmutzung der Druckluftkanäle,
einen Korrektureingriff zu ermöglichen, ist der Orientierungsfühler in weiterer
zweckmäßiger Ausgestaltung mit zugeordneten Mitteln zum Ermitteln des Stau
drucks an den Luftaustrittsdüsen versehen. Dabei kann dann überprüft werden, ob
an beiden Luftaustrittsdüsen im wesentlichen der gleiche Staudruck vorliegt, so
daß auf annähernd mittige Ausrichtung des Meßkopfs geschlossen werden kann.
Zudem ist bei einer derartigen Ausgestaltung in der Art eines aktiven Eingriffs für
beide Luftaustrittsdüsen ein annähernd gleicher Staudruck einstellbar, so daß eine
zentrierte Ausrichtung des Meßkopfs zuverlässig ermöglicht ist.
Die Ermittlung des Staudrucks erfolgt dabei in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung
unter Verwendung von Ultraschall-Sensoren.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch
die berührungslos arbeitende Konturmeßeinrichtung eine besonders hohe Ge
nauigkeit bei der Bestimmung der Kontur der Walze auch bei vergleichsweise lan
gen Betriebszeiträumen erreichbar ist. Weiterhin ist durch die Ausgestaltung des
oder jedes Meßkopfs zur Einhaltung des vorgebbaren Abstands zur Oberfläche
der Walze mit vergleichsweise einfachen Mitteln der eigentliche Meßvorgang in
einen Bereich im Inneren des Meßkopfs selber, nämlich auf die Ermittlung einer
Relativbewegung zwischen einer entlang der Kontur der Walze geführten Kompo
nente und einer ortsfesten Komponente, verlagert. Durch eine derartige Verlage
rung sind vergleichsweise hochgenau arbeitende Meßinstrumente einsetzbar, oh
ne daß diese dem vergleichsweise widrigen Umfeld einer Walzanlage ausgesetzt
sein müßten. Im Gegensatz dazu kann der der Walze ausgesetzte Teil des Meßkopfs,
nämlich der der Kontur der Walze nachzuführende, auf gleichem Abstand .
zu dieser zu haltende Fühlerfinger, vergleichsweise robust und unempfindlich
ausgeführt sein, so daß die Konturmeßeinrichtung insgesamt bei einfacher Aus
führung eine besonders hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläu
tert. Darin zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Walzengerüstes im Längsschnitt mit einer
Konturmeßeinrichtung,
Fig. 2 im Detail einen Meßkopf der Konturmeßeinrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen weiteren Längsschnitt des Walzengerüstes gemäß Fig. 1,
und
Fig. 4 einen Meßkopf der Konturmeßeinrichtung gemäß Fig. 1 in Seiten
ansicht.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Walzengerüst 1 gemäß Fig. 1 umfaßt eine Anzahl von Arbeits- und Stütz
walzen, von denen in Fig. 1 lediglich eine Walze 2 gezeigt ist. Die Walze 2 ist mit
ihren Enden 4, 6 jeweils in nicht näher dargestellten Einbaustücken in Walzen
ständern 8, 10 um ihre als Walzenachse 12 bezeichnete Haupt- oder Mittelachse
drehbar gelagert.
Beim Einsatz der Walze 2, insbesondere bei länger anhaltender Betriebsdauer,
kann es an ihrer Oberfläche 14 zu Verschleißerscheinungen, beispielsweise durch
Materialabtrag, kommen. Infolge derartiger Verschleißerscheinungen kann sich
das Oberflächenprofil der Walze 2 derart ändern, daß die Qualität des Walzprodukts
darunter leidet. Um dies sicher auszuschließen, ist eine Nachführung der
Betriebsparameter der Walze 2 zur Kompensation derartiger Verschleißeffekte
über eine nicht näher dargestellte Regeleinrichtung oder auch ein bedarfsweiser
Austausch der Walze 2 zum Zweck der Nachbesserung vorgesehen. Um die für
derartige Eingriffe erforderlichen Meßparameter bereitzustellen, ist das Walzenge
rüst 1 mit einer Konturmeßeinrichtung 16 zur Messung der Kontur der Walze 2
ausgerüstet.
Die Konturmeßeinrichtung 16 ist im Walzengerüst 1 oberhalb der Walze 2 ange
ordnet und umfaßt eine Anzahl von Meßköpfen 18. Der Meßkopf 18 ist über ein in
der Art eines Querstößels in seiner Längsrichtung ausgedehntes Halteelement 20
an einem Meßkopfträger 22 befestigt. Das Halteelement hat dabei im wesentli
chen die Form und die Funktion eines Haltearms. Der Meßkopfträger 22 ist dabei
in der Art eines Längsschlittens an einer annähernd parallel zur Walzenachse 12
ausgerichteten Längsachse 24 verfahrbar angeordnet.
Zur Ermittlung der Kontur der Walze 2 ist vorgesehen, den Meßkopfträger 22 der
art entlang der Längsachse 24 zu verfahren, daß der gesamte Längsbereich der
Kontur der Walze 2 von zumindest einem Meßkopf 18 überstrichen wird. Dabei
werden Meßwerte generiert, über deren Auswertung die Kontur der Walze 2 er
mittelbar ist. Die Konturmeßeinrichtung 16 könnte dabei mit lediglich einem Meß
kopf 18 ausgerüstet sein, der zur Ermittlung der Kontur der Walze 2 über deren
gesamte Länge 2 verfahren wird. Für eine Verkürzung der erforderlichen Meßzeit
ist jedoch eine Mehrzahl von Meßköpfen 18 beabstandet zueinander am Meß
kopfträger 22 angeordnet, wobei bei der Ermittlung der Kontur der Walze 2 jeder
Meßkopf 18 lediglich ein Teilstück des Längsprofils der Walze 2 überstreicht. Die
Teilstücke sind dabei derart bemessen, daß sie zusammengesetzt den gesamten
Längsbereich der Walze 2 überdecken. Im Ausführungsbeispiel sind dazu zwei
Meßköpfe 18 vorgesehen.
Um eine besonders hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Kontur der Walze 2 .
bei gleichzeitiger besonders langer Lebensdauer der Konturmeßeinrichtung 16 zu
ermöglichen, ist jeder Meßkopf 18 zur berührungslosen Einhaltung eines vorgeb
baren Abstands zur Oberfläche 14 der Walze 2 während der Ermittlung ihrer
Kontur ausgelegt. Dazu umfaßt, wie dies in Fig. 2 im Detail gezeigt ist, der am
Halteelement 20 angeordnete Meßkopf 18 einen in einer Längsrichtung, also auf
die Oberfläche 14 der Walze 2 zu oder von dieser weg, verschiebbar angeordne
ten Fühlerfinger 30. Der Fühlerfinger 30 ist dabei über eine Anzahl von Gleitdich
tungen 32 verschiebbar in einem Gehäuse 34 angeordnet.
Zur Einhaltung eines vorgebbaren Abstands zwischen dem der Oberfläche 14 der
Walze 2 zugewandten Ende 36 des Fühlerfingers 30 und der Oberfläche 14 ist die
Erzeugung eines kontrollierbaren Luftkissens vorgesehen.
Zur Erzeugung dieses Luftkissens weist der Fühlerfinger 30 an seinem Außenen
de 36 einen Gasauslaß 38 auf. Der Gasauslaß 38 ist über ein Leitungssystem 40,
in dem eine Anzahl von Schlauchstücken 42 als Zu- und Ableitungen geeignet
zusammengeschaltet sind, mit einer nicht näher dargestellten Gasversorgung ver
bunden.
Über das Leitungssystem 40 steht ein an seinem Zuführstutzen 44 anliegender
Arbeitsdruck mit einer innerhalb des Gehäuses 34 angeordneten Referenzkammer
50 in Verbindung. Diese ist an einer ihrer Seiten durch eine im Gehäuse 34 ver
schiebbar angeordnete, mit dem Fühlerfinger 30 fest verbundene Grenzplatte 52
abgeschlossen. An ihrer von der Referenzkammer 50 abgewandten Seite be
grenzt die Grenzplatte 52 eine Kontrollkammer 54. Die Kontrollkammer 54 wieder
um ist über eines der Schlauchstücke 42 mit einem innerhalb des Gasauslasses
38 des Fühlerfingers 30 angeordneten Fühlerröhrchen 56 verbunden.
Der Gasauslaß 38, das Fühlerröhrchen 56, die Referenzkammer 50 und die Kon
trollkammer 54 sind dabei, insbesondere im Hinblick auf die Dimensionierung der
sonstigen Bauteile wie beispielsweise des Leitungssystems 40, derart dimensio
niert, daß sich bei einem vorgebbaren Abstand des Gasauslasses 36 zur ihm zu
gewandten Oberfläche 14 die Druckverhältnisse derart einstellen, daß der vom
Fühlerröhrchen 56 erfaßte und an die Kontrollkammer 54 weitergegebene Stau
druck dem Druck in der Referenzkammer 50 gerade gleicht. In diesem Zustand
verbleibt somit der Fühlerfinger 30 relativ zum Gehäuse 34 ortsfest. Falls aller
dings der Abstand des Gasauslasses 36 von der Oberfläche 14 von dieser
Gleichgewichtslage abweicht, resultiert ein Ungleichgewicht im Druck oder ein
Druckgefälle zwischen der Referenzkammer 50 und der Kontrollkammer 54. Die
ses Ungleichgewicht im Druck bewirkt eine Verschiebung der Grenzplatte 52 und
somit auch des damit verbundenen Fühlerfingers 30. Dadurch verschiebt sich
auch der Gasauslaß 36 in seiner Lage relativ zur Oberfläche 14. Bei geeigneter
Einstellung der Druckverhältnisse erfolgt diese Verschiebung derart, daß sich der
ursprünglich vorgegebene Abstand oder Gleichgewichtsabstand zwischen dem
Gasauslaß 36 und der Oberfläche 14 wieder einstellt. Der derartig aufgebaute
Meßkopf 18 hält somit selbsttätig und berührungslos den vorgegebenen Abstand
zur Oberfläche 14 ein.
Somit schlägt sich die Kontur der Walze 2 bei deren Abtastung in einer ortsabhän
gigen Relativbewegung des Fühlerfingers 30 relativ zum Gehäuse 34 nieder. Die
se Relativbewegung kann mit hoher Präzision ausgewertet werden, wobei die da
zu erforderlichen Komponenten innerhalb des Gehäuses 34 angeordnet und somit
gekapselt sind. Zur Ermittlung der Relativbewegung zwischen dem Fühlerfinger 30
und dem Gehäuse 34 weist der Fühlerfinger 30 an seinem im Gehäuse 34 befind
lichen Ende 60 einen Spulenkern 62 auf, der von einer im Gehäuse 34 ortsfest
angeordneten Spulenanordnung 64 umgeben ist. Eine Verschiebung der Position
des Fühlerfingers 30 relativ zum Gehäuse 34 resultiert dabei in einer Veränderung
der Positionierung des Spulenkerns 62 innerhalb der Spulenanordnung 64. Diese
Positionsänderung ist induktiv und somit elektromagnetisch ermittelbar. Bei geeig
neter Bestromung der Spulenanordnung 64 ist somit eine Positionsänderung des
Fühlerfingers 30 zum Gehäuse 34 direkt in ein analoges Meßsignal umsetzbar.
Für eine besondere Genauigkeit bei der Ermittlung der Kontur der Walze 2 ist die
Konturmeßeinrichtung 16 weiterhin, wie ebenfalls in Fig. 1 ersichtlich, mit einem
Meßsystem 70 zur Ermittlung der Position jedes Meßkopfs 18 relativ zu einem
Fixpunkt des Walzengerüsts 1 versehen. Damit ist sichergestellt, daß einerseits
die Kontur der Walze 2 relativ zur Längsachse 24 der Konturmeßeinrichtung 16
besonders genau ermittelbar ist. Andererseits ist aber auch die relative Lage der
Längsachse 24 und somit jedes Meßkopfs 18 bezogen auf einen Fixpunkt im Wal
zengerüst 1 an sich jederzeit feststellbar. Aus einer Kombination der daraus ge
wonnenen Meßwerte kann somit sowohl eine über die Kontur der Walze 2 als
auch über deren exakte räumliche Anordnung oder Ausrichtung gefunden werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Meßsystem 70 als optisches Sy
stem ausgebildet. Dazu umfaßt das Meßsystem 70 für jeden Meßkopf 18 jeweils
einen Richtungslaser 72. Der Richtungslaser 72, der ortsfest im Walzengerüst 1
angeordnet ist, sendet dabei einen Laserstrahl in definierter, insbesondere hori
zontaler, Richtung aus. Dieser wird von einem fest mit dem Meßkopf 18 verbun
denen Detektorelement 74 empfangen und ausgewertet. Insbesondere gibt dabei
die Intensität des empfangenen Laserstrahls Auskunft über die vertikale Positio
nierung des Meßkopfs 18.
Weiterhin ist im Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 3 dargestellt, das Halteelement
20 jedes Meßkopfs 18 im als Längsstutzen ausgestalteten Meßkopfträger 22 je
weils in zwei Exzenterbuchsen 80 gelagert. Durch diese ist jeweils ein Trägerholm
82 geführt, von denen einer mit der Längsachse 24 übereinstimmt. Die Träger
holme 82 sind endseitig in rotierbaren Arbeitsplatten 84 gelagert. Die Arbeitsplat
ten 84 sind dabei um eine nicht näher dargestellte Schwenkachse schwenkbar
gelagert, so daß über ein Verschwenken der Arbeitsplatten 84 die Meßköpfe 18
von einer Park- in eine Arbeitsposition schwenkbar sind. Die Arbeitsposition ist
dabei diejenige Position, bei der die Meßköpfe 18 der Oberfläche 14 der Walze 2
zugewandt sind. In dieser Position sind die Halteelemente 20 und mit diesen auch
die Meßköpfe 18 arretierbar. In der Parkposition sind die Meßköpfe 18 hingegen
räumlich von der Oberfläche 14 der Walze 2 entfernt, so daß sie in dieser Position
den eigentlichen Walzprozeß nicht störend beeinflussen.
Die Trägerholme 82 sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zur Sicherstellung
einer besonders hohen Meßgenauigkeit auch bei langer Betriebsdauer gegenüber
der Umgebung doppelt gedichtet ausgeführt. Dazu ist jeder Trägerholm 82 jeweils
in einem Faltenbalg 85 geführt, über den der Meßkopfträger 22 jeweils mit den
entsprechenden Arbeitsplatten 84 verbunden ist. Jeder Faltenbalg 85 dichtet dabei
den von ihm jeweils umschlossenen Trägerholm 82 gemeinsam mit dem Meß
kopfträger 22 gegenüber der Umgebung vollständig ab, so daß eine Verschmut
zung des Trägerholms 82 durch Wasser, Öle, Fette oder sonstige Stoffe selbst in
der vergleichsweise widrigen Umgebung eines Walzwerks ausgeschlossen ist.
Zum Schutz der Faltenbälge 85 und somit für eine noch verbesserte Lebensdauer
sind diese ihrerseits jeweils innerhalb einer sie umschließenden Rohranordnung
86 geführt. Jede Rohranordnung 86 umfaßt dabei jeweils ein erstes Rohrstück 87
und ein zweites Rohrstück 88, die in der Art einer teleskopartigen Anordnung teil
weise überlappend und koaxial gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.
Durch die Rohranordnungen 86 sind die Faltenbälge 85 insbesondere auch vor
mechanischen Beschädigungen geschützt, die ihrerseits zu Undichtigkeiten führen
könnten.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Meßköpfe 18 zudem in ihrer Aus
richtung auf die Oberfläche 14 der Walze 2 hin justierbar. Dazu sind die zur Lage
rung der Halteelemente 20 vorgesehenen Exzenterbuchsen 80 über eine im Meßkopfträger
22 angeordnete, in der Figur durch eine Anzahl von Komponenten
schematisch dargestellte mechanische Anordnung in sich verdrehbar. Ein Verdre
hen einer Exzenterbuchse 80 bezüglich des durch sie geführten Trägerholms 82
bewirkt dabei, daß sich an dieser Stelle die relative Lage des Halteelements 20
zum Trägerholm 82 entsprechend ändert. Durch eine geeignet abgestimmte Dre
hung der Exzenterbuchsen 80 eines Halteelements 20 ist somit in der Art einer
Verkippung die Orientierung des Halteelements 20 bezüglich der Trägerholme 82
einstellbar. Darüber ist gleichermaßen die Orientierung des Meßkopfs 18 bezogen
auf die Walzenachse 12 veränderbar. Durch eine derartige Anordnung ist somit
sichergestellt, daß der Meßkopf 18 in geeigneter Weise auf die Walzenachse 12
hin orientiert werden kann, so daß die Messung der Kontur der Walze 2 nicht
durch eine falsche Orientierung des Meßkopfs 18 verfälscht ist.
Zur Unterstützung der Justierung oder mittigen Ausrichtung des jeweiligen Meß
kopfs 18 ist jedem Meßkopf 18 ein Orientierungsfühler 90 zugeordnet, wie er in
Fig. 4 in Seitenansicht des am Halterelement 20 angeordneten Meßkopfs 18 er
kennbar ist. Der Orientierungsfühler 90 umfaßt dabei zwei symmetrisch um den
Meßkopf 18 herum angeordnete Positionsarme 92. In jedem Positionsarm 92 ist
ein mit einer gemeinsamen Luftversorgung verbundener Luftkanal geführt, der
jeweils in einer am Ende des Positionsarms 92 angeordneten Luftaustrittsdüse 94
mündet. Die Luftaustrittsdüsen 94 sind dabei über den Luftkanal mit Druckluft be
aufschlagbar.
Dem Orientierungsfühler 90 liegt dabei das Konzept zugrunde, daß bei mittiger
Ausrichtung des Meßkopfs 18, also bei dessen Ausrichtung auf die Walzenachse
12 hin, bei symmetrischer Anordnung der Positionsarme 92 bei gleichartiger Zu
führung von Druckluft gleichartige Druckverhältnisse im Bereich der Luftaustritts
düsen 94 vorliegen sollten. Um dies zu überprüfen, ist jeder Luftaustrittsdüse 94
jeweils als Mittel zum Ermitteln des dort vorliegenden Staudrucks ein Ultraschall-
Sensor 96 zugeordnet. Beim Betrieb des Meßkopfs 18 wird dabei überprüft, ob die
Ultraschall-Sensoren 96 jeweils den gleichen Staudruck an der ihnen zugeordne
ten Luftaustrittsdüse 94 ermitteln. Falls dies der Fall ist, kann von einer ordnungs
gemäßen, mittigen Ausrichtung des Meßkopfs 18 ausgegangen werden. Weichen
dagegen die ermittelten Staudrücke voneinander ab, so kann in der Art eines
selbstjustierenden Systems die Orientierung des Meßkopfs 18 über eine entspre
chende Veränderung in den Exzenterbuchsen 80 so lange nachgeführt werden,
bis sich gleiche Staudrücke an den Luftaustrittsdüsen 94 einstellen.
1
Walzengerüst
2
Walze
4
,
6
Enden
8
,
10
Walzenständer
12
Walzenachse
14
Oberfläche
16
Konturmeßeinrichtung
18
Meßkopf
20
Halteelement
22
Meßkopfträger
24
Längsachse
30
Fühlerfinger
32
Gleitdichtung
34
Gehäuse
36
(Außen-)Ende
38
Gasauslaß
40
Leitungssystem
42
Schlauchstück
44
Zuführstutzen
50
Referenzkammer
52
Grenzplatte
54
Kontrollkammer
56
Fühlerröhrchen
62
Spulenkern
64
Spulenanordnung
70
Meßsystem
72
Richtungslaser
74
Detektorelement
80
Exzenterbuchse
82
Trägerholm
84
Arbeitsplatten
90
Orientierungsfühler
92
Positionsarm
94
Luftaustrittsdüse
96
Ultraschall-Sensor
Claims (12)
1. Konturmeßeinrichtung (16) zur Messung der Kontur einer in einem Walzen
gerüst (1) angeordneten Walze (2) mit einer Anzahl von Meßköpfen (18),
von denen jeder entlang einer annähernd parallel zur Walzenachse (12)
ausgerichteten Längsachse (24) verfahrbar ist, wobei der oder jeder Meß
kopf (18) zur berührungslosen Einhaltung eines vorgebbaren Abstands zur
Oberfläche (14) der Walze (2) ausgelegt ist.
2. Konturmeßeinrichtung (16) nach Anspruch 1, bei der zumindest zwei Meß
köpfe (18) vorgesehen sind.
3. Konturmeßeinrichtung (16) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der oder jeder
Meßkopf (18) jeweils einen in einem Gehäuse (34) in einer Längsrichtung
verschiebbar angeordneten Fühlerfinger (30) umfaßt, der an seinem Auße
nende (36) zur Erzeugung eines Luftkissens einen Gasauslaß (38) auf
weist.
4. Konturmeßeinrichtung (16) nach Anspruch 3, deren Meßköpfe (18) jeweils
mit einer Spulenanordnung (64) zur Erfassung einer Relativbewegung des
jeweiligen Fühlerfingers (30) bezogen auf das Gehäuse (34) versehen sind.
5. Konturmeßeinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ein Meß
system (70) zur Ermittlung der Position jedes Meßkopfs (18) relativ zu ei
nem Fixpunkt des Walzengerüsts (1) aufweist.
6. Konturmeßeinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der
oder jeder Meßkopf (18) über ein Halteelement (20) an einem entlang der
Längsachse (24) verfahrbaren Meßkopfträger (22) befestigt ist.
7. Konturmeßeinrichtung (16) nach Anspruch 6, bei der das jeweilige Haltee
lement (20) und/oder der jeweilige Meßkopfträger (22) aus einer Park- in
eine Arbeitsposition verfahrbar oder schwenkbar sind.
8. Konturmeßeinrichtung (16) nach Anspruch 7, bei der das jeweilige Haltee
lement (20) in der Arbeitsposition arretierbar ist.
9. Konturmeßeinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der das
Halteelement (20) jedes Meßkopfes (18) jeweils als entlang einer
Hauptachse ausgedehnter Haltearm ausgebildet ist, der zur Führung in ei
nem Paar von Exzenterbuchsen (80) gelagert ist.
10. Konturmeßeinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der je
dem Meßkopf (18) jeweils ein Orientierungsfühler (90) zugeordnet ist.
11. Konturmeßeinrichtung (16) nach Anspruch 10, bei der der oder jeder Orien
tierungsfühler (90) jeweils zwei symmetrisch zum Meßkopf (18) angeord
nete, mit Druckluft beaufschlagbare Luftaustrittsdüsen (94) und zugeord
nete Mittel zum Ermitteln des Staudrucks an den Luftaustrittsdüsen (94)
aufweist.
12. Konturmeßeinrichtung (16) nach Anspruch 11, bei der die Mittel zum Er
mitteln des Staudrucks einen Ultraschall-Sensor (96) umfassen.
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