DE102010009213A1

DE102010009213A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Walzguts

Info

Publication number: DE102010009213A1
Application number: DE201010009213
Authority: DE
Inventors: Artur Allerdings
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-10-06
Also published as: WO2011104335A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit (v) eines Walzguts (1) oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk (2), wobei das in seiner Geschwindigkeit zu bestimmende Walzgut (1) oder Objekt von einem Sender (3, 3') mit einer elektromagnetischen Welle (4) bestrahlt wird, die vom Walzgut (1) oder Objekt reflektierte Welle (5) von einem Empfänger (6, 6') empfangen und aus dem Vergleich zwischen gesendeter (4) und empfangener (5) Welle die Geschwindigkeit (v) bestimmt wird. Um die Stabilität der Geschwindigkeitsmessung zu erhöhen, sieht die Erfindung vor, dass als Sendesignal eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz verwendet wird, die im nichtsichtbaren Bereich liegt. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit (v) eines Walzguts (1) oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Walzguts oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk, wobei das in seiner Geschwindigkeit zu bestimmende Walzgut oder Objekt von einem Sender mit einer elektromagnetischen Welle bestrahlt wird, die vom Walzgut oder Objekt reflektierte Welle von einem Empfänger empfangen und aus dem Vergleich zwischen gesendeter und empfangener Welle die Geschwindigkeit bestimmt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Walzguts oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk.
Insbesondere beim Walzen eines Bandes in einem Walzwerk ist es sehr wesentlich, die Geschwindigkeit des Walzguts, d. h. des Bandes, zu kennen. Die Geschwindigkeit des Bandes vor und hinter einem Walzgerüst ist unter anderem bereits beispielsweise aus dem Grunde interessant, weil aus der Geschwindigkeitszunahme des Bandes beim Walzen auf die Stichabnahme geschlossen werden kann, so dass gegebenenfalls durch die Geschwindigkeitsmessung vor und hinter dem Walzgerüst die Größe des Walzspalts dieses Gerüsts gesteuert werden kann.
Demgemäß sind vielfältige Maßnahmen bekannt geworden, um die Geschwindigkeit des Walzguts zu bestimmen.
Herkömmlich wird in Walzanlagen die Geschwindigkeitsmessung der Walzen, der Rollen und des Walzguts über die an den Walzen bzw. Rollen angeordneten Rotationsimpulsgebern durchgeführt. Die DE 27 06 949 A1 offenbart eine spezielle Rolle eines Schlingenhebers, die für eine genaue Geschwindigkeitsmessung des Bandes ausgebildet ist. Allerdings setzt dies eine Kontaktnahme des Bandes mit der Rolle voraus, d. h. ein berührendes Verfahren. Bei der Messung der Geschwindigkeit des Walzguts über die Rotationsgeber darf es zu keinem Durchrutschen zwischen dem Walzgut und dem Rotationsgeber kommen. Die Messung muss also für eine hinreichende Messgenauigkeit schlupffrei durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist – insbesondere bei sehr heißem oder eingeöltem Messgut – eine Geschwindigkeitsmessung, die berührungsfrei erfolgen kann.
Die DE 198 59 009 A1 stellt auf ein berührungsloses Geschwindigkeitsmessverfahren ab, bei dem ein Magnetfeld senkrecht zur Bewegungsrichtung des Messguts, das elektrisch leitend sein muss, ausgebildet wird; die Geschwindigkeit des Messguts wird dann aus der Größe des resultierenden Magnetfelds ermittelt.
In ähnlicher Weise, d. h. unter Nutzung magnetischer Eigenschaften wird gemäß der DE 1 954 821 A1 die Geschwindigkeit gemessen. Die Geschwindigkeit eines elektrisch leitenden Bandes wird hier dadurch ermittelt, dass die Bahn des Bandes durch einen Luftspalt eines beweglich gelagerten Magneten geführt wird. Die Geschwindigkeit wird dann gemessen, indem die auf den Magneten ausgeübte Kraft in Richtung der Geschwindigkeit gemessen wird.
In der DE 2 133 942 A1 wird das Band, dessen Geschwindigkeit gemessen werden soll, von zwei in Richtung der Geschwindigkeit aufeinander folgenden Sensoren abgetastet und hiermit der physikalischen Struktur des zu vermessenden Objekts entsprechende nichtdeterminierte Signale erfasst. Deren Vergleich lässt auf die Laufzeit zwischen den Messpunkten und so auf die Geschwindigkeit schließen.
Zur Längenmessung eines Stahlprodukts ist in der JP 2004 061273 A vorgesehen, dass ein Lasermessgerät zum Einsatz kommt, das die Geschwindigkeit mit dem Dopplereffekt misst. Eine solche Lösung ist auch in der JP 2001 033466 A beschrieben.
Die Laser-Geschwindigkeitsmessung ist eine Messung mit elektromagnetischen Wellen im sichtbaren Frequenzberiech (primär im Frequenzbereich zwischen 385 und 789 THz). Bei der Messung der Geschwindigkeit des Walzguts mit einem Laser-Geschwindigkeitsmessgerät darf es zu keiner Dunst- bzw. Nebelbildung bzw. zu einem Flüssigkeitstransfer zwischen dem Walzgut und dem Laser-Geschwindigkeitsmessgerät kommen. Die Messstrecke zwischen dem Laser-Messgerät und dem Walzgut muss also für den Laserstrahl im sichtbaren Frequenzbereich frei sein.
Weitere allgemeine Informationen zur Messung einer Geschwindigkeit mit diversen Techniken werden in der EP 1 307 718 B1 , in der DE 33 22 279 C2 , in der JP 04204057 A , in der JP 61223652 A , in der JP 2006 285447 A , in der JP 08238508 A und in der JP 57032824 A offenbart.
Soweit die Messung eines Walzprodukts oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk betroffen ist, ist die spezifische Belastung der Umgebung häufig problematisch. Beim Einsatz von Laserstrahlen zur Geschwindigkeitsmessung werden häufig durch starke Belastungen der Umgebungsluft Messfehler verursacht bzw. die Messung eventuell ganz unmöglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine korrespondierende Vorrichtung bereitzustellen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, auch bei den häufig anzutreffenden rauen, belasteten Umgebungsbedingungen in einem Walzwerk eine präzise berührungslose Geschwindigkeitsmessung zu erlauben. Demgemäß soll die Stabilität der Geschwindigkeitsmessung erhöht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass als Sendesignal eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz verwendet wird, die im nicht-sichtbaren Bereich liegt.
Vorzugsweise wird als Sendesignal eine elektromagnetische Welle in einem Frequenzbereich zwischen 0,3 GHz und 300 GHz (Mikrowellenstrahlung) oder in einem Frequenzbereich zwischen 2,5 10¹⁷ Hz und 6 10¹⁹ Hz (Röntgenstrahlung) verwendet.
Die Geschwindigkeitsbestimmung erfolgt dabei bevorzugt durch den Vergleich zwischen gesendeter und empfangener (reflektierter) Welle nach dem Doppler-Effekt, d. h. durch Signalfrequenzunterschiede zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal.
Möglich ist es grundsätzlich auch, dass die Geschwindigkeitsbestimmung durch Laufzeitmessung zwischen gesendeter und empfangener Welle erfolgt.
Das Walzgut ist dabei besonders bevorzugt ein metallisches Band, insbesondere ein Stahlband.
Eine Fortbildung sieht vor, dass mindestens zwei Sender und zwei Empfänger elektromagnetische Wellen aussenden bzw. reflektierte elektromagnetische Wellen empfangen, wobei die mindestens zwei Sender Wellen unterschiedlicher Frequenz senden. Möglich wäre es aber auch, dass die mehreren Sender Signale derselben Frequenz aussenden.
Der mindestens eine Sender kann die elektromagnetischen Wellen auch intermittierend als Impulse aussenden. Alternativ ist aber auch eine kontinuierliche Ausstrahlung des Signals möglich.
Aus dem Vergleich zwischen gesendeter und empfangener Welle kann neben der Geschwindigkeit auch auf einen weiteren Parameter des Walzguts oder des Objekts geschlossen werden; hierbei handelt es sich dann beispielsweise um die Oberflächenrauheit des Walzguts oder des Objekts.
Die Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Walzguts oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk, wobei die Vorrichtung mindestens einen Sender zur Aussendung einer elektromagnetischen Welle sowie mindestens einen Empfänger zum Empfangen einer vom Walzgut oder Objekt reflektierten Welle sowie Mittel umfasst, die geeignet sind, aus dem Vergleich zwischen gesendeter und empfangener Welle die Geschwindigkeit zu bestimmen, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Sender zur Aussendung einer elektromagnetischen Welle im nicht-sichtbaren Frequenzbereich ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der Sender zur Aussendung einer elektromagnetischen Welle in einem Frequenzbereich zwischen 0,3 GHz und 300 GHz oder in einem Frequenzbereich zwischen 2,5 10¹⁷ Hz und 6 10¹⁹ Hz ausgebildet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass der Sender und der Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Möglich ist aber auch eine separate Anordnung von Sender und Empfänger in jeweiligen Gehäusen.
Die Aussendung der elektromagnetischen Wellen kann mit einer konstanten Frequenz oder mit variablen Frequenzen erfolgen.
Die elektromagnetischen Wellen können auch unterschiedlich moduliert sein, z. B. in der Frequenz und/oder in der Amplitude.
Das vorgeschlagene Verfahren bezieht sich also auf die Verwendung elektromagnetischer Wellen zur Geschwindigkeitsmessung, wobei eine Wellenlänge im nichtsichtbaren Frequenzbereich vorgesehen ist, insbesondere im Mikrowellenbereich. Gemessen wird die Geschwindigkeit eines Walzguts, insbesondere eines Stahlbandes, aber auch eines anderen Objekts in einem Walzwerk. Ein derartiges Objekt kann eine Rolle oder Walze sein, die in dem Walzwerk zum Einsatz kommt. Es kann auch eine andere Einrichtung der Walzanlage sein, beispielsweise eines Bundtransportwagens.
Die vorgeschlagene Verfahrensweise bzw. Vorrichtung kann durch verschiedene Maßnahmen modifiziert bzw. erweitert werden.
Von Vorteil ist es, wenn neben der eigentlichen Geschwindigkeitsmessung auch weitere Messungen erfolgen können, bei denen das genannte Sendesignal bzw. das reflektierte Signal genutzt werden kann. Hierbei ist an weitere Parameter wie Rauigkeit der Oberfläche des Walzguts oder eines anderen Objekts oder dessen Breite gedacht.
Weiterhin ist es grundsätzlich auch denkbar, Veränderungen der Qualitäten des Walzguts (z. B. dessen Dicke und Planheit), Veränderungen in der mechanischen Eigenschaft des Walzguts (z. B. dessen Korngröße und Streckgrenze) und/oder Veränderungen der Oberfläche des Walzguts (z. B. die Rauigkeit und Sauberkeit der Bandoberfläche) mit dem genannten Verfahren zu ermitteln.
Weiterhin kann gegebenenfalls durch Nutzung des Verfahrens auch eine Aussage darüber getroffen werden, wie sich die Ausnutzung und die Standzeit einer Walzeinrichtung, z. B. die Standzeit einer Walze, verändert.
In vorteilhafter Weise kann mit dem Erfindungsvorschlag eine präzise Geschwindigkeitsmessung erfolgen, auch wenn aufgrund der Umgebungsbedingungen die walzwerksbedingten Störeinflüsse auf das Geschwindigkeitsmesssystem groß sind, beispielsweise durch Nebel, durch Dunst oder durch Flüssigkeiten wie Öl im Bereich der Messstrecke zwischen dem Sender, dem Empfänger, dem Walzgut, den Rollen bzw. den Walzen.
Der erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Frequenzbereich liegt generell im nicht-sichtbaren Bereich, wobei grundsätzlich alle Frequenzen tauglich sind, ausgenommen Laser-Frequenzbereiche, die zwischen 385 und 789 THz liegen und die erfindungsgemäß nicht vorgesehen sind.
Die bevorzugten Frequenzbereiche sind oben angegeben und betreffen den Mikrowellenbereich (0,3 GHz bis 300 GHz) und den Röntgenbereich (2,5 10¹⁷ Hz und 6 10¹⁹ Hz). Vorteilhaft bei der Wahl der Frequenz im Röntgenbereich ist, dass zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Konzepts teilweise auf Vorrichtungen zurückgegriffen werden kann, die bereits für die Dickenmessung von Walzgut genutzt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch ein Walzgerüst eines Walzwerks zum Walzen eines Stahlbandes, das mit einer Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit des Bandes hinter dem Walzgerüst ausgestattet ist.
Wird es möglich, die Geschwindigkeit des Walzguts genau zu messen, hat dies auch vorteilhaft Wirkungen bezüglich des gesamten Walzprozesses. Durch die Massenflussgleichung (Höhe × Breite × Geschwindigkeit des Walzguts ist an jeder Stelle des Walzwerks konstant) kann die Dickenregelung des Walzguts in einfacherer Weise erfolgen, wenn die genaue Geschwindigkeit bekannt ist.
In der Figur ist ein nur schematisch angedeutetes Walzwerk 2 zu sehen, in dem ein Walzgut 1 in Form eines Metallbands gewalzt wird. Hierzu wird es in bekannter Weise zwischen zwei Arbeitswalzen 8 und 9 hindurchgeführt und gewalzt. Die Arbeitswalzen 8, 9 werden von Stützwalzen 10 und 11 gestützt. Hinter dem Walzgerüst, das durch die Walzen 8, 9, 10 und 11 gebildet wird, tritt das Band 1 mit einer Geschwindigkeit v aus. Es gilt, die Geschwindigkeit v genau zu bestimmen.
Hierfür ist eine Vorrichtung vorhanden, die zunächst einen Sender 3 aufweist, der ausgelegt ist, ein Sendesignal in Form einer elektromagnetischen Welle zu emittieren, das im Ausführungsbeispiel in einem Frequenzbereich zwischen 0,3 GHz und 300 GHz liegt. Die vom Sender 3 ausgesendete elektromagnetische Welle ist mit 4 bezeichnet. Auf der Oberfläche des Bandes 1 kommt es zu einer zumindest teilweisen Reflexion der Welle; die reflektierte Welle ist mit 5 bezeichnet. Die reflektierte Welle 5 wird von einem Empfänger 6 detektiert.
In an sich bekannter Weise lässt sich aus den Winkelverhältnissen der Wellen 4, 5 wie in der Figur skizziert und aus gemessenen Signalfrequenzunterschieden bei sich beweglichem Band 1 aufgrund des Dopplereffekts auf die Bewegungsgeschwindigkeit v des Bandes schließen. Hierzu wird auf die eingangs genannten Dokumente verwiesen, die sich in gleicher Weise mit der Geschwindigkeitsmessung mittels des Dopplereffekts beziehen und hierzu Details offenbaren.
Wie für die Anlage mit dem Sender 3 und dem Empfänger 6 zu sehen ist, kann die Messvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse 7 untergebracht werden.
Weiterhin ist in der Figur eine zweite Vorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung unterhalb des Bandes 1 angeordnet. Hier ist gleichermaßen ein Sender 3' und ein Empfänger 6' vorgesehen, wobei hier illustriert ist, dass auch separate Gehäuse für Sender und Empfänger vorgesehen werden können.
Vorgesehen kann auch werden, dass Sender und Empfänger auf unterschiedlichen Seiten des zu vermessenden Walzguts 1 liegen, wie es für den Sender 3'' und den Empfänger 6'' in der Figur skizziert ist.
Bezugszeichenliste

1: Walzgut
2: Walzwerk
3: Sender
3': Sender
3'': Sender
4: elektromagnetische Welle
5: reflektierte Welle
6: Empfänger
6': Empfänger
6'': Empfänger
7: Gehäuse
8: Arbeitswalze
9: Arbeitswalze
10: Stützwalze
11: Stützwalze
v: Geschwindigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2706949 A1 [0004]
DE 19859009 A1 [0006]
DE 1954821 A1 [0007]
DE 2133942 A1 [0008]
JP 2004061273 A [0009]
JP 2001033466 A [0009]
EP 1307718 B1 [0011]
DE 3322279 C2 [0011]
JP 04204057 A [0011]
JP 61223652 A [0011]
JP 2006285447 A [0011]
JP 08238508 A [0011]
JP 57032824 A [0011]

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit (v) eines Walzguts (1) oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk (2), wobei das in seiner Geschwindigkeit zu bestimmende Walzgut (1) oder Objekt von einem Sender (3, 3') mit einer elektromagnetischen Welle (4) bestrahlt wird, die vom Walzgut (1) oder Objekt reflektierte Welle (5) von einem Empfänger (6, 6') empfangen und aus dem Vergleich zwischen gesendeter (4) und empfangener (5) Welle die Geschwindigkeit (v) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendesignal eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz verwendet wird, die im nicht-sichtbaren Bereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendesignal eine elektromagnetische Welle in einem Frequenzbereich zwischen 0,3 GHz und 300 GHz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sendesignal eine elektromagnetische Welle in einem Frequenzbereich zwischen 2,5 10¹⁷ Hz und 6 10¹⁹ Hz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsbestimmung durch den Vergleich zwischen gesendeter (4) und empfangener (5) Welle nach dem Doppler-Effekt erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsbestimmung durch Laufzeitmessung zwischen gesendeter (4) und empfangener (5) Welle erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzgut (1) ein metallisches Band, insbesondere ein Stahlband, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Sender (3, 3') und zwei Empfänger (6, 6') elektromagnetische Wellen (4) aussenden bzw. reflektierte elektromagnetische Wellen (5) empfangen, wobei die mindestens zwei Sender (3, 3') Wellen (4) unterschiedlicher Frequenz senden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sender (3, 3') die elektromagnetischen Wellen (4) intermittierend als Impulse aussendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Vergleich zwischen gesendeter (4) und empfangener (5) Welle neben der Geschwindigkeit (v) auch auf einen weiteren Parameter des Walzguts (1) oder des Objekts geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Vergleich zwischen gesendeter (4) und empfangener (5) Welle auf die Oberflächenrauheit des Walzguts (1) oder des Objekts geschlossen wird.
Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit (v) eines Walzguts (1) oder eines anderen sich bewegenden Objekts in einem Walzwerk (3), wobei die Vorrichtung mindestens einen Sender (3, 3') zur Aussendung einer elektromagnetischen Welle (4) sowie mindestens einen Empfänger (6, 6') zum Empfangen einer vom Walzgut (1) oder Objekt reflektierten Welle (5) sowie Mittel umfasst, die geeignet sind, aus dem Vergleich zwischen gesendeter (4) und empfangener (5) Welle die Geschwindigkeit (v) zu bestimmen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (3, 3') zur Aussendung einer elektromagnetischen Welle (4) im nicht-sichtbaren Frequenzbereich ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (3, 3') zur Aussendung einer elektromagnetischen Welle (4) in einem Frequenzbereich zwischen 0,3 GHz und 300 GHz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (3, 3') zur Aussendung einer elektromagnetischen Welle (4) in einem Frequenzbereich zwischen 2,5 10¹⁷ Hz und 6 10¹⁹ Hz ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (3) und der Empfänger (6) in einem gemeinsamen Gehäuse (7) untergebracht sind.