DE102015108769B4 - Banddickenmessgerät zum Ausgleich von Bewegungen des Walzbandes während der Durchführung von Banddickenbestimmungen mittels Laserabstandssensoren - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Banddickenmessgerät, welches aus oberhalb und/oder unterhalb eines Walzbands angeordneten Laserabstandssensoren gebildet wird, die den jeweiligen senkrechten Abstand zwischen der Bandober- und/oder Bandunterfläche (Passline) und den jeweiligen Laserabstandssensoren messen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Ausgleich von Bewegungen des Walzbandes während der Durchführung von Banddickenbestimmungen mittels Laserabstandssensoren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues Banddickenmessgerät mit höherer Messgenauigkeit zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass das Banddickenmessgerät bzw. das das Banddickenmessgerät lagernde Bauteil mit einer Einrichtung zur Verstellung des senkrechten Abstandes der Laserabstandssensoren zum Walzband (Passline) versehen ist, damit die Bewegungen des Walzbandes und/oder die Abstandsveränderungen zwischen den Oberflächen des Walzbandes und den Laserabstandssensoren ausgeglichen werden.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Banddickenmessgerät, welches aus oberhalb und/oder unterhalb eines Walzbands angeordneten Laserabstandssensoren gebildet wird, die den jeweiligen senkrechten Abstand zwischen der Bandober- und/oder Bandunterfläche und den jeweiligen Laserabstandssensoren messen.
• Derartige Vorrichtungen sind aus dem druckschriftlich nicht belegbaren Stand der Technik allgemein bekannt. Sie dienen in Kaltwalzwerken zur ständigen Überwachung der Banddicken, welche während des Walzprozesses nur um wenige µm (1 µm = 10^-6 m) vom Sollwert abweichen darf. Da eine Walzstraße eines Kaltwalzwerks jedoch aus einer Vielzahl von technischen Elementen wie Walzgerüsten, Rollen oder auch teilweise flexiblen Elementen, wie z.B. Abquetschlippen gebildet wird, zwischen bzw. auf denen das Walzband geführt wird, ergeben sich ständig Bewegungen senkrecht zum Walzbandverlauf. Aufgrund dieser Tatsache wird beim Stand der Technik der Messbereich der Abstandssensoren so groß dimensioniert, dass bei langsamen Bewegungen des Walzbandes (bis zu einige Hz), die man auch als Passline-Schwankungen bezeichnet, das Walzband nicht den Messbereich der Sensoren verlässt. Unter der Passline versteht man in diesem Zusammenhang die Position der Unterkante bzw. der Unterseite des Walzbandes.
• Derartige Passline-Schwankungen entstehen u.a. auch bei einem Richtungswechsel beim Walzen in der Größenordnung von bis zu einigen Millimetern. Ebenso sind Veränderungen der Passline durch Verschleiß von Abquetschrollen und Abquetschlippen möglich, obwohl diese Bauteile regelmäßig gewechselt werden. Auch dadurch können ebenfalls Abweichungen von bis zu einigen Millimetern entstehen.
• Hinzu kommt, dass während eines Walzvorgangs (Walzstich) sich ständig der Zug im Walzband verändert. Auch dieser unterschiedliche Zug im Walzband verändert die Passline um einige Zehntelmillimeter, weil unterschiedliche Kräfte z.B. auf die flexiblen Abquetschlippen wirken.
• Letztlich sorgen Querwellen (Buckeln im Walzband) dafür, dass die Passline in der Mitte des Walzbands sich von der Passline am Rande des Walzbandes unterscheidet. Je nach Höhe und Ausprägung der Querwellen kann sich die Passline um einige Millimeter, insbesondere bei dickem Material verändern, wobei das Band zusätzlich zu Schwingungen angeregt wird.
• Die Änderungen dieser Passline sind teilweise auch von Ereignissen abhängig wie Richtungswechsel und/oder Wechsel von Komponenten und geschehen damit schnell oder die Änderungen geschehen aufgrund von Verschleiß relativ langsam.
• Aufgrund der oben beschriebenen Bewegungen des Walzbands und des deshalb notwendigen großen Messbereichs der Laserabstandssensoren besteht jedoch der Nachteil, dass die Präzision der Abstandsmessung der Laserabstandssensoren nicht ausreichend ist, da je größer der Messbereich eines Sensors ist, desto geringer seine Präzision wird. Insbesondere verringert sich beim Stand der Technik im Bereich der Messbereichsgrenzen des Laserabstandssensors die Präzision zusätzlich.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein neues Banddickenmessgerät mit höherer Messgenauigkeit zu schaffen.
• Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1:
• Banddickenmessgerät, welches aus oberhalb und/oder unterhalb eines Walzbands (11) angeordneten Laserabstandssensoren (16) gebildet wird, die den jeweiligen senkrechten Abstand zwischen der Bandober- und/oder Bandunterfläche (Passline 22) und den jeweiligen Laserabstandssensoren (16) messen, dass das Banddickenmessgerät lagernde Bauteil (15) mit einer Einrichtung (10) zur Verstellung des senkrechten Abstandes der Laserabstandssensoren zum Walzband (Passline 22) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) einen Regelkreis (R) aufweist, der ständig eine Berechnung der Abweichung der Sollposition der Passline (22) von der Istposition der Passline (22) durchführt, damit die Bewegungen des Walzbandes (11) und/oder die Abstandsveränderungen zwischen den Oberflächen des Walzbandes (11) und den Laserabstandssensoren (16) ausgeglichen werden, dass das Banddickenmessgerät am C-Rahmen (15) gelagert ist und der C-Rahmen (15) mit der Einrichtung (10) zur Verstellung des senkrechten Abstandes versehen ist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den wesentlichen Vorteil, dass durch das Vorhandensein einer Einrichtung zur Verstellung des senkrechten Abstands der Laserabstandssensoren zum Walzband die Bewegungen des Walzbands während des Walzvorgangs weitgehend ausgeglichen werden können. Dadurch kann der notwendige Messbereich der Laserabstandssensoren deutlich verringert und damit die Präzision der Messungen erhöht werden. Zusammenfassend ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, wesentlich genauer die Dicke des sich bewegenden Walzbandes zu messen.
• Letzlich ist auf sehr vorteilhafte, kostengünstige und einfache Weise das Banddickenmessgerät am C-Rahmen gelagert und der C-Rahmen mit der Einrichtung zur Verstellung des senkrechten Abstands versehen.
• Ebenso ist es denkbar, dass mindestens ein Laserabstandssensor des Banddickenmessgeräts eine Einrichtung zur Verstellung des senkrechten Abstands aufweist.
• Auf vorteilhafte Weise kann die Einrichtung zur Verstellung des senkrechten Abstands als Schrittmotor oder als Servoantrieb in Kombination mit einer Spindel und/oder einem Getriebe ausgebildet sein.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
• 1 eine teilweise schematische Darstellung eines Walzwerks,
• 2 eine Teildarstellung des Bereichs II in 1,
• 3 und 4 eine vergrößerte Teildarstellung eines vertikal verstellbaren C-Rahmens,
• 5 einen Regelkreis für die Einrichtung zur Steuerung des senkrechten Abstands zwischen dem Walzband und den Laserabstandssensoren und
• 6 und 7 eine vergrößerte Darstellung von im C-Rahmen angeordneten, vertikal verstellbaren Laserabstandssensoren.
• In der 1 ist teilweise schematisch ein Walzwerk W dargestellt. Man erkennt, dass während des Walzprozesses ein Band 11 in Bewegungsrichtung x transportiert wird. Das Band 11 wird durch zahlreiche Rollenanordnungen 12 unterstützt und in x-Richtung bewegt, wobei zwischen den Rollenanordnungen 12 jeweils Walzgerüste 13 angeordnet sind, welche in Bewegungsrichtung x jeweils einen sich verringernden Walzspalt 14 aufweisen.
• In Bewegungsrichtung x vor und nach jedem Walzgerüst 13 sind an einem C-Rahmen 15 jeweils Laserabstandssensoren 16 eines Banddickenmessgerätes angeordnet, mit denen Dickenunregelmäßigkeiten im Band 11 vor dem Walzgerüst 13 beziehungsweise die Dicke des Bandes 11 nach einem Walzvorgang in einem Walzgerüst 13 gemessen wird. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen dreistufigen Walzprozess, wobei das dünne Bandendprodukt 11 letztlich zu einem Coil 17 aufgerollt wird.
• In der 2 ist der mit II in der 1 gekennzeichnete Bereich vergrößert dargestellt. Man erkennt das Walzgerüst 13 mit zwei äußeren Stützwalzen 18 und zwei inneren Arbeitswalzen 19, die den Walzspalt 14 definieren.
• Darüber hinaus ist unterhalb des C-Rahmens 15 eine Einrichtung 10 zur Verstellung des senkrechten Abstands der Laserabstandssensoren 16 zum Walzband 11 angeordnet. Die Laserabstandssensoren 16 bestimmen im so genannten Triangulationsverfahren die Dicke des Walzbands 11.
• Die Einrichtung 10 zur Verstellung des senkrechten Abstands der Laserabstandssensoren 16 zum Walzband 11 wird beim beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem Schrittmotor 20 und einer Spindel 21 gebildet und ist in der Lage, den C-Rahmen 15 - wie strichpunktiert dargestellt - nach oben und nach unten zu verstellen. In der Steuerung des Banddickenmessgeräts ist ein in der 5 schematisch dargestellter Regelkreis R implementiert, der auf den Schrittmotor 20 einwirkt. Durch diesen nachfolgend noch beschriebenen Regelkreis R soll erreicht werden, dass das Niveau der so genannten Passline 22, bei der es sich um die Unterfläche des Walzbands 11 handelt, trotz diverser oben dargelegter Einflussfaktoren mit Hilfe der Vorrichtung 10 möglichst konstant gehalten wird.
• In den 3 und 4 ist in vergrößerter Darstellung der C-Rahmen 15 mit zwischenliegendem Walzband 11 und den oberhalb am C-Rahmen 15 angeordneten Laserabstandssensoren 16 zu erkennen. Ziel ist es, bei Bewegungen y des Walzbands 11 durch die ebenfalls eingezeichnete Einrichtung 10 die Abstände a₁ bzw. a₂ zwischen dem oberen Laserabstandssensor 16 und der Bandoberfläche bzw. dem unteren Laserabstandssensor 16 und der Passline 22 während des Walzprozesses möglichst konstant zu halten, damit die Laserabstandssensoren 16 mit einem kleinen Messbereich arbeiten können und somit die Genauigkeit der Abstandsmessungen deutlich größer wird.
• In den 3 und 4 ist zu erkennen, dass zum Zwecke der Abstandsmessung jeder Laserabstandssensor 16 einen Laserstrahl L₁ vertikal von oben oder von unten in Richtung des Walzbands 11 schickt, der an der Oberfläche des Walzbands 11 gestreut wird und auf einem nicht dargestellten Detektor abgebildet wird, der daraus den Abstand a₁ oder a₂ zwischen den Laserabstandssensoren 16 und der Oberfläche des Walzbands 11 bestimmt. L₂ zeigt schematisch den Abbildungsstrahlengang
• Aus dem Vergleich der 3 und 4 erkennt man, dass durch die Einrichtung 10 die Vertikalposition des C-Rahmens 15 sich in der 4 in Schwerkraftrichtung verändert hat.
• In der 5 ist der Regelkreis R zur Steuerung der Einrichtung 10 dargestellt. Dort symbolisiert der mit der Bezugsziffer 23 gekennzeichnete Bereich die Bestimmung der Vertikalposition des C-Rahmens 15. Ausgehend davon wird im Bereich 24 eine Berechnung der Abweichung der Sollposition der Passline 22 von der Istposition der Passline 22 ständig durchgeführt. Der Bereich 25 symbolisiert den Glättungsfilter, durch den geringfügige, hochfrequente Schwankungen (einige 100 Hz) der Passline 22 herausgefiltert werden und im Ergebnis im Bereich 26 nur die Positionsabweichungen ermittelt werden, die durch die Einrichtung 10 zur Verstellung des senkrechten Abstands der Laserabstandssensoren 16 zum Walzband 11 bzw. der Passline 22 ausgeglichen werden sollen. Aufgrund des Eingreifens der Vorrichtung 10 ergibt sich dann eine neue Position des C-Rahmens 15 (Bezugsziffer 27), wobei über eine Verbindung 28 dann die durch den unteren Laserabstandssensor 16 erfasste, geänderte Passline (s. Bereich 29) an den Anfang des Regelkreises R gemeldet wird.
• Aufgrund der sehr hohen Frequenz der Laserabstandsmessungen (mehrere 10 kHz) wird eine schnelle Reaktionsfähigkeit der Einrichtung 10 zur Verstellung des senkrechten Abstands der Laserabstandssensoren 16 zum Walzband 11 erreicht.
• Letztlich ist in den 6 und 7 eine alternative Ausführungsform dargestellt. Hierbei sind die Laserabstandssensoren 16 ebenfalls am C-Rahmen 15 angeordnet, wobei sie jeweils vertikalbeweglich in Führungen 30 befestigt sind, wobei auf bzw. unterhalb des C-Rahmens 15 jeweils eine Einrichtung 10 zur Verstellung des senkrechten Abstands der Laserabstandssensoren 16 zum Walzband 11 vorhanden ist, die wiederum mit einem Schrittmotor 20 und einer Spindel 21 versehen ist, welche in der Lage sind, die Vertikalposition des Laserabstandssensors 16 zum Zwecke des Ausgleichs von Bewegungen y des Walzbands 11 zu verändern, damit der Abstand a₁ bzw. a₂ möglichst konstant bleibt.
• Bei Einzelverstellung der Laserabstandssensoren 16 muss es auch eine Messeinrichtung zur Erfassung der Positionsänderung geben, die ebenfalls hochgenau arbeitet.
• Bezugszeichenliste

10

Einrichtung zur Verstellung des senkrechten Abstands der Laserabstandssensoren zum Walzband

11

Walzband

12

Rollenanordnungen

13

Walzgerüst

14

Walzspalt

15

C-Rahmen

16

Laserabstandssensoren

17

Coil

18

äußere Stützwalze

19

innere Arbeitswalze

20

Schrittmotor

21

Spindel von 20

22

Passline

23

Bereich

24

Bereich

25

Glättungsfilter

26

Einrichtung zur Ermittlung der größeren Positionsabweichungen der Passline

27

Einrichtung zur Ermittlung der neuen Position des C-Rahmens bzw. der Passline

28

Verbindung

29

Erfassung der geänderten Passline durch unteren Laserabstandssensor

30

Führungen

w

Walzwerk

x

Bewegungsrichtung des Bandes 11

y

Doppelpfeil für Walzbandbewegungen

R

Regelkreis für 10

a₁

Abstand

a₂

Abstand

L₁

Laserstrahl

L₂

Laserstrahl

Claims (3)

1. Banddickenmessgerät, welches aus oberhalb und/oder unterhalb eines Walzbands (11) angeordneten Laserabstandssensoren (16) gebildet wird, die den jeweiligen senkrechten Abstand zwischen der Bandober- und/oder Bandunterfläche (Passline 22) und den jeweiligen Laserabstandssensoren (16) messen, dass das Banddickenmessgerät lagernde Bauteil (15) mit einer Einrichtung (10) zur Verstellung des senkrechten Abstandes der Laserabstandssensoren zum Walzband (Passline 22) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) einen Regelkreis (R) aufweist, der ständig eine Berechnung der Abweichung der Sollposition der Passline (22) von der Istposition der Passline (22) durchführt, damit die Bewegungen des Walzbandes (11) und/oder die Abstandsveränderungen zwischen den Oberflächen des Walzbandes (11) und den Laserabstandssensoren (16) ausgeglichen werden, dass das Banddickenmessgerät am C-Rahmen (15) gelagert ist und der C-Rahmen (15) mit der Einrichtung (10) zur Verstellung des senkrechten Abstandes versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Laserabstandssensor (16) des Banddickenmessgerätes die Einrichtung (10) zur Verstellung des senkrechten Abstandes aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dass die Einrichtung (10) zur Verstellung des senkrechten Abstandes als Schrittmotor (20) oder Servoantrieb in Kombination mit einer Spindel (21) und/oder einem Getriebe ausgebildet ist.

Images