DE19609135A1

DE19609135A1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Planheit bzw. der Zugspannung oder der Zugspannungsverteilung bzw. der Zugkraft eines Metallbandes in einer Walzstraße

Info

Publication number: DE19609135A1
Application number: DE1996109135
Authority: DE
Inventors: Andre Dipl Ing Berghs; Robert Dipl Ing Simbeck; Hoo Dr Yuan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: DE19609135B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Plan heit bzw. der Zugspannung oder der Zugspannungsverteilung bzw. der Zugkraft eines Metallbandes in einer Walzstraße, z. B. zwischen zwei Walzgerüsten oder beim Auf- und Abwickeln auf bzw. von einem Haspel, mittels einer Meßrolle.

Es ist bekannt, die Planheit bzw. die Zugspannung oder die Zugspannungsverteilung bzw. die Zugkraft eines Metallbandes in einer Walzstraße mittels einer Meßrolle, wie sie z. B. aus der DE 33 26 593 bekannt ist, zu bestimmen, auf deren Um fangsfläche Kraft- bzw. Kraftänderungssensoren angebracht sind. Die Meßrolle wird gegen das Metallband, dessen Planheit bzw. Zugspannungsverteilung über Bordbreite oder der Zugspan nungsverteilung bzw. die Zugkraft ermittelt werden soll, ge drückt und von diesem mit einem Umschlingungswinkel α um schlungen. Die Kraft, die dabei auf die Meßrolle wirkt, er laubt die Berechnung der Planheit bzw. der Zugspannung oder der Zugspannungsverteilung bzw. die Zugkraft im Metallband, und wird durch Kraftsensoren an der Oberfläche der Meßrolle ermittelt. Diese Sensoren sind üblicherweise auf virtuellen Linien in Meßrollenlängsrichtung angeordnet. Dabei läßt sich aus den Meßwerten der Kraftsensoren entlang der Meßrollen längsrichtung die Spannungsverteilung über die Breite des Me tallbandes ermitteln. Die Meßrolle wird durch Kraftschluß mit dem bewegten Metallband oder durch einen Antrieb in Drehung versetzt, so daß die Planheit bzw. die Zugspannung durch Kraftsensoren auf unterschiedlichen virtuellen Linien in Meß rollenlängsrichtung ermittelt wird. Dazu sind die Sensoren auf den einzelnen virtuellen Linien in Meßrollenlängsrichtung auch in Meßrollenumfangsrichtung ausgerichtet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vor richtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit dem die Planheit bzw. die Zugspannung über die Breite eines Metallbandes mit einer Meßrolle bestimmt werden kann, deren Sensoren in Meßrollenumfangsrichtung zum Teil nicht ausge richtet sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Be stimmung der Planheit bzw. der Zugspannung oder der Zugspan nungsverteilung bzw. die Zugkraft eines Metallbandes in einer Walzstraße mittels einer Meßrolle mit auf den Umfang verteil ten Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren, die in Umfangsrich tung zum-Teil gegeneinander versetzt angeordnet sind, gelöst, wobei die Zugspannungsverteilung bzw. die Zugkraft aus der Beziehung zwischen der Zugspannungsverteilung bzw. der Zug kraft, den Meßwerten der Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren und einem Proportionalitätsfaktor ermittelt werden, und wobei die Bestimmung des Proportionalitätsfaktors aus derselben Be ziehung zwischen der Zugspannungsverteilung bzw. der Zug kraft, den Meßwerten der Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren und dem Proportionalitätsfaktor und durch Gleichsetzen der Mittelwerte über die Zeit von Soll- und Istwert der Zugspan nungsverteilung bzw. der Zugkraft bzw. -spannung in dem Me tallband bzw. einer äquivalenten Größe erfolgt.

Vorteile und erfindungsgemäße Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteran sprüchen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Meßrolle zwischen einem Walzgerüst und einem Haspel

Fig. 2 eine Meßrolle in abgewickelter Darstellung

Fig. 3 eine alternative Meßrolle in abgewickelter Darstel lung

Fig. 4 einen Ausschnitt einer Meßrolle in abgewickelter Dar stellung.

Fig. 1 zeigt eine Meßrolle 3 zwischen einem Walzgerüst 1 und einem Haspel 4. Mit der Meßrolle 3 wird die Planheit bzw. die Zugspannung in einem Metallband 2 gemessen, das auf den Has pel 4 aufgewickelt wird. Dazu wird die Meßrolle 3 mit einer bestimmten Radialkraft gegen das Metallband 2 gedrückt, das die Meßrolle 3 mit dem Umschlingungswinkel α umschließt. Aus der Radialkraft kann die Zugspannungsverteilung bzw. die Zug kraft im Metallband 2 ermittelt werden. Um die Planheits- bzw. Zugspannungsverteilung über die Breite des Metallbandes 2 zu ermitteln, sind auf der Meßrolle 3 auf virtuellen Linien entlang der Meßrollenlängsrichtung Kraftsensoren angeordnet, mit denen die Radialkraft an verschiedenen Stellen über die Breite des Metallbandes 2 gemessen werden kann. Aus den über die Breite des Metallbandes 2 verteilten Radialkräften kann die Planheits- bzw. Zugspannungsverteilung über die Breite des Metallbandes 2 bestimmt werden. Da sich die Meßrolle be dingt durch den Kraftschluß zwischen ihr und dem Metallband 2 entsprechend der Bewegung des Metallbandes 2 mitbewegt, sind weitere Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren auf dem Umfang der Meßrolle 3 verteilt. Die Auswertung der Meßwerte, die von den Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren beliefert werden, er folgt in einer Auswerteeinheit 5, in der beispielhaften Aus gestaltung einen PC, der mit den Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren über eine Datenleitung 6 verbunden ist. In der Lage rung der Meßrolle 3 ist zusätzlich zumindest ein Kraftsensor 16 angeordnet, der die Messung der Gesamtzugkraft des Metall bandes 2 oder einer äquivalenten Größe erlaubt. Die Meßwerte des Kraftsensors 16 werden ebenfalls über eine Datenleitung der Auswerteeinheit 15 geführt. Mit den Meßwerten des Kraft sensors 16 werden die Meßwerte der Kraft- bzw. Kraftände rungssensoren in der Meßrolle 3 kalibriert.

Fig. 2 zeigt eine Meßrolle 7 in abgewickelter Darstellung. Auf ihrer Oberfläche sind Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren 9 auf virtuellen Linien 8 in Meßrollenlängsrichtung angeordnet. Die virtuellen Linien sind, vorzugsweise in äquidistanten Winkelabschnitten 15, über den Umfang der Meßrolle 7 ver teilt. Um Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren 9 einzusparen, sind diese nicht in Umfangsrichtung der Meßrolle ausgerich tet, sondern versetzt angeordnet. Da die Kraft- bzw. Kraftän derungssensoren aufgrund ihrer Verteilung auf unterschiedli chen virtuellen Linien in Meßrollenlängsrichtung zu unter schiedlichen Zeitpunkten Meßwerte liefern, können ihre Meß werte im Zeitmultiplexverfahren über eine einzige Datenlei tung übertragen werden. Eine derartige Meßrolle ermöglicht damit eine einkanalige Übertragung.

Fig. 3 zeigt eine alternative Meßrolle 7 in abgewickelter Dar stellung. Auf ihrer Oberfläche sind ebenfalls Kraft- bzw. Kraftänderungssensoren 9 auf virtuellen Linien 8 in Meßrol lenlängsrichtung angeordnet. Die virtuellen Linien sind, vor zugsweise in äquidistanten Winkelabschnitten 15, über den Um fang der Meßrolle 7 verteilt. Wie bei der Meßrolle aus Fig. 2 sind die Kraft- bzw. Kraftänderungssensoren 9 nicht in Um fangsrichtung der Meßrolle ausgerichtet, sondern versetzt an geordnet. Da je vier Kraft- bzw. Kraftänderungssensoren 9 gleichzeitig Meßwerte liefern, können ihre Meßwerte im Zeit multiplexverfähren über vier Datenleitungen übertragen wer den.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Meßrolle 10 in abgewickel ter Darstellung. Auf der Meßrolle 10 läuft ein Metallband 11, das einen Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensor 12 nicht voll ständig überdeckt. Der Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensor 12 weist einen Anteil mit unbedeckter Oberfläche 13 (A_f) und ei nen Anteil mit bedeckter Oberfläche 14 (A_b) auf. Die Meßwerte von unvollständig bedeckten Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren 12 sind entsprechend dem Grad ihrer Überdeckung durch Multiplikation mit dem Korrekturfaktor

zu korrigieren.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Planheit bzw. der Zugspannung oder der Zugkraft eines Metallbandes (2) in einer Walzstraße, mittels einer Meßrolle (3) mit auf dem Umfang verteilten Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren (9), die in Umfangsrich tung z. T. gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei die Zugkraft (F_z) im Metallband (2) aus einer Beziehung F_z = f(k, z(i)) zwischen der Zugspannungsverteilung bzw. der Zugkraft (F_z), den Meßwerten z(i) der Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sen soren (9) und einem Proportionalitätsfaktor (k) ermittelt wird, und wobei die Bestimmung des Proportionalitätsfaktors (k) aus der Beziehung F_z,soll = f(k, z(i)) zwischen dem zeitlichen Mittelwert der Sollzugkraft (F_z,soll), dem Pro portionalitätsfaktor (k) und Mittelwerten der Meßwerte (z(i)) der Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren (9) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Zugkraft mit der Beziehung erfolgt, wobei
F_z die Zugspannungsverteilung bzw. die Zugkraft,
m die Anzahl von sogenannten Meßwinkeln, d. h. virtuel len Linien (8) in Meßrollenlängsrichtung, auf dem Umfang der Meßrolle (7), auf denen Kraft- bzw. Kraft änderungs-Sensoren (9) liegen,
α der Umschlingungswinkel der Meßrolle (7) durch das Metallband (2),
j der Laufindex eines Meßwinkels,
k ein Proportionalitätsfaktor,
n die Gesamtzahl von Kraft- bzw. Kraftänderungs-Senso ren (9) auf einer Meßrolle (7),

I(j) die Menge von Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren (9) entlang einer virtuellen Linie (8) in Meßrollenlängs richtung,
|I(j)| die Anzahl von Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren (9) auf einer virtuellen Linie in Meßrollenlängsrich tung und
z(i) der Meßwert eines Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensors (9) auf einer virtuellen Linie (8) in Meßrollenlängs richtung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Proportionalitätsfaktors (k) aus der Beziehung zwischen den Meßwerten der Kraft- bzw. Kraftände rungs-Sensoren (9) und dem Proportionalitätsfaktor (k) und durch Gleichsetzen der Mittelwerte über zumindest eine Um drehung, vorzugsweise mehrere Umdrehungen, der Meßrolle (7) von Soll- und Istwert der Zugspannungsverteilung bzw. Zug kraft bzw. -spannung in dem Metallband bzw. in einer äquiva lenten Größe erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor k mit der Beziehung bestimmt wird, wobei F_z,soll die mittlere Sollzugkraft in dem Metallband ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor (k) aus der Beziehung zwi schen der Sollzugkraft in dem Metallband (7) bzw. einer äquivalenten Größe, den Meßwerten der Kraft- bzw. der Kraft änderungs-Sensoren (9) und dem Proportionalitätsfaktor (k) iterativ bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die iterative Bestimmung des Proportionalitätsfaktors (k) über die Beziehung erfolgt, wobei k_neu der neue Proportionalitätsfaktor, k_alt der alte Proportionalitätsfaktor und s ein parametrierbarer Wert entsprechend einer Iterationsschrittweite ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte von Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren (9), die nicht vollständig vom Metallband (7) bedeckt sind, und eine freie Oberfläche A_f und eine vom Metallband (7) bedeckte Oberfläche A_b aufweisen mit einem Korrekturfaktor multipliziert werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine korrigierte Zugspannungsverteilung ((i)) aus dem Zusammenhang bestimmt wird, wobei ΔFv(j) eine Kraftänderung ist, die mit einem oder mehreren Sensoren im Lager der Meßrolle (3) oder an äquivalenter Stelle angeordnet sind, gemessen wird.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Planheit bzw. der Zugspannung eines Metallbandes in einer Walzstraße nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Meßrolle (7) mit auf der Umfangsfläche verteil ten Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sensoren (9), die auf über den Umfang der Meßrolle verteilten virtuellen Linien (6) in Meß rollenlängsrichtung und in Umfangsrichtung zum Teil gegenein ander versetzt angeordnet sind sowie eine Auswerteeinheit (5) zur Verarbeitung der von den Kraft- bzw. Kraftänderungs-Sen soren (9) gelieferten Meßwerten aufweist.

10. Einrichtung zur Bestimmung der Planheit bzw. der Zugspan nung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (5) als Einchiprechner, z. B. als Mikrokontroller oder als Mehrchiprechner, insbesondere als ein Einplatinenrechner oder als Automatisierungsgerät, ausge bildet ist.

11. Einrichtung zur Bestimmung der Planheit bzw. der Zugspan nung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) als steuerprogrammierbare Steue rung, als VME-Bussystem oder als Industrie-PC, ausgebildet ist.