DE19647604A1

DE19647604A1 - Meßsystem zur Formmessung an Walzen

Info

Publication number: DE19647604A1
Application number: DE1996147604
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Helmerth; Joerg Dr Ing Himmel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1998-05-20

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Bestimmung der Form von Walzen. In den verschiedensten Anwendungsbereichen industrieller Technik werden heute Walzen mit definierten Formen benötigt. Im Produktionsprozeß führen Abweichungen bei Walzen von der idealen Form in der Größe von 10 µm zu qualitativen Mängeln beim Endprodukt. Betroffene Anwendungsgebiete sind z. B. die Blechherstellung, die Folienherstellung und die Papierherstellung.

Stand der Technik

Die Messung des Durchmessers an Walzen in Abhängigkeit ihrer Länge erfolgt heute mit Reiterlehren und Meßschiebern.

Beim Messen mit der Reiterlehre wird ein prismaförmiger Aufsatz mit einer eingebauten Meßuhr auf die Walze gesetzt. Die Anzeige der Meßuhr kann mit Hilfe einer Tabelle in den Durchmesser oder Radius umgerechnet werden. Zur Messung der Form sind Reiterlehren in Form eines Meßwagens bekannt. Diese Meßwagen sind mit zwei langen Linealen ausgerüstet, mit denen in waagerechter Durchmesserposition, entweder mit zwei Meßuhren (auch elektronisch) oder mit einer Meßuhr und einem Amboß, die Änderung des Durchmessers entlang der Walze gemessen werden kann. Diese Systeme sind zum Teil mit elektronischen Auswerteeinheiten und einer simultanen Längenmessung ausgerüstet. Meßschieber sind vergleichbar der normalen Schieblehre.

Kritik am Stand der Technik

In modernen Industrieanlagen, wie Walzwerken, ist zur Qualitätskontrolle eine Messung der Walzenform an jeder Walze während eines Produktionseinsatzes erforderlich.

Reiterlehren können den Durchmesser nur an einer Stelle der Walze ermitteln. Der Bediener muß die zu untersuchenden Längenpositionen auf der Walze mit einem Stahlmaß ermitteln und die Protokollierung von Hand ausführen. Dieser Vorgang ist sehr zeitraubend und fehlerintensiv.

Bei der Reiterlehre in Form eines Meßwagens sind die möglichen Meßfehler deutlich geringer. Speziell bei der Ausrüstung mit einer integrierten Längenmessung sowie einer elektronischer Datenerfassung ist zusätzlich eine direkte Protokollierung möglich. Dem Benutzer bleibt aber das Problem des Zusammenbaus und der zeitraubenden Kalibration der Sensoren, da nur die Durchmesseränderung gemessen wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß ein solcher Meßwagen mit Linealen bei größeren Walzen durchaus eine Ausbreitung quer zur Walzenlängsachse von über 2 m haben kann. Eine große Rolle spielt zudem sein Gewicht. Meßwagen für Walzen im Bereich 1600 mm Durchmesser erreichen ein Eigengewicht von ca. 30 kg. Speziell bei der Messung der thermischen Bombierung von Walzen bei der Blechherstellung stellen sich Temperaturen bis ca. 100°C ein. Eine Bedienung dieser Geräte ist bei diesen Temperaturen nahezu unmöglich. Die große Dauer für den Aufbau der Meßeinrichtung kann durch Erwärmung des Meßgerätes zu unzulässigen Verfälschungen der Meßergebnisse führen. Zusätzlich bringt die Messung der Form durch Sensoren in der waagerechten Durchmesserposition das Problem mit sich, daß die Walze für die Messung in diesem Bereich frei von Verkleidungen, Abstreifern etc. sein muß. Speziell bei der Messung der thermischen Bombierung führen diese Arbeiten zu einer Abkühlung der Walzenoberfläche. Das Ergebnis der Formmessung in Abhängigkeit der Temperatur und der Walzenlänge wird unbrauchbar. Bei diesem Meßprinzip erhält der Anwender keine Aussage über den absoluten Durchmesser.

Meßschieber sind aus den oben genannten Gründen ebenfalls ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Walzenmeßgerät zu ermöglichen, mit dem sehr schnell ohne Montage von mechanischen Hilfsmitteln, ohne Kalibration auf der Walze und unter Ausnutzung eines Querschnittskreissegmentes der Walze kleiner als 180° die Form, die Länge, die Temperatur und der absolute Durchmesser simultan gemessen werden kann.

Lösung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anwendung der Ansprüche 1 bis 22 gelöst.

Vorteile

Meßgeräte, die einfach in der Handhabung sind, keine Kalibration durch den Anwender erfordern und in einem Meßzyklus simultan alle zu messenden Größen am Meßobjekt erfassen, sind sehr wichtige Hilfsmittel für die Qualitätssicherung. Speziell in der Blech-, Papier- und Folienherstellung sind die Qualitätsansprüche sehr hoch und Meßgeräte, die mögliche Fehler durch die Anwender auf ein Minimum reduzieren, sehr wichtige Werkzeuge.

Erfindungsgemäß kann gemäß der Ansprüche 1 bis 22 in einem Meßzyklus durch Überfahren der Walze die Form, der absolute Durchmesser, die Oberflächentemperatur und die Länge gemessen werden. Die spezielle Geometrie des Meßwagens erlaubt die Messung nicht nur an frei hängenden oder liegenden Walzen, sondern auch an Walzen die noch mit Anbaustücken und Abstreifern versehen sind, oder an Walzen die sich noch im Gerüst befinden. Von sehr großem Vorteil zeigt sich hier, daß nur etwa 120° des Umfanges des Querschnittskreises für die Messung benotigt werden.

Die Anordnung der Sensoren gemäß Anspruch 1 innerhalb des Meßwagens bietet große Vorteile in Bezug auf deren mechanischen Schutz. Lineale entfallen bei dieser Konstruktion. Durch die Verwendung von je einem Sensor in einer Radebene kann auf alle mechanischen Elemente verzichtet werden, die die horizontale Verschiebung der Lineale innerhalb des Meßwagens für die "True end to end"-Messung ermöglichen. Der Mechanismus für die Längenmessung kann ebenfalls fest an den Rahmen montiert werden, da zwischen den Sensoren und dem Längensensor ein fester geometrischer Bezug besteht. Eine Meßeinrichtung dieses Konstruktionsprinzips ist sehr komfortabel, einfach und schnell zu bedienen. Speziell bei der Messung der thermischen Bombierungen sind sehr kurze Aufbauzeiten notwendig.

Eine ebenfalls sehr vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist das Konstruktionsprinzip gemäß Anspruch 2 mit einem Lineal, einem Gegengewicht und zwei oder mehr Führungssäulen. Dieser Aufbau benötigt zur Messung ebenfalls deutlich weniger als 180° des Umfangs und läßt sich sehr einfach von einer Seite bedienen.

Beschreibung

Das Anforderungsprofil an Walzenmeßgeräte hat sich im Rahmen der stark anwachsenden Qualitätsanforderungen bei der Produktion von Blechen, Folien und bei der Papierherstellung geändert. Der Aufbau eines Meßgerätes mit den technischen Merkmalen dieser Erfindung ermöglicht dem Anwender die Messung der erforderlichen Meßgrößen Durchmesser, Länge und Temperatur mit nur geringem Aufwand.

Ein Beispiel für den konstruktiven Aufbau eines erfindungsgemäßen Meßwagens nach Anspruch 1 zeigen die Abb. 1 und 2. Ein Meßwagen, der aus der Rahmenkonstruktion (2) in Abb. 1 besteht, ist mit 4 kugelförmigen Rädern, Rollen oder zylindrischen Gleitern (1) ausgerüstet. Die Gleiter sind dann in ihrem Mittelpunkt gelagert, so daß sie sich in der Schnittebene (4) in Abb. 1 beweglich sind. In den Rahmen des Meßwagens (2) sind Sensorhalterungen eingebaut. Die Halterung hat die Aufgabe, den Sensor in die Richtung des Radiusvektors auszurichten und den Sensorschaft zu arretieren. Der Sensor ist an seiner Spitze mit einem senkrecht zum Radiusvektor ausgerichteten zylindrischen Tastschuh in Form einer Meßschneide ausgerüstet. Durch die Verwendung von zwei Sensoren wird erreicht, daß jede Position entlang des Walzenballens für die Sensoren erreichbar ist. Beim Überfahren beginnend mit der Ballenkante BS liefern die beiden Sensoren um den Abstand A in Abb. 1 versetzte Informationen über den Durchmesser an der aktuellen Position. Jeder der beiden Sensoren kann dann bis an die zugehörige Ballenkante, entweder BS oder DS, geschoben werden. Aus dieser Geometrie ergibt sich, daß die Bereiche von den Ballenkanten bis zum Abstand A jeweils einfach und der Bereich in der Mitte zweifach, also von jedem Sensor versetzt, gemessen werden. Zur Messung der Länge des Walzenballens wird ein Reibrad eingesetzt. Dieses Reibrad wird beispielsweise an eine Sensorhalterungen montiert. Der durch den sich ändernden Walzendurchmesser erforderlichen Höhenausgleich in Richtung des Radiusvektors der Walze erfolgt über ein Linearlager im Haltemechanismus. Durch eine Feder wird das Reibrad auf den Walzenballen gedrückt und ein gleichmäßiger Lauf garantiert (5) Abb. 1. In einer erfindungsgemäßen Applikation wird als Reibrad ein Rad des Wagens eingesetzt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird zur Längenmessung ein Seilzugsensor eingesetzt. Das Meßseil wird durch eine Niederhaltermechanik mit einer Führungsrolle mit Nut auf der Walze gehalten. Beim Meßvorgang wird das mit einem Magnethalter auf der dem Meßbeginn gegenüberliegenden Seite des Walzenballens befestigte und vor der Messung ausgezogene Meßseil von der Wickelmechanik aufgewickelt und dabei über eine Umlenkrolle geführt. Durch den Niederhalter werden Schwingungen des Seils und damit Meßfehler reduziert.

Abb. 2 zeigt die erfindungsgemäße Meßeinrichtung auf einer Walze (4). Es ergeben sich drei Berührungspunkte mit der Walzenoberfläche durch die Räder, Rollen oder Gleiter (1) und (2) und die Meßschneide an der Linearführung (3) für den Sensor (5).

Die Messung des Durchmessers oder seiner Änderung erfolgt nun durch die mathematische Festlegung eines Kreises durch drei feste Punkte. Die Punkte werden jeweils durch die zwei Räder in einer Schnittebene und den zugehörigen Sensor gebildet. Der mathematische Zusammenhang ermöglicht für jede Längeninformation des Sensors einen eineindeutige Zuordnung eines Walzendurchmessers. Der Einsatz von zwei Sensoren ermöglicht mit Hilfe der Auswerteeinheit eine Berechnung des Verlaufs des Durchmessers oder seiner Änderung in Abhängigkeit von der Länge der Walze von einer Ballenkante zur anderen.

Zur Verringerung der auf die Sensoren wirkenden Querkräfte wird in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine federunterstützte Mechanik mit einem Linearlager vorgeschlagen. Diese ist beispielsweise an der Unterseite mit einem Tastschuh in Form einer Meßschneide ausgerüstet, der über die Walze gezogen wird und den Durchmesser der Walze abtastet. Die zu messende Höheninformation steht nun durch die Hubbewegung des Linearschlittens, der sich in Richtung des Radiusvektors bewegt, ohne Querkräfte zur Verfügung und kann nun von dem Sensor gemessen werden. Sollte die zu messende Höhenänderung nicht ausreichen, kann der Haltemechanismus aus der Lage in Richtung des Radiusvektors um einen Winkel in Richtung der Längsachse des Walzenballens geneigt werden. Es ist dabei zu beachten, daß der Berührungspunkt des Tastschuhs in der Schnittebene (4) Abb. 1 bleibt.

Werden die Sensoren nicht in den Schnittebenen (4) Abb 1. montiert, muß die Auswerteeinheit mit einem speziellen Algorithmus die Fehler, die durch den Versatz der Sensoren entstehen, korrigieren. Dies ist möglich, wenn nach der Messung mit Hilfe eines mathematischen Modells, wie z. B. der Regressionsanalyse, die wahre Durchmesseränderung in Abhängigkeit der Länge berechnet wird.

Der Fehler, der durch den nicht exakten Rundlauf der Räder des Meßwagens entstehen kann, läßt sich durch simultanes Messen des Radrundlaufs an einem oder an mehreren Rädern des Meßwagens und Berücksichtigung dieser Meßwerte bei der Berechnung des Meßergebnisses für den Durchmesser korrigieren.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird anstelle eines Tastschuhes eine Präzisionslaufrolle eingesetzt.

Speziell für die Anpassung an verschiedene Walzendurchmesser kann der Meßwagen mit entsprechenden Anpaßstücken und Radsätzen ausgerüstet werden. Diese Anpaßstücke vergrößern bei größeren Walzen den Abstand zwischen den Rädern und dienen der Absenkung der Sensormechanik um einen definierten Weg, ohne daß der Arbeitsbereich des Sensors sich ändert.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Meßwagen mit zwei symmetrisch im Meßwagen in Längsrichtung eingebrachten Säulen ausgerüstet, auf denen sich eine bewegliche Brücke befindet. Die Brücke ist mit Linearlagern auf den Säulen geführt und innerhalb des Rahmens des Meßwagens beweglich. Auf der einen Seite der Brücke ist ein Lineal montiert, das es ermöglicht einen Sensor mit Tastschuh 90° versetzt zur Mittelsenkrechten durch die Walze und den aufliegenden Meßwagen in Durchmesserposition auf der Walze zu messen. Auf der anderen Seite wird ein Gegengewicht zur Einstellung des Schwerpunktes montiert. Mit dieser Anordnung kann nun eine Position des Meßwagens auf der Walze gewählt werden, bei der der Meßwagen zu der Seite, an der das Gegengewicht montiert ist, aus der waagerechten Lage verschoben ist. Durch diese Vorgehensweise wird erreicht, daß weniger als 180° des Walzenumfanges für eine Messung der Durchmesseränderung benötigt werden.

Claims

1. Meßeinrichtung zur Messung der Durchmessersänderungen von rotationssymmetrischen Körpern dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen aus einem Rahmen mit zwei und/oder mehr Rädern und/oder Laufrollen besteht, der in der Schnittebene der Rollen und/oder Räder senkrecht zur Bewegungsrichtung und zur Längsrichtung der Walze jeweils eine und/oder mehrere Wegsensoren hat, die in Richtung des Radiusvektors des rotationssymmetrischen Körpers ausgerichtet sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen mit einer in Walzenlängsrichtung beweglichen, auf zwei oder mehr Säulen gelagerten, Brücke ausgestattet ist, die auf der einen Seite der Walze ein Lineal mit einem durchmesserabhängig einstellbaren Sensor und auf der anderen Seite ein einstellbares Gegengewicht aufweist, so daß die Mittelsenkrechte der Walze den Schwerpunkt des Meßwagens auch bei einer nicht waagerechten Position des Meßwagens auf der Walze schneidet.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Brücke mit einem oder mehreren Sensoren ausgerüstet ist und eine Bewegung der Sensoren in die Schnittebene der Räder und/oder Rollen oder darüber hinaus zuläßt.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Räder und/oder Rollen, Räder, Rollen und/oder Gleiter eingesetzt werden.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleiter aus im Mittelpunkt gelagerten und/oder feststehenden Zylinderabschnitten und/oder anderen Körpern mit gewölbten Oberflächen bestehen.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegsensoren nicht in der Schnittebene der Räder montiert werden.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen rechteckig ist und an jeder Längsseite 2 Räder aufweist die symmetrisch montiert sind und in jeder Schnittebene durch ein Radpaar ein oder mehrere Wegsensoren montiert sind, so daß eine Walze beim Überfahren in ihrer ganzen Länge gemessen werden kann.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegsensoren mit Meßschneiden ausgerüstet werden, die speziell bei Montage mit einer Ausrichtung parallel zum Radiusvektor das Messen der unverfälschten Radiusänderung ermöglichen.

9. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die hochauflösenden Sensoren eine federunterstützte Absenkmechanik eingesetzt wird, die die Sensoren vor schädlichen Querkräften schützt.

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkmechanik an ihrer Unterseite mit einer Meßschneide quer zur Längsachse der Walze und der Normalenvektor der Meßschneide im Berührungspunkt mit der Walze parallel oder antiparallel zum Radiusvektor der Walze ist.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Meßschneide eine Laufrolle eingesetzt wird.

12. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des gefahrenen Weges ein Reibrad am Meßwagen angebracht wird, daß zum Ausgleich unterschiedlicher Walzendurchmesser federunterstützt auf die Walze abgesenkt wird.

13. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Reibrad ein Rad des Meßwagens eingesetzt wird.

14. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und/oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des gefahrenen Weges ein Seilzugsensor am Meßwagen angebracht wird, dessen Meßseil zur Unterdrückung von Seilschwingungen, federunterstützt mit einer Umlenkrolle die eine Nut für die Seilführung aufweist, auf die Walze abgesenkt wird.

15. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet dadurch gekennzeichnet, daß die Räder und/oder Rollen eine kugelförmige und /oder zylinderförmige Lauffläche haben.

16. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet dadurch gekennzeichnet, daß der Rundlauf einzelner und/oder aller Räder und/oder Laufrollen zur Erhöhung der Meßgenauigkeit simultan mit einem Wegsensor gemessen und zur mathematischen Korrektur der Meßwerte verwendet werden.

17. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 13, 14, 15 und/oder 16, dadurch gekennzeichnet dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Durchmesseränderungen und/oder des Rundlaufes der Räder, Rollen und/oder Gleitern Sensoren eingesetzt werden, die auf einem optischen Wirkprinzip arbeiten.

18. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 13, 14, 15, 16 und/oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß simultan der absolute Durchmesser gemessen wird.

19. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 13, 14, 15, 16, 17 und/oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß durch Neigen eines und/oder mehrerer Wegaufnehmer aus der Richtung parallel zum Radiusvektor der zu messenden Walze eine Vergrößerung der Auflösung erreicht wird.

20. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 13, 14, 15, 16, 17, 18 und/oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß einer und/oder mehrere Wegaufnehmer parallel zur Mittelsenkrechten zwischen der Rahmenmitte und der jeweiligen Laufrolle in der Schnittebene durch die Laufrollen angebracht sind.

21. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und/oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen mit einem federunterstützten Mechanismus mit einem Reibrad ausgestattet wird, der es ermöglicht, die Walzenlänge unabhängig vom Walzendurchmesser zu messen.

22. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 und/oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwagen durch verschiedene Radsätze und/oder Anpaßstücke an verschiedene Meßbereiche angepaßt werden kann.