DE19653569C2 - Verfahren zur automatisierten Führung eines Richtprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Führung eines Richtprozesses für ein Richtgut, wie Bleche, Bänder, Profile, Rohre und insbesondere für ein draht- oder mehrdrahtförmiges Richtgut in einem Richtapparat oder in einer Richtmaschine mit mindestens einer durch einen Aktor verstellbaren Richtrolle.

Zur Beseitigung von Krümmungen von Richtgut werden nicht rotierende Rollenrichtapparate oder Richtmaschinen eingesetzt. Durch die Anstellung der wechselseitig versetzt in zwei Reihen angeordneten Richtrollen relativ zueinander, in mindestens einer Richtebene erfährt das Richtgut während seines Durchlaufs wechselnde Biegungen. Diese Wechselbiegungen sollten von einer solchen Anzahl und Größe sein, daß die Einlaufkrümmungen des Richtgutes über die gesamte Länge des Richtgutes beseitigt werden.

Unter Vorgabe der Anzahl der Wechselbiegungen werden in der Praxis die Größe der Wechselbiegungen über die Anstellungen der Richtrollen nach den Erfahrungen des den Richtapparat Bedienenden mehr oder weniger intuitiv eingestellt. Die Veränderung der Einstellungen der einzelnen Richtrollen erfolgt dabei unter Sichtkontakt zum auslaufenden Richtgut, bis eine befriedigende Geradheit erreicht wird.

Aus der DE 38 40 016 A1, der DE-OS 17 52 406 und der DE-Z "Blech Rohre Profile" 1992 Nr. 10, S. 776-780 sind Richtprozesse bekannt, durch die das Richtergebnis hinsichtlich der Erreichung einer definierten Restkrümmung optimiert werden soll. Alle diese Verfahren erfordern jedoch die Ermittlung der Restkrümmungen und es ist mit ihnen auch nicht möglich spezifische Eigenschaften des Richtgutes über die Länge zu identifizieren und auf Änderungen dieser Eigenschaften mit einer zur geforderten Restkrümmung korrelierenden Richtrollenstellung gezielt zu reagieren.

Aus der DE 195 03 850 C1 ist ein nicht rotierender Richtapparat für Biegemaschinen mit integrierter Meßvorrichtung bekannt. Im Richtapparat ist in Durchlaufrichtung des Materials hinter wenigstens einem Richtwerk wenigstens eine Materialbiegungsmeßvorrichtung angeordnet, in der wenigstens eine Meßstrecke für einen in der Länge vorbestimmten Materialabschnitt vorgesehen ist, wobei entlang der Meßstrecke wenigstens eine das Ausmaß der Biegung und den Biegungssinn ermittelnde mechanische und/oder elektronische und/oder optische Abtastvorrichtung angeordnet ist, wobei mit der Abtastvorrichtung die gemessene Biegung des Materialabschnitts repräsentierende Signale erzeugt werden, mit denen ein Stelltrieb entsprechend verstellt wird.

Die Meßeinrichtung des bekannten Richtapparates arbeitet nach dem Prinzip der Krümmungsermittlung nach der Drei-Punkt-Methode, die nur für abgelängtes Richtgut oder für stillgesetztes Richtgut, d. h. wenn das Richtgut frei von äußeren Kräften und Momenten unter Vernachlässigung der Schwerkraft ist, richtige Ergebnisse liefert. Ist die Krümmung des auslaufenden Richtgutes über die Länge der Meßstrecke nicht konstant, wird das Meßergebnis zudem von der Länge der Meßstrecke beeinflußt.

Durch die notwendige Stillsetzung des Richtgutes wird der Richtprozeß unterbrochen. Das Stillsetzen und Neuanfahren führt zur Beeinflussung des Ergebnisses der Krümmungsmessungen und bedingt Veränderungen, die sich auf die Qualität des Richtprozesses auswirken. Somit ist die Überprüfung der Einstellung auch nur durch erneutes Stillsetzen des Richtapparates möglich, d. h. eine kontinuierliche Überwachung und Regelung bei laufendem Richtgut bzw. während eines Richtens ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das praktisch eine verzögerungslose, selbsttätige Anpassung der Einstellung mindestens einer Richtrolle eines Richtapparates oder einer Richtmaschine an kontinuierlich gemessene Daten des jeweiligen Richtgutes ohne Stillsetzung des Richtprozesses ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt zusammengefaßt, unter Einschluß vorteilhafter Ausgestaltungen, das Prinzip zugrunde, in einer vorbereitenden Phase den zu automatisierenden Richtprozeß unter Verwendung mathematisch­ physikalischer Gesetzmäßigkeiten zu modellieren, ein Simulationsprogramm zu erstellen und mit dem Simulationsprogramm eine Variationsrechnung unter Variation der Produktdaten, insbesondere der Werkstoffeigenschaften und/oder der Abmessungen des Richtgutes durchzuführen. Diese Phase kann als "offline" angesehen werden. Anhand von kontinuierlich gemessenen Produkt- und/oder Prozeßdaten während des laufenden Richtprozesses, d. h. ohne Stillsetzen des Richtgutes erfolgt unter Einbeziehung der Ergebnisse der Variationsrechnung "online" sehr schnell die zur Erreichung der gewünschten Produktqualität notwendige Einstellung des Richtapparates oder der Richtmaschine. Die Änderung der Einstellung erfolgt objektiv und determiniert. Die gemessenen Produkt- und/oder Prozeßdaten werden auch dazu benutzt, das erstellte Modell sowie das Simulationsprogramm zu überprüfen und gegebenenfalls zu verändern. An die Stelle der subjektiven Erfahrung, des Augenmaßes des den Richtapparat oder die Richtmaschine Bedienenden, tritt die Objektivität. Damit wird nicht nur der Prozeß vereinfacht und automatisch durchgeführt, sondern auch die Qualität erhöht.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf zwei Diagramme näher erläutert.

Im Diagramm 1 ist eine Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen automatisierten Prozeßführung dargestellt.

In der Vorbereitungsphase I wird ein Prozeßsimulationsprogramm A, mit dem sich der zu automatisierende Richtprozeß virtuell nachbilden läßt, erstellt und verwendet. In das Prozeßsimulationsprogramm A werden Maschinendaten B, technologische Ablaufdaten C des vorgesehenen Richtprozesses, Werkstoffdaten D des Richtgutes und die gewünschte Qualität S (Geradheit bzw. Ebenheit, Eigenspannungszustand über den Richtgutquerschnitt, Werkstoffeigenschaften, z. B. eine gewünschte Streckgrenze und/oder eine Beeinflussung der ausgeprägten Fließgrenze) des zu richtenden Richtgutes eingegeben.

Das Prozeßsimulationsprogramm A unterliegt einer Variationsrechnung F, bei der Parameter, beispielsweise die geometrischen Abmessungen und/oder die Streckgrenze des Richtgutes variiert werden. Vorzugsweise werden die Parameter variiert, auf deren Änderung der Richtapparat oder die Richtmaschine E selbsttätig reagieren soll. Die Parametervariationen sind auf die Spezifik des jeweiligen Richtprozesses und/oder des Richtapparates oder der Richtmaschine E abzustimmen. Ergebnisse der Variationsrechnung F sind Produkt- und/oder Prozeßdaten und die zur Automatisierung notwendigen Zielgrößen, d. h. die notwendige(n) Anstellung(en) der Richtrolle(n) zur Erreichung der gewünschten Qualität. Alle Berechnungsergebnisse der Variationsrechnung F werden in Form von Beziehungsmatrizen G in einer Datenbank H gespeichert.

In der Realisierungsphase II ist ein Prozeßrechenmodell J vorgesehen, das auf die Beziehungsmatrizen G und damit auf die in der Vorbereitungsphase I erstellten Zusammenhänge zwischen den Einflußgrößen und den Zielgrößen des Richtprozesses zurückgreift und in Abhängigkeit der erfaßten Produktionsdaten O aus dem übergeordneten Stofffluß bzw. dem Materialverfolgungssystem (MVS) P die Beziehungsmatrizenauswahl K und den entsprechenden Abruf durchführt. Das Prozeßrechenmodell J realisiert auf dieser Basis und unter Berücksichtigung meßtechnisch ermittelter Produkt- und/oder Prozeßdaten M die Berechnung und Ausgabe der Zielgrößen, d. h. der Anstellsollwerte L mit Hilfe von Methoden der beurteilenden Statistik. Für die Basisautomatisierung N entsprechen diese Zielgrößen den Sollwerten Sw. Die momentanen Istwerte Iw werden mit den Sollwerten Sw verglichen, wobei die Abweichungen zur Angleichung beider Werte genutzt werden. Die meßtechnisch ermittelten Produkt- und/oder Prozeßdaten M werden in der Datenbank H in aufbereiteter Form Q abgelegt. Sie können in einer folgenden Vorbereitungsphase zur Optimierung R des Prozeßsimulationsmodells und des Prozeßsimulationsprogramms A beitragen.

Eine entsprechend umgesetzte Realisierungsphase II besteht aus mehreren Operatoren. Neben einem Operator zur Einstellung bzw. automatischen Korrektur der Anstellwerte sind ein Operator zur Grundanstellung des Richtapparates oder der Richtmaschine unmittelbar vor Fertigungsbeginn sowie ein Operator zur Meßwerterfassung implementiert. Vor Einlauf des Richtgutes erfolgt eine Dickenmessung, z. B. mit Hilfe von Laserabstandssensoren. Der Dickenwert wird an den Operator der Anstellung übergeben. Gleichzeitig geht ein Wert für die Streckgrenze des Richtgutes ein, der entweder aus dem übergeordneten Stofffluß bzw. Materialverfolgungssystem P kommt oder mit Hilfe des Streckgrenzenoperators ermittelt wird. Der Streckgrenzenoperator nutzt dazu den Informationsgehalt einer aus der Datenbank H ausgewählten und abgerufenen Beziehungsmatrix G sowie Meßergebnisse der Prozeßgröße Richtkraft. Die durch den Streckgrenzenoperator bestimmte Streckgrenze wird auf Plausibilität geprüft. Der Operator der Anstellung kann mit den Informationen zur Dicke und Streckgrenze des Richtgutes unter Verwendung ausgewählter und abgerufener Beziehungsmatrizen G die Anstellsollwerte an die Basisautomatisierung N übergeben. Das bedeutet, daß die auf diese Art und Weise abgeleiteten Einstellungen der Richtrolle(n) die jeweilige Dicke und die Streckgrenze des Richtgutes berücksichtigen. Damit läßt sich die Qualität des Richtgutes unabhängig von Schwankungen dieser beiden Parameter gleichbleibend gewährleisten.

Die Erfindung ermöglicht es, neben der Richtkraft auch andere Prozeßkenngrößen zur Automatisierung heranzuziehen und/oder auf Schwankungen anderer Richtgutparameter zu reagieren. Beispielsweise kann die Formkurve des Richtgutes in einem Richtapparat oder einer Richtmaschine gemessen und mit einer simulierten Formkurve verglichen werden. Die Ergebnisse des Vergleichs gestatten es, detaillierte Aussagen zum Richtgut oder auch zum Zustand des Richtprozesses zu geben. Auch für die Organisation der Prozeßführung bestehen mehrere Möglichkeiten, die von der Frequenz der Änderung der Richtguteigenschaften abhängig sind, die sich beispielsweise von Charge zu Charge, von Richtgut zu Richtgut und/oder über die Länge des Richtgutes ändern können.

Durch die Trennung der Vorbereitungsphase I von der Realisierungsphase II können auch sehr schnell ablaufende Richtprozesse automatisiert werden. Die dargelegte automatisierte Führung eines Richtprozesses ist allgemeingültig und zeitunkritisch.

Die im Diagramm 2 dargestellte Lösung weist den Buchstaben im Diagramm 1 entsprechende Einheiten bzw. Werte auf, die daher nicht weiter erläutert werden. Hierbei gibt das Prozeßsimulationsprogramm A, das die meßtechnisch ermittelten Produkt- und/oder Prozeßdaten M und die erfaßten Produktionsdaten O berücksichtigt, direkt die Sollwerte L an die Basisautomatisierung N weiter.

Claims (12)

1. Verfahren zur automatisierten Führung eines Richtprozesses für ein Richtgut, wie Bleche, Bänder, Profile, Rohre und insbesondere für draht- oder mehrdrahtförmiges Richtgut in einem Richtapparat oder einer Richtmaschine mit mindestens einer durch einen Aktor verstellbaren Richtrolle, wonach zunächst ein Prozeßsimulationsmodell eines durchzuführenden Richtprozesses und ein Prozeßsimulationsprogramm erstellt und in eine Regelungseinrichtung des Richtapparates/der Richtmaschine eingegeben wird, wobei das Prozeßsimulationsprogramm die Einstellungen der verstellbaren Richtrolle(n) vorgibt, und danach bei laufendem Richtprozeß Änderungen der Produktdaten, insbesondere die die Gestaltung des Richtprozesses beeinflussenden Werkstoffeigenschaften und/oder Abmessungen des jeweiligen Richtgutes erfaßt und daraus Daten zur Einstellung der verstellbaren Richtrolle(n) errechnet und Signale zur automatischen Einstellung der verstellbaren Richtrolle(n) mittels eines Aktors bzw. Aktoren ausgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodell und das Prozeßsimulationsprogramm in einem Vorbereitungsschritt erstellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Simulationsrechnungen durchgeführt und die Ergebnisse in ein Prozeßrechenmodell eingehen, die auf dieser Basis die Einstellungen der verstellbaren Richtrolle(n) vorgeben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Prozeßsimulationsprogramm auf der Basis des Prozeßsimulationsmodells Simulationsrechnungen durchgeführt werden, deren Ergebnisse gespeichert und/oder in das Prozeßrechenmodell eingehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodell und das Prozeßsimulationsprogramm durch die während des Richtprozesses erfaßten Meßdaten optimiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eigenspannungszustand des Richtgutes über den Richtgutquerschnitt berechnet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich die Streckgrenze des jeweiligen Richtgutes in Abhängigkeit der jeweiligen Produkt- und Prozeßdaten ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für Richtgut aus Eisenmetallen die ausgeprägte Fließgrenze (Lüdersbereich) berechnet, verringert oder beseitigt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuellen Abbildungen des Richtprozesses mit dem Prozeßsimulationsmodell und dem Prozeßsimulationsprogramm unter Verwendung von Daten über den Richtapparat oder die Richtmaschine, über die gewünschten technologischen Abläufe, über die geometrischen Abmessungen und Werkstoffeigenschaften und über die gewünschte Qualität des jeweiligen Richtgutes erstellt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als geometrische Abmessungen der jeweilige Formzustand des einlaufenden Richtgutes in den Richtapparat oder in die Richtmaschine erfaßt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Prozeßsimulationsprogramm einer Variationsrechnung unterzogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß von jedem einer Variationsrechnung unterzogenem Prozeßsimulationsprogramm mindestens eine Beziehungsmatrix erstellt wird.