DE20023127U1 - Optical measurement of diameter, thicknesses and eccentricity of elongated products, especially products moving on a roller path, to provide continuous monitoring ensuring products are within tolerance - Google Patents
Optical measurement of diameter, thicknesses and eccentricity of elongated products, especially products moving on a roller path, to provide continuous monitoring ensuring products are within toleranceInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Messung der Unrundheit von länglichen WerkstückenDevice for measuring the out-of-roundness of elongated workpieces
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Durchmesser und Unrundheit von in ihrer Längsrichtung vorbewegten Rundprodukten an Walzstraßen, insbesondere bei solchen Werkstücken, die nach bisherigen Messungen rund sind.The invention relates to a device for measuring the diameter and out-of-roundness of round products moving forward in their longitudinal direction on rolling mills, in particular for those workpieces which are round according to previous measurements.
Es ist bekannt, in Walzwerken für Flachprodukte (Grobblech, Warmband) die Walzspalteinstellung über ein geschlossenes Regelsystem vorzunehmen. Zu diesem Zweck ist hinter dem letzten Walzgerüst ein Meßsystem angeordnet, das kontinuierlich die Dicke und gegebenenfalls die Planantät des gewalzten Produktes mißt und somit den Ist-Wert für das Regelsystem zur Verfügung stellt, welches dann über entsprechendeIt is known that in rolling mills for flat products (heavy plate, hot strip) the roll gap adjustment is carried out via a closed control system. For this purpose, a measuring system is arranged behind the last rolling stand, which continuously measures the thickness and, if necessary, the flatness of the rolled product and thus provides the actual value for the control system, which then uses appropriate
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Deutsche Bank A1GUarrftTifg, Nr*T)5*28497 (&Bgr;&Eacgr;&Zgr; 20TJT(JO W) ■ PosWähl?tfttnbarg, Nr. 2S*4*2 2W(BLZ 200 100 20)
Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. 933 60 35 (BLZ 200 800 00)Deutsche Bank A 1 GUarrftTifg, Nr*T)5*28497 (&Bgr;&Eacgr;&Zgr; 20TJT(JO W) ■ PosWahl?tfttnbarg, No. 2S*4*2 2W(BLZ 200 100 20)
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Aktoren die Walzspaltenhöhe und die Walzspaltgeometrie, im Hinblick auf Maßhaltigkeit und Ebenheit des Produktes einstellt.Actuators adjust the roll gap height and the roll gap geometry with regard to dimensional accuracy and flatness of the product.
Es ist angestrebt, in Walzstraßen für Rundprodukte ebenfalls geschlossene Regelsysteme anzuwenden. Aus der EP 0 843 156 A 2 ist bekannt geworden, ein Schattenmeßsystem mit drei unter einem verschiedenen Winkel angeordneten Meßsystemen zu verwenden. Die Meßsysteme werden in ihrer Position verschwenkt, um den Durchmesser aus unterschiedlichen Richtungen zu messen.The aim is to use closed control systems in rolling mills for round products. EP 0 843 156 A 2 discloses the use of a shadow measuring system with three measuring systems arranged at different angles. The measuring systems are pivoted in their position in order to measure the diameter from different directions.
Die bekannte Vorrichtung und das Verfahren zur Messung von Durchmesser und Unrundheit liefern ungenaue Messwerte, wenn sogenannte „Gleichdick"-Konturen auftreten. „Gleichdick"-Konturen zeichnen sich durch die Eigenschaft aus, daß sie bei einer Messung des Durchmessers aus verschiedenen Winkeln gleiche oder annähernd gleiche Durchmesserwerte besitzen. Mithin besitzt auch deren Schatten die gleiche Breite. Diese fehlende oder allenfalls geringe Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser täuscht eine sehr geringe Unrundheit des zu messenden Werkstücks vor. Diese kann jedoch tatsächlich weit außerhalb der zulässigen Toleranzen liegen und muß von einem Meßsystem zuverlässig erkannt werden.The known device and method for measuring diameter and out-of-roundness provide inaccurate measurement values when so-called "uniform thickness" contours occur. "Uniform thickness" contours are characterized by the property that they have the same or almost the same diameter values when the diameter is measured from different angles. Their shadows therefore also have the same width. This lack of difference or at most a slight difference between the largest and smallest diameters simulates a very slight out-of-roundness of the workpiece to be measured. However, this can actually lie far outside the permissible tolerances and must be reliably detected by a measuring system.
Aus „Steels and Metals Magazine", Vol. 26, No. 10, 1988, Seite 928-938 ist ebenfalls ein Schattenmeßverfahren zur Messung des Durchmessers bekannt. Bei dem beschrie-From "Steels and Metals Magazine", Vol. 26, No. 10, 1988, pages 928-938, a shadow measurement method for measuring the diameter is also known. In the described
-3-benen
Verfahren wird für zwei senkrecht zueinander stehender Achsen jeweils der Durchmesser des Produktes gemessen.-3-bene
In this procedure, the diameter of the product is measured for two axes that are perpendicular to each other.
W081/02927 betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Form eines Rohres. Hierbei wird aus den gemessenen Schatten ein Mittelpunkt für das Rohr bestimmt, dessen Änderung bei einer nachfolgenden Bewegung verfolgt wird. Aus zwei Mittelpunkten wir durch Verbindung einer geraden Linie ein Erwartungswert für einen dritten Mittelpunkt bestimmt. Weicht der gemessene dritte Mittelpunkt von dem erwarteten Mittelpunkt ab, so wird bei dem Verfahren festgestellt, daß der Verlauf des Rohres gebogen ist.W081/02927 relates to a device for determining the shape of a pipe. In this case, a center point for the pipe is determined from the measured shadows, and the change in this center point is tracked during a subsequent movement. An expected value for a third center point is determined from two center points by connecting a straight line. If the measured third center point deviates from the expected center point, the method determines that the course of the pipe is curved.
Aus der Offenlegungsschrift DE 198 03 938 Al ist ein Verfahren zur Feststellung der Form von Baumstämmen bekannt. Das Verfahren beruht darauf, daß zwei Paar voneinander zugeordneten Meßrampen einen durchlaufenden Baumstamm beleuchten. Die Beleuchtung erfolgt über mehrere voneinander beabstandete Leuchtdioden, von denen jeder einen Tangentenstrahl an dem Baumstamm erzeugt, so daß eine Vielzahl von benachbarten Tangentenstrahlen vorliegt. Einige Tangentenstrahlen werden jeweils zu drei unmittelbar benachbarten Tangentenpunkten zusammengefaßt, aus denen der Umfang des Baumstamms rekonstruiert wird.A method for determining the shape of tree trunks is known from the published patent application DE 198 03 938 A1. The method is based on two pairs of measuring ramps assigned to one another illuminating a tree trunk. The illumination is provided by several spaced-apart light-emitting diodes, each of which generates a tangent beam on the tree trunk, so that a large number of adjacent tangent beams are present. Some tangent beams are combined to form three immediately adjacent tangent points, from which the circumference of the tree trunk is reconstructed.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung von Durchmesser und Unrundheit zu schaffen, die bzw. das mit einem einfachen Mitteln eine schnelle und zuverlässige Messung der Unrundheit bei Werkstücken erlaubt.The invention is based on the object of creating a device for measuring diameter and runout, which allows a quick and reliable measurement of the runout of workpieces using simple means.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.The object according to the invention is also achieved by a device having the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist drei oder mehr Laserscanner auf. Jeder Laserscanner besitzt einen lichtempfindlichen Sensor mit einem Laser, der zur Beleuchtung eines Bereichs des Sensors auf diesen ausgerichtet ist. Die Laserstrahlen der Laserscanner sind für eine tangentiale Antastung des Werkstücks in einem Dreieck oder einem Vieleck um das Werkstück herum angeordnet. Besitzt die Vorrichtung beispielsweise drei Laserscanner, so bilden, wenn das Werkstück nur teilweise beleuchtet wird, deren Laserstrahlen ein Dreieck, das um das Werkstück herum angeordnet ist. Das Dreieck ist dabei so dimensioniert, daß das Werkstück die beleuchteten Bereiche der Sensoren teilweise verdeckt. Mithin wirft also eine Außenkante des Werkstücks einen Schatten auf den Sensor, wobei der Schatten es gestattet, die am weitesten in den Laserstrahl vorstehende Außenkante zu bestimmen. Vorteilhaft an dieser Vorrichtung ist, daß die Lage des Werkstücks weitgehend beliebig ist. Solange das Werkstück innerhalb des Dreiecks angeordnet ist und einen Schatten auf alle Sensoren wirft, ist die Lage des Zentrums des Werkstücks beliebig.The device according to the invention has three or more laser scanners. Each laser scanner has a light-sensitive sensor with a laser that is aimed at the sensor to illuminate an area of the sensor. The laser beams of the laser scanners are arranged in a triangle or polygon around the workpiece for tangential scanning of the workpiece. If the device has three laser scanners, for example, then if the workpiece is only partially illuminated, their laser beams form a triangle that is arranged around the workpiece. The triangle is dimensioned so that the workpiece partially covers the illuminated areas of the sensors. An outer edge of the workpiece therefore casts a shadow on the sensor, whereby the shadow makes it possible to determine the outer edge that protrudes furthest into the laser beam. The advantage of this device is that the position of the workpiece is largely arbitrary. As long as the workpiece is arranged within the triangle and casts a shadow on all sensors, the position of the center of the workpiece is arbitrary.
Wird das Werkstück durch den Laserstrahl des Laserscanners vollständig beleuchtet, so wirft das Werkstück einen vollständig innerhalb des ausgeleuchteten Bereichs des Sensors liegenden Schatten. Im Vergleich zu oben beschriebener Vorrichtung werden bei der Weiterbildung nach Anspruch 2 mit einem Laserscanner zwei parallele Geraden bestimmt, die den maximalen Abstand zwischen zwei Außenkanten des Werkstücks auf gegenüberliegenden Seiten wiedergeben. Mit der Anordnung von drei oder mehr Laserscannern in ungefähr gleichen Winkelabständen, also 120° = 360°/3, 90° = 36074, 72° = 36075 etc., entstehen drei oder mehr Paare von parallelen Geraden, die das Werkstück berühren. Diese Geraden ermöglichen eine Bestimmung des Durchmessers und der Unrundheit des Werkstücks unabhängig von der Lage dessen Zentrums. Eine Verschiebung des Zentrums wird aus den gemessenen Daten durch Differenzbildung herausgerechnet.If the workpiece is completely illuminated by the laser beam of the laser scanner, the workpiece casts a shadow that lies completely within the illuminated area of the sensor. In comparison to the device described above, in the development according to claim 2, two parallel lines are determined with a laser scanner, which represent the maximum distance between two outer edges of the workpiece on opposite sides. By arranging three or more laser scanners at approximately equal angular distances, i.e. 120° = 360°/3, 90° = 36074, 72° = 36075 etc., three or more pairs of parallel lines are created that touch the workpiece. These lines enable the diameter and the out-of-roundness of the workpiece to be determined regardless of the position of its center. A shift in the center is calculated from the measured data by forming the difference.
Jedem Laserscanner ist bevorzugt ein Nullpunkt zugeordnet, relativ zu dem der Abstand der am weitesten in den Laserstrahl ragenden Außenkante des Werkstücks gemessen wird, wobei die Laserscanner derart angeordnet sind, daß ihre Nullpunkte in einem Punkt zusammenfallen. Durch diese Anordnung der Laserscanner mißt jeder Laserscanner den Abstand der den Schatten erzeugenden Außenkante des Werkstücks von einem Nullpunkt. Fällt dieser Nullpunkt mit dem Zentrum des Werkstücks zusammen, so entspricht der aus dem Schatten bestimmte Abstand dem Radius des Werkstücks im Berührpunkt der Geraden.Each laser scanner is preferably assigned a zero point, relative to which the distance of the outer edge of the workpiece that extends furthest into the laser beam is measured, with the laser scanners being arranged in such a way that their zero points coincide at one point. Due to this arrangement of the laser scanners, each laser scanner measures the distance of the outer edge of the workpiece that creates the shadow from a zero point. If this zero point coincides with the center of the workpiece, the distance determined from the shadow corresponds to the radius of the workpiece at the point of contact of the straight line.
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In einer vorteilhaften Weiterführung der Vorrichtung sind die drei Laserscanner derart angeordnet, daß sie ein gleichwinkliges Dreieck um das Werkstück aufspannen. Auch hier ermöglicht die Verwendung von drei Laserscannern, „Gleichdick"-Konturen mit wenigen Meßwerten schnell und zuverlässig zu erkennen.In an advantageous further development of the device, the three laser scanners are arranged in such a way that they form an equiangular triangle around the workpiece. Here too, the use of three laser scanners enables "equal thickness" contours to be quickly and reliably identified with just a few measured values.
Um möglichst einfach verschiedene Meßwerte aufnehmen zu können, kann die gesamte Einheit drehbar gelagert werden, vorzugsweise um einen gemeinsamen Nullpunkt. In order to be able to record different measured values as easily as possible, the entire unit can be mounted so that it can rotate, preferably around a common zero point.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.Preferred embodiments of the devices according to the invention are explained in more detail with reference to the following figures.
Fig. 1 zeigt den Vergleich zwischen einem Gleichdick dritter Ordnung mit einem Kreis, der den gleichen Durchmesser aufweist,Fig. 1 shows the comparison between a third order constant and a circle having the same diameter,
Fig. 2 zeigt die Messung eines Gleichdicks mit Laserscanmikrometern bei der Antastung mit drei Tangenten,Fig. 2 shows the measurement of a constant thickness with laser scanning micrometers when probing with three tangents,
Fig. 3 zeigt die Messung eines konvexen Gleichdicks mit Laserscanmikrometern bei der Antastung mit sechs Tangenten undFig. 3 shows the measurement of a convex constant thickness with laser scanning micrometers when probing with six tangents and
-7-Fig.
4 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 6 bei einem dezentrierten Werkstück.-7-Fig.
4 shows the device from Fig. 6 with a decentered workpiece.
In Fig. 1 ist ein Gleichdick 12 dritter Ordnung dargestellt. Aus dem Vergleich mit dem Kreis 10 ist ersichtlich, daß der Gleichdick 12 unter jedem Winkel einen Durchmesser besitzt, der dem Kreisdurchmesser entspricht. Dennoch weist der Gleichdick 12 eine Unrundheit auf, die außerhalb von zulässigen Fertigungstoleranzen einer Produktionslinie liegen kann. Theoretisch können Gleichdicke der Ordnung 2n+l mit &eegr; = 0, 1, 2, auftreten. In den zur Zeit gebräuchlichen Fertigungsverfahren treten bei Verwendung von 3 Walzen überwiegend Gleichdicke dritter Ordnung auf, deren Vermessung nachfolgend erläutert werden soll.Fig. 1 shows a third order constant thickness 12. From the comparison with the circle 10 it can be seen that the constant thickness 12 has a diameter at every angle that corresponds to the diameter of the circle. Nevertheless, the constant thickness 12 has an out-of-roundness that may be outside the permissible manufacturing tolerances of a production line. Theoretically, constant thicknesses of the order 2n+l with η = 0, 1, 2 can occur. In the currently common manufacturing processes, when using 3 rollers, constant thicknesses of the third order predominantly occur, the measurement of which will be explained below.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung bestehend aus drei Laserscannern 28, 30, die zu einem Dreieck um Gleichdick 12 angeordnet sind. Der Laser 28 ist in der dargestellten Ausführungsform als ein Linienlaser ausgebildet und projiziert eine Linie auf den zugeordneten Sensor 30. Die Laserscanner sind derart um das Gleichdick 12 angeordnet, daß dieses die Laserstrahlen teilweise verdeckt, um eine Schattenkante 32 auf die Sensoren zu werfen. Jeder der drei Sensoren 30 mißt nun den Abstand 34 der Außenkante des Objekts vom Nullpunkt 36. Ein gemeinsamer Auswerterechner liest diese drei Meßwerte ein. Aufgrund der tangentialen Beleuchtung des Gegenstandes liegt jedoch im Gegensatz zu der Verwendung von Triangulationssensoren keine Information über den Ort der Antastung entlang dem jeweiligen Laserstrahl vor. Der entsprechende Kreis wird berechnet als derjenige Kreis, der sich an die parallel zum Laserstrahl ver-Fig. 2 shows a device consisting of three laser scanners 28, 30, which are arranged in a triangle around the constant 12. In the embodiment shown, the laser 28 is designed as a line laser and projects a line onto the associated sensor 30. The laser scanners are arranged around the constant 12 in such a way that it partially covers the laser beams in order to cast a shadow edge 32 onto the sensors. Each of the three sensors 30 now measures the distance 34 of the outer edge of the object from the zero point 36. A common evaluation computer reads in these three measured values. Due to the tangential illumination of the object, however, in contrast to the use of triangulation sensors, no information is available about the location of the scanning along the respective laser beam. The corresponding circle is calculated as the circle that follows the line parallel to the laser beam.
laufenden Geraden 38 tangential anschmiegt. Da die Winkel der Geraden 38 zueinander bekannt sind, kann aus diesen Angaben der drei Tangenten der Kreis eindeutig bestimmt werden.running straight line 38 tangentially. Since the angles of the straight line 38 to each other are known, the circle can be uniquely determined from these details of the three tangents.
Bei einer unbekannten Winkellage des zu messenden Gleichdicks können die Laserscanner um dieses gedreht werden. Durch Drehung des Objekts in der Meßvorrichtung oder durch Drehung der Meßeinrichtung um das Objekt werden dann weitere Teildurchmesser ermittelt. Nach Drehung um 120° ist die Messung abgeschlossen und der Auswerterechner ermittelt nun den kleinsten sowie den größten Durchmesser und als Differenz hieraus die Unrundheit.If the angular position of the constant diameter to be measured is unknown, the laser scanners can be rotated around it. By rotating the object in the measuring device or by rotating the measuring device around the object, further partial diameters are then determined. After rotating by 120°, the measurement is complete and the evaluation computer now determines the smallest and largest diameter and the out-of-roundness as the difference between these.
Die Meßeinrichtung kann um weitere Meßkopftripel mit jeweils 120° Versatz untereinander erweitert werden, um eine noch präzisere Messung der Werkstückkontur zu ermöglichen. Insbesondere kann so eine mögliche radiale oder axiale Fehlstellung einer beliebigen der drei Walzen oder eine einseitige Über- oder Unterfüllung des Walzkalibers erkannt werden, was mit einem einzelnen, drehend angeordneten Meßkopftripel nicht möglich ist.The measuring device can be expanded to include additional measuring head triplets, each offset by 120°, to enable even more precise measurement of the workpiece contour. In particular, this makes it possible to detect a possible radial or axial misalignment of any of the three rollers or a one-sided overfilling or underfilling of the roller caliber, which is not possible with a single, rotating measuring head triplet.
Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Vorrichtung besteht aus drei Laserscannern 40, 42, die in einem gleichmäßigen Winkelabstand um das Gleichdick angeordnet sind. Die Laserscanner besitzen einen Laser 40, dessen Laserstrahl in schneller Folge parallel durch das Meßfeld verschoben wird und dabei einen ausgedehnten Bereich auf demThe device shown in Fig. 3 and 4 consists of three laser scanners 40, 42, which are arranged at a uniform angular distance around the constant thickness. The laser scanners have a laser 40, whose laser beam is moved in rapid succession parallel through the measuring field, thereby covering an extended area on the
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Sensor 42 ausleuchtet. Das Gleichdick 12 wirft zwei Schattenkanten 44 auf den Sensor 42. Wie besonders gut aus Fig. 4 ersichtlich, entstehen bei der Vorrichtung insgesamt sechs Schattenkanten mit zugehörigen Geraden, die an dem zu messenden Gleichdick 12 anliegen. Eine Justierung der Laserscanner im Bezug auf das zu messende Werkstück ist nicht erforderlich, solange sich das Werkstück vollständig innerhalb des Lichtfeldes jedes Laserscanners befindet. Bei diesem Verfahren ist es jedoch nicht möglich, für einen Gleichdick mit nach innen gewölbten, konkaven Seiten den minimalen Radius richtig zu bestimmen.Sensor 42 is illuminated. The constant thickness 12 casts two shadow edges 44 onto the sensor 42. As can be seen particularly well in Fig. 4, the device produces a total of six shadow edges with associated straight lines that lie against the constant thickness 12 to be measured. Adjustment of the laser scanners in relation to the workpiece to be measured is not necessary as long as the workpiece is completely within the light field of each laser scanner. However, with this method it is not possible to correctly determine the minimum radius for a constant thickness with inwardly curved, concave sides.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20030327 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20030714 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20060727 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20080725 |
|
| R071 | Expiry of right |