DE202016008273U1 - Device for measuring the width of a metal strip produced by strip rolling - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Ermitteln eines ersten gesuchten Abstands (x1) einer ersten Kante eines Metallbands von einer ersten gedachten Messgeraden (g1), die senkrecht zur Breite (b) des Metallbands verläuft mit: wenigstens einer ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) von einem ersten Typ und wenigstens zwei davon jeweils in ersten bekannten Abständen (y1, y3) angeordneten ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) von einem zweiten Typ, die zusammen auf der ersten gedachten Messgeraden (g1) angeordnet sind, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum: Ermitteln jeweiliger erster Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der ersten Kante des Metallbands jeweilige erste Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) zwischen der ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ und den ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ zurücklegen; Ermitteln der jeweiligen ersten Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) aus den jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale; und Ermitteln des ersten gesuchten Abstands (x1) mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den ersten bekannten Abständen (y1, y3) und den daraus sowie aus den ersten Entfernungen (d2 + d1, d2 + d3) ermittelbaren Abständen (d2, d1, d3) der ersten Mikrowelleneinrichtung (S1) vom ersten Typ bzw. der ersten Mikrowelleneinrichtungen (E1, E3) vom zweiten Typ von der ersten Kante des Metallbands.Apparatus for determining a first searched distance (x1) of a first edge of a metal strip from a first imaginary measurement line (g1) perpendicular to the width (b) of the metal strip, comprising: at least a first microwave device (S1) of a first type and at least two each of which is arranged at first known distances (y1, y3) first microwave devices (E1, E3) of a second type, which are arranged together on the first imaginary measuring line (g1), wherein the device is arranged to: determine respective first transit times of the microwave signals reflecting, reflected from the first edge of the metal strip, respective first distances (d2 + d1, d2 + d3) between the first first type microwave device (S1) and the second type second microwave devices (E1, E3); Determining the respective first distances (d2 + d1, d2 + d3) from the respective first propagation times of the microwave signals; and determining the first sought distance (x1) by means of trigonometric relationships between the first known distances (y1, y3) and the distances (d2, d1, d3) which can be determined therefrom and from the first distances (d2 + d1, d2 + d3) first microwave device (S1) of the first type and the first microwave device (E1, E3) of the second type of the first edge of the metal strip.
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Positionen der Kanten und der Breite eines Metallbandes.The invention relates to a device for determining the positions of the edges and the width of a metal strip.
Stand der Technik:State of the art:
Derartige Einrichtungen sind z. B. aus
Aus technologischen Gründen sind vorrangig berührungslose und verschleißfreie Vorrichtungen zur Bandbreitenmessung einzusetzen. Sensoren zur Breitenmessung von Metallbändern werden in der laufenden Produktion auch teilweise erhöhten Temperaturen oder intensiverer Staubeinwirkung (ggf. auch metallischer Abrieb) sowie insbesondere hoher Luftfeuchtigkeit und Nebel aus Walzemulsion bzw. -öl ausgesetzt. Dadurch sind optische Messsysteme (wie in z. B.
Im praktischen Betrieb marktüblicher optischer Messsysteme für die Breitenbestimmung von Metallbändern ergeben sich darüber hinaus auch Fehlmessungen infolge von Ebenheitsabweichungen (Welligkeiten) und Schwingungen.In addition, the practical operation of conventional optical measuring systems for determining the width of metal strips also results in incorrect measurements due to flatness deviations (waviness) and vibrations.
Induktive Sensoren (wie in z. B.
Das Ziel der
Offenbarung der Erfindung:Disclosure of the invention:
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine robuste und vereinfachte Vorrichtung zu schaffen, welche die Erfassung der Bandbreite mit einer Messgenauigkeit und Reproduzierbarkeit im Langzeiteinsatz im Sub-mm-Bereich (vorzugsweise unter 0,1 mm) selbst unter den widrigen Einsatzbedingungen an den Walzanlagen (Dämpfe, Staub/Emulsion in der Atmosphäre, hohe Temperaturen) sicherstellen.The object of the invention is therefore to provide a robust and simplified device which enables the detection of the bandwidth with a measurement accuracy and reproducibility in the long-term use in the sub-mm range (preferably below 0.1 mm) even under the adverse conditions of use of the rolling mills ( Vapors, dust / emulsion in the atmosphere, high temperatures).
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Schutzansprüche gelöst.The object is achieved with the subject matter of the independent claims.
Grundgedanke der Erfindung ist, die Bandkantenlage bzw. die Bandbreite metallischer Bänder mit zwei oder mehreren Radarsensoren, vorzugsweise Hochfrequenzsensoren im Bereich 30 bis 300 GHz vom Typ FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave, zu ermitteln.The basic idea of the invention is to determine the band edge position or the bandwidth of metallic bands with two or more radar sensors, preferably high-frequency sensors in the range 30 to 300 GHz of the type FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave.
Ein Radarsensor besteht aus einem Oszillator, der Mikrowellen mit der Frequenz zwischen 0,3 und 300 GHz (Mikrowellenstrahlung) erzeugt und mittels einer Antenne aussendet. Ein Empfänger detektiert über eine zweite Antenne die an Objekten in der Umgebung des Radarsensors reflektierte Strahlung. Der Abstand des Radarsensors zu jeweiligen Bandstelle ist proportional zur Laufzeit zwischen gesendeter und empfangener Welle. A radar sensor consists of an oscillator that generates microwaves with the frequency between 0.3 and 300 GHz (microwave radiation) and transmits them by means of an antenna. A receiver detects the radiation reflected by objects in the vicinity of the radar sensor via a second antenna. The distance of the radar sensor to each tape location is proportional to the transit time between transmitted and received wave.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Ermitteln der Lage beider Bandkanten und daraus der Bandbreite eines Metallbandes ausgestaltet. Beim Metallband kann es um Stahl, Aluminium oder Buntmetall handeln.The device according to the invention is designed to determine the position of both band edges and from there the bandwidth of a metal band. The metal band can be steel, aluminum or non-ferrous metal.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung auf jeder Seite des Metallbandes zwei oder mehrere Radarsensoren (inkl. Auswerteeinheiten) auf einer gedachten Messgeraden senkrecht zur Breite des Metallbands auf, die die Position der Bandkanten erfassen. Mit anderen Worten: es werden die Abstände zwischen den Sensoren und der jeweiligen Kante des Metallbandes gemessen. Mit Hilfe dieser Abstände und der bekannten Positionen der Radarsensoren kann die Breite des Metallbandes bestimmt werden.In one embodiment, the device has on each side of the metal strip two or more radar sensors (including evaluation units) on an imaginary measuring straight line perpendicular to the width of the metal strip, which detect the position of the strip edges. In other words, the distances between the sensors and the respective edge of the metal strip are measured. With the help of these distances and the known positions of the radar sensors, the width of the metal strip can be determined.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, Radarsensoren mit getrennter Sende- und Empfangsantenne zu verwenden, um Störungen wie Bandschwingungen/Randwelligkeiten zu ermitteln und zu kompensieren. Mindestens zwei, besser drei Empfangsantennen sowie eine Sendeantenne (kein Antennenarray) sollen eingesetzt werden, wie in
Auf diese Weise ist es möglich, die Breite eines Metallbandes besonders präzise zu bestimmen.In this way it is possible to determine the width of a metal strip very precisely.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung sind die Empfänger E1 und E3 bzw. E4 und E6 verschiebbar, so dass der Abstand y (
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung (
Ebenfalls kann es ausreichend sein, weniger Empfänger einzusetzen, wie in
Die Bestimmung der Bandkantenposition bzw. Bandbreite mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist mit einer besseren Genauigkeit möglich, weil Dampf und andere Verunreinigungen im Ausbreitungsweg der elektromagnetischen Strahlung im Vergleich zu einer Lichtstrahlung einen geringeren Einfluss haben. Ein Radar-Messsystem ist im Vergleich zu einem optischen Messsystem robuster. Der benötigte Einbauraum ist vergleichsweise gering. Durch die bessere Genauigkeit und Verfügbarkeit der erfindungsgemäßen Bandkantenpositions- bzw. Bandbreitenmessung kann die Produktqualität und Prozessstabilität erhöht und Besäumungsschrott eingespart werden.The determination of the strip edge position or bandwidth with the arrangement according to the invention is possible with a better accuracy, because steam and other impurities in the propagation path of the electromagnetic radiation in comparison to a light radiation have less influence. A radar measuring system is more robust compared to an optical measuring system. The required installation space is comparatively low. Due to the better accuracy and availability of the band edge position or bandwidth measurement according to the invention, the product quality and process stability can be increased and trimming scrap can be saved.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Schwingt nun das Band nach unten, wie in
In
Für eine derartige Anordnung wird anhand von
In einem Schritt können die jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale ermittelt werden, die reflektiert von der ersten Kante des Metallbands jeweilige erste Entfernungen e1 = d2 + d1 bzw. e3 = d2 + d3 zwischen dem ersten Mikrowellensender S1 und den ersten Mikrowellenempfängern E1, E3 vom zweiten Typ zurücklegen.In one step, the respective first propagation times of the microwave signals can be determined, which reflect from the first edge of the metal strip respective first distances e 1 = d 2 + d 1 and e 3 = d 2 + d 3 between the first microwave transmitter S1 and the first Return microwave receivers E1, E3 of the second type.
In einem weiteren Schritt können die jeweiligen ersten Entfernungen e1 bzw. e3 aus den jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale ermittelt werden.In a further step, the respective first distances e 1 and e 3 can be determined from the respective first transit times of the microwave signals.
In einem weiteren Schritt kann dann der erste gesuchte Abstand x1 der ersten Kante des Metallbands von der Messgeraden g1 mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den ersten bekannten Abständen y1, y3 und den daraus sowie aus den ersten Entfernungen e1 = d2 + d1 und e3 = d2 + d3 ermittelbaren Abständen d2, d1, d3 des ersten Mikrowellensenders S1 bzw. der ersten Mikrowellenempfänger E1, E3 von der ersten Kante des Metallbands wie folgt ermittelt werden.In a further step, the first sought distance x 1 of the first edge of the metal strip from the measuring line g 1 can then be determined by trigonometric relationships between the first known distances y 1 , y 3 and the first and the first distances e 1 = d 2 + d 1 and e 3 = d 2 + d 3 determinable distances d 2 , d 1 , d 3 of the first microwave transmitter S1 and the first microwave receiver E1, E3 are determined from the first edge of the metal strip as follows.
Folgende fünf Gleichungen können dabei für die fünf unbekannten Abstände x1, z, d1, d2, d3 in der Anordnung nach
Aus Gleichung 1 folgt:
Aus Gleichung 3 folgt:
Aus Gleichung 2 folgt:
Wird Gleichung 8 in Gleichung 6 eingesetzt, folgt: If equation 8 is used in equation 6, it follows:
Wird Gleichung 8 in Gleichung 7 eingesetzt, folgt: If equation 8 is used in equation 7, it follows:
Aus Gleichung 4 folgt:
Aus Gleichung 5 folgt:
Wird Gleichung 9 in Gleichung 10 eingesetzt, folgt: If equation 9 is used in equation 10, it follows:
Werden Gleichung 11 und Gleichung 12 in Gleichung 13 eingesetzt, folgt: If equation 11 and equation 12 are used in equation 13, it follows that
Durch Gleichung 14 kann d2 berechnet werden. Durch Gleichung 11 und Gleichung 12 können d1 und d3 berechnet werden. Durch Gleichung 9 oder Gleichung 10 kann z berechnet werden. Durch Gleichung 8 kann schließlich der erste gesuchte Abstand x1 berechnet werden.
Zudem weist die Vorrichtung einen zweiten Mikrowellensender S2 und wenigstens zwei davon jeweils in zweiten bekannten Abständen y4, y6 angeordnete zweite Mikrowellenempfänger E4, E6 auf, die zusammen auf einer zweiten gedachten Messgeraden g2, die senkrecht zur Breite b des Metallbands verläuft, in einem zweiten gesuchten Abstand x2 angeordnet sind.In addition, the device has a second microwave transmitter S2 and at least two second microwave receivers E4, E6, each arranged at second known distances y 4 , y 6 , which together extend on a second imaginary measuring line g 2 which is perpendicular to the width b of the metal strip a second sought distance x 2 are arranged.
Die Vorrichtung ist konfiguriert zum Ermitteln jeweiliger erster Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der ersten Kante des Metallbands jeweilige erste Entfernungen d2 + d1, d2 + d3 zwischen dem ersten Mikrowellensender S1 und den ersten Mikrowellenempfängern E1, E3 zurücklegen. Die Vorrichtung ist ferner konfiguriert zum Ermitteln der jeweiligen ersten Entfernungen d2 + d1, d2 + d3 aus den jeweiligen ersten Laufzeiten der Mikrowellensignale.The apparatus is configured to determine respective first durations of the microwave signals reflected from the first edge of the metal strip by respective first distances d 2 + d 1 , d 2 + d 3 between the first microwave transmitter S1 and the first microwave receivers E1, E3. The device is further configured to determine the respective first distances d 2 + d 1 , d 2 + d 3 from the respective first propagation times of the microwave signals.
Die Vorrichtung ist weiter konfiguriert zum Ermitteln des ersten gesuchten Abstands x1 mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den ersten bekannten Abständen y1, y3 und den daraus sowie aus den ersten Entfernungen e1 = d2 + d1 und e3 = d2 + d3 ermittelbaren Abständen d2, d1, d3 des ersten Mikrowellensenders (S1) bzw. der ersten Mikrowellenempfänger (E1, E3) von der ersten Kante des Metallbands.The apparatus is further configured to determine the first sought distance x 1 using trigonometric relationships between the first known distances y 1 , y 3 and the one therefrom and the first distances e 1 = d 2 + d 1 and e 3 = d 2 + d 3 determinable distances d 2 , d 1 , d 3 of the first microwave transmitter (S1) and the first microwave receiver (E1, E3) from the first edge of the metal strip.
Die Vorrichtung ist konfiguriert zum Ermitteln jeweiliger zweiter Laufzeiten der Mikrowellensignale, die reflektiert von der zweiten Kante des Metallbands jeweilige zweite Entfernungen e4 = d5 + d4 bzw. e6 = d5 + d6 zwischen dem zweiten Mikrowellensender S2 und den zweiten Mikrowellenempfängern E4, E6 zurücklegen. Die Vorrichtung ist ferner konfiguriert zum Ermitteln der jeweiligen ersten Entfernungen e4 bzw. e6 aus den jeweiligen zweiten Laufzeiten der Mikrowellensignale.The apparatus is configured to determine respective second propagation times of the microwave signals reflecting from the second edge of the metal strip respective second distances e 4 = d 5 + d 4 and e 6 = d 5 + d 6 between the second microwave transmitter S2 and the second microwave receivers Travel E4, E6. The device is further configured to determine the respective first distances e 4 and e 6 from the respective second propagation times of the microwave signals.
Die Vorrichtung ist weiter konfiguriert zum Ermitteln des zweiten gesuchten Abstands x2 mit Hilfe trigonometrischer Beziehungen zwischen den zweiten bekannten Abständen y4, y6 und den daraus sowie aus den zweiten Entfernungen e4 = d5 + d4 und e6 = d5 + d6 ermittelbaren Abständen d5, d4, d6 des zweiten Mikrowellensenders S2 bzw. der zweiten Mikrowellenempfänger (E4, E6) von der zweiten Kante des Metallbands.The apparatus is further configured to determine the second sought distance x 2 using trigonometric relationships between the second known distances y 4 , y 6 and the one therefrom and the second distances e 4 = d 5 + d 4 and e 6 = d 5 + d 6 determinable distances d 5 , d 4 , d 6 of the second microwave transmitter S2 and the second microwave receiver (E4, E6) of the second edge of the metal strip.
Weiterhin ist die Vorrichtung konfiguriert zum Ermitteln der Breite b als Differenz aus dem bekannten Abstand d der ersten von der zweiten gedachten Parallelen und dem ersten x1 und dem zweiten x2 gesuchten Abständen, die sich jeweils aus trigonometrischen Beziehungen aus den ersten Abständen d1, d3 sowie den ersten bekannten Abständen y1, y3 beziehungsweise den zweiten Abständen d4, d6 sowie den zweiten bekannten Abständen y4, y6 ergeben.Furthermore, the device is configured to determine the width b as the difference between the known distance d of the first of the second imaginary parallels and the first x 1 and the second x 2 sought distances, which respectively consist of trigonometric relationships from the first distances d 1 , d 3 and the first known distances y 1 , y 3 and the second distances d 4 , d 6 and the second known distances y4, y6.
Schließlich ist die Vorrichtung konfiguriert zum Ermitteln der Breite b des Metallbands als Differenz aus dem bekannten Abstand d der ersten gedachten Messgeraden g1 von der zweiten g2 gedachten Messgeraden g2 und dem ersten gesuchten Abstand x1 sowie dem zweiten gesuchten Abstand x2.Finally, the device is configured to determine the width b of the metal strip as the difference between the known distance d of the first imaginary measuring line g 1 from the second g 2 imaginary measuring line g 2 and the first searched distance x 1 and the second searched distance x 2 .
Dabei können der erste gesuchte Abstand x1 sowie der zweite gesuchte Abstand x2 wie nach
Für die Anordnung in
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Legal Events
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R207 | Utility model specification | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |