DE2622505A1

DE2622505A1 - MEASURING DEVICE FOR MEASURING THE ROLL GAP IN THICKNESS-REGULATED ROLLING STANDS

Info

Publication number: DE2622505A1
Application number: DE19762622505
Authority: DE
Inventors: Emil Friedrich Kersting; Friedrich Dr Ing Nordmeyer; Ernst Theodor Dr Ing Sack
Original assignee: Maschinenfabrik Sack GmbH
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1977-12-08
Also published as: FR2351722A1; DD130099A5; IT1080393B; BE854717A; NL7705535A; JPS52143053A; FR2351722B3; DE2622505C2; CH614522A5; GB1561700A

Description

in dickengeregelten Walzgerüstenin thickness-controlled roll stands

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Messung des Walzenspaltes in dickengeregelten Walzgerüsten, mit zwei gegenüberliegenden, bei Walzspaltänderungen sich in ihrea Abstand zwangsläufig ändernden Meßflächen (DT-OS 2 224 9o9). Die neuere Entwicklung auf dem Gebiete der Meßwerterfassung für automatische Walzspaltregelungen zeigt, daß die Ermessung sich ändernder Induktivitäten vorherrschend ist. Dies gilt auch für die Induktions-Meßlehre in Teleskopbauweise zum M ssen des Abstandes zweier gegenüberliegender Einbaustücke der Arbeitswalzen ebenso wie für berührungslose Induktions-Meßgeräte nach der DT-PS 1 931 654 und DT-OS 2 224 9o9. Während die abgekapselte geschlossene teleskoprohrartige Bauweise dem rauhen Walzbetrieb noch am ehesten gerecht wird, so ist doch festzustellen, daß das Induktionsprinzip überhaupt - was die Auflösung und Linearität bzw. die Meßgenauigkeit angeht - den gestellten Anforderungen nicht mehr entspricht. Die berührungsfreie induktive Meßwerterfassung leidet an dem Mangel, daß sie durch den Zunderanfall und durch die Kühlflüssigkeit beeinträchtigt werden kann. Ein Beispiel für eine insoweit günstigere, abgekapselte Bauweise einer induktiven Abstandsmessung zeigt die DT-OS 2 439 58o.The invention relates to a measuring device for measuring the roll gap in thickness-controlled roll stands, with two opposite one another at their distance when the roll gap changes inevitably changing measuring surfaces (DT-OS 2 224 9o9). The recent development in the field of data acquisition for automatic roll gap controls shows that the measurement of changing inductances is predominant. This also applies to the Induction measuring gauge in telescopic design for measuring the distance between two opposing chocks of the work rolls as well as for non-contact induction measuring devices according to DT-PS 1 931 654 and DT-OS 2 224 9o9. While the encapsulated closed telescopic tube-like construction is most likely to do justice to the rough rolling operation, it can be determined that that the induction principle at all - as far as resolution and linearity or measurement accuracy is concerned - the posed No longer meets requirements. The non-contact inductive data acquisition suffers from the deficiency that it is through the Scale and can be affected by the coolant. An example of an encapsulated design of inductive distance measurement that is more favorable in this respect is shown in FIG DT-OS 2 439 58o.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf elektrischer Grundlage arbeitendes Meßgerät zur Messung des Walzenspaltes in dickengeregelten Walzgerüsten zu schaffen, das eine höhere Auflosung beim Erfassen des Meßwertes und damit ein genaueres Erfassen für die elektronische Regeleinrichtung ermöglicht. Ferner soll die Meßwerterfassung über den gesamten Anetellweg der Walzen ohne eine zusätzliche Justierung auf einen NullpunktThe invention is based on the object of an electrical measuring device for measuring the roll gap to create in thickness-controlled rolling stands that a higher resolution when recording the measured value and thus a more precise one Enables detection for the electronic control device. Furthermore, the measured value acquisition should be carried out over the entire Anetellweg of the rollers without an additional adjustment to a zero point

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möglich sein, die bei einer Induktions-Meßlehre erforderlich ist, um die Meßlehre stets auf den Bereich größter Empfindlichkeit einzustellen. In Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das Meßgerät gemäß der Erfindung aus durch eine aus einem Sender und einem Empfänger bestehende Einrichtung zum Erfassen der Laufzeit von Impulsen einer vom Sender abgestrahlten Ultraschall -Impulsfolgefrequenz zwischen den Meßflächen. Indem Sender und Empfänger an derselben lieBflache angeordnet und die andere Meßfläche als kugelförmiger Reflektor ausgebildet ist, macht die Erfindung von dem an sich auf anderen Gebieten bekannten Echolot-Prinzip Gebrauch mit der Besonderheit, daß die Senderfrequenz eine Ultraschallfrequenz sein muß, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen erheblich geringer ist als diejenige von elektromagnetischen Wellen und nur unter dieser Voraussetzung bei den kleinen Teststrecken, wie sie bei der Messung eines Walzenspaltes zur Verfügung stehen, Laufzeitänderungen meßtechnisch erfasst und verarbeitet werden können. Bei einer empfohlenen Ultraschallfrequenz von 1o MHz und einer von einer Meß-Elektronik abgegebenen Meßfrequenz von loo bis 5oo Hz ist eine Auflösung von o,5 yurrjzu erwarten, ein Wert der bisher nicht erreichbar erschien.be possible, which is required with an induction gauge is to always focus the measuring gauge on the area of greatest sensitivity to adjust. In solving this problem, the measuring device according to the invention is characterized by one of one Transmitter and a receiver existing device for detecting the transit time of pulses of an ultrasound emitted by the transmitter - Pulse repetition frequency between the measuring surfaces. By arranging the transmitter and receiver on the same surface the other measuring surface is designed as a spherical reflector, makes the invention different from that per se in other areas known echo sounder principle use with the peculiarity that the transmitter frequency must be an ultrasonic frequency because the speed of propagation of ultrasonic waves is considerably slower than that of electromagnetic waves Waves and only if this is the case with the small test sections, such as those used when measuring a roller gap Are available, changes in runtime can be measured and processed. At a recommended ultrasound frequency of 10 MHz and a measuring frequency of 100 to 500 Hz emitted by measuring electronics is a resolution expected from 0.5 yurrj, a value that was previously unattainable appeared.

Die Erfindung ist nicht auf das Echolot-Prinzip beschränkt, bei dem die ermittelte Laufzeit eines Impulses dem doppelten Abstand der Meßflächen voneinander entspricht, sondern es können der Sender an dem einen und der Empfänger an der anderen Meßfläche angeordnet sein, womit die Laufzeit eines Impulses der Größe der Meßstrecke zwischen den Meßflächen entspricht, die wiederum als Wert oder Xnderungswert des Abstandes von Walzeneinbaustücken oder der Walzen selbst oder ihrer Walzenzapfen anzusehen ist.The invention is not limited to the echo sounder principle, in which the determined transit time of a pulse corresponds to twice the distance between the measuring surfaces from one another, but it the transmitter can be arranged on one and the receiver on the other measuring surface, so that the running time of a Impulse corresponds to the size of the measuring path between the measuring surfaces, which in turn is the value or change value of the Distance from roll chocks or the rolls themselves or their roll journals is to be considered.

Das erfindungsgemäße Prinzip der Abstandsmessung über die Laufzeit van Impulsen einer Ultraschall-Impulsfolgefrequenz bringt es mit sich, daß die Auflösung bzw. Meßgenauigkeit unabhängig ist von der Länge der Meßstrecke zwischen den Meßflächen an sich, d.h. unabhängig ist von der Dicke des zu walzenden Walzgutes. Eine Nullpunkt-Einstellung auf einemThe inventive principle of distance measurement over the transit time of pulses of an ultrasonic pulse repetition frequency it means that the resolution or measurement accuracy is independent of the length of the measurement path between the Measuring surfaces per se, i.e. it is independent of the thickness of the rolling stock to be rolled. One zero point adjustment on one

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Bereich größter Empfindlichkeit bei einer Induktions-·Area of greatest sensitivity in an induction Meßlehre erübrigt sich angesichts der linearen Meß-Charak-Measuring gauge is unnecessary in view of the linear measuring character

Γ teristik des el|pf indutagsgemäßen Prinzips. Es versteht sich,Γ teristics of the principle according to the El | pf indutag. It goes without saying daß die bereits erwähnte und zum erfindungsgemäßen Meßgerät gehörende Meß-Elektronik mit einem Sollwertgeber versehen sein muß, um Abweichungen von einer bestimmten Laufzeit der Impulse als Fehlersignale zu erkennen. Eine absolute Abstandsmessung kann dadurch erhalten werden, daß bei aufeinandergefahrenen Walzen ein Zählerwert, der der ermittelten Laufzeit der Impulse entspricht, auf Null gestellt wird.that the already mentioned and the measuring device according to the invention Provide the corresponding measuring electronics with a setpoint generator must be in order to recognize deviations from a certain duration of the pulses as error signals. An absolute distance measurement can be obtained by using a counter value that is the same as the one determined when the rollers are driven one on top of the other Running time corresponds to the pulses, is set to zero.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Meßgerätes gemäß der Erfindung sind den Ansprüchen 4 bis 11 zu entnehaen.Further advantageous refinements of the measuring device according to the invention can be found in claims 4 to 11.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Meßgerätes gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigenIn the drawing, an embodiment of a measuring device according to the invention is shown, namely show

Fig. 1 zwei gegenüberliegende Einbaustücke mit einem Paar von Meßgeräten gemäß der Erfindung, undFig. 1 two opposite chocks with a pair of measuring devices according to the Invention, and

Fig. 2 ein Meßgerät in vergrößerter Darstellung im Querschnitt.2 shows a measuring device in an enlarged representation in cross section.

Figur 1 zeigt schematisch zwei Einbaustücke 1 und 2 mit den Arbeitswalzen 3 und 4, deren Walzenspalt über eine Abstandsmessung der Einbaustücke voneinander gemessen und Abstandsänderungen einer konventionellen automatischen Regelvorrichtung zur Konstanthaltung des Walzenspaltes zugeführt werden sollen. Zur Meßwerterfassung werden zweckmäßig mindestens zwei Meßgeräte S zwischen den Einbaustück^ angeordnet, deren Meßwerte in bekannter Weise gegeneinander geschaltet werden, um einen Mittelwert zu bilden. Hierdurch kann der Einfluß von unvermeidbaren Kippbewegungen der Einbaustücke eliminiert werden. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß ein Meßgerät 5 der Abstandsmessung zwischen Einbaustücken dient, sondern es könnte auch beispielsweise in Verbindung mit an den Zylindrischen Oberflächen der Walzen oder deren Walzenzapfen anliegenden mechanischen Tastvorrichtungen Verwendung finden.Figure 1 shows schematically two chocks 1 and 2 with the work rolls 3 and 4, the nips of which are measured by measuring the distance between the chocks and changes in distance are fed to a conventional automatic control device to keep the nip constant should. For measured value acquisition, at least two measuring devices S are expediently arranged between the chock ^, their Measured values are switched against one another in a known manner in order to form a mean value. This can influence the of unavoidable tilting movements of the chocks are eliminated. The invention is not limited to that a Measuring device 5 is used to measure the distance between chocks, but it could also be used, for example, in conjunction with an the cylindrical surfaces of the rollers or their roller journals resting mechanical sensing devices use Find.

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Nach der Figur 2 besteht ein Meßgerät 5 aus einem äußeren topfartigen Bauteil 6 mit Flansch 6a, das durch einen Ringdeckel 7 verschlossen ist. Sämtliche innenliegenden Teile sind also vollständig eingekapselt. Der Ringdeckel 7 wird von einem länglichen Fortsatz 8a eines topfartigen inneren Bauteils 8 durchgriffen, das eine Kammer zur Aufnahme einer Flüssigkeit, bestehend aus einem Alkohol-Wassergemisch, bildet. In das innere Kammerteil 8 und dessen Flüssigkeit taucht ein Stab 9 ein, der andern äußeren Bauteil 6 befestigt und an seinem unteren Ende 9a kugelförmig gestaltet ist. Relativbewegungen zwischen dem äußeren Bauteil 6 und dem inneren Kammerteil 8 wirken sich somit in einer Veränderung der Eintauchtiefe des Stabes 9 in die Flüssigkeit aus. Um der Flüssigkeit Gelegenheit zu geben, entsprechend der veränderten Eintauchtiefe des Stabes 8 auszuweichen, hat des Kammerteil 8 oben einen rohrförmigen Fortsatz 8b, innerhalb dessen sich der Spiegel der Flüssigkeit bewegen soll. Eine Spreizfeder Io zwischen dem Bodenteil des äußeren Bauteils 6 und dem inneren Kammerteil 8 dient dazu, den länglichen Fortsatz 8a des Kammerteils 8 ständig an einer Auflagefläche des unteren Einbaictückes 2 angedrückt zu halten, wenn das äußere Kaamerteil 6 an dem oberen Einbaustück 1 fixiert ist. Mit Rücksicht auf die möglichen Rückbewegungen der Einbaustücke zueinader hat der längliche Fortsatz 8a eine kugelförmig gekrümmte Außenfläche.According to FIG. 2, a measuring device 5 consists of an outer cup-like component 6 with a flange 6a, which is secured by an annular cover 7 is closed. All internal parts are completely encapsulated. The ring cover 7 is penetrated by an elongated extension 8a of a pot-like inner component 8, which has a chamber for receiving a Liquid, consisting of an alcohol-water mixture, forms. In the inner chamber part 8 and its liquid A rod 9 is immersed, which is attached to the other outer component 6 and has a spherical design at its lower end 9a. Relative movements between the outer component 6 and the inner chamber part 8 thus result in a change the depth of immersion of the rod 9 in the liquid. To give the liquid an opportunity, according to the changed To avoid immersion depth of the rod 8, the chamber part 8 has a tubular extension 8b at the top, inside which the level of the liquid should move. An expanding spring Io between the bottom part of the outer component 6 and the inner chamber part 8 serves to keep the elongated extension 8a of the chamber part 8 constantly on a support surface of the lower chock 2 pressed down when the outer chamber part 6 is fixed to the upper chock 1. Taking into account the possible backward movements of the chocks together the elongated extension 8a has a spherical shape curved outer surface.

In Längsrichtung des Stabes 9 mit seinem kugelförmigen Ende 9a ist in dem inneren Kammerteil 8 ein Sender 11 zur Abstrahlung einer Ultraschall-Impulsfolgefrequenz angeordnet, der im Ausführungsbeispiel von einem ringförmigen Empfänger 12 umgeben ist, wobei mindestens immer der Empfänger 12 raumbeweglich gelagert ist, um diesen auf die Strahlrichtung ausrichten und in der Bestlage justieren zu können. Der Sender 11 stellt die eine Meßfläche und das kugelförmige Ende 9a des Stabes9die andere Meßfläche des Systems dar, deren Abstand voreinander bzw. deren Abstandsänderung voneinander laufend zu vermessen ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Echolot-Prinzip angewandt, was durch die eingezeichneten Pfeile sichtbar gemacht ist. Die von dem Sender 11 ausgehenden Pfeile stellenIn the longitudinal direction of the rod 9 with its spherical end 9a, a transmitter 11 for radiation is located in the inner chamber part 8 an ultrasonic pulse repetition frequency arranged, the in the exemplary embodiment is surrounded by an annular receiver 12, the receiver 12 always being at least spatially movable is mounted in order to align it to the beam direction and to be able to adjust it in the best position. The transmitter 11 represents the one measuring surface and the spherical end 9a of the rod 9die represent another measuring surface of the system, their distance from one another or their change in distance from one another continuously increasing is presumptuous. In the exemplary embodiment, the echo sounder principle is used applied, which is made visible by the arrows drawn. Set the arrows emanating from the transmitter 11

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die abgestrahlte Sendefrequenz dar, wogegen die von dem kugelförmigen Ende 9a des Stabes 9 reflektierten Strahlen in entgegengesetzte Richtung weisen. Zweckmäßig wird im Bereich des Empfängers 12 ein fokussierendes System in Gestalt einer Ringblende 13 vorgesehen, durch die die nicht unmittelbar von dem Sender 11 kommenden Impulse ausgeblendet sind. Diese vagabundierenden Reflektionen könnten die Bildung eines genauen Meßwertes des Abstandes zwischen den beiden Meßflächen stören, da die kugelförmige Gestalt der Meßfläche am Stab 9 dies begünstigt, jedoch zweckmäßig ist, um sicherzustellen, daß auch bei Kippbewegungen zwischen dem äußeren Bauteil 6 und den inneren Kammerteil 8 aufgrund von Kippbewegungen der Einbaustücke der Empfänger 12 stets im Spektrum der möglichen Reflektionen liegt.represents the emitted transmission frequency, whereas the rays reflected from the spherical end 9a of the rod 9 point in the opposite direction. A focusing system is expediently in the area of the receiver 12 The shape of an annular diaphragm 13 is provided, through which the pulses not coming directly from the transmitter 11 are masked out are. These stray reflections could provide an accurate measure of the distance between the two Interfere with measuring surfaces, since the spherical shape of the measuring surface on the rod 9 favors this, but is useful to ensure that even with tilting movements between the outer component 6 and the inner chamber part 8 due to tilting movements the chocks of the receiver 12 is always in the spectrum of the possible reflections.

Da nach dem angewandten Echolot-Prinzip die Laufzeit von Impulsen der abgestrahlten Ultraschall-Iapulsfolgefrequenz geraessen wird, ist es wesentlich, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen unter allen Betriebsbedingungen möglichst konstant bleibt. Aus diesem Grunde wird zur Füllung des inneren Kammerbeuteils 8 eine Flüssigkeit verwendet, deren Dichte bei Temperatüränderungen möglichst konstant bleibt, z.B. Alkohol-Wassergemisch.Since, according to the echo sounder principle applied, the running time of Pulses of the emitted ultrasonic pulse repetition frequency is eaten, it is essential that the speed of reproduction the ultrasonic waves remain as constant as possible under all operating conditions. Because of this, for filling the inner chamber bag part 8, a liquid used, the density of which if possible when the temperature changes remains constant, e.g. alcohol-water mixture.

In Figur 1 sind elektrische Einzelheiten nicht dargestellt, wie etwa die Zuleitung der Benderfrequenz zum Sender II. Schematisch dargestellt ist lediglich eine Leitung 14 vom Sender 11, sowie eine vom Empfänger 12 kommende Leitung 15 zur Eingabe der Senderfrequenz und auch der Empfangsfrequenz an eine digitale Meßelektronik 16 in der in bekannter Woise die Laufdauer der abgestrahlten Impulse bis zu ihrem Empfang gemessen und umgesetzt wird in eine Meßfrequenz von vorzugsweise zwischen loo und 5oo Hz, die über den Ausgang 17 der Meßelektronik der nicht dargestellten automatischen Regelvorrichtung zugeleitet wird. Es versteht sich, daß bei dem angewendeten EAoIot-Prinzip der Abstand beider Meßflächen im Meßgerät 5 nur die Hälfte der Wegstrecke ausmacht, dieIn Figure 1, electrical details are not shown, such as the feed line of the bender frequency to the transmitter II. Only one line 14 is shown schematically Transmitter 11, as well as a line 15 coming from the receiver 12 for entering the transmitter frequency and also the receiving frequency to digital measuring electronics 16 in which, in a known manner, the duration of the emitted pulses until they are received is measured and converted into a measuring frequency of preferably between loo and 500 Hz, which is via the output 17 of the Measuring electronics is fed to the automatic control device, not shown. It goes without saying that with the applied EAoIot principle the distance between the two measuring surfaces in the measuring device 5 makes up only half of the distance that

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der Laufdauer der Impulse entspricht. Die Meß-Elektronik kann mit einem Zähler 18 ausgestattet sein, mit dem der effektive Abstand der Walzen 3, 4 voneinander in Zahlenwerten sichtbar gemacht wird, wobei der Zähler 18 auf Null.gestellt wird, wenn di ■ Walzen in der aus Figur 1 ersichtlichen Lage aufeinander gefahren und anschließend durch betätigen der nicht dargestellten Anstellvorrichtung· des Walzwerkes auseinander gefahren werden. Da es bei automatischen Walzspaltregelungen darauf ankommt, einen bestimmten Dickeη-Sollwert einzuhalten, ist die Meß-Elektronik 16 noch mit einem Sollwertsteller 19 verbunden durch den erreicht wird, daß am Ausgang 17 der Meß-Elektronik lediglich Fehlersignale zur Bildung der Regelgrößen in der automatischen Regelvorrichtung abgegeben werden. corresponds to the duration of the pulses. The measuring electronics can be equipped with a counter 18 with which the effective spacing of the rollers 3, 4 from one another is made visible in numerical values, the counter 18 being reset to zero when the rollers are in the position shown in FIG moved towards each other and then moved apart by actuating the adjusting device (not shown) of the rolling mill. Since it is important with automatic roll gap controls to adhere to a certain thickness setpoint value, the measuring electronics 16 are also connected to a setpoint adjuster 19 by means of which it is achieved that at the output 17 of the measuring electronics only error signals for the formation of the controlled variables in the automatic control device are achieved be delivered .

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Claims

Measuring device for measuring the roll gap in thickness-controlled Roll stands, with two opposite, with changes in the roll gap in their * m distance inevitably changing Measuring surfaces, characterized by a device for detection consisting of a transmitter (11) and a receiver (12) the transit time of pulses emitted by a voe transmitter Ultrasonic pulse repetition frequency between the measuring surfaces (9a, 11).

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the transmitter and receiver (11, 12) are arranged on the same measuring surface and the other measuring surface is designed as a spherical reflector (9a).

3, measuring device according to claim 1, characterized in that the Transmitter (11) on which one η and the receiver (12) is arranged on the other measuring surface.

4. Measuring device according to claims 1 to 3, characterized in that at least the receiver (12) is mounted in a spatially movable manner is.

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5. Measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that the receiver (12) with a focus s ie r end η system (13) is provided, through which pulses not coming directly from the counter-measuring surface are masked out.

6. Measuring device according to claim 1, characterized in that the two measuring surfaces (9a, 11) at each occurring distance from one another in one filled with a liquid Chamber part (8) are arranged.

7. Measuring device according to claim 6, characterized by a liquid, the density of which with temperature changes as possible is constant.

8. Measuring device according to claim 7, characterized by an alcohol-water mixture as a liquid.

9. Measuring device according to claim 6 to 8 with telescopically interlocking components, characterized in that the inner component comprises the chamber part (8) filled with liquid and the one measuring surface (11), and that on the outer component (6) is a rod (9) immersed in the liquid as a support for the other measuring surface (9a) is arranged.

lo. Measuring device according to claims 2 and 9, characterized in that that the transmitter (11) and receiver (12) are arranged on the bottom wall of the liquid chamber (8) and the rod end (9a) is spherical.

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11. Measuring device according to claim 9 for arrangement between two Chocks, characterized in that the inner and outer components (6, 8) are pot-shaped, one component (6) is provided with a flat contact surface and the other component (8) with a spherical outer surface is, unddiß a spreading spring (1o) is arranged between the components.

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