DE3122989A1

DE3122989A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung der planheit von metallblechen

Info

Publication number: DE3122989A1
Application number: DE19813122989
Authority: DE
Inventors: Robert Alfred 4920 Embourg Pirlet
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1980-06-13
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1982-03-11
Also published as: GB2077912A; GB2077912B; CA1186768A; BE883832A

Description

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PATENTANWALT **" " 4000'6ö^ELDOifr-BEffRATH 13 9. 6. 1981

DIPL-ING. ULRICH PLOGER 3 BENRATHER SCHLOSSALLEE 89

*** TELEFON 7132 34 und 7189 97 Pl/R

TELEX 8587941

REG. NR. 3712 I

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE

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47, rue Montoyer Brüssel / BELGIEN

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Planheit von Metallblechen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Planheit von Metallblechen, insbesondere von Stahlblechen beim Austritt aus dem Walzwerk.

Seitens der Anmelderin wurde bereits ein Verfahren dieser Art vorgeschlagen, das Höhenmessungen unter Heranziehung einer horizontalen Bezugsebene im Wege einer optischen DreiecksVermessung vorsieht. Nach diesem Verfahren erfolgt eine derartige Höhenmessung für mindestens zwei gezielt ausgewählte Fasern an der Ober-

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fläche des Produkts, wird die Länge dieser Fasern bestimmt, indem die Höhenmesswerte der Produkt-Transportgeschwindigkeit zugeordnet werden, und erfolgt eine Berechnung der unterschiedlichen Dehnung dieser Pasern, um so einen für die Planheit der jeweiligen Oberfläche repräsentativen V/ert su erhalten.

In einem in der Fachzeitschrift "Iron and Steel International", Ausgabe August 1978, S. 215-221, veröffentlichten Artikel beschreibt die Anmelderin eine Vorrichtung mit drei festen Laserstrahlern und drei Fotodiodenkameras zur Messung der Blechhöhe längs der Mittelfaser und an den seitlichen Rändern.Die so erhaltenen Messwerte werden in einen Minirechner gegeben, welcher die Planheitswerte ermittelt, wobei die letzteren über Bildschirm den Bedienungsleuten zur Anzeige gebracht werden, so dass diese unverzüglich die jeweils erforderlichen Massnahmen zu treffen in der Lage sind.

Die so erzielten Ergebnisse haben sich als durchaus zufriedenstellend erwiesen, und dies soga% im Hinblick auf die sehr geringfügigen Planheitsfehler, wie sie immer häufiger bei neuen Walzwerken mit Regelautomatik zu verzeichnen sind: so konnte nicht nur die Qualität des Walzprodukts kontrolliert werden, sondern auch die funktionelle Qualität dee Walzwerks selbst.

Es ist jedoch stets von Interesse, einerseits aus Gründen der Wirtschaftlichkeit (Vermeidung von Ausschuss) und andererseits aus Gründen einer wirksameren Kontrolle die Schnelligkeit und Genauigkeit dieser Messungen zu erhöhen. Es werden nämlich die Walzgeschwindigkeiten immer höher, so dass die Messungen immer schneller vorgenommen werden müssen, wenn die Qualitätskontrolle der Produkte im Zuge des Herstellungsprozesses erfolgen soll. Ausserdem erscheint es bei zu unterteilenden Produkten zweckmässig, die Messungen sooft wie nur eben

möglich über die Länge der Produkte hinweg vorzunehmen, so dass die Übergänge von einer ordnungsgemässen zu einer ausserhalb der Toleranz liegenden Planheit besser lokalisiert werden können.

Die Anordnung der Strahler und Empfänger ist ein sehr grosses Problem, das sich einmal im Zuge eines Walzloses zur Herstellung von Blechen gleicher Nennbreite, aber andererseits, und dies ist der häufiger vorkommende FaIl, sich jedesmal dann stellt, wenn sich die Breite der zu walzenden Bleche ändert.

Bei der Walzung von Breitblechen ist es ausserdem zweckmässig, die Anzahl der Meßstellen zu erhöhen, weil die Oberfläche zwischen der Mittelfaser des Blechs und den Rändern grosser ist und eine höhere Dichte der Einzelmessungen erfordert, was sich in einer Vergrösserung des Geräteumfangs und des Problems der lagemässigen Anordnung dieser Einrichtungen als zwangsläufige Folge hiervon niederschlägt.

Zur Zeit werden verschiedene Positionierungsverfahren angewandt, die jedoch sämtlichst mit den Nachteilen behaftet sind, dass eine Verschiebung einer grossen Anzahl von Vorrichtungen bzw. schweren und sperrigen Tragkonstruktionen erforderlich ist und dass hierzu durchwegs .komplizierte und teure Einrichtungen benötigt werden. Dieser Fall ist beispiels\ieise gegeben bei einer Verschiebung einer Bestandteil einer Dreiecksvermessung bildenden jeden optischen optischen Schaltung, die im allgemeinen grosse Abmessungen und ein hohes Gewicht aufweist.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die Messvorrichtung über den zu messenden Blechen einen im allgemeinen nur geringen höhenmässigen Freiraum belässt,

so dass die Gefahr einer Kollision zwischen einem Teil der Bleche und der Messvorrichtung gegeben ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein "Verfahren, mit dem sich diese Nachteile ausschalten lassen«

Dieses erfindungsgemässe Verfahren, bei dem eine optische Strahlung wie beispielsweise Laserstrahlenbündel in Richtung auf die Mittelfaser und die Ränder des Blechs und gegebenenfalls auch weiterer Zwischenzonen ausgesandt wird, wobei anschliessend entsprechende Empfäänger wie zum Beispiel Fotodiodenkameras einen Teil der vom Blech zurückgeworfenen Strahlung aufnehmen, eine Berechnung der Höhenlagen dieser Punkte mit Bezug auf eine horizontale Bezugsebene erfolgt, und zwar nach der Dreiecksvermeesungsmethode unter Heranziehung optischer Dreiecke in Verbindung mit den vorerwähnten Strahlern und Empfängern, und ein Planheitsindex ermittelt wird, welcher die unterschiedliche Dehnung der untersuchten Pasern ausdrückt, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesandten Strahlenbündel und die optischen Achsen der Empfänger mittels richtungsverstellbarer Ablenker so zueinander ausgerichtet werden, dass sich die Auftreffpunkte dieser Strahlungen an den jeweils gewünschten Stellen auf dem Blech unabhängig von der jeweiligen Breite desselben befinden.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schneiden sich mindestens zwei der optischen Strahlenbündel, bilden die Achsen dieser Bündel zwischen sich einen bekannten und konstanten Winkel und liegt ihr Schnittpunkt in der Drehachse des Ablenkelements; der grosse Vorteil dieser Ausführungsform besteht vor allem darin, dass die Zahl der einzusetzenden richtungsveränderlichen Ablenkelemente reduziert werden kann.

Die Achsen zwischen Strahler und Empfänger ein- und desselben Dreiecks sind koplanar. Ausserdem gehen im allgemeinen die Ebenen mehrerer Dreiecke ineinander über, wenngleich es zweckmässig ist, dass diese deutlich erkennbar und vorzugsweise parallel zueinander sind zwecks Vermeidung, dass ein- und derselbe Empfänger die von zwei getrennten Sendern kommende Strahlung störend beeinflussen könnte. Die beiden ausgesandten optischen Strahlenbündel.sind jedoch zweckmässigerweise senkrecht zur Drehachse des gleichen richtungsveränderlichen Ablenkers, ohne sich zu schneiden oder ohne dass ein Parellellitätszustand zwischen den beiden entsteht.

Die vorliegende Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zwei vollständig geschlossene Gehäuse oberhalb des zu vermessenden Blechs symmetrisch zur senkrechten mittleren Auflageebene desselben in einem entsprechenden ausreichenden Senkrechtabstand, der vorzugsweise über 2 m betragen sollte, angeordnet sind, damit der Raum direkt oberhalb des Blechs freibleibt und der Einfluss durch die hohe Temperatur des Blechmaterials im Falle eines Warmwalzwerks verringert wird, wobei diese Gehäuse sich in einem Abstand voneinander befinden, der deutlich grosser als die Blechbreite ist; dass die beiden Gehäuse mit Strahler- und Empfängervorrichtungen sowie richtungsverstellbaren Ablenkelementen ausgestattet sind; und dass diese beiden Gehäuse Öffnungen aufweisen, die mit lichtdurchlässigen Fenstern zum Durchtritt der auszusendenden und zu empfangenden Strahlung versehen sind.

Erfindungsgemäss beinhalten die Gehäuse als solche eine wasser- und staubdichte Abteilung mit Fenstern, in v/elcher die festen und beweglichen Ablenkelemente, die Objektive'und die sonstigen optischen Systemteile untergebracht sind.

Die beiliegende Zeichnung, die lediglich als Beispiel anzusehen ist und keinerlei Einschränkung ableitet, zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäss en Vorrichtung.

Das Blech 1, dessen Planheit überwacht werden soll, hat eine Breite von 2000 mm, die jedoch auch zwischen 350 mm und 2000 mm und darüber betragen kann.

In einer Höhe von 3.25 m über dem Blech 1 sind die Oberseiten der Gehäuse 2 und 3 unter dem Träger 4· symmetrisch zu einer mittleren Senkrechtebene (Linie 5) der Auflage für das Blech 1 befestigt. Der horizontale Abstand zwischen den beiden Gehäusen beträgt 2.70 m, während die Querschnittsabmessungen derselben nach Zeichnung 1.20 m χ 1 m betragen. Somit beträgt der Freiraum über dem Blech 1 3.25 m χ 2.70 m.

Gehäuse 2 beinhaltet zwei Laserstrahler 6 und 7 sowie drei Empfänger (Fotodiodenkameras) 8, 9 und 10, während in Gehäuse 3 drei Strahler 11, 12 und I3 sowie zwei Empfänger 14 und 15 untergebracht sind.

Die von den Strahlern 6 und 7 ausgesandten Laserbündel· treffen zuerst jeweils auf einen festen Spiegel (16 bzw. 17), werden sodann in der Drehachse eines um eine Senkrechtachse drehbaren Spiegels 18 zusammengeführt. Die in den Spiegel 18 einfallenden Strahlenbündel bilden zwischen sich einen Winkel "a", der nach erfolgter Reflexion in jeder Drehstellung des Spiegels konstant bleibt. Die reflektierten Strahlungen sind mit den Bezugsziffern 19 und 20 bezeichnet. Diese Strahlenbündel sind

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bestimmt zur Messung auf der linken Blechseite in dem Bereich zwischen Rand und Mittelfaser und bewirken die lichtbeaufschlagten Zonen in den Einfallpunkten 21 und 22 auf dem Blech 1. Gestrichelt ist ein anderer Verlauf der Strahlenbündel 19 und 20 entsprechend einer anderen Stellung des Spiegels 18 dargestellt. Mit Hilfe der richtungsverstellbaren Spiegel 23 und 24-, der festen Spiegel 25 und 26 und der ebenfalls mit lichtdurchlässigen Fenstern versehenen Öffnungen 27 und 28 kontrollieren die im Gehäuse 3 angeordneten Empfänger 14- und 15 die linke Blechseite im Bereich zwischen Rand und Mittelfaser. Auf diese Weise v/erden die lichtbeaufschlagten Zonen in den Auftreffpunkten 21 und 22 der aus Gehäuse 2 dem Blech beaufschlagten Strahlenbündel 19 und 20 von den Empfängern 14- und 15 im Gehäuse 3 erfasst. Der Winkel "a" wird gross genug gewählt, damit der Empfänger 14· niemals den vom Bündel 19 belichteten Punkt 21 erfassen kann.

Die von den Strahlern 11, 12 und 13 ausgesandten Laserstrahlenbündel treffen zuerst jeweils auf einen festen Spiegel (29, 30 bzw. 31)» worauf das vom Strahler 11 kommende und für die Mittelfaser des Blechs 1'feste Strahlenbündel auf einen zweiten festen Spiegel 32 trifft, der die Strahlung auf die Austrittsöffnung 33 des Gehäuses 3 in Richtung auf das Blech 1 entsprechend dem Pfeil 34- lenkt. Das Blech 1, das die Strahlung 34- an einem Punkt 35 seiner Mittelfaser empfangen hat, leitet diese durch diffuse Reflexion, und zwar in Richtung des Pfeils 36 zum Gehäuse 2, wieder ab. Mit Hilfe der festen Spiegel 37 und 38 sowie der mit einem lichtdurchlässigen Fenster versehenen Öffnung 39 kontrolliert der im Gehäuse 3 angeordnete Empfänger 10 den vom einfallenden Strahlenbündel 34· belichteten Punkt 35 des Blechs 1»

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Andererseits laufen die von den Strahlern 12 und 13 ausgesandten Strahlenbündel auf einen ebenfalls um eine zur Zeichnungsebene senkrechte Achse drehbaren Spiegel 40. Diese in den Spiegel 40 einfallenden Strahlungen bilden zwischen sich einen Winkel "b", welcher in jeder Stellung des Spiegels 40 konstant bleibt, und sind mit den Bezugsziffern 41 und 42 bezeichnet. Sie dienen zur Messung auf der rechten Blechseite in dem Bereich zwischen Rand und Mittelfaser und verlassen des Gehäuse 3 durch die gleiche Öffnung 33 wie das Strahlenbündel 34, wobei diese Öffnung ebenfalls mit einem lichtdurchlässigen Fenster versehen ist. Die Bündel 41 und 42 bestimmen die belichteten Zonen 43 und 44 im Bereich ihres Auftreffens auf das Blech 1. Gestrichelt ist ein anderer Verlauf der Strahlenbündel 41 und 42 entsprechend einer anderen Stellung des Spiegels 40 dargestellt. Die im Gehäuse 2 angeordneten Empfänger 8 und 9 tasten die rechte Blechseite zwischen Rand und Mittelfaser ab mit Hilfe der richtungsverstellbaren Spiegel 45 und 46, der festen Spiegel 47 und 48 sowie der mit lichtdurchlässigen Fenstern versehenen Öffnungen 49 und 50. Auf diese Weise werden die lichtbeaufschlagten Zonen in den Auftreffpunkten 43 und 44 der aus Gehäuse 3 dem Blech 1 beaufschlagten Strahlenbündel 41 und 42 von den Empfängern 8 und 9 im Gehäuse 2 erfasst. Der Winkel "b" wird gross genug gewählt, damit der Empfänger 8 niemals den vom Bündel 42 belichteten Punkt 44 erfassen kann. In der Praxis sind die Winkel "a" und "b" gleich gross.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass es sich bei den Strahlern um Laser handeln kann, doch ist auch der Einsatz anderer optischer Strahlungsquellen im Blau- oder UV-Bereich wie beispielsweise von Quecksilberdampflampen möglich, damit eine Unterscheidung von der Rot- oder Infrarotstrahlung des Blechs selbst bei hoher Temperatur

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vorgenommen werden kann. Diese Unterscheidung lässt sich durch Einschalten von Selektivfiltern vor die Empfänger noch verstärken.

Bekanntlich ist es auch zweckmässig, die gesamte von der Quelle abgegebene optische Energie auf ein sehr dünnes Bündel zu konzentrieren, dessen Breite im Millimeterbereich liegt: es ist dies der besondere Vorteil der beschriebenen LaserStrahlungen. Zur Bündelung der Strahlen können erfindungsgemäss Linsen, beispielsv/eise in zylindrischer Ausführung, eingesetzt werden.

Was die Empfänger anbetrifft, so werden im allgemeinen Rahmen der Erfindung wie bereits erwähnt Fotodiodenkameras bevorzugt, weil diese ein einfaches Anpeilen der Messpunkte und ein einfaches Erfassen der Bezugsstellen gestatten. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung wird jedoch durch Einsatz anderer Empfänger nicht verlassen. Ausserdem kann als Bezugsebene für die Höhenmessung der verschiedenen Punkte des Querschnitts des Blechs die hroizontale Berührungsebene zwischen Tragrollen und Blech herangezogen werden.

Das Verfahren zur Überwachung der Planheit von Blechen in der von der Anmelderin entwickelten Konzeption sei nunmehr eingehender beschrieben:

In vorher festgestellten zeitlichen Abständen erfolgt die Höhenmessung an drei Punkten des Blechs (Mittelfaser, Ränder) bei dessen Durchlauf unter der Planheitsmessvorrichtung. Für diese drei Punkte werden die Faserlängen (Istlänge entlang den Wellungen) und ihre unterschiedlichen Dehnungen Λ L berechnet. Die Ergebnisse werden als Planheitsindex entsprechend dem Verhältnis ÄL/L ausgewiesen, wobei L eine Bezugslänge ist. Werden beispielsv/eise die Blechfaserlängen an der rechten Seite, in der

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Mitte und auf der linken Seite (in Richtung der Fortbewegung des Blechs gesehen) mit den Symbolen Ly,, Lp und L^ bezeichnet, so ergibt sich der Planheitsindex jeweils wie folgt:

1/2

^L2

~Ls\ — Lq L_x — Lo -v

_ 3/₂. J 2 _ 3 2 1

L₂ 2 L₂

Es versteht sich, dass bei 5 gegebenen Messpunkten eine grössere Zahl von Planheitsindexen bestimmt werden kann.

Was den Einsatz von Strahlungspaaren anbetrifft, die zwischen sich einen gegebenen Winkel bilden, so gilt dies für zwischen den Rändern sowie zwischen der Mittelfaser und den Randbereichen des Blechs durchaufüEirende^iMessungen. Wie an anderer Stelle bereits ausgeführt, lässt sich hierdurch die Zahl der immer teuren richtungsverstellbaren Ablenkelemente reduzieren, wobei jedoch auch eine Verringerung der Anzahl der Strahler möglich ist, weil zur Herstellung eines solchen StrahlenbündeIpaars nur eine einzige Lichtquelle den optischen Elementen zugeordnet werden kann.

Bei den richtungsverstellbaren Elementen handelt es sich im allgemeinen um Planspiegel, doch ist der Einsatz auch anderer Ablenkelemente möglich, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. In dem vorbeschriebenen Beispiel werden richtungsverstellbare Ablenkelemente zur Abgabe von 1 Bündel sowie von 2 Strahlenbündeln und für die getrennte Aufnahme eines.jeden Bündels eingesetzt, doch ist ihre Verwendung für eine beliebige Anzahl von Eingangs- und Ausgangsstrahleribü'ndeln möglich.

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Die Erfindung bietet den weiteren Vorteil, dass über dem aus dem Walzwerk austretenden Blech ein grosser Freiraum belas-. sen wird, da die Vorrichtung zwei im grossen Abstand voneinander angeordnete Gehäuse umfasst, zwischen denen sich lediglich mechanische und statische Verbindungselemente befinden, und im übrigen eine Schutzverkleidung gegen mechanische Beschädigung und Hitzeeinwirkung aufweist. Aufgrund des Fehlens aufwendiger Tragkonstruktionen, die im allgemeinen das Walzwerk überspannen, ist freier Zugang zu allen Vorrichtungen des Systems gewährleistet. Dieser Freiraum stellt im übrigen einen Gewinn für durchzuführende Wartungsoperationen dar und bewirkt eine höhere betriebliche Zuverlässigkeit des Systems.

Zwar zeigt die Zeichnung eine besondere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, doch sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne dass der Erfindungsrahmen verlassen

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

- 12 -

Ij Verfahren zur Überwachung der Planheit von Metallblechen, insbesondere von Stahlblechen beim Austritt aus dem Warmwalzwerk, bei dem eine optische Strahlung, insbesondere Laserstrahlenbündel, in Richtung auf die Mittelfaser und die Ränder des Blechs und wahlweise weiterer Zwischenzonen ausgesandt wird, wobei anschliessend Empfänger, insbesondere Fotodiodenkameras,einen Teil der vom Blech zurückgeworfenen Strahlung aufnehmen, eine Berechnung der Höhenlage dieser Punkte mit Bezug auf eine horizontale Bezugsebene unter Heranziehung optischer Dreiecke erfolgt, die von diesen Strahlern und Empfängern gebildet werden, und ein Planheitsindex ermittelt wird, welcher die unterschiedliche Dehnung der- untersuchten Fasern ausdrückt, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesandten Strahlenbündel und die optischen Achsen der Empfänger mittels richtungsverstellbarer Ablenkelemente derart zueinander ausgerichtet sind, dass sich die Auftreffpunkte dieser Strahlungen an den jeweils gewünschten Stellen auf dem Blech unabhängig von der jeweiligen Breite desselben befinden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens zwei der optischen Strahlenbündel schneiden, wobei die Achsen dieserBündel einen bekannten und konstanten Winkel zwischen sich bilden und ihr Schnittpunkt in der Drehachse des Ablenkelementes liegt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Strahler und Empfänger ein- und desselben Dreiecks koplanar gehalten werden.

M- - Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen mehrerer Dreiecke voneinander getrennt und zueinander parallel gehalten werden.

- 13 -

\ - 13 -

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der ausgesandten Strahlenbündel senkrecht zur Drehachse des gleichen richtungsveränderlichen Ablenkers geführt wer.den, die sich weder schneiden noch parallel zueinander verlaufen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Lasern ausgesandten Strahlenbündel gebündelt und gefiltert werden.

7. Verfahren zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gehäuse (2,3) oberhalb des zu vermessenden Blechs (1) symmetrisch zur senkrechten Mittelebene (5) der Auflage desselben in einem derart ausreichenden, vorzugsweise über 2 m betragenden Senkrechtabstand angeordnet sind, dass der Raum direkt oberhalb des Blechs (1) freibleibt und der Einfluss durch die hohe Temperatur des Blechmaterials im Falle eines Warmwalzwerks ausreichend verringert wird, wobei diese Gehäuse (2,3) sich in einem Abstand voneinander befinden, der deutlich grosser als die Blechbreite ist, dass die beiden Gehäuse (2,3) mit Strahlen- (6,7,11,12,13) und Empfängervorrichtungen (8,9,10,14,15) sowie richtungsverstellbaren Ablenkelementen (23, 24-,45,¹I-B) ausgestattet sind, und dass diese beiden Gehäuse (2,3) Öffnungen (27, 28,33,49,50,39) aufweisen, die mit lichtdurchlässigen Fenstern zum Durchtritt der auszusendenden und zu empfangenden Strahlung versehen sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (2,3) eine wasser- und staubdichte Abteilung mit Fenstern beinhalten, in welcher die festen und beweglichen Ablenkelemente, die Objektive und die sonstigen optischen Systemteile untergebracht sind.