DE4203469A1 - Messverfahren und vorrichtung zur erfassung des spaltes eines arbeitswalzenpaares - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Spaltes eines Arbeitswalzenpaares durch Abtasten der Walzenballenenden mittels an Hebelstangen angeordneter Abtastvorrichtungen und zum Verarbeiten der Meßwerte zu einem die Walzspaltöffnung repräsentierenden Signal.

Bis zum heutigen Tag gibt es keine zufriedenstellende Lösung um die Dicke des Walzgutes, beispielsweise von Flachprodukten direkt am Stellort, d. h. dem Walzspalt zu messen und entsprechend zu regeln. Vor allem beim Walzen im höheren Temperaturbereich mit besonders ungünstigen Umfeldbedingungen wird heute ein Verfahren angewendet, das die Walzkraftänderung als Indikator für die Dickenänderung benutzt und nach mathematischen Zusammenhängen zwischen Federsteife des Walzgerüstes und Umformwiderstand des Walzgutes regelt. Die Genauigkeit dieses Verfahrens ist jedoch begrenzt durch die Auflösung der Walzkraftmeßeinrichtungen, der Steilheit der Federkennlinie des Gerüstes und der Größenordnung von Störgrößen durch Kraftnebenschlüsse, wie Reibungshysteresen, Walzrundlauffehlern, Walzbiegekrafteinfluß usw. Vor allem bei Gerüsten mit relativ weicher Federkennlinie oder großem Störgrößenanteil ist die Genauigkeit dieses Verfahrens nicht ausreichend, um enge Dickentoleranzen zu erzielen.

Bekannt sind andere Verfahren, bei denen die Lage der Arbeitswalzen zueinander über Meßglieder direkt abgetastet wird (DE 29 52 232 C2). Auch dieses Verfahren ist in der Genauigkeit begrenzt, da wegen wechselnder Walzgut-Breiten die Meßglieder nur seitlich des eigentlichen Walzspaltes angeordnet werden können. Bevorzugter Einbauort ist deshalb der Walzenzapfen der Arbeitswalzen zwischen Ballenkante und Walzenlagerstück. Die Meßglieder des bekannten Verfahrens haben jedoch den Nachteil, daß alle Biegungen der Arbeitswalze in die Messung mit einfließen und das Ergebnis verfälschen. Vor allem bei Walzgerüsten mit Arbeitswalzenbiegung, d. h. nach dem Stand der heutigen Technik bei allen modernen Ausrüstungen, zeigen diese Einflüsse ein nicht lineares und von vielen Faktoren abhängiges Verhalten.

Zusätzlich erschwerend ist die Anordnung der Meßglieder sehr nahe am Walzgut, die dadurch den überaus hohen Anforderungen an die Umfeldbedingungen (Hitze, Kühlflüssigkeit, Schmutz) standhalten müssen. Der Einsatz solcher Meßglieder wird deshalb überwiegend auf Kaltwalzwerke beschränkt.

Schließlich ist auch vorgeschlagen worden, den Abstand der Stützwalzen zueinander zu messen und daraus die Walzspaltöffnung zu errechnen. So ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem versucht wurde, mittels Meßbügeln beide Stützwalzenzapfen außerhalb des Gerüstes zu umfassen und Änderungen der Lage über abtastende Meßgeräte anzuzeigen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß eine aufwendige Meßeinrichtung eingesetzt werden muß, die zudem noch bei jedem Walzenwechsel einen Aus- und Einbau erfordert. Darüber hinaus zeigen berührende Meßgeräte starke Abnutzungserscheinungen durch die bei jedem Ein- und Ausfädelvorgang des Walzgutes auftretenden Beschleunigungskräfte.

Schließlich sind auch Verfahren bekannt, bei denen der Abstand der Einbaustücke zueinander gemessen wird. Diese Verfahren schließen jedoch die Stützwalzenrundlauffehler mit ein und erbringen deshalb nicht die geforderten Genauigkeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den aufgezeigten Problemen beim Stand der Technik, ein Verfahren und ein Meßsystem zu schaffen, mit dem möglichst genau und störungsfrei die Walzspaltöffnung auch bei Warmwalzwerken erfaßt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Lage der Walzenballenenden auf der dem Walzspalt abgewandten Seite der Arbeits- oder Stützwalze erfaßt und auf einen Referenzpunkt am oder neben dem Walzgerüst bezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat zunächst den Vorteil, daß der Meßort an eine geeignete Stelle des Walzgerüstes verlegt wird, an der günstige Umfeldbedingungen herrschen, so daß ein ungestörter Meßwert zu erwarten ist. Der zweite wesentliche Vorteil des Vorschlages der Erfindung ist darin zu sehen, daß die gemessene Lage der Walzenballenenden nunmehr entweder auf den Walzenständer bezogen wird, und zwar in einem Bereich in der Nähe des Walzspaltes, so daß Dehnungen des Walzenständers nicht in das Meßergebnis verfälschend eingehen oder auf einen Referenzpunkt neben dem Walzenständer mit gleichem Vorteil.

Nach einem anderen günstigen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lage der Walzenballenenden berührungslos, vorzugsweise optisch erfaßt wird. Die optische Erfassung schließt weitere Meßungenauigkeiten aus, die bei berührend arbeitenden Meßgeräten bislang nicht zu vermeiden waren.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die elastische und/oder thermische Verformung des Walzensatzes sowie dessen Verschleiß durch eine dem die Walzspaltöffnung repräsentierenden Signal aufgeschaltete walzkraftabhängige Kennlinie ausgeglichen wird. Durch diesen Vorschlag kann das Abbild der Walzspaltöffnung optimiert werden, da ansonsten elastische Verformungen des Walzensatzes sowie Verschleiß und thermische Ausdehnungen der Walzen aus dem Meßergebnis nicht eliminiert werden würden. Da elastische Verformungen jedoch ein reproduzierbares Verhalten zeigen, werden über die vorgeschlagenen walzkraftabhängigen Kennlinien, die in die Elektronik des Meßsystems eingebracht werden, derartige Verformungen und andere reproduzierbare Einflüsse ausgeglichen.

Andere Fehlereinflüsse sind Langzeiteinflüsse, die nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung über eine Meßwertrückführung aus einer auslaufseitigen Dickenmessung und als Nullpunktkorrektur im System kompensiert werden.

Eine Bauart des Meßsystems zur Ausführung des Meßverfahrens der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die die Abtastvorrichtungen tragenden Hebelstangen im Bereich des Walzspaltes an den Walzenständern befestigt sind und die Abtastvorrichtungen - mit den Walzenballenenden des abzutastenden Walzenpaares zusammenwirkend - an den Hebelstangen höhenverstellbar angeordnet sind.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die ausschließlich im Bereich des Walzspaltes befestigten Hebelstangen Dehnungen des Walzenständers nicht in das Meßergebnis einbringen.

Eine andere Bauart des Meßsystems sieht vor, daß die die Abtastvorrichtungen tragenden Hebelstangen an einer neben dem Walzenständer am Fundament befestigten Tragkonstruktion befestigt sind und die Abtastvorrichtungen mit den Walzenballenenden des abzutastenden Walzenpaares zusammenwirkend höhenverstellbar angeordnet sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Abtastvorrichtungen optische Geräte auf Laserbasis sind. Gleichwertig können die Abtastvorrichtungen auch als Diodenzeilenkameras mit monochromer Lichtquelle in bekannter Art ausgebildet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur verbesserten Erfassung der Walzenballenenden auf diese Gleitschuhe aufsetzbar sind, die mit definierten Meßkanten versehen sind. Damit wird das Problem kompensiert, das dadurch gegeben ist, daß eine genaue Erfassung der Walzenoberkante, die sich als gekrümmte Fläche darstellt, bereits bei geringer Winkelverlagerung zu Verfälschungen der Meßergebnisse führen würde. Mit den erfindungsgemäßen aufsetzbaren Gleitschuhen können definierte scharfkantige Meßpunkte geliefert werden.

Schließlich ist in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß auslaufseitig des Walzgerüstes ein Dickenmeßgerät vorgesehen ist, dessen Signalwertgeber mit der die Signale der Abtasteinrichtungen und ggfs. walzkraftabhängige Fehler verarbeitenden Recheneinheit verbunden ist.

Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise ein wesentlich verbessertes Messen des Walzspaltes, wobei umfeldabhängige Fehler weitgehend vermieden werden, Fehler aus der Auffederung der Gerüste ausgeschaltet und Meßverfälschungen aus verfahrensbedingten Verformungen berücksichtigt werden. Mit der Erfindung ist ein wesentlich besseres Ergebnis zu erwarten, als dies alle bisher bekannten Meßsysteme nach dem Stand der Technik herbeiführen konnten.

Die Erfindung läßt sich sowohl an Zweiwalzengerüsten wie auch an Mehr- oder Vielwalzengerüsten anwenden und sowohl in Walzwerken für Flachprodukte wie auch Profile einsetzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Vierwalzengerüst (Quarto) mit dem erfindungsgemäßen Meßsystem,

Fig. 2a einen Querschnitt durch das Walzgerüst nach Fig. 1 mit Befestigung der Meßeinrichtung am Walzenständer,

Fig. 2b einen Querschnitt durch das Walzgerüst nach Fig. 1 mit Befestigung der Meßeinrichtung auf dem Fundament und

Fig. 3 das Schaltbild des erfindungsgemäßen Meßsystems.

Die Figuren sollen grob schematisch das Prinzip der Erfindung verdeutlichen. Mit 1 sind die Arbeitswalzen des Vierwalzengerüstes bezeichnet, die von Stützwalzen 2 abgestützt werden. Die Arbeits- und die Stützwalzen sind in Einbaustücken E im Walzenständer 6, 6′ gelagert.

Mit 7, 7′ sind Gleitschuhe bezeichnet, die in Fig. 2 deutlicher zu erkennen sind. Die Gleitschuhe 7, 7′ liegen im Scheitelbereich auf den Walzenballenenden 3, 3′ der Stützwalzen 2 auf und definieren einen scharfkantigen Meßpunkt 10, beispielsweise eine Bohrung, mit deren Hilfe die Lage der Stützwalzen 2 optisch erfaßt wird.

Wie ebenfalls aus Fig. 2a ersichtlich, ist dazu die optische Abtastvorrichtung 4 vorgesehen, die, an der Hebelstange 5 bzw. 5′ angeordnet, jeder Walze und 2, 2′ und jedem Walzenballenende 3, 3′ zugeordnet ist. Die Abtastvorrichtung 4 ist, wie bei 9 angedeutet, höhenverstellbar und somit an den Durchmesser der Walzensätze anpaßbar.

Die Befestigung der Hebelstange 5 erfolgt, wie bei 11 angedeutet, am Walzenständer 6 im unmittelbaren Bereich des Walzspaltes W bzw. der Walzebene. Schließlich ist erkennbar auslaufseitig des in Pfeilrichtung 12 das Walzgerüst durchlaufenden Walzgutes ein Dickenmeßgerät 8 vorgesehen, das mit dem Meßsystem, wie in Fig. 3 dargestellt, verknüpft ist.

Die Fig. 2b zeigt die Ausführung und Befestigung der Hebelstangen 5 an einer auf das Fundament aufgesetzten Tragkonstruktion 14. Die übrigen Konstruktionsmerkmale bleiben unverändert.

Unter Hinweis auf Fig. 3 wird das Meßsystem wie folgt beschrieben. Die in den beiden oberen und unteren Abtastvorrichtungen 4, 4′ erhaltenen Meßwerte werden zu den Istwertsignales S4 und S4′ zusammengefaßt, den Operatoren 4b und 4′b zugeführt. Dem Eingang der Operatoren 4b und 4′b werden des weiteren die Sollwertsignale S4-Soll und S4′-Soll zugeleitet, die aus den Sollsignalen S4* und S4′* sowie Vorgaben der Nullpunkt-Eichung zusammengefaßt sind. Gleichfalls wird den Operatoren 4a und 4′a der Sollwertbildung S4-Soll ein Signal zugeleitet, das vom Dickenmeßgerät 8 erhalten wird. Den Operatoren 4b und 4′b, in denen die Stellsignale Δ S4 und Δ S4′ erarbeitet werden, wird zusätzlich ein walzkraftabhängiges Korrektursignal Sk und Sk′ zugeleitet. Wie dargestellt, erfolgt aus den Stellsignalen Δ S4 und Δ S4′ noch eine Rückkopplung auf die Nullpunkt-Eichung, um Fehlereinflüsse zu kompensieren.

Claims (10)

1. Meßverfahren zur Erfassung eines Spaltes eines Arbeitswalzenpaares durch Abtasten der Walzenballenenden mittels an Hebelstangen angeordneter Abtastvorrichtungen und zur Verarbeitung der Meßwerte zu einem die Walzspaltöffnung repräsentierenden Signal, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Walzenballenenden auf der dem Walzspalt abgewandten Seite der Arbeits- oder Stützwalzen erfaßt und auf einen Referenzpunkt am Walzgerüst oder neben dem Walzgerüst im Bereich des Walzspaltes bezogen wird.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Walzenballenenden berührungslos, vorzugsweise optisch erfaßt wird.

3. Meßverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische und/oder thermische Verformung des Walzensatzes sowie dessen Verschleiß durch eine dem die Walzspaltöffnung repräsentierenden Signal aufgeschaltete walzkraftabhängige Kennlinie ausgeglichen wird.

4. Meßverfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Langzeitfehlereinflüsse über eine Meßwertrückführung aus einer auslaufseitigen Dickenmessung und als Nullpunkt-Korrektur im Meßsystem kompensiert werden.

5. Meßsystem zur Ausführung des Meßverfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abtastvorrichtungen (4, 4′) tragenden Hebelstangen (5, 5′) im Bereich des Walzspaltes (W) an den Walzenständern (6, 6′) befestigt sind und die Abtastvorrichtungen (4, 4′) mit den Walzenballenenden (3, 3′) des abzutastenden Walzenpaares (2, 2′) zusammenwirkend höhenverstellbar angeordnet sind.

6. Meßsystem zur Ausführung des Meßverfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abtastvorrichtungen (4, 4′) tragenden Hebelstangen (5, 5′) an einer neben dem Walzenständer (6, 6′) am Fundament befestigten Tragkonstruktion befestigt sind und die Abtastvorrichtungen (4, 4′) mit den Walzenballenenden (3, 3′) des abzutastenden Walzenpaares (2, 2′) zusammenwirkend höhenverstellbar angeordnet sind.

7. Meßsystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtungen (4, 4′) optische Geräte auf Laserbasis sind.

8. Meßsystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtungen (4, 4′) Diodenzeilenkameras mit monochromer Lichtquelle sind.

9. Meßsystem nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur verbesserten Erfassung der Walzballenenden (3) auf diese Gleitschuhe (7) aufsetzbar sind, die mit definierten Meßkanten versehen sind.

10. Meßsystem nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auslaufseitig des Walzgerüstes ein Dickenmeßgerät (8) vorgesehen ist, dessen Signalwertgeber mit der die Signale (S4-Ist und S4′-Ist) der Abtasteinrichtung (4, 4′) und ggfs. walzkraftabhängige Fehler (Sk, Sk′) verarbeitenden Recheneinheit verbunden ist.