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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für die Inline-Detektion von
Fehlern in der Querschnittsform eines gewalzten Produktes.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine zugehörige Vorrichtung, die in der
Lage ist, Formfehler zu detektieren.
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In
der folgenden Beschreibung soll ein gewalztes Produkt ebenso ein
Produkt bedeuten, das durch eine ähnliche oder eine vergleichbare
Verarbeitung hergestellt wird, wie zum Beispiel durch Ziehen oder
durch Fließpressen.
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Darüber hinaus
kann es, wenngleich es vorzugsweise auf Produkte mit einem runden
Nennquerschnitt oder vergleichbarem angewendet wird, auch auf Produkte
anderer Querschnitte angewendet werden, wie zum Beispiel auf vieleckige,
sternförmige, dreilappige
oder andere.
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Die
Erfindung wird vorzugsweise, wenngleich nicht ausschließlich, in
der stahlerzeugenden Industrie angewendet, um eine automatische
Inline-Detektion der Fehler in der Querschnittsform eines Stabes
oder Drahtes, der wenigstens aus einem Walz-, Zieh- oder Fließpress-Schritt
hergestellt wird, zu erzielen. Genauer gesagt, wird die Erfindung
vorzugsweise in einer Produktionslinie eines Werkes für das Warmwalzen
von Langerzeugnissen angewendet.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der
Stand der Technik weist verschiedene Systeme und Verfahren für die Inline-Detektion von Formfehlern
und/oder Oberflächenfehlern
an Stäben oder
Drähten
während
oder am Ende des Walzens, Ziehens oder Fließpressens auf. Zum Beispiel
sind elektromagnetische Geräte
bekannt, die mittels Spulen, die ein elektromagnetisches Feld emittieren,
und zugehörigen
Empfangsspulen das Vorliegen von Oberflächenfehlern, wie zum Beispiel
von Rissen oder Mikrorissen in Metallstäben oder Metalldrähten detektieren,
die in einer Walzlinie bearbeitet werden.
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Um
Formfehler zu detektieren, verwendet der Stand der Technik optische
Drehsensoren, die geeignet sind, um gewalzte Produkte, die bearbeitet werden,
zu drehen und um das Vorliegen von Ovalformen, örtlichem Ausbeulen und anderen
Arten von Verformungen oder Fehlern zu bestimmen.
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Die
Verwendung solcher optischer Drehsensoren hat sich jedoch nicht
als vollständig
wirksam erwiesen, da aufgrund der Drehung auf seiner eigenen Achse,
der das Produkt ausgesetzt ist, wenn es zugeführt wird, die Drehsensoren
oft nur in der Lage sind, die Entität, jedoch nicht die Art des
Fehlers in der Querschnittsform zu detektieren, die nicht mit Genauigkeit
unterschieden werden kann.
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Diese
Unfähigkeit,
die Fehlerart zu unterscheiden, macht es unmöglich, die Ursache der Fehler
zu erkennen, wie zum Beispiel eine falsche Ausrichtung der Walzen,
ihr Verschluss oberhalb oder unterhalb des nominalen Auslegungswertes
oder aber Verschleiß oder
Beschädigung
der Walz-, Zieh- oder Fließpresstechnik,
und daher ist es nicht möglich,
die notwendigen Korrekturen vorzunehmen, um geeignete Bearbeitungsbedingungen
wiederherzustellen.
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Um
diesen Nachteil zu beseitigen, nutzt der Stand der Technik komplexe
Ausrüstungen,
die mehrere Detektoren von verschiedenen Punkten und Triangulationsverfahren
verwenden, um auch die Herleitung der gefundenen Fehlerart zu ermöglichen. Solche
Ausrüstungen
sind jedoch sehr kostspielig und beschwerlich in Bezug auf die Anlage,
so dass sie oft unwirtschaftlich sind und nicht an allen Anlagen
eingesetzt werden können.
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Der
Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung hat die hier vorliegende
Erfindung entwickelt und ausgeführt,
um die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und um weitere Vorteile zu
erzielen.
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US-A-5,930,734
beschreibt ein Verfahren zum Detektieren von Fehlern in der Querschnittsform eines
Produktes, das umfasst:
- – einen Schritt der Längenprüfung des
Schattens, den das Produkt wirft, wenn es von wenigstens einem Lichtstrahl
beleuchtet wird;
- – einen
Schritt des Erstellens einer grafischen Darstellung in Bezug auf
die Entwicklung des Maßes
des Schattens für
wenigstens einen konkreten Maßsektor
des Produktes.
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US-A-5,930,734
beschreibt weiterhin eine Vorrichtung zum Detektieren von Fehlern,
umfassend Messmittel, die in der Lage sind, das Maß des Schattens
zu messen, der von dem Produkt geworfen wird, das analysiert wird,
wenn es von wenigstens einem Lichtstrahl beleuchtet wird, und eine
Vorrichtung, die in der Lage ist, eine grafische Darstellung der
Entwicklung des Maßes
in Bezug auf wenigstens einen konkreten Maßsektor des Produktes zu erstellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird in den jeweiligen Hauptansprüchen dargelegt und charakterisiert,
wohingegen die abhängigen
Patentansprüche
andere innovative Merkmale des Hauptausführungsbeispieles beschreiben.
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Der
Zweck der Erfindung besteht darin, zu ermöglichen, die Art von Fehlern
in der Querschnittsform eines zu bearbeitenden Produktes zu unterscheiden
und die Entität
von Fehlern einer Querschnittsform eines zu bearbeitenden Produktes
zu bestimmen, insbesondere von Produkten aus Walzmetall und unter
Verwendung einer relativ einfachen Vorrichtung, die keine kostspielige
Ausrüstung
und komplexe Verarbeitung und Berechnungsmethoden erfordert und
die im Wesentlichen in jeder Art von Anlage installiert werden kann.
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Gemäß diesem
Zweck umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
Mittel zum Messen des Maßes
des Schattens, den das Produkt wirft, das analysiert wird, wenn
es von wenigstens einem Lichtstrahl beleuchtet wird, Mittel zum
Erstellen einer grafischen Darstellung der Entwicklung des Maßes in Bezug
auf wenigstens einen konkreten Maßabschnitt des Produktes sowie
Mittel zum Vergleichen der grafischen Darstellung mit einer Vielzahl
von grafischen Darstellungen, von denen eine jede charakteristisch für einen
konkreten Fehler in der Form des Produktes ist, um den gefundenen
Fehler oder die gefundene Kombination von Fehlern unterscheiden
zu können, wobei
diejenige aufgezeigt wird, die der entdeckten am ähnlichsten
ist.
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Mit
anderen Worten ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage,
einen Ähnlichkeitsindex zwischen
einer grafischen Darstellung, die gemäß einer konkreten Messung eines
Schattens auf dem Produkt detektiert wird, und einer Vielzahl von
grafischen Referenzdarstellungen, die gemäß der Kenntnis der Formfehler
an der Art von Anlage und der Art der zu betrachtenden Verarbeitung,
erstellt worden sind, anzugeben.
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Eine
jede grafische Darstellung ist charakteristisch für einen
typischen Fehler, sowohl in Bezug auf die Art als auch auf die Entität, oder
für eine
typische Kombination, die abgeleitet wird, wenn zwei oder mehr Fehler,
die gleichzeitig auf dem Produkt erscheinen können, überlagert werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht
die grafische Darstellung der Entwicklung des Schattens, die verwendet
wird, aus dem Polardiagramm, das die Entwicklung des Durchmessers
des Produktes bei sich veränderndem
Winkel in der betrachteten Mitte aufzeigt.
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Gemäß diesem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst das Mittel zum Messen des Maßes des Schattens eine Messvorrichtung,
die in der Lage ist, eine Drehung um ihre eigene Achse auszuführen, um
die Polarentwicklung des Maßes
des Schattens an wenigstens einem konkreten Winkelsektor des zu betrachtenden
Produktes aufzustellen.
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Gemäß einer
Variante umfasst jede Detektion wenigstens eine Prüfung, die
an wenigstens zwei Sektoren durchgeführt wird, die einander gegenüberliegen
und symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt des Produktes sind,
um zu ermöglichen,
dass die Art des Fehlers oder die Kombination von Fehlern durch eine
Drehung der Messvorrichtung, begrenzt auf einen reduzierten Winkel
des zu betrachtenden Produktes, unterschieden wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
stellt daher einen vorläufigen
Schritt des Erstellens und des Speicherns einer Vielzahl von Funktionsfamilien
dar, von denen eine jede in der Lage ist, eine korrelierte Vielzahl
von möglichen
Arten von Fehlern oder von Kombinationen von Fehlern zu beschreiben,
die in einem konkreten Winkelsektor des betrachteten Produktes in
Bezug auf die an dem Produkt vorgenommene Bearbeitung gefunden werden
können.
Danach wird das Maß des
Schattens auf dem zu bearbeitenden Produkt gemessen, und das relative
Polardiagramm wird erstellt. Gemäß einer
Variante wird das Polardiagramm in geeigneter Weise gefiltert und vorverarbeitet,
zum Beispiel normalisiert, so dass es nicht durch die Veränderlichkeit
des Maßes
des bearbeiteten Produktes beeinflusst wird.
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Das
Polardiagramm und die vorgespeicherten Funktionen werden sodann
verglichen, um diejenige aufzuzeigen, die dem mit der Detektion
erhaltenen Diagramm am ähnlichsten
ist. In Abhängigkeit von
dieser Anzeige der ähnlichsten
Funktion ermöglicht
das Verfahren die Einstufung der Fehlerart an dem Querschnitt des
Produktes sowie die Bestimmung der Entität derselben. Je größer die
Anzahl der Funktionen für
jede berücksichtigte
Familie von Fehlern ist, umso größer ist
der Approximationsgrad.
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Gemäß einer
Variante stellt die Erfindung weiterhin einen Schritt der Umkehrverarbeitung
des erhaltenen Ergebnisses, wie zum Beispiel eine Antinormalisierung,
bereit.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
ersichtlich sein, das als nichtbeschränkendes Beispiel und unter
Bezugnahme auf die anhängenden
Zeichnungen angeführt
wird.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen:
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1a, 1b und 1c zeigen
drei mögliche
Fälle von
Fehlern in der Querschnittsform in dem relativen Polardiagramm der
Entwicklung des Durchmessers bei sich änderndem Winkel in der Mitte.
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2 zeigt
das Polardiagramm für
den Fall aus 1b, begrenzt auf den Winkelsektor,
in dem der Fehler liegt.
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3 zeigt
eine Familie von Kurven, die als Vergleichsfunktionen verwendet
werden, um den Formfehler in Bezug auf den in 1b gezeigten
Fall zu erkennen.
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4 zeigt
ein Fließbild
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
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Unter
Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen
zeigen die 1a, 1b und 1c Beispiele
von drei typischen Fällen
von Fehlern in der Querschnittsform eines gewalzten Produktes 10,
das in einem Walzwerk mit Triowalzgerüsten und mit zueinander um
120 Grad angeordneten Walzen (Kocks®-Gerüst) vorkommen
kann.
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Angesichts
der Anordnung der Walzen wiederholen sich die Fehler (angedeutet
für die
drei Fälle 11a, 11b bzw. 11c)
aufgrund von ungenauer Ausrichtung, falschem Verschluss oder Verschleiß oder Störungen der
Walzen symmetrisch auf dem Umfang des Produktes 10. Solche
typischen Fehler betreffen jeweils einen Fall von Überfüllung (1a),
von Unterfüllung
(1b) bzw. einen Fall von falscher Zentrierung (Verschiebung)
(1c).
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst wenigstens eine Baugruppe, die in der Lage ist, einen Lichtstrahl
zu emittieren, der zu dem Produkt 10 hin auf Unendlichkeit
fokussiert ist, und eine Baugruppe, im Wesentlichen der herkömmlichen
Art, die daher an dieser Stelle nicht im Detail gezeigt wird, die
geeignet ist, eine Drehung um ihre eigene Achse um einen bestimmten
Winkel auszuführen,
um es der mit der Messbaugruppe 12 verbundenen Berechnungseinheit 13 zu
ermöglichen,
das Polardiagramm des Maßes
des Schattens zu erstellen, wenn sich der Winkel an dem Mittelpunkt ändert. Genauer und
den Leitweg auf der Grundlage des Stromquellen-Synchronisationssignals
unterbricht.
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In
einem Fall, in dem ein/e an das Heizelement angelegte/r Strom/Spannung
phasengeregelt ist, wird der Leitweg unterbrochen, wenn ein Strom nicht
fließt,
so dass der Temperaturabfall des Heizelementes, das ein zu bearbeitendes
Objekt erwärmt, minimiert
werden kann.
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Eine
sechste Erfindung ist eine Heizelement-Inspektionsvorrichtung, die
weiterhin in einer der ersten bis vierten Erfindung eine Warneinheit
umfasst, die eine Warnung ausgibt, dass das Heizelement ausgewechselt
werden muss, wenn ein Ergebnis des Suchens des Verschlechterungsgrades
des Heizelementes durch die Sucheinheit andeutet, dass das Heizelement
ausgewechselt werden muss.
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Ein
solches Erzwingen der Auswechslung des Heizelementes verhindert
das Auftreten der Trennung des Heizelementes und so weiter während der
eigentlichen Wärmebehandlung
eines zu bearbeitenden Objektes.
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Eine
siebente Erfindung ist eine Heizelement-Inspektionsvorrichtung,
bei der in einem der ersten bis vierten Erfindung der Speicher weiterhin eine
Länge und
eine Querschnittsfläche
des Heizelementes zu der Referenzzeit speichert.
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Dies
ermöglicht
die Berechnung des Widerstandes des Heizelementes zu der Referenzzeit.
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Eine
achte Erfindung ist eine Halbleiter-Herstellungsvorrichtung, die
eine Heizelement-Inspektionsvorrichtung
gemäß einer
der ersten bis vierten Erfindung umfasst.
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Dieser
Aufbau kann das Auftreten einer solchen Situation verhindern, dass
die Trennung des Heizelementes während
der Herstellung von Halbleitern auftritt, wodurch die Herstellung
der Halbleiter verhindert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen vorläufigen Schritt des Erstellens
einer Vielzahl von Funktionsfamilien, in 4 mit f1(ϕ,
K), ... fn(ϕ, K) bezeichnet, durch einen Funktionsgenerator 14 bereit,
wobei jede Familie in der Lage ist, „n" mögliche
Arten von Fehlern oder von Kombinationen von Fehlern in der Querschnittsform
des Produktes 10 in dem betrachteten Winkelsektor ϕ0–ϕ1
zu beschreiben und einzustufen.
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K
stellt normalerweise einen Vektor von Parametern dar, der eine konkrete
Funktion innerhalb der relativen Familie in Bezug auf die verschiedene und
variable Entität
des Fehlers der konkreten betrachteten Art erkennt.
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In
dem hier betrachteten Fall des Unterfüllungs-Fehlers wie in 1b zeigt 3 die
Familie der normalisierten Kurven (Funktionen), die diese Art von
Fehler beschreiben, wenn sich seine Entität ändert.
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Das
durch die Verarbeitungs- und Berechnungseinrichtung 13 auf
der Grundlage der Messung des Schattens erstellte normalisierte
Polardiagramm wird sodann in einer geeigneten Korrelationsbaugruppe 15 mit
den durch den Generator 14 erstellten Funktionsfamilien
verglichen.
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Ein
Parametrierungsschritt kann bereitgestellt werden, ausgeführt durch
eine geeignete Berechnungseinheit 16, um die nach der Messung
erstellten Diagramme kompatibel und vergleichbar mit den genormten
und vorgespeicherten Funktionen zu machen.
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Die
Korrelationsbaugruppe 15 ist geeignet, um den Grad der
größtmöglichen
Korrelation zwischen den Kurven aufzuzeigen, der in dem Fall der größtmöglichen Ähnlichkeit
zwischen den von der Messbaugruppe 12 ankommenden Daten
und einer der Eingangsfunktionen, die von dem Generator 14 erzeugt
werden, erzielt wird. Gemäß der Familie,
zu der die Funktion mit der größtmöglichen Ähnlichkeit gehört, ermöglicht die
Vorrichtung 20 die Einstufung der unter den „n" eingestuften Fehlern
gefundenen Fehlerart während
des Produktionsprozesses.
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Wenn
weiterhin die Funktion mit der größtmöglichen Ähnlichkeit zu einer Familie
gehört,
die eine Kombination von zwei oder mehr Fehlern beschreibt, ist
die Korrelationsbau gruppe 15 geeignet, um mehrere sequentielle
Vergleichszyklen durchzuführen,
um den relativen Einfall der zwei oder mehr vorliegenden Fehlerarten
zu unterscheiden, um die Entität
eines jeden einzelnen gefundenen Fehlers zu bestimmen.
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Eine
Umkehrverarbeitung von Antinormalisierung kann ebenfalls auf der
Grundlage der erhaltenen Ergebnisse durchgeführt werden.
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Dank
der Tatsache, dass die Art und die Entität der in dem Produkt vorliegenden
Fehler erkannt werden, ermöglicht
die Vorrichtung 10 daher die Durchführung von Korrekturmaßnahmen
zur Wiederherstellung der am meisten geeigneten Bearbeitungsbedingungen.
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Es
ist jedoch offenbar, dass Änderungen und/oder
Ergänzungen
von Teilen des Verfahrens und der Vorrichtung zum Detektieren von
Formfehlern wie oben beschrieben vorgenommen werden können, ohne
dass von dem Gebiet oder dem Erfindungsbereich der vorliegenden
Erfindung abgewichen würde.