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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Messen des Spalts zwischen zwei oder mehr im wesentlichen
statischen Elementen, deren wechselseitige Position in bezug auf
einen vordefinierten Bezugswert variabel sein kann, wie in den jeweiligen Hauptansprüchen angegeben
ist.
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Die
Erfindung erlaubt die Messung des zwischen zwei oder mehr Elementen
definierten Durchgangsspalts mittels optischer Einrichtungen, um
einer Arbeitskraft die Anweisungen zu liefern, die erforderlich
sind, um auf eine äußerst rasche
und präzise Weise
die Position der Elemente so zu regulieren, daß sie zum anschließenden Gebrauch
einsatzbereit angeordnet sind.
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Die
Erfindung ermöglicht
auch die Steuerung der Übereinstimmung
des Profils des eigentlichen Spalts relativ zu einem vorgegebenen
Bezugsmodell.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, für den Gebrauch auf
dem Gebiet der Metallurgie, um nach Maßgabe einer vordefinierten
Einstellungsmaske den Spalt zwischen zwei Walzen eines Führungskastens
für Walzgut
oder den Spalt zwischen den Walzen eines Walzgerüsts zu regulieren oder die
Ausfluchtung zwischen zwei oder mehr Kästen, zwischen dem Kasten und
dem entsprechenden Gerüst
oder zwischen zwei oder mehr Gerüsten
zu überprüfen.
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In
der nachstehenden Beschreibung wird der Einfachheit halber auf diese
spezielle Anwendung Bezug genommen, was jedoch keine Einschränkung der
Erfindung bedeutet.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Auf
vielen verschiedenen Gebieten gibt es im Stand der Technik die Notwendigkeit,
zwei oder mehr Elemente in einer vorgegebenen wechselseitigen Position,
die einen Durchgangsspalt definiert, mit einem extrem hohen Maß an Präzision zu
positionieren.
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Beispielsweise
in der Metallurgie umfaßt
der Stand der Technik die Notwendigkeit, die Position der Formwalzen
der Kästen,
die das Walzgut führen,
zu regulieren, um den von ihnen definierten Spalt an den Querschnitt
des zu führenden
Walzguts anzupassen, oder die Position der Formwalzen in Walzgerüsten mit
extrem begrenzten Spielräumen
zu regulieren, um den von ihnen definierten Spalt zu kalibrieren,
so daß Walzgut
mit dem vorgegebenen Querschnitt produziert werden kann.
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Diese
Reguliervorgänge
werden derzeit von den Bedienern manuell unter Verwendung von speziellen
Einrichtungen und herkömmlichen
Meßmethoden
durchgeführt,
die weder besonders präzise
noch zuverlässig
sind.
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Mit
herkömmlichen
Methoden durchgeführte Messungen
müssen
außerdem
vom Bediener während
der Regulierung der Rollen oder Walzen wiederholt durchgeführt werden,
bis die vorgegebenen Parameter erreicht sind.
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Es
ist eine allgemein bekannte Praxis, die Messungen mit Hilfe einer
Betrachtungseinrichtung durchzuführen,
die einen opalisierten Bildschirm und ein optisches Verstäxkungssystem
verwendet, um das Profil und die Dimension des zwischen zwei Rollen
oder Walzen definierten Durchgangsspalts zu überwachen. Dieses System ist
jedoch ebenfalls ein manuelles System und gewährleistet kein zuverlässiges Resultat.
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Es
ist also derzeit äußerst kompliziert,
den Spalt und die Ausfluchtung zwischen zwei hinsichtlich ihrer
Position variablen Elementen, in diesem Fall Rollen und Walzen,
zu messen und zu regulieren, und es ist dafür viel Zeit und speziell ausgebildetes Personal
notwendig.
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Die
Schnelligkeit der Ausführung
und die erzielten Resultate sind ferner stark von dem Bediener, seiner
Erfahrung und der von ihm angewandten Technik abhängig.
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FR-A-2
641 373 zeigt eine Distanzmeßvorrichtung
zum Messen der Formänderungen
eines sich mit hoher Geschwindigkeit in einem Vakuumbehälter drehenden
Objekts infolge der darauf einwirkenden Fliehkräfte.
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Die
Vorrichtung weist folgendes auf: ein lichtaussendendes Element,
bestehend aus einem Stroboskop, dessen Emissionsfrequenz mit der
Drehgeschwindigkeit des Objekts synchronisiert ist, eine erste Linse,
auf der das reelle Bild des Objekts, das bei jedem Aussenden eines
Stroboskopimpulses erhalten wird, reproduziert wird, ein graduiertes
Gitternetz, dem das reelle Bild überlagert
wird, und eine zweite Linse mit einer Vergrößerungsfunktion, die an der
in bezug auf die erste Linse anderen Seite des Gitternetzes angeordnet
ist.
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Die
in FR'373 vorgeschlagene
Lösung
ist komplex, weil sie zwei einzelne Linsen erfordert, und zwar die
eine zur Darstellung des rotierenden Objekts in einem Maßstab 1
: 1 und die andere zum Vergrößern der
Abbildung, sowie ein Gitternetz zwischen den beiden Linsen, um die
Formänderung
des Objekts visuell zu quantifizieren.
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Außerdem ist
diese Lösung
mit einer ihr innewohnenden Schwierigkeit behaftet, und zwar der Synchronisierung
des Stroboskop-Lichts und der Drehgeschwindigkeit des Objekts.
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Ferner
muß die
Formänderung
visuell auf dem Gitternetz quantifiziert und interpretiert werden und
ist daher subjektiv, nicht besonders präzise und nicht sehr zuverlässig.
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Diese
Lösung überwindet
also nicht die oben ausgeführten
Probleme des Stands der Technik.
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US-A-3
834 820 zeigt eine optische Meßvorrichtung,
die die Merkmale des Oberbegriffs des vorliegenden Anspruchs 1 aufweist.
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US-A-5
726 907 zeigt die Messung von Beanspruchungen bzw. Formänderungen
in einer Materialprobe unter Anwendung einer maschinellen Betrachtung,
wobei die Verlagerungen zwischen der Lage von Prüfpunkten der jeweiligen Abbildungen der
belasteten und der unbelasteten Probe gemessen werden.
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Die
Anmelderin der vorliegenden Anmeldung hat die vorliegende Erfindung
entwickelt und verkörpert,
um diesen Nachteil, den viele im Stand der Technik und speziell
auf dem Gebiet der Metallurgie beklagen, zu überwinden und außerdem weitere
Vorteile zu erzielen, die noch aufgezeigt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung ist in den jeweiligen Hauptansprüchen ausgeführt und charakterisiert, und
die Unteransprüche
beschreiben weitere Merkmale der Erfindung.
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Die
Hauptaufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens
und einer entsprechenden Vorrichtung zum Messen und Regulieren des zwischen
positionsvariablen Elementen definierten Durchgangsspalts, um dadurch
die Vorgänge
zum Einstellen und Anordnen dieser Elemente in Abhängigkeit
von dem durch die Betriebsspezifikationen geforderten Wert zu vereinfachen,
zu beschleunigen und zu standardisieren.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist die Durchführung von äußerst genauen Meßvorgängen, die
für das
Personal sofort in Zahlenform verfügbar und daher vollkommen ohne
eventuelle Fehler in bezug auf Interpretation und Bewertung durch
das Personal sind, um dadurch das Personal bei den Einstell- und
Anordnungsvorgängen
fortschreitend zu führen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, die Messungen personalunabhängig zu
machen und es dadurch auch nicht-spezialisierten oder unerfahrenen
Bedienern zu ermöglichen,
die genannten Elemente zu positionieren und zu regulieren.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, eine Vorrichtung mit einer solchen
Größe bereitzustellen,
daß sie
transportiert und in jeder beliebigen Arbeitsumgebung ohne weiteres
instal liert werden kann, einfach vorzubereiten und zu bedienen ist,
da keine komplizierten Vorgänge
wie Synchronisation oder Feineinstellung erforderlich sind.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
weist als wesentliche Teile eine Bildaufzeichnungseinrichtung auf,
die aus mindestens einer Fernsehkamera besteht, die mit einem Prozessor
verbunden ist, der dazu ausgebildet ist, die von der Fernsehkamera
aufgenommenen Bilder zu empfangen und zu verarbeiten.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wirkt die Fernsehkamera mit einer Lichtquelle zusammen,
die dazu geeignet ist, die Schärfe
der aufgenommenen Bilder zu erhöhen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Lichtquelle mit der Fernsehkamera ausgefluchtet und in bezug
auf die zu filmenden Elemente an der gegenüberliegenden Seite der Fernsehkamera
positioniert.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
sieht vor, die Fernsehkamera mit dem zwischen den zu regulierenden
Elementen definierten Durchgangsspalt auszufluchten und die von
der Fernsehkamera aufgenommenen Bilder mit einer definierten Probenmaske
oder Einstellmaske zu vergleichen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung von einigen bevorzugten Ausführungsformen,
die als nichteinschränkende
Beispiele anzusehen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen;
diese zeigen in:
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1 eine
Seitenansicht der Vorrichtung zum Messen des Spalts, die dazu dient,
die Walzen eines Kastens zum Führen
des Walzguts eines Walzwerks zu regulieren;
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2 die
vergrößerte Einzelheit
A von 1; und
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3 eine
Teildraufsicht auf eine Abwandlung der Vorrichtung von 1 zur
Messung des Spalts zwischen den Arbeitswalzen in einem Walzgerüst.
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GENAUE BESCHREIBUNG
VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird eine Vorrichtung 10 zum
Messen des Spalts, der zwischen positionsvariablen Elementen definiert
ist, dazu verwendet, die Position der Walzen 11 eines Kastens 12 zum
Führen
des Walzguts auf einer Walzstraße
zu regulieren und einzustellen. Die Vorrichtung 10 weist als
wesentliche Teile eine Fernsehkamera 13, einen Prozessor 14 und
eine die Rückseite
beleuchtende Lichtquelle 15 auf.
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In
diesem Fall ist die Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung an einer Stelle
eingebaut, an der Kästen 12 zum
Führen
des Walzguts gebildet und vorher angeordnet sind; sowohl die Kamera 13 und
die Lichtquelle 15 als auch der Kasten 12 sind
auf jeweiligen fest angeordneten Stützen 16, 17 und 18 positioniert.
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Die
fest angeordneten Stützen 16, 17 und 18 sind
in vorbestimmten Positionen auf einer gemeinsamen Basis 33 auf
solche Weise angeordnet, daß sie
immer definierte geometrische Positionen unter besonderen Bedingungen
des wechselseitigen Abstands und der genauen Einstellung der Höhen der Kamera 13,
des Kastens 12 und der Lichtquelle 15 berücksichtigen.
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Im
Zusammenwirken mit den Stützen 18 kann
es Einrichtungen zur Höhenregulierung
wie etwa Ausgleichsscheiben, Stützen
oder dergleichen geben, um die Positionierung von Kästen 12 unterschiedlicher
Dimension zu ermöglichen
und gleichzeitig die geometrischen Bedingungen von Höhe, Ausfluchtung
und Abstand in bezug auf die Kamera 13 und die Lichtquelle 15 aufrechtzuerhalten.
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Gemäß einer
Abwandlung sind die Kamera 13 und die Lichtquelle 15 bewegbar
und können
in einer anderen Gebrauchszone angeordnet sein.
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In
diesem Fall ist die Kamera 13 von einer luftdichten Aufnahmekonstruktion 19 umschlossen, die
sie vor Schmutz, Staub und anderen möglichen externen Agenzien schützt.
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Die
Kamera 13 ist mit dem Prozessor 14, in diesem
Fall einem Personalcomputer, verbunden und eignet sich zur kontinuierlichen Übertragung
der aufgenommenen Bilder zu diesem.
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Die
Kamera 13 ist mit dem zwischen den Walzen 11 des
Kastens 12 definierten Durchgangsspalt 32 ausgefluchtet,
wobei vorteilhaft die Achse 29 der Filmaufnahme 35 durch
die nominelle Mitte 31 des Spalts 32 geht.
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Die
von der Kamera 13 aufgenommenen Bilder werden auf dem Monitor 14a angezeigt,
wie 2 zeigt, und von dem Prozessor 14 mit
Hilfe eines speziellen Programms mit einer Probeneinstellmaske wie
etwa einem Digitalbild oder einer mit einem CAD-Programm erstellten Zeichnung verglichen.
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Bei
der hier gezeigten Konfiguration sieht die Erfindung vor, daß die Kamera 13 in
einem vordefinierten Abstand "d" von den Walzen 11 positioniert wird,
so daß die
Ergebnisse des Vergleichs zwischen den aufgenommenen Bildern und
der Probenmaske präzise
und zuverlässig
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Kamera 13 mit einem Entfernungsmesser oder einem anderen ähnlichen
Instrument ausgestattet, das geeignet ist, um zu dem Prozessor 14 den
tatsächlichen
Wert des Abstands "d" zu übertragen;
dieser Wert dient dazu, mögliche
Meßfehler
infolge von Unterschieden bei der Positionierung der Kamera 13 in
bezug auf den vorbestimmten Abstand mittels eines geeigneten Korrekturfaktors
zu korrigieren, der den tatsächlichen
Abstand berücksichtigt.
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Die
Lichtquelle 15 befindet sich hinter dem Kasten 12 und
weist bei dem hier gezeigten Beispiel eine Platte 20 mit
einer gedruckten Schaltung auf, auf der eine Vielzahl von LED 21 angebracht
ist.
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Die
Platte 20 liegt im Inneren eines Projektorgehäuses, dessen
innere Oberflächen
vom Reflexionstyp sind und das an der Vorderseite mit einem Glasstreifen 23,
der vorteilhaft opalisiert ist, versehen ist.
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Die
Funktion der Lichtquelle 15, die auch auf andere Weise
ausgebildet sein kann, beispielsweise als Glühlampe oder ähnlich,
besteht darin, den Durchgangsspalt von hinten zu beleuchten und
dadurch die Güte
der von der Kamera 13 aufgenommenen Bilder zu verbessern.
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Auf
diese Weise erscheint das Profil 21 der Walzen 11 außerordentlich
klar und wohldefiniert auf dem Bildschirm 14a (2),
so daß der
Vergleich mit der Probenmaske hochpräzise und leicht zu lesen ist.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
sieht vor, daß die
Vergleichsergebnisse von dem Prozessor 14 in Echtzeit in
Zahlenform auf dem Monitor 14a angezeigt werden, und zwar
mittels einer Vielzahl von Schnittstellenfenstern 24, die
unmittelbar verständlich
und geeignet sind, die Bediener bei ihren Arbeitsvorgängen zum
Regulieren der Walzen 11 zu leiten.
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Bei
dem in 2 gezeigten Beispiel muß der Bediener zum Erhalt des
vorbestimmten Werts des Durchgangsspalts und zur Korrektur der wechselseitigen
Position der Walzen 11 die linke Walze um 2,95 mm zur Außenseite
und um 0,05 mm nach unten verlagern, und gleichzeitig muß die rechte
Walze um 3,03 mm nach außen
und um 0,22 mm nach oben verlagert werden.
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Während der
Bediener diese Bewegungen ausführt,
werden die auf den Schnittstellenfenstern 24 angezeigten
Resultate in Echtzeit aktualisiert, so daß der Bediener fortlaufend
und progressiv angeleitet wird, bis sämtliche Diskrepanzen in bezug
auf die vordefinierten Werte im wesentlichen zu Null geworden sind.
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Der
Spalt- und Ausfluchtungswert der beiden Walzen 11 wird
in entsprechenden Schnittstellenfenstern 25 und 26 in
Echtzeit angezeigt.
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Gemäß einer
Abwandlung haben die in den Fenstern 24, 25 und 26 angezeigten
Werte verschiedene Farben je nachdem, ob der Spalt- und Ausfluchtungswert
in ein vorbestimmtes Toleranzfeld gelangt, um dem Bediener dadurch
die Arbeit zu erleichtern.
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Beispielsweise
können
die Werte grün
angezeigt werden, wenn sie in das definierte Toleranzfeld gelangen,
und können
rot angezeigt werden, wenn dies nicht der Fall ist.
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Das
Programm des Prozessors 14 erlaubt auch die Anzeige von
weiteren Schnittstellenfenstern 27 auf dem Monitor 14a,
was es dem Bediener ermöglicht,
die Vorrichtung 10 hochzufahren oder bestimmte Funktionen
auszuführen,
beispielsweise die Kalibrierung der Vorrichtung 10 zu Beginn
der Meßvorgänge.
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Gemäß einer
Abwandlung liefert eines der Schnittstellenfenster 27 Informationen
hinsichtlich der Kongruenz des Profils eines Teilbilds oder des gesamten
aufgenommenen Bilds in bezug auf die Probenmaske.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird die Vorrichtung 10 unter Verwendung
eines Gitternetzes oder eines dreidimensionalen Modells, von dem
eine Bezugsdimension bekannt ist, kalibriert.
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Gemäß einer
Abwandlung wird die Abbildung des von der Kamera 13 aufgenommenen
dreidimensionalen Modells von dem Prozessor 14 erfaßt und gespeichert
und dann als eine Probenmaske verwendet.
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Bei
der in 3 gezeigten Abwandlung wird die Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung
in einem Walzwerk verwendet, um den Spalt zwischen zwei Walzen 28a bzw. 28b zu
regulieren, die bereits in einem Walzgerüst montiert sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die Lichtquelle 15 mit der Walzachse 29 des
Gerüsts
ausgefluchtet, während
die Kamera 13 in einer Zone außerhalb des Gerüsts selbst
positioniert ist, wobei die jeweilige Filmaufnahmeachse 35 im
wesentlichen orthogonal zu der Walzachse 29 angeordnet
ist.
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Diese
Lösung
wird verwendet, wenn es aus Platzgründen nicht möglich ist,
die Lichtquelle 15 und die Kamera 13 hintereinander
an der einen und der anderen Seite der Walzen 28a und 28b anzuordnen.
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In
diesem Fall wird die Abbildung des zwischen den beiden Walzen 28a und 28b definierten Spalts
von der Kamera 13 mit Hilfe eines Spiegels 30 aufgenommen,
der in bezug auf die Walzachse 29 um einen definierten
Winkel, in diesem Fall um 45°, geneigt
ist.
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Der
Spiegel 30 ist auf einer gemeinsamen Basis 34 mit
der Kamera 13 angebracht, um so wechselseitige Zustände der
Positionierung, Neigung und Orientierung präzise zu definieren, damit eine
zuverlässige
Messung sichergestellt wird.
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Vorteilhaft
ist die Basis 34 an der Stelle des Führungskastens vor den Walzen 28a und 28b angebracht,
so daß es
auch möglich
ist, Informationen über
die richtige Ausfluchtung des Kastens und der Walzen selber zu liefern.