EP1216766A2 - Konturmesseinrichtung und Verfahren zur Messung einer Kontur - Google Patents

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EP1216766A2
EP1216766A2 EP01128696A EP01128696A EP1216766A2 EP 1216766 A2 EP1216766 A2 EP 1216766A2 EP 01128696 A EP01128696 A EP 01128696A EP 01128696 A EP01128696 A EP 01128696A EP 1216766 A2 EP1216766 A2 EP 1216766A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contour
distance
measuring device
roller
roll stand
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01128696A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1216766A3 (de
Inventor
Stefan Schulze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Demag AG filed Critical SMS Demag AG
Publication of EP1216766A2 publication Critical patent/EP1216766A2/de
Publication of EP1216766A3 publication Critical patent/EP1216766A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/12—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring roll camber

Definitions

  • the invention relates to a contour measuring device for measuring the contour a roller arranged in a roll stand with a number of distance sensors, each of which is used to determine its respective distance from Surface of the roller is designed. It also relates to a method of measurement such a contour.
  • a roll stand can be used to roll a rolling stock, for example in a rolling mill or a rolling mill with a number of work and as needed Back-up rollers are used.
  • the roll stand or the rolling mill can in particular for rolling so-called cold or hot flat products, For example, metal strips can be provided.
  • the rolling process regarding the operating parameters that characterize it and the quality of the rolled product depend particularly on the geometry of the rollers. in the Ideally, the rollers should be absolutely round and free of Be eccentricity. Deviations from this and in particular an eccentricity that occurs of the rolls can namely on the product through the rolling process are transferred and thus directly to loss of quality in the rolled product to lead.
  • the profile of a roller parallel to the roller axis influence the flatness and the profile of the rolling stock.
  • control and / or regulation systems for Use about the deviations of one or more rollers from the desired contour or from the desired profile can be compensated.
  • one Process control that is sufficiently precise is as timely and exact as possible Knowledge of the contour of the respective rollers, in particular of their Crowning, of particular importance.
  • This monitoring can also be extended Period continuously over time, in order to make changes the parameters mentioned, for example as a result of thermal growth, Wear, or so-called chatter marks, is sufficient in the process control consider.
  • sufficient process control can meet high quality standards in addition to monitoring the geometry of the rolls, monitoring their position relative to each other and / or relative to the actual roll stand or the roll stand may be provided.
  • the vertical Misalignment and the deflection of one or each roller are monitored, via which the profile of the rolling stock can be specifically influenced.
  • a contour measuring device can provide suitable input values be provided for measuring the contour of the respective rollers.
  • Such Contour measuring device is known for example from DE 195 47 438 A1.
  • This Contour measuring device comprises a number of at one in a longitudinal direction extended carrier spaced-apart distance sensors, which each determine the distance of their measuring head to the surface of the respective roller.
  • vibrations can occur and due to thermal distortion in the attachment of the sensors Measurement values have a comparatively large measurement error, so that a sufficiently precise process control is only possible to a limited extent.
  • decoupling the distance sensors from component vibrations that occur is not possible or only with considerable effort.
  • the invention is therefore based on the object, a contour measuring device Specify above type, even under comparatively adverse conditions a determination of the contour of a roller with particularly high accuracy guaranteed and also a determination of the spatial position of the Roller, especially in relation to other rollers, allows. Furthermore should a particularly reliable and accurate method for measuring the contour of a be arranged in a roll stand arranged roll.
  • this object is achieved according to the invention with a measuring system for determining the position of each distance sensor relative to a fixed point on the roll stand.
  • the invention is based on the consideration that a determination of Contour of a roller with high accuracy even under adverse conditions, like them can prevail in a rolling mill, for example, through a systematic Avoiding or reducing essential sources of error is achievable.
  • An essential source of error in determining the contour was the due to vibrations or thermal distortion changing and often only insufficiently known position of the distance sensors per se. This would mean keeping the absolute positions of the distance sensors constant during the determination of the contour and - especially in the case of regulation - considered over an extended period; but this is due to the prevailing forces and vibrations and especially because of thermal Effects only with limited accuracy and with a particularly high effort possible.
  • a two-stage concept is envisaged here a computational compensation, for example of disturbing component vibrations is possible. This is on the one hand like a first step the determination of the distance of the respective distance sensor to the roller surface and in the manner of a second step, on the other hand, the determination of the position each distance sensor is provided relative to a fixed point of the roll stand.
  • the center of the roll or the roll axis can be provided as a fixed point be a locally due to their end storage in the roll stand has a sufficiently fixed position.
  • the single measuring gear is a plurality of Distance sensors are provided on a substantially parallel to the roller axis aligned carrier are spaced from each other.
  • the measuring system should be especially with regard to a particularly high reliability to the high expected in the intended use in a rolling mill Loads designed, but on the other hand can be provided with only a limited effort his.
  • the measuring system is advantageously an optical system educated.
  • the measuring system has further advantageous embodiment, a source for directional emission of light, in particular a laser light source. It is precisely because of the directional spread of light in a particularly simple way a reliable and in itself Non-contact position determination of the distance sensors possible.
  • the measuring system expediently comprises a number of optical detectors, each of which is assigned to a distance sensor and is rigidly connected to it.
  • the optical detectors can be Act photodetectors that provide an output signal that depends on the intensity of the incident light depends.
  • a target position of the distance sensor can be used be defined by that vertical position in the roll stand, in the associated photodetector from the directionally emitted light beam or Laser beam is fully illuminated and thus delivers a maximum output signal.
  • a deviation from the target position for example due to thermal Effects, can then be seen from a drop in the output signal, so that that supplied by the distance sensor, for its distance from the roller surface characteristic output signal in a subsequent control device can be compensated accordingly.
  • the optical detectors are each designed as a photodiode array. This means that the recording is spatially resolved of the directed light beam or laser beam possible; an acquisition a deviation of the position of the assigned distance sensor from it The target position can thus be determined directly.
  • an upstream Lens is a spatial resolution down to the micrometer ( ⁇ m) range reachable.
  • Detectors advantageously within a carrier tube provided as a carrier, for example, a square tube. With this configuration penetrate the distance sensors, each rigidly connected to a detector the pipe jacket in such a way that its respective measuring head or measuring range is exposed and facing the surface of the respective roller.
  • the carrier tube under pressure with a filling medium, in particular is flooded with air or gas.
  • the measuring system expediently has a rigidly connected to the roll stand Reference detector, which is used to form the fixed point.
  • the stated object is achieved by, on the one hand, for a number of distance sensors their respective distance from the surface of the roller is determined, on the other hand the position of each distance sensor relative to a fixed point of the roll stand is determined.
  • the method is based on the two-component concept mentioned thus on the coupling of two measuring methods, the first measuring method being the Distance between the distance sensor (s) and the roller surface is determined, and in the second measuring method the position of the distance sensor or sensors determined relative to the roll stand or the roll stands becomes.
  • the respective distance of the distance sensors from the surface is advantageously determined contactlessly, in particular by means of eddy current sensors.
  • position of each distance sensor optically determined relative to a fixed point of the roll stand.
  • the advantages achieved with the invention are in particular that the two-stage or two-component concept is particularly high Accuracy in determining the contour of a roller even in the comparative adverse conditions in a rolling mill is guaranteed. It is through the measurement of the positions, which can be updated over time or can be carried out in real time the distance sensors the measurement errors due to thermal distortion or due kept particularly low by vibrations of the respective roll stand. This is the only way to use the distance sensors satisfactorily in the present sense, in particular the eddy current sensors provided for this purpose.
  • the design of the for determining the position of the distance sensors provided measuring system as an optical system also enables in particular simple and therefore economical design a non-contact Measurement of the relevant positions, the results of which are highly accurate particularly high measuring speed and are therefore available promptly.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing.
  • the figure shows part of a rolling mill with a contour measuring device.
  • the rolling train 1 shown only partially in the figure is for rolling so-called Flat hot products, for example of metal strips, in particular high quality.
  • the rolling mill 1 comprises a plurality of in one Rolling direction seen one behind the other rolling stands 2, of which in only one is shown in the figure.
  • each of the roll stands 2 is - its position in Walz Identification 1 and thus according to its respective function - one Number of rollers 4 arranged.
  • the rollers 4 can - also depending dependent on the position of the roll stand 2 in the rolling mill 1 on the function of the respective mill stand 2 - as so-called work rolls or be designed as so-called backup rolls.
  • There is a roller in the figure 4 shown the ends 6, 8 in a manner not shown in the associated Roll stand 2 about a roller axis 10 in indicated by the line the center of the roller is rotatably mounted.
  • the rolling mill 1 is with a control system not shown in the figure equipped, one for each roller 4 during a rolling process Number of setting parameters such as a contact pressure on the one to be processed Rolling stock can be specified.
  • a contour measuring device 12 for measuring the contour of the roller 4 is on the roll stand 2 according to the figure.
  • the contour measuring device 12 comprises a substantially horizontal and parallel to the support tube 14 aligned with the roller axis 10 indicated by the line.
  • the carrier tube 14, which is designed as a square tube in the exemplary embodiment, is fixed at its ends with a support strut 16 or 18 of the roll stand 2 connected.
  • a number of distance sensors are spaced apart from one another on the carrier tube 14 20 arranged; the carrier tube 14 thus serves as a common Carrier for the distance sensors 20.
  • the distance sensors 20 are each designed as so-called eddy current sensors and to determine the distance of the respective distance sensor 20 Surface 22 of the roller 4 is provided.
  • each distance sensor 20 includes in each case one measuring head 24, via the surface facing it during operation 22 of the roller 4 eddy currents are induced. These in turn generate in respective measuring head 24 an electromagnetic signal, the intensity of the distance the surface 22 depends on the distance sensor 20 or its measuring head 24.
  • each distance sensor is 20 designed such that the distance to the surface 22 of the roller 4 can be determined with an accuracy of about a few micrometers ( ⁇ m).
  • the contour measuring device 12 is for a reliable measurement of the contour of the Roller 4 even under comparatively unfavorable conditions, such as during the Operation of rolling mill 1 can prevail, designed.
  • the contour measuring device 12 in particular designed for the eventual occurrence Component vibrations in the roll stand 2 and also thermal expansions or Contractions do not significantly affect the accuracy of the distance measurements.
  • the contour measuring device 12 comprises a measuring system 30 for determination the position of each distance sensor 20 relative to a fixed point 32 of the Roll stand 2.
  • the measuring system 30 is designed as an optical system and comprises a source for the directed emission of light a fixed to the support strut 18 of the roll stand 2 arranged laser light source 34.
  • the laser light source 34 is for Emission of a laser beam 36 fanned out in a horizontal plane is formed.
  • each distance sensor 20 is part of the Measuring system 30 each assigned an optical detector 38 with which the respective Distance sensor 20 is rigidly connected.
  • optical detector 38 each have a photodiode array. This provides, stimulated by the incident fanned laser beam 36, an output signal, whose intensity depends on the location of the impact of the laser beam 36.
  • the output signal of the respective photodiode array is therefore characteristic for the vertical position of the respective optical detector 38 and thus also for the position of the distance sensor 20 firmly connected to it.
  • an optical detector 38 can also be used as a PSD or position sensing Detector designated photo detector can be used.
  • Measuring system 30 also a rigidly connected to the support strut 16 of the roll stand 2 Reference detector 40, which works in the same way as the optical detectors 38 is formed. That by the laser light source 34 and the central detection point The optical line predetermined by the reference detector 40 is essentially aligned horizontally and guided parallel to the roller axis 10. On this ensures that even when moved from a horizontal position Positioning of the roller axis 10 and the associated roll stand 2 at least one in its contour from the parallel orientation to the roller axis 10 deviating surface 22 is reliably and reliably recognizable at all times.
  • the measuring system 30 is designed in a particularly robust design. To do this among other things, the optical detectors 38 within that provided as a carrier Carrier tube 14 arranged. The distance sensors 20 penetrate the tubular jacket of the support tube 14, so that the measuring heads 24 each in the outside arranged of the support tube 14 and facing the surface 22 of the roller 4 are. In addition, the carrier tube 14 with air or gas as the filling medium is below Flooded overpressure.
  • the distance sensors 20 continuously and promptly their respective distance from the surface 22 of the Roll 4 determined.
  • promptly and continuously Measuring system 30 the position of each spacer 20 relative to the fixed point 32, in particular in the vertical direction.
  • the optical detectors 38 are in both embodiments in terms of their Operating parameters designed such that a calculation of the position of the respective Distance sensors 20 with a clock frequency of more than 500 Hz possible is, so that the influence of possible natural frequencies when determining the position the distance sensors 20 is safely eliminated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Eine Konturmeßeinrichtung (12) zur Messung der Kontur einer an einem Walzgerüst (2) angeordneten Walze (4) mit einer Anzahl von Abstandssensoren (20), von denen jeder zur Ermittlung seines jeweiligen Abstands zur Oberfläche (22) der Walze (4) ausgelegt ist, soll auch unter vergleichsweise widrigen Bedingungen eine Bestimmung der Kontur der Walze (4) mit besonders hoher Genauigkeit gewährleisten und zudem auch eine Bestimmung der räumlichen Position der Walze (4), insbesondere im Verhältnis zu anderen Walzen, ermöglichen. Dazu umfaßt die Konturmeßeinrichtung (12) erfindungsgemäß ein Meßsystem (30) zur Ermittlung der Position jedes Abstandssensors (20) relativ zu einem Fixpunkt (32) des Walzgerüsts (2). Beim Verfahren zur Ermittlung der Kontur der Walze (4) wird in der Art einer zweikomponentigen Ausgestaltung einerseits für eine Anzahl von Abstandssensoren (20) ihr jeweiliger Abstand zur Oberfläche (22) der Walze (4) ermittelt, wobei andererseits die Position jedes Abstandssensors (20) relativ zum Fixpunkt (32) des Walzgerüsts (2) ermittelt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Konturmeßeinrichtung zur Messung der Kontur einer in einem Walzengerüst angeordneten Walze mit einer Anzahl von Abstandssensoren, von denen jeder zur Ermittlung seines jeweiligen Abstands zur Oberfläche der Walze ausgelegt ist. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Messung einer derartigen Kontur.
Zum Walzen eines Walzguts, beispielsweise in einer Walzstraße, kann ein Walzengerüst oder eine Walzanlage mit einer Anzahl von Arbeits- und bedarfsweise Stützwalzen zum Einsatz kommen. Das Walzengerüst oder die Walzanlage kann dabei insbesondere zum Walzen von sogenannten Kalt- oder Warmflachprodukten, beispielsweise Metallbändern, vorgesehen sein. Der Walzprozeß hinsichtlich der ihn charakterisierenden Betriebsparameter sowie die Qualität des Walzprodukts hängen dabei in besonderem Maße von der Geometrie der Walzen ab. Im Idealfall sollten die Walzen, auf ihren Umfang bezogen, absolut rund und frei von Exzentrizität sein. Abweichungen davon und insbesondere eine auftretende Exzentrizität der Walzen können durch den Walzprozeß nämlich auf das Produkt übertragen werden und somit unmittelbar zu Qualitätseinbußen beim Walzprodukt führen.
Darüber hinaus kann auch das Profil einer Walze parallel zur Walzenachse, die sogenannte Balligkeit, Einfluß auf die Planheit und das Profil des Walzgutes haben. Für eine besonders günstige Prozeßführung im Hinblick auf besonders hohe Qualitätsanforderungen hinsichtlich des Walzprodukts können in einer Walzstraße oder in einem Walzgerüst daher Steuerungs- und/oder Regelungssysteme zum Einsatz kommen, über die Abweichungen einer oder mehrerer Walzen von der gewünschten Kontur oder vom gewünschten Profil kompensierbar sind. Für eine hinreichend genaue Prozeßführung ist dabei eine möglichst zeitnahe und exakte Kenntnis über die Kontur der jeweiligen Walzen, also insbesondere über deren Balligkeit, von besonderer Bedeutung.
Dazu kann eine Überwachung der oder jeder Walze hinsichtlich einer Veränderung ihrer Geometrie, insbesondere ihrer Balligkeit und ihrer Rundheit in Umfangsrichtung, vorgesehen sein. Diese Überwachung kann auch über einen ausgedehnten Zeitraum hinweg kontinuierlich erfolgen, um somit auch Veränderungen der genannten Parameter, beispielsweise infolge von thermischem Wachstum, Verschleiß oder sogenannten Rattermarken, in der Prozeßführung hinreichend zu berücksichtigen.
Weiterhin kann für eine hohen Qualitätsansprüchen genügende Prozeßführung zusätzlich zur Überwachung der Geometrie der Walzen auch eine Überwachung ihrer Lage relativ zueinander und/oder relativ zum eigentlichen Walzgerüst oder den Walzständem vorgesehen sein. Dabei kann insbesondere die vertikale Schiefstellung und die Durchbiegung einer oder jeder Walze überwacht werden, über die jeweils gezielt das Profil des Walzgutes beeinflußbar ist.
Um für die genannten Zwecke einem Steuerungs- oder Regelsystem der Walzanlage geeignete Eingangswerte bereitzustellen, kann eine Konturmeßeinrichtung zur Messung der Kontur der jeweiligen Walzen vorgesehen sein. Eine derartige Konturmeßeinrichtung ist beispielsweise aus der DE 195 47 438 A1 bekannt. Diese Konturmeßeinrichtung umfaßt eine Anzahl von an einem in einer Längsrichtung ausgedehnten Träger beabstandet zueinander angeordneten Abstandssensoren, die jeweils den Abstand ihres Meßkopfes zur Oberfläche der jeweiligen Walze ermitteln. Allerdings können bei diesem System infolge auftretender Schwingungen und infolge von thermischem Verzug in der Befestigung der Sensoren die bereitgestellten Meßwerte mit einem vergleichsweise großen Meßfehler behaftet sein, so daß eine hinreichend genaue Prozeßführung nur eingeschränkt möglich ist. Insbesondere eine Entkopplung der Abstandssensoren von auftretenden Bauteilschwingungen ist dabei nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Konturmeßeinrichtung der oben genannten Art anzugeben, die auch unter vergleichsweise widrigen Bedingungen eine Bestimmung der Kontur einer Walze mit besonders hoher Genauigkeit gewährleistet und zudem auch eine Bestimmung der räumlichen Position der Walze, insbesondere im Verhältnis zu anderen Walzen, ermöglicht. Weiterhin soll ein besonders zuverlässiges und genaues Verfahren zur Messung der Kontur einer in einem Walzengerüst angeordneten Walze angegeben werden.
Bezüglich der Konturmeßeinrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem Meßsystem zur Ermittlung der Position jedes Abstandssensors relativ zu einem Fixpunkt des Walzengerüsts.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß eine Bestimmung der Kontur einer Walze mit hoher Genauigkeit auch bei widrigen Bedingungen, wie sie beispielsweise in einer Walzanlage herrschen können, durch eine systematische Vermeidung oder Verringerung von wesentlichen Fehlerquellen erreichbar ist. Als eine wesentliche Fehlerquelle bei der Bestimmung der Kontur wurde dabei die infolge von Schwingungen oder thermischem Verzug sich verändernde und oftmals nur unzureichend bekannte Position der Abstandssensoren an sich erkannt. Zwar käme hierzu ein Konstanthalten der absoluten Positionen der Abstandssensoren während der Bestimmung der Kontur und - insbesondere bei einer Regelung - über einen ausgedehnten Zeitraum in Betracht; dies ist aber aufgrund der herrschenden Kräfte und Schwingungen und insbesondere wegen thermischer Effekte nur mit eingeschränkter Genauigkeit und mit besonders hohem Aufwand möglich. Statt dessen ist vorliegend ein zweistufiges Konzept vorgesehen, bei dem eine rechnerische Kompensation beispielsweise von störenden Bauteilschwingungen ermöglicht ist. Dazu ist in der Art eines ersten Schrittes einerseits die Ermittlung des Abstands des jeweiligen Abstandssensors zur Walzenoberfläche und in der Art eines zweiten Schrittes andererseits die Ermittlung der Position jedes Abstandssensors relativ zu einem Fixpunkt des Walzengerüsts vorgesehen.
Als Fixpunkt kann dabei beispielsweise die Walzenmitte oder Walzenachse vorgesehen sein, die infolge ihrer endseitigen Lagerung im Walzengerüst eine örtlich hinreichend fixierte Lage aufweist.
Um nachteilige Beeinflussungen der Meßergebnisse durch Veränderungen der Oberflächeneigenschaften der Walze, beispielsweise infolge der Beanspruchung durch den Walzprozeß, auch bei längerem Betrieb sicher auszuschließen, sind die Abstandssensoren vorteilhafterweise als berührungslose Sensoren, bevorzugt als Wirbelstromsensoren, ausgebildet.
Zur Erfassung des Profils der Walze oder ihrer Kontur in im wesentlichen einem einzigen Meßgang ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung eine Mehrzahl der Abstandssensoren vorgesehen, die an einem im wesentlichen parallel zur Walzenachse ausgerichteten Träger beabstandet zueinander angeordnet sind.
Das Meßsystem sollte für eine besonders hohe Zuverlässigkeit gerade im Hinblick auf die beim vorgesehenen Einsatz in einem Walzwerk zu erwartenden hohen Belastungen ausgelegt, andererseits aber mit einem nur begrenzten Aufwand bereitstellbar sein. Dazu ist das Meßsystem vorteilhafterweise als optisches System ausgebildet. Zur Positionsbestimmung weist das Meßsystem dabei in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung eine Quelle zur gerichteten Emission von Licht, insbesondere eine Laserlichtquelle, auf. Dabei ist gerade aufgrund der gerichteten Ausbreitung des Lichts auf besonders einfache Weise eine zuverlässige und an sich berührungslose Positionsbestimmung der Abstandssensoren möglich.
Ergänzend dazu umfaßt das Meßsystem zweckmäßigerweise eine Anzahl von optischen Detektoren, von denen jeder jeweils einem Abstandssensor zugeordnet und mit diesem starr verbunden ist. Bei den optischen Detektoren kann es sich um Fotodetektoren handeln, die ein Ausgangssignal liefern, das von der Intensität des einfallenden Lichts abhängt. Beispielsweise kann dabei eine Sollage des Abstandssensors durch diejenige vertikale Position im Walzengerüst definiert sein, in der der ihm zugeordnete Fotodetektor vom gerichtet emittierten Lichtstrahl oder Laserstrahl voll ausgeleuchtet wird und somit ein maximales Ausgangssignal liefert. Eine Abweichung von der Sollage, beispielsweise aufgrund von thermischen Effekten, ist dann anhand eines Abfalls des Ausgangssignals erkennbar, so daß das vom Abstandssensor gelieferte, für seinen Abstand zur Walzenoberfläche charakteristische Ausgangssignal in einer nachfolgenden Regelungseinrichtung entsprechend kompensiert werden kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind die optischen Detektoren jedoch jeweils als Fotodiodenarray ausgebildet. Dadurch ist ortsaufgelöst die Erfassung des gerichtet ausgesandten Lichtstrahls oder Laserstrahls möglich; eine Erfassung einer Abweichung der Position des zugeordneten Abstandssensors aus seiner Sollage ist somit direkt ermittelbar. Insbesondere in Verbindung mit einer vorgeschalteten Linse ist dabei eine Ortsauflösung bis in den Mikrometer- (µm-) Bereich erreichbar.
Sowohl bei der Verwendung von Fotosensoren als auch bei der Verwendung von Fotodiodenarrays ist eine vergleichsweise einfache und schnelle Auswertung möglich, die eine Berechnung der Positionen der Abstandssensoren mit einer Taktfrequenz von mehr als 500 Hz ermöglicht. Somit kann der Einfluß möglicher Eigenfrequenzen der Halterungen der Abstandssensoren eliminiert werden.
Für eine besondere Widerstandsfähigkeit des Meßsystems auch gegen die vergleichsweise rauhen Betriebsbedingungen in einem Walzwerk sind die optischen Detektoren vorteilhafterweise innerhalb eines als Träger vorgesehenen Trägerrohres, beispielsweise eines Vierkantrohres, angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung durchdringen die mit jeweils einem Detektor jeweils starr verbundenen Abstandssensoren den Rohrmantel derart, daß ihr jeweiliger Meßkopf oder Meßbereich freiliegt und der Oberfläche der jeweiligen Walze zugewandt ist.
Eine besonders hohe Belastbarkeit ist dabei erreichbar, indem in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung das Trägerrohr unter Überdruck mit einem Füllmedium, insbesondere mit Luft oder Gas, geflutet ist.
Das Meßsystem weist zweckmäßigerweise einen mit dem Walzengerüst starr verbundenen Referenzdetektor auf, der zur Bildung des Fixpunkts dient.
Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem einerseits für eine Anzahl von Abstandssensoren ihr jeweiliger Abstand zur Oberfläche der Walze ermittelt wird, wobei andererseits die Position jedes Abstandssensors relativ zu einem Fixpunkt des Walzengerüsts ermittelt wird.
Im Hinblick auf das genannte zweikomponentige Konzept beruht das Verfahren somit auf der Kopplung zweier Meßverfahren, wobei im ersten Meßverfahren der Abstand zwischen dem oder den Abstandssensoren und der Walzenoberfläche bestimmt wird, und wobei im zweiten Meßverfahren die Position des oder der Abstandssensoren relativ zum Walzengerüst oder den Walzenständern bestimmt wird.
Vorteilhafterweise wird der jeweilige Abstand der Abstandssensoren zur Oberfläche dabei berührungslos, insbesondere mittels Wirbelstromsensoren, ermittelt. In weiterer oder alternativer vorteilhafter Weiterbildung wird die Position jedes Abstandssensors relativ zu einem Fixpunkt des Walzengerüsts optisch ermittelt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das zweistufig oder zweikomponentig ausgebildete Konzept eine besonders hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Kontur einer Walze auch bei den vergleichsweise widrigen Bedingungen in einem Walzwerk gewährleistet ist. Dabei ist durch die zeitlich aktualisierbare oder in Echtzeit durchführbare Messung der Positionen der Abstandssensoren der Meßfehler aufgrund von thermischem Verzug oder aufgrund von Schwingungen des jeweiligen Walzgerüsts besonders gering gehalten. Erst dadurch ist ein im vorliegenden Sinne zufriedenstellender Einsatz der Abstandssensoren, insbesondere der dafür vorgesehenen Wirbelstromsensoren, ermöglicht. Die Ausgestaltung des für die Positionsbestimmung der Abstandssensoren vorgesehenen Meßsystems als optisches System ermöglicht zudem bei besonders einfacher und somit wirtschaftlicher Ausführung eine berührungslose Messung der relevanten Positionen, deren Ergebnisse bei hoher Genauigkeit mit besonders hoher Meßgeschwindigkeit und somit zeitnah zur Verfügung stehen.
Eine dadurch ermöglichte permanente Überprüfung der Rundheit der Walze kann zur rechtzeitigen Einleitung eines möglicherweise erforderlichen Walzenwechsels herangezogen werden, so daß bei unrunder Walze auftretende qualitätschädigende Schwingungen vermeidbar sind. Weiterhin können durch eine vergleichsweise genaue Erfassung einer möglicherweise auftretenden Exzentrizität der Walze über eine dies berücksichtigende Regelung beispielsweise des Anpreßdrucks der Walze an das Walzgut Dickschwankungen im Walzgut eliminiert oder zumindest vermindert werden. Zudem erlaubt eine permanente zeitnahe Erfassung der räumlichen Lage der Walze, qualitätsmindernde und bauteilschädigende Folgen wie beispielsweise das sogenannte Walzen-Crossing oder eine übermäßige Durchbiegung der Walze in horizontaler Richtung besonders gering zu halten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur einen Teil einer Walzstraße mit einer Konturmeßeinrichtung.
Die in der Figur lediglich teilweise gezeigte Walzstraße 1 ist zum Walzen von sogenannten Warmflachprodukten, beispielsweise von Metallbändern, in besonders hoher Qualität vorgesehen. Die Walzstraße 1 umfaßt eine Mehrzahl von in einer Walzrichtung gesehen hintereinander angeordneten Walzgerüsten 2, von denen in der Figur lediglich eines gezeigt ist. In jedem der Walzgerüste 2 ist - seiner Position in der Walzstraße 1 und somit seiner jeweiligen Funktion entsprechend - eine Anzahl von Walzen 4 angeordnet. Die Walzen 4 können dabei - ebenfalls abhängig von der Position des Walzgerüstes 2 in der Walzstraße 1 und somit abhängig von der Funktion des jeweiligen Walzgerüstes 2 - als sogenannte Arbeitswalzen oder als sogenannte Stützwalzen ausgebildet sein. In der Figur ist dabei eine Walze 4 gezeigt, die an ihren Enden 6, 8 in nicht näher dargestellter Weise im zugeordneten Walzgerüst 2 um eine durch die Linie angedeutete Walzenachse 10 in der Walzenmitte drehbar gelagert ist.
Die Walzstraße 1 ist mit einem in der Figur nicht näher dargestellten Regelungssystem ausgerüstet, über das für jede Walze 4 während eines Walzvorgangs eine Anzahl von Stellparametern wie beispielsweise ein Anpreßdruck an das zu bearbeitende Walzgut vorgebbar ist. Zur Bereitstellung von einigen aus einer großen Vielzahl von Eingangsparametern für das Regelungssystem ist am Walzgerüst 2 gemäß der Figur eine Konturmeßeinrichtung 12 zur Messung der Kontur der Walze 4 angeordnet.
Die Konturmeßeinrichtung 12 umfaßt ein im wesentlichen horizontal und parallel zur durch die Linie angedeuteten Walzenachse 10 ausgerichtetes Trägerrohr 14. Das Trägerrohr 14, das im Ausführungsbeispiel als Vierkantrohr ausgebildet ist, ist an seinen Enden jeweils fest mit einer Stützstrebe 16 bzw. 18 des Walzgerüstes 2 verbunden. Am Trägerrohr 14 sind beabstandet zueinander eine Anzahl von Abstandssensoren 20 angeordnet; das Trägerrohr 14 dient somit als gemeinsamer Träger für die Abstandssensoren 20.
Die Abstandssensoren 20 sind jeweils als sogenannte Wirbelstromsensoren ausgebildet und zur Ermittlung des Abstands des jeweiligen Abstandssensors 20 zur Oberfläche 22 der Walze 4 vorgesehen. Dazu umfaßt jeder Abstandssensor 20 jeweils einen Meßkopf 24, über den im Betrieb in der ihm zugewandten Oberfläche 22 der Walze 4 Wirbelströme induziert werden. Diese wiederum erzeugen im jeweiligen Meßkopf 24 ein elektromagnetisches Signal, dessen Intensität vom Abstand der Oberfläche 22 zum Abstandssensor 20 oder dessen Meßkopf 24 abhängt. Hinsichtlich seiner charakteristischen Betriebsparameter ist dabei jeder Abstandssensor 20 derart ausgelegt, daß der Abstand zur Oberfläche 22 der Walze 4 mit einer Genauigkeit von etwa einigen Mikrometern (µm) ermittelbar ist.
Die Konturmeßeinrichtung 12 ist für eine zuverlässige Messung der Kontur der Walze 4 auch bei vergleichsweise ungünstigen Bedingungen, wie sie während des Betriebs der Walzstraße 1 herrschen können, ausgelegt. Dabei ist die Konturmeßeinrichtung 12 insbesondere dafür ausgelegt, daß möglicherweise auftretende Bauteilschwingungen im Walzgerüst 2 und auch thermische Ausdehnungen oder Kontraktionen die Genauigkeit der Abstandsmeßungen nicht wesentlich beeinträchtigen. Dazu umfaßt die Konturmeßeinrichtung 12 ein Meßsystem 30 zur Ermittlung der Position jedes Abstandssensors 20 relativ zu einem Fixpunkt 32 des Walzgerüstes 2.
Das Meßsystem 30 ist als optisches System ausgebildet und umfaßt als Quelle zur gerichteten Emission von Licht eine fest an der Stützstrebe 18 des Walzgerüsts 2 angeordnete Laserlichtquelle 34. Die Laserlichtquelle 34 ist dabei zur Emission eines in einer horizontalen Ebene aufgefächerten Laserstrahls 36 ausgebildet.
Zur Positionsbestimmung und insbesondere zur Ermittlung einer vertikalen Koordinate im Vergleich zum Fixpunkt 32 ist jedem Abstandssensor 20 als Teil des Meßsystems 30 jeweils ein optischer Detektor 38 zugeordnet, mit dem der jeweilige Abstandssensor 20 starr verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist dabei als optischer Detektor 38 jeweils ein Fotodiodenarray vorgesehen. Dieses liefert, angeregt durch den auftreffenden gefächerten Laserstrahl 36, ein Ausgangssignal, dessen Intensität vom Ort des Auftreffens des Laserstrahls 36 abhängt. Bei geeigneter, im Ausführungsbeispiel insbesondere horizontaler Ausrichtung des Laserstrahls 36 ist das Ausgangssignal des jeweiligen Fotodiodenarrays somit charakteristisch für die vertikale Position des jeweiligen optischen Detektors 38 und somit auch für die Position des damit fest verbundenen Abstandssensors 20.
Alternativ kann als optischer Detektor 38 auch ein als PSD oder Position Sensing Detector bezeichneter Fotodetektor zum Einsatz kommen.
Als Referenz und zur überprüfbaren Festlegung des Fixpunkts 32 umfaßt das Meßsystem 30 zudem einen mit der Stützstrebe 16 des Walzgerüstes 2 starr verbundenen Referenzdetektor 40, der in gleicher Weise wie die optischen Detektoren 38 ausgebildet ist. Die durch die Laserlichtquelle 34 und den zentralen Nachweispunkt des Referenzdetektors 40 vorgegebene optische Linie ist dabei im wesentlichen horizontal ausgerichtet und parallel zur Walzenachse 10 geführt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß auch bei aus einer horizontalen Lage verschobenen Positionierung der Walzenachse 10 und des zugeordneten Walzgerüstes 2 zumindest eine in ihrer Kontur von der parallelen Ausrichtung zur Walzenachse 10 abweichende Oberfläche 22 jederzeit sicher und zuverlässig erkennbar ist.
Das Meßsystem 30 ist in besonders robuster Bauweise ausgeführt. Dazu sind unter anderem die optischen Detektoren 38 innerhalb des als Träger vorgesehenen Trägerrohrs 14 angeordnet. Die Abstandssensoren 20 durchdringen dabei den Rohrmantel des Trägerrohrs 14, so daß die Meßköpfe 24 jeweils im Außenraum des Trägerrohrs 14 angeordnet und der Oberfläche 22 der Walze 4 zugewandt sind. Zudem ist das Trägerrohr 14 mit Luft oder Gas als Füllmedium unter Überdruck geflutet.
Beim Betrieb der Konturmeßeinrichtung 12 wird einerseits über die Abstandssensoren 20 kontinuierlich und zeitnah ihr jeweiliger Abstand zur Oberfläche 22 der Walze 4 ermittelt. Zusätzlich wird andererseits zeitnah und kontinuierlich über das Meßsystem 30 die Position jedes Abstandhalters 20 relativ zum Fixpunkt 32, insbesondere in vertikaler Richtung, ermittelt. Durch eine geeignete Verrechnung der dabei gewonnenen Parameter mit den Meßergebnissen der jeweiligen Abstandsmessung sind auch bei vergleichsweise widrigen Betriebsbedingungen innerhalb der Walzstraße 1 jederzeit vergleichsweise genaue Meßwerte zur Ermittlung der Kontur der Walze 4 sowie ihrer räumlichen Orientierung bereitstellbar.
Die optischen Detektoren 38 sind in beiden Ausführungsformen hinsichtlich ihrer Betriebsparameter derart ausgelegt, daß eine Berechnung der Position der jeweiligen Abstandssensoren 20 mit einer Taktfrequenz von mehr als 500 Hz möglich ist, so daß der Einfluß möglicher Eigenfrequenzen bei der Positionsbestimmung der Abstandssensoren 20 sicher eliminiert ist.
Bezugszeichenliste
1
Walzstraße
2
Walzgerüst
4
Walze
6, 8
Enden
10
Walzenachse
12
Konturmeßeinrichtung
14
Trägerrohr
16, 18
Stützstreben
20
Abstandssensor
22
Oberfläche
24
Meßkopf
30
Meßsystem
32
Fixpunkt
34
Laserlichtquelle
36
gefächerter Laserstrahl
38
optischer Detektor
40
Referenzdetektor

Claims (13)

  1. Konturmeßeinrichtung (12) zur Messung der Kontur einer in einem Walzgerüst (2) angeordneten Walze (4) mit einer Anzahl von Abstandssensoren (20), von denen jeder zur Ermittlung seines jeweiligen Abstands zur Oberfläche (22) der Walze (4) ausgelegt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einem Meßsystem (30) zur Ermittlung der Position jedes Abstandssensors (20) relativ zu einem Fixpunkt (32) des Walzgerüsts (2) versehen ist.
  2. Konturmeßeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass deren Abstandssensoren (20) als Wirbelstromsensoren ausgebildet sind.
  3. Konturmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Abstandssensoren (20) an einem im wesentlichen parallel zur Walzenachse (10) ausgerichteten Träger beabstandet zueinander angeordnet sind.
  4. Konturmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass deren Meßsystem (30) als optisches System ausgebildet ist.
  5. Konturmeßeinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass deren Meßsystem (30) eine Quelle zur gerichteten Emission von Licht, insbesondere eine Laserlichtquelle (34), aufweist.
  6. Konturmeßeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass deren Meßsystem (30) eine Anzahl von optischen Detektoren (38) umfaßt, von denen jeder jeweils einem Abstandssensor (20) zugeordnet und mit diesem starr verbunden ist.
  7. Konturmeßeinrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass deren optische Detektoren (38) jeweils als Fotodiodenarray ausgebildet sind.
  8. Konturmeßeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Detektoren (38) innerhalb eines als Träger vorgesehenen Trägerrohres (14) angeordnet sind, dessen Rohrmantel die Abstandssensoren (20) durchdringt.
  9. Konturmeßeinrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohr (14) unter Überdruck mit einem Füllmedium, insbesondere mit Luft oder Gas, geflutet ist.
  10. Konturmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass deren Meßsystem (30) einen mit dem Walzgerüst (2) starr verbundenen Referenzdetektor (40) aufweist.
  11. Verfahren zur Messung der Kontur einer in einem Walzgerüst (2) angeordneten Walze (4), bei dem für eine Anzahl von Abstandssensoren (20) ihr jeweiliger Abstand zur Oberfläche (22) der Walze (4) ermittelt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Position jedes Abstandssensors (20) relativ zu einem Fixpunkt (32) des Walzgerüsts (2) ermittelt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Abstand der Abstandssensoren (20) zur Oberfläche berührungslos, insbesondere mittels Wirbelstromsensoren, ermittelt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Position jedes Abstandssensors (20) relativ zu einem Fixpunkt (32) des Walzgerüsts (2) optisch ermittelt wird.
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