EP1278606B1 - Verfahren und vorrichtung zum lagegerechten aufwickeln eines gewalzten warmbandes in einer haspelvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum lagegerechten aufwickeln eines gewalzten warmbandes in einer haspelvorrichtung Download PDF

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EP1278606B1
EP1278606B1 EP01962413A EP01962413A EP1278606B1 EP 1278606 B1 EP1278606 B1 EP 1278606B1 EP 01962413 A EP01962413 A EP 01962413A EP 01962413 A EP01962413 A EP 01962413A EP 1278606 B1 EP1278606 B1 EP 1278606B1
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EP
European Patent Office
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band
controller
drive
hot
fed
Prior art date
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EP01962413A
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Ulrich Müller
Andreas Wolff
Gerd Thiemann
Michael Degner
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Stahl AG
BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
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Publication date
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    • B21B38/02—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring flatness or profile of strips
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    • B21B39/14—Guiding, positioning or aligning work

Definitions

  • the invention relates to a method for positionally correct winding a Metal strip, in particular a rolled hot strip in a reel device, wherein the hot strip via a drive device with drive rollers the reel device is fed, via a regulator, the drive rollers by means of actuators for a change of the driving roller gap and the As a result, influencing the lateral position of the hot strip are tilted relative to each other and the controller as a measured variable and as a reference command variable the position of the edge of the hot strip in front of the driving device is supplied and takes the priority of the German patent application 100 14 813.1-32, the content of which is incorporated by reference.
  • the invention relates to a device for positional Winding a rolled hot strip in a coiler, with one of the reel device supplying the hot strip driving device with drive rollers, with actuators and a regulator for this purpose Change in the drive roller gap and the resulting influence the lateral position of the hot strip and with a measuring device for determining the position of the edge of the hot strip in front of the driving device, whose measured values are fed to the controller.
  • a driving device is arranged, which in essentially from a lower drive roller, in the frame of the reel device is stored, and an upper drive roller, which is in a driver swing is stored.
  • the upper drive roller is via hydraulic cylinder to Einund Adjustment of the gap between the drive rollers pivotable.
  • the essential functions of Propulsion device including their drives are from the finishing train the beginning of the rolled strip, the incoming To guide the tape tip in the direction of the reel device and the Retraction against the reel device during the winding process to guarantee.
  • the essential components of the reel device are a spreadable Mandrel for winding the rolled strip, pressure rollers and guide shells for guiding the rolled strip during the winding process and a Mandrel drive.
  • the free end of the mandrel (coil removal side) generally becomes Reels supported by a swivel mandrel bearing.
  • the outlet roller table deflected down to the winding mandrel. Then lead the pressure rollers and the guide shells of the reel device the beginning of the tape several times around the spinning mandrel.
  • the thorn consists of several segments shortly after the arrival of the band lace be spread continuously until the tape is too tight wound on superimposed turns.
  • the essential functions the reel device are the non-positive connection of tape start and dome to ensure that the coil formed during winding too Wear and tape during winding with defined tape tension apply.
  • the actuating effect of this driving device with respect to the hot strip is based on a local displacement of the point of application of the belt tension and the resulting non-uniform elastic band elongation (bending) due to a pivoting of the upper drive roller.
  • a panning the upper roller leads to a one-sided opening of the driver gap and thus to a displacement of the point of application of the pressing force, the apply the drive rollers to the belt.
  • the force application point, the symmetrical Driver gap in the middle of the plant is now a distance from the center of the plant towards the unopened side of the driver gap relocated.
  • engages the from the braking torque of the Driving device resulting belt retraction force also at a distance from Plant center at the hitherto still centered band on.
  • the known tape position control system consists essentially of a tape edge detection system. a belt positioner and a hydraulic Adjustment of upper drive roller with power and tilt control.
  • the Influencing the band position is done by pivoting / tilting the top Driving roller according to the mechanical described above Basics.
  • From the current position of the band edge by means of a Band edge scan is detected, and the position setpoint, which from the Bandwidth and plant dimensions is determined, the control difference formed for the band position controller.
  • Output size of the band position controller is the nominal value of the driving roller inclination, which is for the driving roller adjustment is given. There is no contact when the side guide rulers are open between the rulers and the band occurs, both the usual Wear of the rulers as well as band edge damage by the Side guide rulers avoided.
  • Essential for the function of the driving device as an actuator for the band position control is the influence of the outlet angle of the band (angle between the strip center line and the driving roller axis).
  • the angle caused by the curvature has the effect a disturbance, i. the angle from the ribbon curvature is at the Generation of the manipulated variable not taken into account and falsifies this in initially unknown size.
  • German Patent DE 197 09 992 C1 discloses a method for measuring the surface geometry of hot strip to produce of lines on the strip surface by means of a light source. With This method aims at a simple and effective capture of the band flatness These are made possible for a finer control of rolling and To use reel parameters.
  • the Hot strip or the face of a nascent coil is Projected via a slide projector, a line pattern, the via a CCD camera (charge coupled device) is detected.
  • the projector is above arranged the hot strip and projects the line pattern in one Angle to the vertical on the surface of the hot strip, so that the Lines preferably extend transversely to the strip surface and thus the record entire bandwidth.
  • the CCD camera detects the transversely across the belt surface running Lines.
  • An absolute band flatness creates a uniform pattern straight lines with unchanged line spacing. Deviations of the Band surface from the ideal plane cause a change in line spacing in the area of unevenness. This change captures the camera and can be calculated by a comparison with a reference pattern Convert easily into height differences. In a similar way while measuring flatness continuously, can be with the help of Monitor the flatness of the faces during reeling. The End face of the coil building up in the reel corresponds to the Strip surface. This measurement method enables a fast on-line determination the actual height differences of the belt surface and thus allows real-time detection and control of continuous tape sections.
  • the present invention has for its object a method and for positionally winding a hot strip in a reel device to create, with which an optimization of the winding result of Walzbandcoils is achieved. Preceding are lateral deflections of the individual coil windings of the rolled strip are avoided during reeling and the wrapped coils tightly wrapped around the DIN requirements, as round as possible and as straight as possible.
  • the limit measures for a Coil in the winding state are specified in DIN 1016.
  • This object is achieved with a method for positionally winding a rolled hot strip in a coiler thereby solved that determines the surface geometry of the rolled strip as a measured variable and supplied to the controller.
  • the device for positional Winding a hot strip in a reel device is this object by the arrangement of a measuring device for the determination the surface geometry of the rolled strip in the area in front of Driving device, the measured variable is supplied to the controller solved.
  • the dependent claims 2 to 6 and 8 to 10 are advantageous embodiments of the method or the device specified.
  • the inventive method for positionally correct winding a Hot strip in a reel device and its associated device can be mapped in a multi-size belt position control system with feedforward control be that essentially from a measuring system for detecting the Belt surface geometry and belt edge position, a multi-variable controller for the tape tension and the tape position, a feedforward that the influence takes into account the surface geometry of the incoming strip, an observer to estimate the tape position on the coil and the tape train between driver and mandrel and a hydraulic adjustment of upper drive roller via a force and tilt control.
  • the reference variable for the strip tension of Driving device is sized so that the complete withdrawal takeover by the driving device during the unthreading of the rolled strip
  • the last scaffolding of the finishing train is not broken, but already before Ausfädelung the end of the tape from the finishing stand a continuously differentiable Increase until full takeover takes place. This will be successful winding heels avoided in the coil.
  • the main advantages of the inventive method of the device are that the band surface geometry in the inlet to the reel device is predicted by a feedforward, the location of the Bandes on the coil by observers using physical verifiable Models is estimated as well as the strip tension under consideration the incoming belt surface geometry and the current one Bandlage is optimized.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an end section an outlet roller table 1, the input side with a not shown Finishing scaffold is connected to a hot strip mill.
  • a finish-rolled hot strip 2 on the exit roller table 1 is a finish-rolled hot strip 2 in the direction of a reel device 3 promoted with an upstream drive device 4.
  • the Reel device is the hot strip 2 to coils 5 wound up.
  • the am End of the outlet roller table 1 arranged driving device 4 is in essentially from a lower drive roller 6 and an upper drive roller. 7
  • the upper drive roller 7 is not shown hydraulic piston / cylinder units for the adjustment and adjustment of the gap between the drive rollers 6 and 7 in the direction of the lower drive roller 6 adjustable and laterally tiltable.
  • a detailed view of the driving rollers 6 and 7 of Driving device 4 shows, is an inclined upper drive roller 7 and a wedge-shaped Driving roller gap 17 shown.
  • the orientation of the incoming Walzbandes 2 in the direction of the reel device 3 exclusively based the inclination adjustment of the drive rollers 6 and 7 to each other and the mechanical Fundamentals of the hereby effected transverse displacement of Hot strip in the Examrollenenspalt is already extensively in the appreciation of German Offenlegungschrift DE 38 28 356 A1 which is herewith part of the description.
  • the lower drive roller 6 is cambered.
  • the driving device 4 including their unillustrated drives has in addition to the task described above, the incoming hot strip in Direction of the reel device 3 to guide and align the tasks, to tighten the beginning of the hot strip 2 coming from the finishing line, the incoming tape tip in the direction of the reel device. 3 to guide and the withdrawal of the hot strip 2 against the reel device 3 to ensure during the winding process.
  • the reel device 3 consists essentially of a driven and expandable mandrel 8 for winding the rolled strip 2 and not shown Pressure rollers and guide shells for guiding the rolled strip 2 during the winding process.
  • To initiate the winding process is the tip of the hot strip 2 of the drive rollers 6 and 7 from the Level of the outlet roller table 1 down to the winding mandrel 8 deflected out. Then lead the pressure rollers and the guide shells of the reel device 3 the beginning of the tape several times around the rotating mandrel wherein the segments of the mandrel 8 are continuously spread until the Rolled strip 2 frictionally connected to tightly wound turns is wound.
  • the essential functions of the reel device 3 are, to ensure the frictional connection of the strip beginning and mandrel 8, to carry the coil 5 formed during winding and the band 2 during to apply the winding with a defined strip tension.
  • adjustable side guide rulers 11 provided to the beginning of the hot strip 2 for shrinking to align with the reel device 3.
  • the side guide rulers 11 are opened during the reeling process.
  • the measuring devices 12 and 13 are preferably in front of the side guide rulers 11 and after the not shown Cooling section arranged in the course of the outlet roller table 1.
  • the Measuring device 13 for determining the surface geometry of the rolled strip 2 has a projector 18 and a camera 19 and their function is already initially connected with the appreciation of the German Patent DE 197 09 992 C1 has been explained in more detail herewith Part of the description will be.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a control loop for a multi-variable control the band layer of a hot strip 2 in the region of a reel device 3.
  • the manipulated variables for the driving roller adjustment Nominal drive roller inclination
  • the drive roller drive target belt tension torque
  • a multi-variable controller 14 there becomes the influence of the band surface geometry, in particular the so-called "Saber" shape, compensated by a pilot control 15.
  • Feedforward control 15 becomes the result of belt surface geometry measurement 13 and the strip tension a fictitious transverse bending moment determined, the is compensated by appropriate inclination of the upper drive roller 6 to a lateral displacement of the rolled strip 2 due to the strip surface geometry to avoid.
  • the tape layer on the coil for their measurement so far none in rolling operation feasible methods are known, and the strip tension between the driving device 5 and 8 thorn with the help of observers 16 (model-based determination of non-measurable quantities from measured quantities) estimated and attributed to the formation of regulatory differences. For this is the tape edge position before the driver by means of the measuring device 12 certainly.
  • the multisize controller 14 As a guide variables, the multisize controller 14, the desired band edge position and the desired strip tension supplied.
  • the reference variable for the Bandzug the driving device 5 is designed so that the complete Return takeover by the driving device 5 during the unthreading of the rolled strip 2 from the last frame of the finishing train is not abruptly but a steadily differentiable increase until full takeover takes place, which already begins before the end of the tape is threaded out.
  • model-based determination (observer 16) of the actual position of the band edges is preferably the strip tension, the driver roll inclination, belt speed, Tape layer in front of the driver and surface geometry of the Rolled strip used.
  • the control of the drive of the mandrel 8 via a speed control with subordinate torque and current control.
  • Engine torques are given the specific belt data. This will be be achieved that the strip tension adapted to the tape cross-section and is constant over the tape length.
  • the regulation of the drives of the drive rollers 6 and 7 are via a speed control with subordinate Current control.
  • the hydraulic adjustment of the upper drive roller 7 takes place via a force and tilt control.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Winding, Rewinding, Material Storage Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum lagegerechten Aufwickeln eines Metallbandes (2) in einer Haspelvorrichtung (3), wobei das Warmband (2) über eine Treibvorrichtung (4) mit Treibrollen (6, 7) der Haspelvorrichtung (3) zugeführt wird, über einen Regler (14) die Treibrollen (6, 7) mittels Stellgliedern für eine Veränderung des Treibrollenspaltes zueinander neigbar sind und dem Regler als Messgrösse und als Soll-Führungsgrösse die Lage der Kante (10) des Warmbandes vor der Treibvorrichtung zugeführt wird, wobei eine Optimierung des Wickelergebnisses des Walzbandcoils (5) dadurch erreicht wird, dass die Oberflächengeometrie des Walzbandes als Messgrösse ermittelt und dem Regler zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lagegerechten Aufwickeln eines Metallbandes insbesondere eines gewalzten Warmbandes in einer Haspelvorrichtung, wobei das Warmband über eine Treibvorrichtung mit Treibrollen der Haspelvorrichtung zugeführt wird, über einen Regler die Treibrollen mittels Stellgliedern für eine Veränderung des Treibrollenspaltes und der hierdurch bedingten Beeinflussung der seitlichen Lage des Warmbandes relativ zueinander neigbar sind und dem Regler als Messgröße und als Soll-Führungsgröße die Lage der Kante des Warmbandes vor der Treibvorrichtung zugeführt wird und nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 100 14 813.1-32 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum lagegerechten Aufwickeln eines gewalzten Warmbandes in einer Haspelvorrichtung, mit einer der Haspelvorrichtung das Warmband zuführenden Treibvorrichtung mit Treibrollen, mit Stellgliedern und einem Regler hierfür für eine Veränderung des Treibrollenspaltes und der hierdurch bewirkten Beeinflussung der seitlichen Lage des Warmbandes und mit einer Messvorrichtung zur Ermittlung der Lage der Kante des Warmbandes vor der Treibvorrichtung, deren Messwerte dem Regler zugeführt werden.
Es ist allgemein bekannt, dass beim Warmbandwalzen das fertiggewalzte Warmband nach dem Auslaufen aus dem letzten Gerüst der Fertigstraße vom Auslaufrollgang durch eine Kühlstrecke, vorzugsweise ein System von Spritzwasserdüsen, zu einer Haspelvorrichtung transportiert wird. Von der Haspelvorrichtung wird das Warmband zu Bunden (Coils) aufgewickelt. Im Bereich vor der Haspelvorrichtung kann das Warmband auf dem Auslaufrollgang durch hydraulisch seitlich an die Bandkanten anstellbare Seitenführungslineale geführt werden, um das gewalzte Warmband für das Einlaufen in die Haspelvorrichtung auszurichten. Entsprechend sind die Seitenführungslineale während des Haspelvorganges im Kontakt mit den Bandkanten des Warmbandes.
Am Ende des Auslaufrollganges ist eine Treibvorrichtung angeordnet, die im wesentlichen aus einer unteren Treibrolle, die im Gestell der Haspelvorrichtung gelagert ist, und einer oberen Treibrolle besteht, die in einer Treiberschwinge gelagert ist. Die obere Treibrolle ist über Hydraulikzylinder zur Einund Verstellung des Spaltes zwischen den Treibrollen verschwenkbar. Mit dem Ziel einer Bandlaufstabilisierung werden vorrangig bombierte untere Treibrollen oder auch Treibrollen mit zylindrischem Mittelteil und jeweils konische Rollenenden verwendet. Die wesentlichen Funktionen der Treibvorrichtung einschließlich deren Antriebe sind, den von der Fertigstraße kommenden Anfang des Walzbandes strammzuziehen, die einlaufende Bandspitze in Richtung der Haspelvorrichtung zu leiten und den Rückzug gegen die Haspelvorrichtung während des Wickelvorganges zu gewährleisten.
Die wesentlichen Komponenten der Haspelvorrichtung sind ein spreizbarer Dorn zum Aufwickeln des Walzbandes, Andrückrollen und Führungsschalen zur Führung des Walzbandes während des Wickelvorganges sowie ein Dornantrieb. Das freie Dornende (Coilabziehseite) wird im allgemeinen beim Haspeln durch ein einschwenkbares Dornlager unterstützt.
Zur Einleitung des Wickelvorganges wird die von dem Fertiggerüst kommende Spitze des Warmbandes von dem Treibrollenpaar aus der Ebene des Auslaufrollganges nach unten zum Wickeldorn hin abgelenkt. Dann führen die Andrückrollen und die Führungsschalen der Haspelvorrichtung den Bandanfang mehrere Male um den sich drehenden Dorn. Der Dorn besteht aus mehreren Segmenten, die kurz nach dem Eintreffen der Bandspitze kontinuierlich gespreizt werden, bis das Band kraftschlüssig zu fest aufeinanderliegenden Windungen gewickelt wird. Die wesentlichen Funktionen der Haspelvorrichtung sind, die kraftschlüssige Verbindung von Bandanfang und Dom zu gewährleisten, das beim Wickeln entstehende Coil zu tragen und das Band während das Wickelns mit definiertem Bandzug zu beaufschlagen.
Des weiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 28 356 A1 bereits ein Verfahren zur Beeinflussung der Lage von Warmband, das über ein Treibrollenpaar einer Haspelvorrichtung zugeführt wird, sowie eine Treibvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Bei diesem Bandlageregelverfahren erfolgt die Bandführung für die Haspelvorrichtung ausschließlich über eine asymmetrische Verstellung des Treibrollenspaltes mittels einer schwenkbaren oberen Treibrolle. Hierfür ist die obere Treibrolle in einer Treiberschwinge gelagert, die über eine hydraulische Anstellung und Ausbalancierung verfügt. Auch ergibt sich hieraus, dass während des Haspelvorganges die Seitenführungslineale geöffnet sind.
Die Stellwirkung dieser Treibvorrichtung in Bezug auf das Warmband beruht auf einer örtlichen Verlagerung des Angriffspunktes der Bandzugkraft und der daraus resultierenden ungleichförmigen elastischen Bandlängung (Biegung) infolge eines Verschwenkens der oberen Treibrolle. Ein Verschwenken der oberen Rolle führt zu einem einseitigen Öffnen des Treiberspaltes und somit zu einer Verlagerung des Angriffspunktes der Andrückkraft, die die Treibrollen auf das Band ausüben. Der Kraftangriffspunkt, der bei symmetrischem Treiberspalt in der Anlagenmitte liegt, ist nun um einen Abstand aus der Anlagenmitte in Richtung der nicht geöffneten Seite des Treiberspaltes verlagert. Infolgedessen greift die aus dem Bremsmoment der Treibvorrichtung resultierende Bandrückzugskraft ebenfalls im Abstand zur Anlagenmitte an dem bis dahin noch mittig laufenden Band an. Aus dieser durch das Schwenken/Neigen der oberen Treibrolle herbeigeführten Krafteinleitungssituation resultiert ein auf das noch mittig laufende Band ausgeübtes Moment, das eine elastische Querbiegung des Bandes verursacht. Infolge dieser Bandverformung sind die Bandlängsfasern im Bereich der Treibvorrichtung unter einem Winkel zur Anlagenmittelachse bzw. unter einem Winkel zu den Treibrollenachsen orientiert. Somit tendiert ein reibschlüssig über eine Treibrolle geführtes Band dazu, den Bahnkurven der Rollenmantelpunkte im Kontaktbereich zu folgen. Das bedeutet im vorliegenden Fall, dass das Band nicht etwa der Bandfaserlängsrichtung folgend durch die Treibvorrichtung läuft, sondern dass der momentan im Kontaktbereich befindliche Bandpunkt in Richtung des Rollenumfangsgeschwindigkeitsvektors an der Kontaktstelle also in Richtung der Anlagenlängsachse transportiert wird. Daraus resultiert eine Querverlagerung des Bandes in der Treibvorrichtung. Durch diese Verlagerung des Bandes tritt auch eine allmähliche Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Kraftangriffspunkt der Treiberrückzugskraft und dem Zugmittelpunkt an der Bandauflaufstelle am Coil auf. Bei großer Neigung der oberen Treibrolle wird jedoch der Abstand zur Anlagenmitte erheblich größer sein als die auftretenden Bandquerverlagerungen, so dass der Einfluss der daraus sich ergebenden Änderung des Abstandes zur Anlagenmitte vernachlässigt werden kann.
Das aus der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift DE 38 28 356 A1 bekannte Bandlageregelsystem besteht im wesentlichen aus einem Bandkantenerfassungssystem, einem Bandlageregler und einer hydraulischen Anstellung der oberen Treibrolle mit Kraft- und Neigungsregelung. Die Beeinflussung der Bandlage erfolgt durch das Schwenken/Neigen der oberen Treibrolle entsprechend den zuvor beschriebenen mechanischen Grundlagen. Aus der momentanen Lage der Bandkante, die mittels einer Bandkantenabtastung erfasst wird, und dem Lage-Sollwert, der aus der Bandbreite und den Anlagenabmessungen ermittelt wird, wird die Regeldifferenz für den Bandlageregler gebildet. Ausgangsgröße des Bandlagereglers ist der Sollwert der Treibrollenneigung, die für die Treibrollenanstellung vorgegeben wird. Da bei geöffneten Seitenführungslinealen kein Kontakt zwischen den Linealen und dem Band auftritt, werden sowohl der übliche Verschleiß der Lineale als auch Bandkantenbeschädigungen durch die Seitenführungslineale vermieden.
Betriebsversuche haben gezeigt, dass die Bandführung durch die Treibvorrichtung bei geöffneten Seitenführungslinealen bei Warmwalzbändern bis zu einer Dicke von etwa 5 mm grundsätzlich möglich ist. Jedoch wurden die Qualitätsanforderungen an den Wickelzustand mit diesem Verfahren noch nicht vollständig erfüllt. Die Kontur der Coilstirnfläche zeigte begrenzte aber unzulässige Restwelligkeiten (Schwankungsbreite rd. ± 10 mm). Beim Ausfädeln aus dem Fertiggerüst treten Wickelabsätze auf. Maßgeblich für diese Fehler, d.h. für das seitliche Ausscheren von Coil-Windungen, sind folgende Ursachen:
Wesentlich für die Funktion der Treibvorrichtung als Stellglied für die Bandlageregelung ist die Beeinflussung des Auslaufwinkels des Bandes (Winkel zwischen Bandmittenlinie und Treibrollenachse). Bei gekrümmten Bändern ("Säbel-Form") hat der durch die Krümmung verursachte Winkel die Wirkung einer Störgröße, d.h. der Winkel aus der Bandkrümmung wird bei der Erzeugung der Stellgröße nicht berücksichtigt und verfälscht diese in zunächst unbekannter Größe.
Da der Ankerstrom der Treibrollenantriebe von der übergeordneten Antriebsregelung gesteuert wird und somit auch begrenzt sein kann, ist bei Vorgabe einer zu geringen Stromgrenze der resultierende Zug im Band zwischen dem Dorn und der Treibvorrichtung die angestrebte Stellwirkung durch Schwenken der oberen Treibrolle, um das Band in die Sollposition zu treiben, nicht erreichbar.
Auch tritt beim Ausfädeln des Bandes aus dem Fertiggerüst eine sprunghafte Zugentlastung des Bandes auf, die Rutschvorgänge im Treiberspalt verursachen kann und damit einen Wickelabsatz im Coil verursachen kann.
Ferner ist in der deutschen Patentschrift DE 197 09 992 C1 ein Verfahren zum Messen der Oberflächengeometrie von Warmband unter Erzeugung von Linien auf der Bandoberfläche mittels einer Lichtquelle beschrieben. Mit diesem Verfahren soll ein einfaches und effektives Erfassen der Bandplanheit ermöglicht werden, um diese für eine feinfühligere Regelung von Walzund Haspelparametem zu verwenden. Auf der Messoberfläche, dem Warmband bzw. der Stirnfläche eines im Entstehen begriffenen Coils wird über einen Diaprojektor ein Linienmuster projiziert, das über eine CCD-Kamera (charge coupled device) erfasst wird. Der Projektor ist dabei oberhalb des Warmbandes angeordnet und projiziert das Linienmuster in einem Winkel zur Vertikalen auf die Oberfläche des Warmbandes, so dass sich die Linien vorzugsweise quer zur Bandoberfläche erstrecken und somit die ganze Bandbreite erfassen.
Die CCD-Kamera erfasst die quer über die Bandoberfläche verlaufenden Linien. Bei einer absoluten Bandplanheit entsteht ein gleichmäßiges Muster gerader Linien mit unverändertem Linienabstand. Abweichungen der Bandoberfläche von der idealen Ebene bewirken eine Änderung des Linienabstandes im Bereich der Unebenheit. Diese Änderung erfasst die Kamera und lässt sich rechnerisch durch einen Vergleich mit einem Referenzmuster auf einfache Weise in Höhendifferenzen umrechnen. In ähnlicher Weise wie beim Planheitsmessen am laufenden Band, lässt sich mit Hilfe des Meßsystems die Planheit der Stirnflächen beim Haspeln überwachen. Die Stirnfläche des sich im Haspel aufbauenden Coils entspricht dabei der Bandoberfläche. Dieses Messverfahren ermöglicht eine schnelle On-line-Ermittlung der tatsächlichen Höhendifferenzen der Bandoberfläche und erlaubt so eine Echtzeiterfassung und -regelung fortlaufender Bandabschnitte. Dies hat den Vorteil, dass die Messergebnisse ein Anpassen der Walz- und/oder Haspelparameter unmittelbar nach dem Auftreten einer Unebenheit erlauben. Auch eine Querwölbung des Bandes ist hiermit zu bestimmen. Konventionelle Meßsysteme erfassen lediglich die Bandfaserlänge. Die Messlinien lassen sich zudem bezüglich ihrer Intensität und Liniendicke unterschiedlichen Bedingungen anpassen.
Zusammenfassend ergibt sich somit, dass weiterhin beim Aufhaspeln von Walzband infolge von Querbewegungen des aufzuhaspelnden Walzbandes seitliche Ausscherungen von Coilwindungen auftreten, die zu unebenen Stirnflächen des Coils führen. Im Zuge der weiteren Verarbeitung und Förderung derartiger Coils sind die hervortretenden Bandkanten anfällig für Beschädigungen. Infolge dieser Beschädigungen können zusätzliche Kosten bei der Weiterverarbeitung entstehen bzw. Erlösseinbußen auftreten. Darüber hinaus ist die eingangs beschriebene konventionelle Führung des Walzbandes beim Haspeln durch Seitenführungslineale mit einem relativ hohen Instandhaltungsaufwand verbunden, da die Seitenführungslineale einem erhöhten abrasiven Verschleiß durch die zu führenden Bandkanten des Walzbandes unterliegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und zum lagegerechten Aufwickeln eines Warmbandes in eine Haspelvorrichtung zu schaffen, mit denen eine Optimierung des Wickelergebnisses des Walzbandcoils erreicht wird. Voranging sollen seitliche Ausscherungen der einzelnen Coilwindungen des Walzbandes beim Haspeln vermieden werden und die gewickelten Coils den DIN-Anforderungen wie fest gewickelt, möglichst rund sowie kantengerade entsprechen. Die Grenzmaße für ein Coil im Wickelzustand sind in der DIN 1016 festgelegt.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum lagegerechten Aufwickeln eines gewalzten Warmbandes in einer Haspelvorrichtung dadurch gelöst, dass die Oberflächengeometrie des Walzbandes als Messgröße ermittelt und dem Regler zugeführt wird. In Bezug auf die Vorrichtung zum lagegerechten Aufwickeln eines Warmbandes in einer Haspelvorrichtung wird diese Aufgabe durch die Anordnung einer Messvorrichtung für die Ermittlung der Oberflächengeometrie des Walzbandes im Bereich vor der Treibvorrichtung, deren Messgröße dem Regler zugeführt wird, gelöst. In den Unteransprüchen 2 bis 6 und 8 bis 10 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum lagegerechten Aufwickeln eines Warmbandes in einer Haspelvorrichtung und deren zugehörige Vorrichtung kann in einem Mehrgrößen-Bandlageregelsystem mit Vorsteuerung abgebildet werden, dass im wesentlichen aus einem Meßsystem zur Erfassung der Bandoberflächengeometrie und der Bandkantenlage, einem Mehrgrößen-Regler für den Bandzug und die Bandlage, einer Vorsteuerung, die den Einfluss der Oberflächengeometrie des einlaufenden Bandes berücksichtigt, einem Beobachter zur Schätzung der Bandlage auf dem Coil und des Bandzuges zwischen Treiber und Dorn sowie einer hydraulischen Anstellung der oberen Treibrolle über eine Kraft- und Neigungsregelung besteht.
Vorteilhafterweise ist das Verfahren zum lagegerechten Aufwickeln eines Warmbandes in eine Haspelvorrichtung und deren zugehörige Vorrichtung in bestehende Anlagen unter Ausnutzung der vorhandenen Stellglieder (Anstellung der Treibrollen, Antriebe von Treibapparat und Dorn) und der messtechnischen Vorrichtung zur Ermittlung von Bandlage und Bandoberflächengeometrie nachrüstbar.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Führungsgröße für den Bandzug der Treibvorrichtung so bemessen wird, dass die vollständige Rückzugübernahme durch die Treibvorrichtung beim Ausfädeln des Walzbandes aus dem letzten Gerüst der Fertigstraße nicht sprunghaft erfolgt, sondern bereits vor Ausfädelung des Bandendes aus dem Fertiggerüst ein stetig differenzierbarer Anstieg bis zur vollen Zugübernahme stattfindet. Hierdurch werden erfolgreich Wickelabsätze im Coil vermieden.
Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens der Vorrichtung sind, dass die Bandoberflächengeometrie im Einlauf zur Haspelvorrichtung durch eine Vorsteuerung prädiktiv berücksichtigt wird, die Lage des Bandes auf dem Coil durch Beobachter unter Nutzung überprüfbarer physikalischer Modelle geschätzt wird sowie der Bandzug unter Berücksichtigung der einlaufenden Bandoberflächengeometrie und der momentanen Bandlage optimiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
eine Seitenansicht eines Endabschnittes eines Auslaufrollganges mit anschließender Treib- und Haspelvorrichtung für ein Warmband,
Fig. 2
eine Detailansicht der Treibrollen der Treibvorrichtung und
Fig. 3
ein Blockschema eines Regelkreises für eine Mehrgrößenregelung der Bandlage eines Warmbandes im Bereich einer Haspelvorrichtung.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Endabschnittes eines Auslaufrollganges 1, der eingangsseitig mit einem nicht dargestellten Fertiggerüst einer Warmbandstrasse verbunden ist. Auf dem Auslaufrollgang 1 wird ein fertiggewalztes Warmband 2 in Richtung einer Haspelvorrichtung 3 mit einer vorgeschalteten Treibvorrichtung 4 gefördert. Von der Haspelvorrichtung ist das Warmband 2 zu Coils 5 aufwickelbar. Die am Ende des Auslaufrollganges 1 angeordnete Treibvorrichtung 4 besteht im wesentlichen aus einer unteren Treibrolle 6 und einer oberen Treibrolle 7. Die obere Treibrolle 7 ist über nicht dargestellte hydraulische Kolben-/Zylindereinheiten zur Ein- und Verstellung des Spaltes zwischen den Treibrollen 6 und 7 in Richtung der unteren Treibrolle 6 anstellbar sowie seitlich neigbar. In der Figur 2, die eine Detailansicht der Treibrollen 6 und 7 der Treibvorrichtung 4 zeigt, ist eine geneigte obere Treibrolle 7 sowie ein keilförmiger Treibrollenspalt 17 dargestellt. Die Ausrichtung des einlaufenden Walzbandes 2 in Richtung der Haspelvorrichtung 3 ausschließlich anhand der Neigungsverstellung der Treibrollen 6 und 7 zueinander sowie die mechanischen Grundlangen der hierdurch bewirkbaren Querverschiebung des Warmbandes im Treibrollenspalt ist bereits ausführlich in der Würdigung der eingangs angegebenen deutschen Offenlegungschrift DE 38 28 356 A1 erfolgt, die hiermit Bestandteil der Beschreibung wird. Zusätzlich zur Bandlaufstabilisierung ist die untere Treibrolle 6 bombiert ausgebildet.
Die Treibvorrichtung 4 einschließlich deren nicht dargestellter Antriebe hat neben der zuvor beschriebenen Aufgabe das einlaufende Warmband in Richtung der Haspelvorrichtung 3 zu leiten und auszurichten die Aufgaben, den von der Fertigstraße kommenden Anfang des Warmbandes 2 strammzuziehen, die einlaufende Bandspitze in Richtung der Haspelvorrichtung 3 zu leiten und den Rückzug des Warmbandes 2 gegen die Haspelvorrichtung 3 während des Wickelvorganges zu gewährleisten.
Die Haspelvorrichtung 3 besteht im wesentlichen aus einem angetrieben und spreizbaren Dorn 8 zum Aufwickeln des Walzbandes 2 sowie nicht dargestellten Andrückrollen und Führungsschalen zur Führung des Walzbandes 2 während des Wickelvorganges. Zur Einleitung des Wickelvorganges wird die Spitze des Warmbandes 2 von den Treibrollen 6 und 7 aus der Ebene des Auslaufrollganges 1 nach unten zum Wickeldorn 8 hin abgelenkt. Dann führen die Andrückrollen und die Führungsschalen der Haspelvorrichtung 3 den Bandanfang mehrere Male um den sich drehenden Dorn wobei die Segmente des Dorns 8 kontinuierlich gespreizt werden, bis das Walzband 2 kraftschlüssig zu fest aufeinanderliegenden Windungen gewickelt wird. Die wesentlichen Funktionen der Haspelvorrichtung 3 sind, die kraftschlüssige Verbindung von Bandanfang und Dorn 8 zu gewährleisten, das beim Wickeln entstehende Coil 5 zu tragen und das Band 2 während das Wickelns mit definiertem Bandzug zu beaufschlagen.
Des Weiteren sind im Bereich des Endes des Auslaufrollganges 1 an den jeweiligen Enden der Rollen 9 des Auslaufrollganges 1 angeordnete und seitlich an die Kanten 10 des Warmbandes 2 anstellbare Seitenführungslineale 11 vorgesehen, um den Anfang des Warmbandes 2 für das Einlaufen in die Haspelvorrichtung 3 auszurichten. Die Seitenführungslineale 11 sind während des Haspelvorganges geöffnet.
Auch im Bereich des Endes des Auslaufrollganges 1 ist eine Messvorrichtung 12 zur Bestimmung der Lage der Kante des Walzbandes 2 sowie eine weitere Messvorrichtung 13 zur Bestimmung der Oberflächengeometrie des Walzbandes 2, insbesondere zum Erkennen einer etwaigen "Säbelform" des Walzbandes 2, angeordnet. Die Messvorrichtungen 12 und 13 sind vorzugsweise vor den Seitenführungslinealen 11 und nach der nicht dargestellten Kühlstrecke im Verlauf des Auslaufrollganges 1 angeordnet. Die Messvorrichtung 13 zur Bestimmung der Oberflächen geometrie des Walzbandes 2 weist einen Projektor 18 und eine Kamera 19 auf und deren Funktion ist bereits eingangs im Zusammenhang mit der Würdigung der deutschen Patentschrift DE 197 09 992 C1 näher erläutert worden, die hiermit Bestandteil der Beschreibung wird.
Die Figur 3 zeigt ein Blockschema eines Regelkreises für eine Mehrgrößenregelung der Bandlage eines Warmbandes 2 im Bereich einer Haspelvorrichtung 3. Es ist ersichtlich, dass die Stellgrößen für die Treibrollenanstellung (Soll-Treibrollenneigung) und den Treibrollenantrieb (Soll-Bandzugmoment) mit Hilfe eines Mehrgrößen-Reglers 14 bestimmt werden. Dabei wird der Einfluss der Bandoberflächengeometrie, insbesondere die sogenannte "Säbel"-Form, durch eine Vorsteuerung 15 kompensiert. Für diese Vorsteuerung 15 wird aus dem Ergebnis der Bandoberflächengeometriemessung 13 und dem Bandzug ein fiktives Querbiegemoment ermittelt, das durch entsprechende Neigung der oberen Treibrolle 6 kompensiert wird, um ein seitliches Vertreiben des Walzbandes 2 aufgrund der Bandoberflächengeometrie zu vermeiden.
Die Bandlage auf dem Coil, für deren Messung bisher keine im Walzbetrieb realisierbaren Verfahren bekannt sind, und der Bandzug zwischen Treibvorrichtung 5 und Dorn 8 werden mit Hilfe von Beobachtern 16 (modellgestützte Ermittlung nicht messbarer Größen aus gemessenen Größen) geschätzt und zur Bildung der Regeldifferenzen zurückgeführt. Hierzu wird mittels der Messvorrichtung 12 die Bandkantenlage vor dem Treiber bestimmt.
Als Führungsgrößen werden dem Mehrgrößen-Regler 14 die Soll-Bandkantenlage sowie der Soll-Bandzug zugeführt. Die Führungsgröße für den Bandzug der Treibvorrichtung 5 ist so konzipiert, dass die vollständige Rückzugübernahme durch die Treibvorrichtung 5 beim Ausfädeln des Walzbandes 2 aus dem letzten Gerüst der Fertigstraße nicht sprunghaft erfolgt, sondern ein stetig differenzierbarer Anstieg bis zur vollen Zugübernahme stattfindet, der bereits beginnt, bevor das Bandende ausgefädelt wird.
Für die modellgestützte Ermittlung (Beobachter 16) des Ist-Bandzuges werden vorzugsweise die Drehzahl der Treiberrollen (6, 7), der Feldstrom und die Feldspannung und der Ankerstrom und die Ankerspannung der die Treiberrollen (6, 7) antreibenden Motoren, die Anpreßkraft der Treiberrollen und das Biegemoment des Bandes um die Treiberrollen herangezogen.
Für die modellgestützte Ermittlung (Beobachter 16) der Ist-Lage der Bandkanten wird vorzugsweise der Bandzug, die Treiberrollenneigung, Bandgeschwindigkeit, Bandlage vor dem Treiber und Oberflächengeometrie des Walzbandes herangezogen.
Die Regelung des Antriebs des Dorns 8 erfolgt über eine Drehzahlregelung mit unterlagerter Drehmoment- und Stromregelung. Zur Regelung der Motormomente werden die spezifischen Banddaten vorgegeben. Damit wird erreicht werden, dass der Bandzug dem Bandquerschnitt angepasst und über die Bandlänge konstant ist. Die Regelung der Antriebe der Treibrollen 6 und 7 erfolgt über eine Geschwindigkeitsregelung mit unterlagerter Stromregelung. Die hydraulische Anstellung der oberen Treibrolle 7 erfolgt über eine Kraft- und Neigungsregelung.

Claims (14)

  1. Verfahren zum lagegerechten Aufwickeln eines Metallbandes (2) in einer Haspelvorrichtung (3), wobei das Metallband (2), insbesondere gewalztes Warmband, über eine Treibvorrichtung (4) mit Treibrollen (6, 7) der Haspelvorrichtung (3) zugeführt wird, über einen Regler die Treibrollen mittels Stellgliedern für eine Veränderung des Treibrollenspaltes relativ zueinander neigbar sind und dem Regler als Messgröße und als Soll-Führungsgröße die Lage der Kante des Metallbandes (2) vor der Treibvorrichtung (4) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächengeometrie des Metallbandes (2) als Messgröße ermittelt und dem Regler (14) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Oberflächengeometrie des Warmbandes (2) eine Vorsteuerung (15) zugeführt wird, die dem Regler (14) nachgeschaltet und der Ansteuerung der Stellglieder der Treibrollen (6, 7) für die Änderung des Treibrollenspaltes (17) vorgeschaltet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächengeometrie des Warmbandes (2) vor der Zuführung des Warmbandes (2) zu der Treibvorrichtung (4) ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Mehrgrößen-Regler (14) ausgebildeten Regler als weitere Führungsgröße der Soll-Bandzug zwischen den Treibrollen (6, 7) und der Haspelvorrichtung (3) zugeführt wird und von dem Regler (14) hiermit der Treibrollenantrieb und die Einstellung des Treibrollenspaltes (17) angesteuert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Bandzug derart vorgewählt verändert wird, dass vor Ausfädeln des Warmwalzgutes (2) aus einem der Treibvorrichtung (4) vorgeschalteten Fertigwalzgerüst die Rückzugskraft der Treibrollen (6, 7) für das von der Haspelvorrichtung (3) aufgewickelte Metallband (2) stetig bis zur vollen Übernahme der Rückzugskraft nach Ausfädeln des Metallbandes (2) gesteigert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Bandzug zwischen den Treibrollen (6, 7) und der Haspelvorrichtung (3) über eine modellgestützte Ermittlung aus messbaren Größen bestimmt wird und dem Mehrgrößen-Regler (14) als Messgröße zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die modellgestützte Ermittlung (Beobachter 16) des Ist-Bandzuges vorzugsweise die Drehzahl der Treiberrollen (6, 7),der Feldstrom und die Feldspannung und der Ankerstrom und die Ankerspannung der die Treiberrollen (6, 7) antreibenden Motoren, die Anpreßkraft der Treiberrollen und das Biegemoment des Bandes um die Treiberrollen herangezogen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Lage der Bandkanten des von der Haspelvorrichtung (3) aufgewickelten Bandes über eine modellgestützte Ermittlung (Beobachter 16) aus messbaren Größen bestimmt wird und dem Mehrgrößenregler als Messgröße zugeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die modellgestützte Ermittlung (Beobachter 16) der Ist-Lage der Bandkanten vorzugsweise der Bandzug, die Treibrollenneigung, Bandgeschwindigkeit, Bandlage vor dem Treiber und Oberflächengeometrie des Walzbandes herangezogen werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibrollenspalt (17) mittels einer Kraft- und Neigungsregelung der Treibrollen (6, 7) eingestellt wird.
  11. Vorrichtung zum lagegerechten Aufwickeln eines Metallbandes (2), insbesondere eines gewalzten Warmbands in einer Haspelvorrichtung (3), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, mit einer der Haspelvorrichtung das Warmband zuführenden Treibvorrichtung (4) mit zueinander neigbaren Treibrollen (6, 7), mit Stellgliedern und einem Regler hierfür für eine Veränderung des Treibrollenspaltes und der hierdurch bewirkten Beeinflussung der seitlichen Lage des Warmbandes (2) und mit einer Messvorrichtung zur Ermittlung der Lage der Kante des Warmbandes vor der Treibvorrichtung (4), deren Messwerte dem Regler zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich vor der Treibvorrichtung (4) eine Messvorrichtung (13) für die Ermittlung der Oberflächengeometrie des Walzbandes (2) angeordnet ist, deren Messgröße dem Regler (14) zugeführt wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler als Mehrgrößen-Regler (14) ausgebildet ist, dem die Soll-Bandkantenlage und der Soll-Bandzug zugeführt werden.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) mit einem Beobachter-Baustein (16) verknüpft ist, über den modellgestützt aus messbaren Größen der Ist-Bandzug zwischen den Treibrollen (6, 7) und der Haspelvorrichtung (3) bestimmbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) mit einem Beobachter-Baustein (16) verknüpft ist, über den modellgestützt aus messbaren Größen die Ist Lage der Bandkanten (9) des von der Haspelvorrichtung (3) aufgewickelten Bandes (2) bestimmbar ist.
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