ITMI982593A1 - Apparecchiatura di misurazione della planarita' di un nastro inscorrimento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un apparecchiatura di misurazione della planarità di un nastro, in scorrimento, in particolare un nastro di metallo in una linea di fabbricazione che comprende

- un mezzo di messa in tensione del nastro per applicargli una tensione longitudinale e posizionare a piatto il nastro sul rullo sollevatore,

- un rullo misuratore attorno al quale è sollevato il nastro, tale rullo essendo attrezzato con sensori che forniscono segnali per determinare la tensione interna locale del nastro.

La planarità di un nastro o di una piastra secondo la presente invenzione, è il grado di equilibrio delle sollecitazioni interne del nastro o della piastra. Il altri termini, maggiore è il disequilibrio delle sollecitazioni interne di un prodotto, minore sarà la sua planarità, ed inversamente.

In numerosi campi, ed in particolare nella fabbricazione di prodotti in metallo, particolarmente destinati all'elettronica, o in applicazioni simili, pezzi per materiale elettrico o elettronico, connettori, supporti di componenti di cavi, scaldaacqua, si fabbrica un nastro di metallo con operazioni di laminazione, spianamento, ecc - Quindi si taglia in lunghezza questo nastro in strisce a partire dalle quali si realizzano i pezzi .

La laminazione effettuata prima di queste diverse operazioni con una pressione superficiale esercitata dai cilindri, produce un assottigliamento del nastro ed il suo allungamento proporzionale.

In pratica, l'assottigliamento del nastro non è rigorosamente regolare, nè nel senso della larghezza, nè in quello della lunghezza, a causa della flessione o della dilatazione dei cilindri. Ciò si traduce in sollecitazioni interne locali di compressione e di tensione. Queste sollecitazioni possono non comportare alcun effetto apparente sul nastro fabbricato, se esse si mantengono sufficientemente deboli per evitare flessioni locali della lamiera ("rigonfiamenti", "ondulazioni” ) .

Tuttavia, quando questo nastro viene tagliato in lunghezza in strisce che servono a fabbricare i prodotti evocati in precedenza, questo equilibrio si rompe e le strisce si deformano in modo disordinato o anarchico sotto l'effetto delle loro sollecitazioni interne.

Orbene le specifiche, in particolare geometriche, imposte ai prodotti destinati ad essere intagliati sono sempre più severe. Per rispettare le tolleranze di freccia, facilitare l'operazione di tranciatura e per evitare le sbavature ... dopo tranciatura del nastro, è necessario che quest'ultimo sia libero da qualsiasi tensione interna all'ingresso della macchina rifenditrice.

Esistono installazioni o apparecchiature per rivelare tali difetti nel nastro con la misurazione delle sollecitazioni interne locali. Tuttavia, queste apparecchiature note sono estremamente complesse e costose.

Esse si compongono infatti di un rullo misuratore, rigido, girevole, sul quale è sollevato il nastro di cui si vuole misurare o determinare la planarità. Questo rullo è attrezzato con sensori di pressione integrati nella sua superficie esterna. Questi sensori di pressione, solidali con il rullo misuratore, ruotano con quest'ultimo. Si devono quindi trasmettere i segnali con contatti scorrevoli, il che è un problema tecnico delicato che richiede mezzi molto complicati, dato il basso livello dei segnali forniti dai sensori di pressione.

La presente invenzione ha come scopo di rimediare a questi inconvenienti, ed ha come scopo di creare un apparecchiature semplice, robusta, e che consenta di fornire risultati precisi, in particolare delle misurazioni discrete associate in modo spaziale con una risoluzione molto fine, alle diverse parti del nastro, per comandare le azioni di correzione a monte, ed una installazione che sia di ridotto costo di manutenzione.

A tal fine, l'invenzione riguarda un'apparecchiatura del tipo definito in precedenza, caratterizzata dal fatto che

- il rullo misuratore comporta zone periferiche deformabili per compressione, indipendenti le une dalle altre,

- i sensori sono fissati ed associati alle zone periferiche deformabili del rullo per rivelarne lo schiacciamento sotto l'effetto del nastro e fornire segnali in funzione dello schiacciamento,

- un circuito di operazione od operativo che riceve i segnali dai sensori per dedurne segnali di informazione e di comando.

Secondo un'altra caratteristica particolarmente vantaggiosa: - le zone periferiche deformabili del rullo misuratore sono formate ciascuna da un anello,

- gli anelli essendo giustapposti indipendenti gli uni dagli altri e poggiando su due cilindri di riferimento,

- almeno un sensore è associato a ciascuno degli anelli per rivelarne lo schiacciamento sotto l'effetto del nastro,

- gli anelli sono vantaggiosamente solidali in rotazione. Il montaggio in contrapposizione di due sensori per anello che misura l'appiattimento diametrale, (non più soltanto radiale) dell'anello corrispondente semplifica enormemente l'analisi numerica delle misurazioni e ne aumenta la precisione, affrancandola da qualsiasi correzione supplementare del cedimento dei rulli di appoggio ("cilindri di riferimento") a priori variabile in funzione della pressione di sollevamento.

Secondo un'altra caratteristica vantaggiosa, gli anelli sono identici.

L'apparecchiatura secondo l'invenzione è di una costruzione abbastanza semplice, in particolare nel caso di un rullo misuratore formato da una giustapposizione di anelli. Esso si integra facilmente in una linea di fabbricazione di trattamento metallurgico in uscita da laminatoi o da spianatrici. La rivelazione di parametri legati alla planarità, vale a dire la deformazione del rullo misuratore (o degli anelli che compongono il rullo misuratore), si effettua con sensori di distanza, che sono fissi. Ciò elimina qualsiasi difficoltà di trasmissione dei segnali .

La larghezza delle zone periferiche deformabili o degli anelli componenti il rullo misuratore è scelta in funzione della finezza di risoluzione che si auspica ottenere.

Il nastro è così decomposto f itt i z iamente in strisce applicate ciascuna su un anello del rullo misuratore. Se questa striscia presenta una sollecitazione intensa di trazione, quest 'ultima si traduce con una forza di compressione che agisce sull'anello e lo appiattisce. L'appiattimento è rivelato dal sensore che fornisce in tal modo un segnale in funzione della sollecitazione interna che regna nel punto corrispondente di questa striscia.

Il controllo in continuo del profilo delle sollecitazioni interne nel nastro misurato dal rullo misuratore di planarità in uscita dal laminatoio finitore, o dalla spianatrice consente una regolazione ottimale di tutti gli azionatori di queste macchine: la convessità e la diagonale di irrigidimento dei cilindri di laminazione, il basculamento o oscillazione e l'inarcamento delle cassette di spianatura.

La realiz z az ione di ane l li con un ' el evata precisione corrisponde ad un insieme di operazioni di lavorazione abituali affinchè le due facce di ciascun anello siano perfettamente perpendicolari al loro asse di rotazione .

La medesima cura e le medesime precisioni devono essere apportate al la reali z zazione di rul li di appoggio che non soltanto devono essere ben equilibrati, ma anche perfettamente paralleli .

Infine, la precisione di realizzazione degli anelli, ed in particolare la planarità delle loro facce e la perpendicolarità di queste facce in rapporto al loro asse , riduce al minimo l ' attrito tra gli anelli , vale a dire , al contrario , che gli anelli possono schiacciarsi tutti indipendentemente dagli altri sui rulli di appoggio .

La presente invenzione sarà descritta qui di seguito in modo più dettagliato con l'aiuto di diversi esempi di realizzazione illustrati schematicamente nei disegni allegati, nei quali:

<■ >la fignara 1 è una vista in sezione, molto schematica, di un'apparecchiatura di misurazione di planarità di un nastro secondo l'invenzione,

• la figura 2 è uno schema dinamico che illustra i diversi parametri angolari ed i punti di azione degli sforzi esercitati su un anello,

• la figura 3 è uno schema generale,

• la figura 4 è uno schema complementare,

■ la figura 5 è una vista laterale di una prima forma di realizzazione di una macchina di misurazione di planarità secondo 1'invenzione,

■ la figura 6 è una vista anteriore della macchina di figura 5,

<■ >la figura 7 è una vista laterale di un'altra forma di realizzazione di una macchina di misurazione della planarità secondo 1'invenzione,

• la figura 8 è una vista frontale semplificata che corrisponde alla figura 7.

Secondo la figura 1, l'invenzione riguarda un apparecchiatura che misura la planarità di un nastro 1, in scorrimento, vale a dire che circola nella direzione della freccia A. Sebbene si tratti di un nastro in principio qualsiasi, l'invenzione riguarda particolarmente i nastri metallici ed in particolare i nastri di metalli non ferrosi, in uscita di fabbricazione, per controllarne le caratteristiche e correggere il funzionamento dell'installazione a monte. Questa apparecchiatura si compone di un rullo misuratore 10 deformabile per zone periferiche. Esso è vantaggiosamente formato da un insieme di anelli contrapposti, identici, liberi gli uni in rapporto agli altri, ma girevoli alla medesima velocità affinchè la media effettuata delle misurazioni corregga bene i difetti di lavorazione di ciascun anello.

Gli anelli sono liberi gli uni in rapporto agli altri per il fatto che possono scorrere liberamente gli uni contro gli altri per appiattirsi liberamente. Questi anelli hanno un asse XX perpendicolare al piani di figura 1.

A titolo di esempio non illustrato, gli anelli possono avere su uno dei loro bordi dei perni, e sul loro bordo opposto cavità in posizione omologa, e di dimensioni maggiori di quelle dei perni. Gli anelli, cosi realizzati, sono associati per questi collegamenti perno/cavità lasciando un gioco sufficiente affinchè gli anelli possano schiacciarsi liberamente gli uni in rapporto agli altri.

Il rullo misuratore, deformabile, così formato da anelli deformabili (in limiti molto ridotti ma tuttavia sufficienti) consente di rivelare le sollecitazioni interne del nastro, come ciò verrà spiegato con l'aiuto delle figure 2, 3, 4. Per semplificare, questo insieme di anelli essendo equivalente al rullo descritto in precedenza, e sopporterà il medesimo riferimento.

L'insieme degli anelli 10 è portato da due cilindri di appoggio 11, 12. Il nastro 1 da controllare si appoggia sull'insieme di anelli 10 secondo un angolo di sollevamento 2 ψ compreso schematicamente tra i due raggi RI, R2.

La forza di appiattimento P esercitata dal nastro 1 sugli anelli 10, o più esattamente la forza esercitata dai diversi strisce elementari Bi teorici del nastro 1 che si appoggiano sui diversi anelli 10, produce un appiattimento di ciascun anello lOi sostanzialmente nella direzione della bisettrice dell'angolo di sollevamento.

Questo appiattimento viene misurato da una serie di sensori 13 (13i) disposti preferibilmente all'interno dell'insieme degli anelli 10. Questi sensori 13i sono montati in.modo fisso poiché l'interno degli anelli 10 è libero ed accessibile. Questi sensori 13i forniscono ciascuno un segnale di deformazione dell'anello lOi al quale esso è associato. Le linee di trasmissione dei segnali non sono state rappresentate, così come neanche il circuito di operazione che utilizza questi segnali per comandare l'installazione nella quale è integrata l'apparecchiatura.

E' anche possibile completare l'installazione con una serie di sensori 14i, allineati diametralmente sui sensori 13i, ma situati all'esterno e al di sotto dell'insieme degli anelli lOi. Questi sensori esterni possono anche sostituire i sensori interni 13i con sensori esterni 14i, probabilmente più facili da montare e di manutenzione più semplice.

Infine, l'apparecchiatura può comprendere un insieme di sensori esterni 15i situato al di sopra della zona di sollevamento per consentire una misurazione di profilo in parallelo a quella di planarità del profilo trasversale del nastro .

Tutti gli anelli dell'insieme 10 di cui uno solo appare, presentano la medesima geometria; essi sono realizzati con un'elevata precisione e la loro faccia esterna è preferibilmente lucida e presenta una durezza molto elevata per evitare qualsiasi graffio che deteriorerebbe alla lunga lo stato di superficie del nastro che passa sopra l'anello.

Questi anelli sono preferibilmente in acciaio da costruzione o in acciaio per utensili.

Secondo le installazioni, l'apparecchiatura di misurazione può essere disposta direttamente in uscita di una tavola di laminatoio o di una spianatrice. In questo caso, l'insieme degli anelli 10 costituisce il rullo sollevatore. La pressione di sollevamento dipende fortemente dall'angolo di sollevamento e dalla trazione applicata al nastro.

Il rullo 10 dell'apparecchiatura misuratrice di planarità può anche servire da appoggio al nastro sottoposto ad un rullo pressore che mantiene lo sforzo di pressione quasi costante, indipendentemente dalla trazione del nastro, sul rullo mi suratore , come ciò sarà visto nel secondo esempio di realizzazione.

I sensori 13 (13i), 14 (14i), 15 (15i) sono preferibilmente sensori senza contatto, sensori di prossimità, induttivi, molto semplici da disporre tanto più che essi non sono a contatto o sottoposti all'usura per gli anelli. Questi sensori sono di un ingombro molto limitato ed il loro costo di realizzazione è ridotto; la precisione delle misurazioni che essi effettuano è molto soddisfacente. Essi forniscono segnali di uscita analogici. Questi segnali possono essere utilizzati così come sono oppure essere convertiti in segnali numerici.

II principio di misurazione sarà esposto qui di seguito con l'aiuto dello schema di figura 2 che rappresenta un rullo 10 di raggio R che va su due appoggi puntuali 11, 12 che raffigurano i punti di appoggio del rullo 10 sui cilindri 11, 12. Una forza P (che risulta dalle sollecitazioni interne del nastro) è applicata su questo cilindro. La misurazione viene effettuata secondo l'asse AA sfalsato dell'angolo β in rapporto alla bisettrice dell'angolo 2Θ formato dai raggi che passano dai due appoggi 11, 12. L'angolo di sollevamento è uguale 2^.

L'appiattimento diametrale misurato secondo la direzione di misurazione AA, δ è dato dalla formula che segue nella quale E rappresenta il modulo di elasticità del rullo.

Un calcolo analitico della deformazione in flessione pura senza tener conto nè della trazione nè del tranciamento del rullo, fornisce la relazione lineare che segue tra la pressione di sollevamento e l'appiattimento diametrale (nel caso presente l'angolo di sollevamento è uguale a 2 <(>f> ):

Il procedimento di misurazione di planarità, come descritto in precedenza, è in particolare destinato a misurare la planarità di nastri di metallo, particolarmente di metalli non ferrosi, come nastri di rame o di lega di rame, utilizzati per fabbricazioni nel campo elettrico o elettronico. In questo caso, il procedimento e l'apparecchiatura che lo utilizza ricevono un nastro che sfila o scorre e le misurazioni si effettuano durante lo scorrimento del nastro. Queste misurazioni sono generalmente effettuate in modo discontinuo.

Secondo le figure 3 e 4, il nastro 1 circonda un rullo misuratore 10 secondo un angolo di sollevamento a. Ne risulta una pressione P che il nastro 1 esercita sul rullo misuratore 10 e deforma il diametro schiacciandolo. Il suo diametro D è allora diminuito di <5 che viene misurato dai sensori.

Scomponendo il nastro 1 in strisce, se la striscia prevista presenta una sollecitazione di trazione Si, la forza di compressione P che essa esercita sul rullo 10 per l'angolo di sollevamento a è data dalla formula che segue: Pi = 2 e^ . Si · Sin a/2.

Orbene, questa compressione provoca un appiattimento Si del rullo, e questo appiattimento è proporzionale alla forza di compressione 6i = K · pi. La costante K dipende solo dalla geometria e dalle caratteristiche fisiche del rullo e dal suo appoggio.

In funzione della tecnologia dei sensori, si utilizza una procedura di zero, ovvero di ricalibratura automatica del rullo misuratore. Queste operazioni sono tanto più semplici quanto l'acquisizione ed il trattamento delle misurazioni sono numeriche. Per la calibratura di ciascun anello, è sufficiente premere un rullo sugli anelli, idealmente con diversi sforzi, e di misurare gli appiattimenti corrispondenti.

Infine, per correggere automaticamente qualsiasi difetto di falsa circolarità tra l'alesaggio interno e la rettificazione esterna degli anelli, si effettua una misurazione dell'appiattimento diametrale (somma di 2 spostamenti radiali opposti) preferibilmente con una semplice misurazione radiale sotto il contatto dell'anello con il nastro. Poiché le sollecitazioni interne non fluttuano in modo significativo su lunghezze inferiori al metro, la media aritmetica di due misurazioni di appiattimento (radiale) effettuate ogni semigiro corregge allo stesso modo, senza errore, un difetto di tipo "falso cerchio". La media aritmetica di due misurazioni di appiattimento (diametrale) effettuate ogni semigiro corregge inoltre qualsiasi difetto periodico di tipo "ovalizzazione". La media aritmetica di 3 (rispettivamente di 4) misurazioni di appiattimento (diametrale) effettuate ogni terzo di giro corregge ogni difetto periodico di tipo "trilobo" (rispettivamente di tipo "trifoglio a quattro fogli"). Di fatto, qualsiasi combinazione di questi quattro tipi di difetti sarà corretta senza distruzione o vizio se la misurazione di appiattimento ritenuta è la media aritmetica di 12 misurazioni di appiattimento diametrale. Un optimum potrebbe essere fissato a 24 misurazioni per giro. Questa analisi (o qualsiasi analisi fondamentalmente comparabile fondata su un trattamento semplice a partire dall'inversione di Fourrier rapida, ad esempio) consente di alleggerire molto significativamente le specifiche di lavorazione degli anelli del cilindro misuratore. Essa impone, per contro, che gli anelli siano resi solidali nella loro rotazione. Idealmente, un impulso viene generato periodicamente, ad esempio ogni dodicesimo di giro, dalla rotazione medesima del cilindro misuratore, ed innesca l'acquisizione delle misurazioni di appiattimento di tutti gli anelli in corrispondenza di questo istante.

A titolo di esempio numerico, gli anelli presentano generalmente un diametro di qualche centinaio di millimetri, uno spessore dell'ordine di una decina di millimetri. Gli appiattimenti da misurare sono dell'ordine del decimo di millimetro. Le fluttuazioni dovute alle variazioni di sollecitazioni residue sono dell'ordine del centesimo di millimetro .

Secondo le figure 5 e 6, una prima forma di realizzazione di un'apparecchiatura secondo l'invenzione si compone di un cilindro misuratore 110 composto da anelli 110^ ... 110g ... 1107 indipendenti, posizionati secondo l'asse geometrico XX. Gli anelli vengono mantenuti lateralmente da flange 120, 121 montate libere in rotazione per mezzo di cuscinetti a sfere 122, 123 portati da un asse fisso 124 attrezzato con sensori 1132, 1152 associati all'anello llOj, i sensori 113g, 115g associati all'anello H Og, ecc. Gli anelli esterni 110^-1107 completano il rullo misuratore 110 a livello dei cuscinetti 120, 121 per facilitare la tenuta degli anelli intermedi e la loro rotazione. Nessun sensore è associato a questi due anelli estremi 110^, 1107 che possono, all'occorrenza, ricevere il bordo del nastro da controllare (non illustrato).

L'avvolgitore 110 poggia su due cilindri 111, 112 montati in flange 125, 126 dell'intelaiatura della macchina.

Le diverse attrezzature, ed in particolare i collegamenti elettrici ed i fasci di cavi dei sensori verso il circuito di operazione elettronico, non vengono illustrati.

Il cablaggio dei sensori 1132 ■ ■ ■ I13g · · « 1152 <115>6 <non >presenta alcuna difficoltà poiché soltanto gli anelli girano, ma non i sensori.

Le f igure 7 e 8 i l lustrano un ' altra variante di realizzazione di un ' apparecchiatura di misurazione di planari tà secondo l ' invenzione .

Questa apparecchiatura si compone, come precedentemente, di un rullo misuratore 220 qui formato da dieci anelli 220-^ ... 22010 liberi in rotazione e che poggiano su due cilindri di appoggio 211, 212 montati nelle flange 225, 226 della macchina.

Gli anelli esterni 2201-22010 sono montati su elementi di estremità 220, 221 portati da cuscinétti a sfere 222, 223.

Il nastro da controllare 201 scorre e solleva il rullo 220 essendo teso da un cilindro pressore 240 portato da un braccio 241 e sottoposto ad un martinetto 242. Questa attrezzatura girevole che esercita una forza costante sul nastro 201 è illustrata in due posizioni diverse nella figura 7.

In uscita, il nastro passa su un cilindro di uscita 250.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di misurazione della planarità di un nastro, in scorrimento, in particolare di un nastro di metallo in una linea di fabbricazione comprendente - un mezzo di messa in tensione del nastro per applicargli una tensione longitudinale e posizionare a piatto il nastro sul rullo sollevatore, - un rullo misuratore attorno al quale è sollevato il nastro, tale rullo essendo attrezzato con sensori che forniscono segnali per determinare la tensione interna locale del nastro, apparecchiatura caratterizzata dal fatto che - il rullo misuratore (10, lOi) comprende zone periferiche deformabili per compressione, indipendenti le une dalle altre, - i sensori (13, 13i) sono fissi ed associati a zone periferiche deformabili del rullo per rivelarne lo schiacciamento sotto l'effetto del nastro e fornire segnali in funzione dello schiacciamento, - un circuito di operazione che riceve i segnali dai sensori per dedurne segnali di informazione e di comando.
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che - le zone periferiche deformabili del rullo misuratore (10, lOi) sono formate ciascuna da un anello, - gli anelli essendo giustapposti indipendenti gli uni dagli altri e poggiandosi su due cilindri di riferimento, - almeno un sensore (13, 13i) è associato a ciascuno degli anelli per rivelarne lo schiacciamento sotto l'effetto del nastro.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che gli anelli (10i) sono solidali in rotazione .
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che gli anelli (10i) sono identici.
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che gli anelli (10i) sono metallici.
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che a ciascun anello è associato un sensore (13i) disposto nell'anello (lOi).
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che a ciascun anello è associato un sensore (14i) disposto all'esterno dell'anello.
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il sensore ( 13i o 14i) associato ad un anello è completato da un altro sensore esterno (15i) per consentire la caratterizzazione complementare del profilo trasversale del nastro. Il tutto come sostanzialmente descritto, illustrato, rivendicato e per gli scopi ivi specificati.