WO2007147764A1 - Method and apparatus for monitoring the state of rolls - Google Patents

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WO2007147764A1
WO2007147764A1 PCT/EP2007/055844 EP2007055844W WO2007147764A1 WO 2007147764 A1 WO2007147764 A1 WO 2007147764A1 EP 2007055844 W EP2007055844 W EP 2007055844W WO 2007147764 A1 WO2007147764 A1 WO 2007147764A1
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ultrasonic
roller
receiver
ultrasonic transmitter
transmitter
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PCT/EP2007/055844
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Joachim Schimmelpfennig
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Aluminium Norf Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for condition testing of rolls. Furthermore, the invention relates to a device for condition testing of rollers and their use.
  • rolls for the production of rolled products have a roll surface adapted to the respective intended use.
  • Work rolls for hot or cold rolling of metal strips have, for example, a roll surface with a defined roughness in order to ensure a secure gripping of the rolling stock through the rolls and the production of a defined surface of the rolling stock.
  • the invention is based on the object to provide a method and a device for condition testing of rollers, which or which a quick and easy detection of changes to the roller or on the surface of the Roller allows, so that the Committee of the rolls to be rolled is significantly reduced and the productivity of the entire rolling process is increased simultaneously.
  • the previously derived and indicated object is achieved by a method for condition testing of rollers in that the state examination is carried out using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement, wherein ultrasonic waves are introduced into the roller or reflected on the roller and be received again.
  • the ultrasonic waves are emitted by the ultrasonic transmitter, enter the roller and propagate in the roll material. Since the transit time of the ultrasonic waves and their reflection, for example at the media transition, depends on the specific condition of the work roll, the method according to the invention enables a direct monitoring of the state of the roll.
  • the condition test of the work rolls can preferably be continuous with the method according to the invention during the rolling process on the rotating roll so that it is possible to control the condition of the roller at all times over its entire circumference.
  • This method of condition testing using ultrasonic measurements is particularly advantageous in the use of work rolls in a rolling stand which are used in hot rolling or cold rolling, but this method can also be applied to all other types of rolls.
  • this method can also be applied to all other types of rolls.
  • it is advantageous to control the rolls used for this purpose with the aid of ultrasound measurement, since deposits of the roll surface are particularly frequent, which greatly influences the quality of the strip to be rolled.
  • the ultrasonic waves are preferably coupled into the roller so that they are not reflected in the vicinity of the roll gap, since the
  • Reflection conditions on the surface of the work roll due to the existing rolling oil film are not optimal here. This ensures that a very high reflection of the ultrasonic waves passing through the roller takes place at the transition of the roller to the air, so that the accuracy of the measurement results is improved.
  • the pulse-echo method is used.
  • an ultrasonic pulse is emitted from the ultrasonic transmitter and the duration of the pulse in the roller and its amplitude measured by an ultrasonic receiver.
  • the pulse-echo method provides information on the size of, for example, the impurities from the surface of the roll based on the height of the echo amplitude chipped areas and / or cracks where the ultrasonic waves are reflected.
  • the frequency of the ultrasonic pulses is preferably 0.1 to 100 MHz, the ultrasonic pulses preferably being emitted at a repetition frequency of up to 50 kHz in order to improve the quality of the measurement signal.
  • the spatial resolution which corresponds to half the wavelength of the ultrasonic waves in the respective medium, is improved by the high frequencies of the ultrasound pulse, so that even very small changes to the roller, in particular on the surface of the roller, can be detected with the aid of ultrasound measurement and detected early can be.
  • the ultrasonic transmitter is used in the ultrasonic transmitter-receiver arrangement simultaneously as an ultrasonic receiver.
  • the apparatus required for the inventive method is reduced.
  • the geometry of the roller is tested using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement. Due to the temperature changes in the roll during the rolling process, changes in the geometry of the roll may occur, in particular changes in the thickness of the roll.
  • the ultrasound measurement the thickness of the roller can be determined directly, in which the transit time from the entry of the ultrasonic waves into the roller up to the time when these ultrasonic waves at the one viewed from the inlet in the axial direction are measured against the opposite surface of the roller. Based on the measured transit time so that the thickness of the roller can be determined.
  • the ultrasonic measurement it is thus possible to quickly and easily check the geometry of the roll in order to avoid that due to different geometrical dimensions over the circumference of the roll to different thickness rolled strips.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the surface of the roller is tested using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement. This surface examination is made by the amplitude which results when the ultrasonic waves are reflected at the opposing surface of the roller viewed from the entry in the axial direction. Based on the height of the amplitude, the surface quality of the roller can be determined. In fact, if impurities adhere to the roll surface or there are damages in the roll surface, the ultrasonic waves are reflected only to a small extent in the direction of the ultrasonic receiver, but rather scattered in various other directions, so that the measured amplitude is much smaller than if the Surface of the roller has no damage. With the help of ultrasonic measurement can damage and / or adhering to the roll surface impurities are detected quickly and easily, so that early measures can be taken against it, before the damage to the roll surface can affect the quality of the product to be rolled.
  • Embodiment of the invention possible, using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement to control the pins of the roller.
  • the ultrasonic transmitter-receiver arrangements are used, which serve to control the geometry and the surface of the roller.
  • ultrasonic waves emitted by this ultrasonic transmitter-receiver arrangement are coupled into the surface of the work rolls at an insonification angle of less than 90 °, preferably at an angle of approximately 70 °. The ultrasonic waves then pass through a portion of the work rolls until they meet in the area of the outer pins of the work rolls on the surface of the pins of the work rolls.
  • Hairline cracks in the pins normally extend perpendicular to the surface of the pins and cause reflection of the ultrasonic waves in the direction of the ultrasonic receiver. If the pin is faultless, no reflection occurs in the direction of the ultrasonic receiver. Based on the amplitude of the measured reflection, material separations, for example the smallest cracks, which are otherwise unrecognizable, can easily and quickly also be detected during the rolling process. The costly removal of the complete roll, which usually leads to a state examination of the pins, which leads to long downtimes of the rolling mills, which are associated with considerable costs, is thus avoided.
  • the state examination takes place during the rolling process
  • a continuous examination of the state of the rolls is also possible during the rolling process, so that any change on the roll or on the roll surface are detected immediately and measures taken against it can be before these also lead to undesirable deviations or damage to the rolling train and / or the product to be rolled.
  • it is therefore no longer necessary to interrupt the entire rolling process or to completely expand the rolls, which is associated with a high time and cost intensive effort, so that a high time and cost savings is achieved to check the condition of the rollers.
  • the condition testing of the rolls using the ultrasonic transmitter-receiver arrangement can also take place during standstill of the rolls during a rolling break.
  • the invention learns an advantageous embodiment in that the ultrasonic transmitter-receiver arrangement comprises a plurality of ultrasonic transmitters and a plurality of ultrasonic receivers, which are arranged in the axial direction along the roller.
  • the ultrasound transmitters and receivers are preferably each arranged on an axis at an equal distance from the roller. This makes it possible to control the condition of the roller or the surface of the roller over the entire length of the roller, preferably continuously.
  • a further alternative embodiment of the invention is that the ultrasound transmitter-receiver arrangement is arranged V-shaped in the axial direction of the roller.
  • the transmitter and the receiver of the ultrasonic waves are separated from each other, in axial Direction of the roller seen V-shaped arranged.
  • the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are coupled via a liquid medium to the roller.
  • Roll emulsion is preferably used as the liquid medium, since the rolling emulsion is a medium which is constantly present in the rolling process.
  • the above-derived and pointed out object for a device for condition testing of rolls is achieved in that at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement is provided, which has at least one ultrasonic transmitter and at least one ultrasonic receiver, wherein with the ultrasonic transmitter Ultrasonic waves can be emitted through the roller and with the ultrasonic receiver the ultrasonic waves emitted by the ultrasonic transmitter can be received.
  • the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver acoustic lenses for coupling the ultrasonic waves on .
  • These acoustic lenses cause the ultrasound waves emerging from the transmitter to be combined to form a beam, the focal point of this beam preferably lying on the surface of the roller. This ensures that the beam diverge as little as possible in the roll to be measured.
  • the above-described object is achieved by the use of the device according to the invention for condition testing of rolls in a rolling stand for hot or cold rolling of metals, in particular aluminum or
  • Fig. 1 shows a schematic structure of a
  • Fig. 3 shows a schematic structure of a
  • Fig. 5 shows a schematic structure of a
  • Embodiment of a device according to the invention for condition testing of rollers in the dipping arrangement Embodiment of a device according to the invention for condition testing of rollers in the dipping arrangement
  • Fig. 6 shows a further schematic structure of a
  • Embodiment of an inventive Device for checking the condition of rollers in the dipping arrangement Embodiment of an inventive Device for checking the condition of rollers in the dipping arrangement
  • Fig. 8 shows a schematic structure of a
  • Embodiment of a device according to the invention for condition testing of rollers wherein ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver are arranged separately from each other.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of an exemplary embodiment of a device according to the invention for checking the state of rolls 1 together with the echo propagation time and the amplitude measured thereby.
  • the state examination shown in the embodiment is carried out with the aid of an ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2, which has an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver (not shown here), with the ultrasonic transmitter ultrasonic waves 3 emitted through the roller 1 and the ultrasonic receiver from the ultrasonic transmitter emitted ultrasonic waves 3 are receivable.
  • the coupling of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver to the roller 1 takes place here via a liquid medium, preferably rolling emulsion.
  • the ultrasonic waves 3 are coupled at a right angle to the surface of the roller 1.
  • the measurement in the condition test, which is shown in this embodiment as a pulse-echo method is set so that at time to the measurement of the reflection takes place at the entrance 4 of the ultrasonic waves 3 in the roller 1.
  • the geometry of the roll 1, in particular the thickness of the roll 1 can be determined. Based on the rash or the height of the recorded amplitude, the quality of the surface of the roller can be determined. If the surface of the roll has errors (such as deposits, chips, impressions, cracks), the ultrasonic waves 3 are scattered strongly at the surface points 4 and 5, and the magnitude of the amplitude decreases depending on the size and shape of the defect.
  • Fig. 2 the dependence of the transit time of the elongation of the roller, which due to an increase in temperature of the roller during the rolling process takes place, shown.
  • the temperature change causes the roller to stretch, which changes the diameter of the roller. Due to this diameter change of the roller, the transit time of the ultrasonic waves is simultaneously changed, which is used to determine the change in the diameter of the roller as a function of the transit time of the ultrasonic waves. At the same time, it must be taken into account that the temperature change also leads to a linear increase in the speed of sound. When evaluating the measurement results, therefore, the change in the speed of sound caused by temperature changes in the roll must be taken into account.
  • FIG. 3 shows a possible arrangement of the ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 in the form of a dip arrangement.
  • the ultrasonic transmitter-receiver assembly 2 is in a kind of trough 6, through which a liquid medium 7, for example, rolling emulsion, continuously flows up to the surface of the roller 1.
  • the ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 is completely immersed in the liquid medium 7, so that coupling of the ultrasonic waves 3 transmitted from the ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 to the roll 1 takes place via the liquid medium 7.
  • Fig. 4 also shows a diving arrangement, wherein the trough 6 here has the shape of a nozzle.
  • the nozzle shape ensures that the liquid medium 7 is brought in a jet against the surface of the roller 1, so that a more targeted and more effective coupling of the ultrasonic waves 3 to the roller 1 takes place.
  • this diving arrangement lends itself to horizontal coupling of the ultrasonic waves in the work roll.
  • the liquid medium 7 having flowed to the surface of the roll 1 can flow out through a leakage flow 8 between the edge of the trough 6 and the surface of the roll 1.
  • FIG. 5 and FIG. 6 one is arranged in each case in an ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2
  • Ultrasonic transmitter 9 is shown, from which ultrasonic waves 3 are conducted into the roller 1.
  • an acoustic lens 10 is arranged, which has the task to merge the exiting ultrasonic waves 3 to form a beam.
  • focal point 11 At the point where all the shafts 3 meet, there is the so-called focal point 11. In Fig. 5, this focal point 11 is located directly on the surface of the roller 1, whereas in Fig. 6 the focal point 11 is inside the roller 1.
  • FIG. 7 shows an ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 in which a plurality of ultrasonic transmitters and a plurality of ultrasonic receivers are arranged in the axial direction along the roller 1.
  • an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver in a housing 12.
  • the individual housing 12 are arranged on an axis, for example, at equal intervals both to each other and to the roller 1.
  • the ultrasonic waves pass through the work roll 1 until they reach the area of the pin 13. Occur in the pin 13 hairline cracks, they usually extend perpendicularly from the surface of the pin 13 into the interior of the pin. Due to the media transition steel-air in the area of a hairline crack, the ultrasonic waves are almost completely reflected back, so that the receiver side, an amplitude can be measured.
  • ultrasound waves 3 are emitted by the ultrasound transmitter 14, which enter the roller 1, penetrate it and are reflected back to the ultrasound receiver 15 at the point 5.
  • This state examination of rolls according to the invention can be carried out both during hot rolling and during cold rolling of rolling stock, in particular of
  • Aluminum strips wherein preferably the condition of work rolls in a roll stand is checked, since these types of rolls are subjected to the highest load during a rolling process.

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Abstract

The invention relates to a method for checking the state of rolls (1). The invention also relates to an apparatus for checking the state of rolls (1). The object is to provide a method and an apparatus for checking the state of rolls (1) of a roll stand, which method and apparatus make it possible to quickly and easily detect changes in the roll or in the surface of the roll (1), thus considerably reducing the rejection of the tapes to be rolled and simultaneously increasing the productivity of the entire rolling process. This is achieved by virtue of the fact that the state is checked using at least one ultrasound transceiver arrangement (2), wherein ultrasound waves (3) are introduced into the roll (1) or are reflected at the roll (1) and are received again.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Method and device for condition monitoring of
Walzenroll
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsprüfung von Walzen. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen sowie deren Verwendung.The invention relates to a method for condition testing of rolls. Furthermore, the invention relates to a device for condition testing of rollers and their use.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Walzen für die Herstellung von Walzwerkserzeugnissen eine an den jeweiligen Einsatzzweck angepasste Walzenoberfläche aufweisen. Arbeitswalzen zum Warm- oder Kaltwalzen von Metallbändern weisen beispielsweise eine Walzenoberfläche mit einer definierten Rauigkeit auf, um ein sicheres Greifen des Walzgutes durch die Walzen und die Herstellung einer definierten Oberfläche des Walzgutes zu gewährleisten. Durch die beim Walzen von Walzwerkserzeugnissen, wie beispielsweise Bändern, Blechen, etc. auftretenden hohen Drücke bilden sich auf der Walzenoberfläche Ablagerungen, die nach einer gewissen Zeit der Benutzung der Walzen dazu führen, dass der Walzvorgang nicht mehr einwandfrei ablaufen kann bzw. das Walzergebnis nicht länger zufriedenstellend ist. Insbesondere beim Walzen von Aluminiumbändern entstehen durch die Abspaltung von Aluminiumoxid- und Aluminiumpartikeln aus dem zu walzenden Aluminiumband, welche sich auf Grund des insbesondere beim Warmwalzen von Aluminium benötigten hohen Walzdruckes in der Schliffstruktur der Arbeitswalzen festsetzen, besonders hartnäckige Ablagerungen auf der Walzenoberfläche. Diese Ablagerungen bewirken eine Veränderung der Oberfläche der Walzen, wodurch die Oberfläche und die Struktur des gewalzten Bandes verändert wird. Zudem können sich diese Ablagerungen nach einiger Zeit von der Walzenoberfläche lösen und werden beim Walzen in das zu walzende Band eingebracht. Dadurch weist das gewalzte Band nicht mehr die gewünschte bzw. geforderte Qualität auf. Außerdem kann es beim Warmwalzen auf Grund vonIt is known from the prior art that rolls for the production of rolled products have a roll surface adapted to the respective intended use. Work rolls for hot or cold rolling of metal strips have, for example, a roll surface with a defined roughness in order to ensure a secure gripping of the rolling stock through the rolls and the production of a defined surface of the rolling stock. Due to the high pressures occurring during the rolling of rolled products, such as tapes, sheets, etc., deposits form on the roll surface which after a certain period of use of the rolls lead to the rolling process no longer being able to run smoothly or the rolling result not being achieved longer is satisfactory. In particular, when rolling aluminum strips caused by the elimination of alumina and aluminum particles from the rolled aluminum strip, which settle due to the particular required in the hot rolling of aluminum high rolling pressure in the grinding structure of the work rolls, particularly stubborn deposits on the roll surface. These deposits cause a change in the surface of the Rolling, whereby the surface and the structure of the rolled strip is changed. In addition, these deposits can be released from the roll surface after some time and are introduced during rolling in the strip to be rolled. As a result, the rolled strip no longer has the desired or required quality. In addition, when hot rolling due to
Temperaturwechselspannungen und/oder Hertzschen Pressungen sowie anderer Oberflächenschädigung zu Rissen in der Oberfläche der Walzen kommen, wodurch Walzenzunder entstehen, die sich aus der Oberfläche der Walzen lösen und durch die Walzen in das zu walzende Band eingewalzt werden. Dies führt einerseits zu einer erheblichen Verschlechterung der Qualität des gewalzten Bandes. Außerdem kommt es zu einer Veränderung derTemperaturwechselspannungen and / or Hertzian stresses and other surface damage to cracks in the surface of the rollers come, whereby mill scale arise, which detach from the surface of the rollers and are rolled through the rollers in the roll to be rolled. On the one hand, this leads to a considerable deterioration of the quality of the rolled strip. In addition, there is a change in the
Walzenoberfläche aufgrund der teilweise aus der Oberfläche der Walze abgeplatzten oder eingedrückten Partikel. Auf Grund von Temperaturschwankungen während des Walzprozesses kommt es zusätzlich zu einer Veränderung der Walzen hinsichtlich der geometrischen Abmaße der Walze, was z.B. dazu führt, dass die Bänder ungleichmäßig dick gewalzt werden und somit nicht mehr die gewünschten Abmaße aufweisen.Roll surface due to the partially chipped or depressed particle from the surface of the roll. Due to temperature variations during the rolling process, in addition to a change of the rolls with respect to the geometric dimensions of the roll, which is e.g. This results in that the bands are rolled unevenly thick and thus no longer have the desired dimensions.
Bisher erfolgte die Zustandprüfung der Walzen in der Kontrolle des fertig gewalzten Bandes durch den Walzenbediener . Dabei ist eine Veränderung der Oberfläche der Walzen bisher jedoch erst dann erkennbar geworden, wenn die gewalzten Metallbänder bereits nicht mehr die geforderte Qualität aufwiesen. Dies führt zu erheblichen Kosten, da die eine schlechte Qualität aufweisenden Bänder nicht weiter verwendet werden können und somit Ausschuss darstellen. Zur Prüfung des Zustandes der Walzen selber mussten diese bisher komplett ausgebaut werden, was einen erheblichen Aufwand darstellt und zu mit erheblichen Kosten verbundenen Stillstandszeiten der Walzwerke führt.So far, the condition of the rolls in the control of the finished rolled strip was carried out by the roll operator. In this case, however, a change in the surface of the rollers until now has become apparent only when the rolled metal bands no longer had the required quality. This leads to considerable costs, as the poor quality tapes can not continue to be used and thus constitute rejects. To test the condition of the rollers themselves, they had to be completely removed so far represents considerable effort and leads to considerable costs associated downtime of the rolling mills.
Bisher ist es jedoch nicht möglich gewesen, den Zustand der Walzen frühzeitig und ohne großen Aufwand auch während des Walzprozesses zu kontrollieren.So far, however, it has not been possible to control the condition of the rolls early and without much effort during the rolling process.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche eine schnelle und leichte Erkennung von Veränderungen an der Walze bzw. an der Oberfläche der Walze ermöglicht, so dass der Ausschuss der zu walzenden Bänder erheblich reduziert wird und die Produktivität des gesamten Walzprozesses gleichzeitig gesteigert wird.Starting from the explained prior art, the invention is based on the object to provide a method and a device for condition testing of rollers, which or which a quick and easy detection of changes to the roller or on the surface of the Roller allows, so that the Committee of the rolls to be rolled is significantly reduced and the productivity of the entire rolling process is increased simultaneously.
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zur Zustandsprüfung von Walzen dadurch gelöst, dass die Zustandsprüfung unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung erfolgt, wobei Ultraschallwellen in die Walze eingeleitet oder an der Walze reflektiert und wieder empfangen werden. Bei dieser Ultraschallmessung werden die Ultraschallwellen vom Ultraschallsender ausgesendet, treten in die Walze ein und breiten sich im Walzenwerkstoff aus. Da die Laufzeit der Ultraschallwellen und deren Reflektion beispielsweise am Medienübergang vom spezifischen Zustand der Arbeitswalze abhängt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine direkte Überwachung des Walzenzustandes. Die Zustandsprüfung der Arbeitswalzen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Walzprozesses an der sich drehenden Walze vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden, so dass es möglich ist, den Zustand der Walze jeder Zeit über ihren gesamten Umfang zu kontrollieren .According to a first teaching of the invention, the previously derived and indicated object is achieved by a method for condition testing of rollers in that the state examination is carried out using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement, wherein ultrasonic waves are introduced into the roller or reflected on the roller and be received again. In this ultrasonic measurement, the ultrasonic waves are emitted by the ultrasonic transmitter, enter the roller and propagate in the roll material. Since the transit time of the ultrasonic waves and their reflection, for example at the media transition, depends on the specific condition of the work roll, the method according to the invention enables a direct monitoring of the state of the roll. The condition test of the work rolls can preferably be continuous with the method according to the invention during the rolling process on the rotating roll so that it is possible to control the condition of the roller at all times over its entire circumference.
Dieses Verfahren zur Zustandsprüfung unter Verwendung von Ultraschallmessungen ist besonders beim Einsatz von Arbeitswalzen in einem Walzgerüst, welche beim Warmwalzen oder beim Kaltwalzen eingesetzt werden, vorteilhaft, jedoch kann dieses Verfahren auch bei allen anderen Arten von Walzen eingesetzt werden. Insbesondere beim Walzen von Aluminiurnbändern ist es vorteilhaft, die dafür eingesetzten Walzen mit Hilfe der Ultraschallmessung zu kontrollieren, da es hierbei besonders häufig zu Ablagerungen an der Walzenoberfläche kommt, wodurch die Qualität des zu walzenden Bandes stark beeinflusst wird.This method of condition testing using ultrasonic measurements is particularly advantageous in the use of work rolls in a rolling stand which are used in hot rolling or cold rolling, but this method can also be applied to all other types of rolls. In particular, when rolling aluminum bands, it is advantageous to control the rolls used for this purpose with the aid of ultrasound measurement, since deposits of the roll surface are particularly frequent, which greatly influences the quality of the strip to be rolled.
Die Ultraschallwellen werden vorzugsweise so in die Walze eingekoppelt, dass sie nicht in der Umgebung des Walzspaltes reflektiert werden, da dieThe ultrasonic waves are preferably coupled into the roller so that they are not reflected in the vicinity of the roll gap, since the
Reflexionsbedingungen an der Oberfläche der Arbeitswalze aufgrund des vorhandenen Walzölfilms hier nicht optimal sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine sehr hohe Reflexion der die Walze durchdrungenen Ultraschallwellen am Übergang der Walze zur Luft erfolgt, so dass die Genauigkeit der Messergebnisse verbessert wird.Reflection conditions on the surface of the work roll due to the existing rolling oil film are not optimal here. This ensures that a very high reflection of the ultrasonic waves passing through the roller takes place at the transition of the roller to the air, so that the accuracy of the measurement results is improved.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Impuls-Echo-Verfahren angewendet. Bei diesem Verfahren wird ein Ultraschallimpuls vom Ultraschallsender emittiert und die Laufzeit des Impulses in der Walze sowie dessen Amplitude durch einen Ultraschallempfänger gemessen. Das Impuls-Echo-Verfahren liefert anhand der Höhe der Echoamplitude Informationen über die Größe beispielsweise der Verunreinigungen, der von der Walzenoberfläche abgeplatzten Stellen und/oder Risse, an denen die Ultraschallwellen reflektiert werden. Mittels einer Anzeige der Amplitude des reflektierten Ultraschallimpulses ist eine einfache und schnelle Auswertung des Zustands der Walzen möglich. Die Frequenz der Ultraschallimpulse beträgt vorzugsweise 0,1 bis 100 MHz, wobei die Ultraschallimpulse vorzugsweise mit einer Wiederholfrequenz bis zu 50 kHz emittiert werden, um die Qualität des Messsignals zu verbessern. Über die hohen Frequenzen des Ultraschallimpulses wird die Ortsauflösung, die der halben Wellenlänge der Ultraschallwellen in dem jeweiligen Medium entspricht, verbessert, so dass selbst sehr kleine Veränderungen an der Walze, insbesondere an der Oberfläche der Walze, mit Hilfe der Ultraschallmessung erkennbar sind und frühzeitig erkannt werden können.In an advantageous embodiment of the invention, the pulse-echo method is used. In this method, an ultrasonic pulse is emitted from the ultrasonic transmitter and the duration of the pulse in the roller and its amplitude measured by an ultrasonic receiver. The pulse-echo method provides information on the size of, for example, the impurities from the surface of the roll based on the height of the echo amplitude chipped areas and / or cracks where the ultrasonic waves are reflected. By means of a display of the amplitude of the reflected ultrasonic pulse, a simple and rapid evaluation of the condition of the rollers is possible. The frequency of the ultrasonic pulses is preferably 0.1 to 100 MHz, the ultrasonic pulses preferably being emitted at a repetition frequency of up to 50 kHz in order to improve the quality of the measurement signal. The spatial resolution, which corresponds to half the wavelength of the ultrasonic waves in the respective medium, is improved by the high frequencies of the ultrasound pulse, so that even very small changes to the roller, in particular on the surface of the roller, can be detected with the aid of ultrasound measurement and detected early can be.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Ultraschallsender in der Ultraschall- Sender-Empfänger-Anordnung gleichzeitig als Ultraschallempfänger verwendet. Dadurch wird der apparative Aufwand für das erfindungsgemäße Verfahren verringert .According to a further advantageous embodiment of the invention, the ultrasonic transmitter is used in the ultrasonic transmitter-receiver arrangement simultaneously as an ultrasonic receiver. As a result, the apparatus required for the inventive method is reduced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung die Geometrie der Walze geprüft. Auf Grund der Temperaturänderungen in der Walze während des Walzprozesses kann es zu Änderungen der Geometrie der Walze, insbesondere zu Änderungen der Dicke der Walze, kommen. Mit Hilfe der Ultraschallmessung kann die Dicke der Walze direkt bestimmt werden, in dem die Laufzeit vom Eintritt der Ultraschallwellen in die Walze bis zu dem Zeitpunkt, wo diese Ultraschallwellen an dem von dem Eintritt in axialer Richtung gesehenen gegenüberliegenden Oberfläche der Walze reflektiert werden, gemessen wird. Anhand der gemessenen Laufzeit ist damit die Dicke der Walze bestimmbar. Durch die Verwendung der Ultraschallmessung ist es somit möglich, schnell und einfach die Geometrie der Walze zu prüfen, um zu vermeiden, dass es auf Grund unterschiedlicher Geometrieabmaße über den Umfang der Walze zu unterschiedlich dick gewalzten Bändern kommt.In a further advantageous embodiment of the invention, the geometry of the roller is tested using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement. Due to the temperature changes in the roll during the rolling process, changes in the geometry of the roll may occur, in particular changes in the thickness of the roll. By means of the ultrasound measurement, the thickness of the roller can be determined directly, in which the transit time from the entry of the ultrasonic waves into the roller up to the time when these ultrasonic waves at the one viewed from the inlet in the axial direction are measured against the opposite surface of the roller. Based on the measured transit time so that the thickness of the roller can be determined. By using the ultrasonic measurement, it is thus possible to quickly and easily check the geometry of the roll in order to avoid that due to different geometrical dimensions over the circumference of the roll to different thickness rolled strips.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung die Oberfläche der Walze geprüft wird. Diese Oberflächenprüfung erfolgt über die Amplitude, die entsteht, wenn die Ultraschallwellen an dem von dem Eintritt in axialer Richtung gesehenen gegenüberliegenden Oberfläche der Walze reflektiert werden. Anhand der Höhe der Amplitude ist die Oberflächenqualität der Walze bestimmbar. Haften nämlich Verunreinigungen an der Walzenoberfläche an oder befinden sich Beschädigungen in der Walzenoberfläche, werden die Ultraschallwellen nur zu einem geringen Anteil in Richtung des Ultraschallempfängers reflektiert, sondern vielmehr in diverse andere Richtungen gestreut, so dass die gemessene Amplitude sehr viel kleiner ist, als wenn die Oberfläche der Walze keine Schäden aufweist. Mit Hilfe der Ultraschallmessung können damit Beschädigungen und/oder an der Walzenoberfläche anhaftende Verunreinigungen schnell und einfach erkannt werden, so dass frühzeitig Maßnahmen dagegen ergriffen werden können, bevor die Schäden an der Walzenoberfläche sich auf die Qualität des zu walzenden Produktes auswirken können.A further advantageous embodiment of the invention is that the surface of the roller is tested using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement. This surface examination is made by the amplitude which results when the ultrasonic waves are reflected at the opposing surface of the roller viewed from the entry in the axial direction. Based on the height of the amplitude, the surface quality of the roller can be determined. In fact, if impurities adhere to the roll surface or there are damages in the roll surface, the ultrasonic waves are reflected only to a small extent in the direction of the ultrasonic receiver, but rather scattered in various other directions, so that the measured amplitude is much smaller than if the Surface of the roller has no damage. With the help of ultrasonic measurement can damage and / or adhering to the roll surface impurities are detected quickly and easily, so that early measures can be taken against it, before the damage to the roll surface can affect the quality of the product to be rolled.
Ferner ist es gemäß einer weiteren vorteilhaftenFurthermore, it is according to a further advantageous
Ausführungsform der Erfindung möglich, unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung die Zapfen der Walze zu kontrollieren. Beispielsweise können hierzu die Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnungen verwendet werden, die zur Kontrolle der Geometrie und der Oberfläche der Walze dienen. Zur Kontrolle der Zapfen werden von dieser Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung ausgesendete Ultraschallwellen in einem Einschallwinkel von weniger als 90°, vorzugsweise in einem Winkel von etwa 70°, in die Oberfläche der Arbeitswalzen eingekoppelt. Die Ultraschallwellen durchlaufen dann einen Teil der Arbeitswalzen, bis sie im Bereich der außenliegenden Zapfen der Arbeitswalzen auf die Oberfläche der Zapfen der Arbeitswalzen treffen. Haarrisse in den Zapfen erstrecken sich normalerweise senkrecht zur Oberfläche der Zapfen und bewirken eine Reflexion der Ultraschallwellen in Richtung des Ultraschallempfängers. Ist der Zapfen einwandfrei tritt keine Reflexion in Richtung des Ultraschallempfängers auf. Anhand der Amplitude der gemessenen Reflexion können einfach und schnell auch während des Walzvorgangs Materiealtrennungen, beispielsweise kleinste Risse, detektiert werden, die ansonsten nicht erkennbar sind. Das üblicherweise zur Zustandsprüfung der Zapfen notwendige aufwändige Ausbauen der kompletten Walze, was u. a. zu mit erheblichen Kosten verbundenen langen Stillstandszeiten der Walzwerke führt, wird somit vermieden.Embodiment of the invention possible, using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement to control the pins of the roller. For example, for this purpose, the ultrasonic transmitter-receiver arrangements are used, which serve to control the geometry and the surface of the roller. To control the pins, ultrasonic waves emitted by this ultrasonic transmitter-receiver arrangement are coupled into the surface of the work rolls at an insonification angle of less than 90 °, preferably at an angle of approximately 70 °. The ultrasonic waves then pass through a portion of the work rolls until they meet in the area of the outer pins of the work rolls on the surface of the pins of the work rolls. Hairline cracks in the pins normally extend perpendicular to the surface of the pins and cause reflection of the ultrasonic waves in the direction of the ultrasonic receiver. If the pin is faultless, no reflection occurs in the direction of the ultrasonic receiver. Based on the amplitude of the measured reflection, material separations, for example the smallest cracks, which are otherwise unrecognizable, can easily and quickly also be detected during the rolling process. The costly removal of the complete roll, which usually leads to a state examination of the pins, which leads to long downtimes of the rolling mills, which are associated with considerable costs, is thus avoided.
Dadurch, dass gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Zustandsprüfung während des Walzprozesses stattfindet, wird eine kontinuierliche Prüfung des Zustandes der Walzen auch während des Walzprozesses ermöglicht, so dass auftretende Veränderung an der Walze bzw. an der Walzenoberfläche sofort erkannt werden und Maßnahmen dagegen ergriffen werden können, bevor diese ebenfalls zu ungewünschten Abweichungen oder Schädigungen an der Walzstraße und/oder dem zu walzenden Produkt führen. Ferner ist es dadurch zur Prüfung des Zustandes der Walzen nicht mehr notwendig den gesamten Walzprozess zu unterbrechen bzw. die Walzen komplett auszubauen, was mit einem hohen zeitlichen und kostenintensiven Aufwand verbunden ist, so dass eine hohe Zeit- und Kostenersparnis erreicht wird. Die Zustandsprüfung der Walzen unter Verwendung der Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung kann aber auch im Stillstand der Walzen während einer Walzpause erfolgen.Characterized in that according to a further advantageous embodiment of the invention, the state examination takes place during the rolling process, a continuous examination of the state of the rolls is also possible during the rolling process, so that any change on the roll or on the roll surface are detected immediately and measures taken against it can be before these also lead to undesirable deviations or damage to the rolling train and / or the product to be rolled. Furthermore, it is therefore no longer necessary to interrupt the entire rolling process or to completely expand the rolls, which is associated with a high time and cost intensive effort, so that a high time and cost savings is achieved to check the condition of the rollers. However, the condition testing of the rolls using the ultrasonic transmitter-receiver arrangement can also take place during standstill of the rolls during a rolling break.
Weiter erfährt die Erfindung eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch, dass die Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung eine Mehrzahl an Ultraschallsendern und eine Mehrzahl an Ultraschallempfängern aufweist, welche in axialer Richtung entlang der Walze angeordnet sind. Dabei sind die Ultraschallsender und -empfänger vorzugsweise jeweils auf einer Achse in einem gleichen Abstand zu der Walze angeordnet. Dadurch ist es möglich den Zustand der Walze bzw. der Oberfläche der Walze über die gesamte Länge der Walze, vorzugsweise kontinuierlich, zu kontrollieren. Zudem ist es vorteilhaft, die Ultraschallsender und -empfänger in gleichmäßigen Abständen zueinander anzuordnen, so dass die Zustandsprüfung axial entlang der gesamten Arbeitsbreite der Walze erfolgt, wodurch die komplette Umfangsflache der Walze von der Zustandsprüfung erfasst wird.Furthermore, the invention learns an advantageous embodiment in that the ultrasonic transmitter-receiver arrangement comprises a plurality of ultrasonic transmitters and a plurality of ultrasonic receivers, which are arranged in the axial direction along the roller. In this case, the ultrasound transmitters and receivers are preferably each arranged on an axis at an equal distance from the roller. This makes it possible to control the condition of the roller or the surface of the roller over the entire length of the roller, preferably continuously. In addition, it is advantageous to arrange the ultrasound transmitters and receivers at equal distances from each other, so that the conditional check takes place axially along the entire working width of the roller, whereby the complete circumferential surface of the roller is detected by the condition test.
Eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Ultraschall-Sender-Empfänger- Anordnung in axialer Richtung der Walze gesehen V-förmig angeordnet wird. Dabei sind der Sender und der Empfänger der Ultraschallwellen getrennt voneinander, in axialer Richtung der Walze gesehen V-förmig angeordnet. Durch getrennte Sender und Empfänger kann, im Gegensatz zur gleichzeitigen Verwendung des Senders als Empfänger, eine höhere Wiederholfrequenz der Ultraschallimpulse erzielt werden, da Totzeiten des Senders entfallen.A further alternative embodiment of the invention is that the ultrasound transmitter-receiver arrangement is arranged V-shaped in the axial direction of the roller. In this case, the transmitter and the receiver of the ultrasonic waves are separated from each other, in axial Direction of the roller seen V-shaped arranged. By separate transmitters and receivers, in contrast to the simultaneous use of the transmitter as a receiver, a higher repetition frequency of the ultrasonic pulses can be achieved since no dead times of the transmitter.
Ferner werden gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Ultraschallsender und die Ultraschallempfänger über ein flüssiges Medium an die Walze angekoppelt. Vorzugsweise wird als flüssiges Medium Walzemulsion verwendet, da die Walzemulsion ein im Walzprozess ständig vorhandenes Medium ist. Durch ein entsprechende akustische Ankopplung können höhere Schallintensitäten in die Walzen eingekoppelt werden.Furthermore, according to a further advantageous embodiment of the invention, the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are coupled via a liquid medium to the roller. Roll emulsion is preferably used as the liquid medium, since the rolling emulsion is a medium which is constantly present in the rolling process. By a corresponding acoustic coupling higher sound intensities can be coupled into the rollers.
Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung wird die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe für eine Vorrichtung zur Zustandprüfung von Walzen dadurch gelöst, dass mindestens eine Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung vorgesehen ist, welche mindestens einen Ultraschallsender und mindestens einen Ultraschallempfänger aufweist, wobei mit dem Ultraschallsender Ultraschallwellen durch die Walze emittierbar und mit dem Ultraschallempfänger die vom Ultraschallsender emittierten Ultraschallwellen empfangbar sind.According to a second teaching of the invention, the above-derived and pointed out object for a device for condition testing of rolls is achieved in that at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement is provided, which has at least one ultrasonic transmitter and at least one ultrasonic receiver, wherein with the ultrasonic transmitter Ultrasonic waves can be emitted through the roller and with the ultrasonic receiver the ultrasonic waves emitted by the ultrasonic transmitter can be received.
Zu den Vorteilen der Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung kann auf die oben aufgeführten Vorteile des Verfahrens gemäß der ersten Lehre der Erfindung verwiesen werden .For the advantages of the device according to the second teaching of the invention can be made to the above-mentioned advantages of the method according to the first teaching of the invention.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Ultraschallsender und die Ultraschallempfänger akustische Linsen zur Einkopplung der Ultraschallwellen auf . Diese akustischen Linsen bewirken, dass die aus dem Sender austretenden Ultraschallwellen zu einem Strahlenbündel zusammengeführt werden, wobei der Brennpunkt dieses Strahlenbündels vorzugsweise auf der Oberfläche der Walze liegt. Damit wird erreicht, dass das Strahlenbündel in der zu vermessenden Walze möglichst wenig divergiert.According to an advantageous embodiment of the invention, the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver acoustic lenses for coupling the ultrasonic waves on . These acoustic lenses cause the ultrasound waves emerging from the transmitter to be combined to form a beam, the focal point of this beam preferably lying on the surface of the roller. This ensures that the beam diverge as little as possible in the roll to be measured.
Gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen in einem Walzgerüst zum Warm- oder Kaltwalzen von Metallen, insbesondere Aluminium oderAccording to a third teaching of the present invention, the above-described object is achieved by the use of the device according to the invention for condition testing of rolls in a rolling stand for hot or cold rolling of metals, in particular aluminum or
Aluminiumlegierungen, gelöst. Beim Warmwalzen finden beispielsweise aufgrund der erhöhten Temperatur größere Geometrieänderungen der Arbeitswalzen statt, so dass eine Zustandsprüfung unmittelbar vorteilhaft für die gewalzte Bandqualität ist. Beim Kaltwalzen sind die Geometrieänderungen der Walzen zwar relativ klein, aufgrund der in der Regel geringeren Banddicken der Endprodukte des Kaltwalzens spielen diese aber ein große Rolle im Hinblick auf die Bandqualität. Im Allgemeinen ist sowohl beim Warm- als auch beim Kaltwalzen die Zustandprüfung der Zapfen der Arbeitswalzen vorteilhaft, da bisher hierzu die Arbeitswalzen aufwändig ausgebaut werden mussten.Aluminum alloys, dissolved. During hot rolling, for example, due to the increased temperature, larger changes in the geometry of the work rolls take place, so that a condition test is directly advantageous for the rolled strip quality. Although the changes in the geometry of the rolls are relatively small during cold rolling, because of the generally lower strip thicknesses of the final products of cold rolling, they play a major role in terms of strip quality. In general, both the hot and the cold rolling, the condition of the pins of the work rolls advantageous since previously the work rolls had to be expanded consuming.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zustandskontrolle von Walzen eines Walzgerüsts auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.There are now a large number of possibilities for designing and developing the method according to the invention and the device according to the invention for condition monitoring of rolls of a roll stand. For this purpose, for example, referenced on the one hand to the claims 1 and 10 subordinate claims and on the other hand to the description of an embodiment in conjunction with the drawing.
Die Zeichnung zeigt inThe drawing shows in
Fig. 1 einen schematischen Aufbau einesFig. 1 shows a schematic structure of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen zusammen mit der dabei gemessenen Echolaufzeit und der Amplitude,Embodiment of a device according to the invention for condition testing of rollers together with the measured echo time and the amplitude,
Fig. 2 die Laufzeitänderung der Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Dehnung anhand eines Laufzeit-Dehnungs-Diagramms ,2 shows the transit time change of the ultrasonic waves as a function of the elongation on the basis of a transit time-elongation diagram,
Fig. 3 einen schematischen Aufbau einesFig. 3 shows a schematic structure of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen mit Hilfe einer Tauchanordnung eines Ultraschallprüfköpfes ,Exemplary embodiment of a device according to the invention for condition testing of rolls with the aid of a dipping arrangement of an ultrasonic test head,
Fig. 4 einen weiteren schematischen Aufbau eines4 shows a further schematic structure of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen mit Hilfe einer Tauchanordnung des Ultraschallprüfköpfes ,Embodiment of a device according to the invention for condition testing of rollers by means of a dipping arrangement of the Ultraschallprüfköpfes,
Fig. 5 einen schematischen Aufbau einesFig. 5 shows a schematic structure of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen in der Tauchanordnung,Embodiment of a device according to the invention for condition testing of rollers in the dipping arrangement,
Fig. 6 einen weiteren schematischen Aufbau einesFig. 6 shows a further schematic structure of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen in der Tauchanordnung,Embodiment of an inventive Device for checking the condition of rollers in the dipping arrangement,
Fig. 7 einen schematischen Aufbau eines7 is a schematic structure of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen mit mehreren Ultraschallsendern und mehreren Ultraschallempfängern,Exemplary embodiment of a device according to the invention for checking the state of rolls with a plurality of ultrasonic transmitters and a plurality of ultrasonic receivers,
Fig. 8 einen schematischen Aufbau einesFig. 8 shows a schematic structure of a
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen, wobei Ultraschallsender und Ultraschallempfänger getrennt voneinander angeordnet sind.Embodiment of a device according to the invention for condition testing of rollers, wherein ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver are arranged separately from each other.
In Fig. 1 ist ein schematischer Aufbau eines Ausführungεbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen 1 zusammen mit der dabei gemessenen Echolaufzeit und der Amplitude dargestellt. Die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Zustandsprüfung erfolgt mit Hilfe einer Ultraschall-Sender-Empfänger- Anordnung 2, welche einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger (hier nicht dargestellt) aufweist, wobei mit dem Ultraschallsender Ultraschallwellen 3 durch die Walze 1 emittierbar und mit dem Ultraschallempfänger die vom Ultraschallsender emittierten Ultraschallwellen 3 empfangbar sind. Dabei wird die Laufzeit der Ultraschallwellen 3, vom Eintritt 4 der Ultraschallwellen 3 in die Walze 1 bis zu dem Zeitpunkt an dem die Ultraschallwellen 3 auf der dem Eintritt 4 gegenüberliegenden Seite 5 der Walze 1 reflektiert werden und ein Echo ergeben, gemessen. Die Ankopplung des Ultraschallsenders und des Ultraschallempfängers an die Walze 1 erfolgt hierbei über ein flüssiges Medium, vorzugsweise Walzemulsion. Die Ultraschallwellen 3 werden in einem rechten Winkel zu der Oberfläche der Walze 1 eingekoppelt. Die Messung bei der Zustandsprüfung, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Impuls-Echo-Verfahren dargestellt ist, wird dabei so eingestellt, dass zum Zeitpunkt to die Messung der Reflexion beim Eintritt 4 der Ultraschallwellen 3 in die Walze 1 erfolgt. Beim Eintritt 4 der Ultraschallwellen 3 in die Walze 1 wird bereits auf Grund des Überganges der Ultraschallwellen 3 in ein anderes Medium (hier: das Metall der Walze) ein Teil der Ultraschallwellen 3 reflektiert, so dass dabei ein Echo entsteht, welches anhand eines Messgerätes in Form einer Amplitude aufgezeichnet wird. Der restliche Teil der Ultraschallwellen 3 durchdringt die Walze 1 in radialer Richtung und wird am Oberflächenpunkt 5 der Walze 1 wiederum reflektiert, so dass auch hier ein Echo entsteht, welches in Form einer zweiten Amplitude von dem Messgerät aufgezeichnet wird. Die Messung der Reflexion am Oberflächenpunkt 5 findet zum Zeitpunkt ti statt. Die Laufzeit der Ultraschallwellen innerhalb der Arbeitswalze ergibt sich aus der Differenz von ti - t0. Anhand der ermittelten Laufzeit ist die Geometrie der Walze 1, insbesondere die Dicke der Walze 1, bestimmbar. Anhand des Ausschlags bzw. der Höhe der aufgezeichneten Amplitude ist die Qualität der Oberfläche der Walze bestimmbar. Weist die Oberfläche der Walze Fehler (wie z.B. Ablagerungen, Abplatzungen, Eindrücke, Risse) auf, werden die Ultraschallwellen 3 an dem Oberflächenpunkten 4 und 5 stark gestreut und die Höhe der Amplitude verringert sich in Abhängigkeit von der Größe und Form des Fehlers.FIG. 1 shows a schematic structure of an exemplary embodiment of a device according to the invention for checking the state of rolls 1 together with the echo propagation time and the amplitude measured thereby. The state examination shown in the embodiment is carried out with the aid of an ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2, which has an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver (not shown here), with the ultrasonic transmitter ultrasonic waves 3 emitted through the roller 1 and the ultrasonic receiver from the ultrasonic transmitter emitted ultrasonic waves 3 are receivable. In this case, the transit time of the ultrasonic waves 3, from the inlet 4 of the ultrasonic waves 3 into the roller 1 until the time at which the ultrasonic waves 3 are reflected on the inlet 4 opposite side 5 of the roller 1 and an echo, measured. The coupling of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver to the roller 1 takes place here via a liquid medium, preferably rolling emulsion. The ultrasonic waves 3 are coupled at a right angle to the surface of the roller 1. The measurement in the condition test, which is shown in this embodiment as a pulse-echo method is set so that at time to the measurement of the reflection takes place at the entrance 4 of the ultrasonic waves 3 in the roller 1. Upon entry 4 of the ultrasonic waves 3 into the roll 1, a part of the ultrasonic waves 3 is already reflected due to the transition of the ultrasonic waves 3 into another medium (here: the metal of the roll), so that an echo is produced, which is determined by means of a measuring device in FIG Form of an amplitude is recorded. The remaining part of the ultrasonic waves 3 penetrates the roller 1 in the radial direction and is again reflected at the surface point 5 of the roller 1, so that here too an echo is formed which is recorded in the form of a second amplitude by the measuring device. The measurement of the reflection at the surface point 5 takes place at the time ti. The transit time of the ultrasonic waves within the work roll results from the difference between ti - t 0 . On the basis of the determined transit time, the geometry of the roll 1, in particular the thickness of the roll 1, can be determined. Based on the rash or the height of the recorded amplitude, the quality of the surface of the roller can be determined. If the surface of the roll has errors (such as deposits, chips, impressions, cracks), the ultrasonic waves 3 are scattered strongly at the surface points 4 and 5, and the magnitude of the amplitude decreases depending on the size and shape of the defect.
In Fig. 2 wird die Abhängigkeit der Laufzeit von der Dehnung der Walze, welche auf Grund einer Temperaturerhöhung der Walze während des Walzprozesses erfolgt, dargestellt. Durch die Temperaturänderung kommt es zu einer Dehnung der Walze, wodurch sich der Durchmesser der Walze verändert. Auf Grund dieser Durchmesseränderung der Walze wird gleichzeitig die Laufzeit der Ultraschallwellen verändert, was dazu genutzt wird, um die Veränderung des Durchmessers der Walze in Abhängigkeit von der Laufzeit der Ultraschallwellen zu bestimmen. Dabei muss gleichzeitig berücksichtigt werden, dass es durch die Temperaturänderung auch zu einer linearen Erhöhung der Schallgeschwindigkeit kommt. Bei der Auswertung der Messergebnisse muss somit die Schallgeschwindigkeitsänderung, welche auf Grund von Temperaturänderungen in der Walze hervorgerufen wird, berücksichtigt werden.In Fig. 2, the dependence of the transit time of the elongation of the roller, which due to an increase in temperature of the roller during the rolling process takes place, shown. The temperature change causes the roller to stretch, which changes the diameter of the roller. Due to this diameter change of the roller, the transit time of the ultrasonic waves is simultaneously changed, which is used to determine the change in the diameter of the roller as a function of the transit time of the ultrasonic waves. At the same time, it must be taken into account that the temperature change also leads to a linear increase in the speed of sound. When evaluating the measurement results, therefore, the change in the speed of sound caused by temperature changes in the roll must be taken into account.
In Fig. 3 ist eine mögliche Anordnung der Ultraschall- Sender-Empfänger-Anordnung 2 in Form einer Tauchanordnung dargestellt. Dabei befindet sich die Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung 2 in einer Art Wanne 6, durch welche kontinuierlich ein flüssiges Medium 7, beispielsweise Walzemulsion, bis an die Oberfläche der Walze 1 strömt. Bei dieser Tauchanordnung ist die Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung 2 in dem flüssigem Medium 7 vollständig eingetaucht, so dass eine Ankopplung der aus der Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung 2 gesendeten Ultraschallwellen 3 an die Walze 1 über das flüssige Medium 7 erfolgt.FIG. 3 shows a possible arrangement of the ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 in the form of a dip arrangement. In this case, the ultrasonic transmitter-receiver assembly 2 is in a kind of trough 6, through which a liquid medium 7, for example, rolling emulsion, continuously flows up to the surface of the roller 1. In this immersion arrangement, the ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 is completely immersed in the liquid medium 7, so that coupling of the ultrasonic waves 3 transmitted from the ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 to the roll 1 takes place via the liquid medium 7.
Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Tauchanordnung, wobei die Wanne 6 hier die Form einer Düse aufweist. Durch die Düsenform wird erreicht, dass das flüssige Medium 7 in einem Strahl gegen die Oberfläche der Walze 1 gebracht wird, so dass eine gezieltere und effektivere Ankopplung der Ultraschallwellen 3 an die Walze 1 erfolgt. Beispielsweise bietet sich diese Tauchanordnung bei waagerechter Einkopplung der Ultraschallwellen in die Arbeitswalze an.Fig. 4 also shows a diving arrangement, wherein the trough 6 here has the shape of a nozzle. The nozzle shape ensures that the liquid medium 7 is brought in a jet against the surface of the roller 1, so that a more targeted and more effective coupling of the ultrasonic waves 3 to the roller 1 takes place. For example, this diving arrangement lends itself to horizontal coupling of the ultrasonic waves in the work roll.
Wie in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt ist, kann das an die Oberfläche der Walze 1 geströmte flüssige Medium 7 über eine Leckströmung 8 zwischen dem Rand der Wanne bzw. der Düse 6 und der Oberfläche der Walze 1 abströmen.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the liquid medium 7 having flowed to the surface of the roll 1 can flow out through a leakage flow 8 between the edge of the trough 6 and the surface of the roll 1.
In Fig. 5 und Fig. 6 ist jeweils ein in einer Ultraschall- Sender-Empfänger-Anordnung 2 angeordneterIn FIG. 5 and FIG. 6, one is arranged in each case in an ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2
Ultraschallsender 9 gezeigt, von dem aus Ultraschallwellen 3 in die Walze 1 geleitet werden. Vor dem Ultraschallsender 9 ist eine akustische Linse 10 angeordnet, welche die Aufgabe hat, die austretenden Ultraschallwellen 3 zu einem Strahlenbündel zusammenzuführen. An dem Punkt, wo alle Wellen 3 aufeinandertreffen, liegt der sogenannte Brennpunkt 11. In Fig. 5 befindet sich dieser Brennpunkt 11 unmittelbar auf der Oberfläche der Walze 1, wohingegen in Fig. 6 der Brennpunkt 11 im Innern der Walze 1 liegt.Ultrasonic transmitter 9 is shown, from which ultrasonic waves 3 are conducted into the roller 1. In front of the ultrasonic transmitter 9, an acoustic lens 10 is arranged, which has the task to merge the exiting ultrasonic waves 3 to form a beam. At the point where all the shafts 3 meet, there is the so-called focal point 11. In Fig. 5, this focal point 11 is located directly on the surface of the roller 1, whereas in Fig. 6 the focal point 11 is inside the roller 1.
Fig. 7 zeigt eine Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung 2, bei der eine Mehrzahl an Ultraschallsendern und eine Mehrzahl an Ultraschallempfängern in axialer Richtung entlang der Walze 1 angeordnet sind. Bei Anwendung des Impuls-Echo-Verfahrens befindet sich dabei jeweils ein Ultraschallsender und ein Ultraschallempfänger in einem Gehäuse 12. Die einzelnen Gehäuse 12 sind auf einer Achse beispielsweise in gleichen Abständen sowohl zueinander als auch zu der Walze 1 angeordnet.FIG. 7 shows an ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 in which a plurality of ultrasonic transmitters and a plurality of ultrasonic receivers are arranged in the axial direction along the roller 1. When using the pulse-echo method is thereby in each case an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver in a housing 12. The individual housing 12 are arranged on an axis, for example, at equal intervals both to each other and to the roller 1.
Zudem ist es, wie in Fig. 7 dargestellt, unter Verwendung der Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung 2 möglich, die Zapfen 13 der Walze 1 auf ihren Zustand, insbesondere auf feinste Risse, hin zu prüfen. Dabei werden ein von vor der eigentlichen Walzenoberfläche angeordneter Ultraschall- Sender-Empfänger-Anordnung 2 ausgesendeteIn addition, as shown in FIG. 7, it is possible to use the ultrasonic transmitter-receiver assembly 2 which Journal 13 of the roller 1 to check on their condition, especially on the finest cracks out. In this case, an ultrasonic transmitter-receiver arrangement 2 arranged upstream of the actual roll surface is emitted
Ultraschallwellen 3 in einem Einschallwinkel α von weniger 90°, vorzugsweise in einem Winkel von 70°, auf die Oberfläche der Arbeitswalze 1 eingekoppelt. Die Ultraschallwellen durchlaufen die Arbeitswalze 1 bis sie in den Bereich des Zapfens 13 gelangen. Treten im Zapfen 13 Haarrisse auf, verlaufen diese üblicherweise senkrecht von der Oberfläche des Zapfens 13 ins Innere des Zapfens. Aufgrund des Medienüberganges Stahl-Luft im Bereich eines Haarrisses werden die Ultraschallwellen nahezu vollständig zurückreflektiert, so dass empfängerseitig eine Amplitude gemessen werden kann.Ultrasonic waves 3 at a Einschallwinkel α of less than 90 °, preferably at an angle of 70 °, coupled to the surface of the work roll 1. The ultrasonic waves pass through the work roll 1 until they reach the area of the pin 13. Occur in the pin 13 hairline cracks, they usually extend perpendicularly from the surface of the pin 13 into the interior of the pin. Due to the media transition steel-air in the area of a hairline crack, the ultrasonic waves are almost completely reflected back, so that the receiver side, an amplitude can be measured.
Wie in Fig. 8 dargestellt ist, ist es ebenfalls möglich den Ultraschallsender 14 und den Ultraschallempfänger 15 getrennt voneinander anzuordnen. Dabei werden von dem Ultraschallsender 14 Ultraschallwellen 3 ausgesendet, welche in die Walze 1 eintreten, diese durchdringen und an dem Punkt 5 reflektiert zu dem Ultraschallempfänger 15 zurückgeführt werden.As shown in Fig. 8, it is also possible to arrange the ultrasonic transmitter 14 and the ultrasonic receiver 15 separately from each other. In this case, ultrasound waves 3 are emitted by the ultrasound transmitter 14, which enter the roller 1, penetrate it and are reflected back to the ultrasound receiver 15 at the point 5.
Diese erfindungsgemäße Zustandsprüfung von Walzen kann sowohl während des Warmwalzens als auch während des Kaltwalzens von Walzgut, insbesondere vonThis state examination of rolls according to the invention can be carried out both during hot rolling and during cold rolling of rolling stock, in particular of
Aluminiumbändern, erfolgen, wobei vorzugsweise der Zustand von Arbeitswalzen in einem Walzgerüst geprüft wird, da diese Art der Walzen der höchsten Belastung während eines Walzprozesses ausgesetzt sind. Aluminum strips, wherein preferably the condition of work rolls in a roll stand is checked, since these types of rolls are subjected to the highest load during a rolling process.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Zustandsprüfung von Walzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Zustandsprüfung unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung erfolgt, wobei Ultraschallwellen in die Walze eingeleitet oder an der Walze reflektiert und wieder empfangen werden.1. A method for checking the condition of rolls, wherein a state examination is carried out using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement, wherein ultrasonic waves are introduced into the roll or reflected on the roll and received again.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Impuls-Echo-Verfahren angewendet wird.2. The method of claim 1, wherein a pulse echo method is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Ultraschallsender in der Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung gleichzeitig als Ultraschallempfänger verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the ultrasonic transmitter is used simultaneously in the ultrasonic transmitter-receiver arrangement as an ultrasonic receiver.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung die Geometrie der Walze geprüft wird.4. The method according to claim 1, wherein the geometry of the roller is tested using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung die Oberfläche der Walze geprüft wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement, the surface of the roller is checked.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s unter Verwendung mindestens einer Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung die Zapfen der Walze geprüft werden .6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pins of the roller are tested using at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Zustandsprüfung während des Walzprozesses stattfindet .7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the condition test takes place during the rolling process.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung eine Mehrzahl an Ultraschallsendern und eine Mehrzahl an Ultraschallempfängern aufweist, welche in axialer Richtung entlang der Walze angeordnet werden.8. The method of claim 1, wherein the ultrasound transmitter-receiver arrangement has a plurality of ultrasound transmitters and a plurality of ultrasound receivers which are arranged in the axial direction along the roller.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung in axialer Richtung der Walze gesehen V-förmig angeordnet wird.9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the ultrasound transmitter-receiver arrangement is arranged V-shaped in the axial direction of the roller as seen in the axial direction of the roller.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ultraschallsender und die Ultraschallempfänger über ein flüssiges Medium an die Walze angekoppelt werden .10. The method according to claim 1, wherein the ultrasonic transmitters and the ultrasonic receivers are coupled to the roller via a liquid medium.
11. Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen (1), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mindestens eine Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung (2) vorgesehen ist, welche mindestens einen Ultraschallsender und mindestens einen Ultraschallempfänger aufweist, wobei mit dem Ultraschallsender Ultraschallwellen (3) durch die Walze (1) emittierbar und mit dem Ultraschallempfänger die vom Ultraschallsender emittierten Ultraschallwellen (3) empfangbar sind.11. Device for checking the state of rolls (1), in particular for carrying out a method according to claim 1 to 10, characterized in that at least one ultrasonic transmitter-receiver arrangement (2) is provided, which comprises at least one ultrasonic transmitter and at least one ultrasonic receiver, with the ultrasonic transmitter ultrasonic waves (3) through the roller (1) and emissable with the ultrasonic receiver from the ultrasonic transmitter emitted ultrasonic waves (3) are receivable.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Ultraschallsender in der Ultraschall-Sender- Empfänger-Anordnung (2) gleichzeitig ein Ultraschallempfänger ist.12. The device according to claim 11, wherein the ultrasonic transmitter in the ultrasonic transmitter-receiver arrangement (2) is at the same time an ultrasonic receiver.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung (2) eine Mehrzahl an Ultraschallsendern und eine Mehrzahl an Ultraschallempfängern aufweist, welche in axialer Richtung entlang der Walze (1) angeordnet sind.13. The device according to claim 11 or 12, wherein the ultrasonic transmitter-receiver arrangement (2) has a plurality of ultrasonic transmitters and a plurality of ultrasonic receivers which are arranged in the axial direction along the roller (1).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ultraschall-Sender-Empfänger-Anordnung (2) in axialer Richtung der Walze (1) gesehen V-förmig angeordnet ist.14. The device according to claim 11, wherein the ultrasonic transmitter-receiver arrangement (2) is arranged in a V-shape in the axial direction of the roller (1) as seen in the axial direction of the roller (1).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ultraschallsender und die Ultraschallempfänger über ein flüssiges Medium (7) an die Walze (1) angekoppelt sind.15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver via a liquid medium (7) to the roller (1) are coupled.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Ultraschallsender und die Ultraschallempfänger akustische Linsen (10) zur Einkopplung bzw. zur Auskopplung der Ultraschallwellen (3) aufweisen.16. The device according to claim 11, wherein the ultrasound transmitters and the ultrasound receivers comprise acoustic lenses for coupling in or outcoupling the ultrasound waves (3).
17. Verwendung einer Vorrichtung zur Zustandsprüfung von Walzen nach Anspruch 11 bis 16, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10 in einem Walzgerüst zum Warm- oder Kaltwalzen von Metallen, insbesondere Aluminium oder Aluminiumlegierungen . 17. Use of a device for condition testing of rollers according to claim 11 to 16, in particular for carrying out a method according to claim 1 to 10 in a roll stand for hot or cold rolling of metals, in particular aluminum or aluminum alloys.
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