WO2010006895A1 - Betriebsverfahren für eine ein metallband bearbeitende bearbeitungseinrichtung und anlage zum bearbeiten eines metallbandes - Google Patents

Betriebsverfahren für eine ein metallband bearbeitende bearbeitungseinrichtung und anlage zum bearbeiten eines metallbandes Download PDF

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WO2010006895A1
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WO
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metal strip
oxidation
recordings
processing device
determined
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PCT/EP2009/057816
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Matthias Dürr
Hans-Ulrich LÖFFLER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • C23G3/00—Apparatus for cleaning or pickling metallic material
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    • G01N2021/8918—Metal

Definitions

  • the present invention relates to an operating method for a metal strip, in particular a steel strip, machining processing device, wherein a plurality of recordings of the metal strip are detected by means of a detection device, wherein the recordings are fed to an automation device for the processing device, wherein the automation device detects an oxidation of the metal strip and automatically influences the operating state of the processing device on the basis of the determined oxidation.
  • the present invention further relates to a system for processing a metal strip, in particular a steel strip, wherein the system has a processing device in which the metal strip is processed.
  • the system has a detection device, by means of which several recordings of the metal strip are detected.
  • the system also has an automation device for the processing device to which the recordings are fed.
  • the automation device is designed in such a way that it detects an oxidation of the metal strip and automatically influences an operating state of the processing device.
  • the metal strip in the prior art is generally cleaned with high water use. This is often done with more water than necessary, as a reliable assessment of remaining on the metal strip oxide amount is not possible. Due to the large amount of water, the metal strip is unnecessarily cooled. This leads to disadvantages. In particular, the further processing of the metal strip is often difficult. For example, higher rolling forces and rolling torques are required for later rolling.
  • an online adaptation of a process model can be performed.
  • a spectrometer In the method known from DE 199 41 734 B4, the analysis of the spectrum is carried out by means of a spectrometer.
  • a spectrometer In a spectrometer is usually a division of a spectrum into its individual spectral components as a function of the place.
  • Precision optics required are not only expensive, but are also sensitive and, in the harsh industrial environment of the basic industry, only can be used. Furthermore, by means of a spectrometer at a time the spectrum can be detected only for a single location of the metal strip.
  • MSF multi-spectral photography
  • one and the same area is recorded several times from the same position, but with changing wavelength sensitivity as a grayscale image.
  • the images thus acquired can be offset against one another (for example, pixel by pixel or pixel group-wise), so that a new, computationally determined image of the area is created on the basis of the information of the images. In this way, evaluation images can be determined that specifically emphasize certain properties of the recorded area.
  • Prefers As already mentioned, the known procedure is used to determine iron and the different oxidation states of iron. In this way mineral deposits can be prospected.
  • EP 1 790 976 B1 it is known to detect several respectively one-dimensional images of the same area of a steel strip. Each image is a grayscale image and wavelength-specific. The pictures are evaluated. The evaluation result is used to detect surface defects and defects under the surface of the steel strip.
  • the object of the present invention is to simplify a method of operation of the type mentioned at the outset and a system of the type mentioned at the outset.
  • a plurality of recordings of the metal strip are detected by means of a detection device.
  • their data values are characteristic of a respective spectral component of a spectrum of the metal band.
  • the respective spectral component is in this case for each recording by filtering the entire spectrum of the metal strip with a characteristic characteristic for each recording filter characteristic certainly.
  • the recordings are fed to an automation device for the processing device.
  • the automation device links data values of the recordings, which originate from the same area of the metal band, arithmetically with one another across recordings. Based on the links, it determines the oxidation of the corresponding area of the metal strip.
  • the automation device automatically influences the operating state of the processing device on the basis of the determined oxidation.
  • the system is designed accordingly.
  • the processing by the processing device may in particular be the removal of the oxidation from the surface of the metal strip.
  • the automation device preferably influences the operating state in such a way that consumption of an agent eliminating the oxidation is minimized.
  • the recordings can be recorded sequentially or simultaneously.
  • mixed forms are possible. For example, a total of six recordings can be recorded, with two or three recordings being recorded simultaneously.
  • the detection device is an imaging
  • Optics upstream so that the images are one-dimensional or two-dimensional spatially resolved.
  • mutually corresponding subregions of the recordings are determined whose data values originate from one and the same area of the metal strip.
  • the evaluation device is optionally designed accordingly.
  • the metal strip is not moved during the capture of the recordings.
  • the metal band is moved during the capture of the recordings.
  • the movement of the metal strip during the recording of the recordings can be considered.
  • the detection device is appropriately forms.
  • the movement of the metal strip can be taken into account when determining the mutually corresponding partial areas. In this case, if appropriate, the evaluation device is designed accordingly.
  • the detection device is designed as a CCD camera.
  • alternative embodiments are possible, for example as a CMOS camera.
  • the oxidation preferably comprises for the respective region of the metal strip its degree of oxidation and / or its type of oxidation.
  • FIGS. 4 and 5 each show a plurality of receptacles of the metal strip.
  • a system for processing the steel strip 1 has a processing device 2 in which the steel strip 1 is processed.
  • a pickling device 2 is a pickling device 2.
  • it may alternatively be a different device, for example a scale scrubber, by means of which water is injected under high pressure onto the steel strip 1, in front of it other processing (for example, a rolling) of scale to liberate.
  • a scale scrubber by means of which water is injected under high pressure onto the steel strip 1, in front of it other processing (for example, a rolling) of scale to liberate.
  • the processing device 2 is controlled by an automation device 3 according to FIG.
  • the processing of the steel strip 1 by means of the processing device 2 is preferably carried out as a function of the scaling of the steel strip 1.
  • the system has two detection devices 4, one of the two detection devices 4 of the processing device 2 being arranged upstream and downstream.
  • the detection devices 4 data are acquired, by means of which the scaling of the steel strip 1 can be determined.
  • both detection devices 4 are present. However, it is sufficient if only one of the two detection devices 4 is present. In this case, alternatively, the upstream or the downstream detection device 4 may be present.
  • the upstream detection device 4 and the evaluation of its data are explained below.
  • analog versions apply.
  • the data acquired by the detection devices 4 are supplied to the automation device 3 in accordance with the exemplary embodiment and evaluated by the latter.
  • the upstream detection device 4 By means of the upstream detection device 4 several recordings B of the steel strip 1 are detected. For each shot B, their data values are for a respective spectral component a spectrum of electromagnetic radiation of the steel strip 1 characteristic.
  • the respective spectral component is determined for each image B by filtering the entire spectrum of the steel strip 1 with a filter characteristic K characteristic of the respective image B.
  • the detection device 4 may be preceded by a corresponding filter 5.
  • the detection device 4 may have an influenceable wavelength sensitivity.
  • the detection means 4 may comprise a plurality of part detection means each having different wavelength sensitivities from each other. The entire spectrum covered by the different spectral components can extend from the IR to the visible to the UV range.
  • the individual filter characteristics K are suitably determined. For example, they may be determined as indicated in the Gupta reference book mentioned in Table 5.6 in page 71 above. But there are also other filter characteristics K conceivable. For example, on the basis of the filter characteristics K given in Gupta, the filter characteristics K can be experimentally varied so as to optimize the filter characteristics K for the steel strip 1, if necessary. For other metals, of course, other filter characteristics K are required. The determination of the corresponding filter characteristics can be made as required. The rest of the procedure remains unchanged.
  • the images B are the automation device 3 (or more generally the evaluation device) supplied.
  • the automation device 3 receives the recordings B and further evaluates them.
  • the automation device 3 combines data values of the recordings B, which originate from one and the same area of the steel strip 1, with each other in an arithmetic manner with each other. It therefore forms sums, differences, products and / or quotients of data values of recordings B, which are derived from the same rich of steel strip 1, but taken from each other different shots B.
  • the automation device 3 determines the scaling of the corresponding area of the steel strip 1.
  • the filter characteristics K are determined according to the values given by Gupta in Table 5.6, the data values can be concatenated as indicated in Table 12.2 on page 207 of the Gupta textbook.
  • metallic iron (Fe) and iron ions (Fe 2+ and Fe 3+ ) can be distinguished from each other.
  • the oxidation state of iron can be distinguished (2+ or Fe 3+ Fe). Due to the fact that iron ions generally enter into an immediate connection with the atmospheric oxygen, it can thus be determined on the basis of the distinction between iron and iron ions whether and, if appropriate, to what extent the steel strip 1 is oxidized (scaled) on its surface. Thus, the degree of delineation can be determined.
  • the type of scaling FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3
  • the determined scaling is further processed by the automation device 3.
  • the operating state of the processing device 2 is automatically influenced by the automation device 3 on the basis of the determined scaling.
  • the processing device 2 as a pickling device or as a scale scrubber, the amount of operating medium (water or pickling liquid) that is required to remove the determined oxide layer can be set. In this way, the consumption of the oxidation eliminating agent can be minimized.
  • the determined scalings can be output by means of a suitable output device 6 to a human 7, for example for monitoring and monitoring purposes.
  • the output device 6 may be formed, for example, as a viewing device or as a printer.
  • the human being 7 it is possible, for example, for the human being 7 to intervene in the operation of the processing device 2 in a corrective manner. For example, based on his intellectual understanding of the displayed information, the human being 7 can specify corresponding control commands to the automation device 3, if he considers this necessary.
  • the detection means 4 are formed as CCD cameras. This embodiment is preferred because CCD cameras are small, handy, robust and inexpensive. However, training as a CCD camera is not mandatory.
  • the detection devices 4 could be designed, for example, as CMOS cameras, as line scan cameras or as conventional cameras.
  • the imaging devices 4 are each preceded by an imaging optic 8. This ensures that the images B are at least one-dimensional, usually even two-dimensional spatially resolved.
  • partial sections 9 of the recordings B which correspond to each other are determined by the automation device 3, the data values of each of which originate from the same area of the steel strip 1.
  • the data values of the mutually corresponding partial regions 9 of the images B are arithmetically linked to one another, that is to say data values which originate from one and the same region of the steel strip 1.
  • the individual partial regions 9 can alternatively be individual pixels of the images B or groups of pixels of the images B.
  • the illustrated detection device 4 has a single transducer 4 ', by means of which the electromagnetic radiation is emitted into a speaking electrical signal is converted. At a very specific time t, therefore, only a single image B can be detected in the embodiment according to FIG. In this embodiment, the images B are thus forcibly sequentially detected by the detection device 4.
  • the imaging optic 8 comprises inter alia a beam splitter element 10, for example a beam splitter cube or a semitransparent mirror. In this case, a division into a plurality of separate beam paths, each of which can be supplied to its own optoelectronic transducer 4 'takes place.
  • the images B can be detected by the detection device 4 simultaneously.
  • FIG. 3 only a single beam division into two separate beam paths is shown. However, it would be readily possible, for example by means of a cascading multiple division into three, four, ... make separate beam paths.
  • FIG 2 and FIG 3 can also be combined with each other. If, for example, four different receptacles B of the same area of the steel strip 1 are to be detected and only one simple beam splitting is provided into two separate beam paths, two times two exposures B can be detected, for example at two different times t two in each case Images B. In the meantime, between the two respectively recorded recording pairs, for example, a change of the respective filter 5 take place.
  • the detection devices 4 and / or the imaging optics 8 are designed such that they take into account the movement of the steel strip 1 during the capture of the receptacles B.
  • the detection devices 4 and the imaging optics 8 together with the steel strip 1 according to a transport speed v of the steel strip 1 can be translated or pivoted. A pivoting can be allowed here if the pivoting angle is relatively small.
  • the automation device 3 is designed such that it takes into account the movement of the steel strip 1 when determining the mutually corresponding subregions 9 of the receptacles B. For example, as indicated schematically in FIG. 5, the respective mutually corresponding subareas 9 of the recordings B are incremented from recording B to recording B.
  • both measures can be combined.
  • the present invention can also be applied to metals other than iron or steel. Only an adaptation of the filter characteristics K is required.
  • the present invention has many advantages. In particular, a robust, inexpensive and relatively simple embodiment of the detection devices 4 is possible, which is also suitable in rough industrial operation. Furthermore, a real-time capability is easily possible.
  • the ascertained scalings or general oxidations can be output to the human 7 in particular in the form of color-coded images.

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Abstract

Mittels einer Erfassungseinrichtung (4) werden mehrere Aufnahmen (B) eines Metallbandes (1) erfasst. Für jede Aufnahme (B) sind deren Datenwerte für einen jeweiligen Spektralanteil eines Spektrums des Metallbandes (1) charakteristisch. Der jeweilige Spektralanteil ist für jede Aufnahme (B) durch eine Filterung des gesamten Spektrums des Metallbandes (1) mit einer für die jeweilige Aufnahme (B) charakteristischen Filterkennlinie (K) bestimmt. Die Aufnahmen (B) werden einer Automatisierungseinrichtung (3) für eine das Metallband (1) bearbeitende Bearbeitungseinrichtung (2) zugeführt. Die Automatisierungseinrichtung (3) verknüpft Datenwerte der Aufnahmen (B), die aus ein und demselben Bereich des Metallbandes (1) stammen, aufnahmenübergreifend arithmetisch miteinander. Anhand der Verknüpfungen ermittelt sie die Oxidation des entsprechenden Bereichs des Metallbandes (1) und beeinflusst anhand der ermittelten Oxidation automatisch den Betriebszustand der Bearbeitungseinrichtung (2).

Description

Beschreibung
Betriebsverfahren für eine ein Metallband bearbeitende Bearbeitungseinrichtung und Anlage zum Bearbeiten eines Metall- bandes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine ein Metallband, insbesondere ein Stahlband, bearbeitende Bearbeitungseinrichtung, wobei mittels einer Erfassungsein- richtung mehrere Aufnahmen des Metallbandes erfasst werden, wobei die Aufnahmen einer Automatisierungseinrichtung für die Bearbeitungseinrichtung zugeführt werden, wobei die Automatisierungseinrichtung eine Oxidation des Metallbandes ermittelt und den Betriebszustand der Bearbeitungseinrichtung anhand der ermittelten Oxidation automatisch beeinflusst.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zum Bearbeiten eines Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes, wobei die Anlage eine Bearbeitungseinrichtung aufweist, in der das Metallband bearbeitet wird. Die Anlage weist eine Erfassungseinrichtung auf, mittels derer mehrere Aufnahmen des Metallbandes erfasst werden. Die Anlage weist weiterhin eine Automatisierungseinrichtung für die Bearbeitungseinrichtung auf, der die Aufnahmen zugeführt werden. Die Automati- sierungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass von ihr eine Oxidation des Metallbandes ermittelt wird und ein Betriebszustand der Bearbeitungseinrichtung automatisch beeinflusst wird.
Ein derartiges Betriebsverfahren und eine derartige Anlage sind beispielsweise aus der DE 199 41 734 B4 bekannt.
Um vor kritischen Bearbeitungsschritten eine vollständige Entzunderung des Metallbandes zu erreichen, wird das Metall- band im Stand der Technik in der Regel mit hohem Wassereinsatz gereinigt. Hierbei wird oftmals mit mehr Wassereinsatz als nötig gearbeitet, da eine zuverlässige Beurteilung der auf dem Metallband verbleibenden Oxidmenge nicht möglich ist. Auf Grund der großen Wassermenge wird das Metallband unnötig stark abgekühlt. Dies führt zu Nachteilen. Insbesondere ist oftmals die weitere Bearbeitung des Metallbandes erschwert. Beispielsweise werden zum späteren Walzen höhere Walzkräfte und Walzmomente benötigt.
Eine Beurteilung des Erfolges der Entzunderung ergibt sich im Stand der Technik erst bei der Endkontrolle des Metallbandes, beispielsweise nach der Beize. Hierbei wird in der Regel Ie- diglich das Vorliegen einer unzulässigen Abweichung (insbesondere von strukturellen Oberflächenschäden) erkannt. Die eigentliche Erkennung von Oxiden und gegebenenfalls ihrer Zusammensetzung wird hingegen nicht vorgenommen.
Aus der DE 199 41 734 B4 ist ein Verfahren zur Prozessführung und Prozessoptimierung beim Beizen eines Stahlbandes bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Stahlband einer Infrarotstrahlung ausgesetzt. Die von der Oberfläche des Stahlbandes reflektierte Infrarotstrahlung wird als Spektrum online gemes- sen und ausgewertet. Es werden die Bereiche des Metallbandes erkannt, in denen das Metallband mit einer Oxidschicht (Zunder) bedeckt ist. Hierbei wird zugleich der Verzunderungsgrad für die einzelnen Eisenoxide (FeO, Fe2θ3, Fe3θ4) ermittelt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Oxidationsgrad werden geeig- nete Prozesssteuergrößen zur Prozessoptimierung ermittelt.
Alternativ kann eine Onlineadaption eines Prozessmodells vorgenommen werden.
Bei dem aus der DE 199 41 734 B4 bekannten Verfahren erfolgt die Analyse des Spektrums mittels eines Spektrometers . Bei einem Spektrometer erfolgt in der Regel eine Aufteilung eines Spektrums in seine einzelnen Spektralanteile als Funktion des Ortes.
Für die Verwendung eines Spektrometers ist eine hochgenaue
Präzisionsoptik erforderlich. Eine derartige Präzisionsoptik ist nicht nur teuer, sondern darüber hinaus auch empfindlich und im rauen Industriebetrieb der Grundstoffindustrie nur be- dingt einsetzbar. Weiterhin kann mittels eines Spektrometers zu einem Zeitpunkt das Spektrum nur für einen einzigen Ort des Metallbandes erfasst werden.
Aus dem Fachbuch „Remote Sensing Geology" von Ravi P. Gupta, Springer-Verlag 1991, ISBN 3-540-52805-9, ist bekannt, dass Eisen und die Oxide von Eisen charakteristische Spektren aufweisen. Aus dem genannten Fachbuch ist weiterhin bekannt, mittels einer satellitengestützten Kamera und Verwendung ent- sprechender Filter mehrere Aufnahmen eines Teils der Erdoberfläche (erwähnt ist in dem Aufsatz eine Fläche von 185 km x 185 km) zu erfassen. Für jede Aufnahme sind deren Datenwerte für einen jeweiligen Spektralanteil eines Spektrums des er- fassten Gebietes charakteristisch. Der jeweilige Spektralan- teil ist hierbei für jede Aufnahme durch die Filterung des gesamten Spektrums des erfassten Gebietes mit einer für die jeweilige Aufnahme charakteristischen Filterkennlinie bestimmt. Datenwerte der Aufnahmen, die aus ein- und demselben Bereich des erfassten Gebietes stammen, werden aufnahmenüber- greifend arithmetisch miteinander verknüpft. Anhand der Verknüpfungen wird auf das Vorkommen von Eisen und seiner Oxide geschlossen .
Die in dem genannten Fachbuch beschriebene sogenannte Multi- Spektralfotografie (MSF) wird im Stand der Technik zur Fernerkundung eingesetzt, um Aussagen über die Oberfläche des observierten Planeten (hier der Erde) zu gewinnen. Hierbei wird ein- und dasselbe Gebiet mehrmals aus der gleichen Position, jedoch mit wechselnder Wellenlängenempfindlichkeit als Grau- wertbild aufgenommen. Es entstehen somit geometrisch identische Aufnahmen desselben Gebietes, die sich jedoch in ihren Grauwerten unterscheiden. Die so erfassten Aufnahmen können (beispielsweise pixelweise oder pixelgruppenweise) miteinander verrechnet werden, so dass ein neues, rechnerisch ermit- teltes Bildes des Gebietes auf der Grundlage der Informationen der Aufnahmen entsteht. Auf diese Art und Weise können Auswertungsbilder ermittelt werden, die gezielt bestimmte Eigenschaften des aufgenommenen Gebietes betonen. Bevorzugt wird die bekannte Vorgehensweise, wie bereits erwähnt, zur Ermittlung von Eisen und der verschiedenen Oxidationsstufen von Eisen angewendet. Auf diese Weise lassen sich Mineralienvorkommen prospektieren.
Aus der „Digital Spectral Library: Version 1 (0.2 to 3.0 μm) " von Clark et al . , The U.S. Geological Survey, Open File Report 93-592, 1993 sind unter anderem die Spektren verschiedener Eisenverbindungen, teilweise mit Verunreinigungen, be- kannt.
Aus der EP 1 790 976 Bl ist bekannt, mehrere jeweils eindimensionale Bilder desselben Bereichs eines Stahlbandes zu erfassen. Jedes Bild ist ein Graustufenbild und wellenlängen- spezifisch. Die Bilder werden ausgewertet. Das Auswertungsergebnis wird zum Ermitteln von Oberflächendefekten und von Defekten unter der Oberfläche des Stahlbandes verwendet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Be- triebsverfahren der eingangs genannten Art und eine Anlage der eingangs genannten Art einfacher auszugestalten.
Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8. Vorrichtungstechnisch wird die Aufgabe durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anlage ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 10 bis 16.
Erfindungsgemäß werden mittels einer Erfassungseinrichtung mehrere Aufnahmen des Metallbandes erfasst. Für jede Aufnahme sind deren Datenwerte für einen jeweiligen Spektralanteil ei- nes Spektrums des Metallbandes charakteristisch. Der jeweilige Spektralanteil ist hierbei für jede Aufnahme durch eine Filterung des gesamten Spektrums des Metallbandes mit einer für die jeweilige Aufnahme charakteristischen Filterkennlinie bestimmt. Die Aufnahmen werden einer Automatisierungseinrichtung für die Bearbeitungseinrichtung zugeführt. Die Automatisierungseinrichtung verknüpft Datenwerte der Aufnahmen, die aus ein- und demselben Bereich des Metallbandes stammen, auf- nahmenübergreifend arithmetisch miteinander. Anhand der Verknüpfungen ermittelt sie die Oxidation des entsprechenden Bereichs des Metallbandes. Die Automatisierungseinrichtung be- einflusst anhand der ermittelten Oxidation automatisch den Betriebszustand der Bearbeitungseinrichtung. Die Anlage ist entsprechend ausgebildet.
Die Bearbeitung durch die Bearbeitungseinrichtung kann insbesondere das Entfernen der Oxidation von der Oberfläche des Metallbandes sein.
Vorzugsweise beeinflusst die Automatisierungseinrichtung den Betriebszustand derart, dass ein Verbrauch eines die Oxidation beseitigenden Mittels minimiert wird.
Die Aufnahmen können sequentiell oder simultan erfasst werden. Hierbei sind auch Mischformen möglich. Beispielsweise können insgesamt sechs Aufnahmen erfasst werden, wobei simultan jeweils zwei oder drei Aufnahmen erfasst werden.
In der Regel ist der Erfassungseinrichtung eine abbildende
Optik vorgeordnet, so dass die Aufnahmen eindimensional oder zweidimensional ortsaufgelöst sind. In diesem Fall werden miteinander korrespondierende Teilbereiche der Aufnahmen ermittelt, deren Datenwerte jeweils aus ein- und demselben Be- reich des Metallbandes stammen. Die Auswertungseinrichtung ist gegebenenfalls entsprechend ausgebildet.
Es ist möglich, dass das Metallband während des Erfassens der Aufnahmen nicht bewegt wird. Alternativ ist es möglich, dass das Metallband während des Erfassens der Aufnahmen bewegt wird. In diesem Fall kann die Bewegung des Metallbandes während des Erfassens der Aufnahmen berücksichtigt werden. Die Erfassungseinrichtung ist gegebenenfalls entsprechend ausge- bildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegung des Metallbandes beim Ermitteln der miteinander korrespondierenden Teilbereiche berücksichtigt werden. In diesem Fall ist gegebenenfalls die Auswertungseinrichtung entsprechend ausgebil- det.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Erfassungseinrichtung als CCD-Kamera ausgebildet. Es sind jedoch alternative Ausgestaltungen möglich, beispiels- weise als CMOS-Kamera.
Die Oxidation umfasst für den jeweiligen Bereich des Metallbandes vorzugsweise dessen Oxidationsgrad und/oder dessen Oxidationsart .
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
FIG 1 eine Anlage zum Bearbeiten eines Metallbandes,
FIG 2 und 3 jeweils einen möglichen Ausschnitt der Anlage von FIG 1 und FIG 4 und 5 jeweils mehrere Aufnahmen des Metallbandes.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einem Metallband 1 erläutert, das als Stahlband 1 ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Oxidation unter dem Begriff „Verzunderung" bekannt. Prinzipiell ist die vorliegende Erfindung jedoch bei beliebigen Metallbändern 1 anwendbar, deren Ober- fläche oxidieren kann. Beispielsweise kann das Metallband 1 ein Kupferband, ein Aluminiumband oder ein Messingband sein. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auch bei einem Metallband 1 anwendbar, dessen Metall verschiedene Oxidations- stufen annehmen kann, wie beispielsweise Kupfer, bei dem so- wohl CU2O (sogenanntes Cu-I-Oxid) als auch CuO (sogenanntes Cu-II-Oxid) gebildet werden können. Gemäß den FIG 1 weist eine Anlage zum Bearbeiten des Stahlbandes 1 eine Bearbeitungseinrichtung 2 auf, in der das Stahlband 1 bearbeitet wird. Bei der in FIG 1 dargestellten Bearbeitungseinrichtung 2 handelt es sich um eine Beizein- richtung 2. Es kann sich jedoch alternativ um eine andersartige Einrichtung handeln, beispielsweise um einen Zunderwäscher, mittels dessen Wasser unter Hochdruck auf das Stahlband 1 gespritzt wird, um es vor einer andersartigen Bearbeitung (beispielsweise einem Walzen) von Zunder zu befreien.
Die Bearbeitungseinrichtung 2 wird gemäß FIG 1 von einer Automatisierungseinrichtung 3 gesteuert. Die Bearbeitung des Stahlbandes 1 mittels der Bearbeitungseinrichtung 2 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Verzunderung des Stahl- bandes 1.
Die Anlage weist gemäß FIG 1 zwei Erfassungseinrichtungen 4 auf, wobei je eine der beiden Erfassungseinrichtungen 4 der Bearbeitungseinrichtung 2 vor- und nachgeordnet ist. Mittels der Erfassungseinrichtungen 4 werden Daten erfasst, anhand derer die Verzunderung des Stahlbandes 1 ermittelt werden kann. Gemäß FIG 1 sind beide Erfassungseinrichtungen 4 vorhanden. Es reicht jedoch aus, wenn nur eine der beiden Erfassungseinrichtungen 4 vorhanden ist. Hierbei kann alternativ die vor- oder die nachgeordnete Erfassungseinrichtung 4 vorhanden sein.
Nachfolgend werden der Betrieb der vorgeordneten Erfassungseinrichtung 4 und die Auswertung von deren Daten erläutert. Für die nachgeordnete Erfassungseinrichtung 4 gelten analoge Ausführungen. Weiterhin werden die von den Erfassungseinrichtungen 4 erfassten Daten gemäß dem Ausführungsbeispiel der Automatisierungseinrichtung 3 zugeführt und von dieser ausgewertet .
Mittels der vorgeordneten Erfassungseinrichtung 4 werden mehrere Aufnahmen B des Stahlbandes 1 erfasst. Für jede Aufnahme B sind deren Datenwerte für einen jeweiligen Spektralanteil eines Spektrums elektromagnetischer Strahlung des Stahlbandes 1 charakteristisch. Der jeweilige Spektralanteil ist für jede Aufnahme B durch eine Filterung des gesamten Spektrums des Stahlbandes 1 mit einer für die jeweilige Aufnahme B charak- teristischen Filterkennlinie K bestimmt. Beispielsweise kann, wie in FIG 1 angedeutet, der Erfassungseinrichtung 4 ein entsprechender Filter 5 vorgeschaltet sein. Alternativ kann die Erfassungseinrichtung 4 eine beeinflussbare Wellenlängenempfindlichkeit aufweisen. Auch kann die Erfassungseinrichtung 4 mehrere Teilerfassungseinrichtungen aufweisen, die jeweils voneinander verschiedene Wellenlängenempfindlichkeiten aufweisen. Das gesamte von den verschiedenen Spektralanteilen überdeckte Spektrum kann sich vom IR- über den sichtbaren bis in den UV-Bereich hinein erstrecken.
Die einzelnen Filterkennlinien K sind geeignet bestimmt. Beispielsweise können sie so bestimmt sein, wie es in dem eingangs erwähnten Fachbuch von Gupta in Tabelle 5.6 in Seite 71 angegeben ist. Es sind aber auch andere Filterkennlinien K denkbar. Beispielsweise können, ausgehend von den in Gupta angegebenen Filterkennlinien K, die Filterkennlinien K versuchsweise variiert werden, um so gegebenenfalls die Filterkennlinien K für das Stahlband 1 zu optimieren. Bei anderen Metallen sind selbstverständlich andere Filterkennlinien K erforderlich. Die Ermittlung der entsprechenden Filterkennlinien kann nach Bedarf vorgenommen werden. Die übrige Vorgehensweise bleibt unverändert.
Die Aufnahmen B werden der Automatisierungseinrichtung 3 (bzw. allgemeiner der Auswertungseinrichtung) zugeführt.
Die Automatisierungseinrichtung 3 nimmt die Aufnahmen B entgegen und wertet sie weiter aus. Insbesondere verknüpft die Automatisierungseinrichtung 3 Datenwerte der Aufnahmen B, die aus ein- und demselben Bereich des Stahlbandes 1 stammen, aufnahmenübergreifend arithmetisch miteinander. Sie bildet also Summen, Differenzen, Produkte und/oder Quotienten von Datenwerten der Aufnahmen B, die aus ein- und demselben Be- reich des Stahlbandes 1 stammen, aber voneinander verschiedenen Aufnahmen B entnommen sind. Anhand der Verknüpfungen ermittelt die Automatisierungseinrichtung 3 die Verzunderung des entsprechenden Bereichs des Stahlbandes 1.
Wenn beispielsweise die Filterkennlinien K entsprechend der in Tabelle 5.6 von Gupta angegebenen Werte bestimmt sind, können die Datenwerte so verknüpft werden, wie es in Tabelle 12.2 auf Seite 207 des Fachbuchs von Gupta angegeben ist. Auf diese Weise können zum einen metallisches Eisen (Fe) und Eisenionen (Fe2+ und Fe3+) voneinander unterschieden werden. Weiterhin können die Oxidationsstufe des Eisens (Fe2+ oder Fe3+) unterschieden werden. Auf Grund des Umstandes, dass Eisenionen in der Regel mit dem Luftsauerstoff sofort eine Ver- bindung eingehen, kann somit anhand der Unterscheidung zwischen Eisen und Eisenionen ermittelt werden, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang das Stahlband 1 an seiner Oberfläche oxidiert (verzundert) ist. Es kann also der Verzunde- rungsgrad ermittelt werden. Auf Grund der - auch quantitati- ven - Ermittlung des Verhältnisses von Fe2+ zu Fe3+ kann weiterhin die Art der Verzunderung (FeO, Fe3θ4, Fe2θ3) ermittelt werden .
Die ermittelte Verzunderung wird von der Automatisierungsein- richtung 3 weiter verarbeitet. Insbesondere wird von der Automatisierungseinrichtung 3 anhand der ermittelten Verzunderung automatisch der Betriebszustand der Bearbeitungseinrichtung 2 beeinflusst. Beispielsweise kann - bei einer Ausgestaltung der Bearbeitungseinrichtung 2 als Beizeinrichtung oder als Zunderwäscher - die Menge an Betriebsmittel (Wasser oder Beizflüssigkeit) eingestellt werden, die zum Entfernen der ermittelten Oxidschicht erforderlich ist. Auf diese Weise kann der Verbrauch des die Oxidation beseitigenden Mittels minimiert werden.
Zusätzlich können die ermittelten Verzunderungen mittels einer geeigneten Ausgabeeinrichtung 6 an einen Menschen 7 ausgegeben, beispielsweise zu Kontroll- und Überwachungszwecken. Die Ausgabeeinrichtung 6 kann beispielsweise als Sichtgerät oder als Drucker ausgebildet sein. Im Falle des Ausgebens der ermittelten Verzunderungen an den Menschen 7 ist es beispielsweise möglich, dass der Mensch 7 korrigierend in den Betrieb der Bearbeitungseinrichtung 2 eingreift. Beispielsweise kann der Mensch 7 auf Grund seines intellektuellen Verständnisses der angezeigten Informationen der Automatisierungseinrichtung 3 entsprechende Steuerbefehle vorgeben, falls er dies für erforderlich erachtet.
Wie in FIG 1 dargestellt, sind die Erfassungseinrichtungen 4 als CCD-Kameras ausgebildet. Diese Ausgestaltung ist bevorzugt, da CCD-Kameras klein, handlich, robust und kostengünstig sind. Die Ausbildung als CCD-Kamera ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Alternativ könnten die Erfassungseinrichtungen 4 beispielsweise als CMOS-Kameras, als Zeilenkameras oder als konventionelle Kameras ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung - siehe die FIG 2 und 3 - ist weiterhin den Erfassungseinrichtungen 4 jeweils eine abbildende Optik 8 vorgeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die Aufnahmen B mindestens eindimensional, in der Regel sogar zweidimensional ortsaufgelöst sind. In diesem Fall werden von der Automatisierungseinrich- tung 3 miteinander korrespondierende Teilbereiche 9 der Aufnahmen B ermittelt, deren Datenwerte jeweils aus ein- und demselben Bereich des Stahlbandes 1 stammen. Bei der Ermittlung des Verzunderungsgrades und der Verzunderungsart werden also die Datenwerte der miteinander korrespondierenden Teil- bereiche 9 der Aufnahmen B arithmetisch miteinander verknüpft, also Datenwerte, die aus ein- und demselben Bereich des Stahlbandes 1 stammen. Die einzelnen Teilbereiche 9 können hierbei alternativ einzelne Pixel der Aufnahmen B sein oder Gruppen von Pixeln der Aufnahmen B.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 weist die dargestellte Erfassungseinrichtung 4 einen einzigen Wandler 4' auf, mittels dessen die elektromagnetische Strahlung in ein ent- sprechendes elektrisches Signal umgewandelt wird. Zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt t kann bei der Ausgestaltung gemäß FIG 2 daher nur eine einzige Aufnahme B erfasst werden. Bei dieser Ausgestaltung werden die Aufnahmen B von der Erfas- sungseinrichtung 4 somit zwangsweise sequentiell erfasst. Bei der Ausgestaltung gemäß FIG 3 hingegen umfasst die abbildende Optik 8 unter anderem ein Strahlteilerelement 10, beispielsweise einen Strahlteilerwürfel oder einen halbdurchlässigen Spiegel. In diesem Fall erfolgt eine Aufteilung in mehrere voneinander getrennte Strahlengänge, die jeweils einem eigenen optoelektronischen Wandler 4' zugeführt werden können. Bei dieser Ausgestaltung können die Aufnahmen B von der Erfassungseinrichtung 4 simultan erfasst werden. Der Einfachheit halber ist hierbei in FIG 3 nur eine einfache Strahltei- lung in zwei voneinander getrennte Strahlengänge dargestellt. Es wäre jedoch ohne weiteres möglich, beispielsweise mittels einer Kaskadierung eine mehrfache Aufteilung in drei, vier, ... voneinander getrennte Strahlengänge vorzunehmen.
Die Vorgehensweisen von FIG 2 und FIG 3 sind auch miteinander kombinierbar. Wenn beispielsweise vier verschiedene Aufnahmen B ein- und desselben Bereichs des Stahlbandes 1 erfasst werden sollen und nur eine einfache Strahlteilung in zwei voneinander getrennte Strahlengänge gegeben ist, können bei- spielsweise zwei mal zwei Aufnahmen B erfasst werden, also zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t jeweils zwei Aufnahmen B. In der Zwischenzeit zwischen den beiden jeweils simultan erfass- ten Aufnahmepaaren kann beispielsweise ein Wechsel der jeweiligen Filter 5 erfolgen.
Wenn die Aufnahmen B vollständig simultan erfasst werden und die Erfassungszeiten zum Erfassen der Aufnahmen B hinreichend kurz sind, ist irrelevant, ob das Stahlband 1 während der Erfassung der Aufnahmen B bewegt wird oder nicht. Die Zuordnung der einzelnen Teilbereiche 9 der Aufnahmen B zueinander ist in diesem Fall statisch. In der Regel korrespondieren, wie in FIG 4 schematisch dargestellt, gleiche Bereiche der Aufnahmen B miteinander. Wenn das Stahlband 1 während der Erfassung der Aufnahmen B nicht bewegt wird, gilt die oben erwähnte Korrespondenz unabhängig davon, ob die Aufnahmen B simultan oder sequentiell erfasst werden.
Wenn jedoch das Stahlband 1 während des Erfassens der Aufnahmen B bewegt wird und die Aufnahmen B sequentiell erfasst werden, ist in der Regel eine Berücksichtigung der Bewegung des Stahlbandes 1 erforderlich. Beispielsweise ist es denk- bar, dass die Erfassungseinrichtungen 4 und/oder die abbildenden Optiken 8 derart ausgebildet sind, dass sie die Bewegung des Stahlbandes 1 während des Erfassens der Aufnahmen B berücksichtigen. Beispielsweise können die Erfassungseinrichtungen 4 und die abbildenden Optiken 8 zusammen mit dem Stahlband 1 entsprechend einer Transportgeschwindigkeit v des Stahlbandes 1 translatorisch verfahren oder verschwenkt werden. Ein Verschwenken kann hierbei zulässig sein, wenn der Verschwenkwinkel relativ klein ist. In der Regel jedoch ist die Automatisierungseinrichtung 3 derart ausgebildet, dass sie die Bewegung des Stahlbandes 1 beim Ermitteln der miteinander korrespondierenden Teilbereiche 9 der Aufnahmen B berücksichtigt. Beispielsweise kann, wie schematisch in FIG 5 angedeutet, eine Fortschaltung der jeweils miteinander korrespondierenden Teilbereiche 9 der Aufnahmen B von Aufnahme B zu Aufnahme B erfolgen. Gegebenenfalls sind auch beide Maßnahmen miteinander kombinierbar.
Für die Berücksichtigung der Bewegung des Stahlbandes 1 muss die Bewegung des Stahlbandes 1 selbstverständlich bekannt sein. Dies ist jedoch in der Regel problemlos, da lediglich die Transportgeschwindigkeit v des Stahlbandes 1 erfasst werden muss und diese Erfassung unproblematisch ist.
Wie bereits erwähnt, kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen Metallen als Eisen bzw. Stahl angewendet werden. Es ist lediglich eine Anpassung der Filterkennlinien K erforderlich. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist eine robuste, kostengünstige und relativ einfache Ausgestaltung der Erfassungseinrichtungen 4 möglich, die auch im rauen Industriebetrieb tauglich ist. Weiterhin ist auf einfache Weise eine Echtzeitfähigkeit möglich. Die ermittelten Verzunderungen bzw. allgemeiner Oxidationen können insbesondere in Form von farbcodierten Bildern an den Menschen 7 ausgegeben werden.
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsverfahren für eine ein Metallband (1), insbesondere ein Stahlband (1), bearbeitende Bearbeitungseinrichtung (2),
- wobei mittels einer Erfassungseinrichtung (4) mehrere Aufnahmen (B) des Metallbandes (1) erfasst werden,
- wobei für jede Aufnahme (B) deren Datenwerte für einen jeweiligen Spektralanteil eines Spektrums des Metallbandes (1) charakteristisch sind,
- wobei der jeweilige Spektralanteil für jede Aufnahme (B) durch eine Filterung des gesamten Spektrums des Metallbandes (1) mit einer für die jeweilige Aufnahme (B) charakteristischen Filterkennlinie (K) bestimmt ist, - wobei die Aufnahmen (B) einer Automatisierungseinrichtung (3) für die Bearbeitungseinrichtung (2) zugeführt werden,
- wobei die Automatisierungseinrichtung (3) Datenwerte der Aufnahmen (B) , die aus ein und demselben Bereich des Metallbandes (1) stammen, aufnahmenübergreifend arithmetisch miteinander verknüpft und anhand der Verknüpfungen eine
Oxidation des entsprechenden Bereichs des Metallbandes (1) ermittelt,
- wobei die Automatisierungseinrichtung (3) den Betriebszustand der Bearbeitungseinrichtung (2) anhand der ermittel- ten Oxidation automatisch beeinflusst.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung durch die Bearbeitungseinrichtung (2) das Entfernen der Oxidation von der Oberfläche des Metallbandes ( 1 ) ist.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungseinrichtung (3) den Betriebszustand derart beeinflusst, dass ein Verbrauch eines die Oxidation beseitigenden Mittels minimiert wird.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (B) sequentiell oder simultan erfasst werden .
5. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungseinrichtung (4) eine abbildende Optik (8) vorgeordnet ist, so dass die Aufnahmen (B) eindimensional oder zweidimensional ortsaufgelöst sind, und dass miteinander korrespondierende Teilbereiche (9) der Aufnahmen (B) ermittelt werden, deren Datenwerte jeweils aus ein und demselben Bereich des Metallbandes (1) stammen.
6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) während des Erfassens der Aufnahmen (B) bewegt wird und dass die Bewegung des Metallbandes (1) während des Erfassens der Aufnahmen (B) und/oder beim Ermit- teln der miteinander korrespondierenden Teilbereiche (9) berücksichtigt wird.
7. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (4) als CCD-Kamera ausgebildet ist.
8. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation für den jeweiligen Bereich des Metallbandes (1) dessen Oxidationsgrad und/oder dessen Oxidationsart umfasst .
9. Anlage zum Bearbeiten eines Metallbandes (1), insbesondere eines Stahlbandes (1),
- wobei die Anlage eine Bearbeitungseinrichtung (2) aufweist, in der das Metallband (1) bearbeitet wird, - wobei die Anlage eine Erfassungseinrichtung (4) aufweist, mittels derer mehrere Aufnahmen (B) des Metallbandes (1) erfasst werden,
- wobei die Aufnahmen (B) derart erfasst werden, dass für je- de Aufnahme (B) deren Datenwerte für einen jeweiligen
Spektralanteil eines Spektrums des Metallbandes (1) charakteristisch sind,
- wobei der jeweilige Spektralanteil für jede Aufnahme (B) durch eine Filterung des gesamten Spektrums des Metallban- des (1) mit einer für die jeweilige Aufnahme (B) charakteristischen Filterkennlinie (K) bestimmt ist,
- wobei die Anlage eine Automatisierungseinrichtung (3) für die Bearbeitungseinrichtung (2) aufweist, der die Aufnahmen
(B) zugeführt werden, - wobei die Automatisierungseinrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass von ihr Datenwerte der Aufnahmen (B) , die aus ein und demselben Bereich des Metallbandes (1) stammen, aufnahmenübergreifend arithmetisch miteinander verknüpft werden, anhand der Verknüpfungen eine Oxidation des ent- sprechenden Bereichs des Metallbandes (1) ermittelt wird und ein Betriebszustand der Bearbeitungseinrichtung (2) anhand der ermittelten Oxidation automatisch beeinflusst wird.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungseinrichtung (2) eine Bearbeitungseinrichtung (2) zum Entfernen der Oxidation von der Oberfläche des Metallbandes (1) ist.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Automatisierungseinrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass sie den Betriebszustand derart beeinflusst, dass ein Verbrauch eines die Oxidation beseitigenden Mittels minimiert wird.
12. Anlage nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass die Aufnahmen (B) von ihr sequentiell oder simultan er- fasst werden.
13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungseinrichtung (4) eine abbildende Optik (8) vorgeordnet ist, so dass die Aufnahmen (B) eindimensional oder zweidimensional ortsaufgelöst sind, und dass die Automatisierungseinrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass von ihr miteinander korrespondierende Teilbereiche (9) der Aufnahmen (B) ermittelt werden, deren Datenwerte jeweils aus ein und demselben Bereich des Metallbandes (1) stammen.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) während des Erfassens der Aufnahmen (B) bewegt wird und dass die Erfassungseinrichtung (4) und/ oder die abbildende Optik (8) derart ausgebildet sind, dass von ihnen die Bewegung des Metallbandes (1) während des Erfassens der Aufnahmen (B) berücksichtigt wird, und/oder die Automatisierungseinrichtung (3) derart ausgebildet ist, dass die Bewegung des Metallbandes (1) von ihr beim Ermitteln der miteinander korrespondierenden Teilbereiche (9) berücksichtigt wird.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (4) als CCD-Kamera ausgebildet ist.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidation für den jeweiligen Bereich des Metallbandes (1) dessen Oxidationsgrad und/oder dessen Oxidationsart umfasst .
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