PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69409748T2 10.12.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0649001
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Form oder/und der Flachheit eines sich bewegenden Materials
Anmelder GTS Industries, Grande-Synthe, FR;
Société Anonyme des Forges et acieries de Dilling, 66763 Dillingen, DE
Erfinder Jeuniaux, Francois, 54560 - Sancy, FR;
Malhomme, Marc, 120 rue de Douai, F-59340 Dunkerque, FR;
Moretti, Jean-Marc, F-59240 Dunkerque, FR;
Haralamb, Gerard, D-66793 Dillingen, DE
Vertreter Haft, von Puttkamer, Berngruber, Czybulka, 81669 München
DE-Aktenzeichen 69409748
Vertragsstaaten BE, DE, ES, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 05.09.1994
EP-Aktenzeichen 944700293
EP-Offenlegungsdatum 19.04.1995
EP date of grant 22.04.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.12.1998
IPC-Hauptklasse G01B 11/30
IPC-Nebenklasse B21B 37/00   B21B 38/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft die Messung der Form und/oder der Ebenheit vorbeilaufender Materialien, insbesondere von Blechen und Metallbändern während ihrer Walzung.

Ein gerade gewalztes Blech oder Metallband, insbesondere aus Stahl, wird als "eben" bezeichnet, wenn seine Oberfläche keine makroskopischen Abweichungen in bezug auf eine horizontale Ebene aufweist, wenn das Produkt auf dieser Ebene angeordnet wird und keiner anderen Kraft als seinem Eigengewicht ausgesetzt ist. Wenn unter diesen Bedingungen Abweichungen seiner Oberfläche beobachtet werden, dann sagt man, daß dieses Produkt einen Ebenheitsfehler aufweist. Die Ebenheitsfehler werden als "abwickelbar" bezeichnet, wenn sie einfachen Verformungen entsprechen, bei denen alle Oberflächenfasern des Bandes im wesentlichen dieselbe Länge beibehalten wie die Mittelfaser des Bandes (das heißt, die in der Mitte des Bandes gelegene Oberflächenfaser). Die sogenannten "nicht abwickelbaren" Fehler äußern sich in signifikanten Längenunterschieden in ihrer Höhe zwischen den verschiedenen Oberflächenfasern und der Mittelfaser des Bandes. Sie werden durch eine inhomogene Stärkenreduktion des Produkts über die Breite des Bandes hervorgerufen, die zum Beispiel auf eine übermäßige Konkavität oder Konvexität der Walzen zurückzuführen ist. Die weniger schwerwiegenden Ebenheitsfehler kännen bei den späteren Walzschritten korrigiert werden, zum Beispiel durch eine Richtmaschine bei den Grobblechen oder durch ein Nachwalzwerk bei den kaltgewalzten Bändern. Es ist jedoch wichtig, diese Fehler schon bei ihrer Entstehung zu erfassen, um schnell die von ihnen hervorgerufenen Probleme zu beheben.

Die Unebenheit eines Bandes wird folgendermaßen quantifiziert. Auf einer gegebenen Länge L, gemessen in einer Bezugsebene, betrachtet man die Länge L + ΔL einer Längsfaser des Bandes (in Walzrichtung), und man berechnet das Verhältnis

Am = ΔL/L .

Dieses Verhältnis definiert den "Streckungsgrad" der Faser in bezug auf eine nicht verzogene Faser, die sich in der Bezugsebene befinden würde. Je größer dieser Grad ist, desto ausgeprägter ist der Ebenheitsfehler. Eine andere Größe, deren Berechnung interessant ist, ist der "Ebenheitswert" Pm einer Oberflächenfaser des Bandes. Wenn man Am als Streckungsgrad dieser Oberflächenfaser und Ac als Streckungsgrad der Mittelfaser annimmt, setzt man

Ein Ebenheitswert Pm ungleich Null bedeutet einen unterschiedlichen Streckungsgrad zwischen der Oberflächenfaser und der Mittelfaser, was den nicht abwickelbaren Charakter des erfaßten Ebenheitsfehlers wiedergibt.

Eine zufriedenstellende Bestimmung des Streckungsgrades und des Ebenheitswertes einer Faser ist nicht ohne eine genaue Messung der Form dieser Faser möglich. Die vorherige Ermittlung wenn schon nicht dieser Form selbst, so doch wenigstens der Daten, die des ermöglichen, zu dieser hinzugelangen, ist also vor jeder Berechnung, die sich auf die Ebenheit der Faser bezieht, notwendig. In der Praxis bieten die meisten Vorrichtungen zur Messung der Ebenheit auch Zugang zur Form der Faser, wobei der Umstand genutzt wird, daß die zu sammelnden Daten für die beiden Funktionen die gleichen sind. Um von einer Funktion zur anderen zu gelangen, muß man nämlich nur einige Endschritte bei der Verarbeitung dieser Daten modifizieren.

Klassischerweise gelangt man zur Form und/oder zur Ebenheit eines Bleches oder eines Bandes, indem man eine Gruppe von Entfernungsmessern über dem Produkt anordnet, und zwar entlang einer Geraden quer zu seiner Durchlaufrichtung. Jeder dieser Entfernungsmesser mißt periodisch die Höhe einer Oberflächenlängsfaser des Produkts entsprechend seinem Durchlauf. Indem man die Meßergebnisse speichert und sie mit der Durchlaufgeschwindigkeit des Produkts in Beziehung bringt, erhält man ein ungefähres Bild der Form der Faser, das einer Folge von Geradenabschnitten angepaßt ist. Anhand der so gesammelten Daten läßt sich auch ein Näherungswert für die Länge dieser Faser berechnen. Der Nachteil dieser Arbeitsweise ist, daß die Höhe der Oberflächenfaser zu einem gegebenen Zeitpunkt in Wirklichkeit nicht allein durch deren Eigenform bedingt wird, sondern auch durch die Amplitude der Schwingungen des Produkts, die zu seiner Translationsbewegung hinzukommen. Diese Schwingungen besitzen eine rein vertikale Komponente und auch eine Winkelkomponente, das Ergebnis beginnender Drehung des Produkts (Aufbäumen zum Beispiel). Sie bewirken zwischen zwei Messungen eine Verschiebung der Faser, die nichts mit der Eigenform der Faser und der Ebenheit des Produkts zu tun hat, aber dennoch von dem Entfernungsmesser berücksichtigt wird. Durch diese störenden Verschiebungen werden die Messungen der Form und der Länge der Faser und folglich die ihres Streckungsgrades A allgemein mit einem beträchtlichen Fehler behaftet. Wenn man hauptsächlich nicht den Streckungsgrad der Faser, sondern ihren Ebenheitswert Pm' wissen möchte, kann dieses Verfahren jedoch akzeptable Ergebnisse liefern, da sich die Meßfehler an Ac und Am bei der Berechnung von Pm der Tendenz nach ausgleichen.

Eine Verbesserung dieses Verfahrens (siehe Dokument DE-A-3124297) besteht darin, zur Ermittlung der Form und der Länge einer bestimmten Faser nicht ein, sondern zwei um einen bekannten Abstand Δx versetzte Entfernungsmesser zu verwenden, die gleichzeitig die Messung der Höhe der Faser in ihrer Vertikalen durchführen. Wird die Differenz zwischen den gleichzeitig von den zwei Entfernungsmessern gemessenen Höhen mit Δh bezeichnet, läßt sich (durch Fehler) die Länge Δl der Faser zwischen den beiden Entfernungsmessern mit Δl = (Δh²+Δx²) berechnen. Durch Addition der gemessenen Δl gelangt man zu einer Abschätzung der Gesamtlänge der Faser, die frei von den Unsicherheiten ist, welche auf die rein vertikale Komponente der Bewegung des Produkts zurückzuführen sind. Die Messungen werden jedoch noch immer durch die Winkelkomponente verfälscht.

Das Dokument DE-A-1935742 schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Streckung verschiedener Fasern eines gewalzten Bandes vor, deren Prinzip dem vorliegenden ähnlich ist. Die Längenmessungen y erfolgen jedoch durch magnetische Vorrichtungen und nicht durch optische.

Ein weiteres Verfahren (siehe Dokument JP 62-172210) besteht in der Anwendung eines optischen Schneidverfahrens, bei dem das Produkt durch drei geneigte Laserebenen angestrahlt wird, die eine gegebene Faser in drei Punkten A, B, C schneiden und deren Bilder von einer linearen Kamera mit lichtempfindlichen Elementen (CCD-Kamera) aufgefangen werden. Die Messung der Ebenheit basiert auf einem Wert ε, in den die Abstände AB, BC und AC einfließen, die anhand der von der CCD-Kamera aufgefangenen Bilder berechnet werden, und zwar gemäß:

Dieser Wert ε ist mit dem vorgenannten Streckungsgrad Am vergleichbar und besitzt den Vorteil, daß keine von dem Produkt unabhängige Bezugsebene in seine Berechnung einfließt. Er ist jedoch nur gültig, wenn der erfaßte Fehler über die gesamte Breite des Produkts dieselbe Wellenlänge aufweist, was nicht sicher ist. Überdies erfordert er eine genaue Kenntnis des Abstands zwischen den Meßpunkten, was mit dem gegenwärtig verfügbaren Material nicht zufriedenstellend erreicht werden kann.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der Form und/oder der Ebenheit eines vorbeilaufenden Bleches oder Bandes vorzuschlagen, das zuverlässiger und genauer ist als die vorgenannten.

Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Form einer Längsfaser eines vorbeilaufenden Bandes wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes zum Gegenstand, gemäß dem man die Durchlaufgeschwindigkeit (V(t)) des Bandes und die Höhen (yi) einer Gruppe von n Punkten vom Rang (i) der Faser in einem vorher festgelegten Bezugssystem (xOy) aufnimmt, dessen Achse (Ox) entlang der Durchlaufrichtung des Bandes ausgerichtet ist, und man anhand der Höhen (yi) und der Geschwindigkeit (V(t)) eine Funktion (y(l)) bestimmt, die von der Form der Faser abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn man die Höhe des Punktes vom Rang (i) der Faser aufnimmt, der sich, gemessen auf der Achse (Ox), in einem Abstand (l) von dem Punkt vom Rang 1 der Faser befindet, man gleichzeitig die Höhen mindestens zweier weiterer Punkte aufnimmt, die sich nahe an diesem und auf beiden Seiten desselben befinden, man mittels dieser Höhen näherungsweise die Krümmung (K(x)i) der Faser in der Umgebung des Punktes vom Rang i berechnet, man dann mittels der für die Punkte berechneten Krümmungen eine Funktion (k(l)) bestimmt, die den Verlauf der Krümmung der Faser zwischen den Punkten vom Rang 1 und vom Rang n repräsentiert, und man durch aufeinanderfolgende Integrationen der Funktion (k(l)) eine Funktion (y(l)) bestimmt, welche die Eigenform der Faser zwischen den Punkten vom Rang l und vom Rang n repräsentiert.

Die Erfindung hat außerdem ein Verfahren zur Messung der Ebenheit einer Längsfaser eines vorbeilaufenden Bandes wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes zum Gegenstand, gemäß dem man die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes und die Höhen (yi) einer Gruppe von n Punkten vom Rang (i) der Faser in einem vorher festgelegten Bezugssystem (xOy) aufnimmt, dessen Achse (Ox) entlang der Durchlaufrichtung des Bandes ausgerichtet ist, und man anhand dieser Aufnahmen näherungsweise die Länge (L) der Faser zwischen dem Punkt vom Rang 1 und dem Punkt vom Rang n und die Länge (Lo) ihrer Projektion auf die Achse (Ox) berechnet, und man den Streckungsgrad

der Faser berechnet, der ihre Ebenheit repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, daß man die Funktion k(l) wie vorstehend dargelegt bestimmt und man die Länge (L) der Faser zwischen den Punkten vom Rang 1 und vom Rang n durch aufeinanderfolgende Integrationen der Funktion k(l) berechnet.

Die Erfindung hat ebenfalls Vorrichtungen zum Gegenstand, welche die Durchführung dieser Verfahren oder nur eines von diesen gestatten und die insbesondere Mittel zur Aufnahme der Höhen (yi) einer Gruppe von n Punkten vom Rang i der Faser und Mittel zur gleichzeitigen Aufnahme der Höhen mindestens zweier weiterer Punkte der Faser, die jeden Punkt vom Rang i flankieren, enthalten und so die Berechnung der Krümmung K(x)i der Faser in der Umgebung jedes Punktes vom Rang i ermöglichen.

Wie deutlich geworden sein wird, besteht die Erfindung darin, die Form und/oder die Länge einer Faser des Produkts nicht mehr durch Anpassung derselben an eine Folge von Geradenabschnitten, sondern an eine Folge von Kurvenabschnitten zu messen, deren berechnete Krümmungen den wirklichen Krümmungen der entsprechenden Abschnitte der Faser sehr nahekommen. Man erhält auf diese Weise eine Darstellung der Form und ein Maß für die Länge der Faser von besserer Genauigkeit, insbesondere wenn die Ebenheitsfehler eine geringe Wellenlänge besitzen. Dies ist möglich durch die Verwendung eines Entfernungsmessers mit drei Meßpunkten oder einer entsprechenden Vorrichtung. Hierdurch befreit man sich von den Einflüssen der vertikalen Komponente und der Winkelkomponente der Bewegung des Produkts, welche die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen.

Die Erfindung wird besser verständlich beim Lesen der folgenden Beschreibung, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird:

- Figur 1, die das Prinzip der Messung der Länge und/oder der Ebenheit eines Abschnitts einer Faser eines vorbeilaufenden Bandes schematisch darstellt, das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegt;

- Figur 2, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch darstellt.

Figur 1 stellt sehr schematisch das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung der Länge und/oder der Ebenheit eines Bandes dar. Sie zeigt im Längsschnitt entlang einer vertikalen Ebene ein Blech 1, das in den Spalt zweier sich drehender Walzen 2, 2' eintritt und diesen durchläuft, um dort gewalzt zu werden. Es verläßt den Spalt in Form eines Bandes 3 von geringerer Stärke, das über einen Rollgang 4 läuft. In Figur 1 wird gezeigt, daß die Längsfaser des Bandes 3, die sich in der Schnittebene befindet, einen Ebenheitsfehler aufweist (mit einer Amplitude, die zu Demonstrationszwecken sichtlich stark übertrieben wurde). Figur 1 zeigt außerdem ein Bezugssystem xOy, in dem die Messungen, von denen die Rede sein wird, durchgeführt werden. Die Achse Ox dieses Bezugssystems liegt in der Schnittebene von Figur 1. Sie fällt zum Beispiel mit derjenigen zusammen, welche die Sollbahn der in dieser Schnittebene befindlichen Längsfaser des Bandes 3 wäre, wenn diese Faser völlig gerade wäre. Die Achse Oy ist eine Achse, die senkrecht zu Ox und in der Schnittebene enthalten ist. Erfindungsgemäß wird über der betrachteten Faser des Bandes 3 eine Gruppe von drei Meßinstrumenten 5, 6, 7 angeordnet, deren Meßachsen, die sich vorzugsweise in einem gleichen Abstand mit einer Länge δ befinden, den jeweiligen Erhalt der Höhen ya, yb, yc dreier Punkte der Faser in dem Bezugssystem xOy ermöglichen. Diese Punkte befinden sich ihrerseits in Abständen xa, xb bzw. xc vom Punkt O, der willkürlich als Ursprung des Bezugssystems gewählt wurde, wobei xc-xb = xb-xa = δ.

Wie noch erläutert werden wird, ermöglichen die von diesen Instrumenten durchgeführten Messungen mit einer zufriedenstellen Annäherung die Berechnung der Form und der Gesamtlänge der Faser, die zwischen zwei gegebenen Zeitpunkten die Meßzone durchlaufen hat.

Man stellt die Hypothese auf, daß die Krümmung der Faser bei einer Messung in der betrachteten Zone gleichförmig ist. Diese Annäherung ist zulässig, da die Ebenheitsfehler des Bandes 3, wenn man sie näherungsweise als Sinuskurven betrachtet, eine große Wellenlänge besitzen (im allgemeinen zwischen 750 und 3000 min) und der Abstand 8, der die Meßachsen der Instrumente 5, 6, 7 trennt, vergleichsweise gering ist, in der Größenordnüng von einigen Zehn mm. Die Krümmung k(x) der Faser wird mathematisch durch:

definiert.

Zwei Messungen der Ableitung der Funktion y = f(x) in der Meßzone zum Zeitpunkt der Messung sind:

Man mißt außerdem die Geschwindigkeit der Änderung dieser Ableitung in der Meßzone, nämlich:

Eine näherungsweise Messung K(x) der Krümmung der Faser in der Meßzone anhand der Aufnahmen der drei Entfernungsmesser ist also:

Da in der Praxis der Krümmungsradius einer Faser im Verhältnis zu δ und den gemessenen Veränderungen von y sehr groß ist, kann man d²y/dx² im Vergleich zu 1 vernachlässigen und annehmen, daß:

k(x) d²y/dx²

und K(x) = 1/δ² (yc - 2 yb + ya)

Man führt auf diese Weise eine Reihe von n Abtastungen vom Rang i durch, welche den Erhalt von Tripletts (ya, yb, yc)i ermöglichen und durch Zeitabstände voneinander getrennt sind, die von der Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes 3 abhängen. Man erhält so ein Gruppe von Meßdaten, die für jede Abtastung vom Rang i die Bestimmung:

- der Höhe yi der Faser in dem Bezugssystem xOy, wobei diese Höhe als yb genommen wird, das heißt als Höhe des mittleren Punktes der bei der Abtastung vorn Rang i berücksichtigten Meßzone;

- der Krümmung K(x)i der Faser in dieser um den Punkt der Höhe yb zentrierten Meßzone, die gleichgesetzt wird mit

K(x)i = 1/δ² (yc - 2yb + ya),

ermöglicht.

Bei Kenntnis des Zeitabstands zwischen jeder Abtastung sowie der Geschwindigkeit V(t) des Bandes 3 zwischen diesen Abtastungen ermöglicht es die Gruppe von Meßdaten, wie bei den bekannten Verfahren zur Messung der Form und der Ebenheit einer Faser, anhand der Höhen yi eine Funktion y = f(l) zu erhalten, welche den Verlauf der gemessenen Höhe der Faser auf dem Abschnitt des Bandes 3 repräsentiert, der zwischen der ersten berücksichtigten Abtastung (vom Rang 1) und der letzten berücksichtigten Abtastung (vom Rang n) unter den Meßinstrumenten 5, 6, 7 hindurchgelaufen ist. Die Größe l ist folgendermaßen definiert. Lo sei die Länge dieses Abschnitts des Bandes 3 und sei gleich der Länge der Projektion der Faser auf die Achse Ox. Lo ist somit für alle Fasern des Bandes 3 gleich und repräsentiert die Bezugslänge des Bandes 3, die als Bezugsgröße bei der Berechnung des Streckungsgrades der verschiedenen Fasern dient. l zwischen O und Lo repräsentiert zu einen gegebenen Zeitpunkt die Bezugslänge des Bandes 3, die seit der ersten Abtastung unter den Meßinstrumenten 5, 6, 7 hindurchgelaufen ist. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird man jedoch erfindungsgemäß die Form und die Ebenheit der Faser nicht direkt anhand dieser Funktion y(l) erhalten. Man wird zu diesem Zweck den Weg über eine Funktion k(l) nehmen, die den Krümmungsverlauf der Faser auf dem betrachteten Abschnitt des Bandes repräsentiert und die man ähnlich wie y(l) anhand der berechneten örtlichen Krümmungen K(x)i und der Geschwindigkeit V(t) erhält. Man erhält so:

wobei Y(l) eine Funktion ist, welche die Höhenänderungen der Faser, die einzig und allein auf die Änderungen der Krümmung der Faser zurückzuführen sind, repräsentiert und (im Gegensatz zu y(l)) unabhängig von den Höhenänderungen ist, die nur auf die vertikalen oder die Winkelbewegungen des Bandes 3 zurückzuführen sind.

Eine erste numerische Integration der Funktion k(l) ermöglicht es, zur Ableitung der Funktion Y(l) zu gelangen:

dY/dl = k(l) dl

Durch eine zweite Integration läßt sich nach der klassischen Formel, welche die Länge eines Kurvenbogens Y = f(l) liefert, die Länge L der Faser ableiten.

Und man leitet hieraus den Streckungsgrad Am der Faser ab, und zwar gemäß:

Am = L-Lo/Lo

Man hat ebenfalls Zugang zur Funktion Y(l), die es ermöglicht, zur Eigenform der Faser zu gelangen, und diese Funktion Y(l) kann dem Bediener zum Beispiel in Form eines Bildes, das auf einem Bildschirm erscheint, wiedergegeben werden.

Die Funktion y(l) ist hier lediglich eine rechnerische Zwischenstufe zur Bestimmung der Form und des Streckungsgrades der Faser, es kann jedoch trotzdem interessant sein, sie zu kennen, um daraus den Einfluß der Störbewegungen des Produkts abzuleiten, indem man sie mit Y(l) vergleicht.

Bis jetzt wurde über Messungen gesprochen, die mittels einer Gruppe von drei Meßinstrumenten 5, 6, 7 durchgeführt werden, man könnte diese aber auch mit einer größeren Zahl von Instrumenten durchführen, um eine noch bessere Genauigkeit bei der Berechnung der Krümmung der Faser zu erhalten. Vorzugsweise sollten die Instrumente in ungerader Zahl vorhanden sein, so daß die berücksichtigte Meßzone in bezug auf den Punkt, der als Bezugspunkt zur Bestimmung der Höhe der Faser gewählt wird, symmetrisch ist.

Um die Form und die Ebenheit des Bandes 3 über seine gesamte Breite zu ermitteln, ist es erforderlich, über diesem eine Vielzahl von Instrumentengruppen wie die beschriebene anzuordnen, um den Streckungsgrad Am einer Vielzahl von Fasern zu bestimmen. Wenn sich unter diesen Fasern die Mittelfaser des Bandes befindet, deren Streckungsgrad Ac ist, kann man außerdem den Ebenheitswert

jeder der anderen Fasern berechnen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß, da die Berechnungen anhand der Höhen ya, yb, yc durchgeführt werden, die sämtlich zum selben Zeitpunkt aufgenommen werden, und man sich nur mit den Unterschieden zwischen diesen Höhen beschäftigt, man sich ebenfalls von den Fehlern frei macht, die auf eine leichte Veränderung der Position des Entfernungsmessers in bezug auf das Band 3 zurückzuführen wären. Solche Veränderungen können zum Beispiel im Falle einer Ausdehnung der Haltevorrichtung des Entfernungsmessers unter der Einwirkung der Strahlung des heißen Bandes entstehen. Es genügt, daß die Abstände zwischen den Meßachsen der Instrumente 5, 6, 7 zeitlich konstant bleiben.

Es wird nun ein praktisches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, wie es in Figur 2 dargestellt ist.

Diese Ausführung beruht auf dem bekannten Prinzip der Messung einer Entfernung oder ihrer Veränderung durch Bildtriangulation. Man schickt einen von einer Laserquelle erzeugten Lichtstrahl auf die Oberfläche eines Gegenstandes und fängt das Bild der Aufschlagstelle des Strahls auf dieser Oberfläche durch einen optischen Empfänger wie eine Diodenkamera auf. Nach Eichung kann man aus den Verschiebungen des Bildes in dem Empfänger den Wert der Höhenänderungen dieses Aufschlags ableiten.

Die in Figur 2 schematisch dargestellte Ausführungsform beruht auf der Verwendung eines Entfernungsmessers 8, der durch eine nicht dargestellte Haltevorrichtung über dem Band 3 gehalten wird und eingeschlossen in einem Gehäuse, das im Schnitt dargestellt ist, enthält:

- drei Laser 9, 10, 11, deren Strahlen parallel sind, sich in einem Abstand 8 voneinander befinden und auf die Oberfläche des Bandes 3 gerichtet sind, um auf einer seiner Längsfasern drei Aufschlagstellen 12, 13, 14 zu erzeugen, die in der Bewegungsrichtung des Bandes 3 ausgerichtet sind, das mit einer zu jedem Zeitpunkt bekannten und gegebenenfalls veränderlichen Geschwindigkeit V(t) vorbeiläuft;

- eine lineare Kamera 15 wie eine CCD-Kamera, die auf die Aufschlagstellen 12, 13, 14 gerichtet ist und deren Feld ausreichend groß ist, um sie alle, unabhängig von ihrer Höhe, unter Berücksichtigung der möglichen Verformungen und Verschiebungen des Bandes 3 zu erfassen.

Die Kamera 15 ist mit einem Rechenmodul 16 verbunden, zu dem sie die Informationen überträgt, die sie über die Position der Aufschlagstellen 12, 13, 14 sammelt. Der Rechenmodul 16 ist mit einem Taktgeber versehen, der die Periodizität der Abtastung dieser Informationen steuert. Er zeichnet ebenfalls zu jedem Zeitpunkt den Wert der Durchlaufgeschwindigkeit V(t) des Bandes 3 auf. Für jede Abtastung vom Rang i kann der Rechenmodul durch Vergleich der von der Kamera 15 über die Positionen der Aufschlagstellen 12, 13, 14 gesammelten Daten mit den bei einer vorhergehenden Eichphase gesammelten Daten, die er gespeichert hat, die jeweiligen Höhen [ya, yb, yc]i der Aufschlagstellen 12, 13, 14 bestimmen, wie sie vorstehend definiert sind. Anhand dieser Abtastwerte, von denen die n letzten gespeichert werden, führt der Rechenmodul die vorstehend beschriebenen mathematischen Operationen durch. Diese führen zur Berechnung der Krümmungen K(x)i der Faser in Höhe der verschiedenen Meßpunkte der Länge L der Faser des Bandes 3, die zwischen den Abtastungen vorn Rang 1 bis n an dem Entfernungsmesser vorbeigelaufen ist, der von V(t) abgeleiteten Bezugslänge Lo. Dann wird die Funktion k(l) bestimmt und anschließend entweder die Funktion Y(l) oder die Länge L und der Streckungsgrad Am der Faser oder diese beiden Daten. Wenigstens eines dieser Daten wird dem Bediener wiedergegeben, der mit der Führung des Walzwerks beauftragt ist, damit er das Vorhandensein eventueller Ebenheitsfehler auf der geprüften Faser bemerkt. Optimalerweise werden sie auch zur Anlage übertragen, welche die Walzbedingungen regelt, damit diese die Durchführung der Maßnahmen steuert, die eine Behebung dieser Fehler ermöglichen.

In der Praxis können He-Ne-Laser von 5 mW verwendet werden, die jeweils etwa 2 m über dem Band angeordnet werden. Der Abstand δ der Laserstrahlen beträgt zum Beispiel 50 mm. Die Abtastungen werden von dem Taktgeber zeitlich so verteilt, daß zwischen zwei Abtastungen eine Produktlänge an den Entfernungsmessern vorbeiläuft, die etwa diesem Abstand δ entspricht.

Wie bereits gesagt, müssen vorzugsweise mehrere Entfernungsmesser 8, die jeweils eine eigene Recheneinheit 16 besitzen (oder mit einer selben Recheneinheit verbunden sind, welche die von ihnen übertragenen Daten getrennt verarbeitet und wiedergibt) über die Breite des Bandes 3 verteilt sein, um die Form und die Ebenheit mehrerer Fasern zu ermitteln. Man kann so ein Gesamtbild der Ebenheit des Bandes erhalten, wobei man vorzugsweise die Mittelfaser mit berücksichtigt, um außerdem die Berechnung des Ebenheitswerts Pm jeder Faser gemäß

zu ermöglichen (wobei Ac der Streckungsgrad der Mittelfaser ist). Optimalerweise kann man vorsehen, daß die Entfernungsmesser in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung des Bandes 3 auf ihrer Haltevorrichtung verschiebbar sind, um die Ebenheit jeder beliebigen Faser des Bandes 3 messen zu können. Man kann auf diese Weise die genaue seitliche Ausdehnung eines Ebenheitsfehlers ermitteln und die Faser identifizieren, auf der seine Amplitude am stärksten ist.

Beim Lesen dieser Beschreibung wird deutlich geworden sein, daß die verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahren auf demselben Ausgangsgedanken beruhen, nämlich daß eine Längsfaser eines sich bewegenden Bandes anhand von Aufnahmen ihrer Krümmung an verschiedenen Punkten beschrieben werden kann, so daß man sich frei macht von den regellosen Bewegungen des Bandes. Anhand dieser Aufnahmen kann man je nach den Wünschen des Verwenders entweder die Eigenform der Faser oder ihre Länge und mithin die für ihre Ebenheit repräsentativen klassischen Parameter oder vorzugsweise alle diese Größen gleichzeitig berechnen. Ebenso wird deutlich geworden sein, daß sich die verschiedenen erfindungsgemäßen Einheitsvorrichtungen nur durch die Art der Programmierung der letzten Stufen des Rechenmoduls 16 unterscheiden und daß, wiederum gemäß den Wünschen des Verwenders, diese Vorrichtungen leicht an die Durchführung nur eines dieser Verfahren oder beider gleichzeitig angepaßt werden können.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere können andere Mittel zur Messung der Größen ya, yb, yc als Bildtriangulationstelemeter verwendet werden. überdies ist sie nicht auf die Messung der Form und der Ebenheit eines vorbeilaufenden Stahlbleches oder -bandes beschränkt, sondern kann die Messung der Form und der Ebenheit sämtlicher vorbeilaufender Materialien, metallisch oder nicht, betreffen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Messung der Form einer Längsfaser eines vorbeilaufenden Bandes wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes, gemäß dem man die Durchlaufgeschwindigkeit (V(t)) des Bandes und die Höhen (yi) einer Gruppe von n Punkten vom Rang (i) der Faser in einem vorher festgelegten Bezugssystem (xOy) aufnimmt, dessen Achse (Ox) entlang der Durchlaufrichtung des Bandes ausgerichtet ist, und man anhand der Höhen (yi) und der Geschwindigkeit (V(t)) eine Funktion (y(l)) bestimmt, die von der Form der Faser abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn man die Höhe des Punktes vom Rang (i) der Faser aufnimmt, der sich, gemessen auf der Achse (Ox), in einem Abstand (l) von dem Punkt vom Rang 1 der Faser befindet, man gleichzeitig die Höhen mindestens zweier weiterer Punkte aufnimmt, die sich nahe an diesem und auf beiden Seiten desselben befinden, man mittels dieser Höhen näherungsweise die Krümmung (K(x)i) der Faser in der Umgebung des Punktes vom Rang i berechnet, man dann mittels der für die Punkte berechneten Krümmungen eine Funktion (k(l)) bestimmt, die den Verlauf der Krümmung der Faser zwischen den Punkten vorn Rang 1 und vorn Rang n repräsentiert, und man durch aufeinanderfolgende Integrationen der Funktion (k(l)) eine Funktion (Y(l)) bestimmt, welche die Eigenform der Faser zwischen den Punkten vom Rang l und vom Rang n repräsentiert.

2. Verfahren zur Messung der Form eines vorbeilaufenden Bandes wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes, gemäß dem man die Form einer Vielzahl von Längsfasern des Bandes mißt, dadurch gekennzeichnet, daß diese Formen mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 gemessen werden.

3. Verfahren zur Messung der Ebenheit einer Längsfaser eines vorbeilaufenden Bandes wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes, gemäß dem man die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes und die Höhen (yi) einer Gruppe von n Punkten vom Rang (i) der Faser in einem vorher festgelegten Bezugssystem (xOy) aufnimmt, dessen Achse (Ox) entlang der Durchlaufrichtung des Bandes ausgerichtet ist, und man anhand dieser Aufnahmen näherungsweise die Länge (L) der Faser zwischen dem Punkt vom Rang 1 und dem Punkt vom Rang n und die Länge (Lo) ihrer Projektion auf die Achse (Ox) berechnet, und man den Streckungsgrad (Am = L-Lo/Lo) der Faser berechnet, der ihre Ebenheit repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, daß man die Funktion k(l) wie in dem Verfahren nach Anspruch 1 bestimmt und man die Länge (L) der Faser zwischen den Punkten vom Rang 1 und vom Rang n durch aufeinanderfolgende Integrationen der Funktion k(l) berechnet.

4. Verfahren zur Messung der Ebenheit eines vorbeilaufenden Bandes wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes, gemäß dem man die Ebenheit einer Vielzahl von Längsfasern des Bandes mißt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Streckungsgrad (Am) jeder dieser Fasern mittels des Verfahrens nach Anspruch 3 mißt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Streckungsgrad (Ac) der Mittelfaser des Bandes mißt und daß man den Ebenheitswert

jeder Längsfaser berechnet.

6. Vorrichtung zur Messung der Form einer Längsfaser eines vorbeilaufenden Bandes (3) wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes, von der Art mit Mitteln (8) zur Aufnahme der Höhen (yi) einer Gruppe von n Punkten vom Rang (i) der Faser in einem vorher festgelegten Bezugssystem (xOy), Mitteln (16) zur Speicherung dieser Höhen (yi), Mitteln zur ständigen Aufzeichnung der Geschwindigkeit (V(t)) des Bandes (3) und Mitteln (16) zur Bestimmung einer von der Form der Faser abhängigen Funktion (y(l)) anhand dieser Höhen (yi) und dieser Geschwindigkeit (V(t)), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (8) zur Aufnahme der Höhen (yi) ebenfalls Mittel zur gleichzeitigen Aufnahme der Höhen mindestens zweier weiterer Punkte der Faser, die jeden Punkt vorn Rang i flankieren, enthalten und daß sie außerdem Mittel (16) zur Berechnung der Krümmung (K(x)i) der Faser in der Umgebung jedes Punktes vom Rang i, Mittel zur Bestimmung einer Funktion (k(l)), die den Verlauf der Krümmung der Faser zwischen den Punkten vorn Rang 1 und vom Rang n repräsentiert, anhand dieser Krümmungen (K(x)i) und Mittel (16) zur Bestimmung einer Funktion (Y(l)), welche die Eigenform der Faser repräsentiert, anhand dieser Funktion (k(l)) umfaßt.

7. Vorrichtung zur Messung der Ebenheit einer Längsfaser eines vorbeilaufenden Bandes (3) wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes, von der Art mit Mitteln (8) zur Aufnahme der Höhen (yi) einer Gruppe von n Punkten vom Rang (i) der Faser in einem vorher festgelegten Bezugssystem (xOy), Mitteln (16) zur Speicherung dieser Höhen (yi), Mitteln zur ständigen Aufzeichnung der Geschwindigkeit (V(t)) des Bandes (3) und Mitteln (16) zur näherungsweisen Berechnung, anhand dieser Höhen, der Länge (L) der Faser zwischen dem Punkt vom Rang 1 und dem Punkt vom Rang n und der Länge (Lo) ihrer Projektion auf die Achse (Ox), um hieraus den Streckungsgrad (Am = L-Lo/Lo) der Faser, der ihre Ebenheit repräsentiert, berechnen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (8) zur Aufnahme der Höhen (yi) die gleichzeitige Aufnahme der Höhen mindestens zweier weiterer Punkte der Faser zur Berechnung der Längen (L) und (Lo) ermöglichen und Mittel (16) zur Berechnung der Krümmung (K(x)i) der Faser in der Umgebung jedes Punktes vom Rang i, Mittel zur Bestimmung einer Funktion (k(l)), die den Verlauf der Krümmung der Faser zwischen den Punkten vom Rang 1 und vom Rang n repräsentiert, anhand dieser Krümmungen (K(x)i) und Mittel (16) zur Bestimmung einer Funktion (Y(l)), welche die Eigenform der Faser repräsentiert, anhand dieser Funktion (k(l)) umfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (8) zur Aufnahme der Höhen (yi) einen Entfernungsmesser mit mindestens drei Lasern (9, 10, 11), deren Strahlen parallel und auf die Längsfaser des Bandes (3) gerichtet sind, und eine lineare Kamera (15) umfassen, die in Richtung der Aufschlagstellen (12, 13, 14) dieser Strahlen auf dem Band (3) ausgerichtet ist.

9. Vorrichtung zur Messung der Form und/oder der Ebenheit eines vorbeilaufenden Bandes (3) wie eines in Walzung befindlichen Metallbandes, von der Art mit mehreren Einheitsvorrichtungen, die jeweils die Form und/oder den Streckungsgrad (Am) einer Längsfaser des Bandes (3) messen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorrichtungen von der Art nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8 sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Einheitsvorrichtungen den Streckungsgrad (Ac) der Mittelfaser des Bandes (3) mißt und daß die Einheitsvorrichtungen Mittel zur Berechnung des Ebenheitswertes (Pm) jeder Längsfaser enthalten.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (8) zur Aufnahme der Höhen (yi) mit Mitteln versehen sind, die ihre Verschiebung entlang einer Richtung quer zur Durchlaufrichtung des Bandes (3) ermöglichen.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com