DE10226499B4 - Method and device for detecting and evaluating measuring signals - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Erfassen und Auswerten von Messsignalen bei der Herstellung von Bahnen (2), insbesondere Stoffbahnen, wie gewalzten Bändern, Metallbändern, Folienbahnen, Papierbahnen, werden Signale zeitbasiert erfasst, die zeitbasierten Signale in längenbezogene Signale umgewandelt und auf eine gemeinsame Längenbasis gebracht und wird eine maximale Korrelation zwischen den zu vergleichenden Signalen ermittelt. Bei einer Vorrichtung (1) zum Erfassen und Auswerten von Messsignalen bei der Herstellung von Bahnen (2) zum Durchführen des Verfahrens sind zumindest ein Messwertaufnehmer (5, 6) zum Erfassen von Bandgeschwindigkeiten (v), zumindest ein Messwertaufnehmer (7, 8) im Bereich vor und/oder hinter einer Bandbearbeitungseinheit zum Erfassen bandbezogener Prozessgrößen (d), ein Zeitgeber (11) zum Takten der Messwerterfassung und eine Signalverarbeitungseinrichtung (10) zum Aufbereiten und Auswerten der erfassten Messsignale vorgesehen.In a method for detecting and evaluating measuring signals in the production of webs (2), in particular webs, such as rolled strips, metal strips, film webs, paper webs, signals are detected time-based, converted the time-based signals in length-related signals and placed on a common length basis and a maximum correlation between the signals to be compared is determined. In a device (1) for detecting and evaluating measuring signals in the production of webs (2) for performing the method, at least one transducer (5, 6) for detecting tape speeds (v), at least one transducer (7, 8) in Area before and / or behind a belt processing unit for detecting band-related process variables (d), a timer (11) for clocking the measured value detection and a signal processing device (10) for processing and evaluating the detected measurement signals provided.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen und Auswerten von Messsignalen bei der Herstellung von Bahnen, insbesondere Stoffbahnen, wie gewalzten Bändern, Metallbändern, Folienbahnen, Papierbahnen, wobei Signale zeitbasiert erfasst und eine maximale Korrelation zwischen den zu vergleichenden Signalen ermittelt wird. Ein solches Verfahren ist aus der
Bei der Herstellung von Bahnen bzw. Bandmaterial, insbesondere gewalzten Bändern, wird die Produktqualität, insbesondere in Bezug auf die Dicke der Bänder, auf Schäden, wie Rattermarken etc. ständig kontrolliert, um Produktfehler schnell erkennen und beheben zu können. Hierzu wurden zahlreiche Verfahren entwickelt.In the production of webs or strip material, in particular rolled strips, product quality, in particular with regard to the thickness of the strips, is constantly monitored for damage, such as chatter marks, etc., in order to be able to quickly identify and remedy product defects. Numerous methods have been developed for this purpose.
Aus der
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Die
In „Verminderung von Rattermarken beim Dressieren von Stahlbändern”, Wilhelm Hofmann, Heinrich Aigner, Stahl und Eisen 118 (1998) Nr. 3, Seiten 69–72, wird ein System zum Vermeiden von Rattermarken auf einem Band beschrieben. Rattermarken treten auf als Folge räumlicher Biegeschwingungen von Arbeits- und Stützwalzen. Das System überwacht die Schwingungen und regelt automatisch die Bandlaufgeschwindigkeit. Im Rahmen der Überwachung werden durch einen Beschleunigungssensor Beschleunigungen vertikal zu der Walzrichtung erfasst und mit Hilfe der Fast Fourier Transformation aufsummiert und in ihre Frequenzspektren zerlegt. Die erhaltenen Beschleunigungswerte werden im Frequenzbereich zwischen 200 Hz und 1200 Hz in geschwindigkeitsproportionale Werte umgewandelt.In "Reduction of Chatter Marks in Steel Strip Dressing", Wilhelm Hofmann, Heinrich Aigner, Stahl and Eisen 118 (1998) No. 3, pages 69-72, a system for avoiding chatter marks on a belt is described. Chatter marks occur as a result of spatial bending vibrations of working and support rollers. The system monitors the vibrations and automatically regulates the tape speed. As part of the monitoring accelerations are detected by an accelerometer vertical to the rolling direction and summed using the Fast Fourier transform and decomposed into their frequency spectra. The obtained acceleration values are converted into velocity-proportional values in the frequency range between 200 Hz and 1200 Hz.
In „Einsatz rechnergestützter Überwachungs- und Diagnosesysteme an Walzanlagen”, Jerry Mackel, Bernd Geropp, Andreas Asch, Stahl und Eisen 119 (1999) Nr. 6/7, Seiten 167–174, wird eine Übersicht über rechnergestützte Anlagenüberwachungssysteme mit drehmomentgestützter Überwachung zum Erzielen einer hohen Produktqualität und Anlagenproduktivität zur Online-Qualitätssicherung vorgesehen. Bei einer anlagenbezogenen Stichplanoptimierung wird ein Klassierverfahren eingesetzt, das die gemessenen Drehmomentzeitverläufe statistisch aufsummiert. Hierdurch werden Belastungskollektive gebildet, die eine Abschätzung des Abnutzungsvorrats bzw. der Bautenermüdung gestatten. Schwingungssignale werden zur Schadenfrüherkennung und – lokalisierung im Zeit- und Frequenzbereich mit Verfahren der Signalanalyse untersucht. Für eine frequenzselektive Überwachung wird das Frequenzspektrum mit einer Grenzkurve verglichen. Es wird darauf hingewiesen, dass im Zeitbereich Schwingungskomponenten nur schwer bestimmten Maschinenkomponenten zugeordnet werden können. Im Frequenzbereich hingegen lassen sich Beiträge bestimmter Maschinenkomponenten zum Gesamtschwingungsbild leichter identifizieren und unterscheiden. Des weiteren wird die Anwendung eines Frequenz-Drehzahl-Diagramms und der Methode der digitalen Bildverarbeitung zu Vereinfachung einer Analyse beschrieben. Bei ersterem wird der während des Anlagenbetriebes durchfahrene Drehzahlbereich in Klassen konstanter Breite eingeteilt und das Frequenzspektrum jeweils mit der Klasse verrechnet, zu der die Bezugsdrehzahl gehört. Aus dem Drehzahl-Frequenz-Diagramm sind unmittelbar die drehzahlproportionalen und die nichtdrehzahlproportionalen Schwingungen als Störfrequenzen ablesbar, wobei die drehzahlproportionalen durch den Nullpunkt und die nichtdrehzahlproportionalen parallel zu der Drehzahlachse verlaufende Geraden zeigen.In "Use of computer-aided monitoring and diagnostic systems on rolling mills", Jerry Mackel, Bernd Geropp, Andreas Asch, Stahl and Eisen 119 (1999) No. 6/7, pages 167-174, an overview of computer-aided plant monitoring systems with torque-based monitoring to achieve a high product quality and plant productivity for online quality assurance provided. In a plant-related pass optimization, a classification method is used, which statistically adds up the measured torque time curves. As a result, load collectives are formed, which allow an estimate of the wear stock or the building fatigue. Vibration signals are examined for early damage detection and localization in the time and frequency domain using signal analysis techniques. For frequency-selective monitoring, the frequency spectrum is compared with a limit curve. It should be noted that in the time domain, vibration components are difficult to assign to specific machine components. In the frequency domain, on the other hand, contributions from certain machine components to the overall vibration pattern are easier to identify and distinguish. Furthermore, the application of a frequency-speed diagram and the method of digital image processing to simplify an analysis will be described. In the former, the speed range traveled during system operation is divided into classes of constant width and the frequency spectrum is in each case computed with the class to which the reference speed belongs. From the speed-frequency diagram, the speed-proportional and the non-speed-proportional vibrations are directly as noise frequencies readable, the speed proportional show through the zero point and the non-speed proportional parallel to the rotational axis extending straight lines.
Die
In „Neuronale Netze zur Identifikation der Exzentrizitäten beim Kaltwalzen”, Werner Haas Öve, Andreas Kugi, Karl Aistleitner, e&i 112. Jg. (1995), H. 7/8, Seiten 361–364, wird ein Verfahren zur Rekonstruktion von Exzentrizitäten aus gemessenen Signalen, die bei einem Kaltwalzvorgang durch Lagerabweichungen auftreten, unter Einsatz von Störgrößenkompensatoren beschrieben. Hierbei werden neuronale Netze zum Ermitteln der Exzentrizitäten eingesetzt. Aus Drehzahlinformationen der Arbeitswalzen und Stützwalzen sowie den Durchmessern von diesen wird ein Eingangsvektor für das neuronale Netz zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer bestimmten Abtastzeit ermittelt. Die Ausgangsgröße des Walzprozesses ist die Abweichung der Banddicke von der Sollbanddicke. Nach einem Verfahren nach Widrow und Hoff wird die Fouriertransformierte einer gemessenen Banddickenabweichung vor dem Abzug eines identifizierten Exzentersignals ermittelt. Diese Methode eignet sich besonders für den Einsatz bei langsamen zeitveränderlichen Prozessen. Anstelle des Einsatzes von neuronalen Netzen kann eine Identifikation nach der Methode der gewichteten kleinsten Quadrate erfolgen. Das neuronale Netz reagiert jedoch empfindlicher auf Schwankungen der Exzenterfrequenzen als die Methode der gewichteten kleinsten Quadrate. Es werden für das neuronale Netz je Abtastschritt weniger Rechenoperationen benötigt als bei der Methode der gewichteten kleinsten Quadrate, insbesondere bei sehr schnellen Abtastzeiten.In "Neural Networks for Identifying the Excess Conectivities in Cold Rolling", Werner Haas Öve, Andreas Kugi, Karl Aistleitner, e & i 112.Jg. (1995), H. 7/8, pp. 361-364, a method for the reconstruction of eccentricities is proposed measured signals, which occur during a cold rolling process by bearing deviations, described using Störkompchenatoren. Here, neural networks are used to determine the eccentricities. From rotational speed information of the work rolls and backup rolls and the diameters thereof, an input vector for the neural network is determined at a certain time with a certain sampling time. The output variable of the rolling process is the deviation of the strip thickness from the target strip thickness. According to a Widrow and Hoff method, the Fourier transform of a measured strip thickness deviation is determined before the deduction of an identified eccentric signal. This method is particularly suitable for use with slow time-varying processes. Instead of using neural networks, identification can be carried out by the weighted least squares method. However, the neural network is more sensitive to eccentric frequency variations than the weighted least squares method. There will be less for the neural network per sample step Arithmetic operations required as in the weighted least squares method, especially at very fast sampling times.
Dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik betreffend Vorrichtungen und Verfahren zum Überwachen von Walzwerksanlagen und der Qualität gewalzter Bänder insbesondere bei Kalt- und Warmwalzanlagen haftet der Nachteil an, dass ein Vergleich von Qualitätsmessdaten bei unterschiedlich langen Bändern kaum bzw. wenn überhaupt nur erschwert möglich ist.The above-described prior art concerning apparatuses and methods for monitoring rolling mills and the quality of rolled strip, especially in cold and hot rolling mills, has the disadvantage that a comparison of quality meassuring data with bands of different length is scarcely possible, if at all.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erfassen und Auswerten von Messsignalen bei der Herstellung von Bahnen, insbesondere Stoffbahnen, wie gewalzten Bändern, Metallbändern, Folienbahnen, Papierbahnen, zu schaffen, bei denen die geschilderten Nachteile nicht mehr auftreten und ein direkter Vergleich von Qualitätsmessdaten bei Bahnen und Bändern, insbesondere eine örtliche Zuordnung von Messschrieben der gleichen Messgröße von aufeinander folgenden Prozessschritten des gleichen Bandmaterials ermöglicht wird.The present invention is therefore based on the object to provide a method for detecting and evaluating measuring signals in the production of webs, in particular webs, such as rolled strips, metal strips, film webs, paper webs, in which the described disadvantages no longer occur and a direct Comparison of quality measurement data in orbits and bands, in particular a spatial assignment of measurement letters of the same measurement of successive process steps of the same strip material is made possible.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die zeitbasierten Signale in längenbezogene Signale umgewandelt und auf eine gemeinsame Längenbasis gebracht werden.This object is achieved by a method according to the preamble of
Dadurch wird ein Verfahren zum Erfassen und Auswerten von Messsignalen bei der Herstellung von Bahnen, insbesondere Stoffbahnen, wie gewalzten Bändern, Metallbändern, Folienbahnen, Papierbahnen, geschaffen, bei dem die Daten auf eine einheitliche Länge des Bandmaterials bezogen werden. Die Darstellung von Qualitätsmessdaten ist zunächst zeitbasiert, da die Daten in gleichen Zeitabschnitten bzw. zeitäquidistant erfasst werden. Beim Stand der Technik ist eine örtliche Zuordnung von Messschrieben der gleichen Messgröße von aufeinander folgenden ähnlichen Prozessschritten des gleichen Bandmaterials mit zeitbasierten Daten aufgrund der unterschiedlichen Verarbeitungsgeschwindigkeit in jedem Prozessschritt nicht direkt möglich. Beispielsweise wird die Messung der Banddicken beim Walzen bei aufeinanderfolgenden Stichen (Walzvorgangen) mit erfindungsgemäßen Maßnahmen vorgenommen. Alternativ können auch andere bandbezogene Prozessgrößen ermittelt werden. Anstelle eines Walzvorgangs ist die Verwendung auch bei anderen Bandbehandlungsverfahren und – anlagen möglich, wie z. B. beim Glühen, Beschichten, Umwickeln etc.This provides a method for detecting and evaluating measuring signals in the production of webs, in particular webs, such as rolled strips, metal strips, film webs, paper webs, in which the data are related to a uniform length of the strip material. The representation of quality measurement data is initially time-based, since the data is acquired in equal time intervals or at the same time. In the prior art, a local assignment of measurement letters of the same measured variable of successive similar process steps of the same strip material with time-based data due to the different processing speed in each process step is not directly possible. For example, the measurement of the strip thicknesses during rolling in successive passes (rolling processes) is carried out with measures according to the invention. Alternatively, other band-related process variables can also be determined. Instead of a rolling operation, the use is also possible in other strip treatment methods and systems, such. B. during annealing, coating, wrapping, etc.
Anschließend werden die zeitbasierten Signale in längenbezogene Signale umgewandelt. Die Zuordnung der Messschriebe von aufeinanderfolgenden Stichen erfolgt durch Ermitteln einer maximalen Korrelation, bevorzugt mittels Kreuzkorrelation, der längenbezogenen Signale nach Umwandlung der zeitbasierten in die längenbezogenen Signale. Zudem erfolgt vorzugsweise zum Erzeugen von äquidistanten längenbezogenen Daten eine Längenreduktion oder Streckung. Der Einsatz von Sensoren zur Fehlerdiagnose, insbesondere zum Aufspüren von Bandproblemen, wird durch den Vergleich der gemessenen und umgewandelten längenbezogenen Daten aufgrund der gleichen Vergleichsbasis möglich. Ebenso wird ein Überwachen der Sensoren hierdurch ermöglicht.Subsequently, the time-based signals are converted into length-related signals. The assignment of the measurement records of successive stitches takes place by determining a maximum correlation, preferably by means of cross-correlation, of the length-related signals after conversion of the time-based into the length-related signals. In addition, a length reduction or extension is preferably carried out to generate equidistant length-related data. The use of sensors for fault diagnosis, in particular for the detection of tape problems, is made possible by comparing the measured and converted length-related data on the basis of the same basis of comparison. Likewise, a monitoring of the sensors is made possible thereby.
Vorzugsweise werden die Messungen und/oder die Umwandlung der zeitbasierten in die längenbezogenen Signale offline vorgenommen. Insbesondere die Umwandlung der zeitbasierten in die längenbezogenen Signale kann dadurch einfacher und sehr effektiv vorgenommen werden, losgelöst vom aktuellen Herstellprozess, jedoch mit der Eingriffsmöglichkeit auf diesen in einem nachfolgenden Schritt.Preferably, the measurements and / or the conversion of the time-based to the length-related signals are made offline. In particular, the conversion of time-based to length-related signals can be made simpler and very effective, detached from the current manufacturing process, but with the possibility of intervention on this in a subsequent step.
Bevorzugt werden die Signale betreffend ein Ein- und Ausfädeln des Bandes in die und aus der Bandbehandlungsanlage und/oder eine anderweitig bedingte Signalabweichung von dem normalen Betriebszustand aus dem Messschrieb entfernt, insbesondere herausgeschnitten. Hierbei werden besonders bevorzugt zeitbasierte Flags für das Einfädeln und Ausfädeln bzw. allgemein die Ein- und Auslaufvorgänge mitgeschrieben. Dies bedeutet insbesondere, dass ein binäres Signal aufgezeichnet wird, das während der Ein- und Ausfädelzeit auf „1” liegt. Während der übrigen Zeit liegt dieses auf „0”. Ist es demnach bekannt, dass die ersten 500 Abtastpunkte, was z. B. einer Zeitdauer von 5 Sekunden bei einer Abtastung alle 0,01 Sekunden entspricht, dem Einfädeln entsprechen, können diese 500 Abtastpunkte des zeitbasierten Bandeigenschaftensignals (z. B. Banddickensignals) aus dem Messschrieb herausgeschnitten werden. Hierdurch ist die Einfädelphase aus dem Messschrieb entfernt. Entsprechendes gilt für die Ausfädelphase. Bei einem alternativen bevorzugten Verfahren werden alle Signalteile am Anfang und Ende des Messschriebs entfernt, die von einer vorgebbaren Signalabweichung abweichen, insbesondere diese überschreiten, z. B. größer sind als das 6-fache der Standardabweichung des Signals in der Mitte des Messschriebs. In diesem Falle kann die Verwendung von Flag-Signalen entfallen. Alternativ sind noch weitere Verfahren zum Entfernen von übermäßigen Signalabweichungen aus dem Messschrieb anwendbar.Preferably, the signals relating to a threading in and out of the strip in and out of the strip treatment plant and / or an otherwise conditional signal deviation from the normal operating state are removed from the measurement record, in particular cut out. In this case, time-based flags for threading and threading out, or generally the infeed and outfeed operations, are particularly preferably co-written. This means, in particular, that a binary signal is recorded which is "1" during the threading and unthreading time. During the rest of the time this is at "0". Is it known that the first 500 sampling points, z. For example, if a sampling time equal to 5 seconds corresponds to threading every 5 seconds, these 500 sampling points of the time-based band characteristics signal (eg band thickness signal) may be cut out of the measurement log. As a result, the threading phase is removed from the measurement record. The same applies to the Ausfädelphase. In an alternative preferred method, all signal parts at the beginning and end of the measurement record are removed, which deviate from a predefinable signal deviation, in particular exceed this, z. B. are greater than 6 times the standard deviation of the signal in the center of Messschriebs. In this case, the use of flag signals can be omitted. Alternatively, other methods for removing excessive signal deviations from the measurement record are applicable.
Vorzugsweise wird eine gemeinsame Längenbasis durch Integration des Geschwindigkeitsprofils des Bandes über der Zeit errechnet nach Preferably, a common length basis is calculated by integrating the velocity profile of the band over time
Der Geschwindigkeitsvektor v(t) enthält nichtäquidistante Längenwerte, die zum Anzeigen des Signals, z. B. eines Banddickensignals, über der Längenbasis verwendet werden können.The velocity vector v (t) contains non-equidistant length values used to indicate the signal, e.g. A band thickness signal, over the length basis.
Um eine äquidistante Längenbasis zu erhalten, wird vorzugsweise ein neuer Längenvektor L'(t) durch lineare Interpolation gebildet. Besonders bevorzugt kann dabei eingegeben werden, welchen Feinheitsgrad die lineare Interpolation aufweisen soll. Z. B. kann vorgegeben werden, dass der neue längenbezogene Vektor ebenso viele Messpunkte bzw. Abtastpunkte aufweist wie der ursprüngliche zeitbasierte Vektor. Ebenso kann ein neuer Längenabschnitt ΔL vorgegeben werden, der die Längenbasis durch Aufteilen der Bandlänge in Segmente der Länge ΔL erzeugt.In order to obtain an equidistant length basis, a new length vector L '(t) is preferably formed by linear interpolation. It can be particularly preferred to enter which degree of fineness the linear interpolation should have. For example, it may be specified that the new length-related vector has as many measurement points or sampling points as the original time-based vector. Likewise, a new length section .DELTA.L can be specified, which generates the length base by dividing the strip length into segments of length .DELTA.L.
Vorzugsweise werden die Signale gespiegelt, wobei zum Spiegeln des Signalvektors dieser vorzugsweise durch eine Spiegelfunktion umgewandelt wird, wobei die Spiegelfunktion den Vektor umklappt. Hierdurch entsteht ein Ausgangsvektor mit der gleichen Abtastrate, jedoch einer umgekehrten Anordnung der Messpunkte. Wenn der Eingangsvektor v = [1 2 3 ...] ist, ist der gespiegelte Vektor vm = [... 3 2 1]. Das Spiegeln erweist sich als vorteilhaft beim Vergleich von Auslaufprozessgrößen eines Verarbeitungsschritts mit Einlaufprozessgrößen des nachfolgenden Verarbeitungsschritts. Durch Auf- und Abwickeln von Bahnen oder Bändern ändert sich die Bearbeitungsrichtung. Die zuletzt aufgewickelte Bahn wird als erste wieder abgewickelt. Bei der Signalauswertung wird daher vorzugsweise eines der Signale umgekehrt, um es mit dem anderen vergleichen zu können. Ein Spiegeln von Signalen wird bei anderen Vergleichen nicht bevorzugt, da diese mit dem gleichen Vorzeichen vorliegen.Preferably, the signals are mirrored, wherein to mirror the signal vector, this is preferably converted by a mirror function, the mirror function flipping the vector. This results in an output vector with the same sampling rate, but a reverse arrangement of the measurement points. If the input vector is v = [1 2 3 ...], the mirrored vector v m = [... 3 2 1]. The mirroring proves to be advantageous when comparing run-off process variables of a processing step with run-in process variables of the subsequent processing step. By winding and unwinding webs or ribbons, the machining direction changes. The last wound web will be processed first again. In the signal evaluation, therefore, preferably one of the signals is reversed in order to be able to compare it with the other one. Mirroring signals is not preferred in other comparisons because they are of the same sign.
Beim Vergleich der Banddicken unterschiedlicher Fertigungsdurchgänge oder am Anfang und Ende unterscheidet sich die Gesamtbandlänge üblicherweise. Daher wird vorzugsweise eine Bandlänge gewählt, die für alle Gegebenheiten gleich ist und einen Vergleich ermöglicht. Bei der Anpassung an eine gemeinsame vergleichbare Bandlänge wird vorzugsweise die jeweils kürzere Signallänge gestreckt. Die Streckung erfolgt bevorzugt durch lineare Interpolation. Dadurch weist das neue Signal ebenso viele Messpunkte bzw. Abtastwerte auf wie das längere unveränderte, insbesondere nicht gestreckte oder verkürzte Signal. Das Strecken erweist sich gegenüber dem Kürzen des längeren Signals als vorteilhaft, da kein Informationsverlust befürchtet werden muss. Das Strecken von Signalen erweist sich außerdem als vorteilhaft, sofern ein Benutzer die Enddaten betrachten bzw. vergleichen möchte. Ein Strecken von Signalen ist weder unbedingt erforderlich für die Kreuzkorrelation noch um einen optimalen Verschiebefaktor für die Daten zum Verschieben auf dem Diagramm zum besseren Vergleichen der Daten zu erhalten. Die Kreuzkorrelationsfunktion kann ebenfalls auf der Grundlage eines nicht gestreckten Signals ermittelt werden.When comparing the strip thicknesses of different production passages or at the beginning and end of the total tape length usually differs. Therefore, a band length is preferably selected that is the same for all conditions and allows a comparison. When adapting to a common comparable band length, the shorter signal length is preferably stretched. The stretching is preferably carried out by linear interpolation. As a result, the new signal has as many measuring points or sampling values as the longer, unchanged, in particular not stretched or shortened signal. The stretching proves to be advantageous compared to shortening the longer signal, since no loss of information must be feared. The stretching of signals also proves advantageous if a user wants to view or compare the final data. Stretching signals is not strictly necessary for the cross-correlation nor to obtain an optimal shift factor for the data to move on the chart to better compare the data. The cross-correlation function can also be determined on the basis of a non-stretched signal.
Um die Signale übereinander so anordnen zu können, dass einander entsprechende Teile an der gleichen Stelle liegen, werden die Signale vorzugsweise gegeneinander um den bei der Kreuzkorrelation gefundenen Verschiebefaktor verschoben. Während des Verschiebens wird den Signalen vorzugsweise ein jeweiliger individueller Längenvektor zugeordnet, um diese geeignet darstellen zu können. Daher werden die Signalenden bezüglich des letzten Wertes verlängert, so dass sie die gleiche Länge, den gleichen Anfang und das gleiche Ende aufweisen. Dadurch kann der gleiche Längenvektor verwendet werden.In order to be able to arrange the signals one above the other in such a way that corresponding parts are located at the same position, the signals are preferably shifted relative to each other by the displacement factor found in the cross-correlation. During the shifting, the signals are preferably assigned a respective individual length vector in order to be able to represent them appropriately. Therefore, the signal ends with respect to the last value are extended to have the same length, the same start, and the same end. As a result, the same length vector can be used.
Zum Auffinden eines geeigneten Verschiebefaktors, um den die Signale gegeneinander verschoben werden, wird bevorzugt eine Kreuzkorrelation zwischen den zu vergleichenden Signalen vorgesehen. Eine solche Kreuzkorrelationsfunktion zwischen zwei Signalen x(t) und y(t) ist definiert zu (s. a. Rolf Isermann „Identifikation dynamischer Systeme I”, 2. Aufl. 1992, Springer Verlag, Seite 124–134) 
Die Signale können so bearbeitet werden, dass sich ein Mittelwert von Null einstellt. Da die verfügbaren Datensätze sich auf eine endliche Länge N beziehen, kann die Kreuzkorrelationsfunktion nicht genau berechnet werden. Eine Abschätzung kann jedoch auf der Grundlage der folgenden Gleichung erfolgen 
Der Maximalwert für den Versatz τ, für den die Kreuzkorrelationsfunktion berechnet wird, wird vorzugsweise als ein Bruchteil der Länge des kürzeren der beiden Vektoren x und y vorgegeben, z. B. zu 20%. Die maximale Korrelation beträgt dann 
Für den Fall, dass keine signifikante Korrelation zwischen den zu vergleichenden Signalen gefunden werden kann, wird bevorzugt ein 95%-Sicherheitsintervall bestimmt. Sofern die errechnete maximale Korrelation außerhalb bzw. unterhalb des Sicherheitsintervalls liegt, wird vorzugsweise ein Merker gesetzt, um anzuzeigen, dass keine maximale Korrelation möglich ist, somit ein Vergleich zwischen den Signalen nicht sinnvoll erscheint.In the event that no significant correlation can be found between the signals to be compared, a 95% confidence interval is preferably determined. If the calculated maximum correlation lies outside or below the safety interval, a flag is preferably set in order to indicate that no maximum correlation is possible, so that a comparison between the signals does not appear to make sense.
Vorzugsweise wird nur eine positive Korrelation bei der Suche nach der maximalen Korrelation vorgenommen, da ein Verschieben der Signale auf der Grundlage einer negativen Korrelation nicht immer zu korrekten Ergebnissen führt, da dabei eine positive Abweichung in dem einen Signal einer negativen Abweichung in dem anderen Signal entspricht. Daher sollte die Abweichung bei beiden Signalen dasselbe Vorzeichen aufweisen, um sinnvolle Ergebnisse zu liefern.Preferably, only a positive correlation is made in the search for the maximum correlation since shifting the signals on the basis of a negative correlation does not always lead to correct results, since a positive deviation in the one signal corresponds to a negative deviation in the other signal , Therefore, the deviation should have the same sign on both signals to give meaningful results.
Außerdem erweist es sich als vorteilhaft, wenn für die Kreuzkorrelationsanalyse bei den Signalwerten keine Ausreißer vorhanden sind, also keine einen bestimmten Maximal- und/oder Minimalwert überschreitende Signalwerte, da diese das Ergebnis verfälschen können. Daher erweist es sich als vorteilhaft, die während der Ein- und Auslaufphase und während der Zeit, zu der die Regelungs- bzw. Steuerungseinheit noch nicht läuft, aufgenommenen Daten aus der Betrachtung herauszunehmen. Daher wird vorzugsweise eine Abfrage dahingehend vorgenommen, ob die Einlaufphase beendet ist bzw. die Auslaufphase noch nicht begonnen hat und ob die Bandgeschwindigkeit oberhalb eines vorbestimmten Minimalwertes liegt. Die Signale während einer Einlauf- und Auslaufphase und einer zu niedrigen Bandgeschwindigkeit werden von der Korrelationsanalyse ausgenommen. Alternativ können anstelle der Einlauf- und Auslaufsignale als Anfangs- und Enddaten diejenigen Teile aus dem Messschrieb herausgeschnitten werden, bei denen der Massenflussregler oder beispielsweise eine Dickenregelung nicht aktiv sind. Auch für die Aktivierung der Massenflussregelung bzw. der Dickenregelung wird ein binäres Signal gegeben. Grundsätzlich kann das Herausschneiden also von verschiedenen Ausgangspunkten aus vorgenommen werden, wobei alle Teile am Anfang und Ende des Messschriebs, die noch nicht dem Arbeitbereich zugerechnet werden, vorzugsweise herausgenommen werden, um das Messergebnis nicht zu verfälschen.In addition, it proves to be advantageous if there are no outliers for the cross-correlation analysis in the signal values, that is, no signal values exceeding a specific maximum and / or minimum value, since these can falsify the result. Therefore, it proves to be advantageous to remove the data recorded during the run-in and run-down phase and during the time when the control unit is not yet running. Therefore, a query is preferably made as to whether the run-in phase has ended or the run-down phase has not yet started and whether the tape speed is above a predetermined minimum value. The signals during a run-in and run-out phase and too low a tape speed are excluded from the correlation analysis. Alternatively, instead of the run-in and run-out signals, those parts may be cut out of the measurement record as start and end data in which the mass flow controller or, for example, a thickness control is not active. Also for the activation of the mass flow control or the thickness control a binary signal is given. In principle, therefore, the cutting out can be carried out from different starting points, with all parts at the beginning and end of the measuring record, which are not yet attributed to the working area, preferably being removed so as not to falsify the measurement result.
Vorzugsweise sind für die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Eingangsgrößen der Signalverarbeitungseinrichtung zum Umwandeln von zeitbasierten in längenbezogene Signale und zu deren Korrelation zwei zu analysierende zeitbasierte Messschriebe, ein Zeit-Merkersignal eines Einlaufs und eines Auslaufs und die Eingangs- und Ausgangsgeschwindigkeiten des Bandes bzw. der Bänder und somit der zeitbasierte Vektor, die zu vergleichenden Signale, wie beispielsweise Banddickensignale, die Geschwindigkeitsvektoren für die zu vergleichenden Signale und, sofern vorhanden, Merker für die Einlauf- und Auslaufphase und/oder die Phase, zu der sich die Steuerungs- oder Regelungseinheit in einem automatischen Betrieb befindet.Preferably, for the apparatus for carrying out the method, inputs of the signal processing means for converting time-based to length-related signals and correlating them are two time-based measurement scripts to be analyzed, one time-in signal and one run-out flag signal, and the input and output velocities of the band (s) and thus the time-based vector, the signals to be compared, such as band thick signals, the velocity vectors for the signals to be compared and, if present, markers for the start-up and shut-down phase and / or the phase to which the control unit is integrated automatic operation is located.
Die drei Hauptanwendungsbereiche für die beschriebenen Algorithmen sind der Vergleich von Eingangs- und Ausgangseigenschaften einer Probe bei einem Arbeitsdurchgang, der Vergleich der Eingangseigenschaft eines Arbeitsdurchgangs mit der Ausgangseigenschaft des vorherigen Arbeitsdurchgangs und der Vergleich der Eingangs- und Ausgangseigenschaften verschiedener Arbeitsdurchgänge. Weitere Anwendungsgebiete können das Erzeugen von Differenzsignalen zum Feststellen von Signaländerungen sein.The three main application domains for the described algorithms are the comparison of input and output characteristics of a sample in a work cycle, the comparison of the input property of a work pass with the output property of the previous work pass, and the comparison of the input and output characteristics of different work passes. Further areas of application may be the generation of differential signals for detecting signal changes.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in: For a more detailed explanation of the invention embodiments will be described in more detail below with reference to the drawings. These show in:
Die Vorrichtung
Aus den erfassten Geschwindigkeitswerten v(t) im Ein- und Auslauf errechnet eine Signalverarbeitungseinrichtung
Über eine Anzeigeeinrichtung
Die Auswertung der Signale in der Signalverarbeitungseinrichtung
Bei dem Schritt der Umwandlung von einer Zeit- auf eine Längenbasis wird zunächst eine nichtäquidistante Längenbasis errechnet. Nachfolgend wird unter Verwendung einer linearen Interpolation ein äquidistanter Vektor für Längenbasis und Datenvektor, hier Ausgangsdicke dAusgang des Bandes, berechnet unter Verwendung einer bestimmten Abschnittslänge als neuem Längeninkrement. Der entsprechende Zusammenhang zur Veranschaulichung dieses Schritts lautet:
- t
- – äquidistanter Zeitvektor in Sekunden
- y
- – Datenvektor, zeitäquidistant
- v
- – Geschwindigkeitsvektor (zeitäquidistant) in Metern pro Minute
- Lseg
- – Abschnittslänge in Metern, Vorgabe Lseg = Bandlänge/Anzahl der Abtastungen
- einlauf
- – Merker zum Anzeigen des Einlaufs (1 = ja, 0 = nein), falls angegeben, sind Einlaufabschnitte von den Daten ausgenommen; Vorgabe ist üblicherweise kein Einlauf/Auslauf;
- auslauf
- – Merker zum Anzeigen des Auslaufs (1 = ja, 0 = nein), falls angegeben, sind Auslaufabschnitte von den Daten ausgenommen; Vorgabe ist kein Einlauf/Auslauf;
- plt
- – Merker für das Drucken oder Darstellen von Ergebnissen (1 = ja, 0 = nein); Vorgabe ist zumeist ja;
- L
- – nichtäquidistanter längenbezogener Vektor, der gegen y und v aufgetragen werden kann;
- Leq
- – äquidistante Längenbasis (nach der Interpolation)
- yeq
- – äquidistanter Datenvektor (nach der Interpolation)
- t
- - equidistant time vector in seconds
- y
- - Data vector, time equidistant
- v
- - Velocity vector (time equidistant) in meters per minute
- LSEG
- - Section length in meters, default Lseg = tape length / number of scans
- enema
- - flag to indicate the inlet (1 = yes, 0 = no), if indicated, inlet sections are excluded from the data; Default is usually no enema / spout;
- outlet
- - flag to indicate the spout (1 = yes, 0 = no), if indicated, spill sections are excluded from the data; Default is no entry / exit;
- plt
- - Flag for printing or displaying results (1 = yes, 0 = no); The default is usually yes;
- L
- - non-equidistant length-related vector that can be plotted against y and v;
- Leq
- - equidistant length basis (after interpolation)
- yeq
- - equidistant data vector (after interpolation)
Im einem zweiten in
- y
- – Eingangssignal
- ym
- – gespiegeltes Eingangssignal
- y
- - input signal
- ym
- - mirrored input signal
In
Der Zusammenhang für das Strecken des kürzeren der beiden Signale x und y, so dass es die gleiche Gesamtlänge wie das längere aufweist, lautet:
- Lx
- – äquidistante Längenbasis von Signal x
- x
- – erstes der beiden auf die gleiche Länge zu streckenden Signale
- Ly
- – äquidistante Längenbasis des Signals y
- y
- – zweites der beiden auf die gleiche Länge zu streckenden Signale
- plt
- – Druck- oder Anzeigemerker (
Vorgabe 1 = ja)
- Ls
- – neue Längenbasis (ist gleich der Längenbasis des längeren Signals)
- xs
- – gestreckte Version von x (wenn x kleiner ist als y, anderenfalls ist xs = x)
- ys
- – gestreckte Version von y (wenn y kürzer ist als x, anderenfalls ist ys = y)
- Lx
- Equidistant length basis of signal x
- x
- - first of the two signals to be stretched to the same length
- Ly
- Equidistant length basis of the signal y
- y
- Second of the two signals to be stretched to the same length
- plt
- - Print or display marker (
default 1 = yes)
- ls
- New length base (equals the length base of the longer signal)
- xs
- - stretched version of x (if x is less than y, otherwise xs = x)
- ys
- - stretched version of y (if y is shorter than x, otherwise ys = y)
In
Es wird nun die maximale positive Korrelation und der Versatz für die beiden korrelierten Signale s1 und s2 ermittelt. In
- s1
- – erste Zeitfolge
- s2
- – zweite Zeitfolge
- nVersatz
- – Anzahl von Versätzen für das Auffinden der Korrelation (Vorgabe: halbe Länge des kürzeren Signals)
- plt
- – Merker für das Drucken oder Anzeigen (
Vorgabe 1 = ja)
- XCF
- – Kreuzkorrelationsfunktion bzw.
Vektor einer Länge 2·nVersätze + 1;Versatz 0 liegt bei nVersatz + 1; - Versatz
- – Versätze enthaltender Vektor [–nVersatz:1:nVersatz]
- Grenzen
- – Sicherheitsintervallgrenze zum Feststellen einer nicht signifikanten Korrelation der Signale
- Korrmax
- – Wert der maximalen positiven Korrelation
- Verschiebefak
- – Anzahl von Abtastungen der maximalen positiven Korrelation
- s1
- - first time sequence
- s2
- - second time sequence
- nVersatz
- - Number of offsets for finding the correlation (default: half length of the shorter signal)
- plt
- - Flag for printing or displaying (
default 1 = yes)
- XCF
- Cross-correlation function or vector of
length 2 × n sums + 1; Offset 0 is at nset + 1; - offset
- - Vector containing vectors [-nversatz: 1: nVersatz]
- border
- - Safety interval limit for detecting a non-significant correlation of the signals
- Korrmax
- - Value of the maximum positive correlation
- Verschiebefak
- Number of samples of the maximum positive correlation
Im einem weiteren Schritt werden die Signale s1 und s2 durch den Verschiebefaktor über der Länge so verschoben, dass ihre maximale Kreuzkorrelation bei einem Versatz von Null liegt. Die Signale werden nachfolgend mit dem Mittelwert des Signals in beiden Richtungen aufgefüllt, um sie gleich lang zu machen. Falls das Auffüllen nicht gewünscht wird, können die Signale s1 und s2 alternativ korrekt übereinander ausgedruckt werden unter Verwendung von Zeitvektoren t1 und t2. Der den Verschiebeschritt wiedergebende Zusammenhang lautet:
- s1
- – erste Zeitfolge
- s2
- – zweite Zeitfolge
- L_s
- – längenbezogener Vektor für s1 und s2
- Verschiebefak
- – Anzahl von Versätzen, um die die Signale verschoben werden sollen; das Vorzeichen gibt die Richtung des Verschiebens an;
- plt
- – Merker für das Drucken oder Anzeigen der Ergebnisse
- ssh1
- – verschobenes und aufgefülltes Signal s1
- ssh2
- – verschobenes und aufgefülltes Signal s2
- L_ss
- – längenbezogener Vektor für das Drucken oder Anzeigen von ssh1 und ssh2 über der Bandlänge
- t1
- – verschobene Längenbasis (kann zum Drucken oder Anzeigen von s1 verwendet werden)
- t2
- – verschobene Längenbasis (kann zum Drucken oder Anzeigen von s2 verwendet werden)
- s1
- - first time sequence
- s2
- - second time sequence
- L_S
- - Length-related vector for s1 and s2
- Verschiebefak
- - number of offsets by which the signals are to be shifted; the sign indicates the direction of the movement;
- plt
- - Flag for printing or displaying the results
- ssh1
- - shifted and filled signal s1
- ssh2
- - shifted and filled signal s2
- L_ss
- - Length-related vector for printing or displaying ssh1 and ssh2 over the tape length
- t1
- - shifted length base (can be used to print or display s1)
- t2
- - shifted length basis (can be used to print or display s2)
In
In
Bei dem Vergleich einer Eingangsdicke eines ersten Walzdurchgangs mit der Ausgangsdicke eines vorherigen Walzdurchgangs, werden zwei Messungen für exakt die gleiche Materialmenge vorgenommen. Im Idealfall ist das Eingangsdickensignal des einen Durchgangs das gleiche wie das Ausgangsdickensignal des vorherigen Durchgangs. Durch eine derartige Vergleichsmessung können Messfehler, wie beispielsweise ein Offset, oder Probleme mit der Handhabung des Bandcoils bzw. Bundes im Wesentlichen vermieden werden. Gemäß
Ein Vergleich der Ein- und Ausgangsdicken von n verschiedenen Walzdurchgängen ist sehr aufwendig. Es werden alle verfügbaren Dickenmessungen (am Eingang, am Ausgang oder an beiden) für dasselbe Bandcoil bzw. denselben Bund für alle Durchgänge auf der Grundlage der gleichen Längenbasis vorgenommen. Ein Beispiel für die Ausgangsdicke eines in drei Durchgängen gerollten Bunds ist in
Der Vergleich von Signalen eines ersten und eines letzten Durchgangs, sofern mehr als zwei Durchgänge in die Betrachtung einbezogen werden, ist nicht sehr aussagekräftig, da die Bandlängen sehr unterschiedlich sein können. Abweichungen von der ersten Eingangsdicke werden dabei teilweise verstärkt und führen zu nicht reproduzierbaren Enddicken. Dies ergibt sich auch aufgrund der Tatsache, dass sich das Signal während der einzelnen Durchgänge teilweise merklich ändert und andere Signalabweichungen auf die Bandqualität Einfluss nehmen. Die Beurteilung der Ergebnisse sollte daher in solchen Fällen mit großer Sorgfalt erfolgen. Es wird folglich bevorzugt, die Signale nur zweier aufeinander folgender Durchgänge miteinander zu vergleichen.The comparison of signals of a first and a last pass, if more than two passes are included in the consideration, is not very meaningful, since the band lengths can be very different. Deviations from the first input thickness are thereby partially reinforced and lead to non-reproducible final thicknesses. This is also due to the fact that the signal changes in some cases significantly during the individual passes and other signal deviations influence the band quality. The evaluation of the results should therefore be done with great care in such cases. It is therefore preferred to compare the signals of only two consecutive passes.
Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen können noch zahlreiche weitere gebildet werden, bei denen jeweils ein zeitbasiertes Signal in ein längenbezogenes umgewandelt und mehrere derart umgewandelte Signale miteinander korreliert und verglichen werden, um Aussagen über die Produktqualität von Bändern bzw. Bahnen, insbesondere gewalzten Bändern, zu erhalten.In addition to the exemplary embodiments described above and illustrated in the drawings, numerous others can be formed in which a time-based signal is converted into a length-related one and a plurality of signals thus converted are correlated and compared with one another in order to obtain information about the product quality of tapes or webs. in particular rolled strips, to obtain.
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| Publication number | Publication date |
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Effective date: 20130214 |