DE19709992C1 - Verfahren zum Messen der Oberflächengeometrie von Warmband - Google Patents

Verfahren zum Messen der Oberflächengeometrie von Warmband

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Oberflächengeometrie von Warmband unter Erzeugung von Linien auf der Bandoberfläche mittels einer Lichtquelle (US 5 488 478).
Das bei Kaltbandstraßen übliche Kontaktmessen ist im Warmbandbereich aufgrund der hohen Temperatur des Bandes - von etwa 1000°C - nur mit erheblichem Instandhaltungs­ aufwand möglich. Ein Kontaktmessen ist auch an den Stirnflächen eines in einem Haspel entstehenden Coils nicht möglich. Es ist daher schwierig, wenn nicht gar unmöglich, Band so zu haspeln, daß im Coil jede Windung exakt über der voraufgehenden liegt und sich so plane Stirnflächen ergeben.
Die Bandplanheit wird in Warmbandstraßen vorzugsweise berührungslos gemessen. Bekannt ist beispielsweise ein Messen von Planheitsabweichungen mit Hilfe von auf das Band projizierten Lichtpunkten. Die Raumlage des vor­ zugsweise mit Hilfe eines Laserstrahls auf der Bandoberfläche erzeugten Lichtpunkts wird mit einem Abstandssensor erfaßt.
Die beiden ebenen Ortskoordinaten eines bestimmten Ober­ flächenpunktes sind durch die relative Lage zwischen Ab­ tast- bzw. Beleuchtungsstrahl und der Bandoberfläche bekannt. Die Höhenkoordinate des Oberflächenpunktes, der aktuell vermessen wird, erfaßt ein ortsempfindlicher Detektor. Mit der Höhenkoordinate verändert sich gleichzeitig die Position des Abbildungspunktes auf dem Sensor.
Mit mehreren Strahlenquellen und Sensoren läßt sich so ein Planheitsbild über die gesamte Breite des Bandes erstellen, das sich aus den Meßergebnissen der in be­ stimmten Abständen auf das Band projizierten Lichtpunkte zusammensetzt. Die zwischen den Lichtpunkten befindlichen Bereiche werden allerdings bei diesem Verfahren nicht erfaßt und bilden bei einem fortlaufenden Band streifenförmige Meßlücken, deren Planheit nicht ermittelt wird. Darüber hinaus kommt es dadurch zu Meßfehlern, daß beispielsweise ein Flattern des Bandes meßtechnisch als Bandunebenheit erfaßt wird.
In der Automobilindustrie ist es bekannt, kleinere Ober­ flächen mit Hilfe der Moire-Technik zu vermessen. Dabei wird auf der Objektoberfläche ein Interferenzmuster mit­ tels einer Lichtquelle erzeugt. Mit Hilfe einer CCD-Kame­ ra (CCD = Charge-coupled-device) wird das Interferenz­ muster erfaßt. Die Kamera ist so angeordnet, daß sich ein Winkel zwischen der Lichtquelle der Oberfläche und der Kamera ergibt. Durch ein Referenzraster in der Bildebene entsteht durch Überlagerung des aufgenommenen Musters mit dem Referenzmuster ein sogenannter Moire-Effekt. Aus den Moire-Linien lassen sich die Höhendifferenzen quantitativ ermitteln.
Die Moire-Technik liefert genauere Meßergebnisse als das Messen mit Lichtpunkten; sie erfaßt darüber hinaus im wesentlichen die gesamte Meßfläche und vermeidet die oben erwähnten Meßlücken. Der Einsatz in einer Warmbandstraße ist jedoch problematisch.
Um die Höhendifferenzen des Warmbandes quantitativ zu ermitteln, ist eine komplizierte Umrechnung der von der Kamera erfaßten Muster erforderlich. Die als Moire-Li­ nien abgebildeten Höhendifferenzen lassen sich nicht in Echtzeit in quantitative Meßwerte umrechnen.
In einer Walzstraße sind aber gerade schnelle Meßergeb­ nisse erforderlich, da die Messung sich sonst kaum für ein direktes Anpassen der Walzparameter zur Verbesserung der Planheit des durchlaufenden Bandes ausnutzen läßt. Für den industriellen Einsatz mangelt es darüber hinaus den feinen Interferenzmustern an Kontrast- und Intensi­ tätsstärke.
Bei herkömmlichen Warmbandstraßen, bei denen die Band­ planheit nach einem der obenerwähnten Verfahren erfaßt wird, findet keine Erfassung der Planheitsfehler aus der Kühlstrecke statt, was erhebliche Qualitätsverluste zur Folge haben kann.
Aus der US-Patentschrift 5 488 478 ist eine Vorrichtung zur Oberflächenmessung eines Metallbandes bekannt, bei der mit Hilfe eines Laserstrahls Linien auf der Metall­ oberfläche erzeugt werden, die von mehreren Line-scan­ kameras erfaßt und durch Vergleich mit einem Referenzmu­ ster zur Bestimmung der Oberflächengeometrie ausgewertet werden. Diese Vorrichtung erfordert einen erheblichen Konstruktionsaufwand und erlaubt darüber hinaus nur eine grobe Teilaussage über die Oberflächengeometrie des Ban­ des. Darüber hinaus sind der Betriebsgeschwindigkeit dieses Systems aufgrund des rotierenden Spiegels zur Erzeugung der Laserlinien Grenzen gesetzt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Verbesserung der Bandqualität durch ein einfaches und effektives Erfassen der Band­ planheit erlaubt und eine feinfühlige Regelung der Walz- und/oder Haspelparameter zuläßt.
Dieses Problem wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.
Auf der Meßober­ fläche und/oder der Stirnfläche eines im Entstehen be­ griffenen Coils wird durch Projektion ein Linienmuster erzeugt, in zweckmäßiger Ausgestaltung wird das Linienmuster mit einer das Linienmuster auflösenden Kamera erfaßt und die erfaßten Meßdaten werden mit einer Referenzmessung verglichen. Mit Hilfe eines Prozeßrechners werden die Meßergebnisse unmittelbar in Steuerungsparameter für die Fertigstraße und den Haspel umgesetzt und koordiniert.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt insbesondere den Vorteil einer hohen Störungsunempfindlichkeit, die in einer Walzstraße von Bedeutung ist, da keine empfindli­ che Laseroptik zum Einsatz kommt, sondern ein unempfind­ licher Diaprojektor benutzt werden kann.
Unter Meßoberfläche ist hier die Oberfläche des Bandes oder die aus einer mehr oder minder großen Zahl von Win­ dungen des Bandes bestehende Stirnfläche eines Coils beim Haspeln zu verstehen.
Ein Projektor erzeugt ein der Auflösung der Kamera ent­ sprechendes Linienmuster auf der Bandoberfläche bzw. der Stirnfläche des Coils. Der Projektor ist dabei oberhalb des Warmbandes angeordnet und projiziert das Linien­ muster in einem Winkel zur Vertikalen auf die Oberfläche des Warmbandes, so daß sich die Linien vorzugsweise quer zur Bandoberfläche erstrecken und somit die ganze Band­ breite erfassen.
Eine CCD-Kamera mit einer Auflösung von beispielsweise acht Pixel pro Linie erfaßt die quer über die Bandober­ fläche verlaufenden Linien. Bei einer absoluten Band­ planheit entsteht ein gleichmäßiges Muster gerader Linien mit unverändertem Linienabstand.
Abweichungen der Bandoberfläche von der idealen Ebene bewirken eine Änderung des Linienabstandes im Bereich der Unebenheit. Diese Änderung erfaßt die Kamera. Sie läßt sich rechnerisch durch einen Vergleich mit einem Ide­ almuster auf einfache Weise in Höhendifferenzen umrech­ nen.
In ähnlicher Weise wie beim Planheitsmessen am laufenden Band, läßt sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Meß­ systems die Planheit der Stirnflächen beim Haspeln über­ wachen bzw. gewährleisten. Die Stirnfläche des sich im Haspel aufbauenden Coils entspricht dabei der Bandober­ fläche.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht eine schnelle Ermittlung der tatsächlichen Höhendifferenzen der Band­ oberfläche und erlaubt so eine Echtzeiterfassung fort­ laufender Bandabschnitte. Dies hat den Vorteil, daß die Meßergebnisse ein Anpassen der Walzparameter unmittelbar nach dem Auftreten einer Unebenheit erlauben.
Die Erfindung ermöglicht eine Messung, die unempfindlich ist gegen Verfälschungen der Meßergebnisse. Solche Ver­ fälschungen entstehen bei herkömmlichen Meßsystemen bei­ spielsweise infolge einer Bewegung der gesamten Bandober­ fläche bezüglich der Höhenkoordinate (Flattern). Die Erfindung erlaubt darüber hinaus, die Querwölbung des Bandes zu bestimmen. Konventionelle Meßsysteme erfassen lediglich die Bandfaserlänge. Die Meßlinien lassen sich zudem bezüglich ihrer Intensität und Liniendicke unter­ schiedlichen Bedingungen anpassen. Die Probleme der feinen intensitäts- und kontrastschwachen Moire-Linien treten nicht auf.
Das erfindungsgemäße System eignet sich besonders für ein Messen am aus der Fertigstaffel auslaufenden Warmband in Verbindung mit einer Messung des Bandes am Haspel. Durch diese Anordnung können Veränderungen der Bandplanheit infolge des Bandabkühlens zwischen Fertigstaffel und Haspel erfaßt und zur Planheitsregelung verwertet werden.
Die Meßdaten lassen sich zur Regelung der Fertigstaffel, des Haspels und zur Steuerung der Kühlstrecke verwerten.
Meßergebnisse, die eine Sollwertabweichung beinhalten, bewirken eine sofortige und aufeinander abgestimmte An­ passung der Parameter für die Fertigstaffel, die Kühl­ strecke und den Haspel.
Das erfindungsgemäße System läßt sich neben der Plan­ heitsmessung in einer Fertigstraße auch in nachgeschalte­ ten Produktionslinien wie zum Beispiel bei der Regelung von Streckrichtanlagen und in Beizlinien einsetzen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: die Erzeugung und Erfassung der Meßlinien auf einem Bandabschnitt;
Fig. 2: die Anordnung eines Projektors und einer Kamera hinter einer Fertigstaffel;
Quer zum Band 1 verlaufende Meßlinien 2 werden durch einen Projektor 3 auf der Meß- bzw. Bandoberfläche 4 erzeugt.
Die Meßanordnung ist im Auslauf der Fertigstaffel 6 ei­ nerseits und vor dem Haspel andererseits an einem Meß­ haus 13 angeordnet. Die CCD-Kamera 5 befindet sich auf der dem Haspel 6 abgewandten Meßhausseite in einem wassergekühlten Gehäuse. Der Projektor 3 ist auf der dem Haspel 6 zugewandten Meßhausseite angeordnet. Zur Wärme­ abfuhr wird das Gehäuse mit Kühlluft beaufschlagt. Die Kühlung des Projektors 3 und der Kamera 5 ist zum Abfüh­ ren der Eigenwärme und der von dem etwa 1000°C heißen Band 1 ausgehenden Wärmestrahlung erforderlich.
Die bezüglich der Bandlaufrichtung hintereinander ange­ ordnete Kamera 5 und der Projektor 3 sind auf einen zwi­ schen ihnen befindlichen Bandbereich ausgerichtet, auf dem das Linienmuster erzeugt und abgetastet wird. Als Projektor läßt sich beispielsweise eine Xenon-Lichtquelle einsetzen, die auch auf einer heißen Bramme ein gut lesbares Linienmuster erzeugt.
Unebenheiten auf der Bandoberfläche 4 bewirken einen unregelmäßigen Verlauf der Meßlinien 2 bzw. deren Abwei­ chung von der geometrischen Geraden.
Mit einer CCD-Kamera 5 werden die Meßlinien 2 und damit auch deren durch Unebenheiten veränderter Verlauf erfaßt.
Das Meßbild wird nach der Erfassung rechnerisch mit einem zuvor aufgenommenen Referenzmuster verglichen. Aus den Abweichungen ergeben sich unmittelbar die Höhendifferen­ zen und die Parameter für die Regelung der Fertigstraße.
Dadurch entsteht ein vollständiges Planheitsbild des sich in Pfeilrichtung bewegenden Bandes 1.
Insgesamt läßt sich die erfindungsgemäße Erfassung beim Warmwalzen effektiv verwenden, um eine hohe Bandplanheit bei den in Warmbandstraßen üblichen hohen Fertigungsgeschwindigkeiten bis 25 m/s zu erreichen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Messen der Oberflächengeometrie von Warmband unter Erzeugung von Linien auf der Bandober­ fläche mittels einer Lichtquelle, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem Walzband (1) ein Muster aus einer Vielzahl von Linien (2) durch Projektion erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (2) auf der Bandoberfläche (1) zur Planheitsmessung erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (2) auf der Stirnfläche des Coils zur Überprüfung des Wickelzustandes erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster (2) nach der Erfassung durch eine Kamera (5) rechnerisch mit einem Referenz­ muster verglichen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Meßwerte zur Steuerung einer Fertigstraße verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Projektionslichtquelle (3) eine Xenonlampe verwendet wird.
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