DE19805602A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen und Einstellen von Kaliberöffnungen - Google Patents

Description

Überall dort, wo aus mehreren verstellbaren angetriebenen Walzen und/oder nicht angetriebenen Rollen eine Kaliberöffnung gebildet wird, die hinsichtlich Größe, Form oder Position genau sein soll, besteht das Problem einer genauen Messung und Einstellung dieser Kaliberöffnung durch Verstellen der Walzen oder Rollen. Beispielsweise bei den Kaliberöffnungen von Walzgerüsten und deren Einlaufführungen für das Walzgut kommt es oft auf eine sehr genaue Einstellung an, damit das Walzgut, zum Beispiel Draht oder Stäbe, mit hoher Maß und Formgenauigkeit betriebssicher hergestellt werden kann.

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Messen und Einstellen von aus zwei oder mehr Walzen oder Rollen gebildeten Kaliberöffnungen, bei dem Strahlen einer Lichtquelle durch die Kaliberöffnung geleitet, damit Hell/Dunkelgrenzen erzeugt und diese zum Messen und Einstellen von Größe, Form oder Position der Kaliberöffnung verwendet werden. Ein solches Verfahren ist bekannt und beispielsweise der DE 23 04 143 A1 entnehmbar.

Dieses bekannte Verfahren hat aber wesentliche Nachteile. Vor allem ist die Genauigkeit der Einstellung von der Sorgfalt der einstellenden Personen abhängig. Nach aller Erfahrung ist diese Sorgfalt nicht gleichbleibend groß. Außerdem ist die Qualität der Einstellung stets subjektiv, wobei Augen- und Parallaxenfehler hinzukommen. Ferner ist es auch bei größter Sorgfalt nicht leicht, die Einstellung mit hoher Genauigkeit vorzunehmen. Erstens erscheint die Hell/Dunkelgrenze auf der bei dem bekannten Verfahren benutzten Mattglasscheibe durch Streulicht oder geringe Tiefenschärfe nicht immer scharf genug und daher nicht eindeutig, so daß sich zwangsläufig deutliche Unterschiede bei der Einstellung ergeben. Zum zweiten ist das Bild auf der Mattglasscheibe wegen eines Spiegels im Strahlengang des Lichtes seitenverkehrt, was immer wieder zu einem Verstellen der Walzen oder Rollen in die falsche der beiden axialen oder radialen Richtungen führt. Zum dritten ist bei einer ungeraden Anzahl von Walzen oder Rollen pro Kaliberöffnung das genaue Einstellen besonders schwierig, weil sich dabei außer der seitenverkehrten Darstellung auf der Mattglasscheibe die Walzen oder Rollen nicht in gerader Linie, quer oder parallel, sondern schräg zueinander verstellen. Zum vierten gibt es oft eine große Anzahl von Markierungen auf der Mattglasscheibe, die verwechselt werden, was dann zu einer Falscheinstellung führt. Alles dies macht das bekannte Einstellverfahren schwierig und zeitraubend. Es läßt sich so auch nicht automatisieren und nicht in ein generelles Steuerungsverfahren der Produktion einbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der es bei geringem Zeit- und Arbeitsaufwand möglich ist, Kaliberöffnungen gleichbleibend gut mit hoher Genauigkeit zu messen sowie einzustellen und damit Produkt und Produktionsablauf zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hell/Dunkelgrenzen der Kaliberöffnung von einer CCD-Kamera aufgenommen, digitalisiert und in dieser Form als Istwerte einem Rechner zugeführt werden, wonach sie von diesem mit als Sollwerte vorgegebenen, digitalen Hell/Dunkelgrenzen hinsichtlich Größe, Form sowie Position verglichen, eventuelle Abweichungen festgestellt und zum Beseitigen der Abweichungen Korrekturwerte ausgegeben werden.

Hierdurch wird zunächst erreicht, daß die Genauigkeit der Einstellung nicht mehr so wie bisher von der wechselnden Sorgfalt der einstellenden Personen abhängig ist. Die an sich bekannte CCD-Kamera und der Rechner beurteilen alle von den Strahlen der Lichtquelle erzeugten Hell/Dunkelgrenzen stets gleich. Unterschiede bei der Einstellung durch subjektive Beurteilungen des Bildes auf einer Mattglasscheibe, durch Augen- oder Parallaxenfehler werden vermieden. Da die Optik einer CCD-Kamera üblicherweise mit einer automatischen Scharfeinstellung ausgerüstet ist, entfallen jetzt alle Fehler, die sonst durch zu geringe Tiefenschärfe der Optik und unscharfe Hell/Dunkelgrenzen entstanden sind. Verschiebungen der Walzen oder Rollen in Richtung der Längsachse der Kaliberöffnung beim Einstellen derselben führen nicht mehr zu Unschärfen und dadurch bedingte Falscheinstellungen. Der Fortfall von Spiegeln und die Möglichkeit des Rechners, auch die Verstellrichtung als Bestandteil der Korrekturwerte anzugeben, vermeidet Verstellungen der Walzen oder Rollen in die falsche der beiden axialen oder radialen Richtungen. Dies gilt auch bei einer ungeraden Anzahl von Walzen oder Rollen pro Kaliberöffnung. Beim Einstellen entfallen Manipulationen an der Vorrichtung zum Beurteilen der Hell/Dunkelgrenzen. Man braucht nur noch die vom Rechner während des Einstellvorganges laufend ausgegebenen Korrekturwerte zu beachten, was das Verstellen der Walzen oder Rollen und damit das Einstellen der Kaliberöffnung wesentlich beschleunigt und vereinfacht. Das Vorgeben der Sollwerte ist unproblematisch, weil üblicherweise Größe und Form der Kaliberöffnungen, zum Beispiel die Stichpläne von Walzstraßen, in Form von Maßtabellen, Skizzen, Zeichnungen oder sogar schon digitalisiert als CAD-Dateien zur Verfügung stehen. Ist eine von einem Computer unterstützte Produktionsplanung und -steuerung vorhanden, dann besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die aktuellen Sollwerte für das Einstellen der Kaliberöffnungen direkt diesem Computer zu entnehmen und so das Einstellen der Kaliberöffnungen unmittelbar in die Produktionsplanung und -steuerung einzubeziehen. Fehler bei der Übermittlung der aktuell erforderlichen Sollwerte werden so weitgehend ausgeschlossen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es einerseits möglich, die Walzen oder Rollen nach vom Rechner auf einem Monitor laufend ausgegebenen Zahlenwerten oder grafischen Darstellungen der Abweichungen von Hand auf die Sollwerte einzustellen. Die Walzen oder Rollen werden dabei so lange verstellt, bis die als Zahlenwerte oder grafische Darstellungen ausgegebenen Korrekturwerte gleich oder nahe Null sind. Andererseits ist es jedoch auch möglich, daß die Walzen oder Rollen nach vom Rechner laufend ausgegebenen Korrekturwerten der Abweichungen maschinell auf die Sollwerte eingestellt werden. Dann ist man auch bei dem eigentlichen Verstellen der Walzen oder Rollen nicht mehr von der Sorgfalt der einstellenden Personen abhängig.

Besonders empfehlenswert ist es, wenn nach dem Einstellen und Arretieren der Walzen oder Rollen die Kaliberöffnung nochmals hinsichtlich Größe, Form und Position nur gemessen und die Istwerte protokolliert und gespeichert werden. Dies stellt sicher, daß unbeabsichtigtes Verstellen der Walzen oder Rollen beim Arretieren ihrer Verstelleinrichtungen, z. B. beim Kontern von Verstellschrauben, rechtzeitig vor dem Einsatz bemerkt und korrigiert wird. Außerdem sind durch das Protokollieren die genaue Größe, Form und Position jeder Kaliberöffnung bekannt, auch während ihres betrieblichen Einsatzes, wenn sie nicht gemessen werden können. Dies erleichtert eine dann eventuell notwendige Fehlersuche.

Es ist auch vorteilhaft, wenn das Messen und Einstellen der Kaliberöffnung in derselben Halterung wie die Montage oder das Auswechseln der Walzen oder Rollen durchgeführt wird. Ein zweites Lösen, Transportieren, Ausrichten und Fest spannen, z. B. eines Walzgerüstes, wird hierdurch vermieden und der Einstellvorgang vereinfacht und beschleunigt.

Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Walzen oder Rollen beim Messen um ihre Achsen gedreht werden. Auf diese Weise lassen sich Unregelmäßigkeiten auf dem Umfang der Walzen oder Rollen wie zum Beispiel örtliche Ausbauchungen oder Abflachungen oder sich ändernde Außendurchmesser feststellen. Solche Unregelmäßigkeiten sind dann vorhanden, wenn sich die Korrekturwerte ändern, ohne daß man die Walzen oder Rollen radial oder axial verstellt, sondern sie nur um ihre Achsen dreht. Bei neuen oder soeben nachgearbeiteten Walzen oder Rollen dürften solche Unregelmäßigkeiten nicht vorkommen. Deshalb erübrigt sich ein solches Drehen sehr oft. Es ist aber vor allem dann nötig, wenn die Walzen oder Rollen bereits früher einmal benutzt worden sind oder wenn sie soeben von einem Einsatz zurückkommen. Es empfiehlt sich dann, sie zuerst nur zu messen während sie sich drehen, damit auch Verschleißerscheinungen wie Ausbauchungen, Abflachungen und sich ändernde Außendurchmesser bemerkt werden. Anhand der so gewonnenen Meßergebnisse läßt sich dann entscheiden, ob die Walzen oder Rollen im aktuellen Zustand noch brauchbar sind oder ob sie nachgearbeitet oder aussortiert werden müssen. Ein solches Vorgehen ist besonders bei einer computerunterstützten Produktionsplanung und -steuerung vorteilhaft. Die getroffene Entscheidung kann sofort in das System einfließen, welches beispielsweise Ersatzwalzen einer bestimmten Ausbildung anfordert und die Bestandsliste des Vorratslagers für Walzen oder Rollen aktualisiert. Es ergeben sich auf diese Weise aus der Datensammlung des Systems auch relativ genaue Vorhersagen über die Standzeiten der Walzen oder Rollen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der auf einer Seite einer aus zwei oder mehr Walzen oder Rollen gebildeten Kaliberöffnung eine diese durchstrahlende Lichtquelle und auf der anderen Seite eine Einrichtung zum Beurteilen von so entstandenen Hell/Dunkelgrenzen für das Messen und Einstellen von Größe, Form oder Position der Kaliberöffnung angeordnet ist.

Erfindungsgemäß kennzeichnet sich die Vorrichtung dadurch, daß die vorerwähnte Einrichtung aus einer zur Lichtquelle hin ausgerichteten, gegen die durch die Kaliberöffnung kommenden Lichtstrahlen blickenden, die Hell/Dunkelgrenzen zu Istwerten digitalisierenden CCD-Kamera besteht, die an einen die Istwerte der CCD-Kamera mit vorgegebenen digitalen Soll-Werten vergleichenden, eventuell Korrekturwerte ausbringenden Rechner angeschlossen ist. Weil die CCD-Kamera mit dem Strahlenbündel des die Kaliberöffnung passierenden Lichtes gleichgerichtet ist und sie direkt gegen dieses Strahlenbündel blickt, geht kaum Licht verloren und es erfolgt weder ein Vertauschen der Seiten noch entstehen Unschärfen, zumal ein automatisches Scharfstellen der Kameraoptik bei CCD-Kameras üblich ist.

Zweckmäßigerweise ist am Rechner ein mindestens die Istwerte, vorzugsweise auch die Korrekturwerte grafisch oder als Maßangaben anzeigender Monitor angeschlossen. Statt dessen oder auch zusätzlich kann am Rechner ein die zulässige Einstellung und gewünschte Arbeitsflächenform einer Walze oder Rolle akustisch und/oder optisch anzeigendes Gerät angeschlossen sein. Sowohl auf dem Monitor als auch durch das akustisch und/oder optisch anzeigende Gerät erkennt man, ob die Arbeitsflächen aller oder einer bestimmten Walze oder Rolle die gewünschte Größe oder Form hat, beziehungsweise die richtige Position einnimmt.

Weiterhin ist es möglich, daß dem Rechner eine die Korrekturwerte nutzende Steuer- und Regeleinheit für Stellmotore zum selbsttätigen Einstellen der Walzen oder Rollen zugeordnet ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Lichtstrahlen der Lichtquelle parallel ausgerichtet sind. Dies kann mit einem Hohlspiegel, mit optischen Linsen oder durch Verwendung eines Lasers erreicht werden. Ein derartiges Licht erzeugt besonders scharfe Hell/Dunkelgrenzen und führt deshalb zu sehr genauen Istwerten der CCD-Kamera für den Rechner.

In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt;

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in der Vorderansicht.

In Fig. 1 steht die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einem Fundament 1 mit einem Ständer 2. Der Ständer 2 besitzt an seiner in Fig. 1 rechten Stirnseite eine Halterung 3, die zur Aufnahme eines Walzgerüstes 4 dient, welches mit mehreren Spannklauen 5 und Spannknebeln 6 fest aber lösbar in der Halterung 3 gehalten wird. Das Walzgerüst 4 und die Halterung 3 haben mehrere hinsichtlich ihrer Lage und Abmessungen aufeinander abgestimmte Spannflächen 7, die zum genauen Ausrichten und Festhalten des Walzgerüstes 4 in der Halterung 3 dienen. Die Halterung 3 ist am Ende einer Welle 8 befestigt, die drehbar im Ständer 2 gelagert ist und mittels eines Motors 9 gedreht werden kann. Folglich ist auch die Halterung 3 und mit ihr das Walzgerüst 4 um die Achse der Welle 8 drehbar, was das Einsetzen und Herausnehmen des Walzgerüstes 4 aus der Halterung 3 sowie die Montage und Demontage seiner Walzen 10 erleichtert.

Das Walzgerüst 4 ist innerhalb der Halterung 3 mit Hilfe der Spannflächen 7 so angeordnet, daß die Mittelachse der von seinen Walzen 10 gebildeten Kaliberöffnung 11 und damit die Längsachse des später durchlaufenden Walzgutes sich im wesentlichen koaxial zur Drehachse der Welle 8 erstreckt. Im Bereich dieser Achsen ist auf der dem Ständer 2 zugekehrten Seite der Kaliberöffnung 11 eine Lichtquelle 12 angeordnet, welche mit vorzugsweise parallelen Lichtstrahlen 13 durch die Kaliberöffnung 11 hindurchstrahlt. Auf der anderen Seite der Kaliberöffnung 11 befindet sich eine CCD-Kamera 14, welche gegen die durch die Kaliberöffnung 11 kommenden Lichtstrahlen 13 blickt und die durch die Kaliberöffnung 11 entstehenden Hell/Dunkelgrenzen feststellt und digitalisiert.

Über einen Kabel 15 ist die CCD-Kamera 14 an einen Rechner 16 angeschlossen, was in Fig. 2 zu erkennen ist. Der Rechner 16 befindet sich in einem verfahrbaren Gestell 17, welches auch einen Monitor 18 enthält, der mindestens die Istwerte, vorzugsweise auch die Korrekturwerte, gegebenenfalls noch die Sollwerte der Hell/Dunkelgrenzen der Kaliberöffnung 11 anzeigt.

Oberhalb des Monitors 18 ist ein optisches Anzeigegerät 19 angeordnet, welches drei Strahler 20, 21 und 22 besitzt. Der vorzugsweise grüne Strahler 20 leuchtet nur dann auf, wenn die Korrekturwerte beim Einstellen der Walzen 10 eine vorgegebene Minimalgröße unterschritten haben oder sogar zu Null geworden sind. Die vorzugsweise roten oder gelben Strahler 21 und 22 leuchten auf oder blinken, wenn die Korrekturwerte oberhalb der vorgegebenen Minimalgrößen liegen. Je nachdem, welcher der beiden Strahler 21 oder 22 leuchtet, läßt erkennen, in welche Richtung die Walze 10 verstellt werden muß. So kann auch mit größerer Entfernung zum Monitor 18 eine Walze 10 im Walzgerüst 4 eingestellt werden, ohne daß die einstellende Person ständig hin und herlaufen muß.

Ein ebenfalls oberhalb des Monitors 18 angeordnetes akustisches Anzeigegerät 23 kann in entsprechender Weise wie das optische Anzeigegerät 19 benutzt werden. Hier können statt unterschiedlicher Farben verschiedene Töne anzeigen, ob und in welche Richtung ein Verstellen der Walzen 10 notwendig ist oder ob bereits eine ausreichend genaue Einstellung erzielt worden ist.

Zum Drehen der Walzen 10 beim Messen und Prüfen, insbesondere nach einem Einsatz, ist ein Antriebsmotor 24 vorgesehen. Dieser befindet sich auf einer Schlittenführung 25 und kann von einem Arbeitszylinder 26, der mit Druckmittel beaufschlagt wird, in seiner Längsrichtung verfahren werden. Eine Kupplung 27 des Antriebsmotors 24 wird bei vorgeschobener Schlittenführung 25 mit einem Kupplungsteil 28 einer Antriebswelle 29 des Walzgerüstes 4 gekuppelt, so daß über diese die Walzen 10 vom Antriebsmotor 24 gedreht werden können. Eine Stütze 30 hält die Kupplung 27 des Antriebsmotors 24 auf der Schlittenführung 25 koaxial zur Antriebswelle 29 des Walzgerüstes 4.

In entsprechender Weise wird von einer weiteren Stütze 31 ein Stellmotor 32 gehalten, der zum Verstellen der Walzen 10 dient. Auch dieser Stellmotor 32 ist auf einer allerdings oberhalb des Walzgerüstes 4 und senkrecht angeordneten Schlittenführung 33 befestigt. Mit einem Arbeitszylinder 34 kann die Schlittenführung 33 so weit nach unten bewegt werden, daß eine am Stellmotor 32 angeordnete Kupplung 35 mit einer Einstellspindel 36 für die Walzen 10 des Walzgerüstes 4 gekuppelt wird.

Geregelt und gesteuert werden der Antriebsmotor 24 und der Stellmotor 32 vom Rechner 16.

Claims (11)

1. Verfahren zum Messen und Einstellen von aus zwei oder mehr Walzen oder Rollen gebildeten Kaliberöffnungen, bei dem Strahlen einer Lichtquelle durch die Kaliberöffnung geleitet, damit Hell/Dunkelgrenzen erzeugt und diese zum Messen und Einstellen von Größe, Form oder Position der Kaliberöffnung verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hell/Dunkelgrenzen der Kaliberöffnung (11) von einer CCD-Kamera (14) aufgenommen, digitalisiert und in dieser Form als Istwerte einem Rechner (16) zugeführt werden, wonach sie von diesem mit als Sollwerte vorgegebenen, digitalen Hell/Dunkelgrenzen hinsichtlich Größe, Form sowie Position verglichen, eventuelle Abweichungen festgestellt und zum Beseitigen der Abweichungen Korrekturwerte ausgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (10) oder Rollen nach vom Rechner (16) auf einem Monitor (18) laufend ausgegebenen Zahlenwerten oder grafischen Darstellungen der Abweichungen von Hand auf die Sollwerte eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (10) oder Rollen nach vom Rechner (16) laufend ausgegebenen Korrekturwerten der Abweichungen maschinell auf die Sollwerte eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einstellen und Arretieren der Walzen (10) oder Rollen die Kaliberöffnung (11) nochmals hinsichtlich Größe, Form und Position nur gemessen und die Istwerte protokolliert und gespeichert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Messen und Einstellen der Kaliberöffnung (11) in derselben Halterung (3) wie die Montage oder das Auswechseln der Walzen (10) oder Rollen durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (10) oder Rollen beim Messen um ihre Achsen gedreht werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der auf einer Seite einer aus zwei oder mehr Walzen oder Rollen gebildeten Kaliberöffnung eine diese durchstrahlende Lichtquelle und auf der anderen Seite eine Einrichtung zum Beurteilen von so entstandenen Hell/Dunkelgrenzen für das Messen und Einstellen von Größe, Form oder Position der Kaliberöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einer zur Lichtquelle (12) hin ausgerichteten, gegen die durch die Kaliberöffnung (11) kommenden Lichtstrahlen (13) blickenden, die Hell/Dunkelgrenzen zu Istwerten digitalisierenden CCD-Kamera (14) besteht, die an einen die Istwerte der CCD-Kamera (14) mit vorgegebenen digitalen Soll-Werten vergleichenden, eventuell Korrekturwerte ausbringenden Rechner (16) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Rechner (16) ein mindestens die Istwerte, vorzugsweise auch die Korrekturwerte grafisch oder als Maßangaben anzeigender Monitor (18) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Rechner (16) ein die zulässige Einstellung und gewünschte Arbeitsflächenform einer Walze (10) oder Rolle akustisch und/oder optisch anzeigendes Gerät (19,23) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner (16) eine die Korrekturwerte nutzende Steuer-und Regeleinheit für Stellmotore (32) zum selbsttätigen Einstellen der Walzen (10) oder Rollen zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen (13) der Lichtquelle (12) parallel ausgerichtet sind.