用于确定带材的平面度误差的平面度测量辊和方法

摘要

本发明涉及一种用于确定带材、特别是金属带材的平面度误差和/或用于确定带材的带材张力的测量辊，具有至少一个集成到辊外壳或辊表面中的测量条，所述测量条支承在传感器例如测力元件上。所述测量辊的特征在于，所述测量条作为用于确定带材张力时间曲线的带材张力测量条基本上沿周向在给定的圆周范围上延伸。在作为平面度测量辊的实施形式中，为倾斜于辊轴线延伸的平面度测量条配设有作为基准测量条的带材张力测量条。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定带材、特别是金属带材的平面度误差和/或用于确定带材的带材张力的测量辊，该测量辊具有至少一个集成到辊外壳或辊表面中的测量条，该测量条支承在传感器上，例如支承在测力元件、优选压电元件上。特别是，本发明涉及一种用于确定在带材中的平面度误差或用于确定带材、特别是金属带材的平面度的平面度测量辊，该平面度测量辊具有至少一个集成到辊外壳或辊表面中的平面度测量条，该平面度测量条支承在一个或多个、优选两个传感器上并倾斜于辊轴线延伸，从而它一方面在辊的一给定的宽度范围上、另一方面在辊的一给定的圆周范围或转角范围上延伸。在这样的平面度测量辊中，可以设有多个分布在带材宽度上的平面度测量条，所述平面度测量条分别覆盖测量辊或金属带材的一确定的宽度范围并且必要时分别在相同的圆周范围或转角范围上延伸。其中，每个平面度测量条优选支承在多个传感器、例如两个传感器上，所述传感器例如设置在条端部区域内。传感器优选构成为测力传感器例如压电式测力传感器。但本发明也包括具有其他传感器的实施形式。

背景技术

在测量在带材宽度上的带材拉应力分布的过程中，用这种类型的平面度测量辊确定在带材、特别是金属带材中的平面度误差，其中在整个的带材宽度上处于带材张力下的带材以一给定的缠绕角缠绕平面度测量辊并由此根据局部的纵向拉应力分布将局部的压紧力在带材宽度方向上施加到平面度测量辊上，由所述压紧力可检测出带材拉应力分布。由在带材宽度上的带材拉应力分布便可以直接确定带材误差和特别是波动性或带材月牙弯()，因为各带条的长度偏差通过拉应力差别来表示体现。

开头所述类型的平面度测量辊例如由DE 10 2004 008 303A1已知。在所述平面度测量辊中，两个测量条分别在直径上对置地集成到辊外壳中并通过拉杆相互张紧。每个测量条支承在测力传感器上。通过这样的布置结构特别是可以用带有预应力的压电石英作为传感器工作，而不必忍受力分流，因为测量条的预应力、离心力和重力可以通过在直径上对置的布置结构来补偿。

已知的平面度测量辊基本上已得到证实，但它们还能进一步改进。基本上存在这样的问题，即借助于测量条在一确定的带材宽度坐标上测量拉应力，该拉应力由带材固有应力和带材张力的叠加得到。因为带材始终在一给定的带材张力下被引导到平面度测量辊上。带材张力在时间上的波动便会导致测量结果失真。虽然原则上可以用一单独的装置根据时间来记录带材张力，以便以这种方式产生修正功能。但这与高的费用相关联。如果例如用常规的“称重传感器(load-cell)”在辊轴承的区域内测量带材张力，则动态性可能经常不足。本发明在此开始。

此外，人们认识在其外表面上具有两个条形压力传感器的辊子，其中压力传感器设置在辊子的中间区域内并且基本上沿着辊子的周向延伸。压力传感器包括具有压电特性的无机材料。这种类型的辊子是压力机的组成部分，在该压力机中两个辊子限定一条压缝(见DE 103 29 430A1)。这种类型的开发对于用于确定带材张力的测量辊和特别是用于确定带材、特别是金属带材平面度误差的测量辊的开发没有影响。

发明内容

本发明的目的在于，创造一种测量辊，用该测量辊能以简单而精确的方式测量带材张力的时间曲线。特别是应创造一种用于确定平面度误差或用于确定在带材、特别是金属带材中的带材平面度的平面度测量辊，该平面度测量辊的突出之处在于高的测量精度。其中带材张力在时间上的波动不应消极地影响平面度测量结果。

为实现所述目的，本发明在开头所述类型的测量辊中教导，测量条作为用于确定带材张力时间曲线的带材张力测量条基本上沿着周向在一给定的圆周范围上延伸。特别优选地，本发明在开头所述类型的平面度测量辊中教导，为平面度测量条配设有至少一个作为基准测量条的带材张力测量条，该带材张力测量条同样支承在一个或多个传感器上并且为确定带材张力的时间曲线而基本上或者仅沿周向在一给定的圆周范围上延伸。在此，本发明从这样的知识出发，即如果平面度测量辊不仅装备有一个或多个倾斜于辊轴线设置的平面度测量条，而且还具有至少一个仅沿周向延伸的并且因而不是倾斜于辊轴线而是基本上垂直于辊轴线或沿带材行进方向设置的基准测量条，则能以简单而特别精确的方式消除或补偿叠加于平面度测量条的测量信号上的、带材张力在时间上的波动。因为所述基准测量条由此仅设置在唯一一个带材宽度坐标上，所以所述基准信号与在带材的带材宽度上的固有应力差别无关，而是仅与(全局的)带材张力或者其时间曲线相关。

因此，基准测量条记录带材张力在时间上的波动。因为所述带材张力在时间上的波动叠加于平面度测量条的平面度测量信号上，所以能以这种方式从平面度测量条的测量信号中过滤出在带材中的在时间上的拉应力波动的影响。这在本发明框架内以特别精确的方式实现，因为在与真正的平面度测量信号相同的时间精确地接收表示带材张力的基准信号。以这种方式确保特别高的测量精度。

在此，本发明在特别优选的改进方案中提出，基准测量条在与平面度测量条基本相同的圆周范围上并且因而基本上相同的转角范围上延伸。考虑到平面度测量条倾斜于辊轴线设置的事实，基准测量条因而比平面度测量条短一给定的尺寸，从而平面度测量条和基准测量条都在同一转角范围或圆周范围上延伸。这使得可以同步地记录平面度测量信号或拉应力信号以及基准测量信号，并且对于每条连续的平面度测量曲线始终存在一条相对应的基准测量曲线，该基准测量曲线覆盖相同的时间范围，从而可以精确地过滤出可能的带材张力波动。

根据另一建议规定，平面度测量条大致设置在辊中间(相对于辊的宽度)。于是合理的是，在基准测量条的两侧分别设有至少一个平面度测量条或者也设有多个平面度测量条。

在本发明的框架内有利的是，平面度测量条可以在辊的一比较大的圆周范围上并且因而也在其比较大的转角范围上延伸。迄今在已知的偏转测量辊中，平面度测量条的所述圆周范围或转角范围保持得比较小，因为在时间上的带材拉应力波动的问题随着圆周角度范围的增大而增强。现在在本发明框架内通过对在时间上的带材拉应力波动的按照本发明的补偿可以用在比较大的转角范围上延伸的平面度测量条工作。在实践中，这可以在设计上特别有利地这样来实现，即一个平面度测量条由多个彼此直接邻接并成直线的条段组成，所述条段例如分别支承在两个设置在端侧的测力传感器上。以这种方式基本上存在这样的可能性，即创造“唯一的”、由多个子测量条组成的测量条，该测量条近似于螺旋形或盘旋形地在圆周上并在整个带材宽度上延伸。于是在这样的情况下合理的是，在辊的一个区域内设有至少一个基准测量条，该基准测量条同样在相同的转角范围上延伸，从而始终无缺陷地补偿带材张力波动。

本发明的主题也包括一种用所述类型的平面度测量辊来确定带材、特别是金属带材的平面度误差或确定带材平面度的方法，其中，用平面度测量条测量与表示宽度坐标的时间相关的拉应力信号，用基准测量条测量与时间相关的、与宽度坐标无关的、并表示带材张力时间曲线的基准信号，以及从拉应力测量信号中过滤出基准信号以确定固有应力曲线。这例如这样来实现，即通过在拉应力信号和基准信号之间形成差值确定与宽度坐标相关的、表示固有应力因而表示带材误差的固有应力信号。

以上阐述清楚地表明，按照本发明的带材张力测量条特别优选地作为基准测量条与倾斜的平面度测量条相结合地应用在平面度测量辊中。这样的平面度测量辊的主要功能是通过测量在带材宽度上的带材应力分布确定平面度测量误差，其中带材张力测量条承担基准测量条的功能，从而可以从测量信号中过滤出带材张力在时间上的波动。但按照另一方面，本发明还包括测量辊的这样的实施形式，它们不是作为平面度测量辊工作，而是作为带材张力测量辊工作并且“仅”用于确定带材特别是金属带材的带材张力时间曲线。在这样的实施形式中不设置倾斜于辊轴线延伸的平面度测量条，而是仅设有一个或多个带材张力测量条，所述带材张力测量条在一确定的宽度坐标中(仅)沿周向延伸并且因而不是倾斜于辊轴线、而是基本上垂直于辊轴线或沿带材行进方向设置。因此，这样的带材张力测量条在结构和功能方面与已经阐述的基准测量条相对应，而不附加地设置平面度测量条。因此，用这样的具有带材张力测量条的带材张力测量辊能以简单并且同时非常精确的方式测量引导在测量辊上的带材特别是金属带材的带材张力时间曲线。测量辊的突出之处在于高的测量精度和特别是高的动态性。

此外，本发明还包括平面度测量辊的这样的实施形式，其中所述类型的带材张力测量条或基准测量条与其他类型的平面度测量元件相结合，例如与不是构成为测量条、而是例如作为分布在辊宽度和/或辊圆周上的多个单测量部位工作的平面度测量元件相结合。

附图说明

下面根据仅示出实施例的附图更详细地阐述本发明。图中：

图1示出平面度测量辊第一实施形式的俯视图，

图2示出按照图1的主题的一变型的实施形式，

图3局部示出按照图1的主题在平面度测量条区域内的横剖视图，

图4示出按照图3的主题的一变型的实施形式，

图5a至5e示意性示出按照本发明的用于确定平面度误差的方法，

图6示出以作为用于确定带材张力时间曲线的带材张力测量辊的实施形式的测量辊。

具体实施方式

在图1至5中，以本发明的第一实施形式示出用于确定在金属带材2中的平面度误差或用于确定金属带材2的带材平面度的平面度测量辊1。这样的平面度测量辊1可以集成到带材处理线或带材生产线或者轧制生产线中。平面度测量辊1可例如设置在带材处理装置例如轧钢机、平整机架或矫正装置上游和/或下游。带材2在整个带材宽度B上处于给定的带材张力下并因而处于拉应力下，并且以给定的例如为2°至10°、优选2°至5°的缠绕角δ缠绕平面度测量辊1。确定带材平面度或确定平面度误差用按照本发明的平面度测量辊“间接地”通过测量在带材宽度B上的带材拉应力分布来实现。为此，平面度测量辊具有多个集成到辊外壳或辊表面中的平面度测量条3a、3b，其中在本实施例中每个平面度测量条3a、3b支承在两个在本实施例中构成为测力传感器的传感器4上。所述传感器可以涉及压电石英。特别是在图1和2中可以看出，平面度测量条3a、3b倾斜于辊轴线A地定向，从而它们一方面在一给定的宽度范围b上、另一方面在一给定的圆周范围U₁上延伸，其中这样的圆周范围U₁与一确定的转角范围相对应。在运行过程中，带材2以缠绕角δ缠绕平面度测量辊1并由此施加局部的压紧力到平面度测量条3a或3b上，其中所述局部的压紧力与带材宽度坐标相关。随着平面度测量辊1的旋转，带材宽度坐标由于平面度测量条3a或3b的倾斜位置而连续改变，使得通过平面度测量条3a或3b连续地实现在一确定的带材宽度范围上测量带材拉应力分布。

在实践上，可能出现的在时间上的拉应力波动叠加在由带材平面度影响的、在一确定的时间段内测量的拉压力分布上，因为测量对于不同的带材宽度坐标在不同的时刻进行。为消除或补偿可能出现的在时间上的带材拉应力波动，按照本发明的平面度测量辊1除了本身已知的平面度测量条3a、3b外还具有至少一个基准测量条5。该基准测量条在图1和2中示出，其不是如平面度测量条3a、3b那样倾斜于辊轴线A设置，而是基本上沿周向并且(在俯视图中)垂直于辊轴线A延伸，也就是说，沿带材行进方向BR或平行于带材行进方向BR。因此，基准测量条5设置在一个(唯一的)带材宽度坐标上，从而该基准测量条产生与在带材宽度上的固有应力波动无关的、但与带材张力在时间上的波动相关的基准信号。此外，基准测量条5也支承在传感器例如测力传感器上，更确切地说，以与平面度测量条3a、3b相应的方式。在图1和2中可以看出，基准测量条5在基本上与圆周范围U₁相当的圆周范围U₂上延伸，平面度测量条3a、3b在圆周范围U₁上延伸。因此，基准测量条5和平面度测量条3a、3b都在相同的圆周范围U₁＝U₂上延伸，并且因而在相同的转角范围α上延伸，从而时间精确相同地用平面度测量条3a、3b接收(与宽度相关的)平面度测量信号S和用基准测量条5接收(与宽度无关的)基准信号R。然后便可以通过从平面度测量信号S中过滤出表示可能的在时间上的拉应力波动的基准信号R来实现所希望的补偿。对此参见图5a至5e：

图5a首先再次示意示出平面度测量辊1的局部区域，其中该平面度测量辊具有倾斜设置的平面度测量条3a和配设于该平面度测量条3a的基准测量条5。该平面度测量条在圆周范围U1上并因而在α₀至α₁的转角范围上延伸，并在b₀至b₁的宽度范围上延伸。基准测量条5设置在一固定的宽度坐标上并在同一圆周范围U₂＝U₁上并同样在α₀至α₁的转角范围上延伸。随着辊1的旋转，在t₀至t₁的时间范围内走过α₀至α₁的转角范围。

图5b示例示出由平面度测量条3a产生的带材应力信号S以及由基准测量条5产生的基准信号R，更确切地说，对于理想平的带材的第一种示例情况，但其中在测量期间出现带材张力在时间上的波动。带材张力的该波动一方面在于带材应力信号S另一方面在于基准信号R中反映出来。通过差值形成得到在图5c中示出的固有应力信号E，该固有应力信号在本示例情况下是恒定的，也就是说，固有应力在给定的带材宽度范围内不改变，从而不存在带材误差。

与此相对地，图5d和5e示出对于非理想平的带材的第二示例情况，其中在测量期间也出现带材应力在时间上的波动。图5d示出用平面度测量条测量的带材应力信号S和用基准条测量的基准信号R，而图5e示出差值信号D＝S-R，该差值信号表示在本示例中在带材宽度上改变的固有应力E。

因此显然，借助于基准测量条并通过相应的补偿可以精确地确定带材平面度，而测量不因在时间上的带材应力波动而失真。

在该实施例中，大致在辊中间M设有一个基准测量条5。在该基准测量条5两侧分别设有一个或多个平面度测量条3a、3b。在按照图1的实施形式中，在基准测量条5两侧分别设有两个倾斜于辊轴线A设置的平面度测量条3a。而图2示出一个这样的实施形式，在该实施形式中在基准条5的两侧分别仅设有一个平面度测量条3a。按图2的所述平面度测量条3a以及基准测量条5在比按图1的条更大的辊转角范围并因而在其更大的圆周范围上延伸。出于设计的原因可能合理的是，在按图2的实施形式中每个测量条3a、3b以及每个基准条5由多个条段3’或5’组成，其中各条段直接成直线地依次彼此连接以形成条。在此，每个条段3’或5’本身又可支承在多个测力传感器例如两个设置在端侧的测力传感器上。在图2中未示出细节。

最后，图3和4示出偏转测量辊的设计结构的可能的替代方案和特别是平面度测量条的设计结构。在此，可以参见例如在DE 10 2004 008303 A1或DE 10 2004 003 676 A1中说明的已知的设计结构。

图3示出一种优选的实施形式，在该实施形式中两个平面度测量条3a和3b在直径上对置地集成到辊外壳中并通过中心的拉杆6相互或相对张紧。其中，平面度测量条3a、3b中的每个支承在两个测力传感器4上。通过中心拉杆6使测力传感器预紧。以这种方式实现对预应力以及离心力或重力的补偿，从而在结果中没有力分流(Kraftnebenschluss)地工作(见DE 10 2004 008 303 A1)。

或者，按照图4也可用如下的平面度测量辊工作，所述平面度测量辊借助于固定螺钉7固定在辊上，其中所述固定螺钉7例如可以贯穿环形的测力传感器4。

在图3和5中示出的结构在那里涉及平面度测量条3a和3b。但基准测量条5可用相同或类似的方法固定或张紧。

图1至5示出作为既具有倾斜测量条又具有基准测量条5的平面度测量辊的测量辊实施形式，而图6涉及作为带材张力测量辊的测量辊实施形式。在所述带材张力测量辊中，一个构成为带材张力测量条5a的测量条集成到辊外壳或辊表面中，其中该带材张力测量条5a——如按图1至5的基准测量条5那样——仅沿周向并且因而不是倾斜于辊轴线地、而是平行于带材行进方向地延伸。在该实施形式中省去倾斜于辊轴线延伸的平面度测量条，因为所述测量辊不应作为平面度测量辊，而是“仅”作为带材张力测量辊应用。带材张力测量条5a(大致)设置在辊中间。现在，用一个这样的测量辊可以精确地确定在时间上的带材张力波动。在此，在图6中示出：带材张力测量条5a在整个的辊圆周上延伸，从而用该测量辊可以连续地测量。在此，测量条在设计结构上可如在图1至5中所述的基准测量条5和/或平面度测量条3a、3b那样构成。在设计上合适的是，带材张力测量条5a由多个条段组成，其中每个条段本身又支承在多个测力传感器例如两个设置在端侧的测力传感器上。在图6中未示出细节。