用於確定形狀參數的方法

2023-12-03 20:11:56

專利名稱：用於確定形狀參數的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定長形產品的形狀參數的方法，所述方法尤其是用於圓型材的圓度確定，所述長形產品在軋機中沿其縱向方向向前運動，其中，用已知的方式藉助一具有至少兩個雷射掃描器的測量裝置產生和測量至少三個貼靠在待測長形產品上、包圍所述長形產品並形成一多邊形的投影邊緣，並由此計算出相應的切線，所述雷射掃描器各自具有光敏傳感器和雷射器。
背景技術：
在鋼鐵工業中，在專用的軋機/軋機機列中軋制所謂的長形產品/條鋼 (Langprodukt)，以得到希望的最終產品。如果要將這些長形產品軋製成圓棒材，則通常在一具有多個軋制模塊(通常為3輥式模塊/3輥組)的三輥精軋機架/機座中將這些長形產品軋製成成品尺寸並輸送到一用於冷卻的冷卻床。一般使用四個分別帶三個軋輥的軋制模塊，其中從一個軋制模塊到下個軋制模塊，軋輥的中心面轉過了 60°。這種棒鋼通常相對於圓形形狀具有多邊形的形狀偏差。主要形狀為「三波紋」或「六波紋」。如果在周緣上利用一機械卡尺或光學地測量多邊形棒鋼的直徑，則所測得的所有直徑都具有相同的值。然而，實際上該產品不是圓的，而是不圓的/波紋形的。這種產品被稱為「常寬曲線(Gleichdick) 」。為確定所謂的常寬曲線誤差，使用帶有支承稜柱(Auflag印risma)的卡尺。建議根據周向廓形的波紋形使用不同的支承角度。從數十年前起便在相關的DIN標準中解釋和說明了對圓度的機械測量及其計算， 例如德國標準DIN ISO 4291"Verfahren fur die Ermittlung derRundheitalweichung (用於確定圓度偏差的方法)，，、DIN ISO 6318"Rundheitmessung,Begriffe undKenngrofieil fur die Rundheit (圓度測量、圓度的術語和參數)，，、以及 DIN ISO 4292 」Verfahren zum Messen von Rundheitabweichung, Zweipunkt-und Dreipunkt—Messverfahren (用於 貝Ij量圓度偏差的方法，兩點或三點測量法)」。利用機械式圓度測量裝置對本文所述類型的長形產品進行的機械式測量必須離線/在生產線外進行。對於這種測量操作，必須將樣品夾緊在精密轉動裝置中。一描繪器/ 接觸檢測器(TastfUhler)在旋轉運動期間測量型材/廓形的半徑偏差。作為結果得到周向廓形的圖形顯示，該周向廓形具有與各角度相關的直徑。對該周向廓形的分析在上述的相關標準中有詳細說明。在實驗室中進行機械測量時，可通過樣品的轉動得到無限數量的周向點。而在沿縱向方向輸送產品的生產線上，對所有期望的切線的測量必須同時進行，以便能夠得到局部橫截面的廓形。因此在線的機械測量是不可能的。在對不圓度進行分析和確定時的重要輸出參數包括，所謂的參考圓及其圓心，測量過程的所有其它步驟都與它們相關。在上述標準中說明了四種不同的確定方式。除機械測量裝置外，同樣從數十年前起便(例如由DE 3916715和DE 4037383Α1)已知非接觸式的測量裝置。另外在JP 56-117107A中公開了一種廓形測量方法，其中藉助於雷射束測量或掃描待測的長形產品。例如，該文獻公開了，即使對於常寬曲線也可這樣實現精確的廓形測量在一廓形待測的物體的外周上，設置第一、第二和第三切線，通過由這些切線確定的圓與待測長形產品的廓形之間的差來進行廓形測量。這裡這些切線的設置藉助於雷射束或投影光束來進行。另外由DE 10023172A已知一種用於測量本文所述的圓形產品或圓型材的不圓度的方法。該方法使用包括三個以上的雷射掃描器的測量裝置，這些雷射掃描器分別具有光敏傳感器和雷射器。圓形產品被來自各雷射掃描器的雷射束這樣照射，使得圓形產品在相配屬的傳感器上投影一個或兩個投影邊緣。為每個投影邊緣算出一平行於雷射束延伸的直線。另外，由每三個獲得的直線算出一個圓，所述直線作為切線貼靠在該圓上。重複地計算出圓，將圓的最大直徑與最小直徑的差作為不圓度。這種不圓度確定(方法)的缺點在於，極小的角度誤差也會導致測量值顯著失真。 特別是在切線並不是精確位於周向廓形的最大值或最小值上時會出現這種情況。另外，圓心在空間上並不確定，這導致例如在形狀偏差非對稱時，所確定的廓形卻具有與切線數量和布置相關的周期性的對稱性，不能反映真實的廓形特徵。根據權利要求1前序部分的方法在非在先公開的PCT申請PCT/EP/2008/002593 以及在優先權的EP 1978329(07007089. 1)中有所描述，通過所述方法可藉助非接觸式測
量裝置在生產線中非常精確地確定廓形和不圓度。

發明內容
本發明的目的在於提供一種方法，通過所述方法能夠更有效地確定被軋制的長形產品的感興趣的值。此外，通過所述方法優選能確定除不圓度外的其它參數。所述目的通過權利要求的教導來實現。在根據本發明的方法中，如在根據PCT申請PCT/EP/2008/002593以及優先權的EP 1978329(07007089. 1)的方法中那樣執行下述步驟，在此參見它們的公開內容。藉助一具有至少兩個雷射掃描器的測量裝置產生至少三個貼靠在待測圓型材上的投影邊緣。所述雷射掃描器各自具有光敏傳感器和雷射器。這種測量裝置由開頭所述的JP 56-117107A以及DE 10023172A已知。如果僅使用兩個雷射掃描器，則必須使待測圓型材完全位於兩個雷射掃描器的光場中，以便利用這些雷射掃描器產生和測量所需的(至少三個)投影邊緣。如果使用三個雷射掃描器，則當圓型材僅部分被照射從而使每個雷射掃描器僅產生一個投影邊緣時便足夠。由所述投影邊緣計算出與所述圓型材相切的直線或切線。這裡各直線之間的角度是已知的。在此這樣布置或選擇雷射掃描器，使得由至少三個投影邊緣形成一多邊形。則待測圓型材位於由該多邊形張成的面內。在三個投影邊緣的情況下所述面是三角形面。此外，在步驟a)中，在測量裝置的測量場中校準並確定中心&。測量場的平面適合於布置成與長形產品的向前的運動相垂直。測量裝置的校準、進而在測量場中對中心A 的確定僅需進行一次，例如在組裝測量裝置時，和/或在將測量裝置安裝在軋機中後、在對本文所述的長形產品進行在線測量之前。但推薦的是，時不時地檢查並在必要時重複進行所述校準。在步驟b)中，確定從中心到在所述方法中測量的切線的垂線，進而計算從中心 Z0到所述切線的距離。在步驟C)中，由在步驟b)中計算出的數據計算出所述包圍長形產品的多邊形的各頂點，由所述算出的多邊形計算出一特別是完整的輪廓。然後，在本發明方法的步驟d)中，在最終的輪廓中確定一參考圓。在此可用四種不同的方式確定該參考圓，即i)這樣確定該參考圓，使得所述輪廓相對於所述參考圓的形狀方差最小；ii)這樣確定該參考圓，使得所述參考圓是以圍繞所述輪廓的方式進行匹配的可能的最小圓；iii)這樣確定該參考圓，使得所述參考圓是在所述輪廓中進行匹配的可能的最大圓；或者iv)這樣相對於所述輪廓確定該參考圓，使得所述參考圓連同與該參考圓同心的另一圓一起以最小的半徑差將所述輪廓夾在中間。這些可選的可能的參考圓定義對應於在上述標準中給出的定義。為此特別是參見 DIN ISO 6318「RundheitSmesSung(圓度測量)」，其中上述參考圓的定義位於第5節，定義如下5. 1最小方差圓(LSC)；5. 2最小外接圓(MCC)；5. 3最大內切圓(MIC)；以及5. 4具有最小環區的圓(MZC)。在計算和確定參考圓之後，在根據本發明的方法的步驟e)中，計算參考圓的直徑。由空間位置計算出參考中心、，該參考中心\為該參考圓的圓心點。根據本發明的方法還具有以下步驟，即f)選擇出第一組至少兩個扇段，所述扇段從所述參考中心(Zp)以一能選擇的扇段角+/-σ指向所述輪廓並且各自界定出一輪廓段；g)在期望的情況下，為第二組扇段或為多個另外的組的扇段重複步驟f) 一次或多次；以及h)由所計算出的數據計算出所期望的形狀參數。一般不必使用所有產生的投影邊緣來計算相應的切線。對用於進行進一步計算的投影邊緣的選擇根據需要和希望的參數、例如切線的距離和角度來進行。進一步計算所基於的垂線的數量也同樣如此。但是很顯然，同時測量的切線越多，輪廓或廓形就越精確。然而，出於成本原因以及由於測量裝置的受限制的結構尺寸，雷射掃描器的數量一般總是受限制的。儘管如此，為了能夠儘可能完整地示出廓形，優選由關於該多邊形的可用數據計算出一模擬輪廓。這種模擬輪廓可表示成連續函數作為利用多項式進行的數值逼近(Weierstrass函數逼近定理)。優選地，所述模擬輪廓藉助於合適的樣條插值來進行。 這種平滑化計算對技術人員是一般公知的。上述步驟使得接下來可使用所有可能的分析和測量方法並在該分析和測量過程中能夠考慮到總體型材特徵。特別是能得到典型的測量值，所述測量值應當相對於圓型材以一確定的角度獲得或者必須與測量裝置有確定的角係數。例如對於3輥式軋機機架情況就是如此，其中典型的值GT和DT在對單個機架、特別是最後一個和倒數第二個機架的調節進行優化方面非常重要。下面將更詳細地探討本發明方法的所述具體情況。這種模擬輪廓的另一優點在於，該模擬輪廓可用於任意數量的雷射掃描器。雷射掃描器的布置和角度分布不必均勻或規則，而是可以根據需要進行選擇。與之相關的重要因素例如是空間情況和預期的形狀誤差。根據另一優選實施形式，使所述測量裝置繞所述圓型材轉動，優選使測量裝置以 60°振動或連續轉動的形式繞所述圓型材轉動。原則上，對於本發明的目的三個雷射掃描器便足以，所述雷射掃描器分別僅產生一個投影邊緣/切線。然而，在僅產生或求出很少的投影邊緣/切線的情況下，可通過優選的振蕩轉動提高所產生或求出的投影邊緣/切線的數量，進而另外提高測量精度。在這種情況下，測量在不同的時間點進行。另外還求出單個測量之間的時間間隔。 由這些數據可計算圓型材的側向移位的運動向量，從而可以識別並補償圓型材的運動。換言之，這樣計算處理所測得的數據，使得在時間上相間隔地進行的測量參照相同的圓型材參考中心。具體地這表示，在轉動或振蕩運動的第一位置或起始位置檢測第一數據組，該數據組的參考中心『以本文所述方式確定。然後由這些用於可用切線的數據得到相應的多邊形。所述用於切線等的第一數據組被存儲。在一第二步驟中，在一確定的轉動角度後檢測相應的第二數據組，該第二數據組的數據連同相應的參考中心Zp2被存儲。一直重複這些方法步驟，直至扇段之間的整個角度被檢測。這裡存在η個數據組和相應數量的參考中心Ζρη。對於帶有三個在360°上規則分布的雷射掃描器的裝置，這意味著例如通過轉動或振蕩運動覆蓋一 60°的扇形。如果檢測出所有數據組，則將全部多邊形這樣疊置，使得參考中心位於相同的位置。由此得到具有單個數據組的η倍數量的切線的多邊形。因此，在上述帶三個掃描器、每5°確定一個數據組的示例中，由每六條切線得到 12個數據組的多邊形。這些共同形成帶有72個面的多邊形。通過對這樣得到的多邊形進行平滑，如本文所述地形成最終結果或結果輪廓。優選地為所述平滑應用樣條函數。當然，在整個周向上獲得的數據組越多，對廓形的復現便越精確。也可以根據所能產生的投影邊緣或切線的數量，將轉動運動的角度範圍選擇成小於或者大於60°。然而，如果具有足夠數量的雷射掃描器和/或能夠產生足夠數量的投影邊緣、進而產生足夠數量的切線，則優選不使測量裝置轉動。在此，根據本發明的方法不同於根據上述PCT申請PCT/EP/2008/002593的方法。一般來講，步驟f) h)用於針對任意規則或不規則的多邊形形狀的輪廓的「測試區」計算出典型的測量參量。在此，「輪廓」始終是指根據上述步驟a) e)獲得的計算出的輪廓。用於計算所述輪廓的測量數據如本文所述可通過靜態的、振動的或轉動的測量系統來獲得。根據步驟f)獲得的輪廓段用作「測試區」。為了確定所述輪廓段，選擇第一組至少兩個扇段。當然也可以選擇多個扇段，例如3、4、5、6或7個扇段，這些扇段從參考中心T^以可選擇的扇段角+/_σ指向輪廓。扇段角σ的大小當然決定了輪廓段的長度。而扇段的取向決定了所述輪廓段在本身閉合的輪廓的周向上位於哪個位置。使用輪廓的這種「測試區」或輪廓段具有以下優點尤其是在工業環境下進行測量時，不同於單個的點、例如切線接觸點，可以在待確定的測量參量的範圍內考慮多個測量點。因此便能夠專門地過濾。測量由此明顯更精確和穩定，因為通常存在的偏差值可以被消除。在步驟h)中，可由這樣算出的數據來計算很不相同的期望的形狀參數。當然，選擇輪廓段或扇段的方式通常也與期望確定的形狀參數的類型相關。如果例如對藉助三輥機架軋制的圓型材進行測量，則合理地為每個測量平面選擇三個扇段、由此選擇三個輪廓段，所述輪廓段指向最後兩個三輥輥組之一的方向。此外，選擇三個另外的扇段、由此選擇三個另外的輪廓段，所述三個另外的輪廓段指向所述最後兩個三輥輥組中另一個的方向。下文參照附圖對其進行了詳細描述。所述兩組三個扇段可以涉及唯一一個輪廓、由此涉及唯一一個測量平面。也可以使用多個在長形產品的沿縱向方向間隔開的不同測量平面中得出的輪廓。也可以按照需要將多個輪廓相互組合。在一種優選實施形式中，其中使用兩組三個或多個扇段，所述方法尤其是用於確定圓型材的形狀參數，優選這樣進行在步驟h)中，對於藉助第一組扇段界定出的輪廓段， 藉助已知的回歸函數這樣計算出第一圓，使得所述第一圓延伸經過所選擇的輪廓段，並且計算出所述第一圓的直徑和所述第一圓的圓心位置；對於藉助於與第一組扇段取向不同的第二組扇段界定出的輪廓段，藉助已知的回歸函數這樣計算出第二圓，使得所述第二圓延伸經過所選擇的輪廓段，並且計算出所述第二圓的直徑和所述第二圓的圓心位置；由所述兩個圓的值來確定期望的參數。為避免誤解而需要指出的是，所述運算自然是在軋制過程中重複，因而在圓型材的縱向方向上持續地重複。按照一種優選實施形式，分別這樣計算出所述圓，使得所述圓儘可能準確地延伸經過與所述圓相關的輪廓段。另外，優選這樣計算所述圓，使得確定所述圓的點的方差最另外優選的是，第一組輪廓段的扇段指向最後一個軋機機架的輥的壓力點(DT) 的方向；而所述第二組輪廓段的扇段指向最後一個軋機機架的輥間隙(GT)的方向，或者反之。另外的優選實施形式具有以下描述的特徵，其中，這些實施形式不僅適用於圓型材圓度確定的情況，而且適用於所有確定長形產品形狀參數的情況對於所有的組，所述扇段的數量都相同，因而所述輪廓段的數量都相同。每組扇段包括3、4、5、6或7個扇段。對於存在具有相同數量扇段的第一組和第二組的情況，這樣選擇第一組的輪廓段的扇段，使得在第一組的輪廓段的兩個扇段之間的角被第二組的輪廓段的其中一個扇段大致平分。而根據本發明的方法不僅可以用於圓型材的情況，而且可以用於測量其它實體。在此情況下，優選在步驟h)中對於每個輪廓段都計算出距參考中心T^的平均距離。另一種這樣的實體尤其是混凝土鋼筋。這種混凝土鋼筋是多樣的不規則型材形狀的一種可能的例子，其中應當監測軋制過程的質量。為了確定不規則形狀的型材——尤其是混凝土鋼筋——的形狀參數，根據一種優選實施形式，對於多個沿所述長形產品的縱軸線方向間隔開的測量平面確定參考中心 (Zp)。然後，在步驟h)中，對於所述參考中心(Zp)中的每一個計算出所述輪廓段距所述參考中心( )的平均距離。然後，將所述參考中心(Zp)彼此疊置(uebereinander gelegt) 並由此計算出所期望的值。對於所有實施形式，扇段角σ通常優選為+/-0. 1 10°，例如+/-0. 5 10°。該範圍描述公開了並且包括所有處於該範圍內的單個值以及全部包含在該範圍內的更小的範圍。因此 σ 例如可取下述值(度數)士0. 1 ；士0.5 ；士1.0 ；士1.5 ；士2.0 ；士2.5 ；士3.0 ； 士 3. 5 ； 士 4. 0 ； 士 4. 5 ； 士 5. 0 ； 士 5. 5 ； 士 6. 0 ； 士 6. 5 ； 士 7. 0 ； 士 7. 5 ； 士 8. 0 ； 士 8. 5 ； 士 9. 0 ； 士9. 5; 士10.0。其意義例如如下。如果角ο取值士5.0°，則扇段的總角度為10°。在實施根據本發明的方法時獲得的數據和測量值以一常規的方式輸送到一分析處理裝置，並在該分析處理裝置中進行處理。這種分析處理裝置是已知的，因此無需進一步加以解釋。


下面結合示例、參照示意性的附圖對本發明進行更詳細的說明，所述附示出根據本發明的方法步驟。首先，參照圓型材形式的長形產品來進行描述。稍後，則參照具有不規則廓形的長形產品、例如混凝土鋼筋來進行描述。
具體實施例方式圖1中非常簡化地示出了具有下述測量裝置1的三輥機架的最後兩個級。每個級具有三個輥3、4，由此具有三輥輥組，出於更好的清晰性的原因僅分別示出了所述三個輥中的兩個。在此，在左側示出了倒數第二個三輥輥組6，在右側示出了最後一個三輥輥組7。該軋機機架用於將長形產品軋圓，由此用於製造圓型材5。箭頭表示軋制方向。圖2和圖3示出了從測量裝置1觀察的倒數第二個三輥輥組6和最後一個三輥輥組7的布置結構。圖4中示出了對於用三輥機架軋制圓形產品而言重要的測量值。在此，所述測量值尤其是包括在最後一個三輥輥組7的三個壓力點上測量(陰影箭頭)的直徑DT以及在所述三輥輥組7的輥間隙的三個區上測量(白箭頭)的直徑GT。同時，值GT也代表倒數第二個三輥輥組6的輥3的調節，因為所述倒數第二個三輥輥組的壓力點在位置上與最後一個三輥輥組7的輥4的間隙區重合。圖5示出一待測圓型材的橫截面，該圓型材的外輪廓以粗實線示出。在該圓型材上，藉助於六個雷射掃描器總共設置12個投影邊緣，所述投影邊緣形成切線1\、T2, T3, Τ4、 T5、禾口 T6 以及！^』、！^、！^、！^』、！^、禾口！^。這裡，切線對 Τ」 T1, ;T2、T2』 ；Τ3、Τ3』 ；T4, T4, ;T5、T5』 和T6、T6，各屬於一個雷射掃描器。因此總共使用了六個雷射掃描器，其中待測圓型材完全處於這些雷射掃描器的測量場中。
通常在設置投影邊緣或切線之前，較精確地確定和校準測量裝置的測量場的中心
Zq0雖然在本示例中在圓型材上設置有12條切線，但是切線T的數量也可以是任意的。然而，至少需要三條切線以形成一包圍圓型材的多邊形。其中這些切線相互間具有已知的角位置。在確定切線之後，確定從A到各切線的垂線巧、r2、r3> r4、r5、r6、巧，、r2，、r3，、r4，、 r5，、和r6，，進而確定從&到各切線的垂直距離。圖6示出，以上述方式得到的切線形成一包圍圓型材的、具有角A至L的多邊形。 在圖6中，該多邊形以粗實線示出，而圓型材以細實線示出。在圖7中示出圖6中的多邊形(在圖7中以點線表示)在藉助於合適的樣條插值進行平滑後的形狀。由此形成一模擬輪廓(粗實線)，該模擬輪廓在很大程度上對應於真實的圓型材(細實線)。這樣便在整個曲線上得到可用的數據。換言之，對於在真實地通過投影邊緣或切線得到的值以外的位置也能夠確定數據。在圖8中圖示出，如何將一參考圓(點劃線)放置在模擬輪廓(粗實線)中，使得該模擬輪廓與參考圓(點劃線)的形狀方差達到最小值。為所述參考圓計算其直徑Dref。 由參考圓的空間位置確定參考中心τν。在開頭提到的公開文獻中已經描述了參照圖5至圖8描述的方法步驟。在這些圖中所示的輪廓、多邊形以及圓型材的延伸曲線都被加強地示出，以便能夠更好地描述方法原理。圖9示出一如上所述地得到的真實輪廓(粗線)。根據本發明的方法，通過選擇三個從參考中心、朝向或指向輪廓的扇段10(也可被稱為圓扇段)，來由所述輪廓8確定第一組三個輪廓段9。所述扇段10的扇段角ο可自由選擇並且在所示情況中取值為+/-5°。三個扇段10在周向上均勻分布並且夾成120° 的角(確切地說，是(相鄰)扇段的中心線夾成120°的角)。由所述的所選擇的第一組三個扇段10，藉助回歸函數計算出第一圓11。例如以如下方式使這樣找到的該第一圓11儘可能精確地經過所選擇的輪廓段9 使確定第一圓的點的方差形成最小值。在此，計算出該第一圓的直徑和該第一圓的圓心位置，由此為進一步的運算操作提供第一圓的位置和直徑數據。所述回歸函數是公知的非常快速的例程並且具有如下優點輪廓段9中的可能的離散性被平滑處理並且可通過選擇扇段角ο由使用者來確定平滑度。扇段角ο選擇得越小，輪廓段9內的可能偏差值對結果的影響越強烈。現在，對所選擇的第二組三個扇段(圖9中沒有示出，但圖10中示出)重複該過程，但是其中假定所選擇的第二組扇段的定向與第一組扇段9的定向不同。同樣，由該第二組三個扇段藉助於回歸函數計算出第二圓。例如以如下方式使這樣找到的該第二圓儘可能精確地經過所選擇的輪廓段使確定第二圓的點的方差形成最小值。在此，計算出該第二圓的直徑和該第二圓的圓心位置，由此同樣為進一步的運算操作提供第二圓的位置和直徑數據。三個輪廓段或三個扇段的定向可自由選擇，例如這樣選擇使第一組輪廓段指向最後一個三輥輥組的上述壓力點的方向。這在圖9中示出。在此情況下，三個輪廓段具有附圖標記9，而三個扇段具有附圖標記10。第二組的三個輪廓段或三個扇段尤其是取向成，指向最後一個三輥輥組的輥間隙的方向、由此指向倒數第二個三輥輥組的壓力點的方向。所述輪廓段和扇段在圖9中沒有示出。第一組的指向最後一個三輥輥組7的三個壓力點的方向的扇段10在此相對於第二組的指向所述三輥輥組7的輥間隙方向的扇段轉過60°角。 由相關的輪廓段9能確定上述值DT和GT。圖10和圖11用於描述該情況。圖10中示出6個輪廓段(粗線條)，所述輪廓段從總輪廓中選出。因此，所述6個輪廓段是通過相關扇段10確定的上述第一組三個輪廓段 9和同樣通過相關扇段確定的第二組三個輪廓段的總和。扇段角ο相應地適應於測量問題。圖11中圖示出測量值DT (陰影箭頭和虛線圓)和GT(白箭頭和點劃線圓)的兩個圓。所述兩個圓分別由對DT和GT重要的相應的第一、第二組輪廓段獲得。這在數學意義上表示，對於所述重要的輪廓段求出以儘可能小的差包圍輪廓段 (最優擬合)的圓。這種數學處理是已知的。此外，兩個圓的圓心不必重合。而是，圓DT和GT的兩個圓心的偏差也可向機器操作者指示出最後兩個三輥輥組6和7相對取向上的誤差。如上所述，這些值對於優化設定各三輥模塊有重要意義並且彼此相對轉過一固定的60°角。通常，根據本發明的方法所需的測量裝置不能直接設置在最後一個軋機機架後面 (例如出於空間原因)，而是以一定路程布置在下遊。這就導致，完成軋制的圓型材在從最後一個軋機機架到測量裝置的測量平面的路程中被轉動，其中圓型材在該路程中繞縱軸線轉動的角度對於單個軋機通常是已知的。可通過如下方式應對這種狀況扇段10對應於圓型材的轉動也同樣轉動。如果認為軋機機架的各輥對於根據圖10的扇段處於一羅經刻度盤(北或0/360°在上)的0°、 60°、120°、180° ,240°和300°中，則根據圖9的扇段不能指向所述方向而是指向與對於輥在上面給出的角度值偏差一轉角的方向。根據本發明的方法不僅可用於測量圓型材，而且可用於測量具有不規則廓形的長形產品。圖12中示出了這種具有不規則廓形的長形產品。在此，該長形產品是混凝土鋼筋 12，該混凝土鋼筋具有大致柱狀的芯區域13以及側面的肋片14，所述肋片在混凝土鋼筋12 的縱向方向上間隔開並且沿徑向向外延伸。圖13中示出了圖12所示混凝土鋼筋12的橫截面。該橫截面是一處於無肋片區域15中的橫截平面。如圖所示，存在兩排彼此在徑向上對置的肋片14。另外由圖12可見， 這些肋片14的距離在圖12所示的混凝土鋼筋12的左側上比在另一側上大。其結果是，混凝土鋼筋12的一側和另一側上的肋片14大多不處於一個橫截平面中。圖14和圖15中示出了具有3或4個肋片14的混凝土鋼筋的橫截面。此外，在圖 13所示的實施形式中，芯區域大致具有常寬曲線的橫截面形狀，而在圖14所示的實施形式中，芯區域具有角部被切去的四角形的橫截面形狀。按照與上述關於圓型材的軋制類似的方式，通過軋制來獲得所述混凝土鋼筋12。 因此，圖13所示的混凝土鋼筋通過雙輥機架來獲得。在此各輥在徑向上對置，確切地說位於0°和180°處。這些輥在工作面中包括橫向於軋制方向的長形的切口或凹陷部，所述工作面在待軋制的長形產品的表面上經過，混凝土鋼筋12的材料聚集到所述缺口或凹陷部， 並且在軋制和形成肋片14時被壓入到所述缺口或凹陷部中。具有兩個輥的這種布置形式在圖16中示出。為確定圖13所示混凝土鋼筋12的形狀參數，在每個橫截平面中使用兩個例如位於0°和180°中的扇段。在下面的沿縱向方向間隔開的橫截平面或測量平面中使扇段在 90°和270°上取向。或者，也可以在每個測量平面中使四個扇段在0°、90°、180°和270°上取向。 在確定用於每個測量平面或橫截平面的參考點4之後，對於全部待考慮的測量平面連同其參考點、，將所述橫截平面或為此獲得的扇段計算地彼此疊加，由此獲得期望的值。上面結合圖11描述的「最優擬合」運算當然也可以涉及可想到的任意形狀，例如橢圓、正方形、矩形、三角形等。在這種特定形狀的情況下，不僅是將各個尺寸優化到偏差儘可能小。而且還尋找最優的取向。例如，一矩形首先被儘可能好地轉動，然後才儘可能好地匹配兩側的邊長。一直相繼地執行這種運算，直到重要的區的全部偏差的總和最小，由此確定矩形的準確輪廓。圖17中示出可以怎樣獲得圖16中的兩個輥3的錯位。圖17中所示情況涉及圖 16所示的上方輥3平行地向右錯位的狀況。在此情況下也可以由模擬輪廓出發。圖17中沒有示出這種模擬輪廓，而是出於更清楚的原因示出了兩個半圓。在模擬輪廓中，從一個半圓到另一個半圓的過渡實際上不是臺階狀的。通過以Ill和t!2標記的輪廓段可確定直徑。通過兩個半圓之間的分割線附近的輪廓段&和4以及通過輪廓段1^和132同樣可以確定兩個直徑。所述兩個直徑的差表示錯位。如果全部輪廓段Bi、B2, bi和ID2與參考中心\相距相同的距離，則兩個輥3彼此對準並且沒有相對錯位，這如圖16所示。在本說明書以及權利要求書的範圍內使用的簡稱，例如在步驟b)中用於垂線的A 至r6以及IV至IV和用於切線的T1至T6以及V至T6,以及在步驟C)中用於頂點的A至 L不具有限制所述特徵的數量的特點，而是用於更好地表示所述特徵的附圖標記的形式。這尤其適用於權利要求中的括號表達。附圖標記清單
1測量裝置
2軋機機架
3輥
4輥
5長形產品
6倒數第二個三,
7最後一個三輥,
8輪廓
9輪廓段
10扇段
11圓
12混凝土鋼筋
13芯區域
14肋片
15無肋片的橫截平面
比凹陷部/切口
權利要求
1.一種用於確定長形產品的形狀參數的方法，所述方法尤其是用於圓型材的圓度確定，所述長形產品在軋機中沿其縱向方向向前運動，其中，用已知的方式藉助一具有至少兩個雷射掃描器的測量裝置產生和測量至少三個貼靠在待測長形產品上、包圍所述長形產品並形成一多邊形的投影邊緣，並由此計算出相應的切線，所述雷射掃描器各自具有光敏傳感器和雷射器，其中，a)在測量前，如果所述測量裝置的測量場中的中心( )尚未確定，則校準和確定該中心仏)；b)確定從所述中心(Ztl)到所述切線(TpI^I^I^I^I^TpTpTpTd、!^)的垂線(!·1、1~2、1~3、1~4、1~5、1~6、1>、1~2,、1>、1>、1>、1~6,)，進而計算出從所述中心(Ztl)到所述切線(T1-T6,)的距離；c)計算出包圍長形產品的所述多邊形的各頂點(A至L)，由所述多邊形的數據計算出一特別是完整的輪廓；d)相對於所述輪廓這樣確定一參考圓，使得i)所述輪廓相對於所述參考圓的形狀方差最小， )所述參考圓是以圍繞所述輪廓的方式進行匹配的可能的最小圓，iii)所述參考圓是在所述輪廓中進行匹配的可能的最大圓，或者iv)所述參考圓連同與該參考圓同心的另一圓一起以最小的半徑差將所述輪廓夾在中間；e)計算出所述參考圓的直徑(Dref)，由空間位置確定參考中心(Zp)，該參考中心(Zp)為該參考圓的圓心點；f)選擇出第一組至少兩個扇段，所述扇段從所述參考中心(Zp)以一能選擇的扇段角 +/-σ指向所述輪廓並且各自界定出一輪廓段；g)在期望的情況下，為第二組扇段或為多個另外的組的扇段重複步驟f)一次或多次；以及h)由所計算出的數據計算出所期望的形狀參數。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於使用一個針對所述長形產品的一個測量平面得出的輪廓，或者使用多個在所述長形產品的沿縱向方向間隔開的不同測量平面中得出的輪廓。
3.根據權利要求1或2的方法，其中使用多組扇段，其特徵在於對於所有的組，所述扇段的數量都相同，因而所述輪廓段的數量都相同。
4.根據權利要求3的方法，其特徵在於每組扇段包括3、4、5、6或7個扇段。
5.根據權利要求4的方法，其中，使用具有相同數量扇段的第一組和第二組，其特徵在於這樣選擇第一組的輪廓段的扇段，使得在第一組的輪廓段的兩個扇段之間的角度被第二組的輪廓段的一扇段大致平分。
6.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於在步驟h)中，對於每個輪廓段都計算出距所述參考中心( )的平均距離。
7.根據權利要求6的方法，該方法用於確定不規則形狀型材——尤其是混凝土鋼筋——的形狀參數，其特徵在於對於多個沿所述長形產品的縱軸線方向間隔開的測量平面確定所述參考中心(Zp)，在步驟h)中，對於所述參考中心(Zp)中的每一個計算出所述輪廓段距所述參考中心( )的平均距離，將所述參考中心(Zp)彼此疊加並由此計算出所期望的值。
8.根據權利要求1至5之一的方法，該方法尤其是用於確定圓型材的形狀參數，其中， 使用兩組三個或多個扇段，其特徵在於在步驟h)中，對於藉助第一組扇段界定出的輪廓段，藉助已知的回歸函數這樣計算出第一圓，使得所述第一圓延伸經過所選擇的輪廓段，並且計算出所述第一圓的直徑和所述第一圓的圓心位置；對於藉助於與第一組扇段取向不同的第二組扇段界定出的輪廓段，藉助已知的回歸函數這樣計算出第二圓，使得所述第二圓延伸經過所選擇的輪廓段，並且計算出所述第二圓的直徑和所述第二圓的圓心位置；由所述兩個圓的值來確定期望的參數。
9.根據權利要求8的方法，其特徵在於分別這樣計算出所述圓，使得所述圓儘可能準確地延伸經過與所述圓相關的輪廓段。
10.根據權利要求8或9的方法，其特徵在於這樣計算所述圓，使得確定所述圓的點的方差最小。
11.根據權利要求8至10之一的方法，其特徵在於第一組的輪廓段的扇段指向最後一個軋機機架的輥的壓力點(DT)的方向；而所述輪廓段的扇段指向最後一個軋機機架的輥間隙(GT)的方向，或者反之。
12.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於所述角σ取值為+/-0.1 10°。
13.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於在步驟c)之後在步驟d)之前具有步驟Cl)，在該步驟Cl)中，通過按照Weierstrass逼近定理利用多項式進行數值逼近將在步驟c)中獲得的所述多邊形表示成連續函數，因此通過經平滑的模擬輪廓獲得完整的輪廓， 並且在使用所述模擬輪廓的情況下執行步驟d)至f)。
14.根據權利要求13的方法，其特徵在於通過藉助合適的樣條插值進行的平滑來實現所述完整的輪廓。
15.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於使所述測量裝置繞所述圓型材轉動， 尤其是使所述測量裝置執行60°的振動或連續的轉動運動，或者使所述測量裝置不繞所述圓型材轉動。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定長形產品的形狀參數的方法，所述方法尤其是用於圓型材的圓度確定，所述長形產品在軋機中沿其縱向方向向前運動，其中，用已知的方式藉助一具有至少兩個雷射掃描器的測量裝置產生和測量至少三個貼靠在待測長形產品上、包圍所述長形產品並形成一多邊形的投影邊緣，並由此計算出相應的切線，所述雷射掃描器各自具有光敏傳感器和雷射器。由所述多邊形計算出一輪廓。在所述輪廓上確定多個輪廓段。由這些數據可計算出期望的形狀參數。
文檔編號G01B11/24GK102171530SQ200980139089
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月2日 優先權日2008年10月2日
發明者I·B·蘇維拉茨, U-P·施圖德 申請人:仲巴赫電子公司