邊緣平直度監控的製作方法

2023-04-26 07:32:56 1

專利名稱：邊緣平直度監控的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於輥軋機的金屬帶材邊緣平直度監控系統，尤其是用於冷箔鐵和非 鐵金屬輥軋機的金屬帶材邊緣平直度監控系統。
背景技術：
在冷箔鋁輥軋機上，帶材邊緣平直度缺陷——尤其是由在帶材邊緣的場所中的急 劇溫度梯度引起的緊邊緣或者緊邊緣和鬆弛填充(loos印ocket)——降低產品質量、生產 率並且在軋制期間是許多斷帶的觸發因素。在一些情況下，傳統致動器的精調(例如工作 輥彎曲和工作輥冷卻噴射)可以被用來處理該問題，但是通常隨著對生產率和質量的要求 日益增加，這些致動器的效果變得有限。諸如熱邊緣噴射器和邊緣感應器的現有致動器通過在帶材邊緣外圍利用熱噴射 或電磁感應加熱輥來使工作輥上溫度下降的位置移動遠離帶材邊緣。然而，不能將這些致 動器操作到它們的全部潛能，因為對平直度測量設備在帶材邊緣處的準確度和/或解析度 的限制約束任何高等級的自動控制。
最一般地，利用平直度測量輥來測量鋁輥軋機上的帶材的整個寬度的帶材平直 度。存在來自三個不同製造者的三種主要的輥設計，並且儘管測量方法不同但是原理基本 上相同。所有這三種變型方案依賴於在機器的入口側或出口側與帶材接觸，並且這三種變 型方案測量跨越帶材寬度的限定區中的帶材壓力。然後，每個區中的壓力被轉換成等效應 變以給出帶材「形狀」的指示或該區中的平直度。輥上的區在帶材主體中通常是50mm寬， 並且在期望的帶材寬度範圍的帶材邊緣的場所減小到25或26mm寬。形狀信號被報告給控 制系統，該控制系統然後使用適當的致動器來校正形狀缺陷。平直度測量輥上的分區區域 在結合冷卻噴射器使用時是最有用的。在該實例中，該控制系統調整應用於相應區中的工 作輥的冷卻量。為了實現平直度控制，平直度測量輥針對特定區寬將來自每個區中的傳感 器的信號進行平均並且還考慮來自相鄰區的信號。測量邊緣平直度存在問題，因為根據輥軋機的特定帶材寬度範圍，帶材的邊緣可 能位於平直度測量輥上，使得沒有覆蓋足夠的區來提供準確的輸出。這導致在帶材邊緣處 的信號被控制系統忽略，並且在緊邊緣鬆弛填充的情況下，緊邊緣和鬆弛填充可能會落在 相同區，因此這一現象被控制系統非故意地忽略，並且然後將其留給操作員進行在線視覺 檢查以及相應地校正。

發明內容
根據本發明的第一方面，用於輥軋機的金屬帶材邊緣平直度監控系統包括一個或 多個熱成像設備，該熱成像設備被布置成監控跨越所述輥軋機中至少一個研究區的溫度或 溫度變化；其中所監控的溫度或溫度變化被輸入到平直度控制系統中；其中在所述平直度 控制系統中生成控制信號以更改輥軋機中的致動器的致動；其中研究區的寬度小於金屬帶 材寬度的一半；以及其中所述研究區包括在所述帶材的每側的區域，並且所監控的總寬度小於金屬帶材的總寬度的一半。本發明提供增強的邊緣形狀控制並且允許更快的生產速度。在一個實施例中，所述研究區在一個或多個工作輥的外圍上。在該實施例中，所述工作輥的外部圓柱表面受到監控。優選地，所述研究區在所述輥軋機的輸入側或出口側。當監控所述工作輥的外圍時，這可以在輸入側或出口側處完成。優選地，所述研究區在所述工作輥的輥隙與工作輥和相鄰支撐輥的輥隙之間延 伸。
任一側的研究區的長度可以高達工作輥的圓周的一半。在另一個實施例中，所述研究區在離開工作輥的金屬帶材的邊緣處。在該實施例中，離開工作輥的金屬帶材的區域受到監控。優選地，研究區的長度小於所述工作輥的輥隙和帶材重卷機之間的金屬帶材的長度。當對金屬帶材進行監控時，所述研究區的長度不會延伸超過所述帶材重卷機。優選地，該系統還包括具有視場的固定安裝的熱成像設備，該熱成像系統能夠針 對特定應用中的所有產品寬度組合來測量溫度或溫度變化。這是特別具有成本效益的選擇。優選地，該系統還包括用於每個熱成像設備的底座，每個底座被適配成允許該設 備跨越該金屬帶材上的研究區寬度橫向移動。優選地，所述設備響應於控制系統中關於正在被軋制的產品的最新信息來調整其 橫向位置。這允許更好的解析度和系統響應。優選地，所述設備響應於由所述熱成像設備探測到的邊緣位置來調整其橫向位置。這允許完全自動化的在線邊緣控制，並且還將位置反饋到其它機器致動器。優選地，所述系統還包括所述輥軋機的出口側的平直度測量設備。優選地，所述致動器包括熱邊緣噴射控制器和感應器控制器中的至少一個。優選地，溫度和溫度變化二者都受到監控。根據本發明的第二方面，用於監控輥軋機中的金屬帶材的帶材邊緣平直度的方法 包括使用熱成像設備來測量跨越研究區的溫度或溫度變化，其中所述研究區的寬度小於所 述帶材的寬度的一半；並且其中所述研究區包括所述帶材的每側的區域，並且所監控的總 寬度小於金屬帶材的總寬度的一半，該方法還包括基於所測量的溫度或溫度變化導出控制 信號；以及使用所導出的控制信號以提供增強的邊緣形狀控制來控制輥軋機中的致動器的 操作。在一個實施例中，在一個或多個工作輥的外圍上測量所述溫度或溫度變化。優選地，所述研究區在所述輥軋機的輸入側或出口側。優選地，所述研究區在所述工作輥的輥隙與工作輥和相鄰支撐輥的輥隙之間延 伸。在可替換的實施例中，所述研究區在輥軋機的出口側的金屬帶材的邊緣處。
優選地，在小於或等於所述工作輥的輥隙和帶材重卷機之間的金屬帶材的長度的 一段長度上測量所述溫度或溫度變化。優選地，該方法還包括具有視場的固定安裝的熱成像設備，該熱成像設備能夠針 對特定應用中的所有產品寬度組合來測量所述溫度或溫度變化。優選地，該方法還包括用於每個熱成像設備的底座，每個底座被適配成允許該設 備跨越該金屬帶材上的研究區寬度橫向移動。優選地，所述設備響應於控制系統中關於正在被軋制的產品的最新信息來調整其 橫向位置。這允許更好的解析度和系統響應。優選地，所述設備響應於由所述熱成像設備探測到的邊緣位置來調整其橫向位
置。 這允許完全自動化的在線邊緣控制，並且還將位置反饋到其它機器致動器。 優選地，該方法還包括使用所述輥軋機的出口側的平直度測量設備來測量所述帶 材的平直度。優選地，該方法還包括將來自所述平直度測量設備的信號輸入給平直度控制系統 以進一步更改到所述致動器的控制信號。優選地，溫度和溫度變化二者都受到監控。


現在將參考附圖來描述根據本發明的金屬帶材邊緣平直度監控系統的示例，其 中圖1示出使用紅外線傳感器測量具有溫度的整個帶材的平直度的第一已知設備；圖2示出使用紅外線傳感器測量具有溫度的整個帶材的平直度的第二已知設備；圖3示出用於輥軋機的金屬帶材邊緣平直度監控系統的第一示例；以及圖4示出用於輥軋機的金屬帶材邊緣平直度監控系統的第二示例。
具體實施例方式在輥軋機的現代自動化中，定義某些控制等級。等級1例如使用可編程邏輯控制 器覆蓋基礎自動化。等級2覆蓋用於過程控制(例如過程模型和診斷)的過程自動化系統。 等級3覆蓋用於生產規劃和控制系統(例如車間和質量管理)的生產自動化。在常規的輥 軋機環境中，平直度控制位於等級1範疇。然而，這不是平直度控制發生的全部範疇。本發明以特定方式使用熱成像設備，以便監控帶材邊緣平直度。下面將描述的現 有技術系統的兩個示例是使用熱輻射、而不是使用上面提到的平直度測量輥來測量帶材平 直度。如圖1所示的那樣，DE2747729A1描述了具有掃描布置11的簡單的紅外線性掃描 系統，其接收表示帶材5的出口溫度的紅外線輻射，該輻射經由旋轉鏡12反射到遠離帶材 安裝的紅外線傳感器13以提供用於平直度控制目的的信號。圖2所示的EP0376887B1說 明使用紅外線探測器32以從高發射性黑化接觸輥(highly emissive blackened contact roll) 30接收紅外線輻射36來監控出口帶材溫度，其中該高發射性黑化接觸輥30與工作輥 10、12之間的輥隙11下遊的帶狀材28接觸。這些方法有些不完善，原因在於，為了根據帶材的處理溫度來準確地測量和量化真實的帶材平直度，除了需要溫度監控之外還需要跨越 機器的入口或輸入側的整個寬度的材料厚度和溫度的指示、來自機器的熱輸入以及來自噴 射器的輸出、以及還有關於輥的長度而變化的圍繞其圓周的輥幾何形狀的知識。上面所提到的作為對傳統的接觸輥壓力方法的替換方案的兩個現有技術示例都 與確定跨越所述帶材的溫度有關。為了減少斷帶並且改進生產率和產品質量，這兩個現有 技術示例都沒有集中於對帶材邊緣平直度缺陷的探測。此外，這兩個現有技術示例中的方 法沒有使其自身適合於在現代高速輥軋機上使用，特別是在現代高速鋁帶材軋制環境中使 用。在高速輥軋機中應用的本發明使得能夠通過監控在由金屬帶材採用的路徑外圍 處有限的研究區域上的溫度梯度來確定帶材邊緣平直度缺陷。存在兩種實行監控的方法。 在第一種方法中，熱成像設備的目標在於在機器的輸入側或出口側的帶材邊緣場所中的工 作輥的頂表面或底表面或這二者。通過針對帶材通過的內側段和外側段之間的任何溫度變 化來連續地監控輥的圓柱表面、輥外圍，可以將反饋提供給中央處理器以控制邊緣形狀改 進致動器的熱輸入和位置。可替換地，成像設備的目標在於映射離開帶材的邊緣和邊緣內 側處的溫度，以便連續地監控處理不足的冷的緊邊緣以及下落到帶材邊緣內側的處理過度 的熱鬆弛填充。然後所獲得的信息被用於利用邊緣改進增強致動器來定位和控制正確的熱 輸入，以使得通過減小形狀誤差來提供邊緣平直度改進。除了平直度控制之外，熱成像設備可以被用來準確地探測迄今持續關心的帶材 邊緣位置。存在其它帶材邊緣感測設備可用，例如固定感應探測器(最昂貴的解決方 案，但是也是最準確的，其準確度在+/-Imm區域內)，其從後面照射帶材並且使用橫向的 或固定線掃描攝像機以及在主體或帶材下方的光源，其中上方有機動化的橫向光電單元 (photoelectric cell)。當光電單元具有50%的陰影或覆蓋範圍時，該光電單元與帶材邊 緣對齊。橫向機構上的編碼器或位移引導器向機器控制系統報告位置。為了探測帶材邊緣，該熱成像設備感測該帶材的外部周圍環境和被處理的帶材的 邊緣之間的溫差。然後通過考慮來自編碼器或線性位移傳感器的橫向位置來處理圖像，以 報告帶材邊緣相對於設備視場的位置以及是否是橫向類型。在圖3中更詳細地描述了本發明的系統的特定示例。輥軋機包括一對工作輥103， 在工作輥的輸入側處具有相應的相鄰支撐輥104和邊緣形狀增強致動器106。正在被軋制 的金屬帶材101以由箭頭112所指示的移動方向通過工作輥103、越過機器出口側的平直 度測量輥102並且到帶材重卷機109上。能夠分析主體所輻射的熱並且將其轉換成電信號 120的一個或多個熱成像設備105 (例如紅外線(IR)攝像機)的目標在於一個或兩個工作 輥103的外圍上的區域108。工作輥的目標區域的寬度125小於通過該工作輥的金屬帶材 的寬度的一半。通過監控相當於不到金屬帶材總寬度126的一半的寬度區域來處理帶材邊 緣平直度的問題。在圖3所示的示例中，傳感器被定 位在機器的出口側，對準該側上的工作 輥103，但是所述傳感器不限於該位置並且可以同樣被定位成對準該機器的入口側而非出 口側、或者入口側以及出口側。此外，正被監控的區域的長度可以被限制成等於或小於從工 作輥輥隙110到出口側的帶材重卷機109的長度。熱成像設備通常被安裝為使得可以在橫 向方向上移動它們，以便適應於正被軋制的帶材的寬度。可以用於溫度測量的工作輥的區域在輥隙110與接觸處111之間的工作輥的徑向外圍上的任何地方，所述接觸處111位於工作輥103和任何相鄰支撐輥104之間。為了補 償所有帶材寬度變化，攝像機105能夠通過以下方式自動地調節其橫向位置113 S卩，通過 在來自熱成像設備105的信號120中接收到的溫度信息來感測帶材邊緣114，或者根據來 自機器控制系統的帶材寬度數據進行配方驅動(recipe driven) 0對具有可變位置的傳感 器的替代是具有固定的傳感器，但是使用具有廣角視場的傳感器105，以使得特定帶材寬度 範圍的帶材邊緣被容納於更寬的視角中、進而被容納於攝像機所對準的工作輥的相應區域 中。
在來自熱傳感器的信號120中接收到的信息被報告給平直度控制系統107，該平 直度控制系統107然後分析該信號並且必要時將該熱信息信號與從平直度測量輥102接收 到的信號121相結合或者相比較，並且輸出信號122以控制邊緣形狀增強致動器106。該 致動器例如可以是但不限於冷卻劑噴射器、移位、彎曲、熱邊緣噴射器或邊緣感應器。以校 正任何邊緣平直度缺陷的方式來控制致動器。以基本上實時反饋控制迴路的形式來進行處 理，所以在軋制期間傳感器連續監控邊緣形狀，並且平直度控制系統更改該致動器以校正 該帶材邊緣的形狀。圖4示出用於監控帶材邊緣平直度的替換系統和方法的示例。等同特徵具有與圖 3中的那些特徵相同的附圖標記。如前面所述那樣，正在被軋制的金屬帶材101以箭頭112 所指示的移動方向通過工作輥103，越過機器出口側的平直度測量輥102並且到帶材重卷 機109上。然而，在該示例中，一個或多個熱成像設備或傳感器105的目標在於監控金屬帶 材101在限定區域115中關於該機器出口側的帶材邊緣114的熱輪廓(thermal profile)， 而不是在於工作輥103的徑向外圍。本發明關於帶材邊緣平直度，所以研究區域115的寬 度125小於金屬帶材101的寬度126的一半，並且在該區中邊緣被監控的帶材的總寬度覆 蓋小於帶材101的整個寬度126的一半的範圍。由於實際原因，所監控的帶材邊緣的長度 被限制成小於或等於工作輥輥隙與帶材重卷機之間的長度。傳感器105可以被定位成監控 工作輥輥隙110和帶材重卷機109之間的沿著帶材邊緣的任何點處的帶材101的邊緣的頂 部或底部的輪廓、即從上方或下方監控，並且將信號120發送到平直度控制系統107。因為 機器的進入側的帶材已經有時間來熱穩定，並且還沒有被立即冷處理，所以該方法不適合 監控輥隙的上遊、即輸入側的帶材邊緣的熱輻射。本發明通過使用從熱成像傳感器105以及可選地從平直度測量輥饋送到等級1機 器控制中心107的信號120，來提供邊緣平直度控制的自動化，其中所述傳感器指向工作輥 或金屬帶材。然後，機器控制中心能夠生成被輸出給輸入處的致動器106以校正邊緣平直 度中的誤差的信號122。利用自動反饋系統，結合高速操作來實現改進的邊緣平直度。
權利要求
一種用於輥軋機的金屬帶材邊緣平直度監控系統，所述系統包括一個或多個熱成像設備(105)，該熱成像設備(105)被布置成監控跨越輥軋機中的至少一個研究區域(108、115)的溫度或溫度變化；其中所監控的溫度或溫度變化(120)被輸入到平直度控制系統(107)中；其中在所述平直度控制系統中生成控制信號(122)以更改輥軋機中的致動器(106)的致動；其中研究區(108、115)的寬度小於金屬帶材寬度的一半；以及其中所述研究區包括在所述帶材(101)的每側(114)的區域，並且所監控的總寬度小於所述金屬帶材的總寬度的一半。
2.根據權利要求1所述的系統，其中研究區(108、115)在一個或多個工作輥(103)的外圍上。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其中研究區(108、115)在所述輥軋機的輸入側或 出口側。
4.根據前述任一項權利要求所述的系統，其中研究區(108、115)在所述工作輥(103) 的輥隙(110)與工作輥和相鄰支撐輥(104)的輥隙(111)之間延伸。
5.根據權利要求1所述的系統，其中研究區(108、115)在離開工作輥的金屬帶材 (101)的邊緣(114)處。
6.根據權利要求5所述的系統，其中研究區(108、115)的長度(123)小於所述工作輥 (103)的輥隙(110)和帶材重卷機(109)之間的金屬帶材的長度(124)。
7.根據前述任一項權利要求所述的系統，其中所述系統還包括具有視場的固定安裝的 熱成像設備(105)，該熱成像設備(105)能夠針對特定應用中的所有產品寬度組合來測量 溫度或溫度變化。
8.根據前述任一項權利要求所述的系統，其中所述系統還包括用於每個熱成像設備的 底座，每個底座被適配成允許所述設備跨越所述金屬帶材上的研究區寬度橫向移動。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述設備(105)響應於控制系統(107)中關於正 在被軋制的產品的最新信息來調整其橫向位置(113)。
10.根據權利要求8或9所述的系統，其中所述設備(105)響應於由所述熱成像設備 (105)探測到的邊緣位置來調整其橫向位置(113)。
11.根據前述任一項權利要求所述的系統，其中所述系統還包括在所述輥軋機的出口 側的平直度測量設備(102)。
12.根據前述任一項權利要求所述的系統，其中所述致動器(106)包括熱邊緣噴射控 制器和感應器控制器中的至少一個。
13.根據前述任一項權利要求所述的系統，其中溫度和溫度變化二者都受到監控。
14.一種用於監控輥軋機中的金屬帶材的帶材邊緣平直度的方法，所述方法包括使用 熱成像設備(105)來測量跨越研究區的溫度或溫度變化，其中所述研究區(108、115)的寬 度(125)小於所述帶材的寬度的一半；並且其中所述研究區包括在所述帶材的每側的區 域，並且所監控的總寬度小於金屬帶材(101)的總寬度(126)的一半，所述方法還包括基於 所測量的溫度或溫度變化導出控制信號(122)；以及使用所導出的控制信號來控制所述輥 軋機中的致動器(106)的操作以提供增強的邊緣形狀控制。
15.根據權利要求14所述的方法，其中在一個或多個工作輥(103)的外圍上測量所述 溫度或溫度變化。
16.根據權利要求15所述的方法，其中研究區(108、115)在所述輥軋機的出口側。
17.根據權利要求14到16中的任一項所述的方法，其中研究區(108、115)在所述工作 輥(103)的輥隙(110)與工作輥(103)和相鄰支撐輥(104)的輥隙(111)之間延伸。
18.根據權利要求14所述的方法，其中研究區(108、115)在所述輥軋機的出口側的金 屬帶材(101)的邊緣處。
19.根據權利要求18所述的方法，其中在小於或等於所述工作輥(103)的輥隙(110) 和帶材重卷機(109)之間的金屬帶材(101)的長度(124)的一段長度(123)上測量所述溫 度或溫度變化。
20.根據權利要求14到19中的任一項所述的方法，其中所述方法還包括具有視場的固 定安裝的熱成像設備(105)，該熱成像設備(105)能夠針對特定應用中的所有產品寬度組 合來測量所述溫度或溫度變化。
21.根據權利要求14到20中的任一項所述的方法，其中所述方法還包括用於每個熱成 像設備(105)的底座，每個底座被適配成允許所述設備跨越所述金屬帶材(101)上的研究 區寬度(25)橫向移動(113)。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述設備(105)響應於控制系統(107)中關於 正在被軋制的產品的最新信息來調整其橫向位置(113)。
23.根據權利要求21或22所述的方法，其中所述設備(105)響應於由所述熱成像設備 探測到的邊緣位置來調整其橫向位置(113)。
24.根據權利要求14到23中的任一項所述的方法，其中所述方法還包括使用在所述輥 軋機的出口側的平直度測量設備(102)來測量所述帶材(101)的平直度。
25.根據權利要求24所述的方法，還包括將來自所述平直度測量設備(102)的信號 (121)輸入到平直度控制系統(107)以進一步更改到所述致動器(106)的控制信號(122)。
26.根據權利要求14到25中的任一項所述的方法，其中溫度和溫度變化二者都受到監控。
全文摘要
本發明涉及邊緣平直度監控。一種用於輥軋機的金屬帶材邊緣平直度監控系統包括一個或多個熱成像設備(105)，該熱成像設備(105)被布置成監控跨越輥軋機中至少一個研究區(108、115)的溫度或溫度變化。所監控的溫度或溫度變化被輸入到平直度控制系統(107)中，並且在所述平直度控制系統中生成控制信號(122)以更改輥軋機中的致動器(106)的致動。所述研究區(108、115)的寬度(125)小於金屬帶材(101)的寬度(126)的一半並且包括所述帶材的每側的區域。所監控的總寬度小於所述金屬帶材的總寬度(126)的一半。
文檔編號B21B38/00GK101837374SQ20101013923
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月19日 優先權日2009年3月20日
發明者M·A·西爾維 申請人:西門子Vai金屬科技有限公司