ИЗМЕРЕНИЕ УТОЛЩЕНИЯ НА КРАЯХ
MEASUREMENT OF EDGE BUILDUP

Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для контроля однородности толщины покрытия на наматываемом, с нанесенным покрытием, металлическом рулоне в направлении его ширины.
В настоящее время стальные полосы обычно покрывают различными покрытиями для улучшения свойств их поверхности. Эти покрытия обычно наносят путем пропускания стальной полосы через ванну для нанесения покрытия, которое приклеивается/прилипает к поверхности полосы. После выхода из упомянутой ванны для нанесения покрытия толщину покрытия регулируют с помощью средства зачистки. После этого полосу обычно подвергают термической обработке, а затем сматывают на станции намотки.
Упомянутое средство зачистки 1 обычно содержит воздушные ножи 2, расположенные с обеих сторон полосы S, и дефлекторы 3 по бокам, как показано на фиг. 1. Кроме того, положение дефлекторов существенно влияет на качество покрытия на краях полосы, т.е. на толщину и однородность покрытия на краях. Если положение упомянутых дефлекторов установлено неправильно, то на полосе появляется тенденция к утолщению покрытия, особенно на краях. При сматывании утолщение покрытия на краях полосы накладывается друг на друга и в конечном итоге приводят к тому, что окружность рулона 4 по краям 5 больше, чем в центре 6, такой рулон представлен на фиг. 2. Это отрицательно сказывается на качестве продукта, так как края полосы будут растягиваться, и при разматывании это приведет к волнистым краям. В промышленности приемлемой является только определенная величина утолщения, т.е. допускается только определенное отклонение окружности рулона по ширине рулона. При превышении этого значения волнистые края могут быть удалены, а рулон должен быть переведен в более низкую категорию, что экономически невыгодно.
В зависимости от различных параметров, таких как ширина полосы, требуемая толщина покрытия, состав покрытия, износ средства зачистки, свойства используемого газа и скорость полосы; параметры зачистки, такие как положение дефлектора и средства зачистки, должны быть отрегулированы для подавления утолщения на краях. Следовательно, положение дефлектора не может быть установлено раз и навсегда, а его необходимо регулярно регулировать.
На станции намотки однородность толщины покрытия по ширине обычно вручную контролирует оператор, что имеет несколько недостатков. Во-первых, существуют проблемы с безопасностью, поскольку оператор должен находиться рядом с движущейся полосой во время ее намотки. Во-вторых, измерение не является точным и зависит от оператора. В-третьих, существует задержка между измерением нарастания и временем, когда дефлектор может быть отрегулирован, поскольку измерение занимает много времени, а передача данных происходит не сразу.
Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить решение, позволяющее оптимизировать измерение утолщения наматываемого рулона и решить вышеупомянутые проблемы.
Эта цель достигается посредством способа по п. 1 формулы изобретения. Способ также может содержать любые признаки пунктов 2-12 формулы изобретения. Эта цель также достигается за счет создания устройства по пп. 13-15 формулы изобретения.
Другие признаки и преимущества станут очевидными из последующего подробного описания изобретения.
Чтобы проиллюстрировать изобретение, будут описаны различные варианты осуществления, в частности, со ссылкой на следующие чертежи:
На фиг. 1 показана полоса, зачищаемая с помощью средства зачистки, содержащего воздушные ножи и дефлекторы.
На фиг. 2 показан рулон с утолщениями на краях.
На фиг. 3 показан рулон, три точки на поверхности рулона и расстояние от них до оси вращения рулона.
На фиг. 4 показан вариант осуществления изобретения, содержащий два средства измерения расстояния и рулон.
На фиг. 5 показано четыре различных варианта расположения первой точки на поверхности рулона относительно второй точки на поверхности рулона.
На фиг. 6 показано три различных случая, объясняющих, что такое Δ12true.
На фиг. 7 показан вариант участка рулона, в большей степени подверженного утолщению покрытия.
На фиг. 8 показана разница в утолщении между 1-слойным рулоном (A) и 100-слойным рулоном (B).
На фиг. 9 представлена схема измерительного средства и рулона (А) и график разности Δ12true по ширине рулона (B).
На фиг. 10 представлена схема измерительного средства и рулона (А) и график суммарной разности Δ12true по ширине рулона (B).
На фиг. 11 показан вариант лазерного датчика смещения.
На фиг. 12 показан рулон, его ось вращения и две точки на его поверхности (А), а также проекция угла, образованного точками на его поверхности и его осью вращения (В).
На фиг. 13 показано два вида варианта станции намотки.
Изобретение относится к способу контроля однородности толщины покрытия на наматываемом металлическом рулоне с нанесенным покрытием, упомянутый способ содержит следующие этапы, на которых:
A) измеряют первое расстояние D1 между первой опорной точкой R1 и первой точкой C1 на поверхности рулона,
B) измеряют второе расстояние D2 между второй опорной точкой R2 и второй точкой C2 на поверхности рулона, при этом
- упомянутые первая и вторая точки на рулоне расположены в разных позициях по ширине рулона
C) вычисляют разность между упомянутым первым расстоянием D1 и упомянутым вторым расстоянием D2, при этом упомянутую разность обозначают через Δ12true,
D) сохраняют упомянутую разность Δ12true,
E) повторяют упомянутые этапы A, B, C и D, перемещая первую и/или вторую точку на поверхности рулона вдоль по меньшей мере десятой части всей ширины рулона,
F) устанавливают пороговое значение М,
G) сравнивают каждую сохраненную разность Δ12true с упомянутым пороговым значением M или сравнивают сумму разностей Δ12true с упомянутым пороговым значением M,
H) выдают предупреждение, если упомянутая разность Δ12 или упомянутая сумма разностей Δ12true выше указанного порогового значения M.
Контроль толщины покрытия по ширине рулона основан на сравнении толщины рулона в разных точках по ширине рулона. Предполагается, что толщина рулона должна быть одинаковой для любой точки по окружности рулона для измеряемой позиции по ширине рулона. Это показано на фиг. 3, где показано три точки (7а, 7b, 7с) на поверхности рулона и расстояние (8а, 8b, 8с) до оси 9 вращения рулона, и считается, это расстояние одинаковое во время намотки. Толщина рулона зависит от нескольких параметров, таких как номер слоя рулона, толщина полосы и толщина покрытия. Влияние двух первых параметров на толщину рулона по ширине рулона считают пренебрежимо малым. Следовательно, изменение толщины рулона по ширине рулона в основном зависит от изменения толщины покрытия по ширине рулона. Таким образом, как объяснялось ранее, если средство зачистки установлено неправильно, то на краях может быть больше покрытия, чем в центре стальной полосы, и при намотке образуется утолщение на краях, что приводит к рулону, подобному тому, что изображен на фиг. 2. Также возможно, например, если воздушные ножи установлены неправильно, то большая толщина покрытия присутствует на другом участке, вдоль ширины полосы.
Металлический рулон с нанесенным покрытием может быть изготовлен из стали с покрытием на основе цинка и может быть намотан на станции намотки.
Как показано на фиг. 4, на первом этапе A измеряют расстояние D1 между первой опорной точкой R1 и первой точкой C1 на поверхности рулона. Можно сказать, что опорная точка R1 приблизительно представляет собой крайнюю точку первого измерительного средства M1, измеряющего упомянутое расстояние D1. Таким образом, расстояние D1 представляет собой расстояние между первым измерительным средством M1 и точкой C1 на поверхности рулона.
Как показано на фиг. 4, на втором этапе B измеряют расстояние D2 между второй опорной точкой R2 и второй точкой C2 на поверхности рулона. Можно сказать, что вторая опорная точка R2 приблизительно представляет собой крайнюю точку второго измерительного средства M2, измеряющего упомянутое расстояние D2. Таким образом, расстояние D2 представляет собой расстояние между вторым измерительным средством M2 и второй точкой C2 на поверхности рулона.
Как первое, так и второе расстояние, D1 и D2, предпочтительно представляют собой кратчайшее расстояние между соответствующей контрольной точкой и упомянутым рулоном. Такое расположение облегчает определение D1 и D2 и, следовательно, Δ12true.
Первая и вторая точки C1 и C2 на рулоне расположены в разных позициях вдоль ширины рулона. Рулон, его ось вращения и первое и второе расстояния представлены на фиг. 5 для четырех различных случаев, при этом поверхность рулона может быть ограничена по ширине и высоте, причем упомянутая высота соответствует окружности рулона:
А) C1 и C2 находятся в одних и тех же точках по высоте рулона, но в разных позициях по ширине рулона;
B) C1 и C2 находятся в разных точках по высоте рулона и в разных позициях по ширине рулона;
C) C1 и C2 находятся в разных точках по высоте рулона, но в одной и той же позиции по ширине рулона;
D) C1 и C2 находятся в одной и той же точке по высоте рулона и в одной и той же позиции по ширине рулона, так что они находятся в одном и том же месте.
Следовательно, на фиг. 5 предложенному способу соответствуют только случаи А и B, так как С1 и С2 расположены в разных позициях по ширине рулона.
Предпочтительно упомянутые этапы А и В выполняют в течение 1 секунды. Это позволяет приблизить к действительности предположение о числе слоев во время измерения. Еще более предпочтительно, упомянутые этапы А и В выполняют в течение 0,5 секунды.
Затем вычисляют разность, обозначенную через Δ12true, между упомянутым первым расстоянием D1 и упомянутым вторым расстоянием D2. Разность, обозначенная Δ12true, представляет влияние утолщения покрытия на размер диаметра рулона для первой и второй опорных точек. Но поскольку опорные точки R1 и R2 могут находиться на разном расстоянии от оси вращения рулона или фактически на оправке, то может потребоваться корректировка этой разности Δ12true. Δ12 — это разность между расстояниями D1 и D2.
На фиг. 6 представлено три различных сценария, в которых D1 и D2 представляют собой кратчайшее расстояние между соответствующей контрольной точкой и упомянутым рулоном.
А) Опорные точки R1 и R2 находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения рулона 9, а расстояния D1 и D2 разные только из-за утолщения краев. В этом случае разность расстояний равна Δ12true, и в этом конкретном случае Δ12= Δ12true.
1
2
1
2
B) Опорные точки R1 и R2 находятся на разных расстояниях от оси вращения рулона, и на рулоне нет заметного утолщения, поэтому расстояния D1 и D2 будут отличаться только из-за расстояния между опорными точками и осью вращения рулона. В этом случае, зная расстояние от каждой опорной точки до оси вращения рулона, ΔRR, и/или расстояние между одной опорной точкой и другой, необходимо скорректировать расчетное расстояние. В этом случае Δ12true = Δ12 - ΔRR = 0.
1
2
C) Опорные точки R1 и R2 находятся на разном расстоянии от оси вращения рулона и можно обнаружить утолщение покрытия. Таким образом, на разницу расстояний между D1 и D2, Δ12, влияет утолщение и расстояние от каждой опорной точки до оси вращения рулона. Следовательно, Δ12true = Δ12 – ΔRR ≠ 0.
На четвертом этапе вычисленную разность Δ12true сохраняют, и она становится доступной для дальнейшего использования.
Затем повторяют первые четыре этапа, перемещая при этом хотя бы одну из первой и второй точек на поверхности рулона вдоль по меньшей мере десятой части всей ширины рулона. Предпочтительно смещение точки на поверхности рулона осуществляют за счет смещения соответствующего измерительного средства вдоль ширины рулона. Такое смещение позволяет измерить несколько разностей для окружностей вдоль ширины рулона и, таким образом, контролировать по меньшей мере одну десятую часть ширины рулона; предпочтительно указанная по меньшей мере одна десятая часть всей ширины W рулона находится на конце рулона, поскольку эта часть рулона больше подвержена утолщению покрытия, как показано на фиг. 7 заштрихованной зоной. Предпочтительно упомянутые этапы А, В, С и D повторяют, перемещая по меньшей мере одну из первой или второй точек на поверхности рулона вдоль всей ширины рулона.
На другом этапе устанавливают пороговое значение М. Такое пороговое значение может быть установлено как максимально допустимое изменение окружности рулона. Упомянутое пороговое значение может быть установлено в зависимости от количества слоев стали с нанесенным покрытием в рулоне или от числа оборотов, совершенных оправкой, поскольку неравномерность толщины покрытия может накладываться. Например, если имеется постоянная разница в толщине покрытия, равная 0,1 мм, между краем полосы и ее центром, то в зависимости от количества слоев рулона, т.е. числа оборотов оправки, утолщение 10 будет различным, как показано на фиг. 8, для 1-слойного рулона (А) и 100-слойного рулона (В). Например, максимальное утолщение, допустимое для тонкого проката толщиной 0,38 мм, может быть ограничено в 0,15 мкм. Как правило, эти рулоны содержат около 2000 витков, поэтому максимально допустимая разница размера окружностей составляет 0,3 мм (0,15 мкм x 2000). При этом максимальное утолщение, допустимое для толстого проката, имеющего толщину 2 мм, может быть ограничено в 2,6 мкм. Как правило, эти рулоны содержат около 380 витков, поэтому максимально допустимая разница размера окружностей составляет 0,9 мм (2,6 мкм x 380). В последнем случае пороговое значение М можно определить как M = 2,6 мкм x число оборотов. Таким образом, после 100 оборотов оправки, или когда в рулоне будет 100 витков, пороговое значение будет ограничено 0,26 мм.
После этого пороговое значение сравнивают с каждой сохраненной разностью Δ12true или с суммой разностей Δ12true. Для облегчения сравнения пороговое значение можно сравнивать с абсолютным значением каждой сохраненной разности ∆12true и/или с суммой разностей ∆12true. Одно сравнение может быть предпочтительнее другого в зависимости от необходимого контроля и расстояния между двумя точками, С1 и С2, на поверхности вдоль ширины. В случае, когда пороговое значение не сравнивают с абсолютными значениями, порог состоит из положительного значения М и отрицательного значения -М, так что если разность ∆12true ниже отрицательного порога -М, то выдают предупреждение. Триггер этого предупреждения подробно описан ниже. Предпочтительно пороговое значение сравнивают с каждой сохраненной разностью Δ12true и с суммой разностей Δ12true.
1
2
1
2
Например, если пороговое значение установлено как максимальная разность в изменении окружностей для двух точек на поверхности рулона вдоль его ширины, зависящая от расстояния между C1 и C2, обозначенного через CC, то оно может быть либо обнаружено либо нет. Как показано на фиг. 9, в случае если расстояние между двумя точками С1 и С2 на поверхности мало, Δ12true может быть ниже порогового значения. На фиг. 9 приведен график Δ12true вдоль ширины рулона, так что на графике представлена разность между толщиной рулона в точке C1, характеризующей окружность Circ1 рулона в этой позиции по ширине рулона, и толщиной рулона в точке C2, характеризующей окружность Circ2 рулона в этой позиции по ширине рулона. Следовательно, даже если разность между окружностями в двух точках на поверхности рулона вдоль его ширины выше порогового значения М, то в указанном случае она не обнаруживается, так как нет двух окружностей или толщин рулона, отстоящих на СС, которые имели бы большую разность, чем указанное пороговое значение М.
Следовательно, можно суммировать разности Δ12true от одной точки по ширине рулона до другой точки по ширине рулона. Такой способ позволяет узнать, имеется ли по меньшей мере две окружности или два уточщения, которые имеют разницу, превышающую пороговое значение, и получить профиль рулона. На фиг. 10 приведен график суммы разностей по ширине рулона для того же рулона, что и на фиг. 9. Таким образом получают профиль рулона.
Наконец, выдают предупреждение, если упомянутая разность Δ12true или упомянутая сумма разностей Δ12true выше упомянутого порогового значения M. Предупреждение, помимо прочего, может представлять собой визуальное оповещение или звуковое оповещение или их комбинацию. Визуальное оповещение может быть отображено на экране и/или на человеко-машинном интерфейсе (HMI), и оно может подсвечивать зону, содержащую дефект. Звуковой сигнал может быть похож на звук клаксона. Предпочтительно, выдают предупреждение, если упомянутая разность Δ12true и упомянутая сумма разностей Δ12true выше упомянутого порогового значения M.
Следовательно, изобретение позволяет оптимизировать измерение утолщения наматываемого рулона. Эта оптимизация содержит возможность установить профиль окружности рулона, позволяющий оценить толщину покрытия по ширине рулона и выявить дефект покрытия.
Предпочтительно сохраняют по меньшей мере один параметр зачистки станции зачистки перед упомянутой станцией намотки во время зачистки упомянутой первой и/или второй точки на поверхности рулона. Предпочтительно упомянутый по меньшей мере один параметр зачистки связан с соответствующим ему значением Δ12true. Такими параметрами зачистки могут быть тип средства зачистки (воздушные ножи, другие возможности), расположение и конструкция дефлекторов, скорость воздушной струи, свойства и распределение по ширине полосы, характер и требуемая толщина покрытия, скорость полосы, износ средства зачистки. Упомянутые параметры зачистки не ограничены упомянутыми выше параметрами, но все параметры, влияющие на зачистку, считают параметрами зачистки. Такое соответствие позволяет установить связь между параметрами зачистки и конечным покрытием.
Предпочтительно упомянутые этапы А и В выполняют одновременно. Это позволяет улучшить качество измерения, так как снижает влияние вибрации на измерение.
Предпочтительно первое расстояние D1 и второе расстояние D2 составляют от 0,15 м до 2,00 м. Из-за вибраций, если упомянутые расстояния меньше 0,15 метра, то рулон может столкнуться с опорной точкой, которая обычно является точкой на средстве измерения расстояния, и, таким образом, повредить средство измерения. Если расстояние превышает 2 метра, то требуется большое свободное пространство, что негативно влияет на размер станции намотки.
Предпочтительно упомянутое измерение упомянутого первого и второго расстояний D1 и D2 выполняют с использованием лазерного датчика 12 смещения. Такой датчик выгоден тем, что он бесконтактный, быстрый и точный. Как показано на фиг. 11, такой лазерный датчик 11 смещения содержит лазер 12, передающую линзу 13, приемную линзу 14 и светоприемный элемент 15. Упомянутый лазер направляет излучение в точку на поверхность 16 рулона. Расстояние между светоприемным элементом и точкой на поверхности рулона можно рассматривать как расстояние между опорной точкой и точкой на поверхности рулона. В этом случае опорной точкой является светоприемный элемент.
Предпочтительно упомянутый лазерный датчик смещения излучает свет с длиной волны от 380 нм до 500 нм. Такой свет дает меньше спеклов, уменьшает шум сигнала и, таким образом, улучшает измерение.
Предпочтительно упомянутые опорные точки R1 и R2 находятся на одинаковом расстоянии от оси вращения рулона. Такое расположение облегчает определение ∆12true = ∆12.
C12
C12
Предпочтительно упомянутые первая и вторая точки С1 и С2 на поверхности рулона разнесены на расстояние D по ширине W рулона, 0 < D < 0,50×W. Если это расстояние превышает половину ширины рулона, то часть толщины покрытия по ширине рулона не сможет быть оценена.
Предпочтительно, если ось вращения рулона, первую и вторую точки С1 и С2 на поверхности рулона спроецировать на диск, параллельный торцу рулона, то угол, образованный линией, проходящей от проекции оси вращения до первой точки на рулоне, и линией, проходящей от проекции оси вращения до второй точки на рулоне, составляет от 0° до 30°. На фиг. 12А представлен рулон 4, его ось 9 вращения, первая и вторая точки С1 и С2 на поверхности рулона. На фиг. 12В показана проекция рулона и угол α, образованный С1, осью вращения 9 и С2. Это позволяет повысить точность измерения, так как уменьшается влияние вибрации на измерение и допущения становятся ближе к реальности.
Предпочтительно, если ось вращения рулона, первую и вторую точки С1 и С2 на поверхности рулона спроецировать на диск, параллельный торцу рулона, то угол, образованный линией, проходящей от проекции оси вращения до первой точки на рулоне, и линией, проходящей от проекции оси вращения до второй точки на рулоне, составляет от 0° до 10°.
Предпочтительно упомянутые первая и вторая точки С1 и С2 на поверхности рулона находятся на оси, параллельной оси вращения рулона. Такое выравнивание позволяет повысить точность измерения, так как уменьшается влияние вибрации на измерение и допущения становятся еще ближе к реальности.
Предпочтительно упомянутое пороговое значение М составляет от 0,10 мкм до 3 мкм на оборот.
Предпочтительно упомянутое пороговое значение М составляет от 0,1 мм до 0,3 мм. Такой диапазон позволяет обнаружить утолщение покрытия для нескольких марок сталей.
CAPTORS
COILING
CAPTORS
COILING
Предпочтительно первую и/или вторую точку на поверхности рулона перемещают со скоростью S, упомянутый рулон имеет ширину W и его наматывают за время T, так чтобы S > W/T. Такая скорость позволяет обнаружить утолщение и принять корректирующие меры до завершения намотки, что позволяет повысить качество покрытия рулона.
Предпочтительно профиль утолщения по ширине рулона создают с использованием упомянутой вычисленной разности Δ12true. Упомянутый профиль утолщения может быть получен суммированием всех вычисленных разностей от одной точки по ширине рулона до другой. Упомянутый профиль утолщения может, но не обязательно, быть нанесен на график от одного конца рулона к другому концу по ширине.
Предпочтительно упомянутое покрытие зачищают на станции зачистки, содержащей по меньшей мере один дефлектор, имеющий регулируемое положение, перед местом наматывания рулона, причем положение упомянутого по меньшей мере одного дефлектора регулируют на основании упомянутого профиля утолщения.
Как показано на фиг. 13, изобретение также относится к станции 17 намотки, контролирующей однородность толщины покрытия на металлическом рулоне 4 с покрытием, при этом упомянутая станция 17 намотки содержит:
- первую систему M1 измерения расстояния, способную измерять первое расстояние D1 между первой опорной точкой R1 и первой точкой C1 на поверхности рулона,
- вторую систему M2 измерения расстояния, способную измерять второе расстояние D2 между второй опорной точкой R2 и второй точкой C2 на поверхности рулона,
- упомянутые первая и вторая точки на рулоне расположены в разных позициях по ширине рулона,
- систему 18 перемещения, позволяющую перемещать упомянутую первую систему М1 измерения расстояния и/или упомянутую вторую систему М2 измерения расстояния по меньшей мере по всей ширине рулона,
- упомянутые первая и вторая системы M1, M2 измерения расстояния могут быть расположены на расстоянии от 0,15 м до 2,00 м от местоположения рулона,
- вычислительное средство 19, соединенное с первой и второй системами М1, М2 измерения расстояния,
- средство 20 оповещения, соединенное с упомянутым вычислительным средством.
Система перемещения может быть составлена из системы перемещения для каждой системы измерения, как показано на фиг. 13, где система 18 перемещения может перемещать измерительную систему M2, а система перемещения 18' может перемещать измерительную систему M1.
Предпочтительно упомянутая станция 17 намотки выполняет способ по пунктам 1-12 формулы изобретения.
Предпочтительно, упомянутая станция 17 намотки и упомянутая система 18 перемещения позволяют перемещать упомянутую первую систему М1 измерения расстояния и упомянутую вторую систему М2 измерения расстояния по меньшей мере по всей ширине W рулона.
Изобретение было описано выше в отношении варианта осуществления, который считают практичным, а также предпочтительным в настоящее время. Однако следует понимать, что изобретение не ограничено вариантом осуществления, раскрытым в описании, и может быть соответствующим образом изменено в пределах, не выходящих за рамки сути или сущности изобретения, которые можно прочесть в прилагаемой формуле изобретения и общей спецификации.