СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ХОНИНГОВАНИЯ НЕПРЕРЫВНО ДВИЖУЩИХСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛОС ПРОИЗВОЛЬНОЙ ШИРИНЫ
METHOD AND DEVICE FOR HONING ARBITRARY-WIDTH CONTINUOUSLY MOVING METAL STRIPS

Настоящее изобретение касается способа и устройства для хонингования подвешенных и непрерывно движущихся металлических полос произвольной ширины, охарактеризованных в ограничительных частях пунктов 1 и 13 формулы изобретения.
В частности, изобретение относится к автоматизированному хонингованию, основанному на технологии селективной абразивной обработки, предназначенной для выявления поверхностных дефектов холоднокатаных металлических полос, при этом упомянутое хонингование производят на подвешенных непрерывно движущихся металлических полосах и в ходе обработки в установке для обработки.
В установках для обработки прокатных металлических полос, например, таких как станы холодной прокатки или линии непрерывного цинкования, на поверхности полос могут появляться дефекты, вынуждающие осуществлять отбраковку или дорогостоящий перевод в низший сорт. Эти дефекты в основном появляются в результате операций прокатки даже при небольшом коэффициенте обжатия, например, как в случае дрессировки, или в результате попадания посторонних тел при протягивании через натяжные или отклоняющие ролики. Во всех случаях следы на полосе имеют цикличный характер и появляются при каждом обороте прокатного валка или ролика.
Для обнаружения и быстрой оценки таких дефектов и для устранения их причин обычно осуществляют визуальный осмотр одной или двух сторон участка полосы достаточной длины, чтобы обнаружить возможные цикличные дефекты. Как правило, упомянутую длину выбирают в зависимости от шага самого длинного цикла, например, выбирают развернутую длину рабочих валков первой прокатной клети, помноженную на коэффициент обжатия толщины, или развернутую длину самого большого натяжного или отклоняющего ролика.
Технология хонингования, которая состоит в обработке поверхности полосы при помощи абразивного камня, позволяет выявить скрытые дефекты, которые с трудом поддаются обнаружению путем визуального осмотра даже при освещении по касательной. Благодаря хонингованию, наиболее рельефные части, например, такие как гребни волнистости, заусенцы или закатки, подвергаются поверхностной абразивной обработке, которой достаточно для их выделения за счет контраста и для их выявления при визуальном контроле.
Как правило, эту операцию хонингования выполняет вручную оператор, который должен перемещаться по всей ширине полосы (которая может достигать около двух метров ширины) и по всей длине образца (от 5 до 15 метров в зависимости от случая). Эти перемещения должны быть максимально осторожными, чтобы самим не стать причиной появления дефектов, поскольку операторы работают, опираясь на руки и на колени. Такая операция возможна, только если проверяемый участок полосы является неподвижным. Поэтому она ограничивается линиями, предназначенными для контроля, и образцами, осматриваемыми за пределами линии. С другой стороны, для такой операции необходимо, чтобы полоса опиралась на опору, такую как стол или конвейер, которая в некоторых случаях может создавать «ложные дефекты», связанные с реакцией опоры на хонингование полосы.
Устройство, позволяющее автоматизировать контроль путем хонингования поверхности непрерывно движущейся полосы, было предложено в документе KR2003-0077104. Кроме всего прочего, упомянутое устройство содержит:
- средство горизонтального перемещения, поперечного к направлению движения полосы, абразивного элемента, при этом упомянутое средство выполнено с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения от одного края к другому полосы фиксированной ширины,
- средство, обеспечивающее равномерное давление абразивного элемента на металлическую полосу, поддерживаемую системой роликов.
Однако настоящее изобретение не касается хонингования, осуществляемого на металлической полосе фиксированной ширины, поддерживаемой системой роликов, а, наоборот, рассматривает хонингование полосы произвольной ширины для участка полосы, подвешенного, по меньшей мере, между двумя модулями установки обработки. Кроме того, устройство по документу KR2003-0077104 является установкой, предназначенной для контроля металлических полос после обработки полосы, тогда как настоящее изобретение применяется для полосы в ходе обработки в установке обработки.
Настоящее изобретение призвано предложить свободный от артефактов и автоматизированный способ хонингования, по меньшей мере, одной стороны непрерывно движущейся металлической полосы, при этом упомянутое хонингование осуществляют на участке полосы, подвешенном, например, между двумя металлическими роликами, поддерживающими полосу.
Настоящее изобретение призвано также предложить хонингование, которое можно производить на максимальной поверхности металлической полосы произвольной ширины во время обработки в установке обработки.
С целью осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением предлагается также соответствующее устройство хонингования.
Устройство и способ определены в пунктах 1 и 13 формулы изобретения.
Объектом изобретения является способ хонингования, по меньшей мере, одной стороны непрерывно движущейся металлической полосы, при этом упомянутое хонингование предназначено для увеличения шероховатости в зоне контакта, определяемой контактом абразивного элемента с полосой, и содержит следующие этапы:
- установление контакта между абразивным элементом и металлической полосой,
- автоматизированное возвратно-поступательное поперечное перемещение абразивного элемента, находящегося в контакте с полосой, при этом упомянутое поперечное перемещение является перпендикулярным по отношению к направлению движения полосы и неподвижным по отношению к движению полосы,
- приложение давления со стороны абразивного элемента, ограниченное участком движения полосы,
при этом способ в соответствии с настоящим изобретением содержит переменную коррекцию упомянутого давления в зависимости от продольного натяжения участка полосы произвольной ширины в подвешенном состоянии.
В частности, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что хонингование осуществляют с определенной продолжительностью для полосы произвольной ширины во время обработки в установке обработки. Продолжительность хонингования предпочтительно может быть связана с интервалом времени, разделяющим появления цикличного дефекта, в частности, эту продолжительность можно определять в зависимости от ролика или роликов установки обработки, имеющих наименьшую угловую скорость, чтобы иметь возможность произвести оценку дефектов, которые могут появиться от любого другого ролика с более высокой угловой скоростью. Другим преимуществом управления продолжительностью хонингования является возможность определить, какой элемент установки обработки является причиной дефекта, путем использования метода деконволюции, основанного на продолжительности хонингования и на положении дефекта на шлифуемом участке полосы.
С другой стороны, способ в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно применяют для металлических полос произвольной ширины. Действительно, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что поперечное перемещение абразивного элемента адаптируют к произвольной ширине полосы посредством детектирования краев полосы в ее поперечном направлении. Упомянутое детектирование позволяет зафиксировать пределы для поперечного перемещения абразивного элемента. Упомянутое детектирование можно осуществлять непрерывно во время движения полосы в ходе обработки, а также просто в начале цикла хонингования или при подаче на линию новой полосы. Ширину полосы вводят в память (запись абсцисс краев полосы) в начале операции хонингования и сохраняют на весь ее период. В конце цикла хонингования или при введении новой полосы автоматически происходит новое измерение ширины полосы.
Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что установление контакта осуществляют путем перемещения абразивного элемента, по меньшей мере, из одного положения покоя, по меньшей мере, в одно рабочее положение. Предпочтительно упомянутое положение покоя обеспечивает оператору безопасный доступ к абразивному элементу. Действительно, оно является положением за пределами линии и за пределами захвата полосы, что позволяет произвести, например, визуальный контроль абразивного элемента или быструю ручную/автоматическую замену абразивного элемента в случае его износа, превысившего пороговое значение. Что касается рабочего положения абразивного элемента, то оно находится над полосой и отличается, по меньшей мере, одним состоянием контакта абразивного элемента с полосой, а также, по меньшей мере, одним состоянием без контакта над полосой. В идеале, горизонтальное перемещение позволяет переместить абразивный элемент из его положения покоя в его рабочее положение над полосой, предпочтительно в центральной оси этой полосы. После этого вертикальное перемещение позволяет перейти от бесконтактного состояния к состоянию контакта абразивного элемента с полосой, при этом последнее состояние контакта позволяет говорить собственно об абразивной обработке при помощи абразивного элемента, находящегося в контакте с полосой.
В этой связи, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что давление корректируют в положении покоя и/или в рабочем положении. Это позволяет, например, заранее отрегулировать операцию хонингования для металлических полос по их известным характеристикам в положении покоя, а также корректировать давление в ходе хонингования в рабочем положении, если появляются новые характеристики полос. В частности, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что давление корректируют в зависимости от продольного натяжения полосы путем добавления, по меньшей мере, одного напряжения к степени вертикальной свободы абразивного элемента. В этом случае простым примером напряжения может быть добавление, по меньшей мере, одного груза в механизм, обеспечивающий вертикальное перемещение абразивного элемента. Другим примером может быть ручное/автоматическое регулирование предварительного напряжения, по меньшей мере, одной пружины, выполняющей функцию приложения давления со стороны абразивного элемента на поверхность полосы. Предпочтительно коррекция этого давления позволяет сохранять качество контакта с поверхностью полосы, близкое к практике ручной обработки, с усилием хонингования, в идеале меняющимся от 5 до 50 Н для поверхности 150×50 мм.
Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что взаимосвязь между скоростью движения полосы и скоростью поперечного перемещении абразивного элемента регулирует перемещение абразивного элемента. На практике скорость поперечного перемещения абразивного элемента определяют в зависимости от геометрии контактной зоны, от геометрии полосы и от скорости движения полосы. В идеале, в случае абразивного элемента прямоугольной формы длиной (Lp) в направлении движения полосы и шириной (lp) скорость поперечного перемещения устанавливают в значении, равном частному [Vb · (lb-2r-lp)]/Lp, определенному шириной (lb) полосы, скоростью движения (Vb) полосы и расстоянием удаления (r) края полосы по отношению к параллельному и самому ближнему краю абразивного элемента на каждом конце его поперечного перемещения. Эта взаимосвязь предпочтительно позволяет шлифовать всю поверхность полосы, находящуюся на расстоянии удаления (r) краев полосы. Кроме того, предпочтительно способ в соответствии с настоящим изобретением содержит регулирование скорости движения (Vb) полосы, по меньшей мере, в части установки обработки в зависимости от скорости поперечного перемещения абразивного элемента. Этот отличительный признак позволяет адаптировать скорость движения полосы к характеристикам устройства хонингования и/или наоборот.
В этой связи способ в соответствии с настоящим изобретением отличается, в частности, тем, что начало способа хонингования и продолжительность хонингования определяют в зависимости от наличия и емкости накапливания, по меньшей мере, одного устройства накапливания полосы, находящегося перед абразивным элементом в установке обработки по направлению движения полосы. Действительно, в случае, когда, например, скорость поперечного перемещения инструмента хонингования не позволяет охватывать всю ширину полосы при данной скорости движения полосы в установки обработки, необходимо снизить скорость полосы в зоне хонингования при помощи устройства накапливания полосы. Двухсторонний обмен информацией между, по меньшей мере, одним накапливающим устройством, органом контроля установки и органом контроля устройства хонингования обеспечивает ручное и даже автоматическое конфигурирование и/или ручное и даже автоматическое регулирование параметров для обеспечения эффективности и функциональности операции хонингования.
В частности, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что превышение порога износа абразивного элемента детектируют, отмечают и, в случае необходимости, прерывают хонингование. В идеале во время упомянутого прерывания абразивный элемент перемещают вертикально за пределы контакта с полосой, затем горизонтально в его положение покоя, в котором, например, оператор может проверить в условиях безопасности состояние износа абразивного элемента и, в случае необходимости, его заменить. В случае полной автоматизации способа хонингования замена абразивного элемента может быть автоматической и, в частности, связана с устройством накапливания полосы, чтобы замедлить движение полосы во время обработки при замене изношенного абразивного элемента. Преимуществом способа является то, что, с одной стороны, во время замены абразивного элемента обработку полосы не прерывают и, с другой стороны, сводят к минимуму необработанную площадь за счет замедления скорости движения полосы во время установления связи с устройством накопления полосы.
Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что хонингование осуществляют на входе поста визуального контроля. Речь может идти, например, о чисто визуальном контроле или о визуальном контроле в сочетании с видеосъемкой. Оценка и даже результат упомянутого контроля может, например, иметь прямое последствие на работу установки обработки, например, потребовать прерывания обработки полосы или ее замедления (через накопление полосы в накапливающем устройстве) или проверки части элементов установки обработки, входящих в прямой контакт с полосой, чтобы определить и устранить причину дефектов полосы, обнаруженных во время контроля.
Объектом изобретения является также устройство хонингования, по меньшей мере, одной стороны непрерывно движущейся металлической полосы, содержащее:
- средство вертикального позиционирования абразивного элемента на поверхности упомянутой полосы,
- средство горизонтального перемещения абразивного элемента поперечно к движению упомянутой полосы, при этом упомянутое средство выполнено с возможностью соединения со средством вертикального позиционирования и с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения от одного края к другому полосы,
- первое средство, позволяющее прикладывать равномерное давление абразивного элемента на металлическую полосу,
при этом устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что упомянутое первое средство позволяет прикладывать равномерное давление на подвешенный участок полосы произвольной ширины во время его движения и выполнено с возможностью соединения со вторым средством, позволяющим корректировать упомянутое давление в зависимости от продольного натяжения подвешенного участка полосы.
В частности, устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что упомянутое устройство хонингования можно интегрировать в установку обработки металлических полос произвольной ширины для осуществления упомянутого хонингования в течение определенной продолжительности на полосе в ходе обработки. В сочетании с постом визуального контроля, например, наблюдения оператором дефектов полосы с помощью средств видеосъемки или без них устройство хонингования позволяет избежать увеличения габаритов из-за добавления установки, специально предназначенной для контроля (хонингованием) обрабатываемых металлических полос. Кроме того, преимуществом устройства, осуществляющего хонингование в реальном времени на полосе в ходе ее обработки, является сокращение времени реакции перед наблюдением дефектов в металлической полосе, что позволяет, например, уменьшить количество отходов полосы, не соответствующей допускам прокатки, и получить экономию финансовых и материальных средств.
Кроме того, устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что упомянутое средство горизонтального перемещения позволяет перемещать абразивный элемент, по меньшей мере, из одного положения покоя, по меньшей мере, в одно рабочее положение, при этом упомянутое положение покоя находится за пределами захвата полосы, что позволяет оператору произвести безопасное обслуживание абразивного элемента, и упомянутое рабочее положение находится над полосой и содержит, по меньшей мере, одно состояние контакта абразивного элемента с полосой, а также, по меньшей мере, одно состояние без контакта абразивного элемента с полосой. Положение покоя абразивного элемента за пределами линии позволяет оператору проверить в условиях безопасности его состояние, а также контролировать, по меньшей мере, часть средства горизонтального перемещения. Эти операции проверки и/или контроля можно осуществлять, не мешая процессу обработки полосы.
В частности, устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что упомянутое средство горизонтального перемещения содержит, по меньшей мере, одну горизонтальную каретку, выполненную с возможностью горизонтального перемещения поперечно к полосе на расстояние, превышающее ее ширину и включающее упомянутые положение покоя и рабочее положение. Упомянутое средство вертикального позиционирования содержит, по меньшей мере, один орган вертикального перемещения, расположенный между кареткой и суппортом инструмента, при этом упомянутый суппорт занимает неподвижное вертикальное положение во время хонингования и удерживает первое и второе средство приложения давления. В идеале орган вертикального перемещения содержит, по меньшей мере, один силовой цилиндр, приводящий в действие набор тяг, расположенных в виде деформирующегося параллелограмма.
В частности, устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что упомянутое средство приложения давления содержит, по меньшей мере, один держатель инструмента, удерживающий элемент хонингования и соединенный с упомянутым суппортом при помощи, по меньшей мере, одной вертикальной кулисы, в которой может свободно скользить держатель инструмента. Первое средство приложения давления обеспечивает установление контакта абразивного элемента с полосой, тогда как второе средство приложения давления позволяет корректировать упомянутое давление по продольному натяжению участка полосы. Таким образом, это устройство хонингования отличается корректируемым давлением, которому противодействует только натяжение полосы, движущейся, например, между, по меньшей мере, двумя устройствами, поддерживающими полосу, например, такими как устройство натяжения или отклонения на входе хонингования и наматывающее устройство на выходе. Преимуществом такого устройства является то, что оно позволяет избежать появления артефактов на полосе, опирающейся на опору, такую как стол, конвейер или ролики. Действительно, опорное положение полосы во время хонингования, как правило приводит к появлению ложных дефектов, связанных с реакцией опоры на хонингование полосы. Кроме того, автоматическое хонингование отнимает меньше сил у оператора, который может сконцентрировать свое внимание на качестве обработки полосы.
В частности, устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что система детектирования отслеживает края полосы и передает сигнал, отражающий упомянутое детектирование, на средство горизонтального перемещения, чтобы предпочтительно адаптировать упомянутое перемещение абразивного элемента к произвольной ширине полосы. В идеале горизонтальное перемещение ограничено ходом со значением, равным (Lb)-((lp)+(2r), определенным разностью между шириной полосы (Lb) и суммой ширины (lp) абразивного элемента и расстояния (2r), равного двойному расстоянию удаления (r) края полосы относительно параллельного и самого ближнего края абразивного элемента на каждом конце его поперечного перемещения. В частности, система детектирования может производить измерение ширины полосы непрерывно на полосе в ходе ее обработки, а также в начале цикла хонингования заранее определенной продолжительности, или при введении полосы, или по требованию в результате решения оператора. В идеале упомянутая система детектирования содержит, по меньшей мере, один датчик, в частности, неконтактный дистанционный датчик, выполненный с возможностью детектирования краев полосы во время поперечного перемещения абразивного элемента, при этом упомянутый датчик соединен с элементом, занимающим неподвижное вертикальное положение во время хонингования и принадлежащим к средству вертикального позиционирования. Предпочтительно упомянутый элемент, занимающий неподвижное вертикальное положение, может быть суппортом инструмента.
Кроме того, устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что второе средство приложения давления содержит, по меньшей мере, один датчик, в частности, неконтактный дистанционный датчик, выполненный с возможностью детектирования горизонтального уровня абразивного элемента, при этом упомянутый датчик соединен с элементом, занимающим неподвижное вертикальное положение во время хонингования и в идеале принадлежащим к средству вертикального позиционирования. Упомянутое детектирование позволяет, в частности, легко контролировать износ абразивного элемента путем сравнения измеряемого горизонтального уровня с пороговым значением, характеризующим контрольный уровень. В идеале, система детектирования обнаруживает и отмечает износ абразивного элемента, приближающийся к пороговому значению, и, в случае необходимости, прерывает хонингование при превышении упомянутого порогового значения. В частности, в случае прерывания хонингования, связанного с износом абразивного элемента, упомянутый абразивный элемент возвращается в свое состояние покоя, в котором его заменяют новым абразивным элементом либо вручную силами оператора, либо автоматически.
В частности, устройство в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что система регулирования взаимно связывает скорость движения полосы со скоростью поперечного перемещения абразивного элемента, чтобы адаптировать (автоматически) скорость движения полосы к характеристикам хонингования устройства хонингования, по меньшей мере, в части установки обработки. В идеале упомянутое регулирование отличается тем, что система контроля установки и упомянутое устройство хонингования обмениваются, по меньшей мере, одним сигналом. Предпочтительно регулирование позволяет, например, уменьшить скорость движения полосы за счет использования устройства накопления полосы на входе хонингования, с целью детального визуального контроля полосы и замены изношенного абразивного элемента.
Далее следует описание примера выполнения и применения со ссылками на:
Фиг.1 - пример выполнения устройства хонингования на подвешенной полосе произвольной ширины.
Например, на фиг.1 показано устройство (7) хонингования, по меньшей мере, одной стороны непрерывно движущейся подвешенной металлической полосы (1), содержащее:
- средство (73) вертикального позиционирования абразивного элемента (71) на поверхности упомянутой полосы,
- средство (74) горизонтального перемещения абразивного элемента (71) поперечно к движению упомянутой полосы, при этом упомянутое средство (74) выполнено с возможностью соединения со средством (73) вертикального позиционирования и с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения от одного края полосы к другому,
- первое средство (72), позволяющее прикладывать равномерное давление абразивного элемента на металлическую полосу,
отличающееся тем, что упомянутое первое средство (72) позволяет прикладывать равномерное давление на подвешенный участок полосы произвольной ширины во время его движения и выполнено с возможностью соединения со вторым средством (75), позволяющим корректировать упомянутое давление в зависимости от продольного натяжения подвешенного участка полосы.
В частности, средство (74) горизонтального перемещения содержит горизонтальную каретку, выполненную с возможностью горизонтального перемещения поперечно к полосе на расстояние, превышающее ширину этой полосы и включающее положение покоя и рабочее положение. Средство (73) вертикального позиционирования содержит орган (732) вертикального перемещения, расположенный между кареткой и суппортом (731) инструмента, при этом упомянутый суппорт занимает неподвижное вертикальное положение во время хонингования и удерживает первое (72) и второе (75) средства приложения давления. Первое средство (72) приложения давления содержит держатель (721) инструмента, поддерживающий элемент хонингования и соединенный с упомянутым суппортом (731) инструмента при помощи, по меньшей мере, одной вертикальной кулисы (722), в которой может свободно скользить держатель инструмента. Рабочее положение контакта абразивного элемента с поверхностью показано на примере устройства (8) хонингования, тогда как устройство (7) хонингования иллюстрирует рабочее положение абразивного элемента без контакта с полосой.
В заключение можно указать, что способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением имеют ряд следующих преимуществ по сравнению с известными способами и устройствами:
- они обеспечивают автоматизированное хонингование без появления артефактов, связанных с использованием опоры полосы под абразивным элементом,
- они обеспечивают хонингование на участке полосы, подвешенном под абразивным элементом, при этом упомянутый участок полосы натянут, по меньшей мере, между одним модулем перед абразивным элементом и одним модулем за абразивным элементом,
- они обеспечивают небольшой габаритный размер за счет того, что нет необходимости в какой-либо другой установке для разматывания/наматывания полосы на посту контроля хонингованием,
- они позволяют корректировать давление абразивного элемента на поверхность полосы в зависимости от продольного натяжения подвешенного участка полосы,
- они обеспечивают безопасность для оператора, осуществляющего контроль состояния абразивного элемента,
- они обеспечивают хонингование на полосе в ходе обработки, а также контроль или обслуживание, по меньшей мере, части устройства хонингования, когда шлифуемая полоса находится в стадии обработки, что сводит к минимуму помехи для движения полосы,
- они позволяют адаптировать поперечное перемещение абразивного элемента к разной произвольной ширине полосы;
- по меньшей мере, в части установки обработки они позволяют адаптировать скорость движения полосы к характеристикам устройства хонингования, в частности, связывать скорость движения полосы и скорость поперечного перемещения абразивного элемента, чтобы, например, осуществлять хонингование, обеспечивающее надежный контроль дефектов полосы,
- они позволяют осуществлять хонингование с определенными продолжительностью и давлением для полосы в ходе обработки,
- они позволяют снизить перевод в низший сорт полос за счет быстрой коррекции дефектов полосы,
- они обеспечивают последовательно автоматизированное горизонтальное перемещение элемента хонингования из положения покоя в рабочее положение над полосой, автоматизированное вертикальное перемещение элемента хонингования из его рабочего положения над полосой в его рабочее положение контакта с полосой, возвратно-поступательное поперечное перемещение абразивного элемента от одного края полосы к другому с определенным периодом и между двумя пределами хода, фиксируемыми системой детектирования краев полосы, вертикальное перемещение абразивного элемента без контакта с полосой, например, в конце периода хонингования и, в конечном счете, возвращение абразивного элемента в его положение покоя за счет горизонтального перемещения из его рабочего положения над полосой.