用于测定轧件的厚度的方法以及设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种通过借助射线测量系统（8）利用射线源（12）和射线探测器（16）无接触地测量对于厚度（d）的基本测量值（G）的方法，在测定轧件（4）的、特别是轧制带材的或金属板的厚度（d）中改善了测量精度，其中射线源（12）和射线探测器（16）由保持机械结构（6）承载，并且其中附加地借助同样布置在保持机械结构（4（6））上的超声波测量头（24）测量参考测量值（R）。为了消除基本测量值（G）的误差影响引入参考测量值（R）。
【专利说明】用于测定轧件的厚度的方法以及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测定轧件的、特别是轧制带材的或金属板的厚度的方法。此外本发明涉及一种用于测定这种轧件的厚度的设备。
【背景技术】
[0002]在生产线上、例如在轧机上在大多数情况下使用借助射线、例如伽马射线或伦琴射线在待测量的材料的穿透的基础上测量厚度。利用射线的厚度测量以穿透材料时部分地吸收射线的效应为基础。为此射线源的射线垂直于测量件取向。在测量件的已知的密度时借助吸收定律在这个位置测定测量件的厚度。为了获得具有非常高的精度的测量结果，然而多个系数和参数必须是已知的，例如合金成分、测量件的温度等等。将这些值提供给测量仪器使用。在材料中的不同的位置上的测量件的不同的组成中、在不确切已知的组成中或在测量件的温度的波动中因此厚度测量产生不精确的测量结果。
[0003]用于厚度测量的可替代的方法是通过测量件的重量确定测量件的厚度。为此必须取得在实验室中分析的测量件样品。这种工作方法是耗费时间的并且导致生产干扰。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，实现提高在测定轧件的厚度中的测量精度。
[0005]该目的根据本发明通过一种用于测定在借助轧机列轧制轧件时的轧件的、特别是轧制带材的或金属板的厚度的方法来实现，
[0006]-其中借助射线测量系统无接触地测量对于厚度的基本测量值，其中射线测量系统集成在乳机列中，
[0007]-其中，借助超声波测量头测量对于厚度的参考测量值，同样超声波测量头集成在轧机列中，以及
[0008]-其中，为了消除基本测量值的误差影响引入参考测量值。
[0009]此外该目的根据本发明通过一种用于测定轧件的、特别是轧制带材的或金属板的厚度的设备来实现，该设备包括
[0010]-用于获取对于厚度的基本测量值的无接触的射线测量系统，其中射线测量系统集成在乳机列中，
[0011]-同样集成在轧机列中的、用于获取对于厚度的参考测量值的超声波测量头，
[0012]-以及包括根据参考测量值用于消除基本测量值的误差影响的分析单元。
[0013]关于这种方法下列提及的优点和优选的设计方案可以按意义地转用到这种设备上。
[0014]本发明基于这种构思，在位置上进行参考值测量，在该位置上进行用于测定轧件的厚度的射线测量，引入该参考值测量的结果用于修正由射线测量得出的基本测量值。这就是说，当轧件还处于轧机列上时，进行参考值测量。通过参考值测量避免了由于温度波动或在轧件的组成中的局部的差别引起的测量不准确性。[0015]在这种情况下超声波测量设计作为参考值测量，在其中不需要从轧件取样，以使得超声波测量平行于射线测量并且在射线测量的位置上进行。借助超声波的材料厚度的测量本身是已知的。在这种测量中超声波测量头的超声波脉冲发射到测量对象上并且在该处传播。当超声波脉冲达到测量对象的背面，一部分超声波被反射。测量对象的厚度的测定由发射脉冲的触发与底面反射波的接收之间的时间的更准确的测量得出。由该时间计算出测量对象的厚度。
[0016]在根据本发明的、用于测定轧件的厚度的方法和设备中新颖的是在轧件的加工位置处使用超声波测量。在此显著的优点是，对于参考值测量需要的时间消耗是非常短暂的，以使得借助超声波的参考值测量可以没有问题地集成在轧件的加工过程中。此外轧件通过超声波测量不会被损坏或改变。
[0017]射线测量系统和超声波测量头的布置可以以多种方式实现。对于两个系统重要的是，该系统尽可能近地定位在轧机列的轧机机座上。在此射线测量系统安装在轧机机座中。在这种情况下超声波测量头同样有利地安装在轧机机座中。当在轧机机座上对于超声波测量头不存在空间时，超声波测量头通过自身的支架定位在射线测量系统的附近并且因此定位在轧机机座上。
[0018]根据可替换的、优选的设计射线测量系统的射线源和射线探测器由保持机械结构承载，其中超声波测量头同样布置在保持机械结构上。在此保持机械结构根据所谓的C形测量架的类型来设计。这种C形测量架具有两个特别是平行地延伸的臂和与这两个臂互相连接的中间部件。在这些臂的一个上布置射线源并且在另外一个上布置射线探测器。在运行中保持机械结构的这些臂特别是横向于轧制方向、即横向于在轧制带材或金属板运动的方向延伸。
[0019]根据一个优选的设计方案，用于测量轧件的厚度的超声波测量头朝向轧件运动。与借助射线测量系统的、无接触进行的测量相反通常对于超声波测量需要在超声波探测头与轧件之间的接触。射线测量系统通常固定地布置并且C形测量架的臂不但在运动的轧件上方并且在运动的轧件下方延伸。因此射线可以垂直于轧件发射并且在穿透轧件的材料后在另一侧被探测。由此布置在射线源或射线探测器附近的超声波探测头接触轧件，该超声波探测头向轧件的方向运动，直到其接触到轧件。由于保持机械结构从其运行位置出发在射线测量期间关于轧件在空间上不被调整，当超声波探测头集成在射线测量系统的保持机械结构中，其通过自身的运动机械装置从保持机械结构的臂向外运动。
[0020]由此通过接触既不损坏轧件的表面也不损坏超声波测量头，有利地在静止的轧件上测量参考值。而也可以考虑的是测量运动的轧件，特别是当稍微降低轧件的速度时。
[0021]优选地借助射线测量系统在短暂的几秒或几分之一秒的时间间隔内、特别是连续地在运动的轧件上进行非接触的射线测量。由于在运动的带材上进行射线测量并且轧件对于超声波测量被停止，与射线测量相比在更大的时间间隔内有利地实现超声波测量。在轧制带材的轧制时例如可以在10米或20米之后停止轧制，以便进行超声波测量。当金属板或轧带被轧制时，特别是在每个板或每个带材的起点上或每次装料时实现一次超声波测量。特别是在带材或板材的头部区域测量参考值，此后这个区域至少在轧机机座上被轧制，接着不受干扰地继续轧制过程。
[0022]根据一个优选的设计变型在测量位置获取参考值，在该测量位置也测量基本测量值。特别是在测量位置测量参考测量值，在该测量位置利用射线测量系统实现了分别上一次的测量。在此“相同的位置”是至少关于轧件的宽度，即射线测量系统和超声波测量头在轧制方向上特别是前后连续地布置并且沿在轧制方向上延伸的线上测量。优选地射线测量系统和超声波测量头沿轧件的中线测量。这提高厚度测量的精度，因为参考测量值涉及这样的位置，即在该位置已经测量出基本测量值。例如时间上相继地实现射线测量和超声波测量，即直到轧件停止只利用射线测量系统测量并且特别是在最后的测量位置在静止的轧件上进行超声波测量，在该最后的测量位置获取基本测量值。可替换地同时在静止的轧件上测量基本测量值和参考测量值，特别是当在轧件的两个不同的位置被测量时。
[0023]根据一个优选的设计方案射线测量系统是伦琴射线测量系统并且借助伦琴射线测量基本测量值。伦琴射线源的很大的优点是，射线的能量和由此的吸收常数可以优化地与需要的厚度区域相匹配。这种无接触的射线测量方法提供在非常高的测量周期中表现出精确的测量结果，这使其特别适合于应用在铝和钢工业中的轧机上。可替换地也可以利用同位素射线或伽马射线测量。
[0024]根据一个优选的变型在参考测量与基本测量值的偏差中在预定的公差范围内时给出对于厚度的实际值，该实际值由参考测量值和基本测量值构成。公差范围总计例如为基本测量值的10%。当基本测量值与参考测量值之间的差处于公差范围之外，即特别是大于10%时，这表明，没有正确地实现测量。而当参考测量与基本测量值的偏差最小时，特别是小于10%时，因此基本测量值与精确的参考测量值相匹配。在接着的射线测量中考虑当前的参考测量值与在当前的参考测量值之前获得的、上一次的基本测量值之间的差值，以便将这个差值与新的测量值相加。这样做直到基本测量值的下一次校准。可替代地可能的是将参考测量值与接着的第一基本测量值相比较并且由此形成的差值用于匹配其他的基本测量值。
【具体实施方式】
[0025]根据附图详细地阐述本发明的实施例。在这方面唯一的附图示出用于在轧制带材4上进行参考厚度测量的设备2。替代轧制带材4使用设备2，以便测定其他的轧件、例如金属板的厚度。
[0026]设备2包括用于无接触的射线测量系统8的保持机械结构6，在这个实施例中该射线测量系统是伦琴射线测量系统。保持机械结构6根据C形测量架的类型来设计并且具有两个互相平行地延伸的臂10a，10b，其与轧制带材4具有间距，使得带材4在它们之间延伸。在上臂IOa内安装伦琴射线源12，其产生伦琴射线或伦琴射线扇面14。伦琴射线14垂直于轧制带材4取向并且穿透该轧制带材。在此在轧制带材4之后的伦琴射线14的强度发生改变。伦琴射线4的剩余强度由伦琴射线探测器16测量，该伦琴射线探测器集成在C形测量架6的下臂IOb内。
[0027]借助无接触的伦琴射线测量测定轧制带材4的厚度d。厚度在此理解为水平延伸的轧制带材4的上侧面18与下侧面20之间的层厚度。在运动的轧制带材4上特别是连续地实现了伦琴射线测量。在此测定了多个当前的基本测量值G，该基本测量值由在分析单元22上的伦琴射线探测器16提供，该分析单元在附图中用符号示出。特别是因此获得每秒多个当前基本测量值G。[0028]而借助伦琴射线的厚度测量具有缺点，即测量结果取决于多个参数例如合金成分或轧制带材4的温度。因此这些参数的局部的变化可以歪曲测量结果。而为了实现尽可能准确的厚度测量，超声波测量系统设计为参考测量系统。参考测量系统包括超声波测量头24，其同样集成在C形测量架6内。为了进行超声波测量需要在超声波测量头24与轧制带材4之间的接触，出于这个原因超声波测量系统具有未在此详细示出的运动机械装置，借助其超声波测量头24可以从C形测量架6的臂IOa在轧制带材4的方向上向外运动。
[0029]为了通过与轧制带材4接触而不损坏轧制带材4或超声波测量头24的表面，当轧制带材4静止时，进行超声波测量。因此与伦琴射线测量相比在更大的时间间隔内进行超声波测量。例如从轧制带材起在每个轧制带材4上或每次装料时测量一次超声波测量。在此特别是在轧制带材的头部区域在轧制过程开始时测量，由此不间断地继续进一步的轧制过程。
[0030]借助超声波测量头24获得的参考测量值R与基本测量值G —样输送给分析单元22。参考测量值R特别是在相同的测量位置处读取，在该位置出确定在超声波测量之前的最后的基本测量值Gp分析单元22形成上一次测量的基本测量值G1与参考测量值R之间的差值Λ。当这个差值Λ处于上一次的基本测量值的大约10%的公差范围内时，每个其他的当前的基本测量值G与上一次的参考测量值R相匹配，以便分析单元22输出对于厚度d的实际值I，该实际值由当前测量的基本测量值和上一次计算的差值△组成。新的差值Δ的计算通过一再进行超声波测量以及通过由实际值I表示的伦琴射线在不同的位置处的厚度测量的结果来重复地执行，其中该实际值与相应的上一次的参考测量值R相匹配。
[0031]可替换地参考测量值R或基本值测量与参考值测量之间的相应于差值Λ的误差被使用，以便修正参数，例如进行对于温度漂移或合金成分的曲线的匹配。
[0032]基本测量值G和参考测量值G之间比较也可以用于监控轧制带材4的厚度，通过这样的方式，即输出实际值或参考值并且也并列地示出差值例如:当差值△过大并且特别是处于公差范围外时，在此可以向操作人员报警。
[0033]这种用于测定轧制带材4 的厚度d的方法特点在于，还在轧制带材4的轧制时的位置之前进行参考值测量并且此外特别快地提供高精度的测量结果，在借助射线测量系统8的测量中引入该测量结果用于消除误差影响。
【权利要求】
1.一种用于测定在借助轧机列轧制轧件(4)时的所述轧件(4)的、特别是轧制带材的或金属板的厚度(d)的方法，其中 -借助射线测量系统(8)无接触地测量对于所述厚度(d)的基本测量值(G)，其中所述射线测量系统(8)集成在所述轧机列中， -借助超声波测量头(24)测量对于所述厚度(d)的参考测量值(R)，同样所述超声波测量头集成在所述轧机列中，以及 -为了消除所述基本测量值(G)的误差影响引入所述参考测量值(R)。
2.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述射线测量系统(8)的射线源(12)和射线探测器(16)由保持机械结构(6)承载，其中所述超声波测量头(24)布置在所述保持机械结构(4)上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于测量所述轧件(4)的所述厚度Cd)的所述超声波测量头(24)向所述轧件(4)运动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中借助所述射线测量系统(8)在短暂的几秒或几分之一秒的时间间隔内、特别是连续地进行射线测量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中与所述射线测量相比超声波测量在更大的时间间隔内进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述轧件(4)的测量位置上测量所述参考测量值(R)，在所述 测量位置也测量所述基本测量值(G)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中借助伦琴射线测量所述基本测量值(G)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述参考测量值(R)与所述基本测量值(G)的偏差在预定的公差范围内时给出对于所述厚度(d)的实际值(I)，所述实际值由所述参考测量值(R)和所述基本测量值(G)构成。
9.一种用于测定在借助轧机列轧制所述轧件(4)时的所述轧件(4)的、特别是轧制带材的或金属板的厚度(d)的设备(2)，包括 -用于获取对于所述厚度(d)的基本测量值(G)的无接触的射线测量系统(8)，其中所述射线测量系统(8)集成在所述轧机列中， -同样集成在所述轧机列中的、用于获取对于所述厚度(d)的参考测量值(R)的超声波测量头(8)， -以及根据所述参考测量值(R)用于消除所述基本测量值(G)的误差影响的分析单元(22)。
10.根据权利要求9所述的设备(2)，其中所述射线测量系统(8)的射线源(12)和射线探测器(16)布置在保持机械结构(6)上，其中所述超声波测量头(24)同样布置在所述保持机械结构(4)上。
11.根据权利要求9或10中任一项所述的设备(2)，其中用于测量所述轧件(4)的所述厚度(d)的所述超声波测量头(24)能向轧件(4)运动。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备(2)，其中所述射线测量系统(8)配置用于，在短暂的几秒或几分之一秒的时间间隔内、特别是连续地测量。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的设备(2)，其中所述超声波测量头(24)配置用于，与所述射线测量系统(8)相比在更大时间间隔内测量。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的设备(2)，其中所述超声波测量头(24)配置用于，在所述射线测量系统(8)的测量位置上测量。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的设备(2)，其中所述射线测量系统(8)是伦琴射线测量系统。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的设备(2)，其中所述分析单元(22)配置用于，在所述参考测量值(R)与所述基本测量值(G)的偏差在预定的公差范围内给出对于所述厚度(d)的实际值(I)，所述 实际值由所述参考测量值(R)和所述基本测量值(G)构成。
【文档编号】B21B38/04GK103547386SQ201280024992
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年5月4日 优先权日:2011年5月25日
【发明者】安德烈亚斯·迈尔霍费尔 申请人:西门子公司