测量辊筒的热膨胀和热凸度的制作方法
【专利说明】测量棍筒的热膨胀和热凸度 对相关申请的夺叉引用
[0001] 本申请要求2013年3月12日提交的第61/776, 925号美国临时专利申请的权益， 所述专利申请的全文是以引用方式并入本文。
技术领域
[0002] 本申请涉及用于测量原位辊筒的热膨胀和热凸度的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 辊乳是其中板材或带通过一对辊筒以减小板材或带的厚度的金属形成过程。由于 由辊乳摩擦、材料变形和/或接触热导入材料产生的高温，辊筒可经历热膨胀（也称作热凸 度）。沿辊筒轴的热膨胀称作热凸度，且沿辊筒轴的热膨胀的平均值称作热膨胀。当辊筒较 热时出于许多原因需要精确地测量辊筒的热膨胀/凸度，所述原因中的一个原因是为了保 证相对于带适当地定位辊筒需要时进行适当调整以保证经辊乳金属带具有所需平坦度和 轮廓。
[0004] 然而，由于辊乳机的高辊筒温度和环境，难以在辊乳过程期间在所需时间测量辊 筒的轮廓/弯曲度。因此使用数值模型以通过估计辊筒表面处的初始状态和热转移对辊筒 的热膨胀和热凸度的进展进行仿真。虽然这些数值模型无需直接测量，但是结果的精确度 由于难以精确地估计模型参数而受限。在一些情况中，使用带退出辊筒咬合处时对所述带 进行的平坦度或轮廓测量来推断热凸度，但是这些方法的精确度有限且只有在精确地已知 板的进入轮廓、辊乳机是单辊架辊乳机且辊乳机正在运转时才有用。这些方法还只适用于 辊筒与带接触的部分，且因此必须估计位于带外侧的辊筒的热凸度。以类似方式，可使用 所测量的退出带厚度来推断热膨胀，但是也存在类似于与推断凸度方法相关联的限制的限 制。
[0005] 测量辊筒的热凸度的其它尝试涉及测量传感器与辊筒之间的距离，其也具有限 制。例如，上面安装这些传感器的横梁可变形，从而使传感器不精确。努力最小化横梁变形 或对横梁变形的补偿可能既繁琐（例如，占用机器上/附近的大量空间）又昂贵。
【发明内容】
[0006] 术语实施例和相似术语旨在大概指代本公开的主题和以下权利要求书的所有内 容。含有这些术语的声明不应被理解为限制本文中描述的主题或限制以下权利要求书的意 义或范围。本文中涵盖的本公开的实施例是由以下权利要求书而非本
【发明内容】
界定。本发 明内容是本公开的各个方面的高层次概述且介绍了以下实施方式章节中进一步描述的一 些概念。本
【发明内容】
既不旨在识别本主题的关键或本质特征，也不旨在单独用来确定本主 题的范围。本主题应通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每一权 利要求来理解。
[0007] 本文公开了用于测量辊乳机内侧或外侧的辊筒的热膨胀和/或热凸度的系统和 方法。在一些实施例中，当辊筒处于不同温度时通过测量超声波在辊筒内侧行进的传播时 间的变化来获得所述测量。一些测量能够在辊筒处于高温时进行。
【附图说明】
[0008] 说明书参考以下附图，其中不同图中的相似参考数字的使用旨在说明相似或类似 组件。
[0009] 图1是包含传感器的辊筒的等距视图。
[0010] 图2是相对于传感器定位的辊筒的示意端视图。
[0011] 图3是包含波发生器的辊筒的示意端视图，所述波发生器将波从第一位置发射到 处于第二位置处的传感器。
[0012] 图4是包含传感器的中空辊筒的示意端视图。
[0013] 图5是波开始于和到达不遵循辊筒直径的相同点处的辊筒的示意端视图。
[0014] 图6是测量热凸度的示例性方法的流程图。
[0015] 图7A是根据一个实施例的具有发射器和接收器的传感器的示意图。
[0016] 图7B是根据一个实施例的具有收发器的传感器的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 本文公开了用于在辊筒（诸如金属加工辊筒）较热时直接测量辊筒的热膨胀的系 统和过程。热膨胀是通过此较辊筒较冷时超声波在辊筒内的传播时间与辊筒较热时超声波 在辊筒内的传播时间来计算。如本文中使用，术语"热膨胀"在适当情况下包含正膨胀和负 膨胀，诸如热膨胀和热收缩。
[0018] 当辊筒较热时，测量原位辊筒（S卩，在辊乳机中）的热膨胀可实现对热膨胀的影响 的精确且动态控制。具体来说，其可有利于控制热凸度的影响。获得原位辊筒的热膨胀的 精确测量具有许多应用。例如，当辊筒较热时获得原位热膨胀的精确测量允许（使用致动 器或其它）精确地调整辊乳机设置和/或辊筒冷却或加热。热膨胀的精确测量可实现产品 变化之间的回冷时间的减小。热膨胀的精确测量可改进产品（例如，金属板）的厚度/轮 廓以及平坦度，诸如冷辊乳中的边沿张力。热膨胀的精确测量可改进热模型的精确度或辊 筒膨胀和凸度。
[0019] 更特定地说，获得热膨胀的直接测量可用于例如：（1)计算更精确的辊缝规格预 设（即，带被引入到辊乳机之前的辊缝空间）使得更快速地实现所述带的厚度目标；（2)计 算更好的辊筒挠度预设（即，跨带被引入到辊乳机之前的宽度的辊缝空间分布）使得更快 速地实现所述带的平坦度/轮廓目标；( 3)产生多辊架辊乳机的辊架之间的带规格的更好 估计以改进整体速度/厚度；和（4)产生多辊架辊乳机的辊架之间的带厚度轮廓的更好估 计以改进整体平坦度/轮廓。
[0020] 另外，热膨胀测量可用于量化辊筒的一次旋转期间热膨胀的变动，这可用于评估 热致偏心率的量。热致偏心率的测量可用于联机确定辊乳机何时准备好进行辊乳而不会在 强迫停机或紧急停止之后引发偏心率引起的规格变动。热致偏心率的测量还可通过测量辊 筒堆叠中的每一辊筒而充分用于在使用诸如辊架负载的标准辊乳机传感器测量整体偏心 率时量化热偏心率量对机械偏心率。当与辑乳机振动测量相关联时，这些测量可有助于解 释振动频谱并监测机器状态和/或预测诸如辊筒轴承的组件故障（预测性维护）。
[0021] 此外，热膨胀测量可用于优化冷却剂温度并监测辊筒冷却喷洒器的状态以用于反 馈控制、喷洒优化、热模型优化和其它目的。
[0022] 获得精确热膨胀测量可动态地改进联机辊乳模型的精确度且可用于帮助对如上 文讨论的辊乳过程作出动态调整。
[0023] 在一些情况中，测量工作辊筒的热膨胀、凸度和/或偏心率。在其它情况中，还测 量中间和/或备用辊筒的热膨胀、凸度和/或偏心率。
[0024] 本文中公开的实施例可提供精确度大于其它方法且成本小于其它方法的热膨胀、 凸度和偏心率的测量。
[0025] 本文中公开的系统和方法不限于在辊乳时使用，而是可应用于希望测量由于热变 动引起的尺寸变化的任何过程或应用。另外，所公开系统和方法可用于计算受冷却辊筒的 热收缩。
[0026] 给出这些说明性实例以给读者介绍本文中讨论的大致主题且这些说明性实例不 旨在限制所公开概念的范围。以下章节参考其中相似数字指示相似元件的图来描述各种另 外的特征和实例，且方向性描述用于描述说明性方面，但是如同所述说明性方面，所述方向 性描述不应用于限制本公开。本文的说明中包含的元件不一定按此例绘制。
[0027] 图1是包含辊筒102和传感器条112的金属加工系统100的等距视图。传感器条 112可包含一或多个单个传感器106。辊筒102具有纵向地延伸通过辊筒102的中心的纵 轴104。纵轴104也称作旋转轴。辊筒102具有外表面114。
[0028] 每一传感器106可包含能够发射和/或接收超声波108的一或多个单个装置。在 一些实施例中，传感器106可为超声传感器、相控阵列传感器、冲击发生器、压电换能器、用 于机械波的电磁感应/测量的装置（例如，电磁声换能器（EMT))、激光或适用于产生和/ 或测量机械波的另一装置。每一传感器106可包含一或多个换能器。在一些情况中，传感 器106是以诸如大约0. 5MHz与IOMHz之间的相对较低频率操作的超声传感器。在一个非 限制实施例中，传感器106是压电0. 5MHz的1英寸直径的超声传感器，且在另一实施例中 是压电IOMHz的0. 5英寸直径的超声传感器。
[0029] 虽然本公开通常是指超声波108,但是也可替代地使用能够传播通过辊筒102的 其它机械波。
[0030] 如图2到5中描绘，所示出的机械波108还是机械波108行进的波路径的指示。
[0031] 如图1的实施例中示出，一或多个传感器106定位在沿辊筒102的宽度纵向地分 隔开的一或多个固定位置处。每一传感器在传感器106的相应位置处进行测量，如下文进 一步详细地描述。
[0032] 在替代实施例中，一或多个传感器106沿辊筒102的宽度118纵向地横越，使得在 沿辊筒102的宽度118纵向地分隔开的多个位置处进行测量，如下文进一步详细地描述。
[0033] 无论使用何种类型的测量系统214,系统100均可使用获自所述一或多个传感器 106的信息、传感器相对于辊筒宽