Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Planheit eines Metallbandes, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Verwendung.

Beim Flachwalzen von metallischen Bändern stellt die Bandplanheit einen bedeutenden Faktor für die Weiterverarbeitung des Bandes und für die nachfolgende Endverwertung dar. Die Bandplanheit ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal und hat einen entscheidenden Einfluss auf die Produktivität und die Schrottguote in fast allen Produktionsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie. Metallische Bänder mit einer unzureichenden Planheit können in den auf den Walzprozess nachfolgenden Produktionsanlagen und bei der Weiterverarbeitung zu erheblichen Pro- duktions- und Qualitätsstörungen führen. Die Planheit eines metallischen Bandes wird maßgeblich während des Walzprozesses beeinflusst, wobei ein planes Band durch eine gleichmäßige Längung des Bandes über die Bandbreite erzeugt wird.

Während des Walzprozesses gibt es zahlreiche Parameter, die einen unerwünschten negativen, aber auch einen gezielt steuerbaren Einfluss auf die Bandplanheit haben. Kommt es durch thermische und/oder mechanische Einflüsse zu einer unterschiedlichen Längung des metallischen Bandes über die Bandbreite, entsteht eine schlechte Bandplanheit, die sich u.a. in Form von Wellenbildung im Mitten- oder Randbereich des metallischen Bandes darstellen kann.

Beim Kalt- und Warmwalzen von Metallbändern können unerwünschte Unebenheiten des erzeugten Metallbandes auftreten, welche sich beispielhaft in der Laufrichtung bzw. Längsrichtung sowie guer dazu erstrecken können. Diese Unebenheiten können zu unterschiedlich starken Durchbiegungen des Metallbandes senkrecht zur Oberfläche führen, welche die Planheit stören können. Es besteht daher die Notwendigkeit, beim Walzen eines Metallbandes die Planheit des erzeugten Bandes zu überwachen und bei Abweichungen von der Planheit die Bedingungen des Walzvorganges positiv zu beeinflussen. Um die steigenden Qualitätsansprüche zu erfüllen, sind Qualitätsinformationssysteme notwendig, die bei der Erkennung von unterschiedlichen Planlagen zuverlässig unterstützen.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Messung der Planheit bekannt. Für diffus streuende, optisch raue Oberflächen gibt es eine breite Palette von optischen 3D- Sensoren. Eines der am weitesten verbreiteten Verfahren beruht auf der Projektion von Streifenmustern. Die Muster werden aus einer Richtung projiziert und aus einer anderen mit einer Kamera beobachtet, siehe beispielsweise EP 0 864 847 A2 und EP 1 418 400 A2. Die bekannten optischen Verfahren zur Ermittlung der Bandplanheit arbeiten mit der „diffusen“ Reflektion. Metallbandoberflächen weisen somit eine ungerichtete, diffuse Reflektion beziehungsweise Transmission von Licht im sichtbaren Spektrum auf.

Als weiteren Stand der Technik sind beispielhaft folgende Schriften zu nennen: EP 2 910 893 Bl, EP 2 834 594 Bl und EP 3 487 642 Bl .

Aufgrund hoher Anschaffungskosten und unzureichender Sensibilität der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme zur Beurteilung respektive Bestimmung der Bandplanheit, ist die Aufgabenstellung der Erfindung, die Sensibilität und die Zuverlässigkeit existierender Planheitsmessgeräte zu optimieren respektive zu verbessern und zudem erheblich zu vereinfachen, was die Kosten zur Anschaffung dieser Systeme deutlich reduzieren kann.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Bestimmung der Planheit eines Metallbandes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch den Figuren können mit einem oder mehreren Merkmalen aus weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere Merkmale ersetzt werden und mit diesen verknüpft werden. Der vorgeschlagene Gegenstand ist nur als Entwurf zur Formulierung der Erfindung aufzufassen, ohne diesen aber zu beschränken.

Gemäß erster Lehre wird ein Verfahren zur Bestimmung der Planheit eines Metallbands vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bestrahlen eines Abschnitts einer Oberfläche des Metallbandes; b) Erfassen einer Reflektion des bestrahlten Abschnitts; c) Transformieren der Reflektion in eine Planlageninformation; d) Wiederholen zumindest der Schritte a) und b), wobei das Metallband in seiner Längserstreckung bewegt wird, so dass bedingt durch die Bewegung neue Abschnitte der Oberfläche des Metallbandes bestrahlt werden; e) Aneinanderreihen der Planlageninformationen, um die Planheit des Metallbandes zumindest über eine Teillänge entlang seiner Längserstreckung zu bestimmen, wobei das Bestrahlen in Schritt a) mittels mindestens einer Wärmeguelle (thermisch) oder einer Kältequelle durchgeführt wird.

Der Begriff des Metallbands umfasst hierbei Metallbänder aus beliebigen metallischen Materialien. Bevorzugt kann das Metallband als Stahlband ausgebildet sein.

Ein Bestrahlen eines Abschnitts einer Oberfläche des Metallbandes erfolgt beispielsweise mit mindestens einem Heizelement, dessen Temperatur sich von der Umgebungstemperatur und der Temperatur des Metallbands respektive der Oberflächentemperatur unterscheidet, insbesondere um mindestens 20 K, vorzugsweise um mindestens 30 K, bevorzugt um mindestens 50 K höher ist. Vorzugsweise kommt ein Heizdraht als Heizelement zur Anwendung, wel- ches/welcher oberhalb oder unterhalb des zu bestrahlenden Abschnitts zum thermischen Bestrahlen insbesondere in Bezug auf die Ebene (Metallbandebene) des beweglich geführten Metallbandes angeordnet wird. Somit kann beim vorbeibewegten Metallband ein Abschnitt der Oberfläche des Metallbandes auf seiner Oberseite oder Unterseite (thermisch) bestrahlt werden. Die Wärmeguelle spiegelt sich in der Metalloberfläche. Daraus resultierend wird die mittels der Wärmeguelle herbeigeführten thermischen Reflektion an der Oberfläche des Metallbandes erfasst. Somit liegen beispielsweise Daten von einem Momentzustand vor.

Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, ein Kühlelement einzusetzen, insbesondere um heiße Oberflächen thermisch zu inspizieren, wobei die Temperatur des Kühlelements respektive der Kältequel le sich von der Temperatur des Metallbands respektive der Oberflächentemperatur unterscheidet, insbesondere um mindestens 20 K, vorzugsweise um mindestens 30 K, bevorzugt um mindestens 50 K niedriger ist. Das Wirkprinzip ähnelt dem oben beschriebenen. Die Kältequelle spiegelt sich in der Metalloberfläche. Daraus resultierend wird die mittels der Kältequelle herbeigeführten thermischen Reflektion an der Oberfläche des Metallbandes erfasst.

Ein Erfassen der thermischen Reflektion erfolgt beispielsweise mittels einer Wärmebildkamera. Hierbei wird die bedingt durch die Verwendung einer Wärmeguelle erzeugten Wärmestrahlung erfasst, die von der Oberfläche des Metallbandes reflektiert wird. Die Wärmebildkamera, gelegentlich auch als Thermografie-, Thermal- oder Infrarotkamera bezeichnet, bezeichnet ein bildgebendes Gerät, welches auf dem Empfang von Infrarotstrahlung basiert. Die Nutzung einer Wärmebildkamera hat insbesondere den Vorteil zur Folge, dass eine zweidimensionale Wärme- Strahlung erfasst werden kann. Weiterhin bietet die Wärmebildkamera den Vorteil die zweidimensionale Wärmestrahlung, sofern gewünscht, auch in Echtzeit zur Verfügung stellen zu können. Die räumliche Auflösung der Messdaten ist insbesondere von der Art und Anbringung der Wärmebildkamera in Bezug auf das beweglich verlaufende Metallband abhängig.

Ein Transformieren der Reflektion(en) in eine Planlageninformation beziehungsweise Planlageinformationen kann beispielsweise mittels einer datenverarbeitender Software respektive Programme erfolgen. Mit anderen Worten werden die Daten des Momentzustandes, welche von der Wärmebildkamera aufgenommen worden sind, weiterverarbeitet, um eine Planlageninformation bereitzustellen. Derartige Programme/Software sind kommerziell verfügbar.

Durch ein Aneinanderreihen der Planlageninformationen kann beispielsweise ein kontinuierlicher Planlagenverlauf über eine Metallbandlänge visualisiert und/oder dokumentiert werden. Der Vorteil eines kontinuierlichen Planlagenverlaufs ist, dass die Planheit mittels der vorliegenden Daten über zumindest eine Teillänge entlang der Längserstreckung des Metallbandes bestimmt werden kann, bevorzugt entlang der Gesamtlänge des Metallbandes.

Wesentlicher Vorteil des Erfassens der thermischen Reflektion ist, dass eine durchgehende berührungslose und auch in Echtzeit erfolgende Kontrolle der Oberfläche des Metallbandes erfolgen kann. Ebenfalls von Vorteil ist, dass beispielsweise eine kontinuierliche Überwachung des bestrahlten Abschnitts des durchlaufenden Metallbandes ermöglicht ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine bevorzugte vollflächige und kontinuierliche Erfassung der Planheit der Oberfläche des Metallbandes in einem Fertigungsprozess der metallverarbeitenden Industrie automatisiert möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet nicht mit der diffusen, sondern mit der deutlich sensibleren spiegelnden Reflektion, die im Gegensatz zu diffuser Reflektion nicht die Oberfläche selbst, sondern das Spiegelbild des Heizelementes bzw. des Kühlelements auswertet.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens ist, dass Wärmebildkameras in gegenwärtig üblichen Produktionsbetrieben standardmäßig verwendet werden, wodurch zum einen eine vergleichsweise günstige Beschaffung und Benutzung gewährleistet ist und zum anderen auch die zur Benutzung erforderlichen apparativen Vorrichtungen sowie Kompetenzen in vielen Fällen bereits vorhanden sind. In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Erfassen der thermischen Reflektion in einem Wellenlängenbereich zwischen 3 Mikrometern und 14 Mikrometern durchgeführt wird, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 7 Mikrometern und 14 Mikrometern umfasst. Der vergleichsweise langwellige Spektralbereich zwischen 7 pm und 20 pm weist hierbei den besonderen Vorteil auf, dass eine Vielzahl von Metallen einen sehr niedrigen Emissionsgrad in diesem Wellenlängenbereich aufweist, sodass die Wärmestrahlung respektive die thermische Reflektion des bestrahlten Abschnitts maximiert ist. Hierdurch wird eine besonders gute Sichtbarkeit der mit den beschriebenen Verfahren erfassten thermischen Reflektion erreicht, die selbst bei ungünstigen Messbedingungen noch zu zuverlässig auswertbaren Ergebnissen führen.

Viele kommerziell verfügbare Wärmebildkameras decken einen Wellenlängenbereich von 7 Mikrometern bis 14 Mikrometern ab, so dass die Anschaffungskosten derartiger Systeme moderat sind.

In einer Ausgestaltung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der bestrahlte Abschnitt eine gesamte Breitenerstreckung des Metallbandes umfasst. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass sukzessive bedingt durch die Bewegung des Metallbandes neue Abschnitte bestrahlt werden und somit eine Teillänge bis hin zur gesamten Oberfläche des Metallbands erfasst werden kann.

Die Anordnung des Abschnitts zum Bestrahlen respektive zum Erfassen der thermischen Reflektion kann in einem Walzwerk, vorzugsweise in einem Kaltwalzwerk, einer Oberflächenveredelungsanlage oder einer Inspektionsanlage vorgesehen sein. Der Abschnitt und das Erfassen kann somit in Laufrichtung des durchlaufenden Metallbandes bei dem Hineinlaufen und/oder Herauslaufen vorgesehen sein.

Eine weitere Ausbildung des Verfahrens sieht vorteilhafterweise vor, dass die Schritte a) bis c) und e) kontinuierlich in-situ durchgeführt werden.

Eine zweite Lehre der Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Planheit eines Metallbandes vor, umfassend: - mindestens eine Wärmeguelle oder Kältequelle zum Bestrahlen eines Abschnitts einer Oberfläche des Metallbandes; - mindestens eine Wärmebildkamera zum Erfassen einer thermischen Reflektion des bestrahlten Abschnitts; - Mittel zum Transformieren der thermischen Reflektion in eine Planlageninformation; und - Mittel zum Speichern und/oder Anzeigen der durch Aneinanderreihen der Planlageninformationen, um die Planheit des Metallbandes zumindest über eine Teillänge entlang seiner Längserstreckung zu bestimmen.

Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen des Verfahrens verwiesen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich neben der Planheit des Metallbandes zusätzliche insbesondere Bandunebenheiten, wie zum Beispiel Rand- und Mittenwellen über die Breitenerstreckung des Metallbandes, aber auch die Einhaltung der vorgegebenen Passline, Schwankungen in der Position des Metallbades, eine mögliche Schieflage, einseitig hängende Bandseite sowie kleine geometrische Oberflächenanomalien in einem Fertigungsprozess der metallverarbeitenden Industrie kontrollieren beziehungsweise bewerten.

Eine weitere, unabhängige Lehre der Erfindung sieht vor, die vorgenannte erfindungsgemäße Vorrichtung respektive das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Planheit eines Metallbandes in einer Oberflächenveredelungsanlage zu verwenden. Dabei kann die Oberflächenveredlungsanlage als Schmelztauchbeschichtungsanlage ausgeführt sein. Alternativ kann die Oberflächenveredlungsanlage als elektrolytische Beschichtungsanlage ausgeführt sein. Die genannten Anlagen sind Stand der Technik und werden zum Applizieren einer metallischen Schicht auf der Oberfläche des Metallbandes eingesetzt. Als weitere Alternative kann Oberflächenveredlungsanlage als Bandbeschichtungsanlage ausgeführt sein, welche ebenfalls zum Stand der Technik gehört, in welcher zumeist eine oder mehrere organische Schichten auf der Oberfläche des Metallbandes appliziert wird.

Eine weitere, unabhängige Lehre der Erfindung sieht vor, die vorgenannte erfindungsgemäße Vorrichtung respektive das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Planheit eines Metallbandes in einem Walzwerk zu verwenden. Bei dem Walzwerk kann es sich bevorzugt um ein konventionelles Kaltwalzwerk handeln.

Im Folgenden werden konkrete Ausgestaltungen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Figuren im Detail näher erläutert. Die Figuren und begleitende Beschreibung der resultierenden Merkmale sind nicht beschränkend auf die jeweiligen Ausgestaltungen zu lesen, dienen jedoch der Illustration beispielhafter Ausbildungen der Erfindung. Weiterhin können die jeweiligen Merk- male untereinander wie auch mit Merkmalen der obigen Beschreibung genutzt werden für eine mögliche Fortentwicklung und Verbesserung der Erfindung, speziell bei zusätzlichen Ausgestaltungen, die nicht dargestellt sind.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 : eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2: eine Momentaufnahme einer Wärmebildkamera;

Fig. 3: eine Darstellung einer Aneinanderreihung von Planheitsinformationen in einer ersten Anzeige und

Fig. 4: eine Darstellung einer Aneinanderreihung von Planheitsinformationen in einer zweiten Anzeige.

Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (10) zu entnehmen. Die Vorrichtung (10) umfasst mindestens eine Wärmeguelle (2), beispielsweise in Form eines Heizelements, vorzugsweise in Form eines Heizdrahts, welche derart angeordnet ist, dass beim Entlangführen eines Metallbandes (1), ein Abschnitt einer Oberfläche des Metallbandes (1), bevorzugt eine gesamte Breiterstreckung der Oberfläche des Metallbandes (1) bestrahlt werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung (1) mindestens eine Wärmebildkamera (3), welche derart angeordnet ist, dass sie die beim Entlangführen des Metallbandes (1) thermische Reflek- tion des mittels der Wärmeguelle (2) bestrahlten Abschnitts erfassen kann. Alternativ kann auch eine Kältequelle Verwendung finden, wenn beispielsweise heiße Oberflächen inspiziert werden sollen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (10) kann innerhalb bestehender Anlagen zur Bearbeitung von Metallbändern wie zum Beispiel in Walzwerken und/oder auch Oberflächenveredelungsanlagen oder Inspektionsanlagen Verwendung finden, um die Planheit des Metallbandes (1) sensibel und zuverlässig bestimmen bzw. beurteilen zu können.

Figur 2 zeigt eine Momentaufnahme der Wärmebildkamera (3). Gut zu erkennen ist, dass die Wärmebildkamera (3) die Längskanten des durch die Vorrichtung (10) durchgeführten und bewegten Metallbandes (1) abgebildet sind und so auch die beiden jeweils über die gesamte Breitenerstreckung des Metallbandes (1) verlaufenden bestrahlten Abschnitte erfasst werden, welche als thermische Reflektionen, wobei die bestrahlten Abschnitte bedingt durch die Bestrah- lung der Wärmequellen (2) als hellere Bereiche in der Abbildung sichtbar sind. Die Wärmebildkamera (3) ist beispielhaft von der Fa. Dias Infrared GmbH mit der Kennung PYROVIEW 640L.

Die Schritte des Bestrahlens der Abschnitte der Oberfläche des Metallprodukts (1) und Erfassen der Reflektion(en) der bestrahlten Abschnitte werden wiederholt, wobei das Metallband (1) in seiner Längserstreckung bewegt wird, so dass bedingt durch die Bewegung neue Abschnitte der Oberfläche des Metallbandes (1) bestrahlt werden, wobei die Reflektion(en) mittels geeigneten Mittel (4), beispielsweise mittels eines Programms bzw. Software, beispielhaft „Pyrosoft Professional“ von der Fa. Dias Infrared GmbH mit, vorzugsweise welche die von der Wärmebildkamera (3) generierten Aufnahmen in eine weiterverarbeitbare Information umwandelt, unter anderem in eine Planlageninformation bzw. in mehrere Planlageninformationen transformiertwerden. Mittels eines Aneinanderreihens der Planlageninformation(en) sprich die Auswertung der kontinuierlichen Aufnahmen der Wärmebildkamera (3) kann die Planheit des Metallbandes (1) zumindest über eine Teillänge entlang seiner Längserstreckung bestimmt werden, vorzugsweise über die gesamte Länge des Metallbandes (1).

Dabei kann das Aneinanderreihen der Planlageninformationen und damit die Planheit des Metallbandes (1) vorzugsweise in-situ bestimmt werden und vorzugsweise grafisch über geeignete Mittel (5) entweder zweidimensional, siehe Figur 3, oder dreidimensional, siehe Figur 4, beispielsweise auf Monitoren in einem Leitstand, ausgegeben werden. Die Mittel (5) können somit Speichereinheiten und/oder Anzeigeeinheiten sein.

Figur 3 zeigt die Planheit eines Metallbandes (1), welches beim Entlangführen des Metallbandes (1) in Pfeilrichtung, über die Breitenerstreckung und über die gesamte Länge des Metallbandes (1) bestimmt worden ist. Zu erkennen sind im linken Drittel der Länge des Metallbandes (1), dass extreme Mitten- und Randwellen vorliegen, das mittlere Drittel zeigt eine im Wesentlichen gute Planheit und im rechten Drittel sind leichte Mittenwellen vorhanden. Figur 4 zeigt die Planheit eines Metallbandes (1), welche beim Entlangführen des Metallbandes (1) in Pfeilrichtung, über die Breitenerstreckung, hier über eine Breite von ca. 1225 mm und über die gesamte Länge, hier ca. 2000 m, des Metallbandes (1) bestimmt worden ist. Bandunebenheiten sind verstärkt am Bandanfang sowie am Bandende zu erkennen, an welchen so- genannte Heftnahtverbindungen mit vor- und nachlaufenden Bändern vorliegen, um einen kontinuierlichen Betrieb sicherzustellen. Diese Verfahrensweise ist gängige Praxis in der metallverarbeitenden Industrie.