DE10023554A1 - Verfahren und Anordnung zur Überwachung einer Walzwerksanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Überwachung einer Walzwerksanlage, insbesondere zur Detektion von Schäden auf deren Walzenoberflächen (50), mit wenigstens einem Meßwertaufnehmer (52), der im Bereich der mit einer bestimmten Drehzahl rotierenden Walzen (30, 34, 36, 42) angeordnet ist, sowie mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (56) zur Aufbereitung und Auswertung eines Meßsignals, vorzugsweise eines Schwingungssignals, wobei aus dem Ergebnis der Meßwertauswertung ein den Walzenzustand kennzeichnender Kennwert gebildet wird, der mit einem anwendungsspezifisch festgelegten Kennwertbereich korreliert wird, und der so erhaltene Kennwert als Parameter für den Benutzungszustand der Walzen (30, 34, 36, 42) herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Walzwerksanlage, insbe­ sondere zur Detektion von Schäden auf deren Walzenoberflächen, mit wenigstens einem Meßwertaufnehmer, der im Bereich der mit einer bestimmten Drehzahl rotie­ renden Walzen angeordnet ist, sowie mit einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Aufbereitung und Auswertung eines Meßsignals, vorzugsweise eines Schwingungs­ signals.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit wenigstens einem im Bereich der Walzen angeordneten Meßwertaufnehmer so­ wie mit einer für die Aufbereitung und Auswertung von Signalen des wenigstens ei­ nen Meßwertaufnehmers vorgesehenen Signalverarbeitungseinrichtung.

Walzwerksanlagen sind in der Regel großtechnische Anlagen, mit denen insbeson­ dere Bleche oder Bänder sowie Profile aus Stahl oder anderen Metallen in Massen­ produktion hergestellt werden.

Die Bänder werden auf die gewünschte Dicke gewalzt, indem sie über mehrere An­ ordnungen von sich paarweise gegenüberstehenden Walzen geführt werden. Die Walzenpaare üben einen bestimmten Druck auf das zwischen ihnen hindurch bewe­ gende Band aus, so daß dieses Band nach dem Durchlauf durch ein Walzenpaar dünner ist als zuvor. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die gewünschte Dicke des Bandes erreicht ist.

Bei einem solchen Produktionsprozeß sind daher die Walzen sowie insbesondere deren Oberflächen entscheidend für die Qualität der produzierten Bänder. So können beispielsweise Fehler oder Schäden auf den Walzen, die mit dem bloßen Auge nicht wahrnehmbar sind, die Bandqualität bereits über das zulässige Maß hinaus negativ beeinflussen.

Als Fehler oder Schaden wird beispielsweise eine Abplattung einer Walze oder eines örtlich begrenzten Bereichs auf einer Walze bezeichnet. Eine Abplattung kann be­ reits durch schräges Aufeinanderfahren von Walzen während eines Eichvorganges oder eines Probelaufs erfolgen, beim Anstoßen des Bandkopfes an einer Arbeitswal­ ze beim Einfädeln des zu walzenden Bandes, beim zu späten Auseinanderfahren der Walzen am Bandende oder bei einem Bandriß.

Als Schaden ist aber auch eine zum Beispiel örtliche Erhöhung auf einer Walze an­ zusehen. Diese Art von Schaden entsteht bei irregulären Betriebszuständen, insbe­ sondere beim Verschweißen des Bandes mit der Walze. Solche Verschweißungen können beispielsweise aus einer mangelhaften Schmierung oder einem Schmierfil­ mabriß einer Walze resultieren mit der Folge einer anschließenden örtlichen Über­ hitzung, die zur Verschweißung führt.

Ferner können Schäden an Walzen, die zu Oberflächenfehlern auf dem Band oder Dickenänderungen des Bandes führen und die nicht von einem Dickenmeßgerät er­ kannt werden, beispielsweise weil der Schaden in Querrichtung des Bandlaufs erfolgt und eine vergleichsweise kleine Längenausdehnung in Bandlaufrichtung hat, erst in nachfolgenden Verarbeitungsschritten, zum Beispiel dem Tiefziehen, zu unzulässi­ gen Materialfehlern führen, das heißt zu Ausschußmaterial.

Daher wird zur Überwachung der Walzwerksanlage eine Überwachung der Walzen beziehungsweise eine Detektion von Schäden, insbesondere an den Walzenoberflä­ chen angestrebt.

Eine übliche Möglichkeit den Zustand der Walzen zu überprüfen besteht in der visu­ ellen Inspektion des gewalzten Bandes. Hierzu wird das Walzwerk angehalten und das Band bei einer bestimmten Beleuchten und unter einem bestimmten Blickwinkel aus betrachtet. Anhand der Oberflächenbeschaffenheit des Bandes wird dann auf den Zustand der Walzen zurückgeschlossen. Die Ergebnisse dieser Überprüfung unterliegen den subjektiven Eindrücken desjenigen, der die Prüfung durchführt und können daher nur zu subjektiven Prüfungsergebnissen führen.

Eine weitere häufig angewendete Möglichkeit, den Zustand der Walzen zu überwa­ chen oder zu überprüfen, ist der Einsatz eines sogenannten Spaltgebers. In einer bekannten Ausführungsform weist der Spaltgeber zwei Rollen auf, die an geeigneter Stelle, beispielsweise an Meßringen an den Walzenzapfen, je eine von zwei sich ge­ genüberliegenden Arbeitswalzen berühren und durch die Drehbewegung der Walzen jeweils mitdrehen. Auf diese Weise werden eventuelle radiale Auslenkungen der Walzen beziehungsweise der Meßringe auf den Spaltgeber übertragen, dessen Si­ gnal dann anzeigt werden kann. Die Bewertung des Spaltgebersignals erfolgt jedoch subjektiv durch den Betrachter, da keine geeigneten automatisierten Auswertesy­ steme vorliegen. Dieses Art der Überwachung hat jedoch eine ungenügende Repro­ duzierbarkeit der Überwachungsergebnisse.

Zudem wird der mechanische Teil des Spaltgebers häufig verschmutzt, wodurch die Exaktheit der Meßwerte beeinträchtigt werden kann. Außerdem besteht die Gefahr aufgrund seiner Positionierung dicht an der Walze, in der das Band geführt wird, daß der Spaltgeber bei auftretenden Bandrissen beschädigt wird.

Des weiteren müssen die Berührstellen der Arbeitswalzen mit den Spaltgeberrollen von Zeit zu Zeit nachgeschliffen werden, um ein akzeptables Meßergebnis zu erhal­ ten. Bei jedem Walzenwechsel muß der Spaltgeber vor seinem erneuten Einsatz ge­ eicht werden.

Eine weitere Möglichkeit der Überwachung besteht darin, die Bandoberfläche mit Kameras zu überwachen. Dabei muß ein entsprechend umfangreicher technischer Aufwand betrieben werden, um beide Bandseiten mit Kameras zu erfassen und an­ schließend die entsprechend großen Bild-Datenmengen datenverarbeitungstech­ nisch zu analysieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfah­ ren anzugeben, welches eine Walzwerksanlage automatisiert überwacht sowie ins­ besondere Schäden auf den Walzenoberflächen erkennt. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben, die einen einfachen und wartungsfreundlichen Aufbau aufweist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie eine Anord­ nung zur Durchführung des Verfahrens zur Überwachung einer Walzwerksanlage mit den in Anspruch 1, beziehungsweise mit den in Anspruch 9 genannten Merkmalen gelöst.

Danach wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Ergebnis der Meß­ wertauswertung mit einer anwendungsspezifisch festgelegten Bewertung ein den Walzenzustand kennzeichnender Kennwert gebildet, der mit einem anwendungsspe­ zifisch festgelegten Kennwertbereich korreliert wird. Der so erhaltene Kennwert wird als Parameter für den Benutzungszustand der Walzen herangezogen.

Das erfindungsgemäße Verfahren überwacht vorteilhafterweise die Walzen automa­ tisiert. Die subjektive Beurteilung von Fehler- oder Schadensanzeichen am Produkt oder den Walzen kann somit entfallen. Die Schadensüberwachung erstreckt sich auf die Walzen, insbesondere auf deren Oberflächen, aber auch auf deren Wälzlager, die schwingungsmechanisch mit den Walzen zusammenwirken, somit schwingungstechnisch den Walzen zugeordnet werden können, sowie wegen der Leistungsfähig­ keit des Verfahrens als Teil der Überwachung der Walzen angesehen werden.

Die Auswahl der Signalart zur Meßwertaufnahme sowie deren Aufbereitung erfolgt entsprechend dem eingesetzten Verfahren für die Meßwertauswertung. Als Meßgrö­ ßen werden insbesondere Beschleunigungen, Geschwindigkeiten oder Weg mit ei­ nem entsprechenden Aufnehmer erfaßt. Ein besonders geeigneter Aufnehmer ist ein Schwingungsgeber, der Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- oder/und Wegsignale aufnehmen kann. Während die Walzen beispielsweise im Eichbetrieb der Anstell­ weggeber oder im Walzenaufwärmbetrieb mit einer nahezu konstanten Drehzahl drehen, sind bei einem bestimmten Walzenanpreßdruck, einer bestimmten Schräg­ lage der Walzen sowie bestimmter Walzenbiegekräfte stabile Kennwerte zu erwar­ ten. Hierdurch ist die Leistungsfähigkeit des Verfahrens vorteilhafterweise erhöht.

In der Regel werden die erfaßten Meßwerte zunächst gefiltert, beispielsweise mittels eines Tiefpaß- oder eines Bandpaßfilters, sowie anschließend gegebenenfalls das Meßsignal verstärkt.

Es ist aber auch möglich, die Kennwerte während des Produktionsbetriebes zu er­ mitteln.

Erfindungsgemäß können verschiedene Verfahren zur Meßwertauswertung heran­ gezogen werden, beispielsweise je nach Signalart sowie - zustand, die beziehungs­ weise der ausgewertet werden soll, ein Verfahren, welches beispielsweise das Fre­ quenzspektrum oder das Leistungsdichtespektrum analysiert. Es ist aber auch mög­ lich zur Meßwertauswertung ein Autokorrelationsverfahren, ein Verfahren auf Basis einer orthogonalen Korrelation oder ein ARMA (Auto Repressive Moving Average)- Schätzverfahren zu verwenden.

Als Ergebnis der Analyse wird ein Kennwert berechnet. Ein solcher Kennwert kann beispielsweise aus einer bestimmten Kombination von bewerteten Amplituden bei bestimmten Frequenzen sein, die für einen bestimmten Schaden identifizierend ist oder einen Benutzungszustand der Walze innerhalb zulässiger Parameter erkennt. Der Kennwert wird verglichen mit anderen, anwendungsspezifisch festgelegten Kennwerten innerhalb eines Kennwertebereichs und kennzeichnet auf diese Weise den Benutzungszustand der Walzen.

Häufig wird nach der Messung zunächst eine Hüllkurve über das Meßspektrum er­ mittelt und aus der Hüllkurve, beispielsweise einem Hüllkurvenzeitsignal, ein Spek­ trum, also beispielsweise ein zugeordnetes Frequenzspektrum, gebildet. Das entla­ stet vorteilhafterweise den Analyserechner, der üblicherweise die nachfolgenden Verfahrensschritte der Analyse des Frequenzspektrums und die Kennwertbildung durchführt.

Zur qualitativen Verbesserung der Aussage über den Walzenzustand können die Kennwerte des anwendungsspezifisch festzulegenden Kennwertbereichs während der Lernphase durch mehrere Messungen bestimmt werden. Die verschiedenen Messungen werden dann zunächst beispielsweise mittels einer Gauss'schen Gloc­ ken- beziehungsweise Verteilungskurve oder einer Rechteckfunktion bewertet, sowie der erhaltenen Mittelwert beziehungsweise wahrscheinlichste Wert zur Kennwertbil­ dung verwendet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird erreicht, wenn die Kennwerte, Kennwertänderungen oder deren zeitlicher Entwicklungsverlauf auf einer Anzeige­ vorrichtung gezeigt werden. Eine Anzeige kann in einer einfachen Ausgestaltung ei­ ne farbveränderliche Lampe sein, die beispielsweise ein grünes Licht abstrahlt, so­ lange die Walzwerksanlage innerhalb bestimmter Grenzwerte betrieben wird. Die Farbe des Lichtes könnte sich im Fall eines Walzenfehlers beispielsweise auf rot än­ dern, um dem Betriebspersonal die geänderten Betriebszustände anzuzeigen.

Die Kennwerte können aber auch auf einem Bildschirm der Signalverarbeitungsanla­ ge oder einer mit der Signalverarbeitungsanlage zusammenwirkenden Datenverar­ beitungsanlage angezeigt oder visualisiert werden. Mit der Visualisierung stehen dann eine Vielzahl von Möglichkeiten offen, die Kennwerte, den zeitlichen Verlauf, die Tendenzen der Kennwertentwicklung usw. auf übersichtliche und individuell an­ paßbare Weise zu verbildlichen.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Überwa­ chung einer Walzwerksanlage hat als wenigstens einen Meßwertaufnehmer einen Schwingungssensor, der zur Aufnahme eines zeitabhängigen, innerhalb eines bestimmten Schwingungsspektrums auftretenden Schwingungssignals vorgesehen ist, und die Signalverarbeitungseinrichtung weist Elemente zur Signalverstärkung, zur Filterung von Signalen, zur Signalanalyse sowie zur Bildung von Kennwerten auf.

Als Schwingungssignale werden hier insbesondere Beschleunigungs-, Geschwindig­ keits- und Wegsignale verstanden.

Eine vorteilhaft robuste und wartungsarme Ausgestaltung des Meßwertaufnehmers ist ein Klopfsensor, der je nach Ausführungsform besonders geeignet ist die ge­ wünschten Schwingungssignale zu messen.

Als Schwingungsaufnehmer kommen aber auch Drucksensoren im Hydrauliksystem der Anstellhydraulik sowie Kraftgeber, die im Bereich des Kraftschlußes zwischen den Walzen und der Anstellhydraulik angeordnet sind.

Des weiteren sind auch Drehmomentengeber im Bereich des Antriebs der Walzen als Schwingungsgeber einsetzbar.

Um eine einfache Austauschbarkeit des Meßwertaufnehmers zu erreichen, wird er­ findungsgemäß vorgeschlagen, ein Verbindungselement vorzusehen, das den Meß­ wertaufnehmer an einer Walze, an einem Einbaustück oder an dem Walzengerüst befestigt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verbindungselements ist ein Perma­ nentmagnet, weil dann die Trennung des Verbindungselements samt Meßwertauf­ nehmers von der Meßstelle auf besonders einfache Weise erfolgt. Des weiteren ist die magnetische Haftung eines Permanentmagneten völlig ausreichend, um eine zu­ verlässige Meßwertaufnahme zu erreichen.

Für den Erfindungsgedanken ist es nur von nachrangiger Bedeutung, wie die Verfah­ rensschritte im einzelnen in einer Bauausführung realisiert werden. So kann jeder Verfahrensschritt durch ein eigenständiges Bauteil oder eine entsprechende Komponente verwirklicht sein. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann aber auch mehrere oder alle Anordnungsbestandteile enthalten.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Anordnung wird erreicht, wenn die Elemente der Signalverarbeitungseinrichtung wenigstens teilweise als Programme einer Datenverarbeitungsanlage beziehungsweise der Signalverarbeitungseinrich­ tung realisiert sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Anordnung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Aus der DE 43 08 796 und den darin zitierten weiterführenden Dokumenten ist be­ reits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung schwingungserregter Bauteile mit einem Klopfsensor bekannt geworden. Ziel der dort angegebenen Erfin­ dung ist es, eine zuverlässige Schadensdiagnose auch dann noch durchführen zu können, wenn die schwingungsverursachenden Drehzahlen eines rotierenden Kör­ pers vergleichsweise niedrig sind und der Meßbereich des an sich bekannten Verfah­ rens so erweitert wird. Die in der Patentschrift angeführten Beispiele beziehen sich auf Wälzlager, insbesondere in Otto-Motoren.

Eine Anwendung auf das hier vorliegende Problem ist jedoch nicht möglich bezie­ hungsweise nicht sinnvoll, da es hierbei ja nicht um die Erfassung jedwelcher Schwingungen per se geht, sondern vielmehr um die Ermittlung einer Kenngröße, welche eine Aussage über die Oberflächenbeschaffenheit der Walzenoberflächen erlaubt.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen sollen die Er­ findung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie be­ sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Walzenständers,

Fig. 2 ein Beispiel einer Walzenanordnung,

Fig. 3 ein Beispiel einer möglichen Signalverarbeitungskette, und

Fig. 4 eine mögliche Ausgestaltung eines Schwingungssensors.

Die Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Walzenständers 20 mit einer typi­ schen Walzenanordnung zur Verwendung in einem Walzwerk zur Herstellung von Metallbändern, z. B. Stahlbändern.

Der Walzenständer 20 ist im wesentlichen zu einem rechteckigen Rahmen 22 aus­ gebildet, an dessen erster Rahmenseite, die zur Verbindung mit einem Fundament vorgesehen ist ein erster 24 und ein zweiter Rahmenfuß 26 ausgeformt sind. Der Walzenständer 20 ist als Ansicht von einer Seite dargestellt, die quer zur Bewe­ gungsrichtung des Stahlbandes verläuft.

Im Innenteil des Rahmens 22 unten ist ein erstes Einbaustück 28 angeordnet, wobei unten mit Bezug zur Schwerkraftwirkung benutzt wird, in das eine erste Stützwalze 30 eingelassen und geführt ist. Auf der Oberseite des ersten Einbaustücks 28 ist ein zweites Einbaustück 32 angeordnet, in das eine erste Arbeitswalze 34 eingelassen und geführt ist. Die erste Stützwalze 30 sowie die erste Arbeitswalze 34 sind so an­ geordnet, daß sie in dieser Ansicht als Querschnitt durch die Walzen, also als Kreis­ flächen mit einem ersten Stützwalzenmittelpunkt 31 sowie einem ersten Arbeitswal­ zenmittelpunkt 35 zu erkennen sind, die sich gerade in einem Punkt berühren, der zusammen mit dem ersten Stützwalzenmittelpunkt 31 sowie dem ersten Arbeitswal­ zenmittelpunkt 35, auf einer gemeinsamen Symmetrielinie 36 angeordnet sind.

Oberhalb der ersten Arbeitswalze 34, mit einem Abstand, der in etwa der Dicke des gedachten, zu walzenden Stahlbandes entspricht, ist eine zweite Arbeitswalze 36 mit einem zweiten Arbeitswalzenmittelpunkt 37, in einem dritten Einbaustück 38 ange­ ordnet. Oberhalb des dritten Einbaustücks 38 ist ein viertes Einbaustück 40 mit einer zweiten Stützwalze 42, die einen zweiten Stützwalzenmillelpunkt 43 hat, angeordnet.

Insgesamt sind die Arbeitswalzen 34, 36 sowie die Stützwalzen 30, 42 symmetrisch zu dem gedachten Stahlband zwischen den Arbeitswalzen 34, 36 angeordnet.

Zwischen einer oberen Seite 48 des vierten Einbaustücks 40 und dem diesem ge­ genüberliegenden Rahmenteil des Walzenständers 20 ist ein Freiraum 44, der so bemessen ist, daß eine Hydraulikvorrichtung 46 an der oberen Seite 48 angreifen und über diese sowie über das vierte Einbaustück 40 eine gewünschte Kraftwirkung auf die Anordnung aus der ersten und zweiten Stützwalze 30, 42, sowie aus der er­ sten und zweiten Arbeitswalze 34, 36 ausübt.

An dem nachfolgenden Beispiel soll eine Verfahrensvariante näher erläutert werden:

Bei einer Überrollung eines eingangs beispielhaft aufgeführten Schadens an einer Walze von einer benachbarten Walze im Roll-Kiss-Mode (Drehen der Walzen ohne Band im Walzspalt mit voreingestelltem Anstelldruck) wird ein Stoßimpuls erzeugt. Dieser regt auf Grund seines breiten Spektrums die Eigenfrequenzen der schwin­ gungsfähigen Gerüstmechanik an, z. B. die Walzen, die Walzenlager und die Wal­ zenständer. Die relativ hohen, angeregten Resonanzschwingungen, die zur Erzeu­ gung eines Beschleunigungssignals notwendig sind, werden mit einem Beschleuni­ gungssensor, der vorzugsweise am Einbaustück der zu untersuchenden Walzen an­ gebracht wird, erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Das so gewonnene Beschleunigungssignal wird in einer analogen Signalverarbeitung vorverarbeitet und über einen A/D-Wandler einer rechnergestützten digitalen Signal­ verarbeitung zugeführt. Das Ergebnis der digitalen Signalverarbeitung ist ein Kenn­ wert, der dem Bediener Informationen über den Grad des Fehlers gibt und somit eine gute Entscheidungshilfe bezüglich des Walzenwechsels liefert. Die Information be­ züglich der Walzengütebereiche wird in Form der Ampelfarben grün, gelb und rot ausgegeben. Das Diagnosekonzept eignet sich zur Fehlererkennung an Stütz-, Zwi­ schen- und Arbeitswalzen. Im folgenden wird als Beispiel nur die Erkennung von Schäden an den Arbeitswalzen betrachtet.

Für die Signalverarbeitung hat sich eine Aufteilung der Aufgaben in einen analogen und einen digitalen Teil als sinnvoll erwiesen.

Im analogen Teil der Signalverarbeitung wird durch Herausfiltern der Resonanzfre­ quenzen ein Nutzsignal gebildet. Eine hierfür bewährte Methode ist die Hüllkurven­ bildung.

Im digitalen Teil der Signalverarbeitung wird das Hüllkurvensignal in den Frequenz­ bereich transformiert, um ein sogenanntes Nutz- und ein Störspektrum besser zu unterscheiden und eine zuverlässige Kennwertbildung zu gewährleisten.

Das Beschleunigungszeitsignal wird durch Ladungsverstärkung und Tiefpassfilterung aufbereitet. Von dem so aufbereiteten Signal wird mittels einer Elektronik über alle durch die Stoßimpulsfolgen angeregten Resonanzen die Hüllkurve des gleichgerich­ teten Beschleunigungssignals gebildet. Der Hauptvorteil der analogen Realisierung der Hüllkurvenbildung liegt in der enormen Entlastung des Analyserechners im digi­ talen Teil der Signalauswertung. Das Verfahren arbeitet analog zu der aus der Nach­ richtentechnik bekannten Demodulation von amplitudenmodulierten Signalen. Dort wird das niederfrequente Modulationssignal von der hochfrequenten Trägerschwin­ gung befreit. Die hochfrequente Trägerschwingung entspricht den angeregten Reso­ nanzschwingungen und das niederfrequente Modulationssignal entspricht dem Signalanteil, dessen Frequenzspektrum die Walzendrehzahl und ganzzahlige Vielfa­ che davon enthält.

Für die Auswertung werden die Amplituden des Hüllkurvenzeitsignals und dessen Spektrum auf Eigenschaften hin untersucht, die Aufschluß über Fehler geben. Das Hüllkurvenzeitsignal wird häufig mit einer Fourier Analyse analysiert.

Das Hüllkurvenzeitsignal zeigt üblicherweise abwechselnd eine vergleichsweise ho­ he und eine entsprechend kleine Amplitudenhöhe beispielsweise der Schwin­ gungsamplitude, da ein Walzenfehler bei einer Umdrehung zwei Anregungen verur­ sacht und zwar einmal zur oberen Walze und einmal zur darunter liegenden Walze hin. Auch das Frequenzsprektrum des Hüllkurvenzeitsignals zeigt abwechselnd hö­ here und niedrige Amplituden bei der Walzendrehfrequenz und ihren ganzzahligen Vielfachen. Zur Erklärung der alternierenden Spektralamplituden wird das Zeitsignal als eine Überlagerung zweier Impulsfolgeantworten mit unterschiedlichen Frequen­ zen und Amplituden betrachtet. Nach dem Superpositionssatz erhält man die Fourier Analyse des Gesamtzeitsignals aus der Überlagerung der Fourier Analysen der ein­ zelnen Impulsfolgeantworten.

Ein auf das Hüllkurvenzeitsignal additiv überlagertes Zufallsrauschen zeigt, daß bei hohem Rauschanteil eine Auswertung im Zeitbereich erschwert oder unmöglich ist. Im Frequenzbereich ist dagegen sowohl bei geringem als auch bei hohem Rauschanteil eine zuverlässige Auswertung ermöglicht. Um bei allen Betriebszu­ ständen das gleiche Auswerteverfahren anwenden zu können, wird eine Auswertung im Frequenzbereich vorgeschlagen.

Ein Spektrum eines gemessenen Beschleunigungszeitsignals setzt sich aus einem Nutz- und einem Störspektrum zusammen. Das Nutzspektrum entsteht auf Grund des gesuchten Walzenschadens; das Störspektrum basiert auf Anregungen anderer, für die aktuelle Auswertung unerwünschter Fehler, z. B. Fehlern anderer Walzen oder Wälzlagerschäden.

Zur Kennwertbildung werden die Nutzamplituden des Spektrums bzw. deren Flächen in einem bestimmten Bereich um die der Nutzamplitude zugeordneten Frequenz, der Drehfrequenz und deren ganzzahligen Vielfachen, herangezogen.

In einzelnen Fällen können sich jedoch bei den genannten Frequenzen Überlagerun­ gen von Nutz- und Störspektrum ergeben. Solche Fälle werden als Ausreißer der mit steigender Frequenz tendenzmässig abnehmenden Nutzamplitude erkannt und ver­ worfen. Auf der Grundlage des bereinigten Spektrums wird ein Kennwert gebildet.

Zur Diagnose von Schäden werden von der erfindungsgemäßen Anordnung die be­ triebsbedingten Walzpausen genutzt. Während des Diagnosevorganges fahren die Walzen im Roll-Kiss-Mode ein vorgegebenes Drehzahlprofil ab. Dabei erhält man Stossimpulsfolgen, deren interessierende Frequenzanteile die ganzzahligen Vielfa­ chen der Walzendrehzahl sind.

Bei Messungen hat sich gezeigt, daß der Betrag der Walzenumlaufgeschwindigkeit den Rauschpegel des Hüllkurvenzeitsignals beeinflußt. Man erhält ein im Zeitbereich verwertbares Hüllkurvensignal z. B. bei einer Walzenumlaufgeschwindigkeit von etwa v = 100 m/min.

Bei vergleichsweise höheren Walzenumlaufgeschwindigkeiten, wie z. B. bei v = 200 m/min wird zwar der Rauschpegel im Hüllkurvenzeitsignal verstärkt, dafür läßt sich jedoch die Fourier Analyse mit ihren höheren Amplituden besser zur Fehlerer­ kennung heranziehen.

Des weiterhin werden die Biegekräfte an den Walzen für Messungen zur Ermittlung von Kennwerten derart eingestellt, daß die vollständige Walzenbreite überrollt wird. Wahlweise können Kennwerte einzelner Walzenbreitenbereiche durch Veränderung der Schräglage der Walzen erfaßt werden und derart nach und nach in mehreren Testläufen im Eichbetrieb die vollständige Walzenbreite ausgewertet werden. Dieses Vorgehen wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die Walzen ein positives Wal­ zenprofil aufweisen.

Da das Warten auf betriebsbedingte Walzenfehler oftmals zu lange dauert, und die zufällig auftretenden Walzenfehler nicht quantifizierbar und nicht reproduzierbar sind, werden zur Initialisierung sinnvoller Kennwertbereiche Versuche gefahren, bei denen die Walzen mit definierten Schäden versehen wurden. Aus diesem Grund werden Abplattungsfehler durch Einschleifen von beispielsweise 3-10 µm tiefen Rillen in axialer Richtung der Walzen simuliert. Die damit ermittelten Kennwerte werden als Initialwerte verwendet für das erfindungsgemäße Verfahren. Die ermittelten An­ fangswerte können nach längerer Beobachtung durch das Bedienpersonal, also auf empirische Basis entsprechend verbessert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise der Anordnung ist es auch möglich, in Kombination mit der Walzenfehlerdiagnose auch eine Wälzlagerfehler­ diagnose der Wälzlager der verschiedenen Walzen durchzuführen.

Die unterschiedlichen Charakteristika der Spektralamplitudenverläufe über der Fre­ quenz lassen eine Trennung der Wälzlagerfehler und der Walzenfehler zu. Wie bei der Kennwertbildung beschrieben, ist die Identifizierung der verschiedenen Schäden und Schadensorte selbst dann möglich, wenn sich die Spektrallinien, die von den beiden verschiedenen Schadenstypen her rühren, überlappen.

In Fig. 2 ist eine Walzenanordnung der ersten und zweiten Stützwalze 30, 42 sowie der ersten und zweiten Arbeitswalze 34, 36 gezeigt, die zur Verdeutlichung ohne den ihnen zugeordneten Einbaustücken oder Walzenständer dargestellt sind. Ansonsten entspricht die Anordnung der Walzen, derjenigen aus Fig. 1. An der zweiten Arbeits­ walze 36 ist ein zur Verdeutlichung überproportional groß dargestellter Walzenscha­ den, eine Abplattung 50, dargestellt. Das der zweiten Arbeitswalze 36 zugeordnete dritte Einbaustück 38 ist nur als strichpunktierter Umriß gezeigt, um beispielhaft dar­ zustellen, wie ein Beschleunigungssensor 52 an dem dritten Einbaustück 38 ange­ ordnet sein kann. Die vom Beschleunigungssensor 52 aufgenommenen Meßwerte werden mittels einer Signalleitung 54 zu einer Signalverarbeitungseinrichtung 56 ge­ leitet, wobei diese zur Aufbereitung Meßwerte und Darstellung der Kennwerte und/ oder der Meßwerte eingerichtet ist.

Zur Veranschaulichung ist in Fig. 3 symbolisch eine mögliche Signalverarbeitungs­ kette gezeigt. An einem Walzeneinbaustück 58 ist ein Permanentmagnethalter 60 mit einem an diesem befestigten Klopfsensor 62 befestigt. Vom Klopfsensor 62 werden die aufgenommenen Schwingungssignale über eine Datenleitung 64 zu einer analog arbeitenden Auswerteeinheit 66 zur Hüllkurvenbildung geführt, die zunächst die übermittelten Schwingungssignale in einem Bandpaß 68 filtert, die gefilterten Schwingungssignale durch einen Gleichrichter 70 gleichrichtet sowie in einem weite­ ren Filter, einem Tiefpaß 72 die gefilterten, gleichgerichteten Schwingungssignale geglättet, so daß das resultierende Signal als Hüllkurvensignal bezeichnet werden kann.

Das Hüllkurvensignal wird einem Analog-Digital-Wandler 78 zugeführt. Das Ergebnis der Analog-Digital-Wandlung, die digitalisierten Hüllkurvensignale, wird zur Meßwer­ tauswertung, zur Bewertung sowie zur Kennwertbildung in eine Auswerteeinrichtung 80 geleitet. Die ermittelten Kennwerte werden in einer Visualisierungseinrichtung 82 aufbereitet und auf einer Anzeigeeinrichtung 84 dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Schwingungssensors 90, beispiels­ weise ein Klopfsensor, sowie ein diesem zugeordneten Halteelement 92 in einer dreidimensionalen Ansicht.

Das Halteelement 92 hat eine zylinderförmige Grundform, in der zentrisch auf einer Stirnseite 94 eine erste Ausnehmung 96, zum Beispiel ein Gewindeloch, ausgenom­ men ist.

Der Schwingungssensor 90 weist eine scheibenförmige Grundform auf, die an der dem Halteelement 92 abgewandten Sensorstirnseite 98 eine Anphasung 100 auf. Mittig auf der Sensorstirnseite 98 ist eine zweite Ausnehmung 102 vorhanden, durch die ein Befestigungselement 104, beispielsweise eine Schraube, durchgeführt ist. An einer Stelle der Mantelfläche 106 der scheibenförmigen Grundform ist ein An­ schlußelement 108 angeordnet, das ein Signalkabel 110 mit dem Schwingungssen­ sor 90 verbindet.

Claims (16)

1. Verfahren zur Überwachung einer Walzwerksanlage, insbesondere zur Detektion von Schäden (50) auf deren Walzenoberflächen, mit wenigstens einem Meßwertaufnehmer (52, 62, 90), der im Bereich der mit einer bestimmten Drehzahl rotierenden Walzen (30, 34, 36, 42) angeordnet ist, sowie mit einer Signalverarbei­ tungseinrichtung (56) zur Aufbereitung und Auswertung eines Meßsignals, vorzugs­ weise eines Schwingungssignals, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ergebnis der Meßwertauswertung mit einer anwendungsspezifisch festge­ legten Bewertung ein den Walzenzustand kennzeichnender Kennwert gebildet wird, der mit einem anwendungsspezifisch festgelegten Kennwertbereich korreliert wird, und daß der so erhaltene Kennwert als Parameter für den Benutzungszustand der Walzen (30, 34, 36, 42) herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwert­ auswertung am gemessenen Schwingungssignals in einem Zeitbereich durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ wertauswertung nach einer Rauschunterdrückungsfilterung, insbesondere nach dem Matched Filter Verfahren, am gemessenen Schwingungssignal in dem Zeitbereich durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ wertauswertung nach der Hüllkurvenbildung am gemessenen Schwingungssignal in dem Zeitbereich durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ wertauswertung nach einem Autokorrelationsverfahren durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ wertauswertung nach einem Verfahren der orthogonalen Korrelation durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwingungssignal ein Frequenzspektrum ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwingungssignal ein Leistungsdichtespektrums ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schwingungssignal ein Frequenzspektrum nach dem ARMA- Schätzverfahren ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus dem Ergebnis der Meßwertauswertung die anwendungsspezifisch bekannten Störsignale heraus gefiltert werden, und daß derart ein bewertungsfähi­ ges Nutzsignal gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kennwerte, Kennwertänderungen oder deren zeitlicher Entwick­ lungsverlauf auf einer Anzeigevorrichtung gezeigt werden.

12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit wenigstens einem im Bereich der Walzen (30, 34, 36, 42) angeordneten Meßwertaufnehmer (52, 62, 90) sowie mit einer für die Aufbereitung und Auswertung von Signalen des wenigstens einen Meßwertaufnehmers (52, 62, 90) vorgesehenen Signalverarbeitungseinrichtung (56), dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Meßwertaufnehmer (52, 62, 90) ein Schwingungssensor ist, der zur Aufnahme eines zeitabhängigen, innerhalb eines bestimmten Schwingungsspek­ trums auftretenden Schwingungssignals vorgesehen ist, und daß die Signalverar­ beitungseinrichtung (56) Elemente zur Signalverstärkung, zur Filterung (68, 72) von Signalen, zur Signalanalyse (80) sowie zur Bildung von Kennwerten (80) aufweist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der wenig­ stens eine Meßwertaufnehmer (52, 62, 90) ein Klopfsensor (62, 90) ist.

14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Meßwertaufnehmer (52, 62, 90) mit einem Verbindungselement (60, 92) an einer der Walzen (30, 34, 36, 42), an einem der Einbaustücke (28, 32, 38, 49) der Walzen (30, 34, 36, 42), an dem Walzengerüst (20) oder an der Anstellhydraulik angebracht ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Verbindungselement (60, 92) ein Permanentmagnet ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elemente der Signalverarbeitungseinrichtung (56) wenigstens teilweise als Programme einer Datenverarbeitungsanlage beziehungsweise der Signalverar­ beitungseinrichtung (56) realisiert sind.