Aufbau einer Steuerungserweiterung zur geregelten Kompensation von Fehlern der Ringgeometrie beim Radial-Axial Ringwalzen durch Bildverarbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter, seit 10/2016
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266959349

Das Radial-Axial Ringwalzen hat sich als Herstellungsverfahren für nahtlose, warmgewalzte Ringe in einem Durchmesserbereich von 200 mm bis zu 13 m gegenüber alternativen Herstellungsverfahren durchgesetzt. Trotz intensiver Forschung im Bereich des Radial-Axial Ringwalzens in der Vergangenheit treten dennoch häufig Fehler in der Ringgeometrie auf. Ist der fertiggewalzte Ring formfehlerbehaftet, führt dies zu Ausschuss. Um diesen Ausschuss durch Überschreitung der Fertigungstoleranzen zu vermeiden, macht das mögliche Auftreten von Fehlern in der Ringgeometrie ein Aufmaß notwendig. Dieses kann bei großen Ringen erheblich sein. Es existieren bereits geeignete steuerungstechnische Ansätze, um viele dieser Fehler zu vermeiden. Allerdings müssen diese Ansätze meistens vom Anlagenführer manuell eingeleitet werden oder vermeiden diese Fehler präventiv. Bislang fehlte eine Sensorik, um Formfehler schon während des Prozesses automatisiert zu detektieren und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. In einem von der DFG geförderten Forschungsvorhaben mit dem Titel 'Grundlagen zur Steuerung des Radial-Axial Ringwalzens durch den Einsatz von Bildverarbeitungssystemen' wurde die bisherige Sensorik durch ein Bildverarbeitungssystem erweitert, welches die Detektion von Fehlern in der Geometrie des Rings während des Walzprozesses ermöglicht. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist eine darauf aufbauende Regelung der fehlerrelevanten Stellgrößen des Prozesses, um ungewollte Form- und Prozessfehler zu vermeiden. Als Eingangsgrößen für die Steuerung dienen dabei zum einen die vom Bildverarbeitungssystem gewonnen Informationen, zum anderen die Messwerte der konventionellen Sensorik. Zur Umsetzung der Regelung werden beispielhaft die Fehler Unrundheit und Klettern als Anwendungsfälle untersucht. Ein Teilziel ist die Katalogisierung der in der Literatur beschriebenen Maßnahmen und die Quantifizierung der Regelgrößen dieser Maßnahmen zur Unterdrückung der jeweiligen Fehler. Hieraus werden anschließend Regelstrategien abgeleitet, entwickelt und umgesetzt. Die softwaretechnische Umsetzung dieser Regelstrategien sowie die hardwaretechnische Anbindung an die Anlagensteuerung ist ebenfalls ein Teilziel des Forschungsvorhabens. Begleitend zur Entwicklung der Regelstrategien und abschließend als Verifikation der Ergebnisse werden experimentelle Walzversuche durchgeführt. Zunächst soll der Einfluss der Regelgrößen auf den jeweiligen Fehler untersucht werden. Durch Variation der Stellgrößen kann der Einfluss auf die Rundheit des Ringes und mögliches Klettern untersucht werden. Nach Abschluss der Entwicklung der Regelstrategien, soll durch abschließende Walzversuche eine Parametrierung der Regler und ein gleichzeitiger Nachweis deren Funktionsfähigkeit erzielt werden. Die Möglichkeit der Erweiterung auf weitere Fehler soll bei der gesamten Entwicklung stets berücksichtigt werden, um eine zukünftige Skalierung der Regelung auf weitere Fehler zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Meier, bis 10/2016