Ein Projekt in Zusammenarbeit mit der iba-AG
durchgeführt von
Stahlbänder werden in mehreren aufeinander folgenden Arbeitsschritten produziert. Dabei werden an verschiedenen Stellen im Produktionsprozess Dickenschriebe der Stahlbänder erstellt (u. a. am Ende der Warmbandstraße und am Eingang der Beize bzw. Kaltbandstraße). Jeder Dickenschrieb ist charakteristisch für ein Stahlband und kann daher als Fingerabdruck verwendet werden. In den einzelnen Produktionsschritten werden die Stahlbänder bearbeitet und an Anfang und Ende beschnitten. Eine Wiedererkennung ist folglich am besten anhand von Messdaten am Ende eines und vor dem Beginn des nächsten Produktionsschrittes möglich, da der Dickenschrieb durch Vorgänge wie das Walzen verändert wird.
Die Dickenmessungen werden zeitbezogen erhoben, d.h. die Dicke des Bandes wird in festen
Zeitabständen gemessen (z.B. alle 5 ms in der Warmbandstraße, alle 35 ms in der Kaltbandstraße). Mit Hilfe der Messzeitpunkte und der dazugehörigen Bandgeschwindigkeiten werden daraus durch lineare Interpolation die hier betrachteten ortsbezogenen Daten errechnet (z.B. alle 10 cm ein Messwert).
Ziel des Projekts war es, Verfahren zu entwickeln, mit denen zwei verschiedene Dickenschriebe eines Stahlbandes möglichst optimal zur Deckung gebracht werden (Dieses zur-Deckung-bringen wird auch „Alignment“ genannt.), so dass
Die Datenreihen weisen aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Dickenmessung Abweichungen in vertikaler Richtung (Dicke) sowie aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Messung der Bandgeschwindigkeit zusätzlich Abweichungen in horizontaler Richtung (Orte der Dickenmessung) auf.
Dies ist aus den folgenden Abbildungen ersichtlich: Im ersten Bild ist zu erkennen, dass sich die Messkurven stark ähneln, im zweiten Bild sieht man jedoch, dass sie nicht exakt übereinander passen, sondern leicht gegeneinander verschoben sind.
Bild 1: mittelwertbereinigte Dickenschriebe von Warmband (dunkelblau) und Kaltband (hellblau) untereinander gelegt
Bild 2: mittelwertbereinigte Dickenschriebe von Warmband (dunkelblau) und Kaltband (hellblau) übereinander gelegt
Folglich müssen die beiden Dickenschriebe zunächst so skaliert werden, dass die Orte der Messungen vergleichbar sind. Zu diesem Zweck muss ermittelt werden, um wie viel das zweite Band (also das Kaltband) ähnlich wie ein Gummiband/Expander „gedehnt“ bzw. „gestaucht“ werden muss, damit die Messwerte denselben Stellen im Band zugeordnet und somit vergleichbar sind. Diese Dehnung bzw. Stauchung bezeichnen wir im Folgenden als horizontale Skalierung. Für ein optimales Alignment muss außerdem gleichzeitig oder im Anschluss daran der Versatz (Offset) am Anfang des zweiten Bandes bestimmt werden, damit eine parallele Ausrichtung und somit ein Vergleich der beiden Dickenschriebe möglich ist.
Im Rahmen des hier umrissenen Projekts wurden verschiedene Methoden zur Lösung des geschilderten Problems entwickelt, in Java implementiert und getestet. Die verwendeten Methoden benutzen u. a. Ideen aus der Bioinformatik und der Dendrochronologie (= Jahresringforschung).
Ein Teil dieser Methoden wurde bereits in ein Darstellungswerkzeug der iba-AG, den iba-Analyzer integriert und kommt nun in der Praxis zur Anwendung.
