DE2816725A1

DE2816725A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens zur bestimmung der temperaturverteilung von flaechen

Info

Publication number: DE2816725A1
Application number: DE19782816725
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Eisenhut; Hans-Josef Giertz; Joachim Hoppe; Bhubanewar Dipl Ing Sarangi
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1979-10-25
Also published as: CA1101241A; US4254338A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1„

Die Problematik der Temperaturverteilungsmessung von Flächen, die aus räumlichen oder anderen Gründen nicht ohne weiteres zugänglich sind und nur aus einem sehr schrägen Winkel beobachtet werden können,, ist bereits im Patent... (Patent- Anmeldung P 27 19 918) ausführlich dagetan worden.

Wenngleich die ersten Ergebnisse, die mit dem in der genannten Erfindung beschriebenen Verfahren ausgeführt wurden, überraschend gut waren, wurde erkannt, daß dieses Verfahren erst mit einer speziell dafür entwickelten Vorrichtung mit der gewünschten Präzision und möglichst geringem Zeitaufwand durchgeführt werden kann.

Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung, die sich auf die Erkenntnisse des Patentes»..(Patentanmeldung P 27 19 918) stützt, zu verwirklichen ο

Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der technischen Lehre des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Es wurde weiter gefunden^ daß es besonders vorteilhaft ist, die erfindungsgejaäße Vorrichtung mit Steuer- und Registriereinrichtungen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2, sowie weiteren Einrichtungen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 zu versehen.

Eine bevorzugte Lösung der Aufgabe der Erfindung, die insbesondere sur Messung dar Temperaturverteilung der Kammeri'/ände von Koksofenbatterien geeignet ist, wird im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 vorgestellt,,

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Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Figuren im Detail beschrieben. Die Figuren zeigen verschiedene Schnitte jedoch nur durch eine bevorzugte Ausführungsform - der Erfindung gemäß des kennzeichnenden Teils des Anspruch 4. Jedoch sind aus diesen Zeichnungen und der Beschreibung sowie den Ansprüchen ohne weiteres weitere Lösungen ersichtlich.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Figur 1 Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung (die Blickrichtung ist parallel zu einer Koksofenbatterie, d. h._f daß die zu messenden Wände sich parallel zur Bildebene erstrecken).

Figur 2 Frontansicht der Vorrichtung gemäß Figur 1 Figur 3 Draufsicht auf Vorrichtung gemäß Figur 1

Die Figuren sind nicht maßstäblich gezeichnet; genauso wenig wurden konstruktive Details ausgeführt, da diese den Fachmann kaum vor Probleme stellen werden und außerdem die Übersichtlichkeit beeinträchtigen würden. Dementsprechend sind die Figuren nur als Prinzipskizzen zu verstehen.

Es wurde gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, die Vorrichtung mit einem verfahr-, arretier- und grobniveliierbaren Untergestell zu versehen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung problemlos von Meßort zu Meßort verfahrbar. (Dieses Untergestell könnte auch durch einen motorisierten Meßwagen verwirklicht werden). Das Untergestell muß arretierbar sein, damit es seine Position gegenüber der zu messenden Wand während der Vorbereitungen und der Messun-

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gen beibehält. Eine Grobniveliierung an drei oder vier Punkten erleichtert das genaue Ausrichten der Meßeinrichtung und erhöht in Verbindung mit einer Feinnive1Ixereinrichtung die Präzision der Temperaturmessung (es wurde nämlich gefunden, daß die Auflösung des Meßverfahrens gemäß patent (Patentanmeldung P 27 19 918) im hohen Maße von der exakten Positionierung und Führung des Meßinstrumentes abhängt). Mit Hilfe der Grobnivellierung kann das Temperaturmeßgerät - kurz als Kamera bezeichnet - auch auf die gewünschte Hohe gebracht werden. - Wie weiter gefunden wurde, ist es besonders vorteilhaft, die Kamera so zu positionieren, daß ihre mittlere Beobachtungsrichtung mit einer Mittellinie der zu messenden Wand übereinstimmt. Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Grobniveliierung in allen drei Raumebenen möglich ist. Das Untergestell der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin daführ vorgesehen, unter anderem Steuer- und Registriereinrichtungen aufzunehmen. Auf diese Weise können die im weiteren noch genannten Präzisionseinrichtungen sehr leicht konstruiert werden, was vor allem für programmgesteuerte Verfahr- oder Schwenkvorgänge von Vorteil ist.

Die genannten Steuer- und Regxstrierexnrichtungen setzen sich vorteilhafterweise zusammen aus: einem Monitor für die Bedienung und Kontrolle der Kamera, dem nachgeschaltet einem elektronischen Datenspeicher, welcher es ermöglicht, die Meßdaten, soweit sie bereits entzerrt sind, für die Abfragung von Temperaturbildern zu konservieren bzw. - im Falle nichtentzerrter Meßdaten - diese (für die Umrechnung in einem Computer) zu speichern. Gegebenenfalls, d. h., wenn nicht bereits in anderer Weise realisiert, wird eine "Hinterbandkontrolle" des Daten-

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Speichers mit einem nachgeschalteten oszilloskop vorgenommen. Damit wird sichergestellt, daß Systemfehler rechtzeitig bemerkt werden und eine Meßung ggf« erst nach Behebung des Schadens durchgeführt wird. Weiterhin werden im Untergestell vorteilhafterweise auch die Steuerungseinrichtungen für das programmgesteuerte Verfahren und/oder Schwenken und/oder für die programmgesteuerte Änderung des horizontalen und/oder vertikalen Öffnungswinkel der Kamera und/oder für die Steuerung der'Nevelliereinrichtungen, sowie ggf. weiteren elektrischen Einrichtungen, wie Stromversorgung und dergleichen, untergebracht»

Die genannten Einrichtungen bewirken ein Höchstmaß an Auflösung, Geschwindigkeit und Komfort der Temperaturverteilungsmessungen. Sie können sowohl alternativ als auch kumulativ eingesetzt werden. Durch die Programmsteuerung für das Verfahren und/oder Schwenken der Kamera wird in Kombination mit einem Schrittmotor oder dergleichen erreicht, daß die erfaßten Wandstreifen sowohl im Fern- als auch im Nahbereich einander weder überlappen noch daß sie kleinere Wandstreifen nicht erfassen.

Die Programmsteuerung zur Änderung des horizontalen und/oder vertikalen öffnungswinkels der Kamera führt zu einer sofortigen Entzerrung der entsprechenden Meßdaten, wodurch sich zumindest zum Teil die Umrechnung in einer elektronischen Rechenanlage erübrigt. Solche Steuerungen sind jedoch sehr aufwendig und nur bei Serienmessungen und einfachen geometrischen Verhältnissen mit vertretbaren Kosten durchführbar. Die Steuerung der Nivelliereinrichtungen ist besonders in Verbindung mit pneumatisch oder hydraulisch arbeitenden Verstellmitteln von großem Vorteil, da sie den Zeitaufwand für den sorgfältig durchzuführenden Arbeitsgang erheblich verkürzen kann und Personal einspart.

Wegen des strexfenförmigen Abtastens der zu messenden wand muß der Meßwertaufnehmer der Kamera in zwei Raumkoordinaten bewegt

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werden können. Dies kann rein durch elektronische Ablenkung, wie bei Fernsehkameras, oder auch völlig mechanisch vorgenommen werden und schließlich ist auch eine Kombination dieser beiden Maßnahmen möglich. Bevorzugt werden jedoch halbmecha— nische oder rein mechanische lösungen, da diese besonders dazu geeignet sind, auf die örtlichen Geometrieverhältnisse abgestimmt zu werden, und da die Steuerung entsprechender Einrichtungen in der Regel recht einfach vorzunehmen ist. Eine größtmögliche Variabilität der Position des Meßwertaufnehmers ist in jedem Falle ein Vorteil.

Es ist jedoch unerläßlich, daß die Kamera gegenüber dem Untergestell mittels Meß- und Anstellmitteln in allen drei Raumebenen fein nivelliert werden kann, was durch an sich bekannte Vorrichtungen erreicht wird.

Schließlich ist es für die elektronische Speicherung und Auswertung der Meßdaten erforderlich, daß Anfang und Ende der zu messenden Fläche durch gesonderte Signale gekennzeichnet sind. Es wurde gefunden, daß dazu Temperaturreferenzpunkte in der Richtung der Verfahr- und/oder Schwenkebene besonders geeignet sind. Diese Temperaturreferenzpunkte werden in den optischen Strahlengang der Kamera gebracht, so daß diese beim Überstreichen in der genannten Raumrichtung ein besonderes Signal empfängt, das den Anfang,und ein zweites, welches das Ende der zu messenden wand kennzeichnet. Solche Temperaturreferenzpunkte können sehr vielgestaltig sein, es kommt lediglich darauf an, daß das durch sie bewirkte Signal sich deutlich von den von der zu messenden Wand erhaltenen Signalen abweicht.

Je nach Kameratyp, Abständen von der zu messenden Wand, Wandtemperaturen werden vorteilhafterweise Wärmeschutzschilder für einen Teil oder die gesamte Vorrichtung vorgesehen.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, insbesondere zur Messung der Temperaturvertexlung der Kammerwände von Koksofenbatterien (Figuren 1 bis 3), ist das Untergestell

I mittels an sich bekannter Fortbewegungseinrichtungen 15 von Koksofenkammer zu::Koksofenkammer verfahrbar. Hierzu sind z.B. lenkbare Räder geeignet. Mit Hilfe von Mitteln 2 ist das Untergestell grob nivellier- und höhenverstellbar. Auf diese weise werden grobe Unebenheiten des Untergrundes stets ausgeglichen und die Kamera kann unabhängig von der Kamerahöhe der Koksöfen in halber Höhe positioniert werden. Durch Mittel 3 wird das Untergestell fixiert und parallel, zur Kammeröffnung justiert. Dazu greifen diese an sich bekannten Mittel 3, wie

z. B. an Spindeln geführte Klauen z.B. an den Ankerständern der Koksofenbatterien ein. Auf dem Untergestell 1, welches möglichst stabil ausgeführt sein sollte, ist ein verzugfreier Rahmen 4 mit Mitteln 5 und 6 in allen drei Raumebenen fein nivellierbar angeordnet. Die wunschgemäße Ausrichtung dieses Rahmens wird mit Hilfe von an sich bekannten Meßvorrichtungen

II kontrolliert. Diese Meßvorrichtungen befinden sich auf einem Schlitten 7, der auf dem verzugfreien Rahmen 4 quer zur zu messenden Wand verfahrbar angeordnet ist. Die Führung bzw. Positionierung des Schlittens 7 auf Rahmen 4 muß äußerst exakt ausgeführt sein.

Schlitten 7 trägt die Kamera 8, welche durch Mittel 9 in der Höhe fein verstellbar ist und mit Hilfe von Mittel 10 um ihre vertikale Achse geschwenkt werden kann_o Kamera 8 kann mit Mittel 10 vor der ersten Messung oder zur gelegentlichen Nachjustierung ggf_o auch in der Neigung verändert werden. Die Kamera selbst ist vorteilhafterweise durch ein Gehäuse geschützt, das lediglich einen vertikalen Schlitz zum Empfangen des Temperatursignals besitzt.

Da die Kamera in diesem Fall nur senkrechte Wandstreifen erfassen kann, muß sie zur Erfassung der anderen Raumkoordinaten

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in Horizontalebene geschwenkt oder verfahren werden. Dies kann auf zwei Arten geschehen:

1. Schlitten 7 wird mittels Präzisionsantrieb 12 in Verbindung mit Rahmen 4 nach einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil zwischen den beiden Seiten der Kammeröffnung verfahren. Am Endpunkt angelangt, wird die Kamera mit Hilfe von Mittel 10 um einen vorgegebenen Winkel geschwenkt und erneut arretiert und Schlitten 7 fährt anschließend auf Rahmen 4 zurück. Auf diese Weise kann auch die der erstgemessenen Kammerwand gegenüberliegende Wand erfaßt werden.

2. Alternativ dazu wird die Kamera mit Hilfe eines Präzisionsantriebes 13 in der Horizontalebene programmgesteuert geschwenkt und zur Aufnahme der gegenüberliegenden Wand wird Schlitten 7 auf Rahmen 4 ein geeignetes Stück fortgefahren und erneut arretiert, wonach die Kamera durch einen erneuten Schwenkvorgang auch die zweite Wand erfaßt.

Mit Hilfe von Wärmeschutzschildern 14, die einerseits das Untergestell 1 und andererseits den Schlitten 7 und die Kamera 8 (bis auf deren Sehschlitz) abdecken und die einander in geeigneter Weise überlappen, wird die gesamte Vorrichtung, zumindest auf der Seite der Koksofenkammer vor der nicht unerheblichen Wärmestrahlung der mehr als 1200 C heißen Koksofenwände geschützt.

Wegen der einfachen Handhabung und ausgereiften Konstruktion sowie der außerordentlich schnellen Meßwertaufnahme passiver Infrarot-Systeme eignet sich für die erfindungsgemäße Vor:.*? richtung ganz besonders eine Infrarot-Kamera, die im wesentlichen in an sich bekannter weise mit Filtern, einem Detektor und einem rotierenden Spiegel ausgerüstet ist.

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Claims

BERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNG

43 Essen-Kray

Frillendorfer Straße 351 Telefon (0201) 105-1

Zusatz zu Patentanmeldung P 27 19 918.4 A 8/Sch-la

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Temperaturverteilung von Flächen

Patentansprüche

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Temperaturverteilung von Flächen unter beliebigen Beobachtungswinkeln zwischen O und annähernd 90° gegen die Richtung der Flächennormale mittels berührungsloser Meßtechnik, wobei die Flächen programmgesteuert, streifenförmig abgetastet werden, und die flächenmäßigen Verzerrungen der Meßsignale beseitigt werden durch

a. Transformieren der Meßdaten mittels einer elektronischen Rechenanlage zu einem Rasterbild mit kartesischen. Koordinaten oder

b. Programmgesteuerte Veränderung der horizontalen und vertikalen Öffnungswinkel des Beobachtungssystems (Temperaturmeßeinrichtung) oder

c. durch Kombination der Methoden a und b gemäß Patent... (Patentanmeldung P 27 19 918)

dadurch gekennzeichnet, daß

auf einem verfahr-, arretier-, und vorzugsweise in allen drei Raumebenen grob nivellierbaren, u.a. der Aufnahme von Steuer- und Registriereinrichtungen dienenden Untergestell eine mindestens

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ORIGINAL INSPECTED

in einer Ebene programmgesteuert verfahr- und/ oder schwenkbare Temperaturmeßeinrichtung (Kamera) angeordnet ist, welche in mindestens einer Ebene, die die mindestens eine Verfahr- und/oder Schwenkebene, vorzugsweise unter einem Winkel von 90°, schneidet, die Temperaturen der zu messenden Wand streifenförmig erfaßt, wobei zwischen der Temperaturmeßeinrichtung (Kamera) und dem Untergestell Meß- und Einstellmittel zur Feinniveliierung in allen drei Raumebenen angeordnet sind, und daß zur Kennzeichnung von Anfang und Ende der zu messenden Fläche in Richtung der Verfahr- und/oder Schwenkebene Temperaturreferenzpunkte vorhanden sind.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Untergestell angeordneten Steuer- und Registriereinrichtungen bestehen aus: einem Monitor für die Bedienung und Kontrolle der Temperaturmeßeinrichtung_ä (Kamera), einem elektronischen Datenspeicher und ggfs. einem diesem nachgeschalteten Oszilloskop, sowie weiteren elektronischen Steuerungseinrichtungen für das programmgesteuerte Verfahren und/oder Schwenken und/oder für die programmgesteuerte Veränderung des horizontalen und/oder vertikalen Öffnungswinkels der Temperaturmeßeinrichtung (Kamera) und/oder für die Steuerung der Nivelliereinrichtungen sowie ggfs. weiteren elektrischen Einrichtungen wie Stromversorgung und dergl.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ganz oder teilweise mit Wärmeschutzschildern versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, insbesondere zur Messung der Temperautrverteilung der Kammerwände von Koksofenbatterien, dadurch gekennzeichnet, daß

a. das Untergestell (1) von Koksofenkammer zu KoksofenkarrEaer

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verfahrbar, in der Horizontalebene mittels Mitteln (2) grob nivellier- und höhenverstellbar, sowie an der Längsseite der Koksofenbatterie z.B. an den Ankerständen mit Mitteln (3) fixier- und parallel zur Kammeröffnung justierbar ist;

b. auf dem Untergestell (1) ein verzugfreier Rahmen (4) mit Mitteln (5) und (6) in allen drei Raumebenen fein nivellierbar ist;

c. auf dem verzugfreien Rahmen (4) ein Schlitten (7) quer zur zu messenden Wand verfahrbar angeordnet ist;

d. auf dem Schlitten (7) die Kamera (8), welche so positioniert ist, daß sie senkrechte"Wandstreifen erfaßt, und welche mit Mittel. (9) fein höhenverstellbar und mit Mittel (10) schwenk- und ggf. neigbar ist, und Meßvorrichtungen (11) zum Nivellieren in allen drei Raumebenen angeordnet sind;

e. Schlitten (7) mittels programmgesteuerten Präzisionsantrieb (12) auf Rahmen (4) verfahrbar und Kamera (8) in an sich bekannter, einfacher Weise in der Horizontalere bene schwenk- und arretierbar ist oder alternativ Schlitten (7) in an sich bekannter, einfacher Weise auf Rahmen (4) verfahr- und arretierbar und Kamera (8) mittels programmgesteuerten Präzisionsantrieb (13) in der Horizontalebene schwenkbar ist;

f. Untergestell (1) einerseits sowie Schlitten (7) und Kamera (8) andererseits mit getrennten, sich überlappenden Wärmeschutzschildern (14) zumindest auf der Seite der Koksofenkammer versehen sind;

g. Kamera (8) vorzugsweise eine an sich bekannte Infrarot- - kamera mit Filterdetektor und rotierendem Spiegel ist.

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