DE3038183C2 - Verfahren zum Erfassen des Niveaus einer freien Oberfläche einer Metallschmelze in einer Gießform sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Erfassen des Niveaus einer freien Oberfläche einer Metallschmelze in einer Gießform sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen des Niveaus einer freien Oberfläche einer Metallschmelze
in einer Gießform gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 oder 2 und eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Aus der DE-OS 14 58 181 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der Pegel der
Metallschmelze in einer Form beim Stranggießen dadurch ermittelt wird, daß ein optisches Bild der freien
Oberfläche der Metallschmelze aufgenommen wird.
Bei diesem Verfahren wird ein Sensor verwendet, dessen Ausgangspegel in Abhängigkeit von dem Niveau
der freien Oberfläche der Metallschmelze größer wird. Bei diesem Verfahren bereitet die Genauigkeit der Messung
und Erfassung Schwierigkeiten, da beachtliche Geräuschpegel durch Rammen an der Oberfläche der
Metallschmelze erzeugt werden.
Bei einem weiteren Verfahren zum Erfassen des Niveaus einer Metallschmelze in einer Form beim
Stranggießen werden radioaktive Stoffe, wie Kobalt 60 oder Cäsium 137, verwendet, die Gammastrahlen liefern.
Pas Anwenden eines radioaktiven Stoffes ist aufwendig, da ein solcher StolT vorsichtig gehandhabt werden
muß, damit das Bedienungspersonal keinen radioaktiven Strahlen ausgesetzt ist. Auch kann man
alternativ ein temperaturempfindliches Element, wie ein Thermoelement oder einen Heißleiter, verwenden.
Hier erhält man jedoch nur eine gelinge Empfindlichkeit, da es nicht möglich ist, die temperaturempfindlichen
Elemente in hinreichend kleinen Abständen voneinander in die Form einzubetten. Außerdem erreichen
solche Elemente nicht die gewünschte Lebensdauer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optoelektrisches Verfahren und eine Vorrichtung hierfür
anzugeben, die die genaue Erfassung des Pegels der Metallschmelze in einer Form ohne eine Beeinträchtigung
durch Rammen an der Oberfläche der Metallschmelze und Reflexionen solcher Rammen und der
Metallschmelze an den Formwandungen ermöglichen.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe mit den Maßnahmen nach dem Anspruch 1 oder
dem Anspruch 2 gelöst.
Beim Verfahren nach dem Anspruch 2 wird die freie Oberflache der Metallschmelze von dem sich unter der
Wirkung der Schwerkraft bewegenden Strom unterschieden, und zwar jeweils entsprechend der Dauer des
zugehörigen Signals bei jedem Abtastvorgang, so daß sich der Inhalt der freien Oberfläche der Metallschmelze
auf direktem Wege bcrechcn läßt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 bis 5 wiedergegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Niveau der
Metallschmelze berührungsfrei erfaßt, ohne daß man irgendwelche gefährlichen Stoffe, wie strahlende
radioaktive Stoffe, verwendet. Die Genauigkeit der Erfassung läßt sich dadurch bestimmen, daß man die
Anzahl der Abtastungen entsprechend abgestimmt wählt und man erhält ein schnelles Ansprechen. Beim
Verfahren wird eine Fläche berechnet, so daß die Erfassung durch Rauschen nur geringfügig beeinträchtigt
wird.
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer Stranggießanlage,
die mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der Standhöhe
der Metallschmelze ausgerüstet ist;
Fig. 2a einen vergrößerten Teilschnitt, aus dem die Anordnung der Videokamera ersichtlich ist;
Fig. 2b einen waagerechten Schnitt durch die Form der Stranggießanlage;
Fi g. 3 ein Beispiel für das Aussehen des mit Hilfe der Videokamera gewonnenen Bildes;
Fi g. 4 das Blockschaltbild der bei der Standhöhenmeßvorrichtung
verwendeten elektrischen Signalverarbeitungsschaltung;
F i g. 5 eine graphische Darstellung der Signale, riie
in verschiedenen Teilen der Schaltung nach Fig. 4 erscheinen;
Fig. 6 das Blockschaltbild einer anderen Ausiuhrungsform
ähnlich derjenigen nach Fi g. 4;
F i g. 7 eine graphische Darstellung der in verschiedenen
Teilen der Schaltung nach F i g. 6 erscheinenden Signale;
F i g. 8 bis 10 jeweils ein Beispiel für ein Bild, das mit
Hilfe der Vorricntung ohne Verwendung einer Filteranordnung erzeugt wird; und
Fig. 11 ein Beispiel für ein Bild, wie es sich mit Hilfe
einer Vorrichtung erzeugen läßt, die mit einer Filteranordnung versehen ist.
In F i g. 1 ist eine Stranggießanluge dargestellt, zu der eine Zwischenpfanne 1 gehört, die unter einer Gießpfanne
8 angeordnet ist, damit ihr geschmolzenes Metall 2 von der Gießpfanne 8 aus zugeführt werden
kann. Unter der Zwischenpfanne I ist eine Gießform 4 angeordnet, und die Zwischenpfanne 1 hat eine Austrittsdüse
Ic zum kontinuierlichen Abgeben von geschmolzenem Metall an die Gießform 4. Die Metallschmelze
wird in der Gießform 4 abgekühlt, so daß sie allmählich erstarrt, um einen zusammenhängenden
Strang 9 zu bilden, der einen äußeren Mantel aufweist und mit Hilfe zweier Transportwalzen 10 kontinuierlich
aus der Gießform 4 heraus und durch eine nicht dargestellte zweite Kühleinrichtung gezogen wird. Eine der
Transportwalzen 10 ist durch ein Zahnradgetriebe mit einem Motor Mgekuppelt, um angetrieben werden zu
können. In F i g. I ist bei 3 angedeutet, daß die von der t>o
Zwischenpfanne 1 abgegebene Metallschmelze unter der Wirkung der Schwerkraft steht.
In der Form 4 bildet die Metallschmelze 2 eine freie Oberfläche 5, deren Höhenlage dadurch auf einem
geeigneten Wert gehalten wird, daß die Zichgcschwindigkeit
des Strangs 9 entsprechend geregelt wird, welche ihrerseits durch die Umfangsgeschwindigkeit
der Transportwagen 10 bestimmt wird. Um die Höhenlage
der freien Oberfläche 5 in der Gießform 4 zu erfassen, ist eine Videokamera 6 so angeordnet, daß sie ein
Bild der freien Oberfläche 5 der Schmelze erzeugt. Die Kamera 6 erzeugt ein Bildsignal .Sl, das dem Bild der
freien Oberfläche 5 der Schmelze 2 entspricht und einer Signalverarbeitungsschaltung A zugeführt wird, welche
ein Standhöhensignal Sl erzeugt und an eine Standhöhendetektorschaltung ^angeschlossen ist. Die Schaltung
B ist mit einer Steuerschaltung C verbunden, mittels welcher der Motor Λ/über eine Thyristoranordnung
D gesteuert wird. Ferner kann eine Überwachungs-Fernsehkamera vorhanden sein, die eine optische Beobachtung
der freien Oberfläche 5 der Metallschmelze 2 ermöglicht.
Gemäß F i g. la und Ib hat die Videokamera 6 eine
optische Achse 7, die unter einem Winkel özurinneren Wandfläche Aa der Gießform 4 verläuft. Die Videokamera
6 ist so angeordnet, daß ihre Abtastzeilen im wesentlichen parallel zu einem Rand 5öder freien Oberfläche
5 verlaufen. Da die Metallschmelze 2 in starkem Kontrast zu dem Hintergrund, z. B. der Innenwand Aa
der Gießform 4, steht, ist es möglich, einen geeigneten Schwellenwert so festzulegen, daß das Bildsignal Sl in
ein binäres Signal umgewandelt wird. Zu diesem Zweck ist eine Signalumwandlungsschaltung £ zwischen der
Videokamera 6 und der Signalverarbeitungsschaltung A angeordnet. F i g. 3 zeigt ein Bild, das durch das binäre
Signal auf dem Bildschirm der Überwachungsfernseh-Kamera
11 erzeug; wird.
Die Signalverarbeitungsschaltung A hat die Aufgabe, die Fläche Szu berechnen, aus der die Standhöhe l.vder
Schmelze ermittelt wird. Gemäß Fi g. 3 kann man die Fläche Sdurch die nachstehende Gleichung darstellen:
= L4 ■ I,- + (N- IJ ■ L1,
Hierin bezeichnet L1, die Breite des der Schwerkraft
ausgesetzten Stroms 3, L4 die Breite der freien Fläche
5, 1A die Höhenlage der freien Oberfläche und A'die
Höhe des Darstellungsrahmens. Somit läßt sich die Standhöhe lv durch die folgende Gleichung darstellen:
I.,· = (S- La- N)/ (LA - La)
Man kann die Werte LA um La im voraus entsprechend
den Bildaufnahmebedingungen bestimmen. Aus dem Wert lv läßt sich die tatsächliche Standhöhe lv'
nach Bedarf berechnen.
In der F i g. 4 ist die Signalverarbeitungsschaltung A zusammen mit der Signalumwandlungsschaltung £mit
weiteren Einzelheiten dargestellt. Gemäß Fig. 4 gehört zu der Schaltung E ein Komparator 11, der mit
dem Signalausgang der Videokamera 6 verbunden ist, um ein analoges Signal Sl aus der Kamera aufzunehmen.
Der Komparator 11 ist außerdem an eine Schwelleneinrichtung 12 angeschlossen, die ihm ein Schwellenpegelsignal
/1 zuführt. Der Komparator 11 erzeugt ein Signal mit dem Pegel 1, wenn das Signa! Sl stärker
ist als das Signal rl, i"id ein O-Signal, wenn das Signal Sl
schwächer ist als das Signal rl. Das so erzeugte binäre Signal, das als Bezugssignal ti bezeichnet wird, wird der
Schaltung A zugeführt.
Zu der Schaltung A gehört ein Steuersignalgenerator 18, der an die Kamera 6 angeschlossen ist und ein Horizomalablenksignal
S12 sowie ein Vertikalablenksignal S13 aufnimmt, um Steuersignale Cl, C2, C3 und CA zu
erzeugen. Ferner gehört zu der Schaltung /(eine Abtastschaltung
13, die an den Komparator 11 angeschlossen ist. um das Siganl r2 aufzunehmen, und die mit dem
Steuersignalgenerator 18 verbunden ist, um das Steuersignal Cl aufzunehmen, welches die Dauer einer einzelnen
Abtastung repräsentiert. Die Abtastschaltung 13 dient dazu, das binäre Signal O. in einen Satz von
Inipulssignalen ί3 zu verwandeln, wenn ihr das Steuersignal Cl zugeführt wird. Daher ist die Anzahl der
Impulssignale ß proportional zur Dauer des Signals rl,
das die Breite des Bildes der Metallschmelze repräsentiert.
Die Abtastschaltung 13 ist mit einem Zähler 14 verbunden, um diesem die Impulssignale ß zuzuführen.
Der Zähler 14 ist außerdem an den Steuersignalgenerator 18 angeschlossen, um die Steuersignale Cl und C3
aufzunehmen. Das Steuersignal Cl dient dazu, das Zählcrgcbnis in dem Zähler !4 zu löschen, so daß mit
einem neuen Zählvorgang begonnen wird. Das Steuersignal C3 repräsentiert die Abtastzeit für das
gesamte Videobild. Der Zähler 14 hat die Aufgabe, die Impulssignale /3 zu zählen, wenn ihm das Steuersignal
Ci zugeführt wird. Natürlich entspricht die Anzahl der Impulssignale /3 der Oberfläche der Metallschmelze.
Der Zähler 14 ist an eine Registerschaltung 15 angeschlossen, welcher er das Ausgangssignal ι4 zuführt.
Die Registerschaltung 15 ist ferner mit dem Steuersignalgenerator 18 verbunden, um das Steuersignal C4
aufzunehmen, welches das Ende der Abtastung eines vollständigen Videobildes repräsentiert. Wird das
Steuersignal C4 der Registerschaltung 15 zugeführt, empfängt diese das Ausgangssignal r4 des Zählers 14,
und das Zählergebnis bleibt erhalten, bis ein neues Zählergebnis empfangen wird.
Die Registerschaltung 15 erzeugt ein Ausgangssignal ?5, bei dem es sich um ein Flächensignal handelt, das
einer Betätigungsschaltung 16 zugeführt wird, welche eine Berechnung gemäß der Gleichung (2) durchführt
und ein Signal /6 für die freie Oberfläche erzeugt, das einer zweiten Betätigungsschaltung 17 zugeführt wird,
mittels welcher eine Berechnung nach der folgenden Gleichung durchgeführt wird:
lv' =1, ■ ,V/sin Θ
Hierin ist X das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Abmessung und der Abmessung des mit Hilfe der
Kamera aufgenommenen Bildes. Die Schaltung 17 erzeugt das Signal 52. Natürlich könnte man die zweite
Betätigungsschaltung 17 fortlassen und das Ausgangssignal der Betätigungsschaltung 16 als Signal Sl verwenden.
Bei der vorstehenden Beschreibung wurde der Inhalt der freien Fläche 5 digital berechnet, doch könnte man
auch eine analoge Berechnung durchführen.
F i g. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Signal Verarbeitungsschaltung A. Wie bei der soeben
beschriebenen Ausführungsform wird durch die Signalumwandlung £ ein binäres Signal ti erzeugt. Zu der
Verarbeitungsschaltung A gehört ein Steuersignalgenerator 30, der an die Kamera 6 angesc nlossen ist, um ein
Horizontalablenksignal 512 und en Vertikalabi enksignal
513 aufzunehmen und Steuersignale Cl bis C5 zu erzeugen. Ferner gehört zu der Verarbeitungsschaltung
A eine Abtastschaltung 23, die mit der Schaltung E verbunden ist, um das Signal /2 aufzunehmen, sowie mit
dem Steuersignalgenerator 30, um das Steuersignal Cl aufzunehmen, das der Dauer jeder Horizontalabtastung
entspricht. Die Abtastschaltung 23 erfüllt die gleiche Aufgabe wie die Abtastschaltung 13 nach F i g. 4, und
sie erzeugt einen Satz von Ausgangsimpulsen ?3, die einem Zähler 24 zugeführt werden, welche die Anzahl
der Impulse jedes Satzes zählt, um die Breite der Metallschmelze zu berechnen unc ein Ausgangssignal /4 zu
erzeugen. Das Steuersignal ("2 wird dem Zähler24 zugeführt, um das vorherige Zählergebnis zu löschen, bevor
mit einer neuen Zählung begonnen wird. Das Ausgangssignal /4 des Zählers 24 wird einem Komparator
25 zugeführt, der an eine Bezugsschaltung 26 angeschlossen ist, die ihm ein Bezugssignal i5 zuführt;ferner
ίο ist der Komparator25 mit dem Steuersignalgenerator30
verbunden, um das Steuersignal Ci aufzunehmen, welches das Ende jeder Horizontalablenkung repräsentiert.
Der Komparator 25 vergleicht das Signal /4 mit dem Bezugssignal /5 und erzeugt ein 1-Signal, wenn das
!5 Signa! .'4 nicht kleiner ist als das Signal /5, und ein
O-Signal, wenn das Signal /4 kleiner ist als das Signal t5.
Der Komparator 25 liefert als Ausgangssignal das
Bezugssignal /6, das einer Summierungsschaltung 27 zugeführt wird, die außerdem das Steuersignal C4 empfängt,
um das vorherige Zählergebnis zu löschen, bevor mit einer neuen Zählung begonnen wird. Die Schaltung
27 summiert das 1-Signal /6, bis die gesamte Abtastung
des Videobildes abgeschlossen ist, woraufhin sie ein Flächensignal Π erzeugt.
Die Summierungsschaltung 27 ist an eine Registerschaltung 28 angeschlossen, um dieser das Signai Π
zuzuführen. Ferner wird der Registerschaltung 28 das Steuersignal C5 zugeführt, welches das Ende der Abtastung
des gesamten Videobildes repräsentiert, so daß das Flächensignal Π der Schaltung 28 zugeführt wird,
sobald die Abtastung abgeschlossen ist. Das in der Registerschaltung 28 gespeicherte Flächensignal wird in
Form eines Signals /8 einer Betätigungsschaltung 29 zugeführt, die eine Berechnung durchführt, um aus dem
Flächensignal ein Signal $2 für die Standhöhe der Fläche zu gewinnen. Diese Ausführungsform ist im
Vergleich zu der weiter oben beschriebenen insofern vorteilhaft, als es möglich ist, jeden Fehler zu vermeiden,
der auf mögliche Schwankungen bei dem der Schwerkraft ausgesetzten Teil der fließenden Schmelze
zurückzuführen ist.
Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren besteht die Möglichkeit, daß Lichtstrahlen, die von Verbrennungsflammen
und dem Rauch des Schmiermittels ausgehen oder auf Reflexionen an den Wänden der Gießform
zurückzuführen sind, durch die Kamera 6 berücksichtigt werden, so daß sich ein Meßfehler ergibt. Es hat
sich jedoch gezeigt, daß diese ein Rauschen hervorrufenden Lichtstrahlen Wellenlängen haben, die sich
erheblich von den Wellenlängen der Lichtstrahlen unterscheiden, welche von der Oberfläche der
Schmelze ausgehen. Tatsächlich liegen die ein Rauschen erzeugenden Lichtstrahlen zum größten Teil im
Infrarot- und Langwellenbereich des Spektrums, während die von der Oberfläche der Schmelze kommenden
Lichtstrahlen gewöhnlich im infravioletten Bereich liegen, wobei ihre Wellenlänge 3 000 Ä bis 70 000 Ä
beträgt. Wenn man das Signal 51 der Kamera 6 durch eine Filterschaltung /"leitet, die nur diejenigen Signale
durchläßt, welche den kurzwelligen Lichtstrahlen entsprechen, wie es in F i g. 1 gezeigt ist, ist es möglich, das
erwähnte Rauschen zu beseitigen.
F i g. 8 bis 10 zeigen Beispiele für Bildmuster, die sich bei dem System ergeben, wenn die Filterschaltung
Fnicht vorhanden ist. Gemäß F i g. 8 wird das Bild der Oberfläche der Metallschmelze durch die Flammen des
verbrennenden Schmierstoffs erheblich gestört. Gemäß F i g. 9 wird das Bild der Oberfläche der Schmelze durch
den Verbrennungsrauch des Schmierstoffs unterbrochen. Gemäß Fig. 10 kann infolge einer Reflexion an
der Wand der Gießform ein Geisterbild entstehen. Im Gegensatz hierzu zeigt F i g. 11 ein deutliches, rausch-
freies Bild. Die Filterschaltung /-kann durch ein Beugungsgitter, ein optisches Filter oder eine beliebige
andere geeignete Hinrichtung ersetzt werden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Erfassen des Niveaus einer freien Oberfläche einer Metallschmelze in einer
Gießform, in die die Metallschmelze unter dem Einfluß der Schwerkraft gegossen wird, bei dem optischen
Bilder der freien Oberfläche der Metallschmelze in der Form aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die optisehen
Bilder mit einer Videokamera aufgenommen werden, die so angeordnet ist, daß die Abtastzeilen
im wesentlichen parallel zu der freien Oberfläche der Metallschmelze verlaufen, daß die Videokamera
analoge Signale erzeugt, welche den Bildern der Metallschmelze und den Bildern des Hintergrundes
entsprechen, daß die analogen Signale in binäre Signale umgewandelt werden, daß die Metallschmelze
jeweils durch einen von zwei Signalpegeln und der Hintergrund durch den anderen Signalpegel
repräsentiert wird, daß die die Metallschmelze repräsentierenden binären Signale summiert werden, um
die Gesamtfläche der Metallschmelze zu erhalten, und daß von der Gesamtfläche der Metallschmelze
eine vorbestimmte Fläche abgezogen wird, die dem unter der Wirkung der Schwerkraft stehenden Strom
der Metallschmelze entspricht, um auf diese Weise den Inhalt der freien Oberfläche der Metallschmelze
zu ermitteln, der proportional zum Niveau der freien Oberfläche ist. jo
2. Verfahren zum Erfassen des Niveaus einer freien Oberfläche einer Metallschmelze in einer
Gießform, in die die Metallschmelze unter dem Einfluß der Schwerkraft gegossen wird, bei dem optische
Bilder der freien Oberfläche der Metallschmelze in 3> der Form aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bilder mit einer Videokamera aufgenommen werden, die so angeordnet ist, daß ihre
Abtastzeilen im wesentlichen parallel zu der freien Oberfläche der Metallschmelze verlaufen, daß die 4»
Videokamera analoge Signale erzeugt, welche den Bildern der freien Oberfläche der Metallschmelze
und den Bildern des Hintergrunds entsprechen, daß die analogen Signale in binäre Signale umgewandelt
werden, bei denen die Metallschmelze durch einen von zwei Signalpegeln und der Hintergrund durch
den anderen Signalpegel repräsentiert wird, daß die zeitliche Länge der die Metallschmelze repräsentierenden
binären Signale mit einem Bezugswert verglichen wird und dann zur Ermittlung des zum
Niveau der freien Oberfläche proportionalen Inhalts der freien Oberfläche der Metallschmelze die binären
Signale, deren zeitliche Länge größer ist als diejenige des Bezugswertes, summiert werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Vehrfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
Videokamera (6), die so angeordnet ist, daß ihre Abtastzcilun im wesentlichen p.irallel zu der freien
Oberfläche (5) der Metallschmelze (2) vorlaufen, wobei die Videokamera dazu d ent, Bilder der freien t>o
Oberfläche aufzunehmen, eine Einrichtung zum Umwandeln analoger Signale tier Videokamera in
binare Signale, wobei die Metallschmelze durch einen von zwei Signalpegeln und der Hintergrund
durch den anderen Signalpegcl repräsentiert wird, M eine Signalverarbeitungseinrichtung (A)/um Ermitteln
des Inhalts der freien Oberfläche der Metallschmelze aus dem binären Signal sowie eine
Wellenlängen-Wahleinrichtung (F), die zu der Signalverarbeitungseinrichtung nur diejenigen
Signale durchläßt, welche den Lichtstrahlen entsprechen, deren Wellenlängen im wesentlichen die gleichen
sind wie die Wellenlängen der von der Metallschmelze abgegebenen Lichtstrahlen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen-Wähleinrichtung (F)
ein zwischen der Videokamera (6) und der Signalverarbeitungseinrichtung
(A) angeordnetes Beugungsgitter ist.
5. Vorrichtung nach Ansprucch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen-Wähleinrichtung
(F) eine in der Videokamera (6) vorhandene optische Filteranordnung ist.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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| IT1150967B (it) | 1986-12-17 |
| DE3038183A1 (de) | 1981-04-30 |
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