AT400714B

AT400714B - Verfahren und vorrichtung zur keramischen schweissung

Info

Publication number: AT400714B
Application number: AT0198992A
Authority: AT
Inventors: Alexandre Zivkovic
Original assignee: Glaverbel
Priority date: 1991-10-15
Filing date: 1992-10-08
Publication date: 1996-03-25
Also published as: HRP921034A2; HRP921034B1; CA2078522A1; DE4234516A1; LU88180A1; HUT63249A; KR100217868B1; GB9121880D0; GR1001576B; GB2260608B; BE1006252A3; RU2090814C1; CN1071908A; AU657801B2; GB2260608A; ZA927898B; TR26766A; PL296173A1; SE9203018D0; JPH05230615A

Description

AT 400 714 B

Die Erfindung betrifft ein keramisches Schweißverfahren, wobei ein Gemisch von feuerfesten Teilchen und Brennstoffteilchen aus einem Auslaß am Ende einer Lanze in einem Gasstrom gegen eine Zieloberfläche geschleudert wird, wo die Brennstoffteilchen in einer Reaktionszone verbrennen, um Hitze zu erzeugen, um die geschleuderten feuerfesten Teilchen zu erweichen oder zu schmelzen, und dadurch eine zusammenhängende feuerfeste Schweißmasse zu bilden. Die Erfindung erstreckt sich auf eine keramische Schweißvorrichtung zum Schleudern eines Gemisches an feuerfesten Teilchen und Brennstoffteilchen aus einem Auslaß am Ende einer Lanze in einem Gasstrom gegen eine Zieloberfläche, wo die Brennstoffteilchen in einer Reaktionszone verbrennen, um Hitze zu erzeugen und um die geschleuderten feuerfesten Teilchen zu erweichen oder zu schmelzen, und dadurch eine zusammenhängende feuerfeste Schweißmasse zu bilden und insbesondere auf eine keramische Schweißvorrichtung, welche eine Lanze aufweist, die einen Auslaß für die Abgabe eines Pulvergemisches für das keramische Schweißen hat.

Keramische Schweißverfahren werden prinzipiell für die Reparatur von abgenutzten oder beschädigten feuerfesten Auskleidungen von Öfen verschiedenen Typs benutzt.

Im keramischen Schweißverfahren, wie es technisch durchgeführt wird, wird ein keramisches Schweißpulvergemisch, das Körner von feuerfestem Material und Brennstoffkörner umfaßt, gegen eine zu reparierende hitzebeständige Oberfläche in einem Trägergasstrom geschleudert, der ganz oder hauptsächlich aus Sauerstoff besteht. Die feuerfeste Oberfläche wird am besten repariert, während sie sich praktisch bei ihrer Betriebstemperatur befindet, die im Bereich von 800 *C bis 1300 *C oder selbst höher liegen kann. Dies hat Vorteile, da man jedes Erfordernis des Wartens auf das Abkühlen oder Wiedererhitzen der zu reparierenden feuerfesten Auskleidung vermeidet und somit die Abschaltzeit des Ofens minimiert, da man viele Probleme vermeidet, die durch thermischen Streß im feuerfesten Material aufgrund eines solchen Abkühlens und Wiedererhitzens bedingt sind und auch in der Begünstigung der Wirksamkeit der keramischen Schweißreaktionen, wodurch die Brennstoffteilchen in einer Reaktionszone gegen die Zieloberfläche brennen und dort eine oder mehrere feuerfeste Oxide bilden, während ausreichend Hitze freigesetzt wird, um wenigstens die Oberflächen der geschleuderten feuerfesten Körner zu schmelzen oder zu erweichen, so daß eine Schweißreparaturmasse hoher Qualität an der Reparaturstelle aufgebaut werden kann, wenn die Lanze darüber gerichtet wird. Beschreibungen von keramischen Schweißprozessen können in den britischen Patenten GB 1 330 894 und GB 2 110 200-A gefunden werden.

Es wurde gefunden, daß der Arbeitsabstand, das ist der Abstand zwischen der Reaktionszone an der Zieloberfläche und dem Auslaß der Lanze, von welchem das keramische Schweißpulver geschleudert wird, aus verschiedenen Gründen von Wichtigkeit ist. Wenn dieser Arbeitsabstand zu klein ist, besteht das Risiko, daß die Lanzenspitze in die Reaktionszone geraten kann, so daß feuerfestes Material am Ende der Lanze abgeschieden wird und möglicherweise ihren Auslaß blockiert. Es kann selbst ein Risiko bestehen, daß die Reaktion in die Lanze Zurückschlagen könnte, obwohl diese Möglichkeit weitgehend dadurch vermieden werden kann, indem man gewährleistet, daß die Geschwindigkeit des Trägergasstroms, welcher die Lanze verläßt, höher ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reaktion. Es bestehen auch die Möglichkeiten, daß die Lanze erhitzt werden kann aufgrund ihrer großen Nähe zurr Reaktionszone und daß sie die Zieloberfläche berühren kann, was wieder zur möglichen Blockierung ihres Auslasses führt. Wenn andererseits der Arbeitsabstand zu groß ist, hat der keramische Schweißpulverstrom eine Möglichkeit, sich auszubreiten, so daß die Reaktion nicht so konzentriert sein wird, was zu einem Verlust an Wirksamkeit, einem erhöhten Zurückspringen von Material von der Zieloberfläche und eine Schweißung von weniger hoher Qualität und selbst zum Risiko, daß die Reaktion versagt, führt.

Der optimale Abstand zwischen dem Lanzenauslaß und der Zieloberfläche hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum Beispiel bei einem Schweißvorgang, wobei keramisches Schweißpulver in einer Menge von zwischen 60 und 120 kg/h aus einem Lanzenauslaß mit einem Innendurchmesser von 12 bis 13 mm abgegeben wird, stellt man fest, daß diese optimale Distanz zwischen 5 und 10 cm beträgt. Diese optimale Distanz ist selten größer als 15 cm.

Wegen der hohen Temperaturen, die im typischen Fall an der Reparaturstelle vorliegen, neigen die Zieloberfläche und andere Teile der Ofenauskleidung dazu, stark im sichtbaren Spektrum zu strahlen und die Reaktionszone selbst ist hochgradig .· eißglühend. Dies macht die direkte Beobachtung der Lanzenmündung schwierig und die Schwierigkeit wira erhöht, wenn die Länge der Lanze vergrößert wird. Tatsächlich sind Lanzen mit einer Länge von 10 m nicht unbekannt und es ist auch nicht unbekannt, eine Schweißung an einer Stelle durchzuführen, die außerhalb der direkten Sicht des Schweißers ist.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, wodurch ein Schweißer den Abstand zwischen der Mündung einer keramischen Schweißlanze und einer Reparaturstelle leichter kontrollieren kann.

Gemäß der Erfindung wird in einem keramischen Schweiß verfahren, wobei ein Gemisch von feuerfesten Teilchen und Brennstoffteilchen aus einem Auslaß am Ende einer Lanze in einem Gasstrom gegen eine 2

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Zieloberfläche geschleudert wird, wo die Brennstoffteilchen in einer Reaktionszone verbrennen, um Hitze zu erzeugen, um die geschleuderten feuerfesten Teilchen zu erweichen oder zu schmelzen, und dadurch eine zusammenhängende feuerfeste Schweißmasse zu bilden, ein Verfahren zur Überwachung des Abstandes zwischen der Lanzenmündung und der Reaktionszone bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reaktionszone und wenigstens ein Teil des Spaltes zwischen dieser Reaktionszone und der Lanzenmündung durch eine Kamera überwacht und ein elektronisches Signal erzeugt wird, das den Abstand ("den Arbeitsabstand") zwischen der Lanzenmündung und der Reaktionszone anzeigt.

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch eine keramische Schweißvorrichtung zum Schleudern eines Gemisches von feuerfesten Teilchen und Brennstoffteilchen aus einem Auslaß am Ende einer Lanze in einem Gasstrom gegen eine Zieloberfläche, wo die Brennstoffteilchen in einer Reaktionszone verbrennen, um Hitze zu erzeugen und um die geschleuderten feuerfesten Teilchen zu erweichen oder zu schmelzen, und dadurch eine zusammenhängende feuerfeste Schweißmasse zu bilden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine solche Vorrichtung weiterhin Mittel zur Überwachung des Abstandes zwischen der Lanzenmündung und der Reaktionszone ("den Arbeitsabstand”) umfaßt, welche eine Kamera zur Überwachung der Reaktionszone und wenigstens eines Teils des Spaltes zwischen dieser Reaktionszone und der Lanzenmündung umfassen und Mittel zur Erzeugung eines elektronischen Signals, das den Arbeitsabstand anzeigt.

Es ist ersichtlich, daß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ein Schweißer das erzeugte elektronische Signal benutzen kann, so daß er leichter den Abstand zwischen dem Auslaß einer keramischen Schweißlanze und der Reaktionszone an der Reparaturstelle steuern kann und somit besser in der Lage ist, die andauernde Erzielung der optimalen Schweißbedingungen zu gewährleisten. Es ist überraschend, daß es möglich ist, ein Steuersignal zu erhalten, das den Arbeitsabstand anzeigt, indem man eine Kamera in der sehr heißen und hellen Umgebung eines Ofens bei seiner Betriebstemperatur benutzt.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden die Reaktionszone und wenigstens ein Teil des Spaltes zwischen dieser Reaktionszone und der Lanzenmündung überwacht, indem man eine ladungsgekoppelte Vorrichtungs- ("CCD") Kamera benutzt. Eine solche Kamera kann recht klein gemacht werden, so daß sie bequem zu handhaben ist und ihr Betrieb ist geeignet für eine einfache Erzeugung dieses elektronischen Signals, das den Arbeitsabstand anzeigt. Viele derzeit erhältliche CCD-Kameras haben den zusätzlichen Vorteil, daß sie besonders empfindlich gegen Wellenlängen von Licht sind, die von einer keramischen Schweißreaktionszone emittiert werden.

Das Steuersignal kann direkt zur automatischen Aufrechterhaltung eines korrekten Arbeitsabstandes benutzt werden. Zum Beispiel kann eine Lanze auf einem Fahrgestellt montiert sein, so daß sie bezüglich drei senkrecht aufeinander stehenden Achsen durch drei Motoren unter der Steuerung eines Computers beweglich ist, der mit diesem Signal gefüttert wird.

Alternativ oder zusätzlich, und vorzugsweise wird ein hörbares und/oder sichtbares Signal erzeugt, um zwischen Betriebsbedingungen zu unterscheiden, bei welchen (a) der tatsächliche Arbeitsabstand innerhalb eines Toleranzbereiches für einen vorbestimmten Arbeitsabstand fällt, und (b) der tatsächliche Arbeitsabstand außerhalb eines solchen Toleranzbereiches fällt.

Der Schweißer kann dadurch die Position der Lanzenmündung leichter kontrollieren in bezug auf die Arbeit, wenn diese unter manueller Steuerung ist oder er kann leichter in der Lage sein, einen automatischen Schweißbetrieb zu überwachen.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung ist diese Kamera unabhängig bezüglich dieser Lanze beweglich und wird gleichzeitig dazu benutzt, die Lagen dieser Lanzenmündung und der Reaktionszone zu überwachen. Solche Ausführungsformen der Erfindung können in die Praxis umgesetzt werden, indem man keramische Schweißlanzen von bekanntem Typ verwendet. Die geeignete Positionierung der Kamera ermöglicht die Überwachung des Arbeitsabstandes zwischen dem Auslaßende der Lanze und der Reaktionszone. Da die Lanzenmündung ebenfalls überwacht wird, kann das Bild des Auslaßendes der Lanze in der Fokalebene der Kamera benutzt werden, um eine Anzeige des Abstandes zwischen der Kamera und dem Ende der Lanze zu geben und dies ermöglicht es, den Abstand zwischen dem Ende der Lanze und der Reaktionszone zu berechnen. Vorzugsweise wird eine solche Berechnung automatisch vorgenommen und es wird daher bevorzugt, daß ein Signal erzeugt wird, das proportional zur Größe des Bildes des Auslaßendes der Lanze ist, wie es durch diese Kamera überwacht wird und daß dieses Signal als ein Bemessungsfaktor für ein Bild des Arbeitsspaltes zwischen der Reaktionszone und der Lanzenmündung benutzt wird.

Die Kalibrierung der Vorrichtung wird stark vereinfacht, wenn diese Kamera in einer festgelegten Position und Orientierung auf dieser Lanze befestigt ist und die Wahl dieses Merkmals ist bevorzugt. 3

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Tatsächlich erstreckt sich die Erfindung auf eine keramische Schweißvorrichtung mit einer Lanze, die an einem ihrer Enden einen Auslaß für die Abgabe eines keramischen Schweißpulvergemisches hat und dadurch gekennzeichnet ist, daß diese Lanze eine befestigte elektronische Kamera umfaßt, die gegen einen Pfad gerichtet ist, längs welchem dieses Pulvergemisch ausgestoßen werden kann.

Eine solche Lanze muß nicht eine besonders komplizierte Konstruktion haben und die Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird auch vereinfacht, da gewährleistet ist, daß die Kamera immer in die richtige Richtung schaut. Das Gesichtsfeld der Kamera bei solchen Ausführungsformen kann, muß aber nicht, das Auslaßende der Lanze einbeziehen, da die Position des Auslaßendes in Relation zu dem Gesichtsfeld bekannt sein wird. Die Kalibrierung wird auch stark vereinfacht und kann leicht unter Umgebungsbedingungen außerhalb jedes Ofens durchgeführt werden, indem man eine graduierte Skala auf das Auslaßende der Lanze in Ausrichtung mit dem Ausstoßweg für das Pulvergemisch auflegt und diese Skala durch die Kamera betrachtet. Eine solche graduierte Skala kann zweckmäßig die Form eines Lichtstreifens annehmen, der von einer Maske umgeben ist, die in Abständen und entlang ihrer Länge perforiert ist, zum Beispiel in Abständen von 1 cm, so daß die Kamera im Abstand angeordnete beleuchtete Flecken aufzeichnen kann.

Um im Gebrauch die Kamera gegenüber Erhitzung zu schützen, wird es bevorzugt, daß diese Kamera in einem Mantel gehalten ist, der für die Zirkulation eines Kühlmittels eingerichtet und angepaßt ist. Viele Ausführungsformen von technisch verwendeten keramischen Schweißlanzen enthalten schon einen Wassermantel, dessen Hauptzweck es ist, das Überhitzen der Lanze zu vermeiden, insbesondere gegen ihr Auslaßende, und ein solcher Wassermantel kann leicht modifiziert werden, um diese Kamera aufzunehmen.

Vorteilhafterweise ist ein Filter vorgesehen, um die Kamera von Infrarotstrahlung abzuschirmen. Derzeit im Handel erhältliche Kameras sind meistens nicht für die Umwandlung von Infrarotstrahlung in elektrische Signale bestimmt, so daß die Bereitstellung eines solchen Filters weiterhin dazu dient, die Kamera gegenüber Überhitzung zu schützen, ohne in irgendeiner Weise den Betrieb der Kamera zu beeinträchtigen. Ein solches Filter kann zum Beispiel aus einer dünnen Goldfolie bestehen, die wenigstens teilweise für sichtbare Strahlung transparent ist, jedoch einen sehr hohen Mengenanteil von Strahlung im Infrarotspektrum reflektiert,

Tatsächlich sind viele solcher Kameras blind gegen Strahlung mit Wellenlängen von mehr als 900 nm und man stellt fest, daß die spektrale Emission einer typischen keramischen Schweißreaktionszone ihr Maximum bei einer Wellenlänge unterhalb 850 nm hat. Um somit den maximalen Schutz gegen Infrarotstrahlung für die Kamera bei minimalem Effekt auf ihre Antwort zu liefern, wird es bevorzugt, daß ein solches Filter so angeordnet und angepaßt ist, daß es die Kamera von Strahlung mit Wellenlängen von mehr als 900 nm abschirmt.

Vorzugsweise wird ein weiteres Filter vorgesehen, um diese Kamera von Strahlung mit Wellenlängen von weniger als 600 nm abzuschirmen. Solch kürzerwellige Strahlung kann mittels eines Rotfilters abgeschirmt werden und dies hat den Vorteil, daß man die Registrierung von Licht durch die Kamera, das nicht von der Reaktionszone selbst kommt, stark vermindert. Es vermindert auch das blendende Licht, was es gestattet, die Reaktionszone genauer zu überwachen. Bei einer speziellen, praktischen Ausführungsform mit beiden diesen bevorzugten Gegebenenfalls-Merkmalen ist die Kamera mit Filtern versehen, die Strahlung mit Wellenlängen von weniger als 630 oder 650 nm und Wellenlängen von größer als 850 nm praktisch abschirmen, so daß der größte Teil der auf die Kamera einfallenden Strahlungsenergie eine Wellenlänge hat, die in dieses (nicht abgeschirmte) Band fällt.

Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist ein Filter vorgesehen, um diese Kamera von Strahlung mit kürzeren Wellenlängen als 670 nm abzuschirmen. Wenn die Lanze über die Oberfläche des zu reparierenden Bereiches geschwenkt wird, gibt es offensichtlich ein Inkrement dieses Bereiches, von dem sich die Reaktionszone gerade wegbewegt hat. Wegen der intensiven Hitze an der Reaktionszone wird dieses Oberflächeninkrement stark erhitzt sein, und es kann gut weiterhin hell glühen, nachdem die Reaktionszone auf einen benachbarten Teil des Reparaturbereiches weitergeschritten ist. Dieses Restglühen kann durch die Verwendung eines Sub-670 nm-Filters vermindert oder selbst beseitigt werden, was somit jede scheinbare Verzerrung der Reaktionszone, wie sie von der Kamera registriert würde, vermindert oder vermeidet.

Vorteilhafterweise sind Mittel vorgesehen, um einen Gasstrom zu liefern, der über diese Kamera spült. Es ist ersichtlich, daß die Atmosphäre im Innern eines Ofens, der präpariert wird, wahrscheinlich stark mit Staub und Dämpfen beladen ist, einschließlich Staub und Dämpfen, die vom keramischen Schweißverfahren selbst erzeugt werden, und die Annahme dieses bevorzugten Merkmales hilft dazu, die Kamera klar von Staub und Dampfkondensaten zu halten, die sie sonst blind machen würden. Die Temperatur eines solchen Gases ist vorzugsweise derart, daß es auch einen Kühleffekt auf die Kamera hat. 4

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Die Lage einer solchen Kamera auf der Lanze ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß das Gesichtsfeld der Kamera die erforderliche Länge des Pulverausstoßweges umfaßt. Diese Kamera ist vorzugsweise auf der Lanze in einem Abstand zwischen 30 und 100 cm von der Lanzenmündung befestigt. In Verbindung mit einem ladungsgekoppelten Halbleiter-Bauelement (CCD)von 12,7 mm Größe gibt eine 15 mm-Objektivlinse ein Gesichtsfeld von 24 *. Wenn dieses 70 cm vom Ende der Lanze angeordnet ist, kann eine Weglänge des Pulverausstoßes von 30 cm betrachtet werden.

Um ein Signal zu erzeugen, das den tatsächlichen Arbeitsabstand zu jedem gegebenen Zeitpunkt anzeigt, können Signale, welche dem von der Kamera aufgezeichneten Bild entsprechen, einem Analysator zugeführt werden, um die Lage der Reaktionszone zu bestimmen. Diese Lage wird als diejenige Zone des Kamerabildschirms erkannt, wo die Lichtintensität einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Nach einer vorhergehenden Kalibrierung, durch welche der tatsächliche Abstand von zwei Punkten mit dem Abstand der Bilder dieser Punkte und der Lage des Endes der Lanze bezüglich des Bildes in Beziehung gebracht werden, ist es einfach, ein Signal abzuleiten, das den Arbeitsabstand anzeigt.

Signale, die von der benutzten Kamera erzeugt werden, können als elektronisches Bild gelagert und in verschiedener Weise benutzt werden. Das Bild muß tatsächlich nicht gezeigt werden. Es kann beispielsweise für die Steuerung eines Schweißroboters benutzt werden. Alternativ oder zusätzlich können Signale, welche den tatsächlichen Arbeitsabstand anzeigen, nach geeigneter Kalibrierung leicht elektronisch mit einem Signal verglichen werden, das einem gedachten optimalen Arbeitsabstand entspricht und jeder Unterschied kann benutzt werden, um ein hörbares Signal zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Anordnung so sein, daß, wenn die Lanzenmündung sich der Arbeitsstelle zu sehr nähert, ein hoch- und grelltönendes Signal von sich verstärkender Intensität erzeugt wird, während, wenn der Abstand zwischen der Lanzenmündung und der Arbeitsstelle sich vergrößert, ein tieftönendes Signal von sich verstärkender Intensität erzeugt wird. Das Ziel des Schweißers ist es dann, die erzeugten hörbaren Signale bei einer möglichst geringen Lautstärke zu halten.

Vorzugsweise werden jedoch die von der Kamera erzeugten Signale dazu benutzt, um ein Bild auf einem Videomonitorschirm zu erzeugen. Die Bereitstellung eines Videomonitorschirms für die Anzeige eines Bildes der von der Kamera betrachteten Szene ermöglicht es dem Schweißer, die von ihm geforderte Information leichter zu erhalten. Es ist nicht nötig, daß dieses Bild ein volles zweidimensionales Bild der Arbeitsszene ist. Da alles was der Schweißer wissen muß, die Art und Weise ist, in welcher sich eine lineare Messung verändert, kann eine lineare CCD-Kamera auf der Lanze montiert werden, mit der entsprechenden Kosteneinsparung. Solch eine lineare Kamera kann auch dazu benutzt werden, um, wie oben erwähnt, ein hörbares Signal zu erzeugen.

Vorzugsweise soll jedoch eine solche Kamera dazu fähig sein, ein volles zweidimensionales Bild zu liefern. Wenn dieses angezeigt wird, gibt es dem Schweißer eine natürlichere Ansicht und es kann auch eine größere Genauigkeit in der Überwachung des Abstands zwischen der Arbeitsstelle und der Lanzenmündung erlauben, wie dies später noch erläutert wird.

Vorteilhafterweise wird dieser Videomonitorschirm dazu benutzt, ein Bild der Reaktionszone zu zeigen, das einer Kalibrierungsskala überlagert ist. Die Bereitstellung von Mitteln für die Lagerung einer Kalibrierungsskala und das Zeigen eines Bildes dieser Skala auf diesem Schirm erleichtert die Arbeit des Schweißers sehr, da er auf einmal sehen kann, wie weit die Lanzenmündung von der Arbeitsstelle entfernt ist und dann jede notwendige Korrekturmaßnahme treffen kann.

Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Es bedeuten:

Fig. 1 ist eine allgemeine Ansicht einer Ausführungsform einer keramischen Schweißlanze gemäß der Erfindung, deren Mündung gegen eine zu reparierende Wand gerichtet ist, wobei zur zusätzlichen Klarheit das Ende der Lanze im Schnitt gezeigt ist;

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Lanzenkörpers entlang der Linie A-B in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Stufe bei der Kalibrierung von Überwachungsausrüstung, die mit der Lanze von Fig. 1 verbunden ist; und

Fig. 4 zeigt einen Videomonitorschirm, wie er während der Durchführung eines keramischen Schweißverfahrens aussehen kann, das gemäß der Erfindung erfolgt.

In den Zeichnungen hat eine Lanze 10 ein Arbeitsende 11, das mit einem Auslaß 12 für den Ausstoß eines Stroms von sauerstoffreichem Trägergas versehen ist, das ein keramisches Schweißpulvergemisch transportiert.

Die Zusammensetzung des ausgestoßenen Stroms kann von der Art der zu reparierenden Oberfläche abhängen. Zum Beispiel für eine Reparatur eines Silica-Feuerfpstmaterials kann das Trägergas aus trockenem technischen Sauerstoff bestehen und das keramische Schweißpulver kann aus 87 Gew.-% Sifiziumdioxidteilchen mit Größen von etwa 100 am bis 2 mm als Feuerfestkomponente und 12 % Silizium- 5

AT 400 714 B und 1 % Aluminiumteilchen, beide mit einer nominellen Maximalgröße von etwa 50 um als Brennstoffkomponenten bestehen.

Das keramische Schweißpulver wird dem Lanzenauslaß 12 durch ein Lanzenrohr 13 zugeführt, das von einem mittleren und äußeren Lanzenrohr 14 und 15 umgeben ist, die am Auslaßende 11 der Lanze miteinander in Verbindung stehen. Das mittlere Lanzenrohr 14 ist mit einem Einlaß 16a für die Zufuhr eines Kühlmittels, wie Wasser, versehen und das äußere Lanzenrohr 15 hat einen Auslaß 16b für dieses Kühlmittel. Somit ist die Lanze mit einem Wasserkühler versehen, um Überhitzung zu vermeiden.

Eine CCD-Kamera 17 ist einige Dezimeter (z. B. 30 bis 100 cm), von der Lanzenmündung entfernt, wo sie von einer kurzen Verlängerung 18 des Wassermantels umgeben ist. Wie gezeigt umfaßt das Gesichtsfeld 19 der Kamera 17 das Auslaßende 11 der Lanze 10 und auch einen beschädigten Bereich 20 einer Feuerfestwand 21, die repariert werden soll. Eine Reaktionszone 22 kann gegen die Reparaturstelle 21, wie angezeigt, gebildet werden. Signale von der Kamera 17 werden längs eines Kabels 23 geführt, das innerhalb einer Luftzufuhrleitung 24 angeordnet ist, die selbst im mittleren Lanzenrohr 14 des Wassermantels sitzt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Bezugszahl 24 für die Luftzufuhrleitung in Fig. 1 und für das Rohr selbst in Fig. 2 benutzt wird. Die Luftzufuhrleitung 24 geht in die Verlängerung 18 des Wassermantels und ihr Ende ist so angeordnet, daß ein kontinuierlicher Strom von frischer Luft über die Kamera geblasen wird, um sie frei von Staub und Dampfkondensaten zu halten, um die Bildqualität aufrechtzuerhaiten und die Kamera kühlen zu helfen. Die Kamera ist mit einem starken Rotfilter und einem Reflexionsfilter, zum Beispiel aus Gold, versehen, um Infrarotstrahlung abzuschirmen, so daß die Strahlung außerhalb des Wellenlängenbandes 630 (oder 650) bis 850 nm, vorzugsweise außerhalb des Wellenlängenbandes 670 bis 850 nm, gehindert ist, die Kamera zu erreichen.

Eine geeignete CCD-Kamera ist die im Handel unter der Handelsbezeichnung ELMO Color Camera System 1/2" CCD Image Sensor erhältliche; wirksame Bildelemente (Pixel): 579(H)x583(V): Bildabtastbereich: 6,5 x 4,85 mm; äußerer Durchmesser 17,5 mm mal etwa 5 cm lang. Als Alternative kann eine Farb-CCD-Kamera benutzt werden, wie "WV-CDIE" von Panasonic oder ΊΚ-Μ36ΡΚ" von Toshiba.

Eine solche Vorrichtung kann, wie in Fig. 3 gezeigt, sehr leicht kalibriert werden. Eine graduierte Skala 25 wird auf das Auslaßende der Lanze aufgelegt und festgeklammert und wird von der Kamera 17 aufgezeichnet. Dies kann je nach Belieben des Bedieners außerhalb irgendeines Ofens unter normalen Werkstattbedingungen erfolgen. Wegen der ziemlich starken Filterung, mit welcher die Kamera vorzugsweise versehen ist, ist es zweckmäßig, die Skala 25 als Maske für einen Lichtstreifen auszubilden, wobei die Maske in regelmäßigen Abständen angeordnete Löcher, wie die Löcher 1 bis 7, hat, die zum Beispiel 1 cm auseinanderliegen können. Die Kamera wird dann eine Reihe von Lichtpunkten aufzeichnen, die auf einem Videomonitorschirm während der Durchführung einer keramischen Schweißreparatur gezeigt werden können. Dies bildet eine Linie von Datenpunkten auf dem ladungsgekoppelten Halbleiter-Bauelement (CCD) der Kamera, die mit den bekannten, tatsächlichen Abständen vom Auslaß der Lanze übereinstimmen und dies ermöglicht die Einstellung einer Beziehung zwischen jedem Bildelement (Pixel) des Kamerabildes und einem tatsächlichen Abstand von der Lanzenmündung.

Ein solcher Videomonitorschirm ist mit 26 in Fig. 4 gezeigt. Auf diesem Schirm zeigt sich das Auslaßende 11 der Lanze als dunkle Silhouette und die keramische Schweißreaktionszone 22, die von diesem Auslaßende einen gegebenen Arbeitsabstand entfernt ist, zeigt sich als heller weißglühender Bereich. Die mit 0 bis 8 angegebenen Kalibrierungspunkte können auf dem Schirm entweder in Weiß oder in Schwarz wiedergegeben sein. Der Rest der Schirmfläche wird eine dazwischenliegende Schattierung von Grau haben, vorausgesetzt, daß ein monochromer Monitor benutzt wird.

Es ist ersichtlich, daß die Reaktionszone 22 als ringförmiger Bereich wiedergegeben wird, von dem von einer Seite ein Lappen herausragt. Wegen der intensiven Hitze, die sich während der keramischen Schweißung entwickelt, wird auch der zu reparierende Wandbereich erhitzt und wenn die Lanze über die Reparaturstelle geschwenkt wird, kann ein Anteil des Bereiches, der den direkten Wirkungen der Reaktionszone unterworfen war, noch nachglühen, so daß er genügend Energie ausstrahlt, um auf dem Monitor abgebildet zu werden. Das Auftreten eines solchen Lappens kann ermäßigt werden und wird dies vorzugsweise, indem man ein Filter verwendet, das Strahlung mit kürzeren Wellenlängen als 670 nm abschirmt.

Es sind verschieden hochgradig ausgeklügelte Ausführungsformen für die Überwachung des Abstandes zwischen der Reaktionszone 22 an der Arbeitsstelle und dem Auslaßende der Lanze möglich, je nach dem Grad der erforderlichen Genauigkeit.

Wenn man zum Beispiel Fig. 4 betrachtet, kann leicht eine Schwelle für die Helligkeit errichtet werden, um eine Anzeige des Starts der Reaktionszone auf der rechten Seite dieser Zone, wie in dieser Figur gezeigt, anzugeben. Bei Betrachtung von Fig. 4 ergibt dies eine Anzeige, daß der Arbeitsabstand 7 Einheiten war. Es kann jedoch sein, daß die Reaktionszone in der Größe von Zeit zu Zeit schwankt, je nach 6

AT 400 714 B den Betriebsbedingungen und daß das, was erforderlich ist, der Abstand vom Mittelpunkt der Reaktionszone ist. Diesem kann man sich annähern, indem auch eine Helligkeitsschwelle gesetzt wird, die auf das Ende der Reaktionszone auf der linken Seite von Fig. 4 anwendbar ist, um ein Durchschnittsergebnis zu liefern. Ein solcher Abstand wäre etwa 8 1/2 Einheiten. Jede dieser Methoden kann auch benutzt werden, wenn die verwendete CCD-Kamera eine lineare Kamera und nicht eine Kamera ist, die eine volle zweidimensionale Wiedergabe der Arbeit wiedergibt, wie dies auf dem Videomonitorschirm von Fig. 4 gezeigt ist.

Auf einem mehr ausgeklügelten Niveau können die Signale von der CCD-Kamera überwacht werden, um ein Anzeichen der Lage zu geben, wo das Bild der Reaktionszone von Fig. 4 seine größte Höhe hat. Dies gibt eine genauere Angabe des Mittelpunkts der Reaktionszone, der sich bei einem Arbeitsabstand von 8 Einheiten in Fig. 4 befindet. Dieser Grad der Verfeinerung erfordert die Verwendung einer vollen zweidimensionalen Kamera.

Es ist nicht von großer Bedeutung, daß unterschiedliche numerische Ergebnisse durch diese verschiedenen Methoden für das angegeben werden, was tatsächlich der gleiche Arbeitsabstand ist. Angenommen, daß die in Fig. 4 gezeigte Reaktionszone sich beim optimalen Arbeitsabstand vom Auslaßende der Lanze befindet, würde man einfach diesen optimalen Abstand 7, 8 1/2 oder 8 Abstands-Einheiten nennen, je nach dem Fall, und die Arbeitstoleranzen würden auf dem geeigneten Optimalwert für den Arbeitsabstand beruhen.

Gleichgültig, ob man mit einer linearen oder einer zweidimensionalen Kamera arbeitet ist es nicht nötig, ein sichtbares Bild zu zeigen, obwohl dies zu tun sehr bevorzugt ist. Diese gleichen Signale, die benutzt würden, um den Videoschirm zu steuern, könnten einem Prozessor zugeführt werden, um eine Angabe des Abstandes zwischen der Reaktionszone und der Lanzenmündung zu geben. Der Prozessorausgang könnte dazu benutzt werden, um eine digitale oder analoge Anzeige zu steuern, die eine Anzeige des Arbeitsabstandes bei jedem gegebenen Zeitpunkt gibt. Alternativ oder zusätzlich könnte ein solcher Prozessor benutzt werden, um einen Generator für ein hörbares Signal zu steuern. Die Anordnung könnte zum Beispiel so sein, daß, wenn der Arbeitsabstand innerhalb einer kleinen Toleranz des optimalen Arbeitsabstandes liegt (gleichgültig auf welchen Wert letzterer gesetzt wurde), kein hörbares Signal gegeben wird. Der Signalgenerator kann so eingestellt sein, daß er ein hörbares Signal von zunehmender Höhe und Lautstärke wiedergibt, wenn sich der Arbeitsabstand unter den Toleranzbereich erniedrigt und ein tiefer tönendes Signal von zunehmender Lautstärke, wenn sich der Arbeitsabstand über den Toleranzbereich erhöht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Kamerasignale einem Computer zugeführt werden, der zur Steuerung eines Schweißroboters angeordnet ist.

Es ist ersichtlich, daß jede der im unmittelbar vorhergehenden Absatz beschriebenen Anordnungen auch in Verbindung mit einem Videodisplay benutzt werden könnte, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben ist, und insbesondere daß eine digitale Anzeige des Arbeitsabstandes zu jedem gegebenen Zeitpunkt auf einem solchen Videoschirm gezeigt werden könnte.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist es auch ersichtlich, daß es nicht wesentlich ist, das volle Ausmaß des Arbeitsspaltes und das Auslaßende der verwendeten Lanze zu zeigen oder tatsächlich zu überwachen. Wenn die Kamera 17 an einer festen Stelle und mit fester Orientierung bezüglich der Lanzenmündung befestigt ist, dann ist die gedankliche Lage dieses Auslasses bekannt, gleichgültig ob er gezeigt ist oder nicht. Wenn es bekannt ist, daß der korrekte Arbeitsabstand niemals weniger als, zum Beispiel, 2 Einheiten sein wird, dann besteht keine Notwendigkeit, das Lanzenende oder diese zwei Einheiten des Arbeitsabstandes zu zeigen. Es ist jedoch ersichtlich, daß brauchbare Informationen über die Zustände in der unmittelbaren Nähe der Lanzenmündung entnommen werden können, wenn das volle Ausmaß des Arbeitsabstandes und diese Mündung überwacht werden.

Es ist auch ersichtlich, daß es nicht nötig für die Durchführung wenigstens des Verfahrens der Erfindung ist, daß die CCD-Kamera an der Lanze befestigt ist. Sie kann auch ein getrenntes Einrichtungsstück sein und doch wertvolle Ergebnisse liefern. Dies kann in folgender Weise geschehen. Die CCD-Kamera wird so eingestellt, daß sie den Arbeitsabstand einschließlich der Lanzenmündung und der Reaktionszone betrachtet, wie dies im wesentlichen in Fig. 4 angegeben ist. Wie vorher wird die CCD-Kamera das Ende der Lanze als dunkle Silhouette und die Reaktionszone als hellen Bereich sehen. Die scheinbare Trennung der Reaktionszone und des Auslaßendes der Lanze, wie sie in der Fokusebene der Kamera aufgezeichnet wird, kann leicht in einem Prozessor abgeleitet werden, der mit Signalen von der Kamera gefüttert wird. Auch die scheinbare Größe des Auslaßendes der Lanze kann abgeleitet werden. Da das Auslaßende der Lanze einen bekannten Durchmesser hat, ist es nicht schwierig, den Prozessor so zu steuern, daß er die scheinbare Trennung der Reaktionszone und des Auslaßendes der Lanze in eine geeignete lineare Messung des Arbeitsabstandes umwandelt. Eine kontinuierliche Wiederbewertung des Arbeitsabstandes würde während des Schweißbetriebes erfolgen, um Veränderungen in den relativen Lagen der Schweißlanze und der Kamera in Betracht zu ziehen. Wie vorher können eine synthetisierte Skala 7

Claims

AT 400 714 B und/oder eine digitale Anzeige des Arbeitsabstandes einem Videomonitorschirm zusammen mit dem Bild zugeführt werden, das von der Kamera gesehen wird, und/oder andere sichtbare oder hörbare Signale können erzeugt werden, um eine Anzeige des tatsächlichen Arbeitsabstandes zu geben, verglichen mit dem optimalen Arbeitsabstand. Patentansprüche 1. Keramisches Schweißverfahren, wobei ein Gemisch von feuerfesten und Brennstoffteilchen von einem Auslaß an einem Ende einer Lanze in einem Gasstrom gegen eine Zieloberfläche geschleudert werden, und die Brennstoffteilchen in einer Reaktionszone verbrennen, um Hitze zu erzeugen, um die geschleuderten feuerfesten Teilchen zu erweichen oder zu schmelzen und dadurch eine zusammenhängende feuerfeste Schweißmasse zu bilden, unter Überwachung des Abstandes zwischen dem Lanzenauslaß und der Reaktionszone, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone und wenigstens ein Teil des Spaltes zwischen dieser Reaktionszone und der Lanzenmündung durch eine Kamera überwacht und ein elektronisches Signal erzeugt wird, das diesen Abstand (den Arbeitsabstand) zwischen der Lanzenmündung und der Reaktionszone anzeigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszone und wenigstens ein Teil des Abstandes zwischen dieser Reaktionszone und der Lanzenmündung unter Verwendung einer Kamera mit CCD-Bildsensoren überwacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein hörbares und/oder sichtbares Signal erzeugt wird, um zwischen Betriebsbedingungen zu unterscheiden, bei welchen (a) der tatsächliche Arbeitsabstand in einen Toleranzbereich eines vorbestimmten Arbeitsabstandes fällt, und (b) der tatsächliche Arbeitsabstand außerhalb eines solchen Toleranzbereiches fällt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera unabhängig bezüglich dieser Lanze beweglich ist und gleichzeitig verwendet wird, um die Lagen dieser Lanzenmündung und dieser Reaktionszone zu überwachen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird, das proportional der Größe des Bilds des Auslaßendes der Lanze ist, wie es von dieser Kamera überwacht wird, und daß dieses Signal als Skalenbildungsfaktor für ein Bild des Spalts zwischen der Reaktionszone und der Lanzenmündung benutzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera in fester Lage und Orientierung auf der Lanze befestigt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kamera erzeugten Signale auch dazu benutzt werden, ein Bild auf einem Videomonitorschirm zu erzeugen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Videomonitorschirm benutzt wird, um ein Bild der Reaktionszone zu zeigen, das einer Kaiibrierungsskala überlagert ist.
9. Keramische Schweißvorrichtung zum Ausschleudern eines Gemisches von feuerfesten und Brennstoffteilchen von einem Auslaß (12) an einem Ende (11) einer Lanze (10) in einem Gasstrom gegen eine Zieloberfläche (20), wo die Brennstoffteilchen in einer Reaktionszone (22) unter Erzeugung von Hitze verbrennen, um die geschleuderten feuerfesten Teilchen zu erweichen oder zu schmelzen, und dadurch eine zusammenhängende feuerfeste Schweißmasse zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Vorrichtung weiterhin eine Kamera (17) für die Überwachung des Abstandes zwischen der Lanzenmündung (12) und der Reaktionszone (22) ("den Arbeitsabstand’’) umfaßt, die mit einer Einrichtung zur Überwachung der Reaktionszone (22) und wenigstens eines Teils des Spalts zwischen dieser Reaktionszone (22) und der Lanzenmündung (12) verbunden ist, um ein elektronisches Signal, das den Arbeitsabstand anzeigt, zu erzeugen.
10. Keramische Schweißvorrichtung mit einer Lanze (10) mit einem Auslaß (12) an einem Ende (11) derselben für den Ausstoß einer keramischen Schweißpulvermischung, dadurch gekennzeichnet, daß 8 AT 400 714 B diese Lanze (10) eine elektronische Kamera (17) aufweist, welche gegen einen Pfad gerichtet ist, längs welchem diese Pulvermischung ausgestoßen werden kann.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (17) eine solche mit CCD-Bildsensoren ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Generator zur Erzeugung eines hörbaren und/oder sichtbaren Signals zur Unterscheidung zwischen Betriebsbedingungen umfaßt, bei welchen (a) der tatsächliche Arbeitsabstand innerhalb eines Toleranzbereiches eines vorbestimmten Arbeitsabstandes fällt, und (b) der tatsächliche Arbeitsabstand außerhalb eines solchen Toleranzbereiches fällt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera in (17) einem Mantel (18) gehalten ist, der für die Zirkulation von Kühlmittel eingerichtet und angepaßt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter zur Abschirmung dieser Kamera (17) von Infrarotstrahlen vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter so eingerichtet und angepaßt ist, daß dieses die Kamera (17) von Strahlen mit größeren Wellenlängen als 900 nm abschirmt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter zur Abschirmung dieser Kamera (17) von Strahlung vorgesehen ist, die kürzere Wellenlängen hat als 600 nm.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter zur Abschirmung dieser Kamera (17) von Strahlung vorgesehen ist, die kürzere Wellenlängen als 670 nm haben.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (24) vorgesehen ist, um einen Gasstrom zuzuführen, der über diese Kamera (17) streicht.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (17) auf dieser Lanze (10) in einem Abstand zwischen 30 und 100 cm von der Lanzenmündung (12) montiert ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Videomonitorschirm (26) enthält, um ein Bild der von der Kamera (17) betrachteten Szene zu zeigen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Prozessor (Computer) aufweist, um eine Kalibrierungsskala (25) zu speichern und ein Bild dieser Skala (25) auf diesem Schirm (26) zu zeigen. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 9