DE102005057733B4 - Verfahren zum Vermessen der Feuerfestauskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes - Google Patents

Verfahren zum Vermessen der Feuerfestauskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Vermessen der Feuerfestauskleidung (6) eines um eine Drehachse kippbaren metallurgischen Schmelzgefäßes, insbesondere eines Stahl-Konverters (1), mit einem Laserscanner (2),
– der einen Laserkopf (3) zur Aussendung von Laserstrahlen (4) aufweist, die in vertikaler und horizontaler Richtung ablenkbar sind; und
– der eine Empfangseinrichtung (5) in der Nähe des Laserkopfes (3) aufweist, zur Aufnahme der von der Feuerfestauskleidung (6) reflektierten Laserstrahlen (4) für die Aufzeichnung ihrer Richtungen und Laufzeiten;
– bei dem in einem ersten vorbereitenden Schritt die genaue Position und Ausrichtung des Laserscanners (2) mit scannerfestem Koordinatensystem bezüglich eines drehachsfesten Koordinatensystems mittels vorher installierter oder definierter Permanentmarken (PM1–PM3) ermittelt wird;
dadurch gekennzeichnet,
(b) dass der Stahlerzeugungsprozess im Schmelzgefäß (1) unterbrochen und das Schmelzgefäß entleert wird;
(b) dass das Schmelzgefäß (1) zum Messen in eine Position gekippt wird, in der seine Öffnung (7) dem Laserscanner (2) zugewandt ist, und der Schmelzgefäß-Neigungswinkel gemessen wird;...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen der Feuerfestauskleidung eines um eine Drehachse kippbaren metallurgischen Schmelzgefäßes, insbesondere eines Stahl-Konverters, mit einem Laserscanner.
  • Es ist extrem wichtig, Verschleiß in der Auskleidung von Konvertern, Pfannen oder anderen Gießtiegeln zu messen, die z. B. bei der Stahlherstellung verwendet werden. Hierdurch kann die Gebrauchsdauer des Behälters optimiert und verhindert werden, dass übermäßiger Verschleiß der Auskleidung zu Risiken in Bezug auf Produktion oder industrielle Sicherheit führt. Verschleißauskleidungen von Konvertern müssen vergleichsweise oft erneuert werden, da ihre Lebensdauer von normalerweise einer oder zwei Wochen bis zu einigen Monaten variiert, was davon abhängt, was in dem Konverter geschmolzen wird, aus welchem Material die Auskleidung hergestellt ist und natürlich von der Anzahl der Schmelzvorgänge, für die der Konverter eingesetzt wird. Allgemein gesagt kann ein Konverter etwa 100 bis 5000 Schmelzvorgänge aushalten.
  • Der Verschleiß einer Auskleidung wird nach einem Verfahren gemessen, das auf Messen der Laufzeit oder Phasendifferenz eines Laserstrahls basiert. Der Laserstrahl wird auf die Auskleidung auf der Innenoberfläche des Konverters gerichtet, von wo aus er zu der Messvorrichtung reflektiert wird. In dem auf der Messung der Laufzeit basierenden Verfahren kann der Abstand zwischen der Messvorrichtung und jedem gemessenen Punkt auf der zu messenden Auskleidung in dem Koordinatensystem der Messvorrichtung auf Basis der Zeitdifferenz zwischen der Emittierungszeit und der Rückkehrzeit des Laserstrahls berechnet werden. Die gemessenen Punkte definieren das Verschleißprofil der Auskleidung, das beispielsweise an ein Anzeigeterminal ausgegeben werden kann, mit dem das Verschleißprofil, das von einem Konverter in Gebrauch gemessen wurde, graphisch und numerisch mit dem Profil verglichen werden kann, das entweder auf das Dauerfutter oder nach dem Modellierungsschritt, dem sog. Zustellen der Innenoberfläche des Behälters, auf das unverbrauchte Feuerfestmaterial gemessen worden ist, bevor der Behälter tatsächlich in Dienst genommen wurde, also vor dem ersten Schmelzvorgang.
  • Zum Messen des Verschleißes der Auskleidung von dreidimensionalen Objekten wie Konvertern, Pfannen, Gießtiegeln und anderen in der metallerzeugenden Industrie verwendeten Behältern, durch kontaktfreie Verfahren, wie Lasermessung, ist es erforderlich, dass die Messvorrichtung und das zu messende Objekt in dasselbe Koordinatensystem überführt werden. Das Kombinieren der Koordinatensysteme der Messvorrichtung und des zu messenden Objekts wird als Fixieren bezeichnet. In anderen Worten wird die Messvorrichtung in Relation zu dem Objekt positioniert. Zum Fixieren ist es erforderlich, mindestens drei Fixierungspunkte zu verwenden, wobei der Laserstrahl der Messvorrichtung reihum auf jeden der Fixierungspunkte gerichtet wird und die Koordinaten jedes jeweiligen Fixierungspunkts in dem Koordinatensystem der Messvorrichtung gemessen werden. Selbst wenn die Messvorrichtung eine feste durch Markierungen versehene Position in der Nähe des Behälters aufweist, ist es ratsam, das Fixieren für jede Auskleidungsmessung erneut durchzuführen, wodurch gewährleistet wird, dass eine Änderung der Umgebungsbedingungen und andere Faktoren keine Fehler hervorrufen.
  • In dem sogenannten direkten Verfahren, das normalerweise zum Positionieren oder Fixieren verwendet wird, werden stationäre Fixierungsmarkierungen, auch Permanentmarken genannt, an dem zu messenden Objekt, also beispielsweise einem Konverter, befestigt, z. B. in der Nähe der Behälteröffnung. Mittels der Permanentmarken können die Koordinatensysteme des Objekts und der Messvorrichtung mathematisch kombiniert werden. In dem direkten Verfahren können das zu messende Objekt und die Messvorrichtung in das gleiche Koordinatensystem eingeschlossen werden, indem zu einer Zeit sowohl die Permanentmarken, als auch die tatsächlich zu messenden Punkte gemessen werden.
  • In einem speziellen Fall, wenn das zu messende Objekt durch eine schwenkbare Achse gehalten wird, kann eine indirekte Winkelmessungsfixierung zum Einsatz kommen, bei der sich Permanentmarken am äußeren Boden oder auch außerhalb des Behälters befinden. Eine Winkelmessvorrichtung kann auf der Schwenkachse des Behälters oder anderweitig am Behälter montiert werden. Beispiel für eine derartige Winkelmessvorrichtung ist ein sogenanntes Inklinometer. Momentan ist das Fixieren mittels Winkelmessung ein indirektes Verfahren, das angewendet wird, wenn es schwierig ist, das zu messende Objekt mit notwendigen Fixierungsmarkierungen zu versehen, die für die Messvorrichtung eindeutig sichtbar sind. Winkelmessungsfixierungen sind unter Verwendung von Fixierungsmarkierungen in Strukturen am Konverterboden oder außerhalb des zu messenden Objekts und eines Winkelwerts, der von der Winkelmessvorrichtung erhalten wurde, durchgeführt worden, wodurch die Koordinatensysteme mathematisch kombiniert werden konnten. Die Permanentmarken sind am Konverterboden, an den Rahmenstrukturen einer Fabrikwand oder an anderen Teilen des Gebäudes befestigt, beispielsweise in der Nähe des Konverters. Wenn Winkelmessungen bei den bekannten Verfahren verwendet werden, setzt die Winkel messvorrichtung die Messvorrichtung von der Position des Objekts oder Behälters in Bezug zu der bekannten Umgebung in Kenntnis.
  • Sowohl bei der direkten, als auch bei der indirekten Winkelmessungsfixierung sind die Permanentmarken beispielsweise kleine Platten, Zylinder, Kugeln oder andere regelmäßig geformte Körper aus einem Laserstrahlung reflektierenden Material auf die der von der Messvorrichtung emittierte Laserstrahl von Hand gerichtet wird, beispielsweise mit Hilfe von Binokularen oder anderen Zielhilfen. Bei diesen bekannten Verfahren besteht die Absicht darin, den Laserstrahl von Hand auf die Mitte der Permanentmarken zu richten, um einen Fixierungspunkt zu erhalten. Die Bediener der Messvorrichtung müssen somit mehrere Arbeitsschritte durchführen, bevor alle Fixierungspunkte gemessen worden sind. Ein Nachteil dieser bekannten Verfahren liegt darin, dass der Fixierungsvorgang schwer zu automatisieren ist. Wenn das Fixieren durch einen Menschen durchgeführt wird, besteht außerdem ein Fehlerrisiko sowohl bei der Abschätzung der Mitte der Fixierungs- oder Permanentmarken, als auch bei dem eigentlichen Ausrichtungsschritt.
  • Aus der EP 1 234 193 B1 ist ein Verfahren zum Vermessen der Feuerfestauskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes mit Hilfe eines Laserscanners bekannt, bei dem der Laserscanner zur Vorbereitung des Messvorganges mittig vor dem Schmelzgefäß positioniert wird, um eine genaue Positionsbestimmung des Laserscanners in Bezug auf das Schmelzgefäß anhand von am Schmelzgefäß angebrachten Permanentmarken vorzunehmen. Nach der Unterbrechung des Produktionsprozesses und nach dem das Schmelzgefäß entleert worden ist, kann die Vermessung der Oberfläche der Feuerfestauskleidung im Inneren des Schmelzgefäßes erfolgen, indem ein horizontal und vertikal ablenkbarer Laserstrahl die Oberfläche der Feuerfestauskleidung des Schmelzgefäße abtastet. Die dabei jeweils von der Feuerfestauskleidung reflektierten Laserstrahlen werden von einem in der Nähe des Laserkopfs angeordneten Empfänger aufgenommen und hinsichtlich ihrer Laufzeiten ausgewertet. Da außerdem die Position des Empfängers in Bezug auf den Laserkopf und die jeweiligen Winkelstellungen des Laserkopfs für jeden einzelnen Laserstrahl zuvor ermittelt worden sind, kann aus den erhaltenen Daten eine Rekonstruktion der Oberfläche der Feuerfestauskleidung vorgenommen werden. Zweckmäßigerweise wird das Schmelzgefäß bei mittig vor dessen Öffnung aufgestelltem Laserscanner aber nicht nur in horizontal gekippter Lage gescannt, sondern auch in zwei weiteren Kippstellungen, beispielsweise etwa 20° nach oben und etwa 20° nach unten, um möglichst den gesamten Innenraum des Schmelzgefäßes abtasten zu können.
  • Nach dem zentralen Scannen der Feuerfestauskleidung werden bei dem aus der EP 1 234 193 B1 bekannten Verfahren außerdem noch ein linker und ein rechter Scan vorgenommen, um auch die Seitenwandbereiche in der Nähe der Öffnung des Schmelzgefäßes vollständig zu erfassen. Da das Schmelzgefäß nur um eine horizontale Schwenkachse gekippt werden kann und damit nur nach oben oder unten schwenkbar ist, nicht aber nach links oder rechts, muß der Laserscanner bei dem Abtasten aus der linken bzw. rechten Position vor dem eigentlichen Messvorgang jeweils eine weitere Positionierungsmessung vornehmen, was zusätzlichen Zeitaufwand von mehreren Minuten bedeutet und damit die Unterbrechung der Produktionszeit verlängert.
  • Aus der US 6,922,252 B2 ist ebenfalls ein Verfahren zum Vermessen der Feuerfestauskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes bekannt, bei dem auch die Oberfläche der Feuerfestauskleidung eines Schmelzgefäßes mit Hilfe eines Laserscanners abgetastet wird, wobei aber ein zweiter Laserkopf dazu dient die jeweilige Position des Laserscanners anhand von Messmarken zu ermitteln, die gegenüber von dem Schmelzgefäß am Gebäude angebracht sind, so dass sich der Laserscanner zwischen den Messmarken und dem Schmelzgefäß befindet. Bei diesem bekannten Verfahren rotiert der Positionsbestimmungslaser, der auch als Lasertracker bezeichnet wird, im Abstand über dem zur Messung dienenden Laserkopf, um die am Gebäude hinter den Laserscanner angebrachten Messmarken abzutasten und die jeweilige Position des Laserscanners zu bestimmen. Da die räumliche Anordnung von Lasertracker und Laserscanner bekannt sind, lässt sich daraus auch die jeweilige Position des Laserscanners bestimmen. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht jedoch darin, dass der Lasertracker an der Spitze einer Stange oder Welle angeordnet ist, so dass der genaue Ort des Lasertrackers in Bezug auf den Laserscanner nicht unverändert bleibt, denn Stöße, Gebäudeschwingungen oder unvermeidliche Verbiegungen des stangenartigen Halters für den Lasertracker führen zu Messfehlern, die die Messgenauigkeit beträchtlich beeinflussen können. Außerdem müssen die Messwinkel der beiden Lasersysteme in Übereinstimmung gebracht werden, was ebenfalls zu nennenswerten Messfehlern führen kann.
  • Aus der DE 102 57 422 A1 ist es anhand von 2 bekannt, im Zusammenhang mit einer Vermessung der feuerfesten Auskleidung eines Konverters erste permanente Marken beispielsweise an der Fabrikwand sowie zweite Marken am Konverter vorzusehen. Ein Ortswechsel des eingesetzten Laserscanner in verschiedene Positionen und eine damit verbundene Ausmessung der zweiten Marken ist jedoch nicht vorgesehen.
  • Aus der US 5,212,738 A , 3, ist es – ebenfalls in Zusammenhang mit einer Vermessung eines Schmelzofens – bekannt, raumfeste Fixpunkte A, B zur Festlegung von Koordinatensystemen zu nutzen. Im Unterschied zum Anmeldungsgegenstand wird bei Ortswechsel des Scanner-Systems jedoch neuerlich auf die Fixpunkte A, B Bezug genommen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das aus der EP 1 234 193 B1 bekannte Messverfahren dahingehend zu verbessern, dass die Vermessung der Feuerfestauskleidung eines metallurgischen Schmelzgefäßes schneller als bei diesem Stand der Technik durchführbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren der eingangs genannten Art, also zum Vermessen der Feuerfestauskleidung eines um eine Drehachse kippbaren metallurgischen Schmelzgefäßes, insbesondere eines Stahl-Konverters, mit einem Laserscanner,
    • – der einen Laserkopf zur Aussendung von Laserstrahlen aufweist, die in vertikaler und horizontaler Richtung ablenkbar sind; und
    • – der eine Empfangseinrichtung in der Nähe des Laserkopfes aufweist, zur Aufnahme der von der Feuerfestauskleidung reflektierten Laserstrahlen für die Aufzeichnung ihrer Richtungen und Laufzeiten;
    • – bei dem in einem ersten vorbereitenden Schritt die genaue Position und Ausrichtung des Laserscanners mit scannerfestem Koordinatensystem bezüglich eines drehachsfesten Koordinatensystems mittels vorher installierter oder definierter Permanentmarken ermittelt wird; dadurch gekennzeichnet, (a) dass der Stahlerzeugungsprozess im Schmelzgefäß unterbrochen und das Schmelzgefäß entleert wird; (b) dass das Schmelzgefäß zum Messen in eine Position gekippt wird, in der seine Öffnung dem Laserscanner zugewandt ist, und der Schmelzgefäß-Neigungswinkel gemessen wird; (c) dass mit dem vor der Öffnung des Schmelzgefäßes in seiner ursprünglichen Position und Ausrichtung aufgestelltem Laserscanner eine erste Abtastung der Feuerfestauskleidung vorgenommen wird, unter gleichzeitiger Abtastung mindestens zweier temporärer Marken; (d) dass aus den Positionen der temporären Marken, wie sie als Ergebnis dieser Abtastung in Bezug auf das scannerfeste Koordinatensystem vorliegen, die Position der temporären Marken im drehachsfesten Koordinatensystem berechnet wird mit Hilfe des Ergebnisses des vorbereitenden Schrittes; (e) dass hierauf der Laserscanner in eine oder mehrere neue, bisher nicht bestimmte Positionen vor der Öffnung des Schmelzgefäßes bewegt wird; (f) dass in jeder der neuen Positionen eine Abtastung der Feuerfestauskleidung mit dem vor der Öffnung des Schmelzgefäßes aufgestelltem Laserscanner unter gleichzeitiger Abtastung der temporären Marken vorgenommen und die Positionen der temporären Marken in Bezug auf das scannerfeste Koordinatensystem ermittelt werden, so dass aus der zuvor berechneten Position der temporären Marken in Bezug auf das drehachsfeste Koordinatensystem die neue Position und Ausrichtung des Laserscanners (2) bezüglich des drehachsfesten Koordinatensystems berechnet werden kann; und (g) dass aus den durch die Laserscanner-Abtastungen ermittelten Punktdaten, dem Schmelzgefäß-Neigungswinkel und den Laserscanner-Positionen die innere Kontur der Feuerfestauskleidung des Schmelzgefäßes abgeleitet wird.
  • In ihrer allgemeinsten Form betrifft die Erfindung somit ein Verfahren, bei dem basierend auf einer vorausgegangenen Positionierungsmessung über Permanentenmarken bei einem Mess-Scan des Gefäßes aus der ersten Scanner-Position heraus gleichzeitig temporäre Marken mitgemessen werden, welche bei weiteren Mess-Scans aus anderen Scanner-Positionen wiedererkannt werden, so dass hieraus die neue Position und Neigung des Laserscanners bezüglich der Drehachse des Konverters berechnet werden kann. Die zur Positionsbestimmung des Laserscanners verwendeten Permanentmarken können Teil des Gebäudes oder auch Teil des Schmelzgefäßes sein. Als Teil des Gebäudes können die Permanentmarken am Gebäude befestigte oder auf dem Boden des Gebäudes fest angebrachte Zylinder, Kugeln oder andere unverrückbare Marken sein. Die Permanentmarken brauchen auch keine gesondert aufgestellten oder angebrachten Körper zu sein, denn es reicht aus, wenn sie als in ihrer Lage unveränderbare Bestandteile des Gebäudes durch den Laserstrahl abtastbar sind und damit die exakte Ortsbestimmung des Laserscanners möglich machen.
  • In einer anderen Ausführungsform sind die Permanentmarken nicht am Gebäude, sondern am Schmelzgefäß angebracht oder bilden einen Teil des Schmelzgefäßes, denn es kann durchaus genügen, aus der Abtastung der Öffnung des Schmelzgefäßes oder von anderen Teilen davon, die mit oder ohne Permanentmarken versehen sein können, die Position des Laserscanners in Bezug auf das Schmelzgefäß zu ermitteln. Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, dass nach einem ersten Positions-Scan, bei dem die genaue Position des Laserscanners in Bezug auf das Schmelzgefäß ermittelt wurde, entweder temporäre Marken in der Nähe der Öffnung des Schmelzgefäßes aufgestellt und gleichzeitig mit dem Mess-Scan abgetastet werden, und zwar je eine rechts und links von der Öffnung, oder es werden die Ränder der Öffnung des Schmelzgefäßes oder gegebenenfalls daran anhaftende Schlackenreste oder durch Düsen gebildete Trichter oder Krater oder sonstige erkennbare Strukturen im Feuerfestmaterial als temporäre Marken verwendet und bei der Vermessung mit abgetastet. Bei einem ersten zentralen Mess-Scan wird daher nicht nur die Feuerfestauskleidung des Schmelzgefäßes durch den Laserstrahl abgetastet, sondern auch gleichzeitig die temporären Marken, deren genaue Positionen ebenso exakt wie die Reflexionspunkte in der Feuerfestauskleidung durch den Laserscanner bestimmbar sind.
  • In einem zweiten Schritt wird nun der Laserscanner links oder rechts von der Öffnung des Schmelzgefäßes aufgestellt, um von der Seite eine Laser-Abtastung der Feuerfestauskleidung vornehmen zu können und damit möglichst den gesamten Innenraum des Schmelzgefäßes zu erfassen. Gleichzeitig mit dem Mess-Scan tastet der Laserstrahl auch die aus der vorigen zentralen Abtastung in ihrer Positionierung ermittelten temporären Marken ab, wodurch die genaue Positionierung des Laserscanners berechnet werden kann, ohne dass eine erneute Positionsmessung für den Laserscanner wie vor der ersten zentralen Abtastung vorgenommen werden muss.
  • Anschließend wird der Laserscanner in die andere Position bewegt, also beispielsweise rechts von der zentralen Stelle und es wird wiederum der Innenraum des Schmelzgefäßes abgetastet, wobei gleichzeitig die temporären Marken mitgescannt werden, so dass aus ihrer bereits vorher ermittelten Position die jeweilige neue (rechte) Abtastposition des Laserscanners berechnet werden kann. Dies bringt eine Zeitersparnis von fast 50% mit sich, denn derzeit werden pro Positions-Scan 2 Minuten benötigt, wobei der gesamte Messvorgang bei dem bekannten Verfahren ohne temporäre Marken 11 bis 12 Minuten dauert, während das erfindungsgemäße Verfahren mit 5 Minuten Produktionsunterbrechungszeit auskommt.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf einen Konverter mit verschiedenen Aufstellungsorten eines Laserscanners; und
  • 2 eine schematische Seitenansicht von 1.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigt 1 einen Konverter 1 als metallurgisches Schmelzgefäß mit einer horizontalen Achse H und einer Drehachse 8, um die der Konverter 1 leicht nach oben gekippt ist (etwa 20°), so dass man seine Öffnung 7 erkennen kann. Etwa mittig oder zentral vor der Öffnung 7 ist ein Laserscanner 2 aufgestellt, der einen Laserstrahl 4 in den Konverter 1 zur Abtastung von dessen Feuerfestauskleidung 6 aussenden kann. Der Aufstellungsort des Laserscanners 2 vor der Öffnung 7 des Konverters 1 braucht nicht exakt mittig zu sein; es reicht vielmehr aus, wenn er etwa in der Mitte der Öffnung 7 liegt und damit den Innenraum des Konverters 1 möglichst gleichmäßig erfassen kann.
  • In Bezug auf den Konverter 1 sind hinter dem Laserscanner 2 drei Permanentmarken PM1, PM2 und PM3 angeordnet, die zur Positionsbestimmung des Laserscanners 2 in der zentralen Aufstellung gemäß 1 dienen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch zwei Permanentmarken zur Positionsbestimmung ausreichen können. Die Permanentmarken PM1 bis PM3 sind hier Zylinder; es können aber auch Kugeln oder andere Marken sein, die dazu geeignet sind, die vom Laserkopf 3 ausgesendeten Laserstrahlen 4 zu reflektieren. Es kommt lediglich darauf an, dass alle Permanentmarken PM1–PM3 gebäudefeste Marken sind, die also ihre Lage in Bezug auf den Konverter 1 nicht verändern.
  • 1 zeigt ferner zwei temporäre Marken TM1 und TM2, die rechts und links neben der Öffnung 7 des Konverters 1 vor Beginn der Messung aufgestellt werden. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, sind die temporären Marken TM1, TM2 ebenfalls Zylinder, können aber auch Kugeln oder andere Reflexionskörper sein, wobei es nur darauf ankommt, dass die temporären Marken in allen drei Aufstellungsorten des Laserscanners 2, 2' und 2'' am gleichen Ort stehen bleiben. Nach erfolgter Messung können sie durchaus entfernt werden und brauchen erst für eine neue Messung wieder vor dem Konverter 1 positioniert zu werden. Dabei können sie neue Positionen einnehmen. Sie müssen sich lediglich wiederum im Scanbereich des Laserscanners 2 befinden.
  • Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommende Laserkopf 3 und die in räumlich definierter Beziehung dazu angeordnete Empfangseinrichtung 5 sind an sich bekannt. Der Laserkopf 3 arbeitet so, dass er eine Laserstrahlung von einer Laserquelle auf einen Ablenkspiegel, beispielsweise einen Polygonspiegel richtet, der die Laserstrahlen 4 durch seine Rotation ablenkt. Als Wellenlänge für die Laserstrahlen ist sichtbares Licht oder das nahe Infrarot geeignet. Die Ablen kung der Laserstrahlen 4 erfolgt in vertikaler Richtung, wenn der Ablenkspiegel um eine horizontale Achse gedreht wird. Wenn außerdem der Laserkopf 3 durch einen Schrittmotor um eine vertikale Achse gedreht wird, dann tasten die Laserstrahlen 4 die Oberfläche der Feuerfestauskleidung 6 scheibenweise ab.
  • 2 zeigt den Messvorgang zum Ermitteln der Oberfläche der Feuerfestauskleidung 6, während in 1 die Positionsbestimmungsmessung durch voll ausgezogene Linien dargestellt ist, wobei die eigentlichen Messvorgänge durch gestrichelte Laserstrahlen 4', 4'' angedeutet sind.
  • Im Einzelnen wird so vorgegangen:
    • • Die temporären Marken TM1, TM2 werden vor den Konverter 1 gestellt.
    • • Der Laserscanner 2 wird ungefähr mittig vor den Konverter 1 gestellt.
    • • Die am Gebäude angebrachten Permanentmarken PM1–PM3 werden vom Laserscanner 2 abgetastet, wobei der Laserkopf 3 nach hinten, also von der Öffnung 7 des Konverters 1 weg gerichtet wird.
    • • Die Permanentmarken PM1–PM3 werden identifiziert und ihre Position in Bezug auf das Koordinatensystem des Laserscanners 2 wird berechnet.
    • • Mit Hilfe der im Rechner des Laserscanners 2 gespeicherten, bei einer früheren Vermessung gewonnenen Information bezüglich der Lage der permanenten Messmarken PM1–PM3 und der Konverter-Drehachse 8, wird der Ort des Laserscanners 2 in Bezug auf den Konverter 1 festgelegt.
    • • Der Produktionsvorgang im Konverter 1 wird unterbrochen.
    • • Der Konverter 1 wird in eine erste Stellung gekippt, beispielsweise in Richtung der Horizontalachse H.
    • • Es wird ein erster mittiger oder zentraler Abtastvorgang oder Scan des Innenraums des Konverters 1 vorgenommen, wobei auch die temporären Marken TM1, TM2 mit abgetastet werden.
    • • Die temporären Marken TM1, TM2 werden identifiziert und ihre Position wird in Bezug auf den Laserscanner 2 berechnet. Dadurch wird ihre Lage in Bezug auf den Konverter 1 fixiert.
    • • Der Konverter 1 wird in eine zweite Stellung gekippt, beispielsweise 20° nach unten.
    • • Es wird eine zweite zentrale Abtastung des Innenraums des Konverters 1 vorgenommen.
    • • Der Konverter 1 wird in eine dritte Position gekippt, beispielsweise um 40° nach oben gegenüber der vorherigen Stellung (20° über die Horizontale H nach oben).
    • • Es wird eine dritte zentrale Abtastung durchgeführt.
    • • Der Laserscanner 2 wird aus der zentralen Stellung nach links in die Position 2' bewegt.
    • • Es wird ein linker Scan der Feuerfestauskleidung 6 unter gleichzeitiger Abtastung der temporären Marken TM1, TM2 vorgenommen.
    • • Die temporären Marken TM1, TM2 werden identifiziert und ihre Position in Bezug auf den Laserscanner 2' wird berechnet.
    • • Da die Position der temporären Marken TM1, TM2 in Bezug auf den Konverter 1 bekannt ist, kann die Position des Laserscanners 2' in der linken Stellung in Bezug auf den Konverter 1 ermittelt werden.
    • • Anschließend wird der Laserscanner 2 nach rechts in die Position 2'' bewegt und es wird der Konverter 1 von rechts abgetastet, wobei gleichzeitig die temporären Marken TM1, TM2 von rechts mit abgetastet werden.
    • • Die temporären Marken TM1, TM2 und ihre Position in Bezug auf das Koordinatensystem des Laserscanners 2'' werden berechnet.
    • • Da die Position der temporären Marken TM1, TM2 in Bezug auf den Konverter 1 bekannt ist, kann die rechte Position des Laserscanners 2'' berechnet und in Bezug auf den Konverter 1 festgelegt werden.
    • • Aus den von der Empfangseinrichtung 5 aufgenommenen Daten über die Laufzeiten der Laserstrahlen 4, 4' und 4'' aus der zentralen, der linken und der rechten Abtastung und aus den Neigungswinkeln des Laserscanners 2 kann nun die Oberfläche der Feuerfestauskleidung 6 ermittelt werden.
    • • Durch Vergleich mit zuvor gespeicherten Meßergebnissen lassen sich Veränderungen in der Dicke der Feuerfestauskleidung 6 ermitteln.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass es dem Fachmann klar ist, wie er das erfindungsgemäße Verfahren abwandeln kann, ohne vom Schutzumfang der Patentansprüche abzuweichen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Vermessen der Feuerfestauskleidung (6) eines um eine Drehachse kippbaren metallurgischen Schmelzgefäßes, insbesondere eines Stahl-Konverters (1), mit einem Laserscanner (2), – der einen Laserkopf (3) zur Aussendung von Laserstrahlen (4) aufweist, die in vertikaler und horizontaler Richtung ablenkbar sind; und – der eine Empfangseinrichtung (5) in der Nähe des Laserkopfes (3) aufweist, zur Aufnahme der von der Feuerfestauskleidung (6) reflektierten Laserstrahlen (4) für die Aufzeichnung ihrer Richtungen und Laufzeiten; – bei dem in einem ersten vorbereitenden Schritt die genaue Position und Ausrichtung des Laserscanners (2) mit scannerfestem Koordinatensystem bezüglich eines drehachsfesten Koordinatensystems mittels vorher installierter oder definierter Permanentmarken (PM1–PM3) ermittelt wird; dadurch gekennzeichnet, (b) dass der Stahlerzeugungsprozess im Schmelzgefäß (1) unterbrochen und das Schmelzgefäß entleert wird; (b) dass das Schmelzgefäß (1) zum Messen in eine Position gekippt wird, in der seine Öffnung (7) dem Laserscanner (2) zugewandt ist, und der Schmelzgefäß-Neigungswinkel gemessen wird; (c) dass mit dem vor der Öffnung (7) des Schmelzgefäßes (1) in seiner ursprünglichen Position und Ausrichtung aufgestelltem Laserscanner (2) eine erste Abtastung der Feuerfestauskleidung (6) vorgenommen wird, unter gleichzeitiger Abtastung mindestens zweier temporärer Marken (TM1, TM2); (d) dass aus den Positionen der temporären Marken (TM1, TM2), wie sie als Ergebnis dieser Abtastung in Bezug auf das scannerfeste Koordinatensystem vorliegen, die Position der temporären Marken im drehachsfesten Koordinatensystem berechnet wird mit Hilfe des Ergebnisses des vorbereitenden Schrittes; (e) dass hierauf der Laserscanner (2) in eine oder mehrere neue, bisher nicht bestimmte Positionen (2', 2'') vor der Öffnung (7) des Schmelzgefäßes (1) bewegt wird; (f) dass in jeder der neuen Positionen eine Abtastung der Feuerfestauskleidung (6) mit dem vor der Öffnung (7) des Schmelzgefäßes (1) aufgestellten Laserscanner (2) unter gleichzeitiger Abtastung der temporären Marken (TM1, TM2) vorgenommen und die Positionen der temporären Marken (TM1, TM2) in Bezug auf das scannerfeste Koordinatensystem ermittelt werden, so dass aus der zuvor berechneten Position der temporären Marken (TM1, TM2) in Bezug auf das drehachsfeste Koordinatensystem die neue Position und Ausrichtung des Laserscanners (2) bezüglich des drehachsfesten Koordinatensystems berechnet werden kann; und (g) dass aus den durch die Laserscanner-Abtastungen ermittelten Punktdaten, dem Schmelzgefäß-Neigungswinkel und den Laserscanner-Positionen (2, 2', 2'') die innere Kontur der Feuerfestauskleidung (6) des Schmelzgefäßes (1) abgeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (d) und vor Schritt (e) das Schmelzgefäß (1) in eine oder mehrere weitere Positionen gekippt wird und in jeder dieser neuen Kippstellungen eine Abtastung der Feuerfestauskleidung (6) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Permanentmarken (PM1–PM3) Zylinder, Kugeln, Platten oder ähnliche Körper verwendet werden, die zur Reflexion der Laserstrahlen (4) geeignet sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als temporäre Marken (TM1, TM2) Zylinder, Kugeln, Platten, oder ähnliche Körper, oder Teile des Schmelzgefäßes verwendet werden, die zur Reflexion der Laserstrahlen (4) geeignet sind und die ihre Lage während der gesamten Vermessung nicht verändern.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als temporäre Marken (TM1, TM2) an der Mündung anhaftende Schlackenreste verwendet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als temporäre Marken (TM1, TM2) markante Strukturen in der Feuerfestauskleidung (6) wie durch Düsen gebildete Trichter oder Krater verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung der Feuerfestauskleidung (6) von drei Aufstellungsorten des Laserscanners (2) aus durch die Öffnung (7) des Schmelzgefäßes (1) erfolgt, nämlich zentral vor der Öffnung (7) sowie links und rechts von der Mitte.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerfestauskleidung (6) von jedem Aufstellungsort des Laserscanners (2, 2', 2'') in mindestens einer Kippstellung des Schmelzgefäßes (1) gescannt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzgefäß (1) für mindestens einen Aufstellungsort des Laserscanners in zwei Stellungen gekippt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als die zwei Kippstellungen des Schmelzgefäß (1) +20° und –20° ausgehend von einer Horizontalachse (H) gewählt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzgefäß (1) für mindestens einen Aufstellungsort des Laserscanners in drei Stellungen gekippt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als die drei Kippstellungen des Schmelzgefäß (1) 0°, +20°, und –20° ausgehend von einer Horizontalachse (H) gewählt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzgefäß (1) für mehr als einen Aufstellungsort des Laserscanners in mehr als einer Kippstellung gescannt wird.
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