DE102013222486A1

DE102013222486A1 - Verfahren mit Vorrichtung zum Ausführen von Arbeiten in einer Arbeitsumgebung einer hüttenmännischen Anlage

Info

Publication number: DE102013222486A1
Application number: DE102013222486.9A
Authority: DE
Inventors: Dieter Heesen; Axel Weyer
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausführen von Arbeiten in einer Arbeitsumgebung einer hüttenmännischen Anlage, insbesondere eines Stahlwerks oder einer Stranggießanlage. Die Vorrichtung umfasst insbesondere einen Manipulator 100 zum Durchführen der Arbeiten. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ein visuelles Erfassen der Arbeitsumgebung mit Bildern vor, das Übermitteln der Bilder an einen von der Arbeitsumgebung entfernten Ort 200, das Fernsteuern des Manipulators zum Ausführen der Arbeiten durch eine Bedienperson von dem entfernten Ort aus im Ansprechen auf die Bilder der Arbeitsumgebung und das Ermitteln der räumlichen Ist-Position von zumindest dem Kopf 105 des Manipulators. Um den Manipulator von dem entfernten Ort aus noch präzisier Steuern zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Bedienperson an dem entfernten Ort 200 Empfehlungen zur Steuerung des Manipulators im Hinblick auf die auszuführenden Arbeiten auf Basis der ermittelten Ist-Position des Manipulatorkopfes gegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einer Vorrichtung zum Ausführen von Arbeiten in einer Arbeitsumgebung einer hüttenmännischen Anlage, insbesondere eines Stahlwerks oder einer Stranggießanlage, wobei ein manuell bedienter Manipulator zentraler Bestandteil der Vorrichtung ist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine hüttenmännische Anlage mit der Vorrichtung.
Im Stand der Technik zu hüttenmännischen Anlagen, insbesondere zu Stahlwerken, ist die Verwendung von Manipulatoren insbesondere auf der Gießbühne einer Stranggießanlage grundsätzlich bekannt. Die Manipulatoren werden dort unter anderem typischerweise für das Einsetzen bzw. Abnehmen von Gießrohren zwischen Pfanne und Verteiler bzw. Verteiler und Kokille eingesetzt. Bekannt sind sowohl rein händisch bedienbare Manipulatoren, bei denen eine Bedienperson direkt am Manipulator im gefährdeten Bereich der Gießbühne steht, wie auch vollautomatische Manipulatoren, welche durch Roboterbetrieb betrieben werden. Bei der manuellen Durchführung ist mit der Handhabung im unmittelbaren Bereich des Flüssigstahlprozesses eine Gefährdung der hantierenden Person gegeben. Bei Einsatz von Robotern ist zwar keine Gefährdung von Personen gegeben, allerdings sind die vollautomatisierten Roboter mit dem Einsetzen und dem Abnehmen der Gießrohre oftmals überfordert, insbesondere bei auftretenden Problemen. Oftmals ist bei einer Störung eine Abhilfe nur durch Eingriff einer Bedienperson möglich und diese ist dann wiederum hochgefährdet. Zudem ist der Investitionsbedarf für vollautomatisierte Roboter in derartigen Anwendungen sehr hoch.
Beispielhaft wird für die genannte Problematik auf folgende Druckschriften aus dem Stand der Technik verwiesen: EP 1 893 368 , DE 689 28 776 T2 , WO 2011/086459 , EP 0 265 414 , EP 0 248 784 , JP 6079416 und WO 2007/057061 A1 .
Um einerseits eine menschliche Bedienperson aus einer gefahrenbehafteten Arbeitsumgebung einer hüttenmännischen Anlage herauszuhalten und um aber andererseits notwendige Arbeiten in der Arbeitsumgebung präzise und möglichst störungsfrei durchführen zu können und um zusätzlich vorteilhafterweise auch Kosten einsparen zu können, empfiehlt sich die Fernbedienung eines im Gefahrenbereich angeordneten Manipulators von einem sicheren entfernten Ort aus. Ein derartiger Manipulator ist beispielsweise bekannt aus der internationalen Patentanmeldung WO 2010/088935 A1 . Gemäß der in dieser Anmeldung offenbarten technischen Lehre werden die Manipulatoren von einer menschlichen Bedienperson befehligt oder betätigt, die sich entfernt und in der Regel ohne unmittelbaren eigenen Einblick in die Arbeitsumgebung befindet. Die Bedienperson erhält eine indirekte Einsicht in die eigentliche Arbeitsumgebung dadurch, dass dem Manipulator insbesondere optische Mittel, wie beispielsweise Bilderfassungseinrichtungen aber auch sonstige Sensoren zugeordnet sind bzw. sein können, mittels welcher die Arbeitsumgebung detektiert wird. Die Signale der optischen Mittel, aber auch der Sensoren werden beispielsweise an einen Monitor an dem entfernten Ort übertragen, so dass die Bedienperson die Arbeitsumgebung auf dem Monitor beispielsweise in Form eines Fernsehbildes dargestellt bekommt und einsehen kann. Die Bilderfassungseinrichtung zur Erfassung der Arbeitsumgebung wird vorteilhafterweise zusammen mit dem Manipulator bewegt; zu diesem Zweck ist die Bilderfassungseinrichtung vorteilhafterweise als ein integraler Bestandteil des Manipulators oder fest mit diesem gekoppelt ausgebildet. Es können Laserscanner eingesetzt werden, um dreidimensionale Abtastungen innerhalb der Arbeitsumgebung und damit gegebenenfalls auch von einem zu bearbeitenden Werkstück durchzuführen. Auch können mit Hilfe der Bilderfassungseinrichtungen Tiefeninformationen aus Bildern, die von verschiedenen Positionen aufgenommen wurden, extrahiert werden. Vorzugsweise sind sowohl der Manipulator wie auch die Detektionseinrichtung einem gemeinsamen Koordinatensystem zugeordnet. Dies ermöglicht es, dass die mit Hilfe der Detektionseinrichtung vorgenommenen Ortsbestimmungen eines mit dem Manipulator zu handhabenden Objektes auch bei der Steuerung des Manipulators zugrunde gelegt werden können. Die WO 2010/088935 A1 offenbart darüber hinaus die Verwendung eines Gießroboters im Bereich einer Stranggießanlage.
Speziell zur Montage bzw. zum Austausch eines Schattenrohres an einer Pfanne wird auf die japanische Patentschrift JP 7185754 A verwiesen, wonach die Anschlussstelle des Schattenrohres an der Pfanne besonders markiert wird und für die Montage des Schattenrohres bildlich erfasst wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung zum Ausführen von Arbeiten in der Arbeitsumgebung einer hüttenmännischen Anlage dahingehend weiter zu bilden, dass die Bedienung des Manipulators durch eine entfernte Bedienperson erleichtert wird.
Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Die Erleichterung erfolgt dadurch, dass der Bedienperson an dem entfernten Ort Empfehlungen zur Steuerung des Manipulators im Hinblick auf die auszuführenden Arbeiten auf Basis der ermittelten Ist-Position des Manipulatorkopfes gegeben werden.
Durch die fernbedienbare manuelle Handhabung kann besser auf Störereignisse während der Handhabung des Manipulators reagiert werden.
Der Begriff Manipulator bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ausdrücklich nur einen durch eine Bedienperson an einem entfernten Ort steuerbaren Manipulator. Der Begriff bezeichnet ausdrücklich nicht einen Manipulator, welcher von einer Bedienperson am Ort des Manipulators bedienbar ist und auch keinen vollautomatischen Arbeitsroboter, welcher programmgesteuert ist. Der Manipulator im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ausdrücklich nicht programmgesteuert, sondern jede seiner Bewegungen wird durch Befehle der Bedienperson an dem entfernten Ort veranlasst, wobei die Befehle durch Aktuatoren an dem Manipulator umgesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Empfehlungen, welche typischerweise zusätzlich zu den Bildern, welche mindestens eine Bilderfassungseinrichtung von der Arbeitsumgebung gemacht hat, an die Bedienperson übermittelt werden, ermöglichen vorteilhafterweise eine Hilfestellung für die Bedienperson zum Bedienen des Manipulators, so dass die notwendigen Arbeiten präziser und im Idealfall ohne Störungen ausgeführt werden können. Aufgrund der Bildübertragung ist es nicht erforderlich, dass die Arbeitsumgebung mit dem Manipulator von dem entfernten Ort aus einsehbar ist.
Gemäß einem ersten vorteilhaften Ausführungsbeispiel findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung in einer hüttenmännischen Anlage, beispielsweise einem Stahlwerk. Bei dem entfernten Ort handelt es sich dann typischerweise um einen Leitstand in dem Stahlwerk und die Empfehlungen für die Bedienperson zum Handhaben des Manipulators werden dann auf mindestens einem Monitor, das heißt einem Bildschirm, in dem Leitstand angezeigt. Dadurch wird die Bedienperson in die Lage versetzt, den Manipulator von dem Leitstand aus mit Hilfe von Bedienelementen, wie beispielsweise Tastaturen, Steuerhebeln oder Joysticks oder mit Hilfe einer Mensch-Maschine-Schnittstelleneinrichtung, einem sogenannten Human-Machine-Interface HMI, zu bedienen.
Es werden vorteilhafterweise zahlreiche Ist-Daten in der Arbeitsumgebung erfasst und neben vorgegebenen Soll-Daten zur Erstellung der Empfehlungen ausgewertet. Bei den Ist-Daten handelt es sich beispielsweise um aktuelle Bilder, beispielsweise Fernsehbilder der Arbeitsumgebung, die Ist-Position des Manipulatorkopfes, die Ist-Position eines mit dem Manipulator handzuhabenden Objektes, die Ist-Position eines Gegenstandes in der Arbeitsumgebung, die Ist-Lage des Manipulatorkopfes im Raum, die Ist-Lage des Objektes im Raum, die Ist-Lage des Gegenstandes im Raum, Ist-Werte für Klemm- oder andere Kräfte, welche der Manipulatorkopf oder ein an den Manipulatorkopf angeschlossenes Werkzeug auf das Objekt oder einen anderen Gegenstand ausübt, die Ist-Temperatur in der Arbeitsumgebung und/oder den Ist-Druck in der Arbeitsumgebung etc.. Diese Auflistung ist keinesfalls abschließend; vielmehr können auch andere Ist-Daten in der Arbeitsumgebung erfasst werden.
Bei den Empfehlungen handelt es sich typischerweise um Vorschläge an die Bedienperson, wie der Manipulator im Raum zu bewegen ist, damit der Manipulatorkopf, optional zusammen mit dem anmontierten Werkzeug, z. B. einem Greifer, oder zusammen mit dem handzuhabenden Objekt, wenn dieses von dem Werkzeug gegriffen ist, von seiner Ist-Position an eine gewünschte Zielposition oder von seiner Ist-Lage an eine gewünschte Ziellage gelangt.
Konkret wird dann der Bedienperson empfohlen, den Manipulatorkopf anzuheben, abzusenken, vorwärts oder rückwärts zu bewegen oder zu drehen oder eine Kombination der genannten Bewegungen durchzuführen, um an die Zielposition oder in die Ziellage zu gelangen.
Im Unterschied zum Begriff „Position“ bezeichnet der Begriff „Lage“ die jeweils individuell Stellung oder Anordnung des Objektes oder des Gegenstandes im Raum, insbesondere an der Ist-Position.
Die Empfehlungen an die Bedienperson zur Handhabung des Manipulators werden typischerweise durch Werteangaben oder schematisch durch Balkenanzeigen quantifiziert. Es können auch scalierte, vorzugsweise auch bemaßte Koordinatenachsen mit dem beispielsweise schematisch in einem der von den Koordinatenachsen aufgespannten Quadranten dargestellten Manipulatorkopf oder Objekt an seiner aktuellen Ist-Position angezeigt werden.
Zumindest ein Teil der Ist-Daten wird vorzugsweise drahtlos, beispielsweise mittels Funk an eine Auswerteinrichtung übermittelt, welche zum Erstellen der Empfehlungen auf Basis der empfangenen Ist- und Soll-Daten sowie insbesondere auch auf Basis der empfangenen Bilder der Arbeitsumgebung ausgebildet ist. Die von der Auswerteeinrichtung erstellten Empfehlungen und vorzugsweise auch zumindest ein Teil der Ist-Daten werden vorzugsweise ebenfalls drahtlos an mindestens eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise den Monitor, an die Bedienperson übermittelt.
Die Funkübertragung hat den Vorteil, dass flüssigstahl-empfindliche Kabelstränge zwischen dem Manipulator und dem Leitstand entfallen.
Die Anzeige der Empfehlungen und/oder der Ist-Daten kann abstrakt, schematisch oder realistisch bildhaft erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Übermittlung von Daten, insbesondere der Bilder der Arbeitsumgebung an den Leitstand, in Echtzeit bzw. Live.
Die beim Fernsteuern des Manipulators von der Bedienperson im Leitstand ausgegebenen Befehle oder Soll-Daten werden in Steuersignale umgesetzt und vorzugsweise drahtlos an den entfernten Manipulator oder an das an den Manipulator angeschlossene Werkzeug übermittelt und dort von vorhandenen Aktoren umgesetzt. Bei den ausgegebenen Befehlen handelt es sich um die besagten Anweisungen an den Manipulator, den Manipulatorkopf anzuheben, abzusenken, vorwärts oder rückwärts zu bewegen oder zu drehen oder eine Kombination dieser Bewegungen durchzuführen. Zusätzlich zu diesen Befehlen können auch Soll-Daten, welche eine Zielposition oder eine Ziellage für den Manipulatorkopf, eine Zielposition oder eine Ziellage für das mit dem Manipulator handzuhabende Objekt handeln kann, an den Manipulator übertragen werden; diese Werte können dann als Endwerte für die Bewegungen des Manipulators dienen. Auch können Werte für die Klemm- oder andere Kräfte an den Manipulator übermittelt werden, mit welchen das Werkzeug das handzuhabende Objekt greifen darf; diese Werte dienen dann ebenfalls zur Begrenzung der Aktionen der Aktuatoren; diesmal zur Begrenzung der aufgebrachten Kräfte.
Besonders vorteilhaft eignen sich der erfindungsgemäße Manipulator und das Vorbringen der Empfehlungen für die Bedienperson, wenn es sich bei der hüttenmännischen Anlage um ein Stahlwerk handelt. Bei der Arbeitsumgebung kann es sich dann um den Bereich der Gießbühne oder der Kokille in dem Stahlwerk handeln. Bei dem Gegenstand in der Arbeitsumgebung kann es sich um eine Pfanne handeln; dann ist das Objekt ein Schattenrohr, welches an einer Anschlussöffnung an der Unterseite der Pfanne montiert und demontiert werden muss, wobei diese Arbeiten mit Hilfe des Manipulators durchgeführt werden sollen. Alternativ kann es sich bei dem Gegenstand in der Arbeitsumgebung um einen Verteiler, bei dem Objekt um ein Tauchrohr und bei den mit Hilfe des Manipulators durchgeführten Arbeiten um das Anbringen oder Entfernen des Tauchrohres an dem/von dem Verteiler handeln.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Bereich der Gießbühne eines Stahlwerks, insbesondere einer Stranggießanlage, wird die Ist-Position und die Ist-Lage der Pfanne oder des Verteilers in der Arbeitsumgebung erfasst. Anschließend muss die Ist-Position des Anschlusspunktes für das Schattenrohr an der Pfanne oder die Ist-Position des Anschlusspunktes für das Tauchrohr an dem Verteiler ermittelt und als Zielposition für das Schattenrohr oder das Tauchrohr bzw. für den Manipulatorkopf vorzugsweise drahtlos an eine Auswerteeinrichtung übermittelt werden. Dabei kann die Ist-Position des Anschlusspunktes für das Schattenrohr oder für das Tauchrohr aus der Ist-Position und der Ist-Lage der Pfanne oder des Verteilers sowie aus der bekannten geometrischen Position des jeweiligen Anschlusspunktes an der Pfanne oder an dem Verteiler berechnet werden. Alternativ kann die Ist-Position des Anschlusspunktes für das Schattenrohr oder für das Tauchrohr auch messtechnisch, beispielsweise mit Hilfe eines Kamerasystems mit Lasermesstechnik und Trackingfunktion erfasst werden.
Die Auswerteeinrichtung ermittelt auf Basis dieser Daten eine geeignete Empfehlung an die Bedienperson und übermittelt diese an eine Anzeigeeinrichtung für die Bedienperson. Die Empfehlung an die Bedienperson umfasst dann eine vorzugsweise dreidimensionale Distanzdifferenz zwischen der Zielposition und der Ist-Position des Manipulatorkopfes vorzugsweise mit Hinweisen zur Bewegung des Manipulators. Die dreidimensionale Distanzdifferenz kann in Form von Raumkoordinaten, die vorzugsweise während der Bewegung des Manipulatorkopfes stets an dessen jeweils aktuelle Ist-Position angepasst werden, anzeigt werden. Die Empfehlung, welche eine Bedienperson zur Handhabung des Manipulators empfängt, wird vorzugsweise einem auf der der Anzeigeeinrichtung angezeigten Bild von der Arbeitsumgebung, insbesondere mit der Ist-Position des Manipulatorkopfes und seiner vorzugsweise ebenfalls angezeigten Zielposition, überlagert.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Manipulator zum Ausführen von Arbeiten in der Arbeitsumgebung der hüttenmännischen Anlage. Darüber hinaus wird sie gelöst durch eine hüttenmännische Anlage mit einer derartigen Vorrichtung. Die Vorteile dieser beiden Lösungen entsprechen den oben mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren genannten Vorteilen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen von insbesondere der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Beschreibung sind zwei Figuren beigefügt, wobei
1 eine Stranggießanlage in einem Stahlwerk in einer perspektivischen Ansicht zusammen mit einem entfernt angeordneten Leitstand; und
2 die Stranggießanlage gemäß 1 in einer Draufsicht zusammen mit dem Leitstand.
zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt die Elemente einer Stranggießanlage, welche von der Gießbühne 700 aus zu sehen sind. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Pfanne 410, an welcher an einem Anschlusspunkt 415 ein Schattenrohr 310 angeschlossen ist. Das Schattenrohr mündet in einen Verteiler 420, an welchem an einem Anschlusspunkt 315 ein Tauchrohr 320 angeschlossen ist. Das Tauchrohr mündet in eine Kokille 430. Während des Betriebs der hüttenmännischen Anlage in Form eines Stahlwerks und insbesondere während des Betriebs der besagten Stranggießanlage wird flüssiger Stahl aus der Pfanne 410 über das Schattenrohr 310 und den Verteiler 420 und das Tauchrohr 320 in die Kokille 430 geleitet, um dort z. B. zu einem Gießstrang gegossen zu werden. Auf der Gießbühne 700 ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Manipulator 100 montiert zum Montieren des Schattenrohres 310 im Anschlusspunkt 415 an die Pfanne 410 oder zum Entfernen des Schattenrohres. Alternativ kann der Manipulator auch verwendet werden zur Montage des Tauchrohres 320 in dem Anschlusspunkt 315 an den Verteiler 420 oder zum Abmontieren des Tauchrohres von dem Verteiler.
Der Manipulator trägt an seinem Kopf 105 typischerweise ein Werkzeug 120, beispielsweise einen Greifer zum Greifen des Schattenrohres 310 oder des Tauchrohres 320.
Die soeben beschriebene Arbeitsumgebung auf der Gießbühne 700 einer Stranggießanlage mit den genannten Komponenten wird insbesondere während ihres Betriebs mit mindestens einer Bilderfassungseinrichtung 110-n mit n ∊ N, bildlich und vorzugsweise auch räumlich erfasst. Neben den Bilderfassungseinrichtungen 110-n in Form von Kameras bzw. Videokameras können vorzugsweise lasergestützte Detektionseinrichtungen vorhanden sein zum Erfassen der Ist-Positionen des Manipulatorkopfes 105, der Ist-Position eines mit dem Manipulator handzuhabenden Objektes, beispielsweise des Schattenrohres 310 oder des Tauchrohres 320, der Ist-Position eines Gegenstandes in der Arbeitsumgebung, beispielsweise der Pfanne 410, des Verteilers 420 oder der Kokille 430, zur Erfassung der Ist-Lage des Manipulatorkopfes, der Ist-Lage des Objektes, der Ist-Lage des Gegenstandes, von Ist-Werten für Klemm- oder Andrückkräfte, mit welchen der Manipulatorkopf oder ein an dem Manipulatorkopf angeschlossenes Werkzeug auf das Objekt oder den genannten Gegenstand oder einen anderen Gegenstand in der Arbeitsumgebung ausüben darf, oder zur Erfassung der Ist-Temperatur oder des Ist-Drucks in der Arbeitsumgebung. Auch die von den Bilderfassungseinrichtungen 110-n aufgenommenen Bilder der Arbeitsumgebung können als Ist-Daten im Sinne der vorliegenden Beschreibung verstanden werden; bei den Bilderfassungseinrichtungen 110-n handelt es sich dann im allgemeinen Sinne ebenfalls um Detektionseinrichtungen.
Wie einleitend ausgeführt, ist der Manipulator im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht als vollautomatisierter Roboter ausgebildet und wird deshalb nicht programmtechnisch gesteuert. Vielmehr wird er von einer Bedienperson ferngesteuert, welche in einem entfernt zu der Arbeitsumgebung angeordneten Leitstand tätig ist. In dem Leitstand 200 ist die Person nicht den Gefahren der Gießbühne als Arbeitsumgebung, insbesondere Hitze und Staub, ausgesetzt, sondern insofern sicher. Die von der Bilderfassungseinrichtung 110-n aufgenommenen Bilder der Arbeitsumgebung werden der Bedienperson in den Leitstand auf mindestens eine erste Anzeigeeinrichtung 600 übermittelt. Damit ist die Bedienperson in dem Leitstand in die Lage versetzt, die notwendigen Arbeiten in der Arbeitsumgebung mit Hilfe des Manipulators ausführen zu können, ohne selber einer Gefahr ausgesetzt zu sein.
Um die Arbeiten im Gefahrenbereich, insbesondere das Montieren oder Demontieren von Schattenrohr 300 und/oder von Tauchrohr 320 noch präziser als im Stand der Technik ausführen zu können, ist erfindungsgemäß eine Auswerteeinrichtung 500 vorgesehen zum Erstellen von Empfehlungen für die Bedienperson an dem entfernten Ort bzw. in dem Leitstand 200 zur Steuerung des Manipulators im Hinblick auf die auszuführenden Arbeiten auf Basis der Ist-Position des Manipulatorkopfes. Die Empfehlungen der Auswerteeinrichtung 500 erhält die Bedienperson auf einer zweiten Anzeigeeinrichtung in dem Leitstand angezeigt. Alternativ kann es sich bei der zweiten Anzeigeeinrichtung auch um dieselbe Einrichtung wie die erste Anzeigeeinrichtung handeln. Eine einzelne oder beide Anzeigeeinrichtungen können auch in Form einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, einem sogenannten Human-Machine-Interface HMI, ausgebildet sein.
Zum Steuern des Manipulators 100 vom Leitstand 200 aus sind in dem Leitstand Bedienelemente vorhanden. Bei Ausbildung der Anzeigeeinrichtung als Monitor können diese Bedienelemente beispielsweise in Form einer Tastatur oder in Form von Steuerhebeln oder Joysticks ausgebildet sein. Ist die mindestens eine Anzeigeeinrichtung 600 als Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgebildet, so sind die Bedienelemente typischerweise in die Schnittstelle integriert und z. B. als Ikons auf einem Bildschirm realisiert.
Die Detektionseinrichtungen 110-n in der Arbeitsumgebung sind vorteilhafterweise mit Hilfe von Abschirmeinrichtungen vor Hitzeeinwirkung und vor Staub geschützt. Die von den Detektionseinrichtungen 110-n erfassten Ist-Daten werden vorzugsweise mit Hilfe einer Funkübertragungseinrichtung 800 drahtlos an die Auswerteeinrichtung 500 übermittelt. Gleichermaßen dient die Funkübertragungseinrichtung 800 auch zum Übermitteln der von einer Berechnungs- oder Messeinrichtung 120 ermittelten Positionsdaten an die Auswerteeinrichtung 500. Darüber hinaus dient die Funkübertragungseinrichtung vorzugsweise auch zum Übermitteln der Bilder von der Arbeitsumgebung sowie anderer Ist-Daten und sowie der von ihr generierten Empfehlungen für die Bedienperson an die mindestens eine Anzeigeeinrichtung 600 im Leitstand.
Wie gesagt, ist die Auswerteeinrichtung 500 ausgebildet, Empfehlungen an die Bedienperson im Leitstand für die Handhabung des Manipulators zu generieren. Bezüglich der Arbeitsumgebung im Bereich der Gießbühne 700 einer Stranggießanlage werden die Empfehlungen an die Bedienperson zum Anbringen des Schattenrohres an die Pfanne oder zum Anbringen des Tauchrohres an den Verteiler bzw. zum Entfernen der Rohre von den genannten Gegenständen beispielsweise in Form einer dreidimensionalen Distanzdifferenz zwischen der Zielposition und der Ist-Position des Manipulatorkopfes bereitgestellt. Die dreidimensionale Distanzdifferenz kann in einem kartesischen Koordinatensystem visualisiert sein, wie dies beispielsweise in der vergrößerten Bildschirmansicht der Anzeigeeinrichtung 600 in 1 dargestellt ist. Besonders vorteilhaft ist die Normierung der Zielposition in den Ursprung des Koordinatensystems; die Bedienperson wird dann versuchen, durch geeignete Betätigung der Bedieneinrichtungen den in 1 in der vergrößerten Bildschirmansicht symbolisch dargestellten Manipulatorkopf 105 bzw. das von diesem getragene Schattenrohr 310 oder Tauchrohr 320, in den Koordinatenursprung, d. h. an die gewünschte Zielposition, beispielsweise die Anschlussposition 415 für das Schattenrohr an der Pfanne oder an die Anschlussposition 315 für das Tauchrohr an den Verteiler zu bewegen.
Die Funkübertragungseinrichtung 800 ist vorzugsweise bidirektional ausgebildet, so dass sowohl die Übertragung von vorzugsweise sämtlichen Ist-Daten, inklusive Bildern aus der Arbeitsumgebung in den Leitstand wie auch die Übertragung der Steuerbefehle zum Bewegen des Manipulators 100 vom Leitstand an den Manipulator drahtlos erfolgt. Die Steuerbefehle werden durch die Betätigung der Bedieneinrichtungen generiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ausgebildet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält die Bedienperson beispielsweise die Position des Anschlusspunktes für das Schattenrohr 310 unterhalb der Pfanne 410 bzw. für das Tauchrohr 320 unterhalb des Verteilers 420 in einem Koordinatensystem x, y, z eingeblendet. Die genaue Position des Anschlusspunktes 415 an der Pfanne 410 oder des Anschlusspunktes 315 an dem Verteiler 420 können aus den erfassten Positionswerten der Pfanne 410 bzw. des Verteilers 420 sowie aufgrund von deren bekannter Geometrie ermittelt werden. Vorteilhafterweise wird diese Zielposition auf den Koordinatenursprung als Zielkoordinate normiert. Die aktuelle Position, d. h. die Ist-Position des Manipulatorkopfes im Raum ist über die Achsenstellung und die Geometrie des Manipulators bekannt. Die Differenz zwischen der Zielposition, d. h. dem Anschlusspunkt und der Ist-Position des Manipulatorkopfes bzw. des von dem Manipulator gehaltenen Schattenrohres 310 oder Tauchrohres 320 wird dem Bediener als dreidimensionale Distanzdifferenz δx, δy und δz angezeigt. Unterstützt durch diese Assistenz gelingt es dem Bediener vom Leitstand aus durch manuelle Handhabung das Schattenrohr oder das Tauchrohr an die jeweilige Anschlussposition 415, 315 anzubringen bzw. dort zu entnehmen. Die Anschlusspunkte 415, 315 im Raum können als Zielposition für das Schattenrohr 310 oder das Tauchrohr 320 entweder aus der bekannten Ist-Position und der bekannten Ist-Lage der Pfanne 410 bzw. des Verteilers 420 im Raum sowie aufgrund der bekannten geometrischen Position der Anschlusspunkte an der Pfanne bzw. dem Verteiler errechnet werden. Alternativ kann die Position der Anschlusspunkte im Raum auch mit Hilfe der Detektionseinrichtungen 110-n ermittelt werden, insbesondere wenn diese mit Lasermesstechnik und einer Treckingfunktion ausgestaltet sind. Einzelne der Bilderfassungseinrichtungen sind zu diesem Zweck vorteilhafterweise in der Nähe des Drehturms, welcher die Pfanne 410 trägt bzw. in der Nähe des Verteilers 420 oder auf der Gießbühne und/oder auf dem Manipulator selbst angeordnet. Auch bei der messtechnischen Ermittlung der Position der Anschlusspunkte im Raum empfiehlt sich dessen Normierung als Zielposition auf dem Koordinatenursprung.
Bezugszeichenliste

100: Manipulator
105: Kopf des Manipulators
110: Detektionseinrichtung, insbesondere Bilderfassungseinrichtung
120: Werkzeug, insbesondere Greifer am Manipulatorkopf
200: entfernter Ort, Leitstand
310: Schattenrohr
315: Anschlusspunkt für das Tauchrohr an der Unterseite des Verteilers
320: Tauchrohr
410: Pfanne
415: Anschlusspunkt für das Schattenrohr an der Unterseite der Pfanne
420: Verteiler
430: Kokille
500: Auswerteeinrichtung
600: Anzeigeeinrichtung
700: Gießbühne
800: Funkübertragungseinrichtung
N: Menge der natürlichen Zahlen
n: natürliche Zahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1893368 [0003]
DE 68928776 T2 [0003]
WO 2011/086459 [0003]
EP 0265414 [0003]
EP 0248784 [0003]
JP 6079416 [0003]
WO 2007/057061 A1 [0003]
WO 2010/088935 A1 [0004, 0004]
JP 7185754 A [0005]

Claims

Verfahren zum Ausführen von Arbeiten in einer Arbeitsumgebung einer hüttenmännischen Anlage mit Hilfe eines Manipulators (100), umfassend folgende Schritte: Visuelles Erfassen einer Arbeitsumgebung in der hüttenmännischen Anlage in Form von Bildern mit Hilfe von mindestens einer Bilderfassungseinrichtung (110-n); Übermitteln der Bilder von der Arbeitsumgebung, in welcher die Arbeiten ausgeführt werden, an einen von der Arbeitsumgebung entfernten Ort (200); Fernsteuern des Manipulators zum Ausführen der Arbeiten durch eine Bedienperson von dem entfernten Ort aus unter Berücksichtigung der Bilder der Arbeitsumgebung; und Ermitteln der räumlichen Ist-Position von zumindest dem Kopf (105) des Manipulators; dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienperson an dem entfernten Ort (200) Empfehlungen zur Steuerung des Manipulators im Hinblick auf die auszuführenden Arbeiten auf Basis der ermittelten Ist-Position des Manipulatorkopfes gegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem entfernten Ort (200) um einen Leitstand in der hüttenmännischen Anlage handelt; dass die Empfehlungen für die Bedienperson in dem Leitstand angezeigt werden; und dass die Bedienperson den Manipulator von dem Leitstand aus manuell mit Hilfe von Bedienelementen, wie beispielsweise Tastaturen, Steuerhebeln oder Joysticks oder einer Mensch-Maschine-Schnittstelleneinrichtung Human Machine Interface HMI, bedient.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zahlreiche Ist-Daten in der Arbeitsumgebung erfasst und neben vorgegebenen Soll-Daten zur Erstellung der Empfehlungen ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Ist-Daten beispielsweise um die aktuellen Bilder der Arbeitsumgebung, die Ist-Position des Manipulatorkopfes (195), die Ist-Position eines mit dem Manipulator handzuhabenden Objektes (310, 320), die Ist-Position eines Gegenstandes (410, 420, 430) in der Arbeitsumgebung, die Ist-Lage des Manipulatorkopfes (105), die Ist-Lage des Objektes (310, 320), die Ist-Lage des Gegenstandes (410, 420, 430), Ist-Werte für Klemm- oder Andrückkräfte, welche der Manipulatorkopf (105) oder ein an den Manipulatorkopf angeschlossenes Werkzeug (120) auf das Objekt oder einen anderen Gegenstand ausübt, die Ist-Temperatur in der Arbeitsumgebung und/oder den Ist-Druck in der Arbeitsumgebung handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Empfehlungen um Vorschläge an die Bedienperson handelt, wie der Manipulator im Raum zu bewegen ist, damit der Manipulatorkopf (105), optional zusammen mit einem anmontiertem Werkzeug (120) und/oder zusammen mit dem handzuhabenden Objekt (310, 320), von seiner Ist-Position an eine gewünschte Zielpositon oder von seiner Ist-Lage in eine gewünschte Ziellage gelangt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienperson empfohlen wird, den Manipulatorkopf (105) anzuheben, abzusenken, vorwärts oder rückwärts zu bewegen oder zu drehen oder eine Kombination dieser Bewegungen durchzuführen, um an die Zielposition oder in die Ziellage zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfehlungen durch Werteangaben oder schematisch durch Balkenanzeigen quantifiziert sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Ist-Daten vorzugsweise drahtlos, beispielsweise mittels Funk, an eine Auswerteeinrichtung (500) zum Erstellen der Empfehlungen übermittelt werden; und dass die erstellten Empfehlungen und vorzugsweise auch zumindest ein Teil der Ist-Daten vorzugsweise drahtlos an mindestens eine Anzeigeeinrichtung (600) für die Bedienperson, typischerweise im Leitstand, übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige der Empfehlungen und/oder der Ist-Daten abstrakt schematisch oder realistisch bildhaft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4 und 8 oder nach 4, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übermittlung der Daten von den erfassten Bildern von der Arbeitsumgebung an den Leitstand in Echtzeit beziehungsweise Live erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Fernsteuern des Manipulators (100) von der Bedienperson im Leitstand (200) ausgegebenen Befehle oder Soll-Daten in Steuersignale umgesetzt und vorzugsweise drahtlos an den entfernten Manipulator (100) oder das angeschlossene Werkzeug (120) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Soll-Daten um die Zielposition oder die Ziellage für den Manipulatorkopf (105), um die Zielposition oder die Ziellage für das Objekt (310, 320) und/oder um Soll-Werte für die Klemm- oder Andrückkräfte handelt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der hüttenmännischen Anlage um ein Stahlwerk handelt; bei der Arbeitsumgebung um den Bereich der Gießbühne oder der Kokille (430) in dem Stahlwerk handelt; bei dem Gegenstand (410) in der Arbeitsumgebung um eine Pfanne (410), bei dem Objekt um ein Schattenrohr (310) und bei den mit Hilfe des Manipulators (100) durchgeführten Arbeiten um das Anbringen oder Entfernen des Schattenrohres (420) an/von der Pfanne (410) handelt; oder bei dem Gegenstand (420) in der Arbeitsumgebung um einen Verteiler (420), bei dem Objekt um ein Tauchrohr (320) und bei den mit Hilfe des Manipulators (100) durchgeführten Arbeiten um das Anbringen oder Entfernen des Tauchrohres (320) an den/von dem Verteiler handelt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Position und Ist-Lage der Pfanne (410) oder des Verteilers (420) in der Arbeitsumgebung erfasst werden; dass die Ist-Position des Anschlusspunktes (415) für das Schattenrohr (310) an der Pfanne (410) oder die Ist-Position des Anschlusspunktes (315) für das Tauchrohr (320) an dem Verteiler (420) ermittelt und als Zielposition für das Schattenrohr (310) oder das Tauchrohr (320) bzw. für den Manipulatorkopf (105) vorzugsweise drahtlos an die Auswerteeinrichtung (500) übermittelt wird; und dass der Bedienperson eine vorzugsweise dreidimensionale Distanzdifferenz zwischen der Zielposition, welche vorzugsweise in den Koordinatenursprung eines angezeigten Koordinatensystems normiert ist, und der Ist-Position des Manipulatorkopfes, vorzugsweise mit Hinweisen zur Bewegung des Manipulators, als Empfehlung zur Handhabung des Manipulators angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Position des Anschlusspunktes (415) für das Schattenrohr (310) oder für das Tauchrohr (320) aus der Ist-Position und der Ist-Lage der Pfanne oder des Verteilers sowie der bekannten geometrischen Position des jeweiligen Anschlagspunktes an der Pfanne oder an dem Verteiler berechnet wird; oder dass die Ist-Position des Anschlusspunktes für das Schattenrohr oder für das Tauchrohr messtechnisch, beispielsweise mit Hilfe eines Kamerasystems mit Lasermesstechnik und Trackingfunktion, erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Distanzdifferenz in Form von Raumkoordinaten, die vorzugsweise während der Bewegung des Manipulatorkopfes stets an dessen jeweils aktuelle Ist-Position angepasst werden, angezeigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfehlung an die Bedienperson zur Handhabung des Manipulators (100) einem auf der Anzeigeeinrichtung (600) angezeigten Bild von der Arbeitsumgebung, insbesondere von der Ist-Position des Manipulatorkopfes und der Zielposition, überlagert wird.
Vorrichtung mit: einem Manipulator (100) mit einem Manipulatorkopf zum Ausführen von Arbeiten in einer Arbeitsumgebung in einer hüttenmännischen Anlage; mindestens einer Bilderfassungseinrichtung (110-n) zum Erfassen der Arbeitsumgebung in Form von vorzugsweise Live-Bildern; und einem von der Arbeitsumgebung entfernt angeordneten Leitstand (200) mit mindestens einer ersten Anzeigeeinrichtung (600) zum Anzeigen der Bilder von der Arbeitsumgebung und mit Bedienelementen zum Fernsteuern des Manipulators von dem Leitstand aus durch eine Bedienperson unter Berücksichtigung der Bilder; einer Detektionseinrichtung zum Detektieren oder Berechnen der Ist-Position des Manipulatorkopfes dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung (500) vorgesehen ist zum Erstellen von Empfehlungen für die Bedienperson an dem entfernten Ort (200) zur Steuerung des Manipulators (100) im Hinblick auf die auszuführenden Arbeiten auf Basis der Ist-Position des Manipulatorkopfes (105); und dass eine zweite Anzeigeeinrichtung in dem Leitstand (200) vorhanden ist zum Anzeigen der Empfehlungen für die Bedienperson.
Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch weitere vorzugsweise lasergestützte Detektionseinrichtungen (110-n) zum Erfassen, der Ist-Position eines mit dem Manipulator handzuhabenden Objektes, der Ist-Position eines Gegenstandes in der Arbeitsumgebung, der Ist-Lage des Manipulatorkopfes, der Ist-Lage des Objektes, der Ist-Lage des Gegenstandes, von Ist-Werten für Klemm- oder Andrückkräfte, welche der Manipulatorkopf (105) oder ein an den Manipulatorkopf angeschlossenes Werkzeug (120) auf das Objekt oder einen anderen Gegenstand ausübt, der Ist-Temperatur in der Arbeitsumgebung und/oder des Ist-Drucks in der Arbeitsumgebung.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Detektionseinrichtungen (110-n) in der Arbeitsumgebung mit Hilfe von Abschirmeinrichtungen vor Hitzeeinwirkung und/oder vor Staub geschützt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Anzeigeeinrichtung (600) ein und dieselbe sind und z.B. in Form eines einzigen Monitors oder einer einzigen Mensch-achine-Schnittstelle (Human Machine Interface HMI) ausgebildet sind, welcher/welche ausgebildet ist, die Empfehlungen für die Bedienperson in die Bilder von der Arbeitsumgebung einzublenden.
Vorrichtung nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung der Anzeigeeinrichtungen als Monitor die Bedienelemente zur Steuerung des Manipulators in Form von Tastatur, Steuerhebeln oder Joysticks ausgebildet sind; oder dass bei Ausbildung der Anzeigeeinrichtung als Mensch-Machine-Schnittstelle die Bedienelemente in die Schnittstelle integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, es sich bei der hüttenmännischen Anlage um ein Stahlwerk handelt; bei der Arbeitsumgebung um den Bereich der Gießbühne oder der Kokille in dem Stahlwerk handelt; bei dem Gegenstand in der Arbeitsumgebung um eine Pfanne (410), bei dem Objekt (310) um ein Schattenrohr und bei den mit Hilfe des Manipulators (100) durchgeführten Arbeiten um das Anbringen oder Entfernen des Schattenrohres an/von der Pfanne handelt; oder bei dem Gegenstand (420) in der Arbeitsumgebung um einen Verteiler, bei dem Objekt (320) um ein Tauchrohr und bei den mit Hilfe des Manipulators durchgeführten Arbeiten um das Anbringen oder Entfernen des Tauchrohres an den/von dem Verteiler handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 19 und 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (110-n) ausgebildet ist, die Ist-Position und Ist-Lage der Pfanne oder des Verteilers in der Arbeitsumgebung zu erfassen; dass eine Berechnungseinrichtung oder eine Messeinrichtung (120) vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, die Ist-Position des Anschlusspunktes für das Schattenrohr an der Pfanne oder die Ist-Position des Anschlusspunktes für das Tauchrohr an dem Verteiler als Zielposition für das Schattenrohr oder das Tauchrohr bzw. für den Manipulatorkopf zu ermitteln; und dass die Auswerteeinrichtung (500) ausgebildet ist, die Empfehlung an die Bedienperson zum Anbringen des Schattenrohres an die Pfanne oder zum Anbringen des Tauchrohres an den Verteiler in Form einer vorzugsweise dreidimensionalen Distanzdifferenz zwischen der Zielposition und der Ist-Position des Manipulatorkopfes, bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funkübertragungseinrichtung (700) vorgesehen ist, zum drahtlosen Übertragen der von der mindestens einen Detektionseinrichtung (110-n, 120) erfassten Daten und der von der Berechnungseinrichtung oder der Messeinrichtung erstellten Daten an die Auswerteeinrichtung (500), der von der Auswerteeinrichtung generierten Empfehlungen für die Bedienperson an die mindestens eine Anzeigeeinrichtung (600) und der Bilder von der Arbeitsumgebung ebenfalls an die Anzeigeeinrichtung.
Hüttenmännische Anlage, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18–25 mit einem Manipulator zum Durchführen von Arbeiten in einer Arbeitsumgebung der hüttenmännischen Anlage.