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Die Erfindung betrifft eine Stranggießanlage zur Herstellung eines metallischen Strangs, wobei die Stranggießanlage mindestens einen Roboter aufweist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Stranggießanlage.
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Zur Sicherung einer guten Produktqualität wird bekanntermaßen in einer Stranggießanlage der Strang bzw. die Bramme durch eine Vielzahl von Sensoren unterschiedlicher Funktion überwacht und gemessen. Beispielsweise wird mittels Pyrometer die Oberflächentemperatur des Strangs oder der Bramme erfasst. Laserscanner oder Radarsensoren dienen zur Prüfung der Geometrie des Strangs oder der Bramme. Kameras dienen zur Prüfung der Oberfläche des Strangs oder der Bramme. Weiterhin sind Ultraschallsensoren zur Prüfung der Innenqualität des Strangs oder der Bramme bekannt. Die Sensoren können an unterschiedlichen Stellen der Stranggießanlage untergebracht werden, wobei sie insbesondere ortsfest platziert sind.
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Oft ist es von Vorteil, einen Sensor nicht nur an einem Ort zu verwenden, sondern an verschiedenen Stellen positionieren zu können. Hierzu ist es bekannt, die Sensoren entlang einer Achse auf dem Strang oder über den Strang zu bewegen. Nachteilig ist es bei dieser Lösung, dass die möglichen Einsatzorte der Sensoren immer noch stark beschränkt sind und die verwendeten Vorrichtungen einer sehr starken thermischen Belastung ausgesetzt sind.
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Nachteilig ist es weiterhin, dass für die Messung Oberflächenbedingungen am Strang vorliegen, die die Messung nachteilig beeinflussen. Es wäre von Vorteil, für sensorische Messungen die Möglichkeit zu schaffen, eine Manipulation der Strangoberfläche vorzusehen. So könnten beispielsweise Kameras erheblich bessere Daten von der Strangoberfläche aufnehmen, wenn die den Strang umschließende Zunderschicht vor der Kamera-Aufnahme des Strangs entfernt würde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Stranggießanlage sowie ein Verfahren zu deren Betrieb vorzuschlagen, die bzw. das es ermöglicht, eine verbesserte und flexible Analyse des Strangs oder der Bramme durchzuführen.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter als mehrachsiger Roboter ausgebildet ist, der mit einem Ende eines Roboterarms einen Sensor und/oder ein Bearbeitungswerkzeug über den Strang oder die Bramme führen kann.
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Der Roboter ist dabei vorzugsweise ausgebildet, einen Sensor und/oder ein Bearbeitungswerkzeug synchron mit der Bewegung des Strangs oder der Bramme in Förderrichtung des Strangs bzw. der Bramme zu führen.
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Der Roboter hat bevorzugt des weiteren ein Magazin, in dem eine Anzahl an Sensoren und/oder Bearbeitungswerkzeugen platziert sind, die mittels eines Wechselsystems automatisiert am Ende des Roboterarms montiert und demontiert werden können.
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Der mindestens eine Sensor ist dabei insbesondere ausgebildet, eine geometrische Größe des Strangs bzw. der Bramme, die Temperatur des Strangs bzw. der Bramme oder die chemische Zusammensetzung des Materials des Strangs bzw. der Bramme zu erfassen.
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Das mindestens eine Bearbeitungswerkzeug ist bevorzugt ausgebildet, einen spanenden Bearbeitungsvorgang, insbesondere einen Schleifvorgang oder einen Bohrvorgang, an der Oberfläche des Strangs bzw. der Bramme oder eine Entzunderung der Oberfläche des Strangs bzw. der Bramme auszuführen.
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Damit der Sensor bzw. das Bearbeitungswerkzeug bevorzugt synchron besser der Bewegung des Strangs bzw. der Bramme folgen kann, sieht eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Roboter auf einer Verfahreinheit (Fördervorrichtung) platziert ist, mit der der Roboter in Förderrichtung des Strangs bzw. der Bramme bewegt werden kann.
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Natürlich ist die Verfahreinheit aber nicht zwingend. Prinzipiell kann der Roboter auch durch seine normale Bewegung den Strang bzw. die Bramme verfolgen. Die optional vorgesehene Verfahreinheit kann den Roboter sowohl in Förderrichtung des Strangs bzw. der Bramme bewegen als auch senkrecht oder quer dazu. Bei einer Bewegung senkrecht oder quer zur Förderrichtung wird, bedingt durch die kinematischen Einschränkungen des Roboters, der tatsächliche Arbeitsraum größer. So ist es nur sehr schwer möglich, sowohl die Oberfläche des Strangs bzw. der Bramme von oben als auch die Seitenflächen von der Seite zu betrachten, ohne den Roboter ein Stück vom Strang bzw. von der Bramme wegbewegen zu können. Diese Schwierigkeit wird beim Einsatz einer Verfahreinheit eliminiert, die den Roboter bewegt.
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Der Roboter und gegebenenfalls die Verfahreinheit sind dabei bevorzugt am Auslauf der Strangführung der Stranggießanlage angeordnet. In diesem Falle kann der Strang bzw. die Bramme im Strangauslaufbereich bzw. im Brammenauslauf besonders günstig manipuliert und/oder vermessen werden.
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Der Roboter kann auch in der Kühlkammer der Stranggießanlage angeordnet sein. Das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben einer solchen Stranggießanlage sieht erfindungsgemäß die Schritte vor:
- a) automatisiertes Bestücken des Roboters mit einem Sensor aus einem Magazin;
- b) Anschließend: Vermessen einer Stelle des Strangs oder der Bramme mit dem Sensor.
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Vorteilhaft bildet sich dieses Verfahren dadurch weiter, dass es ferner die Schritte aufweist:
- a‘) Vor der Durchführung des Schritts a): Bestücken des Roboters mit einem Bearbeitungswerkzeug und Bearbeiten einer definierten Stelle des Strangs oder der Bramme mit dem Bearbeitungswerkzeug;
- a‘‘) Nach Schritt a‘) und vor Schritt a): Entfernen des Bearbeitungswerkzeugs aus dem Roboter.
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Ein Basisteil des Roboters kann dabei bei der Durchführung der Schritte a‘), a‘‘), a) und b) ortsfest bleiben.
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Es kann aber alternativ auch vorgesehen werden, dass ein Basisteil des Roboters bei der Durchführung zumindest einiger der Schritte a‘), a‘‘), a) und b) mittels der Verfahreinheit in oder quer zur Förderrichtung des Strangs oder der Bramme verschoben wird.
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Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur messtechnischen Erfassung von relevanten Parametern in einer Stranggießanlage. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem entsprechenden Verfahren ist es möglich, eine effektive Prüfung des Strangs bzw. der Bramme innerhalb der Stranggießanlage vorzunehmen.
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Das erfindungsgemäße Konzept basiert also auf der Idee, einen mehrachsigen Industrieroboter einzusetzen, um verschiedene Sensoren auf dem oder über den Strang bzw. die Bramme zu führen; auch soll die Möglichkeit geschaffen werden, den Strang bzw. die Bramme vor der Messung an der zu vermessenden Stelle zu manipulieren, d. h. zu bearbeiten, um verbesserte Messdaten zu gewinnen. Die Sensoren sind ausgebildet, eine Eigenschaft des Strangs bzw. der Bramme (beispielsweise betreffend die Geometrie, die Chemie, Defekte und die Temperatur) zu erfassen; bevorzugt weist das vorgeschlagene System dabei mindestens zwei verschiedene Sensoren auf. Weiterhin können Werkzeuge zur Bearbeitung (beispielsweise zum Flämmen, Schleifen, Entzundern, Nadeln und Bohren) vom Roboter geführt werden.
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Eine Messaufgabe wird bevorzugt so durchgeführt, dass der Strang bzw. die Bramme zunächst mit einem Effektor des Roboters bearbeitet und anschließend die bearbeitete Stelle einer Messung unterzogen wird. Bevorzugt wird der Roboter dabei zusätzlich mittels einer geeigneten Vorrichtung bewegt.
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In dem zu vermessenden Bereich der Stranggießanlage, beispielsweise und bevorzugt im Brammenauslauf, wird ein mehrachsiger Industrieroboter platziert. Der Roboter verfügt über ein Greiferwechselsystem, um verschiedene Sensoren oder Manipulatoren aus einem entsprechenden Magazin entnehmen zu können. Bevorzugt sind die Anschlüsse und Versorgungen der Sensoren und Manipulatoren durch die Roboter geführt; es können aber auch externe Versorgungsleitungen zu dem Sensor oder dem Effektor des Roboters führen. Im letztgenannten Fall muss die Bewegung des Roboters darauf eingeschränkt werden, dass die Kabel und Leitungen vom Sensor oder Manipulator nicht abgerissen oder beschädigt werden.
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Der Roboter kann nun einen Sensor aus dem Magazin entnehmen und in eine messtechnisch günstige Position über, unter oder neben dem Strang bzw. die Bramme führen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Roboter auch selber auf eine Apparatur – beispielsweise eine Lineareinheit oder einer Schwenkachse – gestellt werden, um seinen Operationsradius zu vergrößern und auch größere Strangoberflächen vollständig abdecken zu können. Ebenso ist es möglich, den Roboter mit der Brennschneidemaschine zu verbinden, so dass während des Brennschneidvorgangs Messungen und Manipulationen durchgeführt werden können, ohne dass der Roboter sich noch zusätzlich mit dem Strang bzw. der Bramme mitbewegen muss.
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Eine Erweiterung der vorgeschlagenen Lösung sieht vor, dass die von dem Roboter gemessenen Daten direkt auf die Steuerung der Stranggießmaschine einwirken und so eine direkte Rückkopplung der Signale auf die produzierte Qualität ermöglicht wird. Hierbei kann beispielsweise eine festgestellte Abweichung in der Geometrie des Strangs bzw. der Bramme direkt auf die Einstellung der vorhergehenden Stranggießsegmente oder der Kokille erfolgen, um die Abweichung für die sich anschließende Produktion zu minimieren. Die vom Sensor gemessenen Daten können also demgemäß direkt in die Steuerung der Stranggießanlage eingesteuert und berücksichtigt werden.
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Durch den Einsatz des mehrachsigen Industrieroboters ergeben sich eine Reihe von Vorteilen gegenüber den vorbekannten Lösungen, wie beispielsweise Lineareinheiten oder ortsfeste Sensoren.
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So kann sich ein robotergeführter Sensor mit dem Strang bzw. mit der Bramme mitbewegen, so dass eine längere Untersuchung einer bestimmten Stelle im Strang bzw. in der Bramme erlaubt wird.
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Bewegt sich der Strang bzw. die Bramme nicht übermäßig schnell, kann der Roboter eine bestimmte Stelle im Strang bzw. in der Bramme messen, den Sensor dann wechseln und dann dieselbe Stelle ein weiteres Mal mit einem anderen Sensor messen, was eine Integration unterschiedlicher Sensoren erlaubt.
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Der Wechsel oder die Wartung von Sensoren ist im laufenden Betrieb mit der erfindungsgemäßen Lösung deutlich vereinfacht, da das Magazin für den Arbeiter deutlich leichter erreicht werden kann, als eine Position direkt am oder über dem Strang bzw. der Bramme.
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Beim Einsatz unterschiedlicher Messverfahren ist der Platzbedarf einer solchen roboterbasierten Anlage deutlich reduziert gegenüber einer konventionellen Anlage wo die Sensoren – und gegebenenfalls ihre notwendigen Verfahrachsen – alle am Strang untergebracht werden müssen.
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Bei einer entsprechenden Aufstellung ist es möglich, den Strang bzw. die Bramme von mehreren Seiten – d. h. von der Unterseite, der Oberseite und den Kanten bzw. Seiten – mit einer Anlage abzutasten bzw. zu prüfen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt schematisch einen Teil einer Stranggießanlage in der Seitenansicht und
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2 zeigt schematisch die Stranggießanlage in der Draufsicht.
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In den Figuren ist ein Teil einer Stranggießanlage 1 zu sehen, in der ein Strang 2 hergestellt wird. Von einer Strangführung 8 ist der letzte Abschnitt in Förderrichtung F zu erkennen; dabei sind Segmente 9 der Strangführung 8 dargestellt. Der Strang 2 passiert im weiteren Verlauf eine Brennschneidmaschine 10.
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Am Auslauf der Strangführung 8 ist ein Roboter 3 angeordnet, der als mehrachsiger Industrieroboter ausgebildet ist. Er weist einen Roboterarm 4 auf, an dessen Ende ein Sensor 5 oder ein – nicht dargestelltes – Bearbeitungswerkzeug angeordnet werden kann.
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Weiter vorhanden ist ein Magazin 6, in dem diverse Sensoren 5 bzw. Bearbeitungswerkzeuge gelagert sind. Nicht dargestellt ist ein automatisiertes Wechselsystem, mit dem Sensoren 5 bzw. Bearbeitungswerkzeuge am Ende des Roboterarms 4 montiert bzw. demontiert werden können. Derartige Wechselsystems sind im Stand der Technik bekannt.
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Der Strang 2 verlässt in Förderrichtung F die Strangführung 8 durch das letzte Segment 9. Die Brennschneidmaschine 10 teilt den Strang horizontal durch und erzeugt damit die Bramme.
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Im dargestellten Fall wurde der Roboter 3 bereits mit einem Sensor 5 bestückt, der automatisiert aus dem Magazin 6 entnommen und am Ende des Roboterarms 4 montiert wurde. Der Sensor 5 ist vorliegend ausgebildet, eine geometrische Eigenschaft des Strangs 2 zu messen. Konkret handelt es sich im vorliegenden Falle bei dem Sensor um eine Kamera, die einen entsprechenden Bereich des Strangs 2 aufnehmen kann. Aus der Darstellung gemäß 2 ergibt sich, dass der Sensor 5 in Form der Kamera von oben die Strangoberfläche aufnimmt.
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Schematisch angedeutet ist auch eine Verfahreinheit 7, mit der ein Basisteil 11 des Roboters 3 in Förderrichtung F bewegt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Betriebsweise wird zunächst mittels eines Bearbeitungswerkzeugs eine definierte Stelle des Strangs 2 bearbeitet, beispielsweise durch spanende Bearbeitung freigelegt. Anschließend erfolgt ein automatisiertes Wechseln vom Bearbeitungswerkzeug auf einen Sensor, d. h. das Bearbeitungswerkzeug wird entnommen und im Magazin 6 platziert; anschließend wird ein Sensor 5 aus dem Magazin 6 entnommen und am Ende des Roboterarms 4 montiert.
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Anhand des Roboters 3 und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Verfahreinheit 7 wird dann synchron mit der Bewegung des Strangs 2 in Förderrichtung F die vorbearbeitete Stelle des Strangs 2 vom Sensor 5 vermessen bzw. untersucht.
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Der Roboter 3 und gegebenenfalls die Verfahreinheit 7 sorgen also dafür, dass eine definierte Stelle des Strangs 2 synchron mit der Bewegung des Strangs 2 in Förderrichtung F (mittels eines Bearbeitungswerkzeugs) präpariert und (mittels eines Sensors 5) analysiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stranggießanlage
- 2
- Strang / Bramme
- 3
- Roboter
- 4
- Roboterarm
- 5
- Sensor
- 6
- Magazin
- 7
- Verfahreinheit (Fördervorrichtung)
- 8
- Strangführung
- 9
- Segment
- 10
- Brennschneidmaschine
- 11
- Basisteil
- F
- Förderrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/057061 A1 [0002]
- EP 2393636 B1 [0002]
- EP 1750872 B1 [0002]
