DE19846709A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern an Brammen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern, insbesondere Rissen an Brammen, mittels Abflämmen der Brammen an der Oberfläche entlang vorgegebener Konturen und anschließende Sichtprüfung. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vor dem Abflämmen entweder bei Kenntnis der Brammengeometrie und -größe die jeweils zu prüfende Bramme ausgerichtet und hiermit eine definierte räumliche Lage eingestellt oder es werden in einem Lehrvorgang die Ortskoordinaten der Brammenkanten durch berührendes oder berührungsloses Abtasten automatisch ermittelt, wonach anschließend über einen bahngesteuerten Manipulator ein Flämmgerät entlang mindestens einer der Brammenlage und -größe entsprechenden Raumkurve geführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung von Oberflächenfehlern, insbesondere Rissen an Brammen mittels Abflämmen der Brammen an der Oberfläche entlang vorgegebener Konturen.

Beim Abkühlen der durch Gießen hergestellten Brammen kommt es an der Oberfläche bzw. in oberflächennahen Bereichen häufig zu einer unerwünschten Rißbildung. Brammen mit solchen Rissen wer­ den entweder durch Oberflächen-Abflämmen nachbehandelt oder einem erneuten Einschmelzen zurückgeführt. Zur Feststellung der Oberflächenrisse werden nach dem Stand der Technik mit Hilfe eines durch eine Bedienungsperson geführten Flämm-Brenners ent­ lang sogenannter Prüfstriche bereichsweise abgeflämmt. Solche Prüfstriche sind im Regelfall an den besonders rißgefährdeten Längskanten, aber auch auf den größeren Brammen-Längsseiten quer zur Längsachse anzubringen. Ggf. werden auch vollständige Schmalseitenflämmungen und Flämmungen der kompletten Kantenbe­ reiche auf beiden Breitseiten in einer Breite von ca. 200 mm durchgeführt.

Mit solchen Flämmarbeiten können auch Quer- und Längsbrenn­ bartreste sowie sonstige von außen sichtbare Fehler entfernt werden.

Die Handführung der Brenner ist nicht nur körperlich anstren­ gend, sondern verlangt auch ein erhebliches Geschick der Bedie­ nungspersonen. Nachteilig ist ferner, daß die betreffende Bedienungsperson den beim Abflämmen entstehenden Gasen sowie erheblichen Stäuben ausgesetzt ist. Einer Automatisierung der Flämmarbeiten stand bisher im Wege, daß die jeweils nacheinan­ der zu bearbeitenden Brammen in ihrer Größe und Form nicht identisch sind und sich zum Teil auch Lageverschiebungen der Brammen beim Transport ergeben, welche man bisher glaubte, nur durch eine manuell den Flämmer führende Bedienungsperson berücksichtigen zu können.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an, die die Aufgabe löst, nacheinander folgende Brammen in einer der Bedienungsperson kör­ perliche Arbeit und Gas-Staubbelästigung einsparenderweise abflämmen zu können. Die Flämmbrennerführung entlang vorgegebe­ ner Prüfstriche oder Kanten soll gegenüber dem bisherigen manu­ ell ausgeführten Verfahren zumindest gleichwertig sein.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch das im Patentanspruch I beschriebene Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Abflämmen entweder bei Kenntnis der Brammengeome­ trie und -größe die jeweils zu prüfende Bramme ausgerichtet und hiermit eine definierte räumliche Lage eingestellt wird oder in einem Lehrvorgang die Ortskoordinaten der Brammenkanten durch berührendes oder berührungsloses Abtasten automatisch ermittelt und anschließend über einen bahngesteuerten Manipulator ein Flämmgerät entlang mindestens einer der Brammenlage und -größe entsprechenden Raumkurve geführt wird. In einer für die Fach­ welt nicht vorhersehbaren Weise hat sich nämlich herausge­ stellt, daß bei der im wesentlichen rechteckigen Bramme Rißbil­ dungen insbesondere an den Schmalseiten bzw. an den Schmalsei­ tenkanten, und hier an jeweiligen Enden auftreten, so daß beim eingestellter bekannter Lage der Bramme oder bei meßtechnischer Ermittlung der tatsächlichen Ist-Lage eine automatisierte Flämmbrennerführung ohne Einbuße der Qualität der Prüfung mög­ lich ist. Darüber hinaus reichen wenige auf der größeren Bram­ menlängsseite ausgeführte Prüfstriche quer zur Brammenlängs­ achse aus, um die Oberflächengüte der Bramme mit der notwendi­ gen Sicherheit feststellen zu können. Diese Querstriche sind in äquidistanten Abständen auszuführen. Die betreffenden geometri­ schen Orte, entlang der der Flämmbrenner in bezug auf das Werk­ stück zu führen ist, können somit in Form von Raumkurven an einem einer Musterbramme entnommenen Quader definiert und in einem Rechner gespeichert werden. Entspricht der gespeicherte Quader den geometrischen Abmessungen nach den zugeführten Bram­ men, so ist vor dem Flämmen lediglich deren Raumausrichtung entweder einzustellen oder meßtechnisch zu erfassen, um dann den Manipulator und damit den daran befestigten Flämmbrenner entlang den gewünschten Wegen zu führen. Im einfachsten Fall leistet dies eine 5-Achsen-Steuerung (X-Y-Z-C-A-Steuerung), in einer Weiterbildung sollte der Manipulator auch Schwenkbewegun­ gen zur Winkelausrichtung des Flämmbrenners im Raum ausführen können. Entspricht die zugeführte Bramme nicht dem Musterqua­ der, ist es durch berührendes oder berührungsloses abtasten mittels einer Meßeinrichtung möglich, die tatsächliche Form und die Ausrichtung dieser Bramme im Raum zu ermitteln, anhand der durch Vergleich mit den Prüfstrichvorgaben im Rechner die betreffenden abzufahrenden Linien auf den durch Messung fest­ gestellten Ist-Körper übertragen werden. Die derart abgeflämm­ ten Brammen können anschließend, nämlich nach Abkühlung, einer Sichtprüfung und etwaigen Weiterverarbeitung unterzogen werden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß etwaige Bedienungsfehler bei der Handhabung des Flämmbrenners, wie sie bei manueller Brennerführung infolge von Müdigkeit oder Unachtsamkeit vorkommen können, ausgeschlossen werden. Auch erlaubt die zum Werkstück stets abstandsgleiche Flämmbrenner­ führung vergleichende Untersuchungen im Hinblick auf die opti­ male Wahl des Abstandes.

Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So verläuft die Raumkurve, welche das Flämmgerät durchläuft, parallel zu den Brammenkanten, ggf. entlang der Brammenlängs­ schmalseite in einem ein- oder mehrstufigen vollflächigen Abflämmen. Zusätzlich oder alternativ hierzu sind Raumkurven parallel zu der (obenliegenden) größeren Brammenlängsseite und senkrecht zur Brammenlängsachse vorgesehen, wobei die Raumkur­ ven entweder linear über eine vorgebbare Wegdistanz oder auch in einem Bogen mit einem großen Krümmungsradius verlaufen kön­ nen. Vorzugsweise wird die Raumkurve der Brammengröße und -geo­ metrie entsprechend durch einen Rechner nach einer in die­ sem Rechner gespeicherten Sollwertvorgabe ermittelt und als Steuergröße an den Manipulator gegeben.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, daß die Brammen mit mindestens einer sichtbaren Linie oder Kurve, vor­ zugsweise durch Kreide, an den abzuflämmenden Stellen gekenn­ zeichnet werden und daß diese Linien oder Kurven durch optische Abtastung automatisch ermittelt und deren räumliche Lage und Verlauf als Steuergröße für den Manipulator verwendet wird. Durch diese Maßnahme kann im Bedarfsfall von den vorgegebenen Raumkurven abgegangen werden, ohne daß auf die übrigen Vorteile der automatischen Flämmbrennerführung verzichtet werden muß.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mit dem Manipulator eine Kamera mit- bzw. nachgeführt, die mit einem Bildschirm verbunden ist, worüber eine entfernt vom Flämmort stehende Bedienungsperson etwaige Oberflächenfehler erkennen und entsprechende Maßnahmen einleiten kann. Eine mögliche Maß­ nahme ist nach einer Weiterbildung der Erfindung die anschlie­ ßende, ebenfalls über die Manipulatorführung geleistete voll­ flächige Abflämmung der Brammenseiten bis zu einer gewünschten Eindringtiefe.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst, die erfindungsgemäß entweder eine För­ dereinrichtung zur Brammenausrichtung oder eine Abtast-Wege­ meßeinrichtung mit einem Rechner zur Ermittlung der Lage und Größe der zu behandelnden Bramme aufweist, die mit einer pro­ grammierbaren Steuerung, vorzugsweise einer Teach-in-Steuerung, für einen Manipulator, an dem ein Flämmbrenner befestigt ist, verbunden sind. Steuerungen dieser Art sind in Verbindung mit Manipulatoren (Industrierobotern) grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt, so daß auf insoweit vorhandene Kenntnisse zurückgegriffen werden kann. Der Manipulator muß so ausgewählt werden, daß er auf die benötigten Bewegungsgrade und das Gewicht des Flämmbrenners abgestimmt ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuer­ einrichtung mit einer optischen Abtastung für auf der Bramme angebrachte Markierungen verbunden. Auf diese Weise kann der Roboter entlang Raumkurven geführt werden, die er jeweils direkt optisch erfaßt, unabhängig von der Lage und Größe der Bramme.

Eine zusätzlich am Manipulator angebrachte Kamera, die mit einem Bildschirm verbunden ist, ermöglicht die Beobachtung des Abflämmens bzw. die anschließende Prüfung der Brammenoberfläche auf Rißbildung von einem vom Arbeitsort entfernten Standort.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine 3 D-gesteuerte Vorrichtung dargestellt.

Entlang Längsschienen 1, 2 ist ein Ständergerüst 3 in X-Richtung weggesteuert verfahrbar. Dieses Ständergerüst weist einen in der Höhe (Z-Richtung) sowie quer zur genannten X-Richtung, nämlich in Richtung des Doppelpfeiles 4 verfahrba­ ren Querarm 5 auf, an dessen freien Ende ein den Flämmbrenner tragender Manipulator 6 angeordnet ist.

Oberhalb dieses frei überkragenden Armes wird die Bramme konti­ nuierlich oder diskontinuierlich längsgeführt, wobei der Flämm­ brenner entlang vorbestimmter und in bezug auf die geführte Bramme festliegender Raumkurven die Brammenoberfläche gesteuert abflämmt.

Nicht dargestellt sind Abtast-Wegmeßeinrichtungen, welche die Größe, Kontur und Lage der Bramme erfassen können, oder För­ dereinrichtungen mit Ausrichtelementen zur Festlegung der Lage einer der Größe und Form nach bekannten Bramme sowie im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannte Steuereinrichtungen für die Manipulatorführung. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Kamera sowie ein hiermit verbundener Bildschirm.

Die dargestellte Vorrichtung kann pneumatisch, hydraulisch oder auch elektrisch betrieben werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Feststellung von Oberflächenfehlern, insbe­ sondere Rissen an Brammen mittels Abflämmen der Brammen an der Oberfläche entlang vorgegebener Konturen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abflämmen entweder bei Kenntnis der Brammen­ geometrie und -größe die jeweils zu prüfende Bramme ausge­ richtet und hiermit eine definierte räumliche Lage einge­ stellt wird oder in einem Lehrvorgang die Ortskoordinaten der Brammenkanten durch berührendes oder berührungsloses Abtasten automatisch ermittelt und anschließend über einen bahngesteuerten Manipulator ein Flämmbrenner entlang min­ destens einer der Brammenlage und -größe entsprechenden Raumkurve geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumkurve, welche das Flämmgerät durchläuft, parallel zu den Brammenkanten und/oder parallel zu der obenliegenden größeren Brammenlängsseite und senkrecht zur Brammenlängs­ achse verläuft, vorzugsweise linear oder in einem Bogen mit einem großen Krümmungsradius.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumkurve entsprechend der Brammengröße und -geo­ metrie durch einen Rechner nach einer in diesem Rech­ ner gespeicherten Sollwertvorgabe ermittelt und als Steu­ ergröße an den Manipulator gegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brammen mit mindestens einer sichtbaren Linie oder Kurve, vorzugsweise durch Kreide aufgetragen, an den abzuflämmenden Stellen gekennzeichnet werden und daß diese Linie oder Kurven durch optische Abtastung automatisch ermittelt und deren räumliche Lage und Verlauf als Steuer­ größe für den Manipulator verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflämmen der Brammen durch eine mit dem Manipulator mitgeführte oder nachgeführte Kamera überwacht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bei nachgeführter Kamera auf einem Bildschirm wiedergege­ bene teil-abgeflämmte Bramme auf Oberflächenfehler unter­ sucht und entsprechend dem Ergebnis der Sichtprüfung ggf. vollständige Abflämmarbeiten an den Brammenseitenflächen automatisch durchgeführt werden.

7. Vorrichtung zu Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch entweder eine För­ dereinrichtung zur Brammenausrichtung oder eine Abtast-Weg­ meßeinrichtung mit einem Rechner zur Ermittlung der Lage und Größe der zu behandelnden Bramme, die mit einer programmierbaren Steuereinrichtung, vorzugsweise einer Teach-in-Steuerung, für einen Manipulator, an dem ein Flämmbrenner befestigt ist, verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mit einer optischen Abtastung für auf der Bramme aufgebrachte Markierungen verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß zusätzlich am Manipulator eine mit einem Bild­ schirm verbundene Kamera angebracht ist.