DE2851247C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Füllstandes von Metallschmelzen mit elektronischen Mitteln.

Beim Gießen von Metall, z.B. in Strang- bzw. Bandgießan­ lagen hängt die Güte des gegossenen Metalls u.a. sehr stark davon ab, daß beim Gießen ein möglichst konstanter Füllstand in der Formvorrichtung der Gießanlage einge­ halten wird. Aus diesem Grunde wurden Meßvorrichtungen zur Messung des Füllstandes entwickelt, deren Meßwerte zur Regelung der Füllstandshöhe herangezogen werden.

Durch die DE-AS 21 29 290 ist eine derartige Meßvorrich­ tung bekanntgeworden, bei der als elektronisches Mittel ein Radarhöhenmesser eingesetzt wird.

In "Stahl und Eisen" 84 Nr. 9 vom 23. April 1964, Seiten 562 bis 567 werden als elektronische Mittel zur Füllhö­ henstandsmessung Ultraschall-Füllhöhenmesser bzw. radio­ metrische Schütthöhenmesser offenbart.

Die bekannten Einrichtungen zur Messung des Füllstandes mittels Radar bzw. Ultraschall weisen den Nachteil auf, daß die zur Messung notwendigen Sender und Empfänger nahe über der Metallschmelzen-Oberfläche innerhalb des Schmelzegefäßes angeordnet sein müssen. Dadurch wird nicht nur die Handhabung des Schmelzegefäßes selber behindert, durch die Strahlungshitze der Schmelze und des zur Aufheizung der Gießpfannenöffnung vorgesehenen Brenners werden auch die Sende- und Empfangsanlage über Gebühr beansprucht.

Die radiometrisch arbeitenden Einrichtungen weisen die gleichen Nachteile auf und bringen neben der Notwendig­ keit, für jeden Füllstandsmeßwert eine besondere radioak­ tive Strahlungsquelle vorzusehen, den weiteren Nachteil der mit radioaktiven Strahlungsquellen verbundenen Handhabungsgefahr mit sich, zumal große Strahlungsmengen benötigt werden, um möglichst exakte Meßwerte zu erhal­ ten.

Alle diese Meßvorrichtungen weisen zusätzlich den Nach­ teil auf, daß sie im besonders engen Bereich der Metall­ schmelzenzuführung Platz beanspruchen, so daß hier eventuell notwendige Wartungsarbeiten stark behindert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Messung des Füllstandes von Metallschmelzen aufzuzeigen, die nicht zwingend in der Nähe der Metall­ schmelze angebracht werden muß und die die Nachteile bekannter Füllstandsmeßvorrichtungen nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Füllstandsmeßvorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.

Durch die Verwendung einer Fernsehkamera als Meßwertauf­ nehmer kann ein genügend großer Abstand zwischen der Gießvorrichtung und dem Meßwertaufnehmer eingehalten werden, so daß keine thermischen Belastungen der den Meßwertaufnehmer bildenden Kamera auftreten und die Kamera notwendige Arbeiten an der Gießmaschine nicht behindert.

Die Auswahl von Bildfeldelementen, die Ermittlung, ob in diesen Bildfeldelementen Schmelze vorhanden ist, und die nachgeschaltete Auswertstufe machen eine exakte Bestim­ mung und damit eine exakte Regelung des Füllstands möglich.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm des erfindungs­ gemäßen Metallschmelze-Füllstandsmeßsystems,

Fig. 2 die Darstellung der Bildfeldelemente auf einem Monitor,

Fig. 3a die Wiedergabe des von der Kamera aufgenommenen Bildes,

Fig. 3b den Monitor mit der Darstellung von ausgewähl­ ten Bildfeldelementen,

Fig. 4a die in dem mit Fig. 1 dargestellten Metall­ schmelze-Füllstandsmeßsystem verwendete Kompa­ ratorschaltung,

Fig. 4b eine Signalkennlinie, in der das Arbeitsprinzip der mit Fig. 4a dargestellten Komparatorschal­ tung verdeutlicht wird, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Datenverarbeitungsein­ richtung für das Metallschmelze-Füllstands­ system nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Gießpfanne 2, aus deren Gießöffnung 3 Metallschmelze 8 austritt sowie eine Fernsehkamera 12, die zur Aufnahme des Metallschmelze-Oberflächenspiegels bestimmt ist. Das Ausgangssignal 13 der Fernsehkamera 12 ist auf eine Datenverarbeitungsschaltung 15 geschaltet, an deren Ausgang ein entsprechendes Metallschmelze-Ober­ flächenspiegelsignal 14 abgegriffen werden kann. Das Signal 22 eines weiteren Ausgangs der Datenverarbei­ tungseinrichtung 15 ist auf den Monitor 16 geführt.

Fig. 5 zeigt einen Bezugsfrequenzoszillator 17, der eine Bezugsfrequenz von 6 MHz erzeugt. Dieser Oszillator 17 ist mit einem Ausgang auf einen Synchronsignal-Taktgeber 18 geführt, der seinerseits wieder abwechselnd die Vertikalsynchronsignale und die Horizontalsynchronsigna­ le 19 erzeugt, die zur Einstellung der Abtastgeschwin­ digkeit der Fernsehkamera 12 aufgeschaltet werden. Ein weiterer Ausgang des Bezugsfrequenzoszillators 17 ist auf eine Bildelement-Teilerschaltung 20 geführt, die Taktimpulse in einer Anzahl erzeugt, die für die Teilung des Monitors 16′ in die einzelnen Bildelemente erforder­ lich ist, wobei jedes Bildelement 21 eine bestimmte Zone bildet, die dadurch entsteht, daß der Monitor sowohl auf der X-Achse als auch auf der Y-Achse in mehrere Ab­ schnitte, bspw. in sechzehn Horizontalabschnitte und in einundzwanzig Vertikalabschnitte zerlegt wird, so daß das in Fig. 2 dargestellte Gittermuster entsteht.

Das Signal 13 der Fernsehkamera 12 wird mit einem Aus­ gangssignal der Bildelement-Teilerschaltung 20 ge­ mischt. Das so entstehende Mischsignal 22 wird dem Monitor 16 als Eingangssignal zugeführt. Damit erscheint auf dem Monitor 16 ein Bild, das sich aus dem Signal 13 (entsprechend Bild 16′′) und den Meßmarkensignalen 23 bis 26 zusammensetzt, die aus den Bildelementen 16′ lt. Fig. 3b ausgewählt worden sind.

Fig. 3a und Fig. 3b lassen erkennen, daß mehrere Bild­ elemente 23 bis 26 ausgewählt worden sind, von denen zumindest eines der Zone des Metallschmelzen-Oberflä­ chenspiegels 6 entspricht und z.B. als Meßmarke 23 auf dem Bildschirm erscheint, wohingegen die verbleibenden Bildelemente im Bereich der Schmelze 8 liegen.

Fig. 5 zeigt weiterhin eine Verstärkerschaltung 27, welcher das analoge Abtastsignal 13 aufgeschaltet wird, und die mit einer Komparatorschaltung 28 gekoppelt ist, welche ihrerseits wiederum schaltungsmäßig auf eine Diskriminatorschaltung 29 geführt ist. Der Verstärker­ schaltung 27 wird außer dem Signal 13 ein Steuersignal der Bildelement-Teilerschaltung 20 zugeführt, so daß nur der Teil des Bildes, der einem der ausgewählten Bild­ elemente entspricht, abgetastet wird. Die dadurch ent­ stehenden Zeilenelemente werden im Komparator 28 ent­ sprechend der Darstellung nach Fig. 4 als Spannung E mit einer als Sollwert vorgegebenen Bezugsspannung Es ver­ glichen. Am Ausgang des Komparators 28 ist ein binär codiertes Signal abzugreifen, welches nur noch die Schaltzustände "0" oder "1" aufweist. Diese binär co­ dierten Signale werden zeitweilig in einem Speicher gespeichert und nach Vollendung der Abtastung der Zei­ lenelemente wird die Zahl der Zeilenelemente, deren Binärcodierung "1" ausmacht, aus dem Speicher herausge­ lesen. Werden bei diesem Zählvorgang eine vorgegebene Anzahl überschritten, so wird ein Ausgangssignal er­ zeugt, das darauf hinweist, daß der Symbolwert aller binär codierten Zeilenelement-Signale gerade dieses Bildelementes gleich "1" ist. Auf diese Weise kann der Binärzustand (schwarz oder weiß) aller ausgewählten Bildelemente unterschieden werden.

Da der Monitor in Bildelemente unterteilt ist, kann ein Filtereffekt gegen kleinere Wiedergabeschwankungen in den Bildelementen erzielt werden. Dadurch kann der Rauschabstand, der sich beim Meßsystem dieser Art beein­ trächtigend auswirken könnte, spürbar verbessert werden.

Die Komparatorschaltung 28 ist derart ausgelegt, daß die Bezugsspannung Es auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Die Bildelement-Teilerschaltung 20 wird vorzugsweise derart ausgelegt, daß die Bildelemente nach Wunsch ausgewählt werden können. Verschiebt sich auf­ grund einer Abschmelzabnutzung der Gießöffnung 3, wie dies aus Fig. 3a im Zusammenhang mit Fig. 3b zu erkennen ist, das Bild gegenüber den Meßmarken, so kann eine entsprechende Korrektur leicht herbeigeführt werden.

Aus Fig. 5 geht weiter hervor, daß eine Speicherschal­ tung 30 schaltungsmäßig mit dem Ausgang der Diskrimina­ torschaltung 29 verbunden ist, während ein weiterer Ausgang des Bezugsfrequenzoszillators 17 auf einen dynamischen Regler 31 geführt ist. Von dem dynamischen Regler 31 wird ein Abtastimpuls erzeugt, der der Speicherschaltung 30 aufgeschaltet wird, so daß das Ausgangssignal der Diskriminatorschaltung 29 in die vorerwähnte Speicherschaltung 30 zu Abtastzeiten von bpsw. 0,5 sec oder 0,1 sec übertragen und dort bis zur nächsten Abtastung festgehalten wird.

Das derart gespeicherte Signal wird einer Ausgangsschal­ tung 32 aufgeschaltet, die mit dem Ausgang der Speicher­ schaltung 30 in Verbindung steht, und aus dem gespei­ cherten Signal ein Metallschmelzen-Oberflächensignal als Ausgangssignal erzeugt.

Wird der Oberflächenteil der Metallschmelze 8 von der Fernsehkamera 12 aufgenommen und in der mit Fig. 3a dargestellten Weise als Bild 16′′ auf dem Monitor 16 wiedergegeben, bewegt sich die Abbildung der Metall­ schmelze 8 rasch, wobei sich bei einer Wahl der Bildele­ mente in der mit Fig. 3b dargstellten Weise der Ober­ flächenspiegel 6 der Metallschmelze 8 in Pfeilrichtung bewegt. Immer wenn das Bild 16′′ die vorhandenen Meßmar­ ken 23 bis 26 erreicht oder verläßt, wird ein symboli­ scher Wert des binär codierten Signales erzeugt. Jeder Symbolwert der mehreren Bildelemente wird in ein Regel­ system eingegeben, bspw. in einen Computer, und dort einer Logikverarbeitung zugeführt. Bei dieser Anordnung ist z.B. ohne eine Logikverarbeitung noch kein Hinweis auf das tatsächliche Erfassen einer Metallschmelze gegeben, wenn die Meßmarke 23 ein Bild erfaßt, die Meßmarke 26 dagegen nicht. Es handelt sich in diesem Falle eher um eine irrtümliche Erfassung eines Bildes, bspw. eines Flammenbildes und nicht der Metallschmelze. Die Logikverarbeitung beseitigt die Möglichkeit einer irrtümlichen Erfassung eines Metallschmelze-Füllstands und bietet dadurch eine sehr zuverlässige Messung an.

Bei dem vorliegenden Metallschmelze-Füllstandsmeßsystem wird mit einer Fernsehkamera gearbeitet, die ein Tele­ objektiv besitzt. Dabei kann die Meßgenauigkeit noch erhöht werden, indem die Brennweite des Objektives verändert wird. Zudem ist es auch möglich, das Erfassen der Brennerflamme, die bspw. intensiv blau leuchtet, abzustellen, indem dem Objektiv ein Filter vorgesetzt wird.

Durch die Überwachung des Oberflächenspiegels 6 des schmelzflüssigen Metalls mittels einer Fernsehkamera wird ein Bild des Oberflächenspiegels in Form von elek­ trischen Signalen erstellt. Durch diese zur Verfügung stehenden elektrischen Signale kann das Meßverfahren mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten, als z.B. das mit radioaktiven Strahlen arbeitende Meßverfahren. Die Meßmarken auf dem Monitor können nach Wunsch gewählt werden, so daß die Genauigkeit der Oberflächenspiegel­ messung auch dadurch verbessert werden kann, daß man das Bild vergrößert. Darüber hinaus wird durch die Kombina­ tion der Meßmarken mit der Logikverarbeitung der Bild­ signale eine Fehlmessung bei Erfassung anderer Objekte vermieden.

Die Bildelemente können auch so gewählt werden, daß beliebige Stellen am Monitor eingestellt werden können. Sollte der Oberflächenspiegel der Metallschmelze eine Schräglage aufweisen, könnten die Meßmarken in die gleiche Schräglage eingestellt werden, so daß sich durch die Zuordnung zwischen der Kameraposition und dem aufzunehmenden Objekt keine Einschränkung ergibt.

Dadurch, daß die eigentliche Meßvorrichtung in einiger Entfernung von der Metallschmelzenoberfläche installiert werden kann, wird sie von der Hitze nicht beeinträchtigt und behindert notwendige Wartungsarbeiten nicht.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Messung des Füllstandes von Metall­ schmelzen mit elektronischen Empfangseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich oberhalb der Ebene des Metallschmelzenspie­ gels (6) und zu diesem geneigt eine auf den Metall­ schmelzenspiegel (6) gerichtete Fernsehkamera (12) angeordnet ist,
   daß das Aufnahme-Bildfeld der Fernsehkamera (12) auf dem Monitor (16) in vertikale und horizontale Reihen aufge­ teilt ist, so daß sich mehrere Bildfeldelemente ergeben, daß die Bildsignale von mehreren dieser Bildfeldelemen­ te, von denen mindestens eines der Zone des Metall­ schmelzespiegels (6) entspricht, einer Komparatorschal­ tung (28) zuleitbar ist, in der die Spannung (E) jedes Bildsignales mit einer vorgegebenen Bezugsspannung (Es) vergleichbar ist und in der für jedes Bildsignal ein binär codiertes Signal erzeugbar ist, dessen Wert in Abhängigkeit der Höhe der Spannung (E) des Bildsignales von der Bezugsspannung (Es) "1" oder "0" annimmt, und
   daß der Metallschmelze-Füllstand in einer Datenverarbei­ tungseinrichtung aus den binär codierten Signalen be­ stimmbar ist.