DE3241030C2 - Einrichtung zum Positionieren und zur automatischen Steuerung von beweglichen Maschineneinheiten an Koksofenbatterien - Google Patents

Abstract

Beim Betrieb einer Kokereianlage müssen die längs der Koksofenbatterie verfahrbaren Maschineneinheiten (13, 14, 15, 16), die dem Füllen und Entleeren der nebeneinander angeordneten Brennkammer (11) dienen, sehr genau positionierbar sein. Die Erfindung schlägt daher eine Einrichtung zum Positionieren und zur automatischen Steuerung von beweglichen Maschineneinheiten vor, bei der längs der Koksofenbatterie Reflektoren (22) befestigt sind, die die Arbeitspositionen der Maschineneinheit (13) markieren. Bei Annäherung der Maschineneinheit (13) an eine Arbeitsposition wandert der Reflektor (22) ins Blickfeld einer auf der Maschineneinheit (13) befestigten Fernsehkamera (25). Abweichungen des Reflektorbildes bezüglich einer Sollage, die in einer mit der Fernsehkamera (25) verbundenen Auswerteeinheit (46) gespeichert ist, liefern einen Meß- und Steuerwert, der zum Positionieren der Maschineneinheit (13) herangezogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Positionieren und zur automatischen Steuerung von beweglichen Maschineneinheiten (z. B. Füllwagen. Ausdrückmaschine, Führungswagen, Löschwagen oder Stanipf-Beschick-Ausdrück-Maschine), die entlang einer Koksofenbatterie zur Beschickung und Entleerung verfahren werden können.

ho Bei Koksofenbatterien sind Maschincneinheiicn längs einer Vielzahl nebeneinander montierter Brennkammern verfahrbar angeordnet, wobei die Lange des Verfahrweges 100 m und mehr betragen kann. Die beweglichen Maschincneinheiten dienen dem Füll- und Entleerungsvorgang der einzelnen Brennkammern und müssen zu diesem Zweck sehr genau bezüglich jeder der Brennkammern positionierbar sein.

Durch die US-PS 27 60 270 ist eine Anordnung zum

Positionieren einer längs der Koksofenbatterie verfahrbaren Koksausdrückmaschine bekanntgeworden. Hierbei sind auf der Koksofenbatterie Zielmarkierungen angebracht, die die Arbeitspositionen der --erfahrbaren Maschine kennzeichnen. Auf der Maschine sind eine Maschinistenkabine mit Glasfenster und einer auf das Glasfenster ausgerichtete, innerhalb der Kabine befindliche Lichtquelle angeordnet Zum Positionieren beobachtet der in der Kabine mitfahrende Maschinist das durch das Glasfenster reflektierte Bild (z. B. Lichtkreuz) der Lichtquelle und verfährt die Maschine solange, bis das reflektierte Bild mit der gewünschter Zielmarkierung auf der Koksofenbatterie, die der Maschinist durch das Glasfenster verfolgt, zur Deckung kommt Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine zuverlässige Positionierung, es erfordert jedoch, daß ein Maschinist ständig auf der verfahrbaren Maschineneinheit mitfährt Zur Einspjrung von Personal befaßt sich die vorliegende Erfindung daher mit einer automatischen Einrichtung zum Positionieren.

Für das automatische Anfahren und Positionieren der beweglichen Maschineneinheiten auf bestimmte Arbeitspositionen (Brennkammern) sind Systeme, die nur in einigen wenigen bestimmten Positionen Meßwerte abgeben, wie beispielsweise Endschalter oder Lichtschranken, ungeeignet, da derartige Informationen für eine Lageregelung der Maschineneinheiten nicht ausreichen. Auch berührungsbehaftete Systeme bzw. Systeme, die einen geringen Abstand zwischen der Maschineneinheit und der Koksofenbatterie erfordern, sind zur l.ageerfassung und -regelung wenig geeignet, da diese Systeme einerseits ständig Temperaturschwankungen ausgesetzt sind und durch herabfallenden Koks etc. beschädigt werden können und andererseits ein bestimmter Bereich zwischen der Koksofenbatterie und der Maschineneinheit als Arbeitsbereich (z. B. zum Aus- und Einhängen der Ofentür einer Brennkammer) benötigt wird. Induktive bzw. kapazitive Meßsysteme haben darüber hinaus den Nachteil eines zu kleinen Meßbereiches und sind ebenso wie Düse-Prallplatte-Systeme (pneumatische Abtastung eines mit erhabenen Stellen versehenen Meßstabes) empfindlich gegen Schmutz und Abstandsänderungen zwischen Koksofenbatterie und beweglicher Maschineneinheit. Eine Erfassung der Lage über ein Antriebsrad der Maschineneinheit oder ein zusätzlich angebrachtes Meßrad, welches in Abhängigkeit vom Drehwinkel Impulse liefert, die gezählt und weiterverarbeitet werden, hat den Nachteil, daß gegen ein Bezugssystem gemessen wird, das nicht fest gegen die Lage der Brennkammern ist und daß außerdem bei den hier auftretenden Entfernungen der Schlupf zu groß ist. Lageverschiebungen der einzelnen Brennkammern, die im Laufe von Tagen oder Wochen eintreten können, werden bei dieser Lageerfassung nicht berücksichtigt.

Durch die DE-OS 28 42 668 ist eine Einrichtung zur Überwachung und zur automatischen Steuerung von beweglichen Maschineneinheiten an Koksofenbatterien bekanntgeworden. Diese Einrichtung soll einerseits eine exakte maschinelle Erfassung der Positionsdaten von verfahrbaren Maschineneinheiten an einer Koksofenbatterie ermöglichen und andererseits die Überwachung gefahrträchtiger Betriebsfunktionen möglich machen, indem z. B. eine Verriegelungseinrichtung dafür sorgt, daß das Ausdrücken des Kokskuchens nur dann stattfinden kann, wenn der Kokskuchenführungswagen an der /u entleerenden Brennkammer positioniert ist. Die bekannte Einrichtung enthält ein Mikrowellen-Abfrat:e-S\ stern bestehend aus auf den beweglichen Maschineneinheiten angeordneten Lesegeräten und aus an den jeweiligen Arbeitspositionen längs der Koksofenbatterie fest montierten Antwortgeräten. Derartige Einrichtungen gewährleisten jedoch nicht immer eine exakte Positionierung. Darüber hinaus erfordern sie gesonderte Strom- und Überwachungsleitungen für die längs der Koksofenbatterie montierten Antwortgeräte, was einen großen Verdrahtungsaufwand darstellt und die Einrichtung wegen der Gefahr der Beschädigungen der

ίο Leitungen störanfällig macht

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Positionieren und zur automatischen Steuerung von beweglichen Maschineneinheiten an Koksofenbatterien der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz rauher Betriebsbedingungen eine berührungslose, störungsunempüindliche und vor allem auch eine genaue Positionserfassung und -auswertung der beweglichen Maschineneinheiten bezüglich der Arbeitspositionen der stationären Koksofenbatterie ermöglicht und die eingangs genannten Probleme und Nachteile vermeidet. Das Meßsystem soll robust sein. Wärme, Vibrationen, Kohlenstaub, leichte Rauchschwaden und dergleichen dürfen die Messungen nicht unkontrolliert verfälschen. Trotz störender Einflüsse sollte eine hohe Meßgenauigkeit (beispielsweise von ±1 mm) erreichbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Koksofenbatterie angestrahlte Reflektoren befestigt sind, die die Arbeitspositionen der beweglichen Maschineneinheit markieren. Bei Annäherung der Maschineneinheit an eine Arbeitsposition wandern die Lichtreflexe wenigstens eines Reflektors ins Blickfeld einer an der Maschineneinheit befestigten Fernsehkamera. Eine Auswerteeinheit ist mit der Fernsehkamera verbunden und ermittelt Lageabweichungen des Reflektorbildes bezüglich einer in der Auswerteeinheit gespeicherten Sollage. Der Wert der Lageabweichung wird zum Positionieren der beweglichen Maschineneinheit herangezogen.
Zur Ermittlung der Lage der beweglichen Maschineneinheit kann beispielsweise ein Mustererkennungssystem verwendet werden, wie es von Dietmar Nikolaj »Optoelektronisches Meß- und Sensorsystem«. BBC-Nachrichten 62 (1980), Seite 168 bis 172, oder in den Beiträgen »Sensoren — die Aufgaben wachsen« und »Sensortechnik: Schlüssel für die Industrie-Roboter« in der elektronik-zeitung vom 19. März 1982, Seiten 20 bis 22, beschrieben wurde. Das vom Reflektor zurückgestrahlte Licht wird durch eine handelsübliche Fernsehkamera erfaßt. Das analoge Kamerabild wird durch einen im Mustererkennungssystem enthaltenen Rechner binärisiert, d.h. abhängig von einer einstellbaren Schwelle wird ein Bildpunkt schwarz, wenn seine Intensität unter, und weiß wenn die Intensität oberhalb dieser Schwelle liegt. Durch die große Helligkeit der Re-

5=i flektoren im Vergleich zur Umgebung werden die Reflektoren immer weiß, die Umgebung dagegen immer schwarz erscheinen. Das binärisierte Kamerabild wird im Rechner einem Algorithmus unterworfen, durch den die Lagekoordinaten des Flächenschwerpunktes des

bü Reflektorbildes ermittelt und mil Sollwerten verglichen werden. Stimmen die Lagekoordinaten des Reflektorbildes mit den Sollwerten überein, so befindet sich die bewegliche Maschineneinheit an einer Arbeitsposition. Die Größe einer Abweichung zwischen einer Lagekoordinate und dem Sollwert kann als Regelgröße für das Verfahren der Maschineneinheit herangezogen werden. Die Positioniergenauigkeit der beweglichen Maschineneinheit hinsichtlich der Arbeitsposition ist hierbei

sehr hoch und hängt im wesentlichen lediglich davon ab, wie genau die Reflektoren bezüglich der Arbeitspositionen an den Koksofenbatterien montierbar sind. Lageverschiebungen der einzelnen nebeneinanderliegenden öfen zueinander sowie zu ihrer Umgebung, die insbesondere während des Betriebes temperaturbedingt bis zu mehreren Zentimetern betragen können, verfälschen das Meßergebnis der Lagekoordinaten nicht. Es ist beispielsweise durch die erfinderische Einrichtung möglich, eine Ausdrückmaschine sehr genau bezüglich einer Ofentür zu positionieren, wobei der Abstand zwischen Ausdrückmaschine und Koksofenbatterie einen Mindestabstand (z. B. 50 bis 150 cm) nicht unterschreitet, so daß genügend Raum für das Aus- und Einhängen der Ofentür freibleibt und die erfinderische Einrichtung durch die hohen Temperaturschwankungen des Koksofens und gegebenenfalls herabfallenden Koks nicht gefährdet oder beschädigt wird.

In vorteilhafter Weise wird der jeweilige im Blickfeld der Fernsehkamera befindliche Reflektor durch wenigstens eine auf der beweglichen Maschineneinheit montierte Lichtquelle angestrahlt. Die Lichtquelle ist dabei in unmittelbarer Nähe der optischen Achse der Fernsehkamera angeordnet. Als Reflektoren finden solche Verwendung, die das auftreffende Licht nach dem Rückstrahlerprinzip mit hohem Reflektionsvermögen in die Ausgangsrichtung zurückstrahlen (z. B. Reflektoren mit Reflexionsfolie oder Tripel-Reflektoren). Dabei wird das in Blickrichtung der Fernsehkamera auf einen Reflektor fallende Licht zur Optik der Fernsehkamera hin reflektiert, so daß der angestrahlte Reflektor im Fernsehbild sehr hell gegenüber seiner Umgebung erscheint. Auf diese Weise kann störendes Fremdlicht unterdrückt werden.

Vorzugsweise ist die optische Achse der Fernsehkamera annähernd senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen Maschineneinheit ausgerichtet. Hierdurch werden Fehler, die bei einer unvorhergesehenen Abstandsänderung zwischen der Maschineneinheit und dem an der Koksofenbatterie montierten Reflektor auftreien können, vermieden. Dort, wo eine senkrechte Anordnung der Fernsehkamera aus Platzgründen nicht realisiert werden kann, wird ein Winkel zwischen der optischen Achse der Fernsehkamera und einer senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen Maschineneinheit aufgespannten Fläche angestrebt, der kleiner ist als 10°.

Um eine eindeutige Bildauswertung zu ermöglichen, wird die Optik der Fernsehkamera in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung derart an die Anlagenabmessungen (wie Abstand zu den Reflektoren und Abstand zweier benachbarter Reflektoren) angepaßt daß immer höchstens ein die Arbeitspositionen markierender Reflektor im Blickfeld der Fernsehkamera erscheint. Es ist ferner bei der Auswahl der Optik der Fernsehkamera zu berücksichtigen, daß ein kleiner Blickwinkel zwar einerseits eine hohe Auflösung und Positioniergenauigkeit ermöglicht. Andererseits führt ein kleiner Blickwinkel dazu, daß beim Verfahren der beweglichen Maschineneinheit über längere Distanzen hinweg kein Reflektor im Blickfeld der Fernsehkamera erscheint und die Positionierregelung nicht anspricht.

Zur Vermeidung von Fehlern infolge von Kameradejustagen kann die erfindungsgemäße Einrichtung in geeigneter Weise durch eine auf der beweglichen Maschineneinheit angeordnete Einrichtung zur Erzeugung eines optischen Referenzsignals ergänzt werden, wobei das Referenzsignal durch eine auf der Maschineneinheit angeordnete Fernsehkamera erfaßt und durch die Auswerteeinheit des Meß- und Sensorsystems ausgewertet wird.

Das optische Referenzsignal kann hierbei Vorzugs weise durch einen auf der beweglichem Maschineneinheit befestigten, im Blickfeld der Fernsehkamera befindlichen und angestrahlten Referenzreflektor erzeugt werden. Auch hier wird vorzugsweise die den Referenzreflektor anstrahlende Lichtquelle in etwa in der Nähe der optischen Achse der den Referenzreflektor erfas senden Fernsehkamera angeordnet. Der Rcl'erenzreflektor strahlt das auftreffende Licht mit hohem Reflektionsvermögen in die Ausgangsrichtung zurück. Der Referenzreflektor ist starr mit der beweglichen Maschi neneinheit verbunden. Seine Lage im Kameiabild vor ändert sich beim Verfahren der Maschineneinheit nicht.

Lagemessungen können durch Vergleich der Lage ei

nes der die Arbeitspositionen markierenden Reflektors zur Lage der Referenzsignalquelle durchgeführt wei den. DeJustierungen der Fernsehkamera wirken sich nicht auf das Meßergebnis aus. solange die Referenzsignalquelle im Bild bleibt. Außerdem kann bei unzulässig großer Dejustierung eine Meldung erzeugt werden.
Ferner kann das Referenzsignal in vorteilhafter Weise eine im Blickfeld der Fernsehkamera befindliche Lichtquelle sein. Des weiteren kann das Referenzsignal einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung zufolge ein im Blickfeld der Fernsehkamera sichtbarer Lichtfleck sein, der von einer starr mit der beweglichen Maschineneinheit verbundenen Lichtquelle erzeugt wird. Eine derartige Lichtquelle kann insbesondere ein Lasergerät sein. Der Lichtfleck kann z. B. auf einem Bauteil markiert werden, das fest mit der beweglichen Maschineneinheit verbunden ist.

Damit gleichzeitig für das Bedienungspersonal die jeweilige Position der beweglichen Maschineneinheit schnell und eindeutig feststellbar ist, ist es zweckmäßig, das Lasergerät auf der beweglichen Maschineneinheit derart zu montieren und auszurichten, daß das Laserlichtbündel auf der Koksofenbatterie (ζ. B. auf der Ofentürfront) einen im Bückfeld der Fernsehkamera befindlichen Laserlichtpunkt markiert. Das Laserlichtbündel erzeugt dabei auf der Koksofenbatterie entsprechend der Position der beweglichen Maschineneinheit einen Lichtpunkt, der durch das Bedienungspersonal beobachtet werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß das Laserlichtbündel wenigstens nahezu senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen Maschineneinheit auf die Koksofenbai ierie strahlt Hierdurch wird gewährleistet daß das Meßergebnis der Position der beweglichen Maschineneinheit bezüglich des auf der Ofentür montierten Reflektors nur geringfügig durch Abstandsänderungen zwisehen Ofentürfront und Maschineneinheit beeinflußbar und verfälschbar ist

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor. daß das optoelektronische Meß- und Sensorsystem lediglich eine Fernsehkamera aufweist, und daß die An-

Ordnung der Fernsehkamera, der Reflektoren und der Einrichtung zur Erzeugung des optischen Referenzsignals so getroffen ist, daß bei Unterteilung des Bildfeldes der Fernsehkamera in eine untere und eine obere Bildfeldhälfte die Reflexe der die Arbeitspositionen markierenden Reflektoren in der einen Bildhärte und das optische Referenzsignal in der anderen Bildhärte erscheinen. Beim Verfahren der beweglichen Maschineneinheit bleibt das Bild in der Bildhälfte, in der das

Referenzsignal erscheint, stationär und bildet ein Bezugssystem, während das Bild der die Arbeitspositionen markierenden Reflektoren die andere Bildhälfte durchwandert und die Lage der Maschineneinheit relativ zum Bezugssystem angibt.

Um bei letztgenannter Ausgestaltung der Erfindung die Lichtquelle, die das optische Referenzsignal liefert, außerhalb des Gefahrenbereiches der Koksofenbatterie an geschützter Stelle montieren zu können, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß vor der Fernsehkamera ein halbdurchlässiger Spiegel angeordnet ist. der das optische Referenzsignal in das Objektiv der Fernsehkamera einspiegelt, während die Lichtreflexe der die Arbeitspositionen markierenden Reflektoren im wesentlichen geradlinig durch den halbdurchlässigen Spiegel in das Objektiv eintreten. Der halbdurchlässige Spiegel kann an der beweglichen Maschineneinheit oder direkt an der Fernsehkamera befestigt sein.

Statt der Verwendung einer Fernsehkamera, deren Bild in /wei Hälften unterteilt ist, kann es zweckmäßig sein, daß das optoelektronische Meß- und Sensorsystem zwei starr miteinander verbundene Fernsehkameras aufweist, von denen die eine Fernsehkamera das optische Referenzsignal registriert und die andere Fernsehkamera die Reflexe der die Arbeitspositionen markierenden Reflektoren erfaßt. Diese Lösung bietet sich besonders dann an, wenn die Reflektoren und die Referenzlichtquelle nicht in ein Bild gebracht werden können. Die optischen Achsen der beiden Fernsehkameras brauchen hierbei nicht parallel zu liegen, und wenn die Abstände zwischen Fernsehkamera und Reflektoren sowie zwischen Fernsehkamera und Referenzsignalqueile unterschiedlich sind, können zwei Fernsehkameras mit unterschiedlichen Brennweiten verwendet werden.

Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Vorteile näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Querschnittes durch eine Kokereianlage mit beweglichen Maschinencinheiten,

F i g. 2 und 3 je eine schematische Darstellung der Draufsicht auf eine bewegliche Maschineneinheit mit einer Einrichtung zur berührungslosen Positionserfassung.

Anhand der in der F i g. 1 dargestellten Kokereianlage wird der Betriebsablauf einer Kokerei erläutert. Die Entgasung der Steinkohle erfolgt in einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Koksöfen 10 (Koksofenbatterie), von denen jedoch in Fig. 1 nur einer im Querschnitt sichtbar ist. leder Koksofen 10 weist eine Brennkammer 11 auf. deren Abmessungen Breite χ Höhe χ Tiefe ca. 0,5 χ 6 χ 12 m betragen können. Die Kammerteilung, d. h. der Abstand zwischen zwei benachbarten Brennkammermitten, hat die Größenordnung von 1.2 m. Die Brennkammern 11 werden durch bewegliche Maschineneinheiten, die längs der Koksofenbatterie auf Gleisen 12 verfahrbar sind, mit Kohle beschickt und entleert. Derartige Maschineneinheiten sind gemäß Fig. 1 die Stampf-Beschick-Ausdrückmaschine 13. der Füllgasreinigungswagen 14, der Kokskuchenführungswagen 15 und der Kokslöschwagen 16. Die Brennkammern 11 sind mit je einer ausdrückseitigen Ofentür 17 und einer koksseitigen Ofentür 18 verschließbar.

Zum Ausdrücken eines entgasten Kokskuchens und zur Neubeschickung der Brennkammer 11 wird die StaniDf- Beschick-Ausdrückmaschine 13 längs der Koksofenbatterie verfahren und auf die Brennkammer 11 positioniert. Hierbei ist für einen reibungslosen Betriebsablauf eine größtmögliche Positoniergenauigkeit bezüglich der Brennkammer 11 bzw. Ofentür 17 erforderlich, worauf später noch ausführlich eingegangen wird. Die Stampf-Beschick-Ausdrückmaschine (SBA-Maschine) '.13 entriegelt durch eine nicht dargestellte Mechanik die ausdrückseitige Ofentür 17 und hebt diese aus. Die SBA-Maschine 13 weist einen in Fig. 2 angedeuteten Ausdrückstempel 19 für das Ausstoßen des glühenden Kokskuchens auf. Die SBA-Maschine 13 übernimmt die Kokskohleneinsatzmischung aus einem nicht dargestellten Vorratsbunker und verdichtet sie mit einem schnellaufenden Stampfwerk zu einem Kohlekuchen, der in Breite, Höhe und Länge geringfügig unter den Abmessungen der Brennkammer 11 liegt. Der Kohlekuchen wird in die entleerte Brennkammer 11 als ganzes auf einer Bodenplatte stehend in die Ofenkammer hineingeschoben. Während ein Setzbock den Kohlenkuchen im Ofen hält, wird die Bodenplatte wieder zurückgezogen. Anschließend wird die Brennkammer 11 verschlossen, und der Füllvorgang ist beendet.

Auf der Koksseite wird der ausgedrückte glühende Kokskuchen durch einen auf einer seitlichen Ofenbühne 20 verfahrbaren Kokskuchenführungswagen 15 aufgefangen und über einen Trichter 21 in den Kokslöschwagen 16, der den Koks zum nicht dargestellten Löschturm transportiert, geleitet. Der Kokskuchenführungswagen 15 hat außerdem noch die Aufgabe, die koksseitige Ofentür 18 zu entriegeln und auszuheben. Sie muß ebenfalls möglichst genau positionierbar sein.

Die während der Beschickung der Brennkammern entstehenden Füllgase werden zum Schutz der Umgebung durch den Füllgasreinigungswagen 14 abgesaugt und verbrannt, so daß der Füllgasreinigungswagen 14 auf die zu beschickende Brennkammer 11 positioniert werden muß.

Die Fig. 1 zeigt im Bereich der SBA-Maschine eine erfindungsgemäße Einrichtung. Auf jeder Ofentür 17 der Koksofenbatterie ist ein Reflektor 22 befestigt, von denen jedoch nur einer sichtbar ist, die sich durch ein hohes Reflektionsvermögen in Einstrahlrichtung auszeichnen. Besonders geeignet sind hier Triplex-Reflektoren, die aus einem großen, hochgenauen Glastripel (pyramidenförmiges Prisma, dessen Seitenflächen senkrecht aufeinanderstellen) oder vielen kleinen Glas- oder Kunststofftripeln bestehen. Derartige Tripel-Reflektoren haben einen sehr hohen Reflexionsgrad sofern der Winkel zwischen einfallendem Licht und optischer Achse des Tripeis nicht mehr als ca. 15° beträgt, d. h. innerhalb eines Winkels von 30° strahlt der Reflektor nahezu sämtliches Licht in die Ausgangsricntung zurück. Tripei-Reflektoren haben einen sehr hohen Reflektionsgrad. lassen aber keinen so großen Einfallswinkel wie die Refiektoren mit Reflexionsfolien zu, welche aus einer Trägerfolie bestehen, die einseitig mit einer mit winzigen Glaskugeln beschichteten Reflexionsschicht versehen ist.

Der dargestellte Reflektor 22 wird durch eine Lichtquelle 23 angestrahlt. Als Lichtquelle 23 kann beispielsweise ein Scheinwerfer mit Reflektor verwendet werden. Die Lichtquelle 23 ist nahe der op' ischen Achse 24 einer Fernsehkamera 25, welche das durch den Reflektor 22 reflektierte Licht auffängt, angeordnet. Durch die Art des Reflektors 22 und die Scheinwerferbestrahlung hebt sich das Fernsehbild des Reflektors 25 sehr gut von dem Untergrund und eventuellen Streulichteinflüssen ab.

Die Fernsehkamera 25 ist mit der SBA-Maschine 13 sowie mit einer zweiten Referenzfernsehkamera 26, die ein Referenzsignal auffängt, starr verbunden. Das Referenzsignal wird durch ein im unteren Bereich an geschützter Stelle der SBA-Maschine 13 befestigtes Lasergerät 27 erzeugt, welches einen Laserstrahl 28 auf die Ofentür 17 wirft und dort einen Lichtfleck 29 erzeugt, der durch die Referenzfernsehkamera 26 registriert wird. Vor der Referenzfernsehkamera 26 ist ein Filter 47 angeordnet, das im wesentlichen nur für das Laserlicht durchlässig ist, so daß eventuell störendes Fremdlicht unterdrückt wird.

Beim Verfahren der SBA-Maschine 13 bleibt wegen der starren Befestigung des Lasergerätes 27 und der Referenzkamera 26 das Fernsehbild des Lichtfleckes 29 stationär, während die Abbildungen der Reflektoren 22 über das Fernsehbild der Fernsehkamera 25 wandern.

Die Schwarz-Weiß-Bilder der Fernsehkamera 25 und 26 werden in einer in Fig. 1 nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt und binärisiert und miteinander in Beziehung gesetzt. Dabei legt das Signal der Referenzkamera 26 die Nullmarke eines Bezugssystems fest, während das Signal der Fernsehkamera 25 die Relativposition der SBA-Maschine 13 bezüglich einer Ofentür 17 charakterisiert. Die Nullmarke kann dabei z. B. durch Programmierung der Auswerteeinheit so verschoben werden, daß immer dann, wenn sich die SBA-Maschine 13 genau in einer Arbeitsposition vor einer Ofentür 17 befindet, der errechnete Flächenschwerpunkt des Reflektorbildes in einer definierten Sollposition hinsichtlich der Nullmarke liegt. Ist eine solche Sollposition von der SBA-Maschine 13 angefahren, so kann das Ausdrükken bzw. Beschicken der zugehörigen Brennkammer 11 erfolgen. Voraussetzung für die genaue Positionierung vor jeder der Ofentüren 17 ist es hierbei, daß die Lage der Reflektoren auf jeder Ofentür 17 hinsichtlich der zugehörigen Brennkammeröffnung gleich ist. Kann dies nicht gewährleistet werden, so sind Abweichungen durch entsprechendes Programmieren der Auswerteeinheit zu berücksichtigen (Abspeichern eines Korrekturwertes für jeden einzelnen Ofen).

Die beschriebene Anordnung hat durch die Abbildung eines Laserlichtfleckes auf der Ofentürfront der Koksofenbatterie den Vorteil, daß die Position der SBA-Maschine 13 durch das Personal problemlos visuell überprüfbar ist. Die Fernsehkameras 25 unr! 26, die Lichtquelle 23 und das Lasergerät 27 lassen sich an geschützten Stellen auf der SBA-Maschine 13 montieren, so daß sie nicht herabfallendem Koks, Hitze und Schmutz ausgesetzt sind.

Die F i g. 2 zeigt schematisch die Ofentürfront einer Koksofenbatterie, auf deren Ofentüren 3ö je ein Reflektor 31 angeordnet ist. Die Reflektoren 31 haben, wie die anhand F i g. 1 beschriebenen, die Eigenschaft, eingestrahltes Licht mit hohem Reflexionsgrad in die Ausgangsrichtung zu reflektieren. Vor der Ofentürfront befindet sich eine auf Gieisen 32 verfahrbare Maschineneinheit 33, auf der starr ein Referenzreflektor 34, eine Lichtquelle 35 und eine Fernsehkamera 36 montiert sind. Die bewegliche Maschineneinheit 33 ist gemäß F i g. 2 so positioniert, daß ihr Ausdrückstempel 19 direkt vor der Ofentür 30, an der der Reflektor 34 befestigt ist, steht.

Die optische Achse 37 der Fernsehkamera 36 weist in Richtung des Reflektors 31. Sie schließt wegen der räumlichen Anordnung des Ausdrückstempels 19 mit der senkrecht zur Bewegungsrichtung der Maschineneinheit 33 aufgespannten Fläche 38 einen Winkel Alpha ein, der vorzugsweise kleiner als 10° ist. Der Winkel Alpha wird möglichst klein gewählt, damit das Meßergebnis der Reflektorposition durch Abstandsänderungen zwischen Ofentürfront und Maschineneinheil 33 möglichst wenig verfälscht wird.

In unmittelbarer Nähe der optischen Achse 37 der Fernsehkamera 36 befindet sich die Lichtquelle 35. die den Reflektor 31 beleuchtet. Das reflektierte Lichtbündel tritt ins Objektiv der Fernsehkamera 36 und wird in die obere Bildhälfte abgebildet.

Der Referenzreflektor 34 ist etwas unterhalb der optischen Achse 37 montiert, so daß er den Reflektor 3) nicht abschattet. Er wird ebenfalls durch die Lichtquelle 35 ausgeleuchtet und erscheint in der unteren ßildhälfic der Fernsehkamera 36. (Der Referenzreflektor 34 kann auch durch eine nicht dargestellte /weile Lichtquelle.

die sich z. B. unterhalb der Kamera 36 befinden kann.

ausgeleuchtet werden.)

Beim Verfahren der Maschineneinheit 33 liings der Koksofenbatterie verändert der Referenzreflek;or 34 seine Position im Kamerabild nicht. Hingegen wanden das Bild des Reflektors 31 horizontal durch die obere Bildhälfte. Der Blickwinkel der Fernsehkamera 36 ist so festgelegt, daß immer nur gerade ein Reflektor 31 in der oberen Bildhälfte erscheint.

Die Auswertung des Kamerabildes erfolgt durch eine Auswerteeinheit, die aus Bildauswerter 39. Mikrorechner 40, Speicher 41 und Ein-/Ausgabe-Interface 42 besteht. Fernsehkamera 36 und rechnergestützte Auv werteeinheit bilden ein optoelektronisches Meß- und Sensorsystem (OMS-System). welches geometrische Formen (Reflektoren) anhand spezifischer Kenngrößen erkennen kann. Es ist über das Ein-/Ausgabc-Interface 42 programmierbar und gibt über elektrische Leitungen

43 Signale ab, die zum Steuern. Überwachen und Dokumentieren der Position der beweglichen Maschineneinheit 33 herangezogen werden können.

Zur Auswertung wird das analoge Kamerabild im Bildauswerter 39 binärisiert, d. h. abhängig von einer einstellbaren Schwelle wird ein Bildpunki schwär/, wenn seine Intensität unterhalb und weiß, wenn sie oberhalb dieser Schwelle liegt. Durch die große Helligkeit der Reflektoren im Vergleich zur Umgebung werden die Reflektoren immer weiß, die Umgebung dagegen immer schwarz erscheinen. Das binärisierte Bild wird in eine obere und eine untere Hälfte unteneilt, und die beiden Hälften werden seitlich und am oberen bzw. unteren Rand begrenzt, so daß die Reflektoren jeweils in einem rechteckigen Rahmen erscheinen. Dabei sollte das bewegliche Reflektorbild einen möglichst breiten Rahmen erhalten, da dieser Rahmen gleichbedeutend mit dem Meßbereich ist.

Das binärisierte Bild wird in einem Mikrorechner 40. der mit einem Speicher 41 verbunden ist, weiterverarbeitet. Zunächst werden die Koordinaten der Flächenschwerpunkte der Reflektorbilder berechnet, wobei lediglich die Abszissenwerte von Interesse sind. Hierfür werden die Abszissenwerte aller weißen Bildpunkie aufsummiert und durch die Anzahl der weißen BiIdpunkte dividiert.

Die Berechnung der Flächenschwerpunkte bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich:

Die Form des Reflektors ist beliebig, ein runder Reflektor hat allerdings den Vorteil, daß er unabhängig von der Drehlage anzubringen ist. Unscharfen des Kamerabildes, Schwankungen um einen Mittelwert (/. H. durch Vibration der Kamera), Verschmutzungen der Reflektoren (solange sie stochastisch gleich verteilt

sind) und Verschiebungen der Reflektoren in Ordinatenrichiung beeinflussen das Auswerteergebnis der Reflcktorposition nicht. Die Berechnung der Fläche erlaubt eine Aussage über Zustand der Beleuchtung bzw. des Reflektors (Betriebssicherheit) durch Vergleich der Räche im Neuzustand bzw. im gereinigten Zustand mit dem aktuellen Zustand. Beispielsweise können durch Überprüfung der Breite des Reflektorbildes Abweichungen von einem gespeicherten Sollwert festgestellt werden. ίο

Durch abwechselnde Berechnung der Schwerpunkte in der oberen und unteren Bildhälfte (dabei können die Bilder auch von zwei verschiedenen Kameras stammen) und Differenzbildung der Abszissenwerte erhält man ein Meßergebnis, das die relative Lage der beweglichen Maschineneinheit 33 bezüglich einer Ofentür 30 charakterisiert. Die richtige Position hat die bewegliche Maschineneinheit dann erreicht, wenn beide Reflektoren im Bild übereinanderstehen (auch jede andere Stellung der Reflektoren zueinander kann durch einfache Umprogrammierung zur Sollposition werden). Das Meßergebnis ist unabhängig von Dejustagen der Fernsehkameras und läßt sich entweder im OMS-System selbst weiterverarbeiten (Regelung, Plausibilitätskontrollen) oder über eingebaute serielle bzw. parallele Schnittstellen (Leitungen 43) an eine Regelungseinrichtung weitergeben. Durch die Differenzbildung wird ausgeschlossen, daß eine Verschiebung der Fernsehkamera 36 zu Meßfehlern führt (»Kimme-Korn-Prinzip«).

Der Meßbereich läßt sich durch Wahl eines entsprechenden Kameraobjektivs frei wählen. Er ist gleich der Bildbreite des Kamerabildes abzüglich der seitlichen Begrenzung durch den Rahmen und abzüglich des Reflcktordurchmessers (bei rundem Reflektor), da die Messung erst exakte Werte liefert, wenn sich das Reflektorbild voll innerhalb des Rahmens befindet.

Bei Berücksichtigung auch der Ordinate läßt sich eine Lageregelung bezüglich zweier Koordianten durchführen.

Der Fehler bei der Koordinatenberechnung kann bei etwa 0.2% der Bildhöhe bzw. 0,15% der Bildbreite liegen und beträgt aiso z. B. bei einer Bildbreite von 60 cm etwa 0,9 mm.

In Fig. 3 ist lediglich eine Ofentür 30 einer Koksofenbatterie in Draufsicht erkennbar, auf der ein Reflektor 31 befestigt ist. Eine auf einer beweglichen Maschineneinheit 33 montierte Fernsehkamera 36 ist senkrecht zur Bewegungsrichtung der Maschineneinheit 33 ausgerichtet und erfaßt den durch eine Lichtquelle 35 beleuchteten Reflektor 31. Vor der Fernsehkamera 36 ist ein halbdurchlässiger Spiegel 44 angeordnet, der das Licht einer auf der Maschir.ep.einheii 33 fest montierten Lichtquelle 45 in das Kameraobjektiv einspiegelt. Diese Lichtquelle 45 dient der Erzeugung eines Referenzsignals. Eine Auswerteeinheit 46 wertet das Fernsehbild hinsichtlich der Position der Maschineneinheit 33 aus.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele, vielmehr umfaßt sie z. B. auch optische Anordnungen, in denen weitere Umlenkspiegel verwendet sind, um beispielsweise örtlichen Gegebenheiten Rechnung zu tragen. Die Verwendung von zwei Fernsehkameras bietet sich vor allem immer dann an, wenn der Reflektor und das Referenz signal nicht zusammen in ein Bild gebracht \v erden können, z. B. wegen zu geringer Schärfentiefe der Fernsehkamera. Bei Verwendung von zwei Fernsehkameras entfällt die Aufteilung des Bildes in zwei Bildhälften. Es können auch mehrere bewegliche Maschineneinheiten einer Verkokungsanlage mit der erfinderischen Einrichtung ausgerüstet werden. Eine übergeordnete Überwachungseinrichtung kann dann die Koordinierung der Funktionsabläufe übernehmen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Positionieren und zur automatischen Steuerung von beweglichen Maschineneinheiten (z. B. Füllwagen, Auszackmaschine, Führungswagen, Löschwagen oder Stampf-Beschick-Ausdrück-Maschine), die entlang einer Koksofenbatterie zur Beschickung und Entleerung verfahren werden können, dadurch gekennzeichnet, daß an der Koksofenbatterie die Arbeitspositionen der beweglichen Maschineneinheit (13, 33) markierende, angestrahlte Reflektoren (22,31) derart befestigt sind, daß bei Annäherung einer Maschineneinheit (13,33) an eine Arbeitsposition die Lichtreflexe (29) wenigstens eines Reflektors (22,31) ins Blickfeld einer ar. der Maschineneinheit (13) befestigten Fernsehkamera (25,36) wandern, und daß eine Auswerteeinheit (46) mit der Fernsehkamera (25,36) verbunden ist, die die Lageabweichung des Reflektorbildes bezüglich einer in der Auswerteeinheit (46) festgelegten Sollage ermittelt und den Wert der Lageabweichung zum Positionieren der beweglichen Maschineneinheit (13,33) heranzieht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils im Blickfeld der Fernsehkamera (25, 36) befindliche Reflektor (22, 31) durch wenigstens eine auf der beweglichen Maschineneinheit (13, 33) angebrachte Lichtquelle (23, 35) angestrahlt wird, die in unmittelbarer Nähe der optischen Achse (24, 37) der Fernsehkamera (25, 36) angeordnet ist, und daß als Reflektoren (22, 31) solche Verwendung finden, die das auftreffende Licht mit hohem Reflexionsvermögen in die Ausgangsrichtung zurückstrahlen.

3. Einrichtung niich einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (24, 37) der Fernsehkamera (25.. 36) annähernd senkrecht zur Bewegungsrichtung der Maschineneinheit (13, 33) ausgerichtet ist

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel Alpha zwischen der optischen Achse (37) der Fernsehkamera (36) und einer senkrecht zur Bewegungsrichtung der Maschineneinheit (33) aufgespannten Fläche (38) kleiner als 10° ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik der Fernsehkamera (25, 36) so ausgewählt ist, daß immer höchstens ein die Arbeitspositionen markierender Reflektor (22, 31) im Blickfeld der Fernsehkamera (25, 36) erscheint.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine auf der beweglichen Maschineneinheit (13, 33) angeordnete Einrichtung zur Erzeugung eines optischen Referenzsignals, das durch eine auf der Maschineneinheit (13, 33) angeordnete Fernsehkamera (26,36) erfaßt und durch die Auswerieeinheit (46) eines Meß- und Sensorsystems ausgewertet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines optischen Referenzsignals einen im Blickfeld der Fernsehkamera (36) befindlichen angestrahlten Referenzreflektor (34) enthält.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines optischen Referenzsignals eine im Blickfeld der Fernsehkamera (26, 36) befindliche Lichtquelle (27, 45) enthält.

9. Einrichtung nach Ansprtxh 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines

5 optischen Referenzsignals ein Lasergerät (27) enthält, dessen Lichtbündel (28) auf einen im Blickfeld der Fernsehkamera (26) befindlichen Gegenstand einen Lichtfleck (29) markisrt

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtfleck (29) außerhalb der beweglichen Maschineneinheit (13) auf der Koksofenbatterie im Sichtbereich der Fernsehkamera (26) markiert wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gets kennzeichnet daß das Lasergerät (27) derart ausgerichtet ist, daß das ausgestrahlte Lichtbündel in etwa in einer senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen Maschineneinheit (13) aufgespannten Ebene liegt

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

11, gekennzeichnet durch einen vor der Fernsehkamera (36) befindlichen halbdurchlässigen Spiegel (44). über den das optische Referenzsignal in das Fernsehkameraobjektiv eingespiegelt wird.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Meß- und Sensorsystem lediglich eine Fernsehkamera (36) aufweist und daß die Anordnung der Fernsehkamera (36), der Reflektoren (31) und der Einrichtung zur Erzeugung des optischen Referenzsignals so getroffen ist, daß bei Unterteilung des Bildfeldes der Fernsehkamera (36) in eine untere und eine obere Bildfeldhälfte die Reflexe der die Arbeitspositionen markierenden Reflektoren (31) in der ei- nen Bildhälfte und das optische Referenzsignal in der anderen Bildhälfte erscheinen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche fa bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische Meß- und Sensorsystem zwei starr miteinander verbundene Fernsehkameras (25, 26) aufweist, von denen die eine Fernsehkamera (26) das optische Referenzsignal registriert und die andere Fernsehkamera (25) die Reflexe der die Arbeitspositionen markierenden Reflektoren (22) erfaßt.