DE68928776T2

DE68928776T2 - Stranggussverfahren und Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE68928776T2
Application number: DE68928776T
Authority: DE
Inventors: Atsuhiro 1 Chikkoyawatamachi Sakai-Shi Goto; Makoto 1 Chikkoyawatamachi Sakai-Shi Takahashi; Masami 1 Chikkoyawatamachi Sakai-Shi Temma
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: CA2003796A1; DE68928776D1; KR900007509A; KR930010005B1; EP0371482A2; AU4577289A; EP0371482B1; AU612290B2; AU628733B2; EP0371482A3; AU7506891A; KR930000090B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sicheren Stranggießen von Metallen, wobei das Auftreten verschiedener Störungen verhindert wird.
Der Strangguß ist ein Verfahren zum Ziehen von schmelzflüssigem Metall, das zu einem Gußstück von konstantem Querschnitt gegossen wird, und kann Stabmaterial von rundem oder rechteckigem Querschnitt, Rohre und plattenförmige Produkte erzeugen. Ein derartiges Gießverfahren wird zur Herstellung von Gußstücken beispielsweise aus Aluminium, Kupferlegierungen, Gußeisen und Stahl verwendet. Der Strangguß von Stahl läßt sich z. B. so beschreiben: ein schmelzflüssiges Material (oder eine Schmelze) wird aus einer Gießpfanne in ein Zwischengießgefäß und dann aus dem Zwischengießgefäß in eine wassergekühlte Form gegossen. Ein aus der Form hervorgehendes Gußstück wird beim Abkühlen mit Wasser von mehreren Rollen getragen. Unter den obigen Rollen sind Treibrollen angeordnet, um das Gußstück leicht zu pressen und es zu Produkten zu ziehen. Das gezogene Teil wird nach Erreichen einer bestimmten Länge durch ein Schneidwerkzeug geschnitten. Andererseits wird ein Gleitmittel auf die Innenflächen der Form aufgebracht, um dadurch ein Anhaften des Gußstücks an der Form zu verhindern. Das Zwischengießgefäß weist eine Düse auf, um beim Eintritt der Schmelze aus dem Zwischengießgefäß in die Form die Mitnahme von Verunreinigungen in der Schmelze zu verhindern, so daß beim Gießen der Schmelze stets der distale Endabschnitt der Düse in die Schmelze innerhalb der Form eingetaucht bleiben sollte.
Der Strangguß von Stahl weist unter anderen Metallen insbesondere verschiedene schwierige Probleme auf, die eine vollständige Automatisierung der Arbeit erschwert haben, be sonders bei dem Verfahren bezüglich des Gießens einer Schmelze in eine Form. Diese Probleme werden nachstehend erläutert.

A. Problem der Anomalien an der Schmelzenoberfläche

Das zugehörige System mit einer Stranggußform (im folgenden einfach als Form bezeichnet) weist auf: 1) eine Form, 2) eine Gießdüse, die eine untere Düse, eine obere Düse und eine eingetauchte Düse aufweist und im mittleren Bereich der Form angeordnet und am Boden eines Zwischengießgefäßes angebracht ist, 3) eine Schiebedüse (nachstehend einfach als SN bezeichnet) oder einen Durchflußregler für die Schmelze (den geschmolzenen Stahl), der z. B. einen Stopfen verwendet, 4) einen Durchflußregler für in die Gießdüse eingeblasenes Gas (nachstehend einfach als eingeblasenes Gas bezeichnet), beispielsweise zu dem Zweck, Einschlüsse oder Desoxidationsprodukte, die in der Schmelze innerhalb der Form vorhanden sind, einzufangen und an die Oberfläche zu bringen, und zu verhindern, daß die Gießdüse durch die Einschlüsse oder Desoxidationsprodukte verstopft wird, 5) einen Schmelzenfüllstandregler usw. Das eingeblasene Gas wird in die Schmelzenoberfläche innerhalb der Form ausgestoßen, d. h. in die Oberfläche einer Zusammensetzung, die schmelzflüssigen Stahl, geschmolzenes und nicht geschmolzenes Flußmittel einschließt, während Abdeck- bzw. Formpuder oder Formflußmittel in die Form eingebracht (oder gestreut) wird, beispielsweise zur Wärmehaltung, Wärmeisolierung und zum Oxidationsschutz der Schmelze innerhalb der Form, zum Einfangen von Desoxidationsprodukten oder Einschlüssen und zur Schmierung zwischen einer erstarrten Schale und der Form. Der Puder oder das Flußmittel wird bei Kontakt mit der Schmelze (oder dem geschmolzenen Stahl) geschmolzen, bildet eine geschmolzene Schicht und fließt anschließend in Zwischenräume zwischen der Form und der erstarrten Schale, um die verschiedenen, oben erwähnten Funktionen zu erfüllen. Ferner wird die Form in vertikale Schwingungen versetzt, um das glatte Ziehen eines Gußstücks sicherzustellen, wobei die Schmelzenoberfläche innerhalb der Form in ständiger Bewegung gehalten oder wellenförmig bewegt wird, während die Schmelze durch die Gießdüse ausgetragen wird. Die durch die Gießdüse unter solchen Bedingungen ausgetragene Schmelze wird durch die Form und auf andere Weise abgekühlt, um die Erstarrung einzuleiten, wobei der Meniskus an der oberen Fläche der Schmelze in Übereinstimmung mit der Form ausgebildet wird.
Folglich sind in den zugehörigen Vorrichtungskomponenten und Mechanismen einschließlich einer Form die obenerwähnten Faktoren in einem vermischten und komplizierten Zustand vorhanden, wobei die Faktoren in einem stabilen Zustand des gesamten Gießsystems fein ausbalanciert sind. Mit anderen Worten, die zugehörigen Vorrichtungskomponenten und Mechanismen einschließlich einer Form enthalten sehr komplexe, schwankende Faktoren und befinden sich stets in einem so instabilen Zustand, daß reale Erscheinungen durch geringfügiges Verändern irgendeiner Betriebsgröße stark variiert werden. Zum Beispiel kann ein Kochen auftreten, wenn eine Durchflußgeschwindigkeit des in die Gießdüse eingeblasenen Gases nur leicht verändert wird. Das Gießsystem ist daher sehr empfindlich gegen schwankende Betriebsfaktoren, wie z. B. gegen Schwankungen einer Schmelzenmenge im Zwischengießgefäß oder der Gießgeschwindigkeit und gegen Verstopfung der Gießdüse. Sobald das Gleichgewicht verloren geht, können an der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form sofort Anomalien auftreten, wie z. B. Pegelschwankungen, Kochen, Schrägströmung und Pudermangel, die in der vorliegenden Beschreibung als Oberflächenanomalien bezeichnet werden. Das Kochen ist eine Erscheinung, bei der Inertgas, das in das Zwischengießgefäß, die obere Düse oder die eingetauchte Düse eingeleitet und dann in die Schmelze innerhalb der Form eingeblasen wird, um z. B. ein Verstopfen der eingetauchten Düse zu verhindern, einer so starken Druckerhöhung unterliegt, daß die Schmelze daran gehindert wird, aus dem Zwischengießgefäß in die eingetauchte Düse zu fließen, und das unter erhöhtem Druck stehende Gas dann in einem Ausbruch aus den Abflußöffnungen (z. B. 2 Öffnungen) der eingetauchten Düse ausgeblasen wird. Im Falle dieser Erscheinung ist erwiesen, daß vorübergehend Flammen aus der Schmelzenoberfläche aufflackern und der Schmelzenfüllstand absinkt. Diese Oberflächenanomalien der Schmelze können direkt Störungen verursachen, einschließlich eines Ausbruchs (nachstehend einfach als BO bezeichnet) als der schlimmsten Störung beim Stranggießen, und sie können auch direkt zu Fehlern in der Oberflächengüte führen, die dem Einfangen des Puders auf der erstarrten Schale zuzuschreiben sind. Der wichtigste Punkt nicht nur bei der Verhinderung von Störungen, wie z. B. eines Ausbruchs (BO), sondern auch bei der gleichmäßigen Durchführung eines Stranggießvorgangs mit gleichzeitiger Qualitätssicherung der Gußstücke an der Oberfläche und in Oberflächennähe besteht folglich darin, die zugehörigen Vorrichtungskomponenten und Mechanismen einschließlich einer Form jederzeit in stabilem Zustand zu halten.
Herkömmlicherweise hat man daher genau darauf geachtet, die Oberflächenbedingungen der Schmelze innerhalb der Form zu überwachen, und außerdem sind für die Überwachung viele Detektoreinrichtungen vorgeschlagen worden. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte JP-A-60-49 846 ein Verfahren, wobei eine Infrarotkamera zum Abtasten der Schmelzenoberfläche oberhalb einer Form installiert wird, um eine Temperatur der Schmelzenoberfläche und ihre Verteilung über die Schmelzenoberfläche zu messen und dadurch die Dicke einer Puderschicht und ihre Verteilung über diese Schicht zu erfassen. Die ungeprüfte JP-A- 54-71 723 offenbart ein Verfahren zur Auswahl von zwei oder mehr Wellenlängenbändern von Licht, das von der Schmelzenoberfläche innerhalb einer Form ausgestrahlt wird, und zur Messung einer Temperatur der Schmelzenoberfläche aus dem Verhältnis des Lichtenergiepegels zwischen diesen Wellenlängenbändern, um dadurch einen Pudermangelzustand zu erfassen. Die ungeprüfte JP-A-59-229 267 offenbart ein Verfahren zum Anordnen des Spitzenendes einer optischen Faser zum Erfassen (oder Abtasten) der Schmelzenoberfläche und zum Messen eines elektrischen Signals, das einer von der Schmelzenoberfläche emittierten Lichtmenge entspricht, um dadurch einen Pudermangelzustand zu erfassen. Das Dokument JP-A-57-25 270, das zur Formulierung des Oberbegriffs von Anspruch 1 benutzt wurde, offenbart, wie man eine Abbildung des Füllstands von schmelzflüssigem Metall in einer Form mittels Lichtenergiedetektoren erhält, die mit einem Fernsehempfänger verbunden sind. Abweichungen der erfaßten Werte von Bezugswerten ermöglichen die Steuerung von Pu derzuführeinrichtungen. Bei diesen herkömmlichen Verfahren traten jedoch Schwierigkeiten bei der genauen Erfassung eines Pudermangelzustands auf, die darauf zurückzuführen sind, daß Flamen oder dergleichen, die durch das in eine Gießdüse eingeblasene und in eine Form fließende Gas verursacht werden, fälschlich als Pudermangel erfaßt werden können, oder daß wegen der ständigen wellenförmigen Bewegung der Schmelzenoberfläche, z. B. mit den Schwingungen einer Form, die Detektoreinrichtung durch starke Schwankungen eines Temperaturzustands an der Schmelzenoberfläche oder durch Störlicht, das auf dem geschmolzenen Teil des Puders hervorgerufen wird, oder durch sich wellenförmig bewegende und mit der Zeit auftretende und verschwindende Flammen beeinflußt werden kann. Da die Temperaturmeßeinrichtung, d. h. die Infrarotkamera oder die optische Faser, eine Abtastzeit benötigt und eine relativ lange Zeit braucht, um einen Streuzustand des Puders auf der gesamten Schmelzenoberfläche innerhalb einer Form zu erfassen, besteht ein weiteres Problem darin, daß sich der Zustand der Schmelzenoberfläche während des Erfassungsvorgangs ändern kann, wodurch es unmöglich wird, zum richtigen Zeitpunkt eine notwendige Maßnahme zu treffen. Ferner können im Falle plötzlicher Schmelzenoberflächenanomalien, wie z. B. der obenerwähnten Schrägströmung und des Kochens, die herkömmlichen Verfahren nur den Pudermangelerfassungsprozeß ausführen und könnten daher solche plötzlichen Schmelzenoberflächenanomalien nicht erfassen.
Es sind zwar auch Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen in eine Formwand eingebettete Thermoelemente vorgesehen werden oder ein magnetischer Sensor, eine Infrarotkamera oder dergleichen oberhalb einer Form angebracht werden, um dadurch einen Schmelzenfüllstand zu erfassen, aber diese Detektoreinrichtungen sollen nur einen Schmelzenfüllstand erfassen, um ihn konstant zu halten, und können daher nicht direkt die Schmelzenoberflächenanomalien erfassen, wie z. B. Schrägströmung, Kochen und Pudermangel.
Wie oben beschrieben, hatte jedes der herkömmlichen Detektionsverfahren nur eine einzige Funktion, und es war schwierig, einen Zustand der Schmelzenoberfläche auf stabile Weise schnell und präzise zu erfassen. Der wirkliche Sachverhalt ist daher so, daß verschiedene Einheiten und Vorrichtungen auf komplizierte Weise auf engem Raum in der Nähe einer Form bei hoher Temperatur und in staubiger Umgebung angeordnet sind und daß keine zweckmäßige Detektoreinrichtung existiert, die in der Lage ist, einen Zustand der Schmelzenoberfläche mit hoher Zuverlässigkeit unter derart ungünstigen Umständen zu erfassen. Daher war es bisher üblich, daß ein sachkundiger, erfahrener Bediener einen Zustand der Schmelzenoberfläche überwachte und das Auftreten der obenerwähnten Schmelzenoberflächenanomalien aufgrund seiner früheren Erfahrungen und Erkenntnisse beurteilte.
Wenn, wie oben erwähnt, die zugehörigen Vorrichtungskomponenten und Mechanismen einschließlich einer Form nicht im Gleichgewicht sind und Schwankungen der Schmelzenoberfläche oder Schmelzenoberflächenanomalien verursachen, wie z. B. Schrägströmung, Kochen und Pudermangel, dann war es früher üblich, daß der die Schmelzenoberfläche überwachende Bediener durch Sichtkontrolle einen solchen anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche feststellte und unverzüglich aufgrund des festgestellten Ergebnisses eine geeignete Maßnahme traf. Da die Maßnahme zum Ausgleich und zur Stabilisierung der zugehörigen Vorrichtungskomponenten und Mechanismen einschließlich einer Form Schnelligkeit und Präzision erfordert, waren die vorerwähnten herkömmlichen Verfahren auf einen sachkundigen, erfahrenen Bediener angewiesen, und dies war ein großes Hindernis bei der Bemühung zur Einsparung von Arbeitskräften an den zugehörigen Vorrichtungskomponenten und Mechanismen einschließlich einer Form. Unbeschadet dieser Angewiesenheit auf sachkundige, erfahrene Bediener gibt es zwischen den Bedienern große Unterschiede, und außerdem tritt häufig eine Erfassungsverzögerung oder eine fehlerhafte Erfassung auf, die Veränderungen der Qualität von Gußstücken hervorrufen kann. Im Extremfall kann eine Verzögerung der geeigneten Maßnahme zum Ausbruch (BO) führen.

B. Probleme in Verbindung mit dem Einblasen von Inertgas

Beim Stranggießen von Stahl ist es üblich, eine durch eine Gießpfanne zugeführte Schmelze (geschmolzenen Stahl) erst einmal in einem Zwischengießgefäß zu speichern und dann die Schmelze aus dem Zwischengießgefäß durch eine Gießdüse in eine Form zu gießen.
In diesem Falle weist die Schmelze Verunreinigungen auf, wie etwa Desoxidationsprodukte, z. B. Al&sub2;O&sub3;, oder Puder, Schlacke und Sulfide (im folgenden gemeinsam als "Einschlüsse" bezeichnet). Wenn irgendwelche Einschlüsse in einem Gußstück eingefangen werden und dort verbleiben, gibt dies Anlaß zu verschiedenen Nachteilen, z. B. indem innere Defekte, die als Schlackeneinschlüsse bezeichnet werden, oder Oberflächenfehler verursacht werden. Unter den Einschlüssen neigen ferner Al&sub2;O&sub3; und dergleichen dazu, beim Durchtritt durch die Düse an deren Innenfläche anzuhaften, und sich schließlich in solchem Maße anzuhäufen, daß sie die Gießdüse verstopfen, wodurch der stabile Betrieb in vielen Fällen behindert wird.
Aus diesem Grunde sind vordem Einrichtungen zum wirksamen Abtrennen von Einschlüssen von der Schmelze und zum Transport der Einschlüsse zur Schmelzenoberfläche vorgeschlagen worden, und ein Teil dieser Einrichtungen ist in die Praxis umgesetzt worden. Zum Beispiel offenbart die geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 49-28 569 ein Verfahren zum Einblasen von Inertgas, wie z. B. Argon oder Stickstoffgas, in einen Fluß der Schmelze, während diese in eine Form gegossen wird, um dadurch Einschlüsse wirksam zur Schmelzenoberfläche zu transportieren. Dieses Verfahren ist in diesen Jahren umfassend eingeführt worden. Außerdem offenbart die ungeprüfte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 62-142 463 eine Einrichtung zur Berechnung eines Näherungswertes zur Steuerung einer Gasdurchflußmenge, z. B. auf der Basis der Schmelzendurchflußmenge, die aus der Kopfgröße der Schmelze, der Breite und Dicke der Gußstücke und der Gießgeschwindigkeit bestimmt wird.
Bei dem bekannten Verfahren, wo die Durchflußmenge des eingeblasenen Gases mittels Sichtprüfung durch einen Bediener eingestellt wird, oder bei ihrer automatischen Steuerung mit Hilfe der Steuereinrichtung war es jedoch üblich, eine Durchflußmenge des durch ein Rohr fließenden Gases zum Einblasen in die Schmelze zu messen, um dadurch einen Wert der Gasdurchflußmenge zu steuern. Dies war folglich mit dem Problem verbunden, daß die Anzeige eines in dem Rohr installierten Durchflußmessers nicht immer mit der Durchflußmenge des tatsächlich in die Schmelze fließenden Gases übereinstimmt, da ein Teil des Gases während des Prozesses bis zum Erreichen der Schmelze ausströmen kann, z. B. an feuerfesten Materialien, die zur Bildung eines Durchflußkanals verwendet werden, oder da sich der Druckabfall im Durchflußkanal verändern kann. Es kann auch geschehen, daß das in die Schmelze eingeblasene Gas entlang der Wandfläche der Gießdüse in die Form fließt und dann oberhalb des Zwischengießgefäßes nutzlos entweicht, ohne die spezifische Funktion auszuführen. Das Verhältnis einer unwirksamen Gasmenge, die in die Schmelze eingeblasen wurde, aber nutzlos ausgeströmt ist, zu einer wirksamen Gasmenge, die in die Schmelze eingeblasen wurde und die Form durch die Gießdüse nutzbar erreicht hat, ändert sich auf verschiedene Weise in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen. Daher war bei den herkömmlichen Verfahren die richtige Steuerung einer wirksamen Gasmenge sehr schwierig. Wenn die wirksame Gasmenge nicht richtig gesteuert wird und die Menge des eingeblasenen Gases einen erforderlichen Wert übersteigt, wird die Durchflußmenge des Gases instabil, und die Schmelzenoberfläche innerhalb der Form wird stark gestört, wodurch schließlich eine Erscheinung hervorgerufen wird, bei der die Schmelze nicht in die Gießdüse fließt, d. h. das Kochen. Wenn dagegen die Menge des eingeblasenen Gases auf einen sehr niedrigen Wert verringert wird, dann ist wegen der Verstopfung der Gießdüse und anderer Störungen der stabile Betrieb schwer aufrechtzuerhalten.
Folglich war die Steuerung einer eingeblasenen Gasmenge unter Anwendung der herkömmlichen Verfahren für Störungen verantwortlich, wie z. B. das Kochen und das Verstopfen der Gießdüse, die auf den aus der Messung einer Gasdurchflußmenge im Einblasrohr resultierenden Unterschied zwischen einer durch das Rohr fließenden Gasmenge und einer wirksamen Gasmenge oder auf Schwierigkeiten bei der stabilen quantitativen Einstellung einer Gasdurchflußmenge zurückzuführen waren, die selbst dann auftreten, wenn der Bediener einen Zustand der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form überwacht und die Gasdurchflußmenge anhand des Überwachungsergebnisses einstellt.

C. Problem der Schlackenbartbildung

Bekanntlich wird über die Schmelzenoberfläche innerhalb einer Form beim Stranggießen Puder eingebracht (oder gestreut), z. B. zu Zwecken der Wärmehaltung und des Luftabschlusses der Schmelze, des Einfangs von nichmetallischen Einschlüssen und der Schmierung zwischen einer erstarrten Schale und der Form. Der Puder wird, wenn er der Wärme von der Schmelze ausgesetzt ist, geschmolzen und verflüssigt und bewegt sich von der Schmelzenoberfläche aus entlang der Wandfläche der Form. Während der Bewegung entlang der Wandfläche der Form wird der geschmolzene Puder durch die Form abgekühlt, aber durch die Schmelze erhitzt. Inzwischen wird die Form in vertikale Schwingungen versetzt, um zu verhindern, daß eine erstarrte Schale an der Formoberfläche anhaftet. Daher wird der Puder, sobald er geschmolzen ist, wieder zum Erstarren gebracht und haftet an der Wandfläche der Form in einem Bereich unmittelbar oberhalb der Erstarrungsgrenzfläche der Schmelze. Durch dieses Anhaften des Puders sammelt sich mit fortschreitendem Guß allmählich eine Menge des abgeschiedenen Puders an, so daß der Rohpuder terassenförmig von der Wandfläche der Form hervorsteht und dadurch einen in dieser Beschreibung so genannten Schlackenbart bildet.
Ein Schlackenbart ist nicht nur für eine nachteilige Wirkung auf die Qualität von Gußstücken, sondern auch für schwerwiegendere Störungen bei den Stranggußarbeiten verantwortlich. Wenn z. B. die Schmelzenoberfläche aus irgendeinem Grunde in Gegenwart eines Schlackenbarts plötzlich angehoben wird, dann wird der Schlackenbart durch eine erstarrte Schale eingefangen und verursacht einen schwerwiegenden Defekt in der Oberflächengüte von Gußstücken. Im schlimmsten Fall wird der durch die erstarrte Schale unmittelbar unterhalb der Form eingefangene Schlackenbart bei Wärmeeinwirkung von der Schmelze oder der erstarrten Schale wieder zum Schmelzen gebracht, wo durch ein Ausbruch (BO) zu befürchten ist, d. h. die schlimmste Störung im Stranggußbetrieb.
Angesichts der obigen Tatsachen ist es am besten, den Betrieb so durchzuführen, daß das Auftreten eines Schlackenbarts vermieden wird. Wegen der komplizierten thermischen Bedingungen, die unmittelbar oberhalb der Erstarrungsgrenzfläche entstehen, ist es jedoch sehr schwierig, das Auftreten eines Schlackenbarts an sich zu unterdrücken.
In der Vergangenheit gab es jedoch keine Verfahren, mit denen ein Zustand der obenerwähnten Schlackenbartbildung mit hoher Genauigkeit erfaßt werden konnte. In solchen Fällen wurde bestenfalls in einigen Fällen nur ein Verfahren zur Messung einer Formtemperatur, zum Abschätzen der Haftung des Puders auf der Wandfläche der Form aufgrund von Temperaturänderungen und zur Voraussage einer Schlackenbartbildung vorgeschlagen. Daher ist der tatsächliche Sachverhalt so, daß das Detektionsverfahren mit Anwendung solcher indirekter Meßeinrichtungen natürlich eine schlechte Genauigkeit aufweist und in konkreten Vorrichtungen nicht praktisch angewandt werden kann. Aus diesem Grund wird bei einem bisher allgemein angewandten Verfahren ein Zustand in der Form von einem Bediener mittels Sichtkontrolle direkt überwacht, um einen Schlackenbartbildungszustand festzustellen. Wenn die Bildung eines Schlackenbarts festgestellt wird, dann stößt oder stochert der Bediener mit einem geeigneten Stab auf den Schlackenbart, um ihn von der Wandfläche der Form abzulösen und zu entfernen. Dies erlegt dem Bediener eine sehr große physische und psychische Belastung auf und führt auch zu einem Sicherheitsproblem. Außerdem ist es oft geschehen, daß der Bediener irrtümlich eine erstarrte Schale beschädigt und damit einen Defekt in der Oberflächengüte von Gußstücken verursacht hat. Im Extremfall kann ein Ausbruch (BO) verursacht werden. Zur Vermeidung derartiger Probleme sind sachkundige, erfahrene Bediener erforderlich, was bei der Bemühung, den automatischen und unbemannten Gießbetrieb beim Stranggießen zu erreichen, ein großes Hindernis war.
Als ein Mittel zur Entfernung eines Schlackenbarts schlägt z. B. die ungeprüfte JP-A-61-144 249 ein Verfahren zum Bestrahlen des Schlackenbarts mit einem Wärmefluß vor, wie z. B. mit einem Infrarotstrahl oder Laserstrahl, um den Schlackenbart zu schmelzen und zu entfernen. Auch ein derartiges Verfahren ist jedoch auf menschliche Arbeit angewiesen, um die Bildung eines Schlackenbarts zu erkennen, und erfordert außerdem eine Menge zusätzlicher Energie zum Schmelzen des Schlackenbarts. Der Fall der Verwendung eines Laserstrahls führt zu einem unvermeidlichen Nachteil der Erhöhung der Anlagenkosten.

D. Problem der Deckelbildung

Ein Deckel (deutsche Bezeichnung) tritt in Form eines sogenannten "Lederdeckels" auf, der durch Erstarren einer Oberflächenschicht des geschmolzenen Stahls oder der Stahlschmelze entsteht, wenn in einer Stranggußform effektive und latente Wärme der Stahlschmelze von der Schmelzenoberfläche entfernt werden. Bei einer Deckelbildung werden im Schmelzbad vorhandene nichtmetallische Einschlüsse, die eigentlich durch das Abdeckpuder eingefangen werden sollten, statt dessen durch die Deckel eingefangen und verbleiben in einem Gußstück, wodurch die Qualität des Gußstücks beeinträchtigt wird. Wenn ein Deckel auf der gesamten Oberfläche der Stahlschmelze gebildet wird, dann führt dies außerdem zu schweren Betriebsstörungen, wie z. B. zu einem Ausbruch (BO) und zum Bruch einer eingetauchten Düse. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, die Bildung eines Deckels während des Stranggusses zu verhindern. Wenn jedoch der in die Form gegossene Stahl eine so niedrige Temperatur wie die der Liquiduslinie aufweist, oder wenn die Gießgeschwindigkeit niedrig ist, können wegen der niedrigen Temperatur der Schmelze innerhalb der Form Deckel gebildet werden.
Indessen wird Abdeckpuder über der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form eingebracht (oder gestreut), z. B. zur Wärmehaltung und Wärmeisolierung der Schmelze, zum Einfangen von nichtmetallischen Einschlüssen und zur Schmierung zwischen einer erstarrten Schale und der Form. Daher kann ein Deckelbildungszustand nicht durch Sichtprüfung beurteilt werden. Unter solchen Umgebungsbedingungen gab es in der Vergangenheit weder Vorrichtungen zum Erfassen der Deckelbildung noch Vorrichtun gen zum Entfernen der gebildeten Deckel. So war es herkömmlicher Weise üblich, daß ein Bediener einen geeigneten Stahlstab in die Schmelze innerhalb der Form stieß, um die Bildung von Deckeln durch ein mit den Händen wahrgenommenes Gefühl zu ertasten. Wenn der Bediener einschätzt, daß Deckel gebildet werden, stößt er die Deckel mit Hilfe dieses Stabes in die Schmelze, so daß sie wieder eingeschmolzen werden.
Probleme des obenerwähnten herkömmlichen Verfahrens, bei dem der Bediener die Deckel feststellt und wieder einschmelzen läßt, bestanden darin, daß es wegen der Handarbeit unwirtschaftlich ist und daß der Bediener direkt der Schmelze oder dem Bad ausgesetzt ist und daher die Sicherheit nicht gewährleistet ist. Außerdem ist zu befürchten, daß unerfahrene Bediener die Erstarrungsgrenzfläche zwischen der Form und der erstarrten Schale stören und dadurch Oberflächenfehler an Gußstücken verursachen können. Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, war der Betrieb daher auf wenige erfahrene Bediener angewiesen.
Andererseits ist zwar die technische Entwicklung zum Erreichen des unbemannten Gießbetriebs beim Stranggießen in den letzten Jahren aktiv vorangetrieben worden, aber der Erfassungsvorgang der Deckelbildung kann nicht automatisiert werden, z. B. durch Verwendung einer optischen Erfassung mit Bildverarbeitung, da eine optische Erfassung der Deckel, wie oben erwähnt, unmöglich ist, und war daher ein großes Hindernis bei dem Versuch, den völlig unbemannten Gießbetrieb zu realisieren.

E. Probleme, die mit der Automatisierung des Betriebs verbunden sind.

Man kann erwägen, Arbeitsgänge in Verbindung mit dem Gießen eines geschmolzenen Stahls in eine Form durch einen Roboter ausführen zu lassen. Zu diesem Zweck müssen die oben beschriebenen Probleme A-D gelöst werden. Die Lösung dieser Probleme erfordert eine Überwachung und Erkennung von Verfahrensbedingungen, die sich von Zeit zu Zeit ändern, wie in A- D erwähnt, die Festlegung notwendiger Maßnahmen auf der Grundlage eine Eigenbeurteilung in Abhängigkeit von den erkannten Bedingungen und anschließend die Ausführung mehrerer ausgewählter Maßnahmen. Bei der Funktionstüchtigkeit und der Operations- bzw. Betriebssteuerung von Robotern sind jedoch die folgenden Probleme aufgetreten.
Was die Arbeits- und Steuerungsinhalte im Zusammenhang mit der Nutzung von Industrierobotern betrifft, befinden sich die Roboter von den einfachsten bis zu den Robotern, die wiederholt eine durch das Lehr- und Wiedergabesystem dargestellte Operationsfolge ausführen können, innerhalb eines technisch ausführbaren Bereichs und werden hauptsächlich eingesetzt. Mit anderen Worten, gegenwärtige Industrieroboter werden nur für solche Arbeitsgänge wie Palettieren, Anstreichen, Zuführen, Schweißen und einfaches Montieren angewandt, die durch einfache Steuerung von Arbeitspositionen ausführbar sind, und können daher als Roboter ohne Wahrnehmungs- und Beurteilungsfähigkeiten, sondern allein mit Gedächtnisleistung angesehen werden, da sie nur durch die Ausführung reproduzierender Operationen im Hinblick auf zuvor gelehrte Arbeitszeitabläufe, Arbeitsinhalte und Positionsdaten gesteuert werden. Änderungen der Umgebung werden beim Einsatz von Robotern dieses Typs kaum vorausgesetzt, und ihre Arbeitsgänge werden im wesentlichen unter der Annahme ausgeführt, daß sich die zu bearbeitenden Gegenstände immer in bestimmten Positionen befinden. Da diese Roboter ferner, wie oben erwähnt, grundsätzlich sich wiederholende Operationen ausführen können, muß ihr industrieller Einsatz auf relativ einfache Arbeiten beschränkt werden.
Um den Anwendungsbereich von Industrierobotern zu erweitern, ist daher versucht worden, verschiedene Sensoren und Steuerungsoperationen des Roboters auf der Grundlage der durch die Sensoren erfaßten Informationen zu verwenden. Genauer gesagt, das angestrebte Verfahren besteht darin, einen Zustand der Arbeitsumgebung des Roboters zu erfassen und den Betrieb des Roboters zu steuern, wobei Arbeitszeitabläufe, Arbeitsinhalte und Arbeitspositionen des Roboters auf der Basis des erfaßten Umgebungszustands festgelegt werden. In Robotern verwendete Sensoren sind unter anderem hauptsächlich Tastsensoren, Lastsensoren (Kraftsensoren), optische (Bild-) und akustische Sensoren. Davon sind z. B. für die optischen Sensoren einige Systeme durch Kombination einer Fernsehkamera mit einer Bildverarbeitungseinheit bis auf ein brauchbares Niveau entwickelt worden. Die Inhalte der optischen Steuerung werden durch sequentielle Erkennung eines Umgebungszustands durch einen optischen Sensor zur Bestimmung des Arbeitsprozesses und anschließende Ausgabe eines Befehls an ein Steuerungssystem ausgeführt. Da sich die durch den optischen Sensor erhaltene Information nur auf Positionen und Stellungen bezieht, kann die auszuführende Steuerung nur durch Positionssteuerung erzielt werden. Anders gesagt, selbst wenn eine optische Funktion zu einem Roboter hinzugefügt wird, kann das Steuerungssystem des Roboterbetriebs selbst ebenso wie zuvor verwendet werden. Mit der weitverbreiteten Anwendung optischer Sensoren mit ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD) (s. S. 29) ist daher die Betriebssteuerung von Robotern mit Hilfe eines Gesichtssinnes den anderen Sensorentypen im Anwendungsniveau voraus. Was Lastsensoren (Kraftsensoren) und Tastsensoren betrifft, so existiert eine einfache Laststeuerung, bei der lediglich ein Sollwert für einen Positionsbefehl umgerechnet wird, der auf einem erfaßten Last- oder Tastsignal basiert, und dann eine Position entsprechend dem Sollwert gesteuert wird. Obwohl bestimmte Arbeiten auch mit einer solchen einfachen Steuerung ausreichend ausgeführt werden können, ist ihr Anwendungsbereich stark eingeschränkt. In den meisten Fällen der Verwendung von Lastsensoren wird gefordert, die Last kontinuierlich so zu steuern, daß der Vektorbetrag in Form der Last durch die Steuerung konstant gehalten wird oder ein vorgegebenes Schema liefert. Dieser Steuerungstyp ist schwieriger als die obenerwähnte einfache Laststeuerung und daher nach dem gegenwärtigen technischen Stand problematisch. Wie oben erläutert, wird die Betriebssteuerung von Robotern mit Hilfe von Sensoren gegenwärtig hauptsächlich unter Verwendung optischer Sensoren so ausgeführt, daß in einem großen Teil der Anwendungen Positionen usw. aufgrund von erfaßten Signalen sequentiell gesteuert werden.
Hinsichtlich der Mehrfachfunktionen von Robotern ist indessen ein automatischer Werkzeugwechsler (im folgenden als ATC bezeichnet) eingesetzt worden, der eine Funktion aufweist, die Werkzeuge mühelos am Bestückungsende des Roboters anbringen und davon abnehmen kann. Solche Mehrfunktionsroboter sind aber im Arbeitsniveau und in ihrer Steuerung dem obenerwähnten vergleichbar und werden grundsätzlich für einfache Arbeiten eingesetzt, wie sie durch das Lehr- und Wiedergabesystem dargestellt werden. Die Betriebssteuerung von Mehrfunktionsrobotern mit Verwendung von Sensoren (hauptsächlich optischen Sensoren) zur Ausführung mehrerer Arbeiten ist gleichfalls im Niveau der obenerwähnten Betriebssteuerung vergleichbar und in der Anwendung auf das Gebiet der sequentiellen Steuerung begrenzt.
Kurz gesagt, die Technologie der Verwendung von Robotern bleibt nach dem derzeitigen Stand der Technik auf dem obenerwähnten Niveau. Ungeachtet intensiver Untersuchungen für Roboter der nächsten Stufen haben nur wenige ein befriedigendes Niveau erreicht. Anders gesagt, Änderungen der Arbeitsumgebungen von Robotern werden in dieser Weise nicht berücksichtigt, und dem Prozeß der Erkennung eines sich ändernden Umgebungszustands und der Festlegung des Arbeitsprogramms, z. B. auf der Basis des erkannten Zustands, wird nicht viel Beachtung geschenkt. Folglich werden hauptsächlich solche Roboter praktisch umgesetzt, die keine Wahrnehmungs- und Beurteilungsfähigkeiten aufweisen, die zur Programmierung ihrer eigenen Betriebssteuerung in Abhängigkeit von Änderungen der Arbeitsumgebung notwendig sind. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik werden die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit von Arbeiten, die durch Roboter ausgeführt werden, als wichtiger angesehen, als deren Wahrnehmungs- und Beurteilungsfähigkeiten.
Aus den vorstehenden Gründen sind bei der Anwendung herkömmlicher Roboter auf den Arbeitsprozeß dort erhebliche Schwierigkeiten aufgetreten, wo anzupassende Arbeitsumgebungen sich von Zeit zu Zeit ändern und mehrere Arbeitsinhalte und/oder Arbeitspositionen von den Robotern selbst in Abhängigkeit von wechselnden, durch Sensoren erfaßten Zuständen der Arbeitsumgebungen festgelegt werden müssen, um dadurch notwendige Arbeiten auszuführen. Dementsprechend mußte dieser Arbeitsprozeß in solchen technischen Situationen durch direkte Eingriffe von mehreren erfahrenen Bedienern mit Hilfe von Vorrichtungen oder dergleichen oder durch indirekte Eingriffe von Bedienern mit Hilfe mehrerer Manipulatoren oder durch Einführung von Mehrfunktionsrobotern für relativ einfache Arbeiten, wie oben erwähnt, ausgeführt werden. Dieser Arbeitsprozeß erfordert daher eine Menge Ausrüstung und Arbeitskräftekosten und verringert außerdem die Arbeitseffizienz. Außerdem ist man bei der Sicherheit auf ein weiteres Problem gestoßen, da die Bediener inmitten von Manipulatoren und Robotern zu arbeiten hatten.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehenden, in den Abschnitten A-E angegebenen Probleme zustande gebracht worden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung einer Schmelzenoberfläche und/oder zur genauen und schnellen Erfassung von Schmelzenoberflächenanomalien in einer Form sowie zur wirksamen Verhinderung der Schmelzenoberflächenanomalien aufgrund des erfaßten Ergebnisses bereitzustellen, um dadurch den stabilen Stranggußbetrieb zu realisieren. Die obenerwähnte Schmelzenoberfläche bedeutet die Oberfläche des Inhalts, der geschmolzenen Stahl, geschmolzenes Flußmittel (oder Schlacke, nicht geschmolzenes Flußmittel sowie Deckel innerhalb der Form aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ein Verfahren bereitstellt, das stets eine erforderliche wirksame Gasmenge gewährleisten kann, die Schwankungen in den Betriebsbedingungen oder Schwankungen einer durch eine Düse und ein Rohr ausströmenden Gasmenge, falls diese auftreten, präzise folgt, um dadurch Gußstücke von hervorragender Qualität zu erzeugen, ohne Störungen zu verursachen, wie z. B. das Kochen und das Verstopfen der Düse.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Erfassung eines Schlackenbarts mit hoher Genauigkeit während des Betriebs sowie einer Vorrichtung zum wirksamen Entfernen des Schlackenbarts auf grund des erfaßten Ergebnisses, wodurch es möglich wird, den automatischen und unbemannten Gießbetrieb bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des stabilen Stranggießbetriebs zu erreichen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Erfassung von Deckeln, die beim Stranggießen in der Form gebildet werden, und dem Entfernen der gebildeten Deckel.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer automatischen Steuereinrichtung oder eines Roboters, die für die Erfüllung der obenerwähnten Aufgaben geeignet sind. Genauer gesagt, dieser Vorteil besteht darin, in einem solchen Arbeitsprozeß, wo anzupassende Arbeitsumgebungen sich von Zeit zu Zeit ändern und wo daher mehrere Arbeitsinhalte in Abhängigkeit von wechselnden Zuständen der Arbeitsumgebungen, die durch Sensoren erfaßt werden, festzulegen und auszuführen sind, effiziente multifunktionelle Arbeiten durch Verwendung eines Roboters, der mehrere Arbeiten ausführen kann, durch Steuerung der voreingestellten Priorität von Arbeiten in Abhängigkeit von Informationen, die von den Sensoren zugeführt werden, und von Arbeitsbedingungen des Roboters sowie durch anschließende Ablaufplanung und Festsetzung des Arbeitsprogramms zu realisieren, um notwendige Arbeiten mit maximaler Effizienz auszuführen.
Insbesondere wird ein Verfahren zur Erfassung eines anomalen Zustands einer Schmelzenoberfläche in einer Stranggußform bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist: Anbringen eines oder mehrerer Paare von Bildsensoren zum Erfassen eines Schmelzenoberflächenzustands in Positionen oberhalb der Form, die eine im mittleren Bereich eines oberen Öffnungsabschnitts der Form angeordnete Gießdüse aufweist, wobei die Bildsensoren einander gegenüberliegen und die Gießdüse dazwischen angeordnet ist; Umwandeln von Eingangsbildern eines Schmelzenoberflächenzustands, die von Zeit zu Zeit von den Bildsensoren zugeführt werden, in Binärbilder unter Verwendung eines Bezugsschwellwerts zur Unterscheidung der Bildbereiche in helle Abschnitte und dunkle Abschnitte; Bestimmen eines Flächenanteils Rn der hellen Abschnitte an der Gesamtfläche des Oberflächenbereichs der Schmelze in den Gesichtsfeldern der Bildsensoren; Bestimmen der Änderungsrate pro Zeiteinheit bzw. der (relativen) Änderungsgeschwindigkeit Dn des Flächenanteils Rn der hellen Abschnitte; und Erfassen eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche auf der Grundlage einer vorher festgelegten Korrelation zwischen dem Flächenanteil Rn der hellen Abschnitte und/oder der Änderungsgeschwindigkeit Dn und einem anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche.
Nach einer Ausführungsform des obigen Verfahrens werden die Änderungsgeschwindigkeiten Dn für die jeweiligen Bereiche der Schmelzenoberfläche auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse mit voreingestellten Bezugswerten der Änderungsgeschwindigkeit Dn für die entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche verglichen; das Auftreten des Kochens wird festgestellt, wenn beide Änderungsgeschwindigkeiten Dn für die entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse die Bezugswerte übersteigen; und das Auftreten einer Schrägströmung wird festgestellt, wenn nur eine der beiden Änderungsgeschwindigkeiten Dn die entsprechenden Bezugswerte übersteigt, wodurch ein anomaler Zustand der Schmelzenoberfläche erfaßt wird.
Nach einer weiteren Ausführungsform des obigen Verfahrens wird jeder der entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche in den Gesichtsfeldern der Bildsensoren in mehrere voreingestellte Zonen unterteilt, ein Flächenanteil der hellen Abschnitte Rnn und eine Änderungsrate pro Zeiteinheit bzw. eine (relative) Änderungsgeschwindigkeit Dnn des Flächenanteils Rnn der hellen Abschnitte werden für jede der eingeteilten Zonen bestimmt; der Flächenanteil Rnn der hellen Abschnitte und die Änderungsgeschwindigkeit Dnn werden mit entsprechenden voreingestellten Bezugswerten für jede der eingeteilten Zonen verglichen; und ein Pudermangelzustand wird festgestellt, wenn der Flächenanteil Rnn der hellen Abschnitte den Schwellwert übersteigt, während die Änderungsgeschwindigkeit Dnn den Bezugswert nicht übersteigt, wobei ein Pudermangel als eine der Schmelzenoberflächenanomalien sowie die Stellen, wo zu wenig Puder vorhanden ist, erfaßt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verhinderung einer Schmelzenoberflä chenanomalie bereitgestellt, das einen oder mehrere der folgenden Schritte ausführt: Steuerung der Gießgeschwindigkeit, Steuerung der Durchflußmenge des in die Gießdüse eingeblasenen Gases, Steuerung der Durchflußmenge der in die Form gegossenen Schmelze und Steuerung des Puderstreuens in Abhängigkeit von einem durch das obige Verfahren erfaßten Oberflächenzustand der Schmelze.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird als Vorrichtung zum Beseitigen eines Pudermangelzustands eine Vorrichtung zum Verhindern einer Schmelzenoberflächenanomalie bereitgestellt, welche aufweist: eine Puderversorgungseinheit zum Speichern einer voreingestellten Pudermenge, die an ihrem Boden geöffnet oder umgedreht werden kann; eine Zuführeinheit zum Zuführen von Puder in die Puderversorgungseinheit; einen mehrgliedrigen Tragarm, der an seinem distalen Ende die Puderversorgungseinheit trägt und der gedreht und auf und ab bewegt werden kann; eine Antriebseinheit zum Antrieb des Tragarms; und eine Puderzufuhr-Steuereinrichtung zum steuerbaren Antrieb der Puderversorgungseinheit und der Antriebseinheit als Reaktion auf erfaßte Signale, die einen Pudermangelzustand und eine Mangelposition anzeigen.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Stranggußverfahren zum Gießen einer in einem Zwischengießgefäß gespeicherten Schmelze in eine Form für den Strangguß durch eine Düse unter gleichzeitigem Einblasen von Inertgas in die Schmelze bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anbringen eines oder mehrerer Bildsensoren oberhalb der Form zur Aufnahme von Bildern der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form; Verarbeiten von Bildsignalen, die durch die Bildsensoren während des Stranggießens erfaßt werden, um die Anzahl der zur Schmelzenoberfläche aufsteigenden Blasen und/oder die Größe von auf der Schmelzenoberfläche aufflackernden Flammen zu erfassen; Vergleich jedes der erfaßten Werte mit zulässigen Grenzwerten, die vorher aus der Korrelation zwischen einer eingeblasenen Gasmenge und der Blasenzahl oder der Flammengröße im Falle des Kochens oder der Düsenverstopfung ermittelt wurden; und sofortige Steuerung der eingeblasenen Gasmenge, wenn die Blasenanzahl und/oder die Flammengröße die entsprechenden zulässigen Grenzwerte übersteigen, wodurch eine angemessene Menge des eingeblasenen Gases sichergestellt wird.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Detektionsverfahren für eine Schlackenbartbildung beim Stranggießen bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist: Anordnen eines oder mehrerer Paare von Bildsensoren zum Erfassen eines Schmelzenoberflächenzustands in Positionen oberhalb einer Form, die eine Gießdüse aufweist, die im mittleren Bereich eines oberen Öffnungsabschnitts der Form angeordnet ist, wobei die Bildsensoren einander gegenüberliegen und die Gießdüse dazwischen angeordnet ist; Bestimmen einer Helligkeitsverteilung entlang mindestens einer Kontrollinie, welche die Wandfläche der Form schneidet, auf der Basis von Eingangssignalen über einen Oberflächenzustand der Schmelze, die von Zeit zu Zeit von den Bildsensoren zugeführt werden; Bestimmen eines Abstands zwischen zwei Positionen, in denen die Helligkeitsverteilung einen Maximalwert bzw. einen Minimalwert aufweist; und Abschätzen eines Schlackenbartbildungszustands aus dem bestimmten Abstand.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Schlackenbartentfernungsvorrichtung bereitgestellt, die aufweist: einen mehrgliedrigen Arm, der gedreht und auf und ab bewegt werden kann und am distalen Ende einen Schlagvibrator mit einem Vibrationsanregungsmechanismus aufweist; eine Antriebseinheit für den Antrieb des Arms und eine Steuereinrichtung, die mit Hilfe eines oder mehrerer Bildsensoren zum Erfassen eines Oberflächenzustands der Schmelze, die in Positionen oberhalb einer Form angeordnet sind, welche eine im mittleren Bereich eines oberen Öffnungsabschnitt der Form angeordnete Gießdüse aufweist, wobei die Bildsensoren einander gegenüberliegen und die Gießdüse dazwischen angeordnet ist, die folgenden Schritte ausführt: Bestimmen einer Helligkeitsverteilung entlang mindestens einer Kontrollinie, welche die Wandfläche der Form schneidet, auf der Basis von Bildeingangssignalen über einen Zustand der Schmelzenoberfläche, die von Zeit zu Zeit von den Bildsensoren zugeführt werden; Ermitteln eines Abstands zwischen zwei Positionen, in denen die Hellig keitsverteilung einen Maximalwert bzw. einen Minimalwert aufweist; und Ausgabe eines Befehlssignals zum Start des Antriebs des Schlagvibrators sowie eines Befehlssignals zur Bestimmung einer Position, wo der Schlagvibrator betätigt werden soll, auf der Basis eines aus dem ermittelten Abstand abgeschätzten Zustands der Schlackenbartbildung.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Deckelbildungs-Detektionsvorrichtung bereitgestellt, welche aufweist: einen Sensorstab, der in die Schmelzenoberfläche innerhalb einer Stranggußform eingetaucht ist; einen mehrgliedrigen Tragarm, der am distalen Ende den Sensorstab trägt und gedreht und auf und ab bewegt werden kann; eine Antriebseinheit für den Antrieb des Tragarms; und einen Lastsensor zum Erfassen der an dem Sensorstab angreifenden Last, wodurch aus der Last, die an dem in die Schmelzenoberfläche innerhalb einer Form eingetauchten Sensorstab angreift, ein Deckelbildungszustand erfaßt wird.
Außerdem wird eine Deckelentfernungsvorrichtung bereitgestellt, die ferner eine Vergleichsablaufsteuerung zum Vergleich eines erfaßten Werts des Lastsensors mit einem voreingestellten Deckelbildungs-Bezugswert und zur Ausgabe eines Befehls zum Ansteuern der Antriebseinheit aufweist, wenn der erfaßte Wert den Bezugswert übersteigt.
Schließlich wird nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Mehrfunktionsroboter bereitgestellt, der als universeller Industrieroboter verwendet werden kann und besonders für die Verwendung im Stranggußbetrieb geeignet ist. Dieser Roboter weist auf: einen mehrgliedrigen Tragarm, der am distalen Ende einen automatischen Werkzeugwechselmechanismus (im folgenden einfach als ATC bezeichnet) trägt und der frei drehbar ist und auf und ab bewegt werden kann, und eine Antriebssteuerung zum Ansteuern des Tragarms. Spezifische Strukturmerkmale des Roboters sind die folgenden:
i) ein Eingabeabschnitt zum Empfang von Signalen von mindestens einem oder mehreren optischen Sensoren, die in der Nähe eines Arbeitsbereichs und/oder am distalen Ende des Tragarms zur Aufnahme von Bildern des Arbeitsbereichs des Roboters angebracht sind, einem in der Nähe des automatischen Werkzeugwechselmechanismus angebrachten Lastsensor zum Erfassen der am Spitzenende eines Werkzeugs angreifenden Last, und einem Prozeßerfassungssensor zum Erfassen von Arbeitssituationen eines durch den Roboter auszuführenden Prozesses;
ii) ein Beurteilungsabschnitt zum Verarbeiten der Eingangssignale entsprechend der vorher festgelegten Reihenfolge und zum Beurteilen von Situationen in den Arbeitsinhalten des Roboters und den Arbeitsbereichen des Roboters zum aktuellen Zeitpunkt;
iii) ein Einstellungsabschnitt zum Voreinstellen der Priorität der Arbeitspositionen und der Arbeitsinhalte aufgrund der aktuellen Arbeitsbedingungen des durch den Roboter auszuführenden Prozesses sowie der Situationen im Arbeitsbereich des Roboters;
iv) ein Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt zum Vergleich entsprechender Signale vom Beurteilungsabschnitt und vom Einstellungsabschnitt miteinander und zur Ablaufplanung und Festlegung des Arbeitsinhalts mit der höchsten Priorität oder des rationellsten Arbeitsinhalts in Abhängigkeit von den aktuellen Situationen; und
v) ein Steuerungsabschnitt zur Ausgabe mindestens eines der folgenden Signale: eines Werkzeugwechselbefehlssignals an den automatischen Werkzeugwechselmechanismus, eines Antriebssteuersignals an die Antriebssteuerung des Tragarms, und eines Steuersignals auf der Basis der vom Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt getroffenen Entscheidung über den Arbeitsinhalt.
Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung entsprechender Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen hervor.
[Fig. 1 bis 24 sind eine erste Gruppe von Zeichnungen, die sich auf eine Ausführungsform I beziehen.]
Fig. 1 zeigt eine konzeptionelle Gesamtübersicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum groben Verständnis des Aufbaus einer Stranggußvorrichtung.
Fig. 2 und 3 zeigen Bilder, die von einem oberhalb einer Form angebrachten Kamerapaar aufgenommen wurden.
Fig. 4 und 5 zeigen weitere Beispiele von aufgenommenen Bildern.
Fig. 6 und 7 zeigen Bilder, die durch Umwandlung der Bilder von Fig. 4 und 5 in eine Binärdarstellung entstanden sind.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das zeitabhängige Änderungen im Bereich der hellen Abschnitte darstellt.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das sich durch Elimination von Störungen im Diagramm von Fig. 8 ergibt.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm, das zeitabhängige Änderungen des Flächenanteils der hellen Abschnitte während des Stranggußbetriebs darstellt.
Fig. 11 zeigt ein Diagramm, das Änderungsraten pro Zeiteinheit bzw. (relative) Änderungsgeschwindigkeiten des Flächenanteils der hellen Abschnitte während des Stranggußbetriebs darstellt.
Fig. 12 und 13 zeigen Beispiele der Unterteilung der entsprechenden Bilder in mehrere Zonen.
Fig. 14 und 15 zeigen ähnliche Diagramme wie Fig. 10, die zeitabhängige Änderungen der Flächenanteile der hellen Abschnitte für die entsprechenden Teilzonen darstellen.
Fig. 16 und 17 zeigen ähnliche Diagramme wie Fig. 11, die Änderungsraten pro Zeiteinheit bzw. (relative) Änderungsgeschwindigkeiten der Flächenanteile der hellen Abschnitte für die entsprechenden Teilzonen darstellen.
Fig. 18 zeigt eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel einer bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Puderversorgungseinheit darstellt.
Fig. 19 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel einer bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Puderzuführeinrichtung darstellt.
Fig. 20 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel eines bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Pudervorratsbehälters mit eingetragenen Maßen darstellt.
Fig. 21, 22, 23 und 24 zeigen Ansichten, die weitere Beispiele des Pudervorratsbehälters darstellen.
[Fig. 25 bis 29 sind eine zweite Gruppe von Zeichnungen, die sich auf eine Ausführungsform II beziehen.]
Fig. 25 zeigt eine Ansicht, die eine Ausführungsform zur Realisierung der vorliegenden Erfindung in einer allgemeinen Stranggußanlage darstellt.
Fig. 26 und 27 zeigen von einem Paar Sensorvorrichtungen aufgenommene Binärbilder, wobei Fig. 26 einen Zustand mit Blasenerzeugung und Fig. 27 einen Zustand mit aufflackernden Flammen darstellen.
Fig. 28 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel eines Untersuchungsergebnisses zur Beziehung zwischen der Blasenanzahl und einer Durchflußmenge des eingeblasenen Gases darstellt.
Fig. 29 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel eines Untersuchungsergebnisses zur Beziehung zwischen der Flammenfläche und einer Durchflußmenge des eingeblasenen Gases darstellt.
[Fig. 30 bis 35 sind eine dritte Gruppe von Zeichnungen, die sich auf eine Ausführungsform III beziehen.]
Fig. 30 zeigt eine Schnittansicht und ein Diagramm, die einen teilweisen Schnitt zur Veranschaulichung eines Oberflächenzustands der Schmelze in einer Form bzw. einer Helligkeitsverteilung darstellen, die durch Aufnahme einer Abbildung des Bereichs in der Nähe der Form gewonnen wurde, die dem in diesem Teilabschnitt dargestellten Oberflächenzustand der Schmelze entspricht.
Fig. 31 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Detektionsvorrichtung für Schlackenbartbildung darstellt.
Fig. 32 zeigt eine Draufsicht, die ein Einstellungsbeispiel für Kontrollinien darstellt, die zur Erfassung einer Schlackenbartdicke benutzt werden.
Fig. 33 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel für die Erfassung eines Schlackenbartbildungszustands in bezug auf die Dicke darstellt.
Fig. 34 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Schlackenbartdetektions- und Entfernungsvorrichtung darstellt.
Fig. 35 zeigt ein Diagramm, das zeitlich aufeinanderfolgende Änderungen der Schlackenbartdicke darstellt, die sich aus einer an einem praktischen Beispiel erläuterten Arbeitsweise einer Schlackenbartbildungs- und Entfernungsvorrichtung ergeben.
[Fig. 36 bis 40 sind eine vierte Gruppe von Zeichnungen, die sich auf eine Ausführungsform IV beziehen.]
Fig. 36 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Deckelbildungs-Detektionsvorrichtung darstellt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 37 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht einer Form mit darin ausgebildetem Deckel.
Fig. 38 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel eines Untersuchungsergebnisses zu Laständerungen infolge der Deckelbildung darstellt.
Fig. 39 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Deckelentfernungsvorrichtung darstellt.
Fig. 40 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von Lastdaten darstellt, die in einem praktischen Beispiel durch einen Lastsensor erfaßt werden.
[Fig. 41 bis 48 sind eine fünfte Gruppe von Zeichnungen, die sich auf eine Ausführungsform V beziehen.]
Fig. 41 zeigt ein Blockschaltbild, das einen konzeptionellen Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Mehrfunktionsroboters darstellt.
Fig. 42 zeigt ein Blockschaltbild, das einen Gesamtaufbau eines Beispiels des erfindungsgemäßen Mehrfunktionsroboters darstellt.
Fig. 43 zeigt eine Draufsicht von Abbildungen, die durch ein oberhalb einer Form angebrachtes Kamerapaar aufgenommen wurden.
Fig. 44 zeigt eine Draufsicht der Abbildungen von Fig. 43, die in eine Binärdarstellung umgewandelt und in mehrere Zonen unterteilt wurden.
Fig. 45 zeigt eine Vorderansicht zur Erläuterung der Meßprinzipien für die Messung eines Schlackenbarts.
Fig. 46 zeigt eine Draufsicht, die Arbeitspositionen zur Messung und zum Entfernen des Schlackenbarts in der Form darstellt.
Fig. 47 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von Lastdaten darstellt, die durch einen Lastsensor erfaßt werden, wenn ein Sensorstab in die Schmelzenoberfläche eingetaucht wird.
Fig. 48 zeigt eine Draufsicht, die Arbeitspositionen zur Messung und zum Entfernen von Deckeln in der Form darstellt.

[Ausführungsform I]

Dies ist eine Ausführungsform, die das Problem der Oberflächenanomalien der Schmelze löst (siehe den obigen Abschnitt A).
Fig. 1 zeigt eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel eines Gesamtaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Form, 4 ein Gußstück, das zu Produkten gegossen wird, 5 eine Schmelze (geschmolzenen Stahl), 6 eine erstarrte Schale, die aus der Schmelze 5 nach deren Abkühlung entsteht, und 7 einen Puder, der in die Form 1 eingebracht (oder gestreut) wird, hauptsächlich, um eine nicht geschmolzene Puderschicht 8 und eine geschmolzene Puderschicht 9 zu bilden. 12 bezeichnet eine Gießdüse, die in der vorliegenden Ausführungsform vom Schiebedüsen-Typ (SN-Typ) ist, und 13 und 14 bezeichnen Durchflußmengenregler für die Schmelze. 15 und 16 bezeichnen Durchflußmengenregler für in die Gießdüse eingeblasenes Gas. 17 und 18 bezeichnen Steuereinrichtungen für eine Gießgeschwindigkeit des Gußstücks 4, und 19 bezeichnet ein Zwischengießgefäß.
Ferner bezeichnen 22 eine Detektionsvorrichtung für anomale Zustände der Schmelzenoberfläche und 41 eine Vorrichtung zum Verhindern von Schmelzenoberflächenanomalien. Die Detektionsvorrichtung 22 für anomale Zustände der Schmelzenoberfläche weist auf: ein Paar Bildsensoren 20, die über der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form in einander gegenüberliegenden Positionen angebracht sind, wobei die Gießdüse 12 dazwischen angeordnet ist; eine Arithmetikprozessoreinheit 21 zum Verarbeiten von eingegebenen Bildern eines Schmelzenoberflächenzustands, die von den Bildsensoren 20 von Zeit zu Zeit zugeführt werden, wie weiter unten beschrieben wird, und zum Erfassen eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche, wie z. B. Schrägströmung, Kochen oder Pudermangel; und eine Steuereinrichtung 23, um aufgrund der Erfassung eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche verschiedene (weiter unten beschriebene) Maßnahmen anzuweisen, die zur Stabilisierung der Schmelzenoberflächenanomalie auszuführen sind und Steuerbefehle an die entsprechenden Vorrichtungen und Einheiten auszugeben.
In der vorliegenden Ausführungsform sind zwar ein Paar Bildsensoren 20 in gegenüberliegenden Positionen mit dazwischen angeordneter Gießdüse 12 angebracht, es können aber auch zwei oder mehrere Paare vorgesehen werden, wenn der gesamte Bereich der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form durch nur ein Paar Bildsensoren in deren Gesichtsfeldern nicht erfaßt werden kann.
Die Vorrichtung 41 zum Verhindern von Schmelzenoberflächenanomalien weist auf: eine Puderversorgungseinheit 30, einen mehrgliedrigen Tragarm 25, der an seinem distalen Ende die Puderversorgungseinheit 30 trägt, eine Zuführeinheit (oder Speiseeinrichtung) 35 zum Zuführen von Puder zur Puderversorgungseinheit 30, eine Antriebseinheit 28 zum Antreiben des Tragarms 25 und eine Puderversorgungs- (oder Puderstreu-) Steuereinrichtung 24 für den Antrieb und die Steuerung der Puderversorgungseinheit 30 und des Tragarms 25 auf der Basis erfaßter Signale, die sich auf das Auftreten von Pudermangel und auf die Mangelposition beziehen. Die Puderversorgungseinheit 30 weist einen becherförmigen Vorratsbehälter 31 zum Speichern einer voreingestellten Pudermenge 7 auf. Der Vorratsbehälter 31 ist, wie später beschrieben wird, so eingerichtet, daß er an seinem Boden geöffnet oder umgedreht werden kann. Der Tragarm 25 weist mehrere Arme auf (in den vorliegenden Ausführungsformen 2 Arme 26, 26), die durch Armantriebsglieder 28a- 28c miteinander verbunden sind, die jeweils eine eingebaute drehbare Welle aufweisen, so daß die Arme gelenkartig um die entsprechenden drehbaren Wellen gedreht werden können. Außer dem ist der Tragarm 25 an seinem distalen Ende mit einem Hubantriebsglied 28d und einem Hubrahmen 29 versehen, um für vertikale Beweglichkeit zu sorgen. Die Puderversorgungseinheit 30, speziell der Vorratsbehälter 31, der über ein Verbindungsglied 28 am distalen Ende des Tragarms 25 unterstützt wird, kann folglich über der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form 1 sowohl hin und her als auch auf und ab bewegt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zwar der Tragarm 25 vom horizontal gegliederten Typ gewählt, es kann aber ein Arm von jedem gewünschten Typ verwendet werden, solange er eine freie Bewegung der Puderversorgungseinheit 30 innerhalb der Form 1 gestattet. Nach Erfahrung der Erfinder hat sich jedoch gezeigt, daß der obenerwähnte horizontal gegliederte Arm vorzuziehen ist, da der Raum um die Form 1 und das Zwischengießgefäß 19 herum gewöhnlich sehr klein und eng ist. Außerdem können die Kombination und die Anzahl der jeweiligen Komponenten des Tragarms 25 und der Antriebseinheit 28 in Abhängigkeit von einem Installationsraum am Arbeitsort geeignet festgelegt werden, um einen erfolgreichen Betrieb sicherzustellen.
Als Reaktion auf einen Befehl von der Puderversorgungs- (oder Puderstreu-) Steuereinrichtung 24 kann der Vorratsbehälter 31 in eine vorher festgelegte Position innerhalb der Form 1 bewegt werden, und durch Öffnen des Bodens des Vorratsbehälters 31 oder durch Umdrehen (Kippen) des Behälters kann dann der Puder 7 eingebracht werden. Bei dieser Ausführungsform sind der Tragarm 25 und die Zuführeinheit 35 des Puders 7 auf einer Grundplatte 40 befestigt, auf der das Zwischengießgefäß 19 aufliegt. Ein Teil oder alle diese Systemkomponenten, z. B. der mehrgliedrige Tragarm 25 und die Antriebseinheit 28 für den Antrieb des Tragarms 25 können jedoch, wenn erforderlich, mit Eigenantrieb ausgelegt werden.
Als nächstes wird im folgenden ein Verfahren zur Erfassung eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche beschrieben.
Die Helligkeit der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form 1 variiert in einem sehr breiten Bereich von einem dunklen Zustand, wo die Schmelzenoberfläche völlig mit dem nicht geschmolzenen Puder 8 bedeckt ist, bis zu einem hellen Zustand, den man im Falle des Kochens vorfindet, wo die Schmelzenoberfläche mit Flammen bedeckt ist, die hervorgerufen werden, wenn eine große Menge des in die Gießdüse 12 eingeblasenen Gases zur Schmelzenoberfläche innerhalb der Form 1 ausgetragen wird, oder wenn der geschmolzene Puder 9 freiliegt oder bei heftiger und wellenförmiger Bewegung der Schmelzenoberfläche auftaucht. Die Helligkeit der Schmelzenoberfläche unterliegt außerdem ständigen Schwankungen infolge von Schwingungen der Form, Ausströmen des eingeblasenen Gases und Auftauchen der geschmolzenen Puderschicht 9. Unter Beachtung dieses Schwankungszustands der Helligkeit der Schmelzenoberfläche haben die Erfinder die Korrelation zwischen diesem Schwankungszustand und den Schmelzenoberflächenanomalien untersucht. Zunächst wurde zur genauen Erfassung der Helligkeit der Schmelzenoberfläche ein Bildsensor 20 in Positionen oberhalb und gegenüber der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form installiert. Da die obenerwähnte Gießdüse 12 in der Mitte der Form 1 angeordnet ist, erweist es sich bei Verwendung eines einzigen Sensors 20 als sehr schwierig, die gesamte Form 1 ins Gesichtsfeld zu bringen, und der Sensor kann die Helligkeit der Schmelzenoberfläche nicht mit so hoher Genauigkeit erfassen, wie bei der vorliegenden Erfindung beabsichtigt. Daher werden ein Paar Bildsensoren 20 in einander gegenüberliegenden Positionen mit dazwischenliegender Gießdüse 12 angebracht, oder es werden zwei oder mehrere Paare angebracht, wenn der gesamte Oberflächenbereich der Schmelze innerhalb der Form wegen der Größe der zu gießenden Gußstücke nicht durch ein Gesamtgesichtsfeld eines Paares von Bildsensoren erfaßt werden kann. Der Bildsensor 20 kann zwar von irgendeinem gewünschten Typ sein, z. B. eine Kamera mit einem Vidikon, das allgemein in Videokameras verwendet wird, aber die Erfinder haben als Ergebnis verschiedener und genauer Untersuchungen CCD- oder CMOS-Kameras mit Festkörper-Bildsensoren verwendet, die sich mühelos verkleinern lassen und Erscheinungen wie das Einbrennen von Bildern und Restbilder besser bewältigen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß wegen der obenerwähnten ständigen Helligkeitsschwankungen der Schmelzenoberfläche in einem ziem lich breiten Bereich derartige Kameras widerstandsfähig gegen Erscheinungen wie das Einbrennen von Bildern und Restbilder sein müssen, und daß sie im Hinblick auf den oberhalb der Schmelze verfügbaren Raum klein sein müssen. Übrigens werden die CCD- oder CMOS-Kameras mit Irisblenden so eingestellt, daß im Falle des Kochens im wesentlichen ein Sättigungszustand eintritt.
Die Fig. 2 und 3 sind Bilder der Schmelzenoberfläche, die durch die CCD- oder CMOS-Kameras aufgenommen wurden, wobei jedes der Bilder einen Schmelzenoberflächenzustand innerhalb der Form auf der einen bzw. der anderen Seite der Gießdüse darstellt. Es wird angenommen, daß Fig. 2 ein Bild der N-Seite und Fig. 3 ein Bild der S-Seite zeigt. Zu beachten ist, daß die Kameras so angeordnet sind, daß die Gießdüse außerhalb ihrer Gesichtsfelder bleibt, da sich die Gießdüse während des Gießvorgangs stets in einem hellen Zustand befindet. In Fig. 2 und 3 bezeichnen 2, 3 Wandflächen der Form 1, die mit dem Gußstück 4 in Kontakt sind, das gerade zu Produkten gegossen wird, und der Puder 81 und 82 ist eine nicht geschmolzene Puderschicht des über der Schmelzenoberfläche eingebrachten (oder gestreuten) Puders 7. Ein Originalbild 42 oder 43, wie in Fig. 2, 3 dargestellt, wird in die Arithmetikprozessoreinheit 21 eingegeben, die nur ein Bild 42a oder 43a in einem Rahmen verarbeitet, der dem in Fig. 2 oder 3 schraffierten Schmelzenoberflächenbereich innerhalb der Form entspricht, um auf der Basis des eingegebenen Bildes die Schmelzenoberflächenanomalie zu erfassen, wie weiter unten beschrieben wird. Für die praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung ist kein Profil des Bildes 42a oder 43a notwendig, das dem Schmelzenoberflächenbereich innerhalb der Form entspricht, der streng entlang der Grenze zwischen der Formwandfläche 2 bzw. 3 und dem Schmelzenoberflächenbereich definiert ist.
Die Erfinder haben die Korrelation zwischen den obigen Bildern und einem anomalen Zustand einer Schmelzenoberfläche von verschiedenen Standpunkten aus untersucht. Am Anfang wurde ein Bezugsschwellwert zwischen der Helligkeit der nicht geschmolzenen Puderschicht 8 und der Helligkeit der geschmolzenen Puderschicht 9 festgesetzt, um das eingegebene Bild für die Umwandlung in eine Binär- oder Hell-Dunkel-Darstellung so zu verarbeiten, daß entsprechende Pixel, die zusammen das eingegebene Bild ausmachen, als dunkel beurteilt werden, wenn die Pixelhelligkeit mit der Helligkeit in einem Fall vergleichbar ist, wo die Schmelzenoberfläche mit der nicht geschmolzenen Puderschicht 8 bedeckt ist, und als hell, wenn die Pixelhelligkeit mit derjenigen in einem Fall vergleichbar ist, wo die geschmolzene Puderoberfläche 9 zur Schmelzenoberfläche auftaucht. Die Fig. 4 und 5 sind weitere Beispiele von Bildern der N-Seite und der S-Seite, die Zustände darstellen, wo die geschmolzenen Puderschichten 9 in den nicht geschmolzenen Puderschichten 8 innerhalb der Schmelzenoberflächenbereiche 42a bzw. 43a aufgetaucht sind; die Fig. 6 bzw. 7 sind Binärbilder 42b bzw. 43b, die sich aus der Umwandlung der Eingabebilder eines Schmelzenoberflächenzustands, die den Fig. 4 und 5 entsprechen, in eine Binärdarstellung nach dem obenerwähnten Verfahren ergaben. In diesen Binärbildern 42b bzw. 43b sind die aufgetauchten Teile der geschmolzenen Puderschichten 9 über der Schmelzenoberfläche als helle Abschnitte 45 angedeutet, während die restlichen, nicht geschmolzenen Puderschichten 8 als dunkle Abschnitte 44 angedeutet sind.
Als nächstes bestimmten die Erfinder den Flächenanteil der hellen Abschnitte in den obenerwähnten Binärbildern, d. h. der aufgetauchten Teile der geschmolzenen Puderschicht 9 (im folgenden als Fläche der hellen Abschnitte bezeichnet), an den Gesamtbereichen der Schmelzenoberfläche innerhalb der Gesichtsfelder der Kameras, die den Schmelzenoberflächenbereichen 42a und 43a entsprechen (d. h. der Gesamtfläche der aufgetauchten Teile der geschmolzenen Puderschicht 9 und der restlichen, nicht geschmolzenen Puderschicht 8), das heißt, das Verhältnis der Fläche der hellen Abschnitte zur Schmelzenoberfläche innerhalb der Gesichtsfelder der Kameras (dieses Verhältnis wird in der vorliegenden Beschreibung als Flächenanteil der hellen Abschnitte und im folgenden einfach als Flächenanteil Rn bezeichnet), und untersuchten dann auch zeitabhängige Änderungen des Flächenanteils Rn. Der Grund für die Verwendung des Flächenanteils ist hierbei, daß verschiedene Untersuchungen gezeigt haben, daß die Bereiche 42a, 43a, die der gesamten zu beobachtenden Schmelzenoberfläche entsprechen, nicht unbedingt jederzeit den gleichen Flächeninhalt haben, z. B. wegen der wechselnden Größe von Gußstücken, die zu Produkten zu gießen sind, und daß außerdem ihr Flächeninhalt bei verschiedenen anomalen Erscheinungen der Schmelzenoberfläche oder sogar bei der gleichen anomalen Erscheinung der Schmelzenoberfläche unterschiedlich ist, was zu Schwierigkeiten bei der gleichmäßigen quantitativen Erfassung der entsprechenden anomalen Erscheinungen der Schmelzenoberfläche führt. Angesichts der obigen Tatsachen ist entschieden worden, das Flächenverhältnis der Fläche der hellen Abschnitte in der Schmelzenoberfläche zu den Bereichen 42a, 43a, welche der gesamten zu beobachtenden Schmelzenoberfläche entsprechen, zu berechnen. Dies ist so zu verstehen, daß in einem Fall, wo der anomale Zustand der Schmelzenoberfläche für die Bereiche 42a, 43a, die der gesamten zu beobachtenden Schmelzenoberfläche entsprechen, ständig unter den gleichen Bedingungen erfaßt und verarbeitet werden kann, in Verbindung mit den weiter unten erläuterten Detektionsverfahren anstelle des Flächenanteils bzw. Flächenverhältnisses ein Absolutwert des Flächeninhalts verwendet werden kann.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel eines Untersuchungsergebnisses während des Gießvorgangs darstellt, wobei die vertikale Achse den Flächenanteil Rn und die horizontale Achse den Zeitablauf darstellt.
In diesem Beispiel, bei dem Pudermangel als eine der Schmelzenoberflächenanomalien auftrat, überwachte parallel zur Messung des Flächenanteils ein erfahrener Bediener einen Schmelzenoberflächenzustand und streute nach seiner Einschätzung Puder zu dem Zeitpunkt, der in Fig. 8 durch einen Pfeil A angedeutet ist. Man wird daher erkennen, daß der Flächenanteil Rn im Laufe der Zeit ansteigt und sich dann zur gleichen Zeit mit dem Streuen des Puders plötzlich verringert.
In Fig. 8 werden geringe Schwankungen des Flächenanteils Rn, wie durch die Pfeile P, Q angedeutet, durch Schwingungen der Form 1 verursacht. Konkret gesagt, wenn die Schmelzenoberfläche bei einem Absinken der Form 1 relativ angehoben wird, taucht in einem großen Teil die geschmolzene Puder schicht 9 auf und liefert das durch P angedeutete Maximum. Wenn umgekehrt die Form 1 ansteigt, dann werden die aufgetauchten Teile der geschmolzenen Puderschicht 9 verdeckt, und die nicht geschmolzene Puderschicht 8 nimmt einen größeren Teil ein und liefert dadurch das durch Q angedeutete Minimum. Außerdem wird das in die Gießdüse eingeblasene Gas entsprechend den Schwingungen der Form 1 periodisch zur Schmelzenoberfläche ausgetragen und entweicht dort, wodurch ebenfalls die geringen Schwankungen einschließlich der Extrema entstehen können. Anders gesagt, der Flächenanteil Rn unterliegt wegen der wellenartigen Bewegung der Schmelzenoberfläche, die durch die Formschwingungen und dergleichen verursacht wird, geringfügigen Schwankungen. Bei dem Verfahren zur genauen Erfassung eines Schmelzenoberflächenzustands werden die Schwankungen ähnlich P, Q, die z. B. durch Formschwingungen verursacht werden, zu Störungen, die für die arithmetische Verarbeitung zum Erfassen der Schmelzenoberflächenanomalie unerwünscht sind. Dementsprechend muß die Auswirkung solcher Störungen eliminiert werden. Als ein Eliminationsverfahren kann man in Betracht ziehen, einen Zeitreihenmittelwert von Momentanwerten des Flächeninhalts der hellen Abschnitte zu berechnen, die zu entsprechenden, vorher festgelegten Zeitpunkten erfaßt werden. Die Verarbeitung ist zwar von der Zeitdauer für den Zeitreihenmittelwert abhängig, wird aber bei diesem Verfahren relativ kompliziert. Außerdem muß zur präzisen Beseitigung der Störungen die Zeitdauer für die Berechnung des Zeitreihenmittelwerts bis zu einem gewissen Grade verlängert werden (sie muß zumindest länger sein als eine Schwingungsperiode der Form). Dementsprechend ist die resultierende längere Verarbeitungszeit ungünstig für den Zweck der präzisen und schnellen Erfassung eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche. Bei der vorliegenden Ausführungsform bildet man daher die logischen Produkte der Binärbilder 42b und 43b während einer Zeitdauer, die der Schwingungsperiode der Form 1 entspricht, um dadurch periodische oder plötzliche Schwankungen des Flächeninhalts der hellen Abschnitte in den Bildern der Schmelzenoberfläche zu eliminieren. Fig. 9 zeigt ein Verarbeitungsergebnis, das man durch Bildung der logischen Produkte der Binärbilder in dem Bereich erhält, der demjenigen von Fig. 8 entspricht. Man erkennt, daß in dem Verarbeitungsergebnis von Fig. 8 kaum Feinschwankungen auftreten und daß als Ergebnis einer befriedigenden Beseitigung der Störungen die zeitabhängigen Änderungen des Flächenanteils Rn geklärt werden, um eine stabilere Erfassung sicherzustellen.
Die zeitabhängigen Änderungen des Flächenanteils Rn für die Form während des Gießvorgangs wurden gemessen, wobei die Störungen nach dem obigen Verfahren beseitigt wurden. Fig. 10 zeigt ein Beispiel eines Meßergebnisses des Flächenanteils Rn.
Fig. 10 weist einen Satz von zwei Diagrammen auf, einem oberen und einem unteren Diagramm, die den Ergebnissen entsprechen, die auf die oben beschriebene Weise durch Verarbeitung der eingegebenen Bilder von der N- bzw. der S-Seite gewonnen wurden, d. h. von den beiden Kameras, die in einander gegenüberliegenden Positionen mit dazwischenliegender Gießdüse installiert waren. So stellt das obere Diagramm das Verarbeitungsergebnis des N-seitigen Bildes dar, während das untere Diagramm dasjenige des S-seitigen Bildes darstellt. In Fig. 10 zeigen die Pfeile X, Y bzw. Z die Zeitpunkte an, zu denen Schmelzenoberflächenanomalien auftraten, wie z. B. Pudermangel (Puderstreuen), Kochen bzw. Schrägströmung; Indizes bezeichnen die Seite, d. h. die N-Seite oder die S-Seite, sowie die Anzahl des Auftretens seit Beginn der Messung. Bei dieser Ausführungsform überwachte parallel zur obigen Messung ein erfahrener Bediener einen Schmelzenoberflächenzustand, und wenn eine bestimmte Schmelzenoberflächenanomalie auftrat, führte er eine Maßnahme zur Stabilisierung dieser Schmelzenoberflächenanomalie aus. Der Pfeil X stellt ein Beispiel von auftretendem Pudermangel dar, und der Puder wurde nach Ermessen des Bedieners bei dem Pfeil X gestreut. Man erkennt, daß der Flächenanteil Rn im Zeitablauf zunimmt und dann gleichzeitig mit dem Streuen des Puders plötzlich abnimmt. Ebenso wurden bei den Pfeilen Y, Z, die das Auftreten des Kochens bzw. der Schrägströmung darstellen, zur Beseitigung der Schmelzenoberflächenanomalien nach Ermessen des Bedieners jeweils eine oder zwei oder mehrere der folgenden Maßnahmen getroffen: Steuerung der Gießgeschwindigkeit, Steuerung der Durchflußmenge des in die Gießdüse eingeblasenen Gases, Steuerung der Durchflußmenge der in die Form gegossenen Schmelze und Streuen von Puder. In jedem Fall stimmen die gewählten Zeitpunkte für die Beseitigung der Schmelzenoberflächenanomalien mit den Zeitpunkten überein, zu denen jeweils der Flächenanteil Rn plötzlich reduziert wird. Aus Fig. 10 ist die Korrelation zwischen den in der Schmelzenoberfläche aufgetretenen anomalen Erscheinungen und den zeitabhängigen Änderungen des Flächenanteils Rn ersichtlich. Während jedoch Fig. 10 eine qualitative Tendenz erklärt, die zu den entsprechenden anomalen Erscheinungen führt, sind die Flächenanteile Rn zu den Zeitpunkten, in denen Maßnahmen getroffen werden, etwas verschieden voneinander und im Niveau nicht ausreichend stabil, um eine präzise Erfassung der anomalen Erscheinungen sicherzustellen. Dies bedeutet, daß eine weitere quantitative Auswertung der Daten notwendig ist. Daher wurden Änderungsraten pro Zeiteinheit bzw. Änderungsgeschwindigkeiten Dn des Flächenanteils Rn untersucht. Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Änderungsgeschwindigkeiten Dn in Abhängigkeit von der Zeit darstellt, wobei die horizontale Achse eine Zeitachse im gleichen Maßstab wie in Fig. 10 repräsentiert. Zu beachten ist, daß die Änderungsgeschwindigkeiten nach den Zeitpunkten zur Beseitigung der Schmelzenoberflächenanomalien, d. h. negative Änderungsgeschwindigkeiten, in Fig. 11 nicht dargestellt sind, da diese Änderungsgeschwindigkeiten einer Abnahme des Flächenanteils Rn entsprechen, die z. B. für das Streuen von Puder nebensächlich und damit für die Erfassung eines anomalen Zustands bedeutungslos ist.
Anhand einer solchen Auswertung stellt man zunächst fest, daß das Auftreten von Schrägströmung und Kochen auf der Basis des Flächenanteils Rn und dessen Änderungsgeschwindigkeit Dn, die in den Fig. 10 und 11 dargestellt sind, präzise erfaßt werden kann. Genauer gesagt, der Flächenanteil Rn ist relativ unterschiedlich und im Niveau nicht stabil, wie durch YN1, YS1 und YN2, YS2 angedeutet, so daß er manchmal ein Niveau annehmen kann, das mit dem im Falle von Pudermangel vergleichbar ist. Die Änderungsgeschwindigkeit Dn des Flächenanteils Rn beträgt jedoch beim Auftreten von Pudermangel höchstens 150%/min. während sie beim Auftreten von Schrägströmung und Kochen einen viel größeren Wert von mehr als 300%/min aufweist. Ferner werden derart große positive Änderungsgeschwindigkeiten beim Auftreten der Schrägströmung nur auf einer der beiden Seiten bezüglich der Gießdüse beobachtet, wie bei ZS1, ZS2, während sie beim Auftreten des Kochens im wesentlichen gleichzeitig auf beiden gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse zu beobachten sind. Es wurde folglich festgestellt, daß das Auftreten von Schrägströmung und Kochen unverwechselbar aus einem Vergleich der Änderungsgeschwindigkeiten Dn der für die gegenüberliegenden Seiten ermittelten Flächenanteile Rn erfaßt werden konnte. Hierbei sind beim Auftreten des Kochens die Flächenanteile für die entsprechenden Seiten oder Zonen wegen der Flammen des eingeblasenen Gases und dergleichen relativ unterschiedlich. Mit anderen Worten, die Flächenanteile Rn sind in einigen Fällen, wie etwa bei YN1, YS1, bis zu 100% gesättigt, aber in anderen Fällen, wie etwa bei YN2, YS2, nicht bis zu 100% gesättigt. Die letzteren Fälle, wo die Flächenanteile Rn nicht bis zu 100% gesättigt sind, entsprechen einer Erscheinung, bei der die Schmelzenoberfläche aufgrund eines leichten Kochens zwangsweise in eine wellenartige Bewegung versetzt wird, d. h. der sogenannten Kräuselerscheinung. Da die Kräuselerscheinung auf ähnliche Weise wie im Fall des Kochens eliminiert oder Verhindert werden kann, ist es gewöhnlich nicht notwendig, weiter zwischen Kräuseln und Kochen zu unterscheiden. Bei Bedarf kann jedoch eine solche Unterscheidung vorgenommen werden, indem man feststellt, ob der Wert des Flächenanteils Rn beim Auftreten einer Anomalie gesättigt ist oder nicht.
Zur Erfassung einer mit dem Puder, d. h. dem Pudermangel, zusammenhängenden Anomalie wurde dann festgestellt, daß sowohl der Flächenanteil Rn als auch die Änderungsgeschwindigkeit Dn berücksichtigt werden mußten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in den Fig. 10 und 11 bestimmte Rn, wie z. B. durch die Pfeile XN8, XS6 angedeutet, einen Wert haben können, der mit dem im Fall des Kochens (Kräuselns) vergleichbar ist, wie durch die Pfeile YN2, YS2 angedeutet, während die Ändungsraten pro Zeiteinheit bzw. Änderungsgeschwindigkeiten Dn der Flächenanteile Rn stets wesentlich kleiner sind und höchstens 150%/min betragen, wie oben erwähnt. Jedoch sind, wie gleichfalls oben festgestellt, der Flächenanteil Rn und die Änderungsgeschwindigkeit Dn, die beim Auftreten von Pudermangel beobachtet werden, beide relativ verschieden und haben kein stabiles Niveau. Dies ist darauf zurückzuführen, daß diejenigen Zonen in der Schmelzenoberfläche, die einem Pudermangel ausgesetzt sind, nicht gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt, sondern in bestimmten Teilen lokalisiert sind, d. h. daß sich die Zonen mit Pudermangel in der Form zwischen der Gießdüse und der auf der N- bzw. S-Seite gegenüberliegenden kurzen Seitenwand, d. h. in Breitenrichtung der Form verändern, wodurch sich auch die hellen Abschnitte entsprechend den wechselnden Flächeninhalt der Zonen mit Pudermangel verändern. Dementsprechend ist zur Erfassung von Pudermangel eine quantitative Überwachung der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form sowohl auf Mangelpositionen als auch auf Mangelzustände an der Schmelzenoberfläche erforderlich. Die Bilder 42a und 43a der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form wurden daher jeweils in mehrere Zonen unterteilt.
Hierbei wird die Unterteilung in mehrere Zonen entsprechend der Art und Weise oder dem Zustand des Auftretens von Pudermangel vorgenommen. Dieser Punkt wird im folgenden eingehender betrachtet. Da der Puder geschmolzen und dann verbraucht wird, während er in den Zwischenraum zwischen den Formwänden und einem Gußstück fließt, entsteht Pudermangel gewöhnlich häufig entlang den Formwänden als eine an der Schmelzenoberfläche auftretende Erscheinung. Im allgemeinen hat der Puder jedoch die Form von feinen Teilchen oder Körnchen, die im einen wie im anderen Fall einen Ruhewinkel von etwa 30- 60º aufweisen, so daß der gestreute Puder nicht an einer Stelle festgehalten wird. Daher neigt der Puder in der Mitte in Dickenrichtung der Form sowohl im nicht geschmolzenen Zustand als auch im geschmolzenen Zustand dazu, sich bei welliger Bewegung der Schmelzenoberfläche infolge von Schwingungen der Form auf der Ebene der Schmelzenoberfläche in alle Richtungen zu bewegen. Hierbei ist die Bewegungsart des Puders auf der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form von Schwankungen der Schmelzenoberfläche, der Gesamtmassebilanz des Puders über der Schmelzenoberfläche, der Wärmebilanz des Puders im geschmolzenem Zustand usw. abhängig. Auf diese Weise kann im zentralen Bereich in Dickenrichtung der Form Pudermangel auftreten. Konkret ist aus einem Untersuchungsergebnis, wie z. B. der Beobachtung der Schmelzenoberfläche, festgestellt worden, daß der Puder zwar gewissen Schwankungen unterliegt, sich aber gewöhnlich in Dickenrichtung der Form mit einer Geschwindigkeit bewegt, die vergleichbar mit oder etwa viermal so groß ist wie die Geschwindigkeit in Breitenrichtung der Form. Ferner kann der Puder zwar auf verschiedene Weise gestreut werden, es ist aber selbstverständlich, daß in jedem Fall der Puder nicht an einem einzelnen Punkt, sondern über eine bestimmte Zuführungszone eingebracht wird. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Unterteilung des Bildes in zu viele Zonen offenbar ineffektiv und sinnlos ist, da sie eine Verarbeitungsgeschwindigkeit für die Erkennung einer Schmelzenoberflächenanomalie vermindert, was wiederum zu einer Verzögerung der Erfassung und damit des Beginns einer zu ergreifenden notwendigen Maßnahme führt, wodurch die Wahrscheinlichkeit für den Ausbruch irgendeiner Betriebsstörung, wie z. B. eines Ausbruchs vom Verstopfungstyp (BO), erhöht wird. Dementsprechend ist es im Hinblick auf die obenerwähnte Bewegungsart des Puders ausreichend, das Bild in Dickenrichtung der Form in höchstens drei Zonen und in Breitenrichtung der Form in eine Anzahl von Zonen zu unterteilen, die von etwa der gleichen Anzahl wie oben bis zu vier Zonen reicht.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen werden in der vorliegenden Ausführungsform die Schmelzenoberflächenbereiche innerhalb der Form, die den Bildern 42a, 43a in Fig. 2 bzw. 3 entsprechen, in fünf Zonen 42a1-42a5 bzw. 43a1-43a5 unterteilt, wie in Fig. 12 bzw. 13 für die in bezug auf die Gießdüse entgegengesetzten N- bzw. S-Seiten dargestellt. Die eingeteilten Zonen bzw. Teilzonen haben auf beiden Seiten alle die gleiche Größe. Die Gesamtgröße aller Zonen auf jeder Seite beträgt 500 mm in Dickenrichtung und 250 mm in Breitenrichtung. Jede Teilzone hat eine Länge von 100 mm in Breitenrichtung. Für die entsprechenden Zonen, die individuell einer ähnlichen Untersuchung wie im obigen Fall unterworfen werden, sind die Meßergebnisse der Flächenanteile Rnn in Fig. 14, 15 dargestellt, und die Meßergebnisse der Änderungsgeschwindigkeiten Dnn sind in Fig. 16, 17 dargestellt, wobei in den Zeichnungen die Horizontalachse als Zeitachse den gleichen Maßstab wie in Fig. 10 hat. Die Fig. 14 bis 15 umfassen jeweils fünf Diagramme, die den Meßergebnissen der jeweiligen Teilzonen in den Fig. 12 und 13 entsprechen. Folglich entsprechen diese fünf Diagramme den obigen Zonen 42a1-42a5 für jede der Fig. 14 bzw. 16 und den obigen Zonen 43a1-43a5 für jede der Fig. 15 bzw. 17. Wie im obigen Fall ist die Korrelation zwischen den in der Schmelzenoberfläche aufgetretenen Erscheinungen und den zeitabhängigen Änderungen sowohl der Flächenanteile Rnn als auch der Änderungsgeschwindigkeiten Dnn klar. Offensichtlich ist auch, daß die Unterteilung des Bildes es ermöglicht, die entsprechenden Teilzonen auf stabile und quantitative Weise zur Erfassung von Pudermangel zu überwachen. Genauer gesagt, in jedem Falle von Pudermangel, Schrägströmung und Kochen erreichen die Flächenanteile Rnn einen hohen Wert von 80-90% oder mehr. Wie jedoch oben beschrieben, zeigt sich in diesem Falle der Unterteilung des Bildes auch, daß die Änderungsgeschwindigkeiten Dnn beim Auftreten von Schrägströmung und Kochen eine große Änderung von 300%/min oder mehr aufweisen, während sie beim Auftreten von Pudermangel einen kleinen Wert von höchstens 150%/min erreichen, wodurch es möglich wird, den Pudermangel von der Schrägströmung und vom Kochen zu unterscheiden. Im Gegensatz zu einem veränderlichen und instabilen Zustand im Niveau der Flächenanteile Rn und der Änderungsgeschwindigkeiten Dn beim Auftreten von Pudermangel, wie in Fig. 10 und 11 sichtbar, ermöglicht ferner die Unterteilung des Bildes, einen Pudermangelzustand für die entsprechenden Teilzonen noch klarer und stabiler zu erfassen. Genauer gesagt, wenn in irgendeiner Zone ein Pudermangel aufgetreten ist, dann ist der Flächenanteil Rnn der hellen Abschnitte fast nur in dieser Zone erhöht, wie bei den Zeitsummenpunkten 3, 15, 20 und 25 Minuten in Fig. 14 und bei den Zeitsummenpunkten 3 und 6 Minuten in Fig. 15 erkennbar. Ein solcher Pudermangelzustand kann erfaßt werden, indem Bezugspegel (oder Bezugswerte) des Flächenanteils Rnn und der Änderungsgeschwindigkeit Dnn für jede der Teilzonen festgesetzt werden und dann ermittelt wird, ob der erfaßte Wert den Bezugspegel des Flächenanteils Rnn, aber nicht den Bezugspegel der Änderungsgeschwindigkeit Dnn übersteigt. Außerdem sind, wenn Pudermangel über mehrere Zonen aufgetreten ist, die Flächenanteile Rnn in diesen entsprechenden Zonen erhöht, wie bei den Zeitsummenpunkten 2, 5, 15 und 23 Minuten in Fig. 14 und bei den Zeitsummenpunkten 2, 5, 21 und 25 Minuten in Fig. 15 auf ähnliche Weise wie oben erkennbar ist. Auch in diesem Falle kann der Pudermangel erfaßt werden, indem Bezugspegel der Flächenanteile Rnn und der Änderungsgeschwindigkeiten Dnn für die entsprechenden Zonen festgesetzt werden und dann ermittelt wird, ob die erfaßten Werte die Bezugspegel der Flächenanteile Rnn, aber nicht die Bezugspegel der Änderungsgeschwindigkeiten Dnn übersteigen. Da jeder Bezugspegel entsprechend tatsächlichen Betriebssituationen festzusetzen ist, müssen die entsprechenden Bezugspegel in Übereinstimmung mit individuellen Fällen festgesetzt werden, z. B. in Abhängigkeit von der Größe eines Gußstücks, das zu Produkten gegossen werden soll, und von Umgebungen der Form. Außerdem können zumindest einige von den Teilzonen den gleichen Bezugspegel aufweisen, oder alle Zonen können verschiedene Bezugspegel aufweisen. Bei der vorliegenden Ausführungsform konnten Schrägströmung, Kochen bzw. Pudermangel erfaßt werden, indem ein Bezugspegel des Flächenanteils einheitlich auf 70% und der Bezugspegel der Änderungsgeschwindigkeit einheitlich auf 150%/min festgelegt wurden. Zu beachten ist, daß die Bezugspegel nicht auf die in der vorliegenden Ausführungsform festgesetzten Werte beschränkt sind, da sie in Abhängigkeit von Bedingungen, wie z. B. der Größe der Gießdüse, der über die Schmelzenoberfläche hinausragenden Länge der Gießdüse und der Querschnittsfläche eines Gußstücks, das zu Produkten gegossen werden soll, nach Bedarf festzulegen sind.
Auf diese Weise ist es möglich, Pudermangelzustände und -positionen gleichmäßig und quantitativ zu erfassen. Außerdem können selbstverständlich Kochen und Schrägströmung auch im Falle einer Bildunterteilung erfaßt werden, indem man die Änderungsgeschwindigkeiten Dnn der Flächenanteile Rnn für die jeweiligen Zonen ermittelt und die Änderungsgeschwindigkeiten Dnn der entsprechenden Zonen auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse miteinander vergleicht. Da jedoch Schrägströmung und Kochen innerhalb kürzester Zeit erfaßt werden müssen, werden sie gewöhnlich nach dem obenerwähnten Verfahren mit Verwendung der gesamten Bereiche auf beiden Seiten der Gießdüse ohne Unterteilung ihrer Bilder erfaßt. Dies ist so zu verstehen, daß ein derartiges Verfahren nicht unbedingt benötigt wird, falls die Unterteilung des Bildes im Hinblick auf die Beziehung zwischen den Arbeitssituationen und der Erfassungszeit keine Probleme aufwirft, z. B. eine wesentliche Verzögerung der Erfassung. So können anomale Erscheinungen der Schmelzenoberfläche, wie z. B. Pudermangel, Schrägströmung und Kochen, automatisch auf stabile und quantitative Weise erfaßt werden.
In der obigen Beschreibung erfolgt die automatische Erfassung anomaler Erscheinungen der Schmelzenoberfläche durch Verarbeitung der Bildinformationen, die man durch die Bildsensoren erhält, die über der Schmelze innerhalb der Form installiert sind. Außerdem ist es auch möglich, zum Zweck eines stabileren Gießvorgangs die anomalen Erscheinungen der Schmelzenoberfläche durch Aufnahme von Temperaturinformationen von in der Formwand eingebauten Thermoelementen zu erfassen. Genauer gesagt, in die Formwand werden in einer bestimmten Tiefe von ihrer Oberfläche aus Thermoelemente in mehreren Reihen entlang einer Gießrichtung und an mehreren Stellen entlang einer Umfangsrichtung der Form eingebettet, um an den entsprechenden Einbettungspunkten Temperaturen zu messen, so daß ein Wärmefluß an den entsprechenden Einbettungspunkten sowie eine Wärmemenge, die der erstarrten Schale des zu Produkten gegossenen Gußstücks entzogen wird, auf der Basis der Einbettungslagen berechnet werden und ein Wärmeentzugszustand, d. h. ein Pudereindringzustand, in Umfangsrichtung der Form überwacht wird, wodurch ein anomaler Zustand in der Form erfaßt wird. Wenn z. B. die entzogenen Wärmemengen in Umfangsrichtung der Form ungewöhnlich verschieden sind, wird dies als ein Zustand beurteilt, in dem der Puder nicht mit befriedigend gleichmäßiger Verteilung in den Zwischenraum zwischen der Form und der erstarrten Schale fließt. Eine solche Anomalie kann z. B. durch Einbringen (oder Streuen) des Puders in einen Bereich, welcher der Stelle am Umfang entspricht, an der zuwenig Puder festgestellt wurde, durch Modifizieren einer Abschrägung der Form oder durch Änderung einer Gießgeschwindigkeit beseitigt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Verhindern einer Schmelzenoberflächenanomalie beschrieben, das eine Stabilisierung eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche unmittelbar nach seiner Erfassung bewirkt.
Zunächst wird ein Verhinderungsverfahren beschrieben, das auszuführen ist, wenn das Auftreten von Schrägströmung oder Kochen durch das obenerwähnte Detektionsverfahren für einen anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche erfaßt worden ist.
Beim Auftreten des Kochens vergrößert sich der Volumenanteil des eingeblasenen Gases in einem Durchflußkanal der Schmelze, und daher wird die Durchflußmenge der Schmelze entsprechend reduziert. Dementsprechend muß eine Gießgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Durchflußmenge der Schmelze zu diesem Zeitpunkt eingestellt werden. Gleichzeitig wird auch die Durchflußmenge der Schmelze eingestellt, um Schwankungen des Schmelzenfüllstands innerhalb der Form zu unterdrücken. Ferner wird dann die Durchflußmenge des eingeblasenen Gases in Übereinstimmung mit den aufgetretenen Situationen eingestellt, um dadurch ein Kochphänomen zu beseitigen. Wenn gleichzeitig Pudermangel festgestellt wird, dann wird in der entsprechenden Mangelposition Puder gestreut. In jedem Stadium während der Verhinderungsverfahren können die obigen Einstellungen in diesem Stadium gestoppt werden, wenn sich der Zustand stabilisiert hat. Nach der Stabilisierung werden allmählich die Betriebsbedingungen unmittelbar vor dem Auftreten der Anomalie wiederhergestellt. Als nächstes wird im Falle einer Schrägströmung in vielen Fällen beobachtet, daß der Durchflußkanal der Schmelze durch Ablagerungen gestört ist, wie z. B. durch Al&sub2;O&sub3;, das in dem Schmelzendurchflußkanal ausgefällt oder ausgeschieden wird. Daher wird ein Schrägströmungszustand durch eine leicht variierte Einstellung der Schmelzendurchflußmenge beseitigt, z. B. durch vibrierendes Bewegen einer Schiebedüse (SN) mit kleinen Hublängen, wenn diese zur Einstellung der Schmelzendurchflußmenge benutzt wird, um dadurch einen Ablagerungszustand zu ändern, oder durch Regulieren der Durchflußmenge des eingeblasenen Gases. Dabei kann zusätzlich die Gießgeschwindigkeit eingestellt werden, um Schwankungen des Schmelzenfüllstands zu unterdrücken. Wenn außerdem gleichzeitig Pudermangel festgestellt wird, dann wird Puder in die entsprechende Mangelposition eingebracht. Das erfindungsgemäße Verhinderungsverfahren, das auszuführen ist, wenn irgendeine Schmelzenoberflächenanomalie durch das Detektionsverfahren für einen anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche automatisch erfaßt wird, kann durch die Steuereinrichtung 23 ausgeführt werden, die Maßnahmen anweist und steuert, die als Reaktion auf die Erfassung eines anomalen Zustands zum Stabilisieren der Schmelzenoberflächenanomalie erforderlich sind. So wird die Steuereinrichtung 23 betätigt, um einen Alarm auszulösen, der ermöglicht, daß ein Bediener als Reaktion auf diesen Alarm eine geeignete Maßnahme trifft, oder daß zur automatischen Steuerung ein Steuersignal direkt an die Gießgeschwindigkeits- Steuereinrichtung 18, die Durchflußmengen-Steuereinrichtung 16 für das eingeblasene Gas, die Steuereinrichtung 14 für die Schmelzendurchflußmenge und/oder die Puderversorgungseinheit 30 ausgegeben wird, um die Anomalie zu beseitigen. Im Falle der letzteren automatischen Steuerung wird die Gießgeschwindigkeit, die Durchflußmenge des eingeblasenen Gases oder die Durchflußmenge der Schmelze zunächst auf Einstellwerte abgesenkt, die in Abhängigkeit von den beim Auftreten einer Anomalie bestehenden Betriebsbedingungen ermittelt werden, z. B. der Breite eines Gußstücks und der Gießgeschwindigkeit, um dadurch die Schmelzenoberflächenanomalie automatisch zu erfassen. Wenn die aufgetretene Anomalie verhindert oder beseitigt worden ist, werden dann allmählich die beim Auftreten der Anomalie bestehenden Betriebsbedingungen wiederhergestellt. Wenn die Anomalie nicht verhindert oder beseitigt wird, werden die obigen Variablen weiter auf andere Einstellwerte abgesenkt, die in Abhängigkeit von den zu diesem Zeitpunkt bestehenden Betriebsbedingungen ermittelt werden, um eine ähnliche Steue rung zu wiederholen. Wenn durch das Detektionsverfahren für einen anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche auf diese Weise das Auftreten von Schrägströmung oder Kochen erfaßt wird, dann wird eine geeignete Maßnahme zur Stabilisierung des anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche ergriffen.
Als nächstes wird im folgenden eine Verhinderungsvorrichtung beschrieben, die zu betätigen ist, wenn durch das Detektionsverfahren für einen anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche ein Pudermangel erfaßt worden ist.
Da Pudermangel, wie oben erwähnt, für jede der Teilzonen der Schmelzenoberfläche erfaßt wird, wird der Puder auf den Bereich gestreut, welcher der Teilzone entspricht, wo der Pudermangel festgestellt wurde. Herkömmliche Puderversorgungseinheiten sind mit nicht wenigen Problemen behaftet, wie z. B. dem Verstopfen eines Rohrs, wir oben erläutert. Daher wurde bei der vorliegenden Erfindung eine Puderversorgungseinheit mit getrenntem Puderversorgungsabschnitt und Puderstreuabschnitt verwendet, wie in Fig. 18 dargestellt. Durch das Bezugszeichen 30 wird die obenerwähnte Puderstreueinheit bezeichnet, die einen becherförmigen Vorratsbehälter 31 zum Speichern einer voreingestellten, jeder der Teilzonen entsprechenden Pudermenge 7 sowie einen Stützrahmen 32 aufweist, der den Voratsbehälter 31 trägt und am distalen Ende des weiter oben erwähnten mehrgliedrigen Tragarms 25 befestigt ist (der in dieser Ausführungsform zwei Tragarme 26, 27 aufweist, die gemeinsam als Tragarm 25 bezeichnet werden).
Der Tragarm 25 ist, wie oben erläutert, so beschaffen, daß mehrere Tragarme 26, 27 durch Armantriebsglieder 28a-28c miteinander verbunden sind, die jeweils eine eingebaute drehbare Welle aufweisen, wodurch die Tragarme gliedweise um die entsprechenden drehbaren Wellen gedreht werden können. Außerdem ist der Tragarm 25 an seinem distalen Ende mit einem Hubantriebsglied 28d und einem Hubrahmen 29 ausgestattet, um für vertikale Beweglichkeit zu sorgen. Der am distalen Ende des Tragarms 25 über ein Verbindungsglied 28 getragene Stützrahmen 32 kann auf diese Weise über der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form 1 sowohl hin und her als auch auf und ab bewegt wer den, indem die Armantriebsglieder 28a-28c und das Hubantriebsglied 28d steuerbar angetrieben werden.
Der Puderversorgungseinheit 30, speziell dem Vorratsbehälter 31, wird die voreingestellte Pudermenge 7 durch eine Zuführeinrichtung 35 zugeführt, die einen Fülltrichter 39, Ventile 36, 37 und einen Einfüllstutzen 38 aufweist. Als Reaktion auf ein Steuersignal von der obenerwähnten Steuereinrichtung 23, die einen Befehl für eine Pudermangelposition usw. ausgibt, treibt und steuert eine Steuereinrichtung 24 einen später zu beschreibenden Antriebsmechanismus der Puderstreueinheit 30 und die Armantriebsglieder 28a-28c (die zusammen als Antriebseinheit 28 bezeichnet werden) des Tragarms 25, wodurch der Puder der Zone zugeführt wird, die einer Pudermangelposition entspricht, welche durch das oben erläuterte Verfahren zum Erfassen anomaler Zustände der Schmelzenoberfläche erfaßt wurde. Wenn ein Pudermangelzustand gleichzeitig über mehrere Zonen erfaßt worden ist, wie z. B. bei den Zeitsummenpunkten von 5 und 25 Minuten in Fig. 14 und 15 sichtbar, dann setzt die Steuereinrichtung 23 die Priorität des Streuvorgangs für diejenigen Zonen fest, wo ein Pudermangel festgestellt worden ist, wodurch eine Funktion zur Ausführung eines effizienten Puderstreuvorgangs bereitgestellt wird.
Fig. 19 ist eine konstruktive Teilansicht, die ein Beispiel des Puderversorgungsabschnitts einschließlich eines Vorratsbehälters 31 zeigt, der in dieser Ausführungsform zum Speichern einer voreingestellten Pudermenge 7 verwendet wird. Dieses Beispiel weist den Vorratsbehälter 31 zum Speichern des Puders, einen Stützrahmen 32 zur Aufnahme des Vorratsbehälters 31, eine Bodenklappe 33, die beim Zuführen des Puders 7 zu öffnen ist, einen Antriebsmotor 46 für den Antrieb der Bodenklappe 33 beim Öffnen und Schließen und eine drehbare Welle 47 auf. Hierbei wird das Volumen des Vorratsbehälters 31 zum Speichern des Puders 7 wie folgt gewählt. Zunächst wird die ebene Fläche des Vorratsbehälters 31 so eingestellt, daß sie kleiner ist als die Abmessung jeder Teilzone, wobei der Abwärtsstreubereich des Puders beim Aufbringen berücksichtigt wird. Dann ist die Höhe des Vorratsbehälters 31 ein Faktor, der sein Gesamtvolumen bestimmt und daher so eingestellt wer den muß, daß eine Puderzuführungsgeschwindigkeit, die in Abhängigkeit sowohl von der Arbeitsgeschwindigkeit der Puderversorgungseinheit 30 als auch vom Volumen des Vorratsbehälters 31 ermittelt wird, nicht kleiner ist als eine maximale Verbrauchsgeschwindigkeit des Puders während des Gießvorgangs. Da in der vorliegenden Ausführungsform unter der Annahme, daß die maximale Verbrauchsgeschwindigkeit des Puders während des Gießvorgangs gleich 2,4 kg/min. die Puderversorgungszeit (-zeitspanne) pro Hub gleich 20 s und die relative Dichte des Puders gleich 0,8 ist, das erforderliche Volumen des Vorratsbehälters gleich 1 l wird, wurden daher auf der Basis des Flächeninhalts jedes Teilbereichs die Abmessungen des Vorratsbehälters 31 auf eine Länge, Breite bzw. Höhe von 100 mm · 100 mm · 120 mm festgesetzt, wie in Fig. 20 dargestellt, auch in Anbetracht eines Ruhewinkels, der bei der Puderzufuhr vom Einfüllstutzen 38 zum Vorratsbehälter 31 festgestellt wurde. In einen Falle, wo der Vorratsbehälter 31 wegen Einschränkungen in der Auslegung der Anlage keine ausreichenden Abmessungen haben kann, so daß die maximale Verbrauchsgeschwindigkeit des Puders weit größer ist als die Zufuhrgeschwindigkeit der Puderversorgungseinheit 30, kann der Puder zugeführt werden, indem man mehrere Puderversorgungseinheiten 30 vorsieht, z. B. zwei Einheiten, die jeweils so zugeteilt sind, daß sie einen der beiden Schmelzenoberflächenbereiche auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse 12 versorgen. Die Puderzuführeinheit 35 ist so gewählt, daß sie einen Neigungswinkel bildet, der es ermöglicht, daß der Puder durch Schwerkraft oder Eigenlast aus dem Einfülltrichter 39 in einen Einfüllstutzen 38 fällt, die dem Vorratsbehälter 31 gegenüber angeordnet werden kann. Eine feste Eintragsmenge des Puders aus dem Fülltrichter 39 in den Vorratsbehälter 31 kann eingestellt werden, indem ein Durchmesser oder eine Länge eines zwischen dem oberen Ventil 36 und dem unteren Ventil 37 angeschlossenen Rohrs verändert wird. Auf Anforderung kann der Puder in den Vorratsbehälter 31, der zur Vorbereitung unter den Einfüllstutzen 38 transportiert wurde, eingefüllt werden, indem die folgenden Verfahren eingehalten werden: Schließen des unteren Ventils 37, Öffnen des oberen Ventils 36, Schließen des oberen Ventils 36 und dann Öffnen des unteren Ventils 37. Bei Verwendung mehrerer Pudertypen während des Gießvorgangs ist eine Anpassung an einen solchen Fall möglich, indem man mehrere Fülltrichter bereitstellt, die den verwendeten Pudertypen entsprechen, das Rohr stromabwärts vom oberen Ventil 36 oder vom Einfüllstutzen 38 gemeinsam nutzt und Rückführleitungen anordnet, die zu den entsprechenden Fülltrichtern zurückführen. Der Puder kann auf verschiedene Weise in die Form gestreut werden. In dieser Ausführungsform wird zwar eine Streueinrichtung verwendet, bei der eine einzige Bodenklappe 33 geöffnet wird, aber die Bodenklappe kann auch aus mehreren Gliedern bestehen. Außerdem kann, wie in Fig. 21 dargestellt, der Vorratsbehälter 31 selbst zum Streuen des Puders gedreht oder in Richtung eines Pfeils R1 oder R2 gekippt werden. Als Alternative kann der Puder, wie in Fig. 22 und 23 dargestellt, durch Schwenken einer Seitenplatte 34 und Drehen des Vorratsbehälters 31 in Richtung eines Pfeils R1 gestreut werden. Als Alternative kann, wie in Fig. 24 dargestellt, die Bodenklappe 33 gedreht oder in Richtung eines Pfeils R3 oder R4 verschoben werden, um den Puder zu streuen. Auf diese Weise wird der Puder durch die Puderversorgungseinheit 30 der Zone zugeführt, die einer Pudermangelposition entspricht, welche nach dem Detektionsverfahren für einen anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche erfaßt wird.
Als Ergebnis der Ausführung des Gießvorgangs unter Anwendung des Detektionsverfahrens für einen anomalen Zustand der Schmelzenoberfläche, des Verhinderungsverfahrens für Schmelzenoberflächenanomalien und der Pudermangelverhinderungsvorrichtung, wie weiter oben erläutert, unter Gießbedingungen mit einer Querschnittsgröße der Gußstücke von 250 · 1250 mm und einer Gießgeschwindigkeit von 1,6 m/min. konnte dieser Gießvorgang stabil und ohne Eingriff von Bedienern ausgeführt werden. Mit anderen Worten, auch beim Auftreten der Schmelzenoberflächenanomalie, wie z. B. Kochen oder Schrägströmung, nach Gewichtsänderungen der Schmelze innerhalb des Zwischengießgefäßes infolge des Auswechselns von Gießpfannen während des Stranggußverfahrens, bei dem mehrere verschiedene Gießpfannen verwendet werden, war es möglich, einen anomalen Zustand schnell zu erfassen und zu stabilisieren und außerdem einen Pudermangel unverzüglich zu erfassen, um den Puder einzubringen. Ferner waren die auf diese Weise zu Produkten gegossenen Gußstücke völlig frei von Oberflächenfehlern und anderen Defekten und daher von hervorragender Qualität.
Kurz gesagt, das Verfahren und die Einrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglichen die automatische Erfassung und Verhinderung eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form. Infolgedessen wird es machbar, den erforderlichen Umfang der Handarbeit rund um die Form zu reduzieren, der bisher ein Hindernis bei der Einsparung menschlicher Arbeitskräfte war, und für einen stabilen Stranggußbetrieb mit geringeren Schwankungen, die sonst möglicherweise durch Bediener verursacht werden, sowie für die gute Qualität von Gußstücken zu sorgen.

[Ausführungsform II]

Hierbei handelt es sich um eine Ausführungsform, welche die Probleme löst, die mit dem Einblasen von Inertgas in eine Schmelze verbunden sind (siehe den obigen Abschnitt B).
Fig. 25 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel für die Realisierung dieser Ausführungsform in einer allgemeinen Stranggußanlage darstellt. Eine Schmelze (geschmolzener Stahl) 5 wird aus einer Gießpfanne 48 zunächst in ein Zwischengießgefäß 19 eingebracht und dann durch eine Düse 49 in eine Form 1 gegossen. Die Düse 49 gemäß dieser Ausführungsform weist eine obere Düse 50, die an einer Bodenwand des Zwischengießgefäßes 19 angebracht ist, eine Schiebedüse 51, die am Boden des Zwischengießgefäßes 19 im Kontakt mit der oberen Düse 50 befestigt ist, und eine Gießdüse 52 auf, die einstückig an einer beweglichen Platte der Schiebedüse 51 angebracht ist. Eine Gaszuleitung 53 ist an ihrem Vorderende mit der oberen Düse 50 verbunden, so daß in der oberen Düse 50 durch deren Wand Gas in einen Schmelzenfluß eingeblasen wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine kleine CCD-Kamera als Bildsensorvorrichtung (oder Bildsensor) 56 verwendet. Die Bildsensorvorrichtung 56 ist paarweise oberhalb der Form angebracht und auf je einer Seite der Gießdüse 52 angeordnet. Die Bildsensorvorrichtungen 56 nehmen Bilder von der Oberfläche des geschmolzenen Stahls, d. h. von der Schmelzenoberfläche y, innerhalb der Form während des Stranggießens auf und führen erfaßte Bildsignale einem Bildprozessor 57 zu. Zur Erkennung von Blasen, die an der Schmelzenoberfläche y innerhalb der Form entstehen, wandelt der Bildprozessor 57 zunächst die Bildsignale in eine Binärdarstellung um, d. h. in ein Zweipegelsignal. Die Schmelzenoberfläche y ist gewöhnlich mit Puder bedeckt und wird daher in dem Bild als dunkler Abschnitt angezeigt. Wenn Blasen an der Schmelzenoberfläche y entstehen, wird die Schmelze freigelegt oder taucht als heller Abschnitt mit den Blasen auf. Daher können nur die Blasen als heller Abschnitt erkannt werden, indem man eine Binärdarstellung mit einem Schwellwert erzeugt, der so eingestellt ist, daß zwischen dem dunklen Puderabschnitt und dem hellen Abschnitt mit aufgetauchter Schmelze unterschieden wird. Dann werden in Binärbildern enthaltene Störungen, die z. B. durch von der Schmelzenoberfläche y aufflackernde Flammen verursacht werden, entfernt, indem die Binärbilder mehrmals in der Art einer Zeitreihe einer UND-Verknüpfung unterworfen und dann überlagert werden. Flammen ändern jeden Augenblick ihre Positionen und Größen, während Blasen über eine längere Zeit als Flammen als heller Abschnitt in der gleichen Position bleiben. Dementsprechend können die durch Flammen verursachten Störungen entfernt werden, indem man die Binärbilder mehrmals über eine kurze Zeitspanne aufnimmt und dann einer UND-Verknüpfung unterwirft. Dann wird in den Binärbildern, die verarbeitet worden sind, um die Blasendaten allein zu extrahieren, die Anzahl der durch Blasen verursachten hellen Inseln gemessen, indem diese auf den Bildern gezählt werden, wodurch die Anzahl der auf der Schmelzenoberfläche y schwimmenden Blasen erfaßt wird.
Ferner wird die Größe (Fläche) der Flammen gemessen, die durch Verbrennen von Puderbestandteilen von der Schmelzenoberfläche y innerhalb der Form aufflackern. Während von der Schmelzenoberfläche y aufflackernde Flammen auf diese Weise durch Verbrennen von Puderbestandteilen verursacht werden, wenn der Schmelze eine größere Gasmenge zugeführt wird, vergrößert sich in Verbindung mit dem Aufsteigen des Gases zur Schmelzenoberfläche auch die Menge eines aus dem Puder erzeugten brennenden Gases, was dazu führt, daß größere Flammen aufflackern. Dementsprechend kann eine Durchflußgeschwindigkeit (Durchflußmenge) des Gases, das der Form zugeführt wird, durch Messung der Flammengröße erfaßt werden. Als Verfahren zur Messung der Flammengröße wird das Bild zunächst in eine Binärdarstellung mit einem entsprechend voreingestellten Schwellwert umgewandelt, da die Flammen in dem Bild als heller Abschnitt angezeigt werden. Im Gegensatz zum Blasendetektionsverfahren wird dann nur der kurzzeitig schwankende helle Abschnitt extrahiert. Diese Extraktion kann durch eine ODER-Verknüpfung der Binärbilder erreicht werden, die mehrmals in der Art einer Zeitreihe aufgenommen wurden. Danach wird die Größe der extrahierten Flammen an dem entstandenen Bild gemessen.
Die Blasenzahl und die Flammengröße, die auf diese Weise erfaßt werden, werden in einen Komparator 58 eingegeben. Der Komparator 58 speichert die Korrelation zwischen einer Durchflußmenge des eingeblasenen Gases und der Blasenzahl innerhalb eines Bereichs bis zum Auftreten des Kochens und der Düsenverstopfung, sowie obere und untere Grenzwerte (im folgenden gemeinsam als "zulässige Grenzwerte" bezeichnet) einer Durchflußmenge des eingeblasenen Gases, die zuvor aus der Korrelation abgeleitet wurden. Die erfaßten Werte für die Blasenzahl und die Flammengröße, die durch die obenerwähnte, durch den Bildprozessor 57 ausgeführte Verarbeitung gewonnen wurden, werden im Komparator 59 mit den zulässigen Grenzwerten verglichen, um dadurch eine Durchflußmengensteuerung auszuführen, so daß das Gas innerhalb der zulässigen Grenzwerte eingeblasen wird. Genauer gesagt, wenn die erfaßten Werte die zulässigen oberen Grenzwerte übersteigen, gibt der Komparator 58 ein Steuersignal an ein in der Gaszuleitung 53 installiertes Ventil 54 aus und führt dadurch eine Steuerung aus, um eine Durchflußmenge des eingeblasenen Gases zu verringern. Wenn andererseits die erfaßten Werte niedriger als die zulässigen unteren Grenzwerte sind, wird ein Steuersignal zum Ventil 54 ausgegeben, um eine Durchflußmenge des eingeblasenen Gases zu erhöhen, wodurch sichergestellt wird, daß während des Strang gusses immer eine geeignete Durchflußmenge des eingeblasenen Gases innerhalb der zulässigen Grenzwerte zugeführt wird.
Die Einstellung des Gaszufuhrventils 54 ist nicht unbedingt auf eine automatische Einstellung begrenzt, die mit Hilfe des Komparators 58 ausgeführt wird. Als Alternative kann ein Bediener entsprechend einer durch den Komparator 58 gegebenen Anzeige der richtigen Gasdurchflußmenge das Ventil 54 einstellen, während er einen Durchflußmesser 55 beobachtet. Ferner kann auch, ebenso wie bei einer Steuereinrichtung, die in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 62-142 463 offenbart wird, auch möglich, eine erforderliche Gasdurchflußmenge entsprechend der Menge der gegossenen Schmelze ermittelt werden, die auf der Basis der Kopfgröße des Zwischengießgefäßes, der Breite und Dicke von Gußstücken und der Gießgeschwindigkeit berechnet wird. Dann wird eine Differenz zwischen dieser erforderlichen Gasdurchflußmenge und der Gasdurchflußmenge ermittelt, die gemäß der obigen Beschreibung innerhalb der zulässigen Grenzwerte erfaßt wurde, und die resultierende Differenzdurchflußmenge wird als Änderungswert für einen berechneten Gasdurchflußmengen-Einstellwert benutzt, der durch den obenerwähnten Komparator verwendet werden soll. Bei diesem Verfahren muß die Berechnung der obenerwähnten richtigen Gasdurchflußmenge nicht unbedingt von Zeit zu Zeit wiederholt ausgeführt werden, sondern braucht nur bei Beginn des Gießvorgangs oder bei Änderungen der Betriebsbedingungen oder der Bedingungen von Baugruppen, wie z. B. der Düse, ausgeführt zu werden. Als Ergebnis wird die Belastung der Bildverarbeitung und dergleichen vermindert.
Die Fig. 26 und 27 zeigen jeweils eine Binärdarstellung eines Bildes, das durch eine der beiden, auf die Schmelzenoberfläche innerhalb der Form gerichteten Bildsensorvorrichtungen 56 aufgenommen wurde. Fig. 26 zeigt einen Zustand, wo das in die Schmelze innerhalb der Form eingeblasene Gas zur Schmelzenoberfläche aufsteigt und an der Schmelzenoberfläche die Blasen k entstehen. Die Anzahl dieser Blasen wird erfaßt, um einen geeigneten Wert für die Durchflußmenge des eingeblasenen Gases zu ermitteln. Fig. 28 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Untersuchungsergebnis zur Beziehung zwischen der Blasenzahl und einer Durchflußmenge des eingeblasenen Gases darstellt. Man erkennt, daß die Anzahl der Blasen mit zunehmender Gasdurchflußmenge ansteigt und daß, wenn die Gasdurchflußmenge einen bestimmten Wert übersteigt, ein Kochphänomen auftritt. Ferner verringert sich die Gasdurchflußmenge mit abnehmender Blasenzahl, was schließlich zum Verstopfen der Düse führt. Es wurde, kurz gesagt, bestätigt, daß eine deutliche Korrelation zwischen der Gasdurchflußmenge und der Anzahl der Blasen bestand. Nach vorheriger Bestimmung der obigen Korrelation in Abhängigkeit von den Anlagenbedingungen und den Betriebsbedingungen kann die Steuerung durch Einstellen eines Maximalwertes der Blasenzahl, unterhalb dessen der stabile Gießvorgang fortgeführt werden kann, ohne das Kochphänomen zu verursachen, d. h. eines oberen Grenzwertes, und eines Minimalwertes der Blasenzahl, oberhalb dessen der stabile Gießvorgang fortgeführt werden kann, ohne ein Verstopfen der Düse zu verursachen, d. h. eines unteren Grenzwertes, ausgeführt werden. Außerdem ist festgestellt worden, daß der obere und der untere Grenzwert mit einem Sicherheitsfaktor eingestellt werden können, wobei bezüglich einer Kochrisikolinie a bzw. einer Verstopfungsrisikolinie b, die in Fig. 8 dargestellt sind, jeweils eine Toleranz in der Größenordnung von etwa 20% berücksichtigt wird.
Fig. 27 zeigt ein Ergebnis der Erfassung von Flammen j, die auf der Schmelzenoberfläche aufflackern, wenn das in die Schmelze innerhalb der Form eingeblasene Gas zur Schmelzenoberfläche aufsteigt und brennbare Bestanteile des Puders verbrannt werden. Das Ergebnis von Fig. 27 erhält man, indem ein Originalbild in eine Binärdarstellung umgewandelt und nur ein heller Flammenabschnitt extrahiert wird. Die Größe der Flammen j läßt sich erfassen, indem man durch die obige Umwandlung ein Binärbild gewinnt, um Bilder der Flammen j zu klären, und dann die Fläche des hellen Abschnitts mißt. Fig. 29 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Untersuchgungsergebnis zur Beziehung zwischen der Flammengröße und einer Durchflußmenge von eingeblasenem Gas darstellt. Die Gasdurchflußmenge erhöht sich mit zunehmender Größe oder Fläche der Flammen, während sie sich mit abnehmender Flammenfläche verringert. Auch für die Flammengröße werden ein oberer und ein unterer Grenzwert eingestellt, wobei eine Kochrisikolinie a1 bzw. eine Verstopfungsrisikolinie b1 als Bezugsgrößen genommen werden, ähnlich wie im Falle von Fig. 28. Der stabile Stranggußvorgang kann auf diese Weise fortgeführt werden, indem eine Durchflußmenge des eingeblasenen Gases innerhalb der zulässigen Grenzwerte sichergestellt wird.
Wie aus den Fig. 28 und 29 hervorgeht, ist jedoch die Korrelation zwischen der Flammengröße und der Gasdurchflußmenge im Vergleich zur Korrelation zwischen der Blasenzahl und der Gasdurchflußmenge sehr veränderlich. Wenn man die Steuerbarkeit verbessern möchte, indem man z. B. die zulässigen Grenzwerte näher zur Kochrisikolinie a und zur Verstopfungsrisikolinie b einstellt, dann ist die Verwendung des erfaßten Wertes der Blasenzahl vorzuziehen. Andererseits ist die Flammengröße vorteilhaft für eine unverzügliche Reaktion auf Änderungen der Gasdurchflußmenge. Ob man dementsprechend den erfaßten Wert für die Blasenzahl oder den erfaßten Wert für die Flammengröße verwenden soll, kann z. B. in Abhängigkeit von den Anlagen- und Betriebsbedingungen sowie von anderen Umgebungsbedingungen bestimmt werden. Es ist auch möglich, beide Werte zu verwenden.
Wie oben beschrieben, ermöglicht diese Ausführungsform, die Qualität der Gußstücke zu verbessern und die Wahrscheinlichkeit einer Düsenverstopfung wesentlich zu verringern, indem ein geeigneter Wert für die Durchflußmenge des in die Schmelze eingeblasenen Gases ermittelt wird, um das eingeblasene Gas zu steuern.

[Ausführungsform III]

Dies ist eine Ausführungsform, die das Problem der Schlackenbartbildung löst (siehe den obigen Abschnitt C).
Als Ergebnis wiederholter Beobachtung eines Schmelzenoberflächenzustands haben die Erfinder festgestellt, daß zwischen dem Puder, einem Schlackenbart und einer Wandfläche innerhalb der Form ein geringer oder feiner Unterschied besteht. Daher installierten die Erfinder einen Bildsensor, für den eine Fernsehkamera oder dergleichen verwendet wurde, ober halb der Form an einer Stelle gegenüber einer Schmelzenoberfläche innerhalb der Form, und untersuchten die Helligkeit oder Leuchtdichte der Schmelzenoberfläche einschließlich der Formwandfläche.
Fig. 30 zeigt ein Beispiel für ein Ergebnis der obigen Untersuchung im Vergleich zu einer teilweise geschnittenen Ansicht, die den Zustand einer Schmelzenoberfläche innerhalb der Form darstellt. In Fig. 30 bezeichnen die Bezugszeichen 1 eine Form, 5 eine Schmelze (geschmolzenen Stahl), 6 eine erstarrte Schale, die durch Kontakt mit der Form 1 und Abkühlung entsteht, und 7 einen Puder, der nicht geschmolzenen Puder 8 und geschmolzenen Puder 9 aufweist. 60 bezeichnet einen aus dem geschmolzenen Puder 9 gebildeten Schlackenbart, der durch Abkühlung durch die Form 1 an der Formwandfläche 2 anhaftet oder abgeschieden und aufgewachsen ist. Eine in die Form hineinragende Menge des Schlackenbarts 60, d. h. die Dicke des Schlackenbarts 60, ist durch t angedeutet.
Die Helligkeit der Schmelzenoberfläche wurde wie folgt gemessen: am Boden eines Zwischengießgefäßes 19 wurden ein Paar Bildsensoren 30 in einander gegenüberliegenden Positionen installiert, wie in der später zu beschreibenden Fig. 31 dargestellt; die unmittelbare Umgebung der Schmelzenoberfläche (die im folgenden insgesamt die Schmelzenoberfläche innerhalb der Form, die Formwandfläche usw. einschließt) wurde durch die Bildsensoren 20 in Form eines Bildsignals oder eines Helligkeitssignals erfaßt, und dann wurde die Helligkeitsverteilung entlang einer Linie L ermittelt, welche die Formwandfläche schneidet und in der später zu beschreibenden Fig. 32 dargestellt ist. Die resultierende Helligkeitsverteilung ist in Fig. 30 durch eine ausgezogene Linie X angedeutet.
Wie aus Fig. 30 erkennbar, weist eine obere Fläche 2a der Form 1 eine relativ hohe Helligkeit auf, da sie Licht reflektiert. Andererseits weist ein Oberflächenabschnitt des nicht geschmolzenen Puders 8 einen niedrigeren Helligkeitspegel auf, da er eine Schicht von gerade gestreutem Puder mit niedrigerer Temperatur aufweist und als Puder mit niedrigerem Lichtreflexionsvermögen vorliegt. Wenn jedoch der Schlackenbart 60 ausgebildet ist, dann weist ein an der Formwandfläche 2 haftender Abschnitt (A) des Schlackenbarts 60 eine äußerst niedrige Helligkeit auf, da er durch die Form 1 auf eine niedrige Temperatur abgekühlt ist und Eigenschaften besitzt, die eine geringere Lichtreflexion bewirken. Mit zunehmendem Abstand von der Form 1 erhöht sich die Temperatur des Schlackenbarts 60 durch Einwirkung der Hitze des geschmolzenen Puders 9, so daß auch die Helligkeit entsprechend ansteigt (von A nach B). Am distalen Ende (B) des Schlackenbarts 60, das von der Formwandfläche 2 am weitesten entfernt ist, erreicht die Helligkeit ein Maximum und weist eine scharfe Spitze in der Helligkeitsverteilung auf, da der geschmolzene Puder 9 durch Schwingungen der Form 1 zum Auftauchen und Verschwinden gebracht wird und der Schlackenbart 60 selbst durch die Hitze des geschmolzenen Puders 9 zur Rotglut erhitzt wird. Wenn indessen der Schlackenbart 60 nicht entsteht, dann ist die Schmelzenoberfläche gleichmäßig mit dem nicht geschmolzenen Puder 8 bedeckt, wodurch die Helligkeitsverteilung ein flaches Profil bietet, das weitgehend frei von einer Spitze ist, wie in Fig. 30 in einer gestrichelten Linie Y dargestellt.
Durch Messung der Helligkeitsverteilung in der Umgebung der Schmelzenoberfläche entlang einer Linie, welche die Form schneidet, vorzugsweise einer Linie, die im wesentlichen senkrecht zur Formwandfläche 2 ist, wird es demnach möglich, einen Zustand der Schmelzenoberfläche, d. h. eine Position der Formwandfläche 2, zu erfassen und den Schlackenbart 60, den nicht geschmolzenen Puder 8 und den geschmolzenen Puder 9, insbesondere einen Zustand mit gebildetem Schlackenbart 60, wie z. B. das Vorhandensein oder Fehlen des Schlackenbarts 60 und seine Größe (Dicke), zu erkennen.
Mit anderen Worten, durch Messen der Helligkeitsverteilung entlang der obenerwähnten Linie L und Ermitteln des Vorhandenseins oder Fehlens des Maximalwertes B oberhalb eines vorgegebenen Pegels und des Minimalwertes A unterhalb eines vorgegebenen Pegels sowie eines Abstands t&sub1; zwischen den Positionen, wo der Maximalwert B und der Minimalwert A erfaßt werden (nachstehend einfach als Maximum-Minimum-Abstand bezeichnet), wird es möglich, das Vorhandensein (entsprechend dem Vorhandensein des Maximalwerts B und des Minimalwerts A) oder Fehlen des Schlackenbarts 60 sowie dessen Dicke t (d. h. die Größe des Schlackenbarts 60: die Breite in horizontaler Richtung) festzustellen.
Auf diese Weise kann ein Zustand mit gebildetem Schlackenbart 60 durch Verfahren erfaßt werden, bei denen man zuvor ein Anzeigeschema des Maximalwerts B und des Minimalwerts A sowie eine Korrelation zwischen dem erfaßten Maximum-Minimum- Abstand t1 und der Dicke t des tatsächlich gebildeten Schlackenbarts 60 in Abhängigkeit von den Anlagenbedingungen um die Form herum, den Betriebsbedingungen, den Eigenschaften der installierten Bildsensoren und eines Signalverarbeitungssystems usw. bestimmt und dann die tatsächliche Helligkeitsverteilung, die einen Oberflächenzustand der Schmelze darstellt, von Zeit zu Zeit während des Gießvorgangs mißt.
Fig. 31 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung für einen Schlackenbartbildungszustand darstellt. Durch 62 wird eine Detektionsvorrichtung für Schlackenbartbildung bezeichnet, 52 bezeichnet eine Gießdüse für die Schmelze 5, 51 eine Schiebedüse und 19 eine Zwischengießgefäß.
Mit 20 wird ein Bildsensor zum Erfassen der Umgebung der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form 1 bezeichnet. In dieser Ausführungsform sind ein Paar Bildsensoren 20 oberhalb der Form 1 auf gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse 52 installiert, so daß die gesamte Umgebung der Schmelzenoberfläche auf jeder der beiden Seiten der Gießdüse 52 im Gesichtsfeld mindestens eines Bildsensors liegt. 61 bezeichnet ist ein Kühlungs- und Staubschutzgehäuse zum Schutz des Bildsensors 20. Die Bodenfläche jedes Bildsensors 20 besteht aus hitzebeständigem und durchsichtigem Glas, und jeder Sensor ist so aufgebaut, daß Kühlluft im Inneren des Sensors zirkulieren kann. Die Kühlungs- und Staubschutzgehäuse 61 haben die praktisch wertvolle Funktion, daß sie die Bildsensoren 20 sogar unter so harten Umgebungsbedingungen wirksam schützen, daß die Bildsensoren 20 in der Nähe der Schmelze 5 installiert und von der Schmelze 5 ausgehender Hitze und Staub, wie z. B. dem Puder 7, ausgesetzt werden. Mit 63 ist ein Bildprozessor zur Verarbeitung von Bildern der Umgebung der Schmelzenoberfläche bezeich net, die durch die Bildsensoren 20 digital aufgenommen werden, 64 bezeichnet eine Arithmetikeinheit zur arithmetischen und logischen Verarbeitung der Bilddaten von der Bildverarbeitungseinheit 63 und zur Bestimmung eines Zustandes mit gebildetem Schlackenbart 60, und 65 bezeichnet eine Anzeigeeinheit zur Sichtanzeige eines Erfassungsergebnisses für den Schlackenbartbildungszustand.
Der Bildsensor 20 kann von jedem gewünschten Typ sein, z. B. eine Kamera mit einem Vidikon, das gewöhnlich in einer Videokamera verwendet wird, solange der Sensor die Umgebung der Schmelzenoberfläche in Form eines Bildes, d. h. eines Helligkeitssignals, aufnehmen kann. Aus Erfahrungen und verschiedenen Untersuchungen haben die Erfinder jedoch bestätigt gefunden, daß die Kameras mit Verwendung von Ladungsspeicherbausteinen (CCD), d. h. CCD-Kameras, ein hervorragendes Ansprechvermögen aufweisen und weniger durch Restbilder beeinflußt werden und daher optimal und wirkungsvoll Funktionen bieten, die für die vorliegende Erfindung notwendig sind.
Da ferner die Gießdüse (oder die eingetauchte Düse) 52 in der Mitte der Form 1 angeordnet ist, und da das Zwischengießgefäß 19, die Schiebedüse 51 usw. oberhalb der Form 1 angeordnet sind, ist der Raum um die Bildsensoren 20 herum sehr klein und eng. Es ist daher normalerweise schwierig, die Bildsensoren 20 von der Form 1 entfernt anzuordnen, und sie müssen in Positionen in der Nähe der Schmelzenoberfläche angebracht werden. Dadurch wird manchmal das Gesamtgesichtsfeld der Bildsensoren 20 eingeschränkt, z. B. in Abhängigkeit von ihren Typen und Eigenschaften. In solchen Fällen kann der Bildsensor 20 in zwei oder mehreren Paaren in einander gegenüberliegenden Positionen mit dazwischenliegender Gießdüse 52 installiert werden.
In einigen Fällen kann jedoch wegen einschränkender Bedingungen, wie z. B. der Anlagensituationen rund um die Form, sowie wegen der Konstruktion und Größe einer (später zu beschreibenden) Schlackenbartentfernungsvorrichtung nur ein Paar Bildsensoren installiert werden. In diesen Fällen kann ein benötigtes Gesichtsfeld durch Verwendung eines Weitwinkelobjektivs für den Bildsensor 20 erzielt werden.
Ein durch die Bildsensoren 20 erfaßter Schmelzenoberflächenzustand wird von Zeit zu Zeit in Form von Bildsignalen in den Bildprozessor 63 eingegeben. Der Bildprozessor 63 unterwirft die Bildeingangssignale von den Bildsensoren 20 einer weiter unten zu beschreibenden digitalen Verarbeitung und bestimmt dadurch von Zeit zu Zeit die Helligkeitsverteilung entlang der Kontrollinie L, die so eingestellt wird, daß sie die Formwandfläche 2 schneidet.
Genauer gesagt, der Bildprozessor 63 bestimmt zunächst das Profil der Form 1, d. h. die Formwandfläche 2, die in den durch die Bildsignale dargestellten Bildern erscheint, und ermittelt (erhält) die Position der Formwandfläche 2 in den Bildern. Unter Berücksichtigung der Erscheinung, daß die Helligkeit an der oberen Fläche 2a der Form hoch ist und an der Formwandfläche 2, die im Kontakt mit dem Schlackenbart 60 oder dem nicht geschmolzenen Puder 8 ist, wie in Fig. 30 dargestellt, plötzlich reduziert wird, wird die Formwandfläche 2 durch Erfassen des Minimalwerts A oder eines Wendepunkts C in der Helligkeitsverteilung bestimmt. Da die Position der Formwandfläche 2 unter den gleichen Anlagenbedingungen natürlich konstant ist, kann diese erfaßte oder durch die erste Verarbeitung eingestellte Position fortwährend verwendet werden. Es besteht daher keine Notwendigkeit, die Position der Formwandfläche viele Male zu bestimmen.
Nach Erfassung oder Einstellung der Position der Formwandfläche 2 werden dann, wie in Fig. 32 dargestellt, Linien definiert, welche die Formwandfläche 2 schneiden (im folgenden als Kontrollinien L bezeichnet). Die Kontrollinien L werden so eingestellt, daß sie die Formwandfläche 2 rund um den Umfang der Form in vorgegebenen Abständen schneiden und jeweils eine Länge aufweisen, die sich bis zu einer Position erstreckt, die der Mitte der Form 1 näher liegt als die Position, bis zu der die Ausbildung des Schlackenbarts 60 zu erwarten ist. Die Kontrollinien L werden vorzugsweise senkrecht zur Formwandfläche 2 eingestellt, können aber bis zu einem bestimmten Grade von der senkrechten Beziehung im strengen Sinne abweichen. Der Grund dafür ist, daß das resultierende Bild der Form verzerrt wird, wie in Fig. 32 dargestellt, wenn die rechteckige Form 1 durch die Bildsensoren 20 mit Hilfe von Weitwinkelobjektiven von oben aufgenommen wird.
Präzise gesagt, der Bereich nahe der Mitte jedes Bildsensors 20 wird in einer Form aufgenommen, die dem realen Bild relativ analog ist, während das aufgenommene Bild in dem von der Mitte entfernten Bereich so verzerrt ist, daß gerade Linien verschoben oder nach außen ausgebaucht sind. Dementsprechend ist es schwierig, die auf dem Bildsignal vom Bildsensor 20 beruhenden Kontrollinien L genau senkrecht zur Formwandfläche 2 zu zeichnen. Eine solche Verzerrung des Bildes kann jedoch durch geometrische Berechnungen korrigiert werden. In diesem Beispiel werden daher die Kontrollinien L auf dem durch die Bildsensoren 20 aufgenommenen Bildraster so gezeichnet, wie in Fig. 32 dargestellt, und ein tatsächlicher Schlackenbartbildungszustand wird nach einer Korrektur durch geometrische Berechnungen bestimmt. Ein Beispiel gemäß Fig. 32 zeigt einen Fall eines Gußstücks von 250 mm · 1350 mm Größe, in dem zwei Kontrollinien L für jeden der Bildsensoren 20 eingestellt werden. Insgesamt werden 44 Kontrollinien L für die beiden Bildsensoren 20 eingestellt und in einem einzigen, zusammengesetzten Bild dargestellt. Hierbei weist jede der Kontrollinien L 55 Pixel auf. Außerdem werden in der Nähe der Gießdüse 52 keine Kontrollinien L festgesetzt, da eine Ausbildung des Schlackenbarts 60 weniger wahrscheinlich ist. In Abhängigkeit von der Breite oder Dicke der Form 1, die nach Bedarf geändert werden, kann die Anzahl der Kontrollinien L erhöht oder vermindert werden.
Dann werden die Bildsignale, die einen Oberflächenzustand der Schmelze darstellen und von Zeit zu Zeit eingegeben werden, in eine Helligkeitsverteilung entlang jeder der Kontrollinien L umgewandelt. Die Helligkeitsverteilung, die auf diese Weise in einem bestimmten Augenblick entlang einer der Kontrollinien L aufgenommen wird, ist die in Fig. 30 dargestellte ausgezogenen Linie X, die in Fig. 32 der Helligkeitsverteilung entlang der Kontrollinie L1 entspricht.
Die zeitabhängigen Helligkeitsverteilungen, die durch den Bildprozessor 63 entlang den entsprechenden Kontrollinien L bestimmt werden, werden in die Arithmetikeinheit eingegeben, welche die Eingabesignale arithmetisch und logisch verarbeitet, um einen Zustand mit gebildetem Schlackenbart 60 zu beurteilen.
Genauer gesagt, die Arithmetikeinheit 64 erfaßt zunächst den Minimalwert A, den Wendepunkt C und den Maximalwert B, die oben erwähnt wurden. Mit anderen Worten, sie bestimmt das Vorhandensein oder Fehlen des Minimalwerts A und des Maximalwerts B, und wenn diese vorhanden sind, berechnet sie den dazwischenliegenden Maximum-Minimum-Abstand.
Die Position, wo der Schlackenbart 60 an der Formwandfläche 2 anhaftet, d. h. der Minimalwert A, kann z. B. durch Abtasten der in Fig. 30 dargestellten Helligkeitsverteilung von links, d. h. von der an die obere Fläche 2a der Form angrenzenden Seite, nach rechts (oder zur Mitte der Form hin) und durch Feststellen der Position bestimmt werden, wo die Helligkeit plötzlich abfällt und den Minimalwert ergibt. Dieser Erfassungsprozeß ist äquivalent demjenigen für die oben beschriebene Formwandfläche 2. Die erfaßte Position der Formwandfläche 2 kann folglich als Haftpunkt des Schlackenbarts 60 betrachtet werden. Ebenso kann die Position des distalen Endes des Schlackenbarts 60 erfaßt werden, indem ein Spitzenwert bestimmt wird, bei dem die Helligkeit stark ansteigt, oder eine Spitze, die einen vorgegebenen Pegel übersteigt, d. h. der Maximalwert B, wie aus Fig. 30 erkennbar. Wenn insbesondere die Pudermenge knapp wird, dann können Teile des geschmolzenen Puders 9 infolge von Schwingungen der Form 1 vorübergehend freigelegt werden oder zur Oberfläche auftauchen. In diesem Falle weisen der bzw. die freiliegenden Teile des geschmolzenen Puders 9 eine sehr hohe Helligkeit auf, und daher erscheint die obenerwähnte scharfe Spitze an zwei oder mehr Stellen, wodurch zu befürchten ist, daß die mit dem geschmolzenen Puder 9 verbundene Spitze fälschlich als distales Ende des Schlackenbarts erkannt wird. Eine solche Fehlerkennung läßt sich verhindern, indem z. B., ausgehend von der Formwandfläche 2, nur die erste ansteigende Spitze als Maximalwert B erfaßt wird, oder indem mehrere Zeitreihen-Helligkeitsverteilungen gemessen und dann geglättet oder gemittelt werden.
Wenn nur der Wendepunkt C erscheint und der Maximalwert B nicht erfaßt wird, dann wird dies als Normalzustand betrachtet, in dem kein Schlackenbart 60 ausgebildet ist.
Als nächstes kann eine Menge des gebildeten Schlackenbarts 60, d. h. eine Dicke t des Schlackenbarts, durch Bestimmen des Abstands 11 zwischen den Positionen abgeschätzt werden, wo in der Helligkeitsverteilung der Minimalwert A und der Maximalwert B auftreten. Genauer gesagt, durch vorheriges Ableiten einer Korrelation zwischen dem aus der Helligkeitsverteilung bestimmten Maximum-Minimum-Abstand t1 und der Dicke t des tatsächlich gebildeten Schlackenbarts kann in Abhängigkeit vom Schnittwinkel und der Länge jeder Kontrollinie L bezüglich der Formwandfläche 2 sowie in Abhängigkeit von den Anlagenbedingungen die Schlackenbartdicke t auf der Basis des Maximum- Minimum-Abstand t1, der von Zeit zu Zeit während des Gießvorgangs erfaßt wird, präzise abgeschätzt werden. Es ist auch möglich, Verfahren für die obenerwähnte geometrischarithmetische Verarbeitung festzusetzen und dann den aus der Helligkeitsverteilung abgeleiteten Maximum-Minimum-Abstand t1 durch diese Verarbeitungsverfahren zu korrigieren. Der Maximum-Minimum-Abstand t1 wird z. B. durch Zählen der Pixelzahl zwischen dem Minimalwert A und dem Maximalwert B berechnet.
Durch Ableiten der Helligkeitsverteilungen für alle in Fig. 32 dargestellten Kontrollinien L wird es möglich, einen Zustand mit gebildetem Schlackenbart 60, dessen Größe (horizontale Breite) usw. für die gesamte Form zu erfassen. Der auf diese Weise durch die arithmetische Einheit 64 erfaßte Zustand mit gebildetem Schlackenbart 60 wird am Sicht- oder Anzeigegerät 65 angezeigt.
Fig. 33 ist ein Diagramm, das als Beispiel ein Erfassungsergebnis eines Schlackenbartbildungszustands entlang der Kontrollinie L2 in Fig. 32 (die in 70 mm Abstand von einer Schmalseite der Form liegt) unter Betriebsbedingungen mit einer Gußstückgröße von 250 mm · 1350 mm und einer Gießgeschwindigkeit von 1,4 m/min darstellt.
In diesem Beispiel wurde parallel zu der obigen Messung durch einen erfahrenen Bediener die Dicke t des gebildeten Schlackenbarts 60 mit einem Maßstab gemessen, und das Meßer gebnis wurde mit der Dicke des Schlackenbarts 60 verglichen, die gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßt wurde. Als Ergebnis wurde bestätigt, daß zwischen der Dicke des Schlackenbarts 60 gemäß der vorliegenden Erfindung und der Dicke, die parallel dazu durch den erfahrenen Bediener tatsächlich gemessen wurde, kein nennenswerter Unterschied bestand, und daß daher der Zustand mit gebildetem Schlackenbart 60 durch Ausführen der vorliegenden Erfindung genau erfaßt werden kann. Eine plötzliche Helligkeitsabnahme an dem Zeitsummenpunkt von etwa 80 min in Fig. 33 resultiert daraus, daß der Bediener den Schlackenbart 60 mit einem Stab abklopfte, und entspricht genau dem Zustand des gebildeten Schlackenbarts 60.
Nachstehend wird eine Vorrichtung zum Entfernen des Schlackenbarts aufgrund der Erfassung einer Schlackenbartbildung nach dem oben geschilderten Verfahren beschrieben.
Fig. 34 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Schlackenbartdetektions- und -entfernungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
In Fig. 34 bezeichnet das Bezugszeichen 76 einen Schlagvibrator mit einem Vibrationsanregungsmechanismus zum Aufbrechen oder Zerkleinern des Schlackenbarts 60. Das Bezugszeichen 66 bezeichnet einen mehrgliedrigen Arm, der eine erste drehbare Antriebswelle 67 eine zweite drehbare Antriebswelle 68, eine dritte drehbare Antriebswelle 69, eine vertikal bewegliche Welle 70, einen ersten Arm 71, einen zweiten Arm 72, einen dritten Arm 73, einen vierten Arm 74, eine Montageplatte 75 usw. aufweist und der zur Drehbewegung und vertikalen Bewegung angetrieben wird. Der Schlagvibrator 76 ist am distalen Ende des mehrgliedrigen Arms 66 angebracht. Auf diese Weise ist der Schlagvibrator 76 so konstruiert, daß er sich durch Antreiben des Arms 66 frei innerhalb der Form 1 bewegen kann. Das Bezugszeichen 78 bezeichnet einen Vibrationsanregungsmechanismus für den Antrieb des Schlagvibrators 76. In diesem Beispiel ist der Vibrationsanregungsmechanismus 78 so beschaffen, daß er Druckluft zuführt, um den Schlagvibrator 76 in vertikaler Richtung in eine hin- und hergehende Bewegung (oder Schwingung) zu versetzen. Statt dessen kann ein elektrisch betriebener oder irgendein anderer gewünschter Typ verwendet werden. Nach Erfahrung der Erfinder hat es sich jedoch gezeigt, daß der pneumatische Mechanismus hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Treffsicherheit des Mechanismus unter den herrschenden Umgebungsbedingungen besonders hervorragend arbeitet.
Mit 79 wird ein Treiber zum Ansteuern des Arms 66 bezeichnet, und 80 bezeichnet eine Steuereinrichtung zur Ausgabe eines Antriebsstartbefehlssignals an den Schlagvibrator 76 über den Vibrationsanregungsmechanismus 78 sowie eines Positionssteuersignals an den Treiber 79 als Reaktion auf die Erfassung einer Schlackenbartbildung. Mit 81 wird ein Schmelzenfüllstanddetektor zum Erfassen eines Füllstands der Schmelze bezeichnet, wobei der Detektor 81 eine Gruppe von Thermoelementen 82, einen A-D-Wandler 83 zum Umwandeln eines Analogsignals in ein Digitalsignal und einen Schmelzenfüllstandberechner 84 aufweist. Übrigens bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 30 und 31 die gleichen Komponenten, und ihre Erläuterung wird hier weggelassen.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der Schlackenbartdetektions- und -entfernungseinrichtung beschrieben.
Zunächst werden Informationen über das Vorhandensein bzw. die Abwesenheit des gebildeten Schlackenbarts entlang den entsprechenden Kontrollinien L und die Werte der Schlackenbartdicke t von der obenerwähnten Schlackenbartbildungs-Detektionsvorrichtung 62 in die Steuereinrichtung 80 eingegeben. Die Steuereinrichtung 80 speichert vorher die Dicke des Schlackenbarts, bei der dieser zu entfernen ist (nachstehend als Beseitigungsbezugswert D bezeichnet) und vergleicht diesen Beseitigungsbezugswert D mit der Schlackenbartdicke t, die während des Gießvorgangs tatsächlich erfaßt und von der Detektionsvorrichtung 62 übermittelt wurde. Wenn irgendeine Kontrollinie L gefunden wird, für welche die tatsächlich erfaßte Schlackenbartdicke t größer ist als der Beseitigungsbezugswert D, dann wird dies als Anzeichen für die Notwendigkeit zum Entfernen des Schlackenbarts betrachtet, woran sich unmittelbar eine Berechnung der ebenen oder zweidimensionalen Positionskoordinaten dieser Kontrollinie L in der Form 1 anschließt.
Auf der Grundlage des oben berechneten Ergebnisses gibt die Steuereinrichtung 80 einen Positionssteuerbefehl an den Treiber 79 für den Arm 66 aus, so daß der am distalen Ende des Arms 66 montierte Schlagvibrator 76 in eine Position bewegt wird, die dem gebildeten Schlackenbart entspricht. Sobald der Schlagvibrator 76 in eine Position gelangt, die dem gebildeten Schlackenbart entspricht, wird sofort ein Ansteuerungsbefehl an den Vibrationsanregungsmechanismus 78 ausgegeben, um die Vibration des Schlagvibrators 76 auszulösen. Dann wird der Schlackenbart 60 in Schwingungen versetzt, während der Schlagvibrator 76 abwärts bewegt wird, wodurch der Schlackenbart 60 aufgebrochen und zerkleinert wird, um ihn zu entfernen. Die gebrochenen und zerkleinerten Stücke des Schlackenbarts 60 läßt man in die Form herabfallen und unter Hitzeeinwirkung von der Schmelze 5 wieder einschmelzen, so daß die ursprüngliche Funktion des Puders bei seiner Bewegung entlang der Formwandfläche wiederhergestellt wird.
Dabei kann der Schlagvibrator 76 präzise oberhalb des gebildeten Schlackenbarts bewegt werden, da er durch die obenerwähnte Schlackenbartbildungs-Detektionsvorrichtung 62 eine genaue Position in der Ebene einnehmen kann. Es ist jedoch schwierig, eine vertikale Position zu bestätigen, in welcher der Schlackenbart entsteht. Nach Erfahrung der Erfinder, die Daten zur Schlackenbartbildung innerhalb der Form 1 gesammelt und unter verschiedenen Gesichtspunkten untersucht haben, hat sich gezeigt, daß der Schlackenbart in einer bestimmten Höhe über dem Füllstand der Schmelze 5 entsteht. Daher kann der Schlackenbart mit Sicherheit durch Anwendung eines Verfahrens entfernt werden, bei dem der Schlagvibrator 76 in eine Position oberhalb des gebildeten Schlackenbarts gebracht und dann nach unten in eine Höhe in der Nähe des normalen Schmelzenfüllstands gebracht wird, während der Schlagvibrator 76 gleichzeitig in Schwingung versetzt wird, oder durch ein Verfahren, bei dem ein Berührungssensor am Spitzenende des Schlagvibrators 76 befestigt wird und die Schwingung des Schlagvibrators 76 durch ein Triggersignal gestartet wird, das ausgegeben wird, sobald der Schlagvibrator 76 den Schlackenbart 60 berührt.
Um die vertikale Position des Schlackenbarts genauer zu erfassen, wird in dem Beispiel gemäß Fig. 34 ein bekannter Schmelzenfüllstanddetektor 81 verwendet, der so eingerichtet ist, daß eine Gruppe von Thermoelementen 82 in der Form 1 einbettet wird und ein Füllstand der Schmelze 5 auf der Basis der von den Thermoelementen erfaßten Temperaturinformationen ermittelt wird. Während des Gießvorgangs wird ein aktuelles Schmelzenfüllstandsignal durch den Schmelzenfüllstanddetektor 81 aufgenommen und in die Steuereinrichtung 80 eingegeben. Dieses Schmelzenfüllstandsignal wird zu einem Abstand der Schmelzenoberfläche von der Schlackenbartentstehungsposition addiert, wobei der Abstand zuvor als Erfahrungswert ermittelt und in der Steuereinrichtung 80 gespeichert wird, um dadurch die vertikale Position des gebildeten Schlackenbarts festzustellen.
In diesem Beispiel wurde zwar der Arm 66 vom horizontal mehrgliedrigen Typ verwendet, es kann aber auch ein Arm vom vertikal mehrgliedrigen Typ verwendet werden, solange sich der Schlagvibrator 76 frei innerhalb der Form 1 bewegen kann. Wegen eines sehr kleinen und engen Raums um die Form 1 und das Zwischengießgefäß 19 herum ist jedoch der Arm vom horizontal mehrgliedrigen Typ vorzuziehen. Außerdem ist ein am distalen Ende des Schlagvibrators 76 angebrachtes Vibratorelement 77 vorzugsweise als rechteckige Eisenplatte ausgebildet, da auch der in Winkelecken der Form 1 gebildete Schlackenbart 60 sauber entfernt werden muß. Da der Schlackenbart aufgebrochen und zerkleinert werden kann, indem man lediglich den Schlagvibrator 76 leicht mit dem Schlackenbart 60 in Kontakt bringt und dabei den Schlagvibrator 76 aus einer Position unmittelbar über dem Schlackenbart 60 nach unten bewegt, braucht der Schlagvibrator 76 nicht so betrieben zu werden, daß er unter Kraftanwendung den Schlackenbart 60 durchbohrt oder in diesen eindringt, um ihn zu entfernen. Ein gewaltsames Eindringen des Schlagvibrators führt eher zu Störungen, da die erstarrende Grenzfläche des Gußstücks bei einem derartigen Eindringen beschädigt werden kann.
Fig. 35 zeigt ein Beispiel für ein Ergebnis des tatsächlich ausgeführten Betriebs unter Verwendung der obener wähnten Schlackenbartdetektions- und -entfernungsvorrichtung unter Gießbedingungen mit einer Gußstückgröße von 250 mm · 1350 mm und einer Gießgeschwindigkeit von 1,4 m/min. Fig. 35 zeigt Zeitreihen-Änderungen der Schlackenbartdicke für eine vorgegebene, bestimmte Kontrollinie L. Dieses Beispiel ist so eingerichtet, daß jedesmal, wenn die Dicke des Schlackenbarts den Beseitigungsbezugswert D übersteigt (hier empirisch auf 30 mm festgesetzt), ein Schlackenbartentfernungsbefehl ausgegeben wird. Wie aus Fig. 35 erkennbar, wird jedesmal, wenn die Dicke des Schlackenbarts den Beseitigungsbezugswert D übersteigt, mit Sicherheit die Entfernungsvorrichtung betätigt, um den Schlackenbart sicher zu entfernen. So wurde es möglich, einen Schlackenbartbildungszustand ohne Bedienereingriff wirksam zu erfassen und den Schlackenbart aufgrund des Erfassungsergebnisses zu entfernen. Außerdem waren die in diesem Beispiel gegossenen Gußstücke völlig frei von Oberflächenfehlern und von besonders hervorragender Qualität.
Wie oben beschrieben, ermöglichen das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform die automatische Erfassung eines Schlackenbartbildungszustands und das Entfernen des gebildeten Schlackenbarts während des Stranggießens. Mit anderen Worten, es ist möglich, den unbemannten Schlackenbartentfernungsvorgang zu erreichen, der bis jetzt ein entscheidender Punkt bei der Realisierung des vollautomatischen Gießvorgangs beim Stranggießen gewesen ist. Dies bietet nicht nur eine starke Motivation für den völlig unbemannten Gießbetrieb beim Stranggießen, sondern gewährleistet auch einen stabilen Stranggußvorgang und eine Produktion von Gußstücken in guter Qualität.

[Ausführungsform IV]

Dies ist eine Ausführungsform, die das Deckelbildungsproblem löst (s. den obigen Abschnitt D).
Fig. 36 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Deckelbildungs-Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In Fig. 36 bezeichnen die Bezugszeichen 1 eine Stranggießform, 5 eine Schmelze (geschmolzener Stahl), 6 eine erstarrte Schale, die durch Abkühlen der Form 1 erzeugt wird, und 7 bezeichnet Formpuder bzw. Abdeckpuder. 98 bezeichnet eine Deckelbildungs-Detektionsvorrichtung (nachstehend einfach als Detektionsvorrichtung bezeichnet) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Detektionsvorrichtung 98 weist auf: einen Sensorstab 85, der in die Schmelze 56 innerhalb der Form 1 eingetaucht ist, einen Lastsensor 86 zum Erfassen der an dem Sensorstab 85 angreifenden Last, einen mehrgliedrigen Tragarm 87 (nachstehend einfach als Tragarm bezeichnet) zur Aufnahme des Sensorstabs 85 an seinem distalen Ende und einen Antrieb 92 zum Antreiben des Tragarms 87. Bei dieser Ausführungsform ist der Tragarm 87 auf einer Grundplatte 97 in der Nähe der Form 1 montiert. Im übrigen bezeichnet das Bezugszeichen 19 in Fig. 36 ein Zwischengießgefäß.
Fig. 37 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch die Form 1, in welcher der Deckel 99 ausgebildet ist. Wie oben erläutert, ist der Deckel 99 wegen der Erstarrung der Schmelze 5 erstarrt und zu einer lederkappenartigen Form auf einer Oberfläche der Schmelze 5 ausgebildet. Der Deckel 99 ist in einigen. Fällen über der gesamten Schmelzenoberfläche ausgebildet, wie in Fig. 37 dargestellt, und in anderen Fällen über Teilbereichen der Schmelzenoberfläche, was hier allerdings nicht dargestellt ist. In allen Fällen schwimmen jedoch nicht geschmolzener Abdeckpuder 7a und geschmolzener Abdeckpuder 7b über dem Deckel 99, so daß der Deckel 99 stets mit diesen beiden Abdeckpudertypen 7 bedeckt ist.
Diese Ausführungsform ist so eingerichtet, daß der Sensorstab 85 in die Schmelze 5 innerhalb der Form 1 eingetaucht wird, um die zu diesem Zeitpunkt am Sensorstab 85 angreifende Last zu erfassen. Genauer gesagt, wenn der Sensorstab 85 in die Schmelze 5 eingetaucht wird, auf welcher der Deckel 99 ausgebildet ist, und dann nach unten gestoßen wird, dann wird der Sensorstab 85 einer von dem gedrückten Deckel 99 ausgeübten, aufwärts gerichteten Reaktion ausgesetzt. (Die Reaktion wird in der vorliegenden Beschreibung als Last bezeichnet.) Wenn andererseits der Deckel 99 nicht vorhanden ist, dann greift an dem Sensorstab 85 keine nennenswerte Last an. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Sensorstab 85 und die Schmelze 5 eine im wesentlichen gleiche relative Dichte auf weisen. So hat beispielsweise der Sensorstab 85, wenn er aus Stahl besteht, eine relative Dichte von etwa 7,8 g/cm³, während die Schmelze 5 eine relative Dichte von etwa 7,5 g/cm³ aufweist.
Die Erfinder haben auf verschiedene Weise die obige Last untersucht, die bei einer Deckelbildung ausgeübt wird.
Fig. 38 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Untersuchungsergebnisses darstellt. Bei dieser Untersuchung wurde der Deckel absichtlich ausgebildet, und der Sensorstab 85 wurde gegen den gebildeten Deckel gedrückt, um die am Sensorstab 85 angreifende Last zu ermitteln. Wie aus Fig. 38 zu erkennen, ist die Last so gering, daß sie nicht nachweisbar ist, wenn die Dicke des Deckels etwa 1 mm oder weniger beträgt. Wenn jedoch der Deckel mindestens etwa 2 mm dick wird und eine solche Deckelschicht bildet, daß diese den Gießvorgang wesentlich beeinträchtigt, nimmt die Last plötzlich zu und kann deutlich von dem Fall mit nichtvorhandenem Deckel unterschieden werden. (Diese Last, die plötzlich zuzunehmen beginnt und bei welcher die Deckelbildung bestätigt wird, wird nachstehend als Deckelbildungs-Bezugswert bezeichnet.) Die Last, die vom Deckel auf den Sensorstab 85 ausgeübt wird und in der vorliegenden Ausführungsform zum Nachweis einer Deckelbildung gemessen wird, läßt sich angeben, indem man den Sensorstab 85 in die Schmelze eintaucht und anstatt der obenerwähnten Last, die beim Hineindrücken des Sensorstabs 85 in die Schmelze erzeugt wird, die Widerstandslast bei horizontaler Bewegung des Sensorstabs mißt.
Durch vorheriges Ableiten der Beziehung oder Korrelation zwischen der Dicke des Deckels und der Last, die in Abhängigkeit von den Anlagen- und Betriebsbedingungen während des Stranggießens am Sensorstab 85 angreift, läßt sich quantitativ erfassen, ob der Deckel gebildet wird oder nicht, indem man den Lastsensor 86 verwendet, um die Last zu erfassen, die an dem in die Schmelze 5 innerhalb der Form 1 eingetauchten Sensorstab 85 angreift.
Der Sensorstab 85 wird am distalen Ende des Tragarms 87 so aufgespannt, daß er auch in einem kleinen und engen Raum, in dem das Zwischengießgefäß 19 installiert ist, frei angeho ben oder abgesenkt und horizontal bewegt werden kann. Der Tragarm 87 dieser Ausführungsform weist drei drehbare Arme 88, 89 und 90 und einen anhebbaren Arm 91 auf. Die drehbaren Arme 88, 89 bzw. 90 sind jeweils mit Drehantriebsgliedern 93-95 verbunden, und der anhebbare Arm 91 ist mit einem Hubantriebsglied 96 verbunden. Wenn die Drehantriebsglieder 93-95 steuerbar angetrieben werden, dann werden die Arme 88-90 jeweils um die Drehantriebsglieder 93-95 gedreht, so daß der am distalen Ende des Tragarms 87 aufgespannte Sensorstab 85 frei bewegt werden kann.
Wenn ferner das Hubantriebsglied 96 steuerbar angetrieben wird, dann wird der anhebbare Arm 91 vertikal bewegt, so daß der Sensorstab 85 im Zusammenwirken mit der Bewegung der Arme 88-90 in eine beliebige Position in der Form 1 gebracht und in die Schmelze eingetaucht werden kann. Der Lastsensor 86 wird in den Arm 91 am vorderen Ende eingesetzt, um den Sensorstab 85 aufzunehmen, und ist so angeordnet, daß die am Sensorstab 85 angreifende Reaktionslast durch den Arm 91 am vorderen Ende erfaßt wird.
Im vorstehenden Beispiel weist der Tragarm 87 die vier Antriebsglieder 92 (d. h. die Drehantriebsglieder 93-95 und das Hubantriebsglied 96) auf, und der Lastsensor 86 ist entfernt vom Sensorstab 85 angeordnet. Innerhalb eines Bereichs, wo der Sensorstab 85 in der Form 1 frei bewegt werden kann, kann aber jede gewünschte Anzahl von Antriebsgliedern 92 verwendet werden. Außerdem kann der Lastsensor 86 in dem mehrgliedrigen Tragarm 87 problemlos in jeder gewünschten Position angeordnet werden. Das obige Beispiel, bei dem der Lastsensor 86 entfernt von der sehr heißen Schmelze 5 angeordnet ist, schützt jedoch bei hohen Temperaturen den Lastsensor 86 als Präzisionsvorrichtung wirksamer gegen Hitze. Als Lastsensor 86 wurde ein 6-achsiger Lastsensor verwendet, der drei Lastkomponenten in einer Richtung, in welcher der Sensorstab in die Schmelze gedrückt wird (d. h. in der vertikalen Richtung = Richtung der Z-Achse) und in horizontaler Richtung, in welcher der Sensorstab in der Schmelze bewegt wird (d. h. in Richtung der X- und der Y-Achse) sowie drei Drehmomentkomponenten um die X-, Y- und Z-Achse erfassen kann. In Fällen, wo der Sen sorstab 85 und der Arm 91 in einem kleinen und engen Raum bewegt werden, wobei möglicherweise zu befürchten ist, daß diese sich bewegenden Glieder an das Zwischengießgefäß 19 und die Form 1 anstoßen, ist die Verwendung des 6-achsigen Lastsensors insofern vorteilhaft, als er die Richtung eines solchen Anstoßens, wenn es auftritt, feststellen kann und daher ermöglicht, eine geeignete Maßnahme zu treffen, um die angestoßenen Glieder aufgrund des Erfassungsergebnisses des Lastsensors sofort in eine entgegengesetzte Richtung zurückzuziehen. In einem Fall, wo dies nicht zu befürchten ist und lediglich die Erfassung der Last in Richtung der Z-Achse benötigt wird, kann jedoch anstelle des Lastsensors 86 eine einfache Lastmeßvorrichtung verwendet werden, die z. B. einen bekannten, an geeigneter Stelle angebrachten Dehnungsmesser aufweist.
Ferner kann der Sensorstab 85 aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, wie z. B. aus Keramik, hitzebeständigen Legierungen oder Stahl. Während des Verfahrens, bei dem der Sensorstab 85 wiederholt in die Schmelze 5 eingetaucht und dann zurückgezogen wird, erstarrt die Schmelze 5 allmählich und lagert sich auf dem Sensorstab 85 ab, wodurch der Sensorstab 85 zu irgendeinem späteren Zeitpunkt bedingt dauerhaft unbrauchbar wird. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, den Tragarm 87 an seinem distalen Ende mit einem Mechanismus zu versehen, der ein leichtes Anbringen und Abnehmen des Sensorstabs 85 ermöglicht.
Als nächstes wird im folgenden ein Verfahren zur Erfassung eines Deckelbildungszustands mit der Detektionsvorrichtung 98 beschrieben. Zunächst werden die Antriebsglieder 93-96 des Tragarms 87 angetrieben und gesteuert, um den am distalen Ende des Tragarms 87 aufgespannten Sensorstab 85 in eine vorgegebene Position über der Schmelze 5 innerhalb der Form 1 zu bewegen. Eine solche Position kann in einem Bereich gewählt werden, wo erfahrungsgemäß eine Deckelbildung mit höherer Wahrscheinlichkeit zu erwarten ist, oder sie kann in einem der Bereiche festgesetzt werden, die durch Unterteilen der Schmelzenoberfläche in der Form in bestimmte Intervalle definiert sind. Sobald sich der Sensorstab 85 in die vorgegebene Position bewegt hat, wird dann das Hubantriebsglied 96 angesteuert, um den Sensorstab 85 in die Schmelze 5 einzutauchen. Gleichzeitig mit dem Stoßen und Eintauchen des Sensorstabs 85 in die Schmelze 5 wird die am Sensorstab 85 angreifende Last kontinuierlich durch den Lastsensor 86 erfaßt. Ein Meßwert des Lastsensors 86 wird überwacht und mit dem obenerwähnten Deckelbildungs-Bezugswert verglichen, so daß ein Deckelbildungszustand präzise erfaßt werden kann.
Fig. 39 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Vorrichtung zum wirksamen Entfernen des gebildeten Deckels darstellt, wenn durch die oben beschriebene Detektionsvorrichtung 98 eine Deckelbildung festgestellt wird, d. h. ein Beispiel einer Deckelentfernungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform. Gleiche Komponenten werden in Fig. 39 durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 36 bezeichnet, und deren Erläuterung wird hier weggelassen. In Fig. 39 bezeichnet 100 eine Vergleichsoperations-Steuereinheit mit der Funktion, einen Deckelbildungszustand 99 festzustellen und den Sensorstab 85 unmittelbar nach Feststellung der Deckelbildung so zu steuern, daß das Deckelentfernungsverfahren ausgelöst wird. Genauer gesagt, die Vergleichsoperations-Steuereinheit 100 speichert vorher den obenerwähnten Deckelbildungs-Bezugswert, der in Abhängigkeit von den aktuellen Betriebsbedingungen voreingestellt wird, und empfängt außerdem während des Gießvorgangs einen Meßwert vom Lastsensor 86. 101 bezeichnet einen Komparator zum Vergleich des Deckelbildungs-Bezugswerts mit dem Meßwert vom Lastsensor 86. Wenn der Komparator 101 bestätigt, daß der Meßwert vom Lastsensor den Deckelbildungs- Bezugswert übersteigt, wird sofort ein entsprechendes Anzeigesignal zu einer Antriebssteuereinrichtung 102 ausgegeben, die ihrerseits Antriebsbefehle an die entsprechenden Antriebsglieder 92 ausgibt. Ferner bezeichnet 103 ein Sicht- oder Anzeigegerät zur Darstellung des vom Komparator 101 erhaltenen Ergebnisses. Das Sichtgerät 103 ist so eingerichtet, daß es z. B. Alarmmeldungen anzeigt, wenn der Meßwert vom Lastsensor den Deckelbildungs-Bezugswert übersteigt.
Das Entfernen des Deckels 99 wird wie folgt ausgeführt. Wenn z. B. der Deckel 99 durch den obenerwähnten Sensorstab 85 in eine tiefe Lage innerhalb der Schmelze 5 eingetaucht wird, dann wird er eingeschmolzen und durch Hitzeeinwirkung der Schmelze 5 zum Verschwinden gebracht und entfernt. In einem Fall, wo der Deckel 99 nicht durch bloßes Eintauchen eingeschmolzen wird, kann die Schmelze bewegt oder gerührt werden, um eine wirksamere Wärmeübertragung zu erreichen. Nach Erfahrung der Erfinder hat sich gezeigt, daß die meisten Deckel 99 eingeschmolzen wurden, indem sie einfach mit Hilfe des Sensorstabs 85 in eine tiefe Lage innerhalb der Schmelze 5 eingetaucht wurden. Daher ist es auch besser, das Rühren der Schmelze auf ein Mindestmaß zu reduzieren, um das Auftreten möglicher Defekte an Gußstücken zu verhindern.
Fig. 40 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Ergebnis der praktischen Umsetzung dieser Ausführungsform unter Betriebsbedingungen mit einer Querschnittsgröße der Gußstücke von 250 mm · 1200 mm und einer Gießgeschwindigkeit von 0,8 m/min darstellt. In diesem Beispiel wird die in Fig. 39 dargestellte Deckelentfernungsvorrichtung verwendet, um den Sensorstab 85 direkt in eine tiefere Lage innerhalb der Form zu stoßen, wenn eine Deckelbildung festgestellt wird. Fig. 40 zeigt ein Beispiel dafür, wie sich in diesem Falle die am Sensorstab 85 angreifende Last ändert. Der Deckelbildungs-Bezugswert wurde nach Daten, die vorher unter den gleichen Bedingungen gewonnen wurden, auf 0,25 kg festgesetzt. Wie aus Fig. 40 zu erkennen, stieg beim Eintauchen des Sensorstabs 85 in die Schmelze die Last sofort über den Deckelbildungs-Bezugswert an, der durch eine strichpunktierte Linie a angedeutet ist, wodurch die Bildung eines Deckels bestätigt wurde. Als Reaktion auf die Bestätigung gab die Antriebssteuereinrichtung 102 der Vergleichsoperations-Steuereinheit 100 ein Steuersignal aus, welches veranlaßte, daß der Sensorstab 85 in eine tiefere Lage gedrückt und dort gehalten wurde. Als Ergebnis verringerte sich die Last allmählich bis auf ein Niveau, das zum Zeitsummenpunkt von etwa 6 Sekunden niedriger als der Deckelbildungs-Bezugswert war. Dadurch wurde angezeigt, daß der gebildete Deckel eingeschmolzen und entfernt wurde.
Parallel dazu wurde der obige Vorgang manuell von einem Bediener kontrolliert. Als Ergebnis bestätigte sich, daß die automatisch erfaßte Bildung und das Entfernen des Deckels in diesem Beispiel genau dem manuell kontrollierten Vorgang entsprach.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die automatische Erfassung und Beseitigung eines Deckels. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Ausführung direkter manueller Arbeiten durch Bediener, wodurch sich der Sicherheitsgrad verbessert und mit der manuellen Arbeit verbundene Bedienungsfehler zuverlässig verhindert werden. Außerdem wird es möglich, durch Kombination der Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform mit anderen automatisierten Ausrüstungen zur Verwendung im Gießbetrieb während des Stranggießens, wie z. B. einer automatischen Abdeckpuder- Versorgungseinrichtung, den vollautomatischen Gießbetrieb zu erreichen.

[Ausführungsform V]

Dies ist eine Ausführungsform, welche die mit der Automatisierung des Betriebs verbundenen Probleme löst (siehe den obigen Abschnitt E).
Fig. 41 zeigt ein komplettes Blockschaltbild, das ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Mehrfunktionsroboters darstellt.
Wie aus Fig. 41 erkennbar, ist ein Mehrfunktionsroboter 104 ein universeller Roboter mit einem Tragarm vom horizontal mehrgliedrigen Typ, der eine synthetische Beurteilungs- Steuereinrichtung 105 und einen Roboterkörper 106 aufweist. Der Roboterkörper weist einen mehrgliedrigen Tragarm 133 auf, der aus Tragarmen 134, 135 und 136, die drehbar und anhebbar miteinander verbunden sind, sowie aus Armantriebsgliedern 138, 139 bzw. 140 für den Antrieb der Tragarme 134, 135 bzw. 136 besteht. Der Roboterkörper 106 ist folglich so eingerichtet, daß durch individuellen Antrieb der Armantriebsglieder 138, 139 und 140 die Tragarme 134, 135 und 136 horizontal gedreht oder vertikal bewegt werden, wodurch das distale Ende des Roboterkörpers in eine beliebige Position gebracht werden kann. Der in diesem Beispiel verwendete mehrgliedrige Tragarm 133 ist zwar als horizontal mehrgliedriger Typ ausgebildet, so daß nur der Tragarm 136 während der Aufwärts- und Abwärtshübe des Armantriebsgliedes 140 vertikal bewegt wird, aber es kann ein beliebiger anderer Armtyp verwendet werden, solange ein (später zu beschreibendes) Werkzeug 111 sich innerhalb eines Arbeitsbereichs frei bewegen kann. Außerdem sind die Kombination und die Anzahl der jeweiligen Komponenten des Tragarms 133 sowie die Armantriebseinheit 137 (die alle Armantriebsglieder 138, 139 und 140 einschließt), nicht auf dieses Beispiel beschränkt, da sie auf geeignete Weise so festgelegt werden könnten, daß in Abhängigkeit vom verfügbaren Raum die effizienteste Arbeitsweise sichergestellt wird.
Am distalen Ende des Roboterkörpers 106 (d. h. in diesem Beispiel am distalen Ende des Tragarms 136) sind ein optischer Sensor 108, ein Lastsensor 109 und ein automatischer Werkzeugwechselmechanismus (ATC-Mechanismus) 110 (die alle später beschrieben werden) angebracht. Der optische Sensor 108 soll ein Bild des Arbeitsbereichs des Roboters aufnehmen und ist in einer solchen Position angeordnet, daß er den Arbeitsbereich optisch erfassen kann. Der optische Sensor 108 kann zum Beispiel an einer geeigneten Montageplatte in der Nähe des Arbeitsbereichs statt am distalen Ende des Tragarms 136 installiert werden. Als Alternative können mehrere optische Sensoren 108 vorgesehen werden, mindestens einer in der Nähe des Arbeitsbereichs und mindestens einer am distalen Ende des Tragarms 133. Der automatische Werkzeugwechselmechanismus (ATC-Mechanismus) 110 soll als Reaktion auf ein (später zu beschreibendes) Werkzeugwechselbefehlssignal verschiedene Werkzeugtypen 111 einspannen und ausspannen und weist einen, allerdings nicht dargestellten, durch Druckluft, Hydraulikflüssigkeit oder dergleichen angetriebenen Spannabschnitt und einen Sensorabschnitt zur Bestätigung eines ein- oder ausgespannten Zustands der Werkzeuge 111 auf. Es sind mehrere Werkzeuge 111 vorbereitet, deren Mechanismus und Konstruktion für die entsprechenden Arbeiten geeignet sind und die auf einem Werkzeugständer 115 abgesetzt sind, der in der Nähe des Roboters 106 vorgesehen ist. Der Lastsensor 109 soll die Last erfassen, die am distalen Ende des am ATC-Mechanismus 110 angebrachten Werkzeugs 111 angreift, und ist gewöhnlich zwischen dem distalen Ende des Tragarms 133 und dem ATC-Mechanismus 110 angeordnet. Dieser Lastsensor 109 ist vorzugsweise ein Sensor vom 6-achsigen Typ, weil damit erfolgreich genauere dreidimensionale Lastinformationen gewonnen werden können.
Andererseits werden durch den Roboter zu behandelnde Betriebssituationen 125 der Anlage bzw. Fertigungslinie und des Verfahrens (im folgenden gemeinsam als Prozeß bezeichnet), wie z. B. Liniengeschwindigkeit und Linienstillstand, durch einen Prozeßdetektionssensor 120 erfaßt, der individuelle Sensoren aufweist, die in Abhängigkeit von den zu erfassenden Inhalten passend kombiniert werden.
Die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 weist auf: einen Eingabeabschnitt 130, dem aufgenommene Bildinformationen vom optischen Sensor 108, Lastinformationen vom Lastsensor 109 und ein Prozeßdetektionssignal vom Prozeßdetektionssensor 120 zugeführt werden; einen Beurteilungsabschnitt 131 zum Verarbeiten der Eingabesignale vom Eingabeabschnitt 130 entsprechend dem vorbereiteten und festgesetzten Ablauf und zur anschließenden Beurteilung von Situationen der Arbeitsinhalte und des Arbeitsbereichs des Roboters zum aktuellen Zeitpunkt; einen Einstellungsabschnitt 132 zum Voreinstellen der Priorität der Arbeitspositionen und Arbeitsinhalte auf der Grundlage der aktuellen Betriebsbedingungen des durch den Roboter zu behandelnden Prozesses und von Situationen im Arbeitsbereich des Roboters; einen Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 zum Vergleich eines Signals vom Beurteilungsabschnitt 131 mit dem vom Einstellungsabschnitt 132 und zur Ablaufplanung und Festlegung der höchsten Priorität oder des effizientesten Arbeitsinhalts in Abhängigkeit von den aktuellen Situationen; und einen Steuerungsabschnitt 142 zur Ausgabe von einem oder mehreren (später zu beschreibenden) Steuersignalen auf der Grundlage der Entscheidung über den Arbeitsinhalt, die durch den Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 getroffen wurde. Der Eingabeabschnitt 130 verarbeitet und sortiert die aufgenommenen Bildinformationen, die Lastinformationen und das Prozeßdetektionssignal auf vorgeschriebene Weise unter Verwendung eines Bildprozessors, einer Arithmetikeinheit usw. und übermittelt dann das Verarbeitungsergebnis zum Beurteilungsabschnitt 131.
Die Entscheidung über den Arbeitsinhalt, die vom Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 getroffen wird, indem er die Signale vom Beurteilungsabschnitt 131 und vom Einstellungsabschnitt 132 miteinander vergleicht, wird in den Steuerungsabschnitt 142 eingegeben. Der Steuerungsabschnitt 142 übermittelt auf der Grundlage des festgelegten Arbeitsinhalts ein Wechselbefehlssignal für das Werkzeug 111 zum automatischen Werkzeugwechselmechanismus (ATC-Mechanismus) 110, ein Antriebssteuersignal zur Armantriebseinheit 137 und/oder ein Steuersignal zum Prozeß 125. In Abhängigkeit vom Betriebszustand werden eines oder mehrere dieser Steuersignale ausgegeben, im letzteren Falle gleichzeitig, um den Roboter 104 anzuweisen, die für eine Arbeit mit maximaler Effizienz geeignete Aufgabe auszuführen. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Steuersignale vom Steuerungsabschnitt 142 dem Prozeß 125 und einer Robotersteuereinrichtung 107 zum Steuern der entsprechenden Abschnitte im Prozeß 125 sowie über die Roboter teuereinrichtung 107 dem ATC-Mechanismus 110 und der Armantriebseinheit 137 zugeführt.
Die vorliegende Ausführungsform wird im folgenden in Verbindung mit einem Anwendungsbeispiel für einen Verpackungsprozeß für elektrische Teile näher erläutert. In diesem Verpackungsprozeß werden die mehreren Werkzeuge 111 zum Ausführen verschiedener Arbeiten benutzt, wie z. B. zum Palettieren (oder zum Materialtransport), zum Befestigen von Zubehörteilen und Schrauben für mehrere Teile in mehreren Positionen. Folglich werden der einzelne Arbeitsgang oder mehrere Arbeitsgänge für jedes Werkzeug oder jedes Teil in verschiedenen Arbeitspositionen ausgeführt. Zunächst überwacht der optische Sensor 108 optische Situationen einer Anlage bzw. Verpackungslinie, wie z. B. Positions- und Drehungsabweichungen der Teile und von Zeit zu Zeit eintretende Veränderungen in einer Stillstandsposition der Linie. Ferner überwacht der Lastsensor 109 Lastzustände, wie z. B. eine Druckkraft oder ein Drehmoment, wenn der Roboter 104 Befestigungsarbeiten von Zubehörteilen oder Schrauben ausführt, und mißt und erfaßt außerdem Lastinformationen, die zur Steuerung während der Arbeit verwendet werden. In einem Normalzustand werden die Signale vom opti schen Sensor 108, dem Lastsensor 109 und dem Prozeßdetektionssensor 120 über den Eingabeabschnitt 130 in den Beurteilungsabschnitt 131 eingegeben. Der Beurteilungsabschnitt 131 überwacht und erkennt Situationen des Prozesses. Wird keine Anomalie festgestellt, dann entscheidet der Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 über den Arbeitsinhalt entsprechend der im Einstellungsabschnitt 132 voreingestellten Priorität der Arbeiten und übermittelt dann den festgelegten Arbeitsinhalt zum Steuerungsabschnitt 142. Die Steuersignale vom Steuerungsabschnitt 142 werden, wie oben erwähnt, in den vorerwähnten Prozeß 125 und die Robotersteuereinrichtung 107 zur Steuerung der entsprechenden Abschnitte im Prozeß 125 und über die Robotersteuereinrichtung 107 in den ATC-Mechanismus 110 bzw. in die Armantriebseinheit 137 eingegeben, wodurch dem Roboter 104 ermöglicht wird, die für eine maximale Effizienz passende Arbeit auszuführen.
Wenn indessen der Beurteilungsabschnitt 131 aus der Information vom Eingabeabschnitt 130 zu dem Schluß gelangt, daß in Positions- oder Drehungsabweichungen der Teile, einer Stillstandsposition der Linie, einem Drehmoment oder dergleichen irgendeine Anomalie auftritt, dann empfängt und vergleicht der Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 Informationen, beispielsweise über den Zustand des Prozesses und den Roboterbetriebszustand zum aktuellen Zeitpunkt vom Beurteilungsabschnitt 131, über den Inhalt der aufgetretenen Anomalie, die möglichen Arbeitsinhalte des Roboters zum aktuellen Zeitpunkt sowie Informationen über die voreingestellte Priorität vom Einstellungsabschnitt 132, und arrangiert und plant auf diese Weise die vom Roboter von da ab auszuführenden Arbeiten durch eigene Verarbeitung und Festlegung der Arbeitsinhalte und ihrer Priorität, mit anschließender Betätigung und Steuerung des Roboters usw., wie oben erwähnt. Falls viele Anomalien auftreten und daher mehrere Arbeitsbefehle einschließlich derjenigen für normale Arbeiten nacheinander ausgegeben werden, könnte die Arbeitseffizienz nicht ausreichend gesteigert werden, um den Fortgang des Betriebs einzuholen, wenn die Arbeiten einfach entsprechend der für einen Normalfall voreingestellten Priorität ausgeführt werden. Dies führt zur Entste hung vieler ernsthafter Probleme, wie z. B. Stillstand der Linie, Anlagenstörung oder Qualitätsminderung. Aus diesem Grunde ist es sehr wichtig und wirksam, die vorerwähnte synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 bereitzustellen, die in der Lage ist, diese Probleme und Störungen mit Sicherheit zu verhindern.
Als nächstes wird im folgenden ein Beispiel beschrieben, bei dem der Roboter auf einen Gießvorgang beim Stranggießen angewandt wird.
Fig. 42 ist ein Gesamtblockdiagramm, das ein Beispiel eines Mehrfunktionsroboters gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt, der auf einen Gießvorgang angewandt wird. In Fig. 42 bezeichnen die Bezugszeichen 1 eine Form, 59 ein Gußstück, das zu einem Produkt gegossen wird, 5 eine Schmelze (geschmolzenen Stahl), 6 eine erstarrte Schale, die aus der Schmelze 5 durch Abkühlung entsteht, 7 einen Puder und 143 eine Gießdüse. Der Puder 7 hat die Form einer Schicht, die hauptsächlich eine nicht geschmolzene Puderschicht 8 und eine geschmolzene Puderschicht 9 aufweist. Die Bezugszeichen 121- 124 bezeichnen Prozeßdetektionssensoren; d. h. 121 ist ein Gießgeschwindigkeitssensor, 122 ist ein Sensor für den Schmelzenfüllstand innerhalb der Form, 123 ist ein Schmelzendurchflußmengensensor und 124 ist Durchflußmengensensor für in die Gießdüse 18 eingeblasenes Gas. 126-129 sind Steuereinrichtungen für einen Prozeß 125. Genauer gesagt, 126 ist eine Gießgeschwindigkeitssteuerung und 127 ist eine Steuerung für einen Schmelzenfüllstand innerhalb der Form, wobei die Steuerung 127 in diesem Beispiel Thermoelemente aufweist. 128 ist eine Schmelzendurchflußmengensteuerung, die in dieser Ausführungsform eine Schiebedüse (nachstehend als SN bezeichnet) aufweist. 129 ist eine Durchflußmengensteuerung für in die Gießdüse 143 eingeblasenes Gas. Ferner bezeichnet 19 ein Zwischengießgefäß. Wie später ausführlicher beschrieben wird, soll ein Mehrfunktionsroboter 104 gemäß diesem Beispiel einen Zustand der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form, wobei sich der Zustand während des Stranggießvorgangs von Zeit zu Zeit ändert, während des Gießens überwachen, um einen auf der Schmelzenoberfläche aufgetretenen anomalen Zustand zu erfassen, wie z. B. Pudermangel, Kochen/Schrägströmung, Schlackenbartbildung oder Deckelbildung, um die Arbeitsinhalte so einzurichten und zu planen, daß sie beispielsweise für den effizientesten Arbeitsablauf geeignet sind, und um mit Hilfe des Roboters multifunktionelle Arbeiten usw. zum Stabilisieren eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche auszuführen, wodurch die aufgetretene Anomalie beseitigt wird.
In diesem Beispiel soll ein optischer Sensor (Bildsensor) 108 ein Bild von einem Oberflächenzustand der Schmelze innerhalb der Form aufnehmen, der durch den Mehrfunktionsroboter zu behandeln ist und sich von Zeit zu Zeit ändert, wobei ein Sensorpaar in einander gegenüberliegenden Positionen mit dazwischen liegender Gießdüse 143 installiert ist. In einem Falle, wo wegen der großen Abmessungen von Gußstücken, die zu Produkten zu gießen sind, der Gesamtbereich der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form nicht durch nur ein Paar optischer Sensoren in deren Gesichtsfeldern erfaßt werden kann, können jedoch die optischen Sensoren in zwei oder mehreren Paaren vorgesehen werden. Ferner wird als Lastsensor 109 ein 6- achsiger Sensor verwendet, der die Last, das Drehmoment usw. mißt, die am distalen Ende eines Werkzeugs angreifen. Ein automatischer Werkzeugwechselmechanismus (ATC-Mechanismus) 110 steuert das Auswechseln oder Ein- oder Ausspannen von Werkzeugen 111, wie z. B. einer Puderstreueinheit 112, einer Schlackenbartentfernungseinheit 113 und einer Deckelerfassungseinheit 114 (die alle später beschrieben werden) sowie einer Armantriebseinheit 137, über eine Robotersteuereinrichtung 197 als Reaktion auf Befehle, die von einer synthetischen Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 ausgegeben werden. Diese Werkzeuge 111 werden auf einem Werkzeugständer 115 abgesetzt, der in der Nähe eines Roboterkörpers 106 angebracht ist.
Der Roboterkörper 106 weist auf: einen Tragarm 133 vom horizontal mehrgliedrigen Typ (der in dieser Ausführungsform aus Tragarmen 134, 135 und 136 besteht), welcher über den Lastsensor 109 und den ATC-Mechanismus 110 an seinem distalen Ende eines der Werkzeuge 111 trägt, wie z. B. eine Puderstreueinheit 112, eine Schlackenbartentfernungseinheit 113 und eine Deckelerfassungseinheit 114, und der drehbar und anhebbar an geordnet ist; und Armantriebsglieder 138, 139 und 140 (gemeinsam als Antriebseinheit 137 bezeichnet) für den Antrieb der Tragarme 134, 135 bzw. 136. So kann das am distalen Ende des Tragarms 133 aufgespannte Werkzeug 111, speziell das Spitzenende des Werkzeugs 111, oberhalb und/oder in der Nähe der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form 1 frei hin und her und auf und ab bewegt werden. In diesem Beispiel sind die Tragarme 134, 135 und 136, wie oben erwähnt, zu dem horizontal mehrgliedrigen Typ gruppiert. Es kann aber irgendein anderer Armtyp verwendet werden, solange sich das Werkzeug 111 innerhalb der Form 1 frei bewegen kann. In diesem Beispiel hat sich jedoch gezeigt, daß der horizontal mehrgliedrige Armtyp zu bevorzugen ist, da der Raum um die Form 1 und das Zwischengießgefäß 19 herum so klein und eng ist, daß in vertikaler Richtung keine große Bewegungsfreiheit besteht. Ferner sind Kombination und Anzahl der Tragarme 134, 135 und 136 und der Antriebseinheit 137 (speziell der Armantriebsglieder 138, 139 und 140) nicht auf dieses Beispiel beschränkt, da sie in Abhängigkeit vom verfügbaren Raum auf geeignete Weise so festgelegt werden sollten, daß die effizienteste Arbeitsweise sichergestellt ist.
Das Bezugszeichen 144 bezeichnet eine Puderversorgungseinheit für die Zufuhr des Puders 7 zur Puderstreueinheit 112. Die Puderversorgungseinheit 144 weist z. B. Ventile 145, 146 zum Dosieren des Puders 7 auf der Basis von Volumeneinheiten, eine Düse 147 für die Zufuhr des Puders 7 in eine vorgegebene Position und einen Fülltrichter 148 auf. Die Steuerung der Ventile 145, 146 usw. zur Dosierung des Puders erfolgt durch die Robotersteuereinrichtung 107 auf ähnliche Weise wie die Steuerung des ATC-Mechanismus usw.
In diesem Beispiel sind zwar der Roboterkörper 106, die Versorgungseinheit 144 für den Puder 7 und der Werkzeugständer 115 auf einer Grundplatte 149 installiert, auf der das Zwischengießgefäß 19 ruht, aber ein Teil oder alle diese Elemente, insbesondere z. B. der Roboterkörper 106, können nach Bedarf mit Eigenantrieb ausgebildet werden.
Mit 105 ist eine synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung bezeichnet, die einen Eingabeabschnitt 130, einen Be urteilungsabschnitt 131, einen Einstellungsabschnitt 132, einen Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 und einen Steuerungsabschnitt 142 aufweist, ähnlich wie das oben erläuterte Beispiel. Die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 überwacht einen Zustand der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form während des Gießens, wobei sich der Zustand von Zeit zu Zeit ändert; erfaßt anhand von Informationen von den optischen Sensoren usw. einen auf der Schmelzenoberfläche aufgetretenen anomalen Zustand, wie z. B. Pudermangel, Kochen/Schrägströmung, Schlackenbartbildung oder Deckelbildung; übernimmt die Festsetzung und Ablaufplanung der Arbeitsinhalte, so daß diese z. B. für den effizientesten Arbeitsablauf geeignet sind; und führt mit Hilfe des Roboters multifunktionelle Arbeiten usw. zur Stabilisierung eines anomalen Zustands der Schmelzenoberfläche aus, wodurch die aufgetretene Anomalie beseitigt wird.
Als nächstes werden praktische Funktionen des vorerwähnten Mehrfunktionsroboters ausführlicher beschrieben.
Erstens wird ein Verfahren zur Erfassung des Auftretens von Kochen/Schrägströmung oder Pudermangel und deren anschließender Verhinderung oder Beseitigung erläutert. Fig. 43 zeigt eine Draufsicht von Bildern der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form während des Gießens, die von den optischen Sensoren aufgenommen wurden. 150a, 150b stellen jeweils eine Abbildung auf der einen bzw. der anderen Seite der Gießdüse 143 dar. 152a, 152b kennzeichnen die Schmelzenoberflächenbereiche innerhalb der Form, die den Bildern 150 bzw. 151 entsprechen. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Forminnenwand, an deren Innenseite nicht geschmolzene Puderabschnitte 8 und geschmolzene Puderabschnitte 9 sichtbar sind. Um eine Anomalie zu erfassen, wie z. B. Kochen/Schrägströmung oder Pudermangel, wandelt ein Bildprozessor im Eingabeabschnitt 130 die Originalbilder 150a, 151b in eine Binärdarstellung um, d. h. in Binärbilder 150a1, 151b1, die in Fig. 44 dargestellt sind, wo die Abschnitte der geschmolzenen Puderschicht 9 zu hellen Abschnitten 158 und die Abschnitte der nicht geschmolzenen Puderschicht 8 zu dunklen Abschnitten 157 werden. Dann werden in der synthetischen Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 (Eingabe abschnitt 130 - Beurteilungsabschnitt 131) die zeitabhängigen Änderungen und der Flächeninhalt aller hellen Abschnitte 158 jeweils auf dem gesamten entsprechenden Bild berechnet, um aus dem resultierenden Grad bestimmter Eigenschaften das Auftreten des Kochens bzw. der Schrägströmung zu ermitteln. Ferner werden die Bilder in mehrere Zonen 152a1-152a5 bzw. 152b1-152b5 unterteilt. Die zeitabhängigen Änderungen und der Flächeninhalt der hellen Abschnitte für jede der Teilzonen werden auf ähnliche Weise wie oben berechnet, um einen Pudermangelzustand und eine Pudermangelposition zu ermitteln. Wenn durch das vorstehende Verfahren festgestellt wird, daß Kochen bzw. Schrägströmung auftreten, dann gibt die synthetische Beurteilungs- Steuereinrichtung 105 (Beurteilungsabschnitt 131 - Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 - Steuerungsabschnitt 142) Befehle aus, um den Prozeß zu steuern, wie z. B. eine Gießgeschwindigkeit und eine Durchflußgeschwindigkeit der Schmelze, und ferner um den Puder 7 durch die Puderversorgungseinheit 112 zuzuführen und dadurch die Anomalie zu beseitigen. Wenn Pudermangel festgestellt wird, dann gibt die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 auf ähnliche Weise einen von der erfaßten Pudermangelposition abhängigen Befehl aus, um den Puder 7 in die entsprechende Position zu streuen und dadurch einen Pudermangelzustand zu beseitigen. Hierbei wird der Puder durch die Puderstreueinheit 112 gestreut. Die Puderversorgungseinheit 112 weist einen becherförmigen Vorratsbehälter 116 zum Speichern einer voreingestellten Menge des Puders 7 auf, wobei der Vorratsbehälter 116 so angeordnet ist, daß er am Boden geöffnet oder umgedreht werden kann. Als Reaktion auf Befehle von der synthetischen Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 und der Robotersteuereinrichtung 107 wird der Vorratsbehälter 116 in eine vorgegebene Position innerhalb der Form 1 gebracht und dann zum Streuen des Puders am Boden geöffnet oder umgedreht.
Zweitens wird ein Verfahren zum Erfassen eines Schlackenbarts und zu dessen Verhinderung oder Beseitigung beschrieben. Fig. 45 zeigt in ihrer oberen Hälfte einen von vorn gesehenen senkrechten Schnitt durch die Form in der Nähe eines Meniskus während des Gießvorgangs und in ihrer unteren Hälfte die Helligkeits- oder Leuchtdichteverteilung, die sich ergibt, wenn ein Zustand im Inneren der Form aus einer Position oberhalb der Form aufgenommen oder beobachtet wird. Das Bezugszeichen 153 bezeichnet einen Schlackenbart, der entsteht, wenn der geschmolzene Puder 9 mit der Form 1 abgekühlt wird, so daß er erstarrt und dann an der Innenwand 2 der Form anhaftet. Der Schlackenbart 153 entsteht mit höherer Wahrscheinlichkeit bei Schwankungen des Schmelzenfüllstands. Der auf diese Weise gebildete Schlackenbart wird wie folgt erfaßt. Der Prozessor im Eingabeabschnitt 130 mißt die Helligkeitsverteilung, wie sie in der unteren Hälfte von Fig. 45 dargestellt ist. Dann bestimmt die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 (Eingabeabschnitt 130 - Beurteilungsabschnitt 131) einen Abstand A-B zwischen einem Minimalpunkt A, der einer Grenzschicht zwischen der Formwandfläche 2 und dem Schlackenbart 153 mit niedrigem Reflexionsvermögen und niedrigen Temperaturen entspricht, und einem Maximalpunkt B, der dem distalen Ende des Schlackenbarts 153 entspricht, wo die Helligkeit am höchsten wird, da die geschmolzene Puderschicht 9 durch Schwingungen der Form usw. zum Auftauchen und Verschwinden gebracht wird. Auf der Grundlage des Abstands A-B wird zur Erfassung des gebildeten Schlackenbarts eine Dicke des Schlackenbarts 153 gemessen. Zu beachten ist, daß das obige Maximum in der Helligkeitsverteilung, wie etwa B, in Abwesenheit des Schlackenbarts 153 nicht erscheint. Fig. 46 zeigt eine Draufsicht, die Meßpositionen zur Erfassung des Schlackenbarts 153 durch die obige Verarbeitung darstellt. Mit 154 ist der gesamte Bereich der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form bezeichnet und 155 bezeichnet eine Kontrollinie, an der entlang die obige Verarbeitung zum Ermitteln der Helligkeitsverteilung ausgeführt wird, wobei die Gießdüse 143 in der Mitte angeordnet ist. Wenn nach dem vorstehenden Verfahren die Ausbildung des Schlackenbarts 153 und dessen Ausbildungsposition erfaßt werden, gibt die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 (Beurteilungsabschnitt 131 - Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 - Steuerungsabschnitt 142) Befehle aus, um den Schlackenbart 153 in der entsprechenden Position, wo der Schlackenbart entstanden ist, zu entfernen. Hierbei wird der Schlackenbart 153 durch die Schlackenbartentfernungseinheit 113 entfernt. Die Schlackenbartentfernungseinheit 113 weist an ihrem Spitzenende einen Schlagvibrator 17 mit einem Vibrationsanregungsmechanismus auf, um den Schlackenbart 153 zu zerkleinern oder den Schlackenbart 153 zu Resonanzschwingungen anzuregen, um ihn von der Innenwand 2 der Form abzulösen. Als Reaktion auf Befehle von der synthetischen Beurteilungs- Steuereinrichtung 105 und der Robotersteuereinrichtung 107 wird der Schlagvibrator 117 in eine vorgegebene Position innerhalb der Form 1 bewegt und in Kontakt mit dem Schlackenbart 153 gebracht, um diesen zu entfernen.
Drittens wird ein Verfahren zur Erfassung eines Deckels und zu dessen Verhinderung oder Beseitigung beschrieben. Der Deckel ist ein Phänomen, bei dem die Oberfläche der Schmelze 5 innerhalb der Form 1 abgekühlt wird und in Form eines lederartigen Belags erstarrt. Dieses Phänomen tritt mit höherer Wahrscheinlichkeit besonders im Anfangsstadium des Gießens oder bei niedriger Gießgeschwindigkeit auf. Wenn bei diesem Beispiel die Situation günstiger für die Deckelbildung wird, gibt die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 (Eingabeabschnitt 130 - Beurteilungsabschnitt 131) Befehle aus, um den Deckel auf der Grundlage von Informationen von den Prozeßsteuereinrichtungen, wie z. B. 121, 126, zu erfassen. Als Reaktion auf die Befehle spannt der Roboterkörper 106 mit Hilfe des automatischen Werkzeugwechselmechanismus (ATC-Mechanismus) 110 die Deckelerfassungseinheit 114 ein und taucht dann einen Sensorstab 119 am distalen Ende der Deckelerfassungseinheit 114 in die Schmelzenoberfläche innerhalb der Form ein. Gleichzeitig messen der Lastsensor 109 und ein Lastberechner im Eingabeabschnitt 130 die am Spitzenende des Sensorstabs 119 angreifende Last, und die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 (Beurteilungsabschnitt 131 - Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 - Steuerabschnitt 142) ermittelt das Vorhandensein oder die Abwesenheit des Deckels. Fig. 47 zeigt ein Diagramm, das zeitabhängige Änderungen der am Sensorstab angreifenden Last darstellt, wenn dieser in die Schmelzenoberfläche eingetaucht wird. Wie in Fig. 47 dargestellt, ist bei der Deckelbildung das Spitzenende des Sensorstabs 119 einer durch den erstarrten Stahl, d. h. den Deckel, erzeugten Reaktion ausgesetzt. Diese Reaktionslast steigt folglich über einen Deckelbildungs-Bezugswert an, der Deckelbildung anzeigt, so daß ein großer Lastwert erfaßt wird. Wenn der Deckel nicht ausgebildet wird, tritt das in Fig. 47 dargestellte Maximum nicht auf. Der erfaßte Lastwert ist kleiner als der Deckelbildungs-Bezugswert, wodurch ein Diagramm entsteht, das kein Maximum enthält. Wenn der ausgebildete Deckel erfaßt wird, gibt die synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 einen Befehl für den Sensorstab 119 aus, um den Deckel z. B. weiter nach unten zu drücken und das Einschmelzen des Deckels zu verursachen. Fig. 48 zeigt eine Draufsicht, die Meßpositionen zur Erfassung des Vorhandenseins eines Deckels auf die obenerwähnte Weise darstellt. In Fig. 48 bezeichnet 156 eine Kontrollinie, an der entlang die Erfassungsverarbeitung entsprechend der obigen Erläuterung ausgeführt wird, 154 bezeichnet den gesamten Schmelzenoberflächenbereich innerhalb der Form, und 143 bezeichnet eine Gießdüse.
Viertens wird ein Verfahren zum Betrieb des Mehrfunktionsroboters 104 für die zuvor festgesetzten Arbeitsinhalte und Arbeitspositionen beschrieben. Die durch den Mehrfunktionsroboter einzuhaltende Priorität wird durch den Einstellungsabschnitt 132 wie folgt eingestellt. Es gibt viele Arbeitsinhalte, wie z. B. die Beseitigung des Kochens bzw. der Schrägströmung, das Streuen von Puder, das Entfernen eines Schlackenbarts und das Entfernen eines Deckels. Ferner ist jeder der Arbeitsinhalte mit der Steuerung einer Gießgeschwindigkeit, einer Gasdurchflußmenge und einer Durchflußmenge der Schmelze verbunden und weist mehrere Arbeitspositionen auf, wie in den Fig. 44, 46 und 48 dargestellt. Daher muß eine Priorität unter den Arbeitsinhalten und den Arbeitspositionen im voraus eingestellt werden, um diese Inhalte und Positionen für den richtigen Abschnitt zu vergleichen. Zunächst wurde in dieser Ausführungsform die Priorität der Arbeitsinhalte entsprechend der Stärke ihres möglichen Einflusses auf den Gießvorgang eingestellt. Der so eingestellte Arbeitsablauf hat die Reihenfolge: Beseitigen des Kochens bzw. der Schrägströmung, Entfernen eines Deckels, Streuen von Puder und Entfernen eines Schlac kenbarts. Dann wurde für jeden der Arbeitsinhalte der Arbeitsablauf für die Arbeitspositionen usw. unter Berücksichtigung der Eigenschaften der jeweils erfaßten Phänomene in bezug auf das Stranggießverfahren eingestellt. Genauer gesagt, da beim Kochen das Volumen des eingeblasenen Gases in einem Durchflußkanal der Schmelze zunimmt, verringert sich entsprechend die Durchflußmenge der Schmelze. Demgemäß muß eine Gießgeschwindigkeit eingestellt werden, die der niedrigeren Durchflußmenge der Schmelze zu diesem Zeitpunkt entspricht. Gleichzeitig wird zur Unterdrückung von Schwankungen des Schmelzenfüllstands innerhalb der Form auch die Durchflußmenge der Schmelze eingestellt. Ferner wird die Durchflußmenge des eingeblasenen Gases entsprechend dem resultierenden Zustand eingestellt, um einen Kochzustand zu beseitigen. Wenn gleichzeitig Pudermangel festgestellt wird, dann wird der Puder in die entsprechende Mangelposition gestreut. Da bei Schrägströmung der Durchfluß der Schmelze in vielen Fällen durch darin ausgefällte oder ausgeschiedene Ablagerungen, wie z. B. Al&sub2;O&sub3;, gestört wird, wird dann ein Schrägströmungszustand durch eine leicht veränderte Einstellung der Schmelzendurchflußmenge beseitigt, z. B. durch vibrierendes Bewegen einer Schiebedüse (SN) in kleinen Stößen, wenn diese zur Einstellung der Schmelzendurchflußmenge benutzt wird, um dadurch einen Ablagerungszustand zu verändern, oder durch Regulieren der Durchflußmenge des eingeblasenen Gases. Zu diesem Zeitpunkt kann zusätzlich die Gießgeschwindigkeit eingestellt werden, um Schwankungen des Schmelzenfüllstands zu unterdrücken. Wenn außerdem gleichzeitig Pudermangel festgestellt wird, dann wird der Puder in die entsprechende Mangelposition gestreut. Was die Erfassung des Deckels betrifft, so wird berücksichtigt, daß ein aus der Gießdüse 143 in die Form 1 ausgetragener Schmelzenfluß sehr wahrscheinlich um die Gießdüse herum auf der Schmelzenoberfläche stagniert. Daher wurde die Priorität der Arbeitspositionen 156 so festgesetzt, daß die näher an der Gießdüse liegenden Positionen höhere Priorität hatten und auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse eine höhere Priorität denjenigen Positionen zugeordnet wird, die auf der Seite liegen, wo ein austretender Schmelzenfluß infolge von Eigenschaften der Durchflußmengen steuerung der Schmelze ruhiger wird. Im Hinblick auf das Streuen des Puders erhielten die Positionen in der Nähe der Schmalseiten der Form höhere Priorität, da der Puder in größerer Menge in Ecken der rechteckigen Form 1 fließt. Auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse erhalten, im Gegensatz zu oben, diejenigen Positionen höhere Priorität, die auf der Seite liegen, wo ein austretender Schmelzenfluß infolge von Eigenschaften der Durchflußmengensteuerung der Schmelze heftiger wird. Was das Entfernen des Schlackenbarts betrifft, so kann dieser den Puderzufluß behindern. Daher wurde aus den gleichen Gründen wie im Zusammenhang mit dem Puderzufluß die Priorität wie im Fall des Puderstreuens festgesetzt.
Fünftens wird die Betriebssteuerung des Mehrfunktionsroboters 104 beschrieben, die im praktischen Gießbetrieb auf der Grundlage der obenerwähnten Priorität auszuführen ist. Der Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 führt die Betriebssteuerung wie folgt aus. Während des Gießens werden Operationsbefehle für die zuvor festgesetzten mehreren Arbeitsinhalte und mehreren Arbeitspositionen so oft nacheinander ausgegeben, daß diejenigen Befehle, die zur Ausführung von Maßnahmen ausgegeben werden, welche für den Arbeitsablauf des Mehrfunktionsroboters 104 notwendig sind, sich in vielen Fällen stauen. Daher muß die Betriebssteuerung des Mehrfunktionsroboters 104 so ausgeführt werden, daß die ausgegebene Operationsbefehle mit maximaler Effizienz in einer solchen Weise abgewickelt werden, daß schwerwiegende Störungen verhindert werden und eine nachteilige Auswirkung auf den Arbeitsablauf auf ein Mindestmaß reduziert wird. Ein Beispiel der Konzeption zur Realisierung dieses Verfahrens wird anhand der folgenden Tabelle 1 erläutert. TABELLE 1
Zunächst werden Begriffe und Symbole erläutert, die in Tabelle 1 benutzt werden. N und S bedeuten je eine der gegenüberliegenden Flächen oder Zonen bezüglich der Gießdüse 143, z. B. in der Blickrichtung von Fig. 46. Die Befehlszahl gibt die Anzahl der Operationsbefehle an, die für die entsprechenden Arbeitsinhalte und Arbeitspositionen zu einem gegebenen Zeitpunkt ausgegeben werden, um eine bestimmte, durch den Beurteilungsabschnitt 131 erkannte Schmelzenoberflächenanomalie zu bewältigen. Der Index bedeutet den Arbeitstyp, den Bereich (N oder S) auf jeder Seite der Gießdüse 143 bzw. eine Arbeitsposition in diesem Bereich, in der vorstehenden Reihenfolge. Die Arbeitszeit bezieht sich auf das Auswechseln (Einspannen und Ausspannen) und den Betrieb des Werkzeugs 111 des Mehrfunktionsroboters 104. Diese Spalte enthält der Reihe nach: Start (zum Einspannen und Bewegen des Werkzeugs erforderliche Zeit), Arbeit (Arbeitszeit in der Arbeitsposition N), Bewegung (Bewegungszeit vom Bereich N nach S quer über die Gießdüse 143), Arbeit (Arbeitszeit in der Arbeitsposition S), Kommunikation (Übermittlungszeit der Befehle und Signale zwischen dem Mehrfunktionsroboter 104 und der synthetischen Beurteilungs- Steuereinrichtung 105) und Ende (die Zeit, die zum Ablegen des Werkzeugs 111 aus der Arbeitsposition auf den Werkzeugständer 115 benötigt wird). Die entsprechenden Indizes bedeuten der Reihe nach: Arbeitstyp (p: Puder streuen, d: Deckel entfernen, b: Schlackenbart entfernen), Kennzeichnung des Arbeitsinhalts, Bereich auf jeder Seite der Gießdüse 143 und Arbeitsposition in diesem Bereich. Die Kennzeichnung der Arbeitsinhalte erfolgt durch einen Index mit der folgenden Bedeutung: Start: a, Arbeit: w, Bewegung: m, Kommunikation: c oder Ende: e. Für das Kochen bzw. die Schrägströmung kann die betreffende Maßnahme in Abhängigkeit vom jeweiligen Fall außer der Prozeßsteuerung den Arbeitsgang des Puderstreuens einschließen. Die Prozeßsteuerung kann aber parallel zum Betrieb des Roboters ausgeführt werden, und bei der Betriebssteuerung des Mehrfunktionsroboters 104 ist nur das Puderstreuen betroffen. Daher unterscheiden sich die Arbeiten zur Beseitigung des Kochens und der Schrägströmung von der Arbeit des Puderstreuens in der Befehlszahl und der Priorität, weisen aber die gleiche Arbeits zeit auf. Die Priorität ist in Tabelle 1 durch Darstellung der durch den Einstellungsabschnitt 132 voreingestellten Priorität in numerischen Werten angegeben, die bei höherer Priorität größer sind. Ihre Indizes haben die gleiche Bedeutung wie im Fall der oben beschriebenen Befehlszahl.
Anschließend wird ein Beispiel der Konzeption zur Ausführung der Betriebssteuerung des Mehrfunktionsroboters 104 während des Gießbetriebs beschrieben. Grundsätzlich wird der Mehrfunktionsroboter 104 so gesteuert, daß er entsprechend der vorerwähnten, durch den Einstellungsabschnitt 132 voreingestellten Priorität arbeitet. Während des praktischen Gießbetriebs geschieht es jedoch häufig, daß die ausgegebene Operationsbefehle in einen Stauzustand geraten. In einem solchen Fall wird die Betriebssteuerung des Roboters wie folgt durchgeführt. Zunächst werden die Punkte in Tabelle 1, d. h. der Arbeitstyp, die Befehlszahl, die Arbeitszeit (Start, Arbeit (N-Seite), Bewegung, Arbeit (S-Seite), Kommunikation, Ende) bzw. Priorität. allgemein durch n, cni, tsi, twni, tmi, twsi, tci, tei bzw. pni gekennzeichnet. Die Bedeutung der Indizes ist die gleiche wie oben in Verbindung mit Tabelle 1 erläutert. Ferner wird in Abhängigkeit von Prozeßsituationen für die jeweiligen Arbeitsinhalte und Arbeitspositionen eine zulässige Zeit tani ermittelt, innerhalb derer die geeignete Maßnahme auszuführen ist, gerechnet von der Erkennung der aufgetretenen Anomalie an. Während des Gießvorgangs legt dann der Vergleichs- und Entscheidungsabschnitt 141 die Arbeiten fest, die innerhalb eines Bereichs auszuführen sind, der den folgenden Beziehungen (1) und (1') genügt:
tsi + twni + tci < tani (1)
tsi + twsi + tci < tani (1')
Außerdem überwacht der Vergleichs- und Beurteilungsabschnitt 141 für die jeweiligen Arbeitsinhalte und Arbeitspositionen, die Befehlszahlen liefern (cni > 0), einen Notfall- bzw. Notarbeitsumfang Eni, der zu allen Zeiten durch die folgenden Gleichungen (2) und (2') ausgedrückt wird:
Eni = (tsi + twni + tmi + tci + tei)/(cni · pni) (2)
Eni = (tsi + twsi + tmi + tci + tei)/(cni · pni ) (2')
Andererseits werden für alle Arbeitsinhalte und Arbeitspositionen, die Befehlszahlen liefern, jeweils alle möglichen Kombinationen Cni (tsi, twni, tmi, twsi, tci, tei) vorbereitet, die bei der Durchführung der Arbeiten einzuhalten sind, und für jede Kombination wird eine Arbeitszeit Ctni berechnet. Ctni wird durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt:
Ctni = Cni (Σ (tsi, twni, tmi, twsi, tci, tei)) (3)
Als nächstes wird die für jede Kombination Cni erforderliche Arbeitszeit Ctni mit dem obenerwähnten Notarbeitsumfang Eni multipliziert, welcher der Arbeitsposition und dem Arbeitsinhalt für die erste Arbeit entspricht, um dadurch einen Arbeitsprioritätsindex Pni abzuleiten, der jederzeit zu überwachen ist und durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt wird:
Pni = Ctni · Eni (4)
Dann werden durch Vergleich aller so abgleiteten Arbeitsprioritätsindizes Pni miteinander diejenigen Kombinationen Cni ausgewählt, in denen irgendein Arbeitsinhalt oder eine Arbeitsposition mit dem niedrigsten Arbeitsprioritätsindex Pni etwa im ersten Drittel der Arbeitszeit enthalten ist. Unter diesen Kombinationen Cni wird diejenige Kombination Cni, welche die Arbeitszeit Ctni mit dem niedrigsten Arbeitsprioritätsindex Pni aufweist, als Arbeitsroute mit der höchsten Priorität zu diesem Vergleichs- und Entscheidungszeitpunkt festgelegt. Nachdem der Arbeitsablauf auf diese Weise geplant und festgelegt worden ist, wird ein Steuerbefehl zum Steuerungsabschnitt 142 ausgegeben. Die obige Verarbeitung wird für jede Übermittlung des Befehls zwischen dem Mehrfunktionsroboter 104 und der synthetischen Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 aus geführt. Dies gilt jedoch nicht für einen Fall, wo eine bestimmte Maßnahme oder dergleichen in einem bestimmten Zustand, beispielsweise in Abhängigkeit von Prozeßeigenschaften, eindeutig bestimmt ist. Folglich wird der Betrieb des Mehrfunktionsroboters 104 auf der Grundlage mehrerer Betriebsablaufplanungsgrößen, wie z. B. eines Notarbeitsumfangs und einer Betriebszeit des Roboters, für jeden Arbeitsprozeß gesteuert. Zu beachten ist, daß die obenerwähnte Betriebssteuerungs- Verarbeitung nur ein Beispiel darstellt, bei dem sie auf den Gießprozeß für das Stranggießen angewandt wird und auf den Prozeß abgestimmt ist, und daß das praktische Verarbeitungsverfahren nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt ist.
Wie oben ausführlich beschrieben, soll der Mehrfunktionsroboter in diesem Beispiel einen Zustand der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form behandeln, wobei Arbeitsumgebungen sich von Zeit zu Zeit ändern, und in dem Arbeitsprozeß, wo mehrere Arbeitsinhalte in Abhängigkeit von wechselnden Bedingungen der Arbeitsumgebungen, die durch Sensoren und dergleichen erfaßt werden, festzulegen und auszuführen sind, ermöglicht es dieses Beispiel, multifunktionelle Arbeiten effizient mit Hilfe des Roboters auszuführen, der mehrere Arbeiten ausführen kann, und die voreingestellte Priorität von Arbeiten in Abhängigkeit von Informationen, die sich auf den Prozeß beziehen und von den Sensoren zugeführt werden, sowie von den Arbeitsbedingungen des Roboters zu steuern. Zu beachten ist, daß die obenerwähnten Abschnitte in der synthetischen Beurteilungs-Steuereinrichtung 105 der Bequemlichkeit halber nur nach individuellen Funktionen voneinander getrennt sind. Die jeweiligen Abschnitte sind nicht unbedingt alle abhängig oder jeweils auf einem Hardware- und/oder Software-Niveau zu einer einstückigen Einheit zusammengesetzt. Die optimale Systemkonfiguration kann entsprechend individuellen Merkmalen des Anwendungsprozesses definiert werden. Da ferner bei dem Gießprozeß für das Stranggießen, auf den das Beispiel angewandt wird, der geschmolzene Stahl direkt behandelt wird, liegt der Arbeitsplatz, z. B. wegen der Strahlungswärme von der Gießdüse 143, in einem höheren Temperaturbereich von etwa 80-90ºC. Außerdem macht die Gegenwart vieler Staubquellen, wie z. B. von Puder und Abbrandteilchen, die Arbeitsumgebungen sehr staubreich. Damit der Roboter auch unter hoher Temperatur und in staubreichen Umgebungen stabil betrieben werden kann, werden zum Schutz gegen Hitze und Staub die folgenden Strukturen und Maßnahmen eingebaut.
1) Die unmittelbar über der Schmelzenoberfläche zu installierenden optischen Sensoren 108 werden jeweils in einen Kasten gesetzt, dessen der Schmelzenoberfläche zugewandte Fläche aus hitzebeständigem Glas besteht. In den Kasten wird Kühlluft eingeleitet und dann zur Schmelzenoberfläche hin ausgestoßen, um das Anhaften von Staub an der Glasoberfläche zu verhindern.
2) Entlang der Vorderseite des Werkzeugständers 115 wird ein Luftschleier ausgebildet. Insbesondere wird Luft auf einen Abschnitt jedes Werkzeugs 111 geblasen, an dem dieses lösbar an dem automatischen Werkzeugwechselmechanismus (ATC- Mechanismus) 110 befestigt wird, um das Anhaften von Staub an diesem Werkzeugabschnitt zu verhindern.
3) Beim Auswechseln des Werkzeugs wird außerdem eine Luftspülung auf einen Abschnitt des ATC-Mechanismus 110 angewandt, an dem das Werkzeug 111 lösbar befestigt wird.
4) Der Tragarm 133 wird durch Einblasen von Luft in das Innere des Tragarms oder durch Verwendung eines Magnetfluids staubdicht gemacht.
5) In die Armantriebseinheit 137 wird zur Kühlung Luft eingeblasen.
Diese Schutzstrukturen und -maßnahmen ermöglichen es, sogar im Bereich des Gießvorgangs über eine lange Zeit sehr stabile geplante Funktionen sicherzustellen.
Als Ergebnis der Ausführung des Gießvorgangs mit Hilfe des obenerwähnten Mehrfunktionsroboters 104 unter Gießbedingungen mit einem Querschnitt der Gußstücke von 250 mm · 1000 mm und einer Gießgeschwindigkeit von 1,6 m/min wurde niemals festgestellt, daß Operationen des Mehrfunktionsroboters 104 so extrem gestaut bzw. blockiert waren, daß der Gießvorgang in hohem Grade beeinträchtigt wurde. Außerdem konnte der stabile Gießvorgang ohne Bedienereingriff ausgeführt werden. Ferner waren die in diesem Beispiel gegossenen Gußstücke völlig frei von Oberflächenfehlern und von ganz hervorragender Qualität.
Kurz gesagt, die Vorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht eine Automatisierung des Arbeitsprozesses, bei dem in Abhängigkeit von wechselnden Bedingungen der Arbeitsumgebungen, die durch Sensoren und dergleichen erfaßt werden, mehrere Arbeitsinhalte festzulegen und auszuführen sind, durch Anwendung eines Mehrfunktionsroboters, der mehrere Arbeiten ausführen kann, und durch Steuerung der voreingestellten Arbeitspriorität in Abhängigkeit von Informationen, die sich auf den Prozeß beziehen und von den Sensoren zugeführt werden, sowie von den Arbeitsbedingungen des Roboters. So wird es möglich, einen Mehrfunktionsroboter zu schaffen, der sogar während der Überwachung eines Zustands der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form, wobei sich die Betriebsbedingungen von Zeit zu Zeit ändern, verschiedene Arbeiten mit maximaler Effizienz ausführen kann.

Claims

1. Verfahren zum Verhindern einer Anomalie in einer Stranggußform (1) in Abhängigkeit von erfaßten anomalen Bedingungen in schmelzflüssigem Stahl, mit den Schritten Erfassen der Oberflächenhelligkeit von schmelzflüssigem Metall (5) in der Form (1) durch einen Bildsensor (20; 56), Vergleich der erfaßten Helligkeit mit einem Bezugshelligkeitspegel und Ausführen einer notwendigen Maßnahme, falls die Vergleichsergebnisse eine solche Maßnahme erfordern, dadurch gekennzeichnet, daß:

die anomalen Bedingungen das Kochen, die Schrägströmung und den Puder- bzw. Formpudermangel als anomale Bedingungen in der Form aufweisen, und daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Anordnen mindestens eines Paares der Bildsensoren (20, 56) auf gegenüberliegenden Seiten einer Gießdüse (12; 49; 52; 143), die im mittleren Bereich eines oberen Öffnungsabschnitts der Form (1) angeordnet ist, zum Erfassen von Helligkeitsbildern, welche die Oberflächenbedingungen der Schmelze in Positionen oberhalb der Form (1) darstellen;

b) Umwandeln der durch die Bildsensoren (20, 56) erfaßten Bilder in eine Binärdarstellung (42b, 43b; 150a1, 151b1) unter Verwendung eines Bezugsschwellwerts zur Unterscheidung der Bildbereiche (42a, 43a; 150, 151) in helle Abschnitte (45) für die Bereiche mit einer Helligkeit über dem Schwellwert und dunkle Abschnitte (44) für die Bereiche mit einer Helligkeit unter dem Schwellwert;

c) Berechnen eines Flächenanteils Rn der hellen Abschnitte (45) an der Gesamtfläche des Oberflächenbereichs der Schmel ze in den Gesichtsfeldern jedes der Bildsensoren (20, 56);

d) Berechnen der Änderungsgeschwindigkeit Dn des Flächenanteils Rn der hellen Abschnitte pro Zeiteinheit;

e) Vergleich des berechneten Flächenanteils Rn der hellen Abschnitte mit einem voreingestellten Rn-Bezugswert:

f) Vergleich der berechneten Änderungsgeschwindigkeit Dn mit einem voreingestellten Dn-Bezugswert: und

g) Feststellen eines anomalen Zustands des schmelzflüssigen Stahls (5) auf der Grundlage der obigen Vergleiche der Rn- und/oder Dn-Werte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Vergleich der Änderungsgeschwindigkeit Dn für die jeweiligen Schmelzenoberflächenbereiche auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse (12; 49; 52; 143) mit voreingestellten Bezugswerten der Änderungsgeschwindigkeit Dn für die entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche;

Feststellen des Auftretens eines Kochzustands, wenn beide Änderungsgeschwindigkeiten Dn für die jeweiligen Schmelzenoberflächenbereiche auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse (12; 49; 52; 143) die Bezugswerte übersteigen; und

Feststellen des Auftretens eines Schrägströmungszustands, wenn nur eine der Änderungsgeschwindigkeiten Dn den entsprechenden Bezugswert übersteigt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Unterteilen jedes der entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche (150, 151) in den Gesichtsfeldern der Bildsensoren in mehrere voreingestellte Zonen (42a1-42a5, 43a1- 43a5; 152a1, 152a2, 152a3, 152a4, 152a5, 152b1, 152b2, 152b3, 152b4, 152b5);

Bestimmen eines Flächenanteils Rnn von hellen Abschnitten je Zone und einer Änderungsgeschwindigkeit Dnn des Flächenanteils Rnn der hellen Abschnitte je Zone für jede der eingeteilten Zonen;

Vergleich des Flächenanteils Rnn der hellen Abschnitte und der Änderungsgeschwindigkeit Dnn mit entsprechenden voreingestellten Bezugswerten für jede der eingeteilten Zonen; und

Feststellen eines Pudermangelzustands in der jeweiligen eingeteilten Zone, wenn der Flächenanteil Rnn der hellen Abschnitte den Bezugswert übersteigt, aber die Änderungsgeschwindigkeit Dnn den Bezugswert nicht übersteigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner mindestens eine der folgenden Schrittgruppen a) und b) aufweist:

a) Vergleich der Änderungsgeschwindigkeit Dn für die jeweiligen Schmelzenoberflächenbereiche auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse (12; 49; 52; 143) mit voreingestellten Bezugswerten der Änderungsgeschwindigkeit Dn für die entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche; Feststellen des Auftretens des Kochzustands, wenn beide Änderungsgeschwindigkeiten Dn für die entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche auf den gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse die Bezugswerte übersteigen; und Feststellen des Auftretens des Schrägströmungszustands, wenn nur eine der Änderungsgeschwindigkeiten Dn den entsprechenden Bezugswert übersteigt; und

b) Unterteilen jedes der entsprechenden Schmelzenoberflächenbereiche in den Gesichtsfeldern der Bildsensoren in mehrere voreingestellte Zonen (152a1-152a5, 152b1- 152b5); Bestimmen eines Flächenanteils Rnn der hellen Abschnitte je Zone und einer Änderungsgeschwindigkeit Dnn des Flächenanteils Rnn der hellen Abschnitte je Zone pro Zeiteinheit für jede der eingeteilten Zonen; Vergleich des Flächenanteils Rnn der hellen Abschnitte und der Änderungsgeschwindigkeit Dnn mit entsprechenden voreingestellten Bezugswerten für jede der eingeteilten Zonen; und Feststellen eines Pudermangelzustands in der jeweiligen eingeteilten Zone, wenn der Flächenanteil Rnn der hellen Abschnitte den Bezugswert übersteigt, aber die Änderungsgeschwindigkeit Dnn den Bezugswert nicht übersteigt; und

Beseitigen der durch eine der obigen Schrittgruppen festgestellten Schmelzenoberflächen-Anomalie durch Einstellen mindestens einer der Gießbedingungen, zu denen die Geschwindigkeitssteuerung, die Fließgeschwindigkeitssteuerung von in die Gießdüse (12; 49; 52; 143) eingeblasenem Gas, die Fließgeschwindigkeitssteuerung einer in die Form (1) gegossenen Schmelze und die Puderzufuhrsteuerung gehören.

5. Stranggußverfahren zum Gießen eines in einem Zwischengießgefäß (19) gespeicherten schmelzflüssigen Stahls (5) in eine Form (1) für den Strangguß durch eine Gießdüse (12; 49; 52; 143) bei gleichzeitigem Einblasen von Inertgas in den schmelzflüssigen Stahl, mit den Schritten:

Anordnen mindestens eines Bildsensors (20; 56) oberhalb der Form (1) zum Erfassen von Bildern der Schmelzenoberfläche innerhalb der Form;

Verarbeiten von Bildsignalen, die durch den mindestens einen Bildsensor während des Stranggusses erfaßt wurden, um die Anzahl von zu dem schmelzflüssigen Stahl aufsteigenden Blasen (k) und die Größe der auf dem schmelzflüssigen Stahl aufflackernden Flammen zu erfassen, wobei die Verarbeitung der Bildsignale die folgenden Schritte aufweist:

Im Falle der Erfassung der Blasenzahl (k):

a) Umwandeln der Bildsignale in Binärdarstellungen unter Verwendung eines Bezugsschwellwerts zur Unterscheidung der Bildbereiche in helle Abschnitte für Bereiche mit einer Helligkeit über dem Schwellwert und dunkle Bereiche mit einer Helligkeit unter dem Schwellwert,

b) Ausführen einer mehrmaligen UND-Verarbeitung an den Binärdarstellungen in der Art einer Zeitreihe;

c) Überlagern der verarbeiteten Bilder, wodurch in den Binärbildern enthaltenes Rauschen entfernt wird, das durch von der Schmelzenoberfläche aufflackernde Flammen entsteht,

d) Messung der Anzahl der Inseln von hellen Abschnitten, die durch Blasen in den Binärbildern verursacht werden, dadurch Erfassen der Anzahl der über die Schmelzenoberfläche aufsteigenden Blasen (k),

Im Falle der Erfassung der Flammengröße (j):

e) Ausführen einer mehrmaligen ODER-Verarbeitung der Binärbilder in der Art einer Zeitreihe,

f) Überlagern der verarbeiteten Bilder, wodurch in den Binärbildern enthaltenes Rauschen entfernt wird, das durch Blasen (k) auf der Schmelzenoberfläche entsteht,

g) Messung der Größe von hellen Abschnitten in den Binärbildern, wodurch die Größe von Flammen (j) bestimmt wird, die von der Schmelzenoberfläche aufflackern;

Vergleich jeder der erfaßten Blasenzahlen und Flammengrößen mit zulässigen Grenzwerten (a, b; a1, b1) für Anzahl und Größe, die zuvor aus der Korrelation zwischen einer eingeblasenen Gasmenge und der Blasenzahl bzw. der Flammengröße im Falle des Kochens oder einer Düsenverstopfung bestimmt wurden; und unmittelbare Steuerung der eingeblasenen Gasmenge, wenn die Blasenzahl oder die Flammengröße die entsprechenden zulässigen Grenzwerte übersteigt, wodurch eine geeignete eingeblasene Gasmenge sichergestellt wird.

6. Stranggußvorrichtung mit einer Form (1) und einem Mehrfunktionsroboter, wobei der Roboter (104) aufweist:

einen mehrgliedrigen Tragarm (134, 135, 136), wobei der Tragarm frei drehbar und vertikal beweglich ist und an seinem distalen Ende einen automatischen Werkzeugwechselmechanismus (110) und eine Antriebssteuerung für den Antrieb des Tragarms aufweist;

mindestens einen in der Nähe eines Arbeitsbereichs des Tragarms angeordneten optischen Sensor (108) zur Aufnahme von Bildern des Arbeitsbereichs des Roboters;

einen in der Nähe des automatischen Werkzeugwechselmechanismus angeordneten Lastsensor (109) zum Erfassen der auf ein Spitzenende eines Werkzeugs (111) wirkenden Last;

einen Prozeßdetektionssensor (120) zum Erfassen von Betriebsbedingungen des Stranggußprozesses, der durch den Roboter gesteuert werden soll; und

eine synthetische Beurteilungs-Steuereinrichtung, welche aufweist:

a) eine Eingabeeinrichtung (130) für den Empfang von Eingangssignalen von den optischen, Last- und Prozeßdetektionssensoren (108, 109, 120);

b) eine Beurteilungseinrichtung (131) zum Verarbeiten der Eingangssignale gemäß einem vorher festgelegten Ablauf und zur Beurteilung von Situationen im Arbeitsinhalt des Roboters und im Arbeitsbereich des Roboters zu einem aktuellen Zeitpunkt;

c) eine Einstelleinrichtung (132) zum Voreinstellen der Priorität von Arbeitspositionen und des Arbeitsinhalts auf der Grundlage aktueller Betriebsbedingungen des durch den Roboter zu handhabenden Prozesses und von Situationen im Arbeitsbereich des Roboters;

d) eine Vergleichs- und Entscheidungseinrichtung (141) zum Vergleich entsprechender Signale von der Beurteilungseinrichtung und der Einstelleinrichtung miteinander und zur Ablaufplanung und Festlegung der höchsten Priorität oder eines besonders effizienten Arbeitsinhalts in Abhängigkeit von den aktuellen Situationen; und

e) eine Steuereinrichtung (142) zur Ausgabe mindestens eines Werkzeugwechsel-Befehlssignals an den automatischen Werkzeugwechselmechanismus, eines Antriebssteuersignals an die Tragarm-Antriebssteuerung und eines Steuersignals zur Steuerung des Prozesses auf der Grundlage ei ner durch die Vergleichs- und Entscheidungseinrichtung getroffenen Entscheidung über den Arbeitsinhalt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich ein Bereich um die Spritzgußform (1) herum ist;

der optische Sensor (108) mindestens ein Paar Bildsensoren zum Erfassen eines Schmelzenoberflächenzustands aufweist, die in Positionen oberhalb der Form angeordnet sind, die eine im mittleren Bereich eines oberen Öffnungsabschnitts der Form angeordnete Gießdüse (143) aufweist, wobei die Bildsensoren auf gegenüberliegenden Seiten der Gießdüse angeordnet sind;

der Lastsensor (109) einen Sensor zum Erfassen der Last aufweist, die von einer Schmelze innerhalb der Form auf einen Sensorstab ausgeübt wird, der durch den Tragarm unterstützt und in die Schmelzenoberfläche innerhalb der Spritzgußform eingetaucht wird;

der Prozeßdetektionssensor (108, 109, 120) einen Gießgeschwindigkeitssensor (121), einen Sensor (122) für den Schmelzenfüllstand in der Form, einen Schmelzenfließgeschwindigkeitssensor (123) und einen Fließgeschwindigkeitssensor (124) für in die Gießdüse eingeblasenes Gas aufweist;

der Arbeitsinhalt die Einstellung einer Gießgeschwindigkeit, die Einstellung einer Fließgeschwindigkeit der Schmelze, das Einblasen von Gas in die Gießdüse (143), das Streuen von Puder in die Form, das Entfernen eines Schlackenbarts (60) und das Einschmelzen eines Deckels (99) durch Hineinstoßen des Deckels in die Schmelze aufweist; und

das Werkzeug eine Einrichtung zum Einbringen von Puder in die Form, eine Schlackenbartentfernungseinheit (113) und eine Deckelentfernungseinheit (114) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Pudereinbringeinrichtung einen Pudervorratsbehälter zum Speichern einer voreingestellten Pudermenge aufweist;

die Schlackenbartentfernungseinheit (113) an ihrem Spitzenende mit einem Vibrationsmechanismus ausgestattet ist, der dazu bestimmt ist, einen Schlackenbart zu zerkleinern oder in Resonanzschwingungen zu versetzen, um den Schlackenbart von einer Formwand abzulösen; und

die Deckelerfassungseinheit (114) den Sensorstab (119) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Gießgeschwindigkeitssteuerung (126), eine Steuerung (127) für den Schmelzenfüllstand in der Form, eine Schmelzenfließgeschwindigkeitssteuerung (128) und eine Fließgeschwindigkeitssteuerung (129) für eingeblasenes Gas aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (127) für den Schmelzenfüllstand in der Form Thermoelemente aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzenfließgeschwindigkeitssteuerung (128) eine Schiebedüse aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeitssteuerung (129) für eingeblasenes Gas ein Teil aufweist, das an der von einem Zwischengießgefäß (19) in die Form hineinragenden Gießdüse befestigt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pudereinbringeinrichtung aufweist:

eine Puderversorgungseinheit (144) zum Speichern einer voreingestellten Pudermenge, die an ihrem Boden geöffnet oder umgedreht werden kann;

eine Zuführeinheit zum Zuführen von Puder in die Puderversorgungseinheit;

wobei die Puderversorgungseinheit (144) durch den mehrgliedrigen Tragarm (134, 135, 136) an dessen distalem Ende getragen wird;

eine Antriebseinheit (137) für den Antrieb des Tragarms; und

wobei die Puderversorgungseinheit (144) und die Antriebseinheit (137) als Reaktion auf erfaßte Signale betätigt werden, die einen Pudermangel und eine Pudermangelposition anzeigen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Hinblick auf den Schlackenbart (60) der Roboter ferner aufweist:

eine Steuerung (105), welche die folgenden Schritte ausführt: Bestimmen einer Helligkeitsverteilung entlang mindestens einer Kontrollinie, welche die Wandoberfläche (2) der Form (1) schneidet, auf der Basis von Eingangssignalen über einen Oberflächenzustand der Schmelze, die von Zeit zu Zeit von den Bildsensoren zugeführt werden; Bestimmen eines Abstands zwischen zwei Positionen, in denen die Helligkeitsverteilung einen Maximalwert (B) bzw. einen Minimalwert (A) aufweist; und Ausgabe eines Befehlssignals zum Starten des Antriebs der Schlackenbartentfernungseinheit (113) im Hinblick auf den Vibrationsmechanismus sowie eines Befehlssignals zur Bestimmung einer Betätigungsposition der Schlackenbartentfernungseinheit (113) auf Grund eines Schlackenbartbildungszustands, die aus dem Bestimmungsabstand abgeschätzt wird.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Hinblick auf die Deckelerfassungseinheit (114) der Roboter ferner aufweist:

einen mehrgliedrigen Tragarm, der am distalen Ende den Sensorstab (119) trägt und sich drehen und auf und ab bewegen kann; sowie eine Antriebseinheit (137) für den Antrieb des Tragarms, und

daß ein Deckelbildungszustand durch den Sensorstab aus der Last ermittelt wird, die auf den Sensor ausgeübt wird, der in die Schmelzenoberfläche innerhalb der Form eingetaucht ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Hinblick auf die Deckelentfernungsarbeit der Roboter ferner aufweist:

eine Vergleichsoperationssteuerung (100) zum Vergleichen eines erfaßten Wertes des Lastsensors mit einem voreingestellten Deckelbildungs-Bezugswert und zur Ausgabe eines Befehls zum Ansteuern der Antriebseinheit, wenn der erfaßte Wert den Bezugswert übersteigt.