EP1119433B1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung von oberflächenfehlern an brammen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur feststellung von oberflächenfehlern an brammen Download PDF

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EP1119433B1
EP1119433B1 EP99970348A EP99970348A EP1119433B1 EP 1119433 B1 EP1119433 B1 EP 1119433B1 EP 99970348 A EP99970348 A EP 99970348A EP 99970348 A EP99970348 A EP 99970348A EP 1119433 B1 EP1119433 B1 EP 1119433B1
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slab
slabs
flame
manipulator
scarfing
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Egon Evertz
Ralf Evertz
Stefan Evertz
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Egon Evertz KG GmbH and Co
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ

Definitions

  • the invention relates to a method for Removal of surface defects, especially cracks Slabs by flattening the slabs along the surface given contours.
  • test strokes are usually on the most vulnerable to cracking Long edges, but also on the larger slab longitudinal sides transverse to the longitudinal axis. Possibly. will too complete narrowing of the sides and flames of the complete Edge areas on both broad sides in one width performed by about 200 mm.
  • US 4 615 377 describes a method and a device for peeling a steel block made by casting, which stopped on a table of the peeling station and by means of a guided along a predetermined path burner is treated on the surface. This is the burner initially aligned with respect to a side edge of the steel block and then along a predetermined path over Steel block surface led. About an optical pyrometer can the burning of aluminum because of the associated short-term luminous phenomena are observed. To this Way are aluminum inclusions in the near-surface Be removed areas of the steel block. The named method and the device, however, set the knowledge of slab geometry and size ahead.
  • EP 0 479 648 A1 is concerned with a robot controller for a tool for deburring beards on castings. With the described there process is concerned with the casting in question Illuminated an optical beam, hereinafter the surface profile structure recorded and analyzed by camera, wherein the burrs or beards to be removed determined and finally by means of the tool located on a robot arm be removed.
  • DE 25 29 154 A1 (D3) relates to a method for processing surface defects of a piece of metal whose surface Initially with patterns that are represented by different figures, colors or combinations of figures and colors are marked shall be. By means of this pattern, the location, the Extent, type and depth of surface defects accordingly be reproduced.
  • the given pattern should be with a mark detection device, after which the Proven patterns typed into an electronic computer For this to be a metal surface image in one Raster configuration forms so as to detect the position of the Extent, type and depth of surface defects to allow the computer. Then the computer gives Processing areas on the metal surface and determined an optimal working depth, after which a surface burner is controlled accordingly.
  • the manipulator should also pivot movements for angular alignment of the flame burner in the room can.
  • the supplied slab not correspond to the pattern cuboid, it is by touching or non-contact scanning possible by means of a measuring device, the actual shape and to determine the orientation of this slab in space, based on the by comparison with the fürstrichvorin in the computer the concerned lines to be traced to the determined by measurement Actual body to be transmitted.
  • the so flattened Slabs can then, after cooling, a Visual inspection and any further processing be subjected.
  • the advantage of the method according to the invention is that any operating errors when handling the flame burner, as with manual burner control due to tiredness or Carelessness can occur, be excluded. Also Allows the same distance to the workpiece Flammbrenner
  • the space curve which goes through the Flämmêt, parallel to the slab edges, possibly along the slab longitudinal narrow side in a single or multi-level full-surface Abflämmen. Additionally or alternatively, there are space curves parallel to the (overhead) larger slab longitudinal side and provided perpendicular to the slab longitudinal axis, wherein the space curves either linearly over a predefinable travel distance or also can run in an arc with a large radius of curvature.
  • a camera mit- or tracked with a Screen is connected, about which one remote from the Flämmort Standing operator recognize any surface defects and take appropriate action.
  • the subsequent, also over the manipulator guide performed full-surface Flatten the slab sides to a desired one Penetration depth.
  • a scanning Wegemeß to determine the location and size of the treated Slab used with a programmable controller, namely a teach-in control, for a manipulator, on which a Flammbrenner is attached, are connected.
  • controls of this kind are in connection with manipulators (Industrial robots) in principle according to the prior art known, so that used to the extent existing knowledge can be.
  • manipulators Industrial robots
  • the manipulator must be selected that he is on the required degrees of movement and the weight of the Flammbrenners is tuned.
  • An additional attached to the manipulator camera with connected to a screen, allows the observation of the Abflamming or subsequent testing of the slab surface Cracking from a remote location.
  • a stand frame 3 in X-direction can be moved away.
  • This stand framework points one in the height (Z-direction) as well as transversely to the mentioned X-direction, namely in the direction of the double arrow 4 movable Cross arm 5, at the free end of a Flämmbrenner supporting manipulator 6 is arranged.
  • the slab becomes continuous or discontinuously longitudinally guided, wherein the flame burner along predetermined and in relation to the guided Slab of fixed space curves controlled the slab surface abflämmt.
  • the illustrated device may be pneumatic, hydraulic or also be operated electrically.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Milling Processes (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Oberflächenfehlern, insbesondere Rissen an Brammen mittels Abflämmen der Brammen an der Oberfläche entlang vorgegebener Konturen.
Beim Abkühlen der durch Gießen hergestellten Brammen kommt es an der Oberfläche bzw. in oberflächennahen Bereichen häufig zu einer unerwünschten Rißbildung. Brammen mit solchen Rissen werden entweder durch Oberflächen-Abflämmen nachbehandelt oder einem erneuten Einschmelzen zurückgeführt. Zur Feststellung der Oberflächenrisse werden nach dem Stand der Technik mit Hilfe eines durch eine Bedienungsperson geführten Flämm-Brenners entlang sogenannter Prüfstriche bereichsweise abgeflämmt. Solche Prüfstriche sind im Regelfall an den besonders rißgefährdeten Längskanten, aber auch auf den größeren Brammen-Längsseiten quer zur Längsachse anzubringen. Ggf. werden auch vollständige Schmalseitenflämmungen und Flämmungen der kompletten Kantenbereiche auf beiden Breitseiten in einer Breite von ca. 200 mm durchgeführt.
Mit solchen Flämmarbeiten können auch Quer- und Längsbrennbartreste sowie sonstige von außen sichtbare Fehler entfernt werden.
Die Handführung der Brenner ist nicht nur körperlich anstrengend, sondern verlangt auch ein erhebliches Geschick der Bedienungspersonen. Nachteilig ist ferner, daß die betreffende Bedienungsperson den beim Abflämmen entstehenden Gasen sowie erheblichen Stäuben ausgesetzt ist.
Die US 4 615 377 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Abschälen eines durch Gießen hergestellten Stahlblockes, der auf einem Tisch der Abschälstation angehalten und mittels eines entlang eines vorbestimmten Weges geführten Brenners an der Oberfläche behandelt wird. Hierzu wird der Brenner zunächst in bezug auf eine Seitenkante des Stahlblockes ausgerichtet und anschließend entlang eines vorbestimmten Weges über Stahlblockoberfläche geführt. Über ein optisches Pyrometer kann das Verbrennen von Aluminium wegen der damit verbundenen kurzzeitigen Leuchterscheinungen beobachtet werden. Auf diese Weise sollen Aluminiumeinschlüsse in den oberflächennahen Bereichen des Stahlblockes entfernt werden. Das genannte Verfahren und die Vorrichtung setzen jedoch die Kenntnis der Brammen-Geometrie und -größe voraus.
Die EP 0 479 648 A1 befaßt sich mit einer Robotersteuerung für ein Werkzeug zum Entgraten von Bärten an Gußstücken. Mit dem dort beschriebenen Verfahren wird das betreffende Gußstück mit einem optischen Strahlenbündel angeleuchtet, hiernach die Oberflächenprofilstruktur mittels Kamera aufgenommen und analysiert, wobei die zu entfernenden Grate bzw. Bärte ermittelt und schließlich mittels des an einem Roboterarm befindlichen Werkzeuges entfernt werden.
Die DE 25 29 154 A1 (D3) betrifft ein Verfahren zum Abarbeiten von Oberflächenfehlern eines Metallstückes, dessen Oberfläche zunächst mit Mustern, die durch verschiedene Figuren, Farben oder Kombinationen von Figuren und Farben gebildet sind, markiert werden soll. Mittels dieses Muster soll die Lage, das Ausmaß, die Art und die Tiefe der Oberflächenfehler entsprechend wiedergegeben werden. Das vorgegebene Muster soll mit einem Markierungsnachweisgerät abgetastet werden, wonach das nachgewiesene Muster in einen elektronischen Computer eingegeben wird, damit dieser ein Metalloberflächenbild in einer Rasterkonfiguration bildet, um so eine Erkennung der Lage, des Ausmaßes, der Art und der Tiefe der Oberflächenfehler durch den Computer zu gestatten. Anschließend gibt der Computer Abarbeitungsbereiche auf der Metalloberfläche aus und bestimmt eine optimale Abarbeitungstiefe, wonach ein Oberflächenbrenner entsprechend gesteuert wird.
Einer Automatisierung der Flämmarbeiten stand bisher im Wege, daß die jeweils nacheinander zu bearbeitenden Brammen in ihrer Größe und Form nicht identisch sind und sich zum Teil auch Lageverschiebungen der Brammen beim Transport ergeben, welche man bisher glaubte, nur durch eine manuell den Flämmer führende Bedienungsperson berücksichtigen zu können.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an, die die Aufgabe löst, nacheinanderfolgende Brammen in einer der Bedienungsperson körperliche Arbeit und Gas-Staubbelästigung einsparenderweise abflämmen zu können. Die Flämmbrennerführung entlang vorgegebener Prüfstriche oder Kanten soll gegenüber dem bisherigen manuell ausgeführten Verfahren zumindest gleichwertig sein.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst. Hierzu werden vor dem Abflämmen in einem Lehrvorgang die Ortskoordinaten der Brammenkanten durch berührendes oder berührungsloses Abtasten automatisch ermittelt und anschließend über einen bahngesteuerten Manipulator ein Flämmgerät entlang mindestens einer der Brammenlage und -größe entsprechenden Raumkurve geführt, wobei die Raumkurve entsprechend der Brammengröße und -geometrie durch einen Rechner nach einer in diesem Rechner gespeicherten Sollwertvorgabe ermittelt und als Steuergröße an den Manipulator gegeben wird. In einer für die Fachwelt nicht vorhersehbaren Weise hat sich nämlich herausgestellt, daß bei der im wesentlichen rechteckigen Bramme Rißbildungen insbesondere an den Schmalseiten bzw. an den Schmalseitenkanten, und hier an jeweiligen Enden auftreten, so daß bei meßtechnischer Ermittlung der tatsächlichen Ist-Lage eine automatisierte Flämmbrennerführung ohne Einbuße der Qualität der Prüfung möglich ist. Darüber hinaus reichen wenige auf der größeren Brammenlängsseite ausgeführte Prüfstriche quer zur Brammenlängsachse aus, um die Oberflächengüte der Bramme mit der notwendigen Sicherheit feststellen zu können. Diese Quersrriche sind in äquidistanten Abständen auszuführen. Die betreffenden geometrischen Orte, entlang der der Flämmbrenner in bezug auf das Werkstück zu führen ist, können somit in Form von Raumkurven an einem einer Musterbramme entnommenen Quader definiert und in einem Rechner gespeichert werden. Entspricht der gespeicherte Quader den geometrischen Abmessungen nach den zugeführten Brammen, so ist vor dem Flämmen lediglich deren Raumausrichtung entweder einzustellen oder meßtechnisch zu erfassen, um dann den Manipulator und damit den daran befestigten Flämmbrenner entlang den gewünschten Wegen zu führen. Im einfachsten Fall leistet dies eine 5-Achsen-Steuerung (X-Y-Z-C-A-Steuerung), in einer Weiterbildung sollte der Manipulator auch Schwenkbewegungen zur Winkelausrichtung des Flämmbrenners im Raum ausführen können. Entspricht die zugeführte Bramme nicht dem Musterquader, ist es durch berührendes oder berührungsloses Abtasten mittels einer Meßeinrichtung möglich, die tatsächliche Form und die Ausrichtung dieser Bramme im Raum zu ermitteln, anhand der durch Vergleich mit den Prüfstrichvorgaben im Rechner die betreffenden abzufahrenden Linien auf den durch Messung festgestellten Ist-Körper übertragen werden. Die derart abgeflämmten Brammen können anschließend, nämlich nach Abkühlung, einer Sichtprüfung und etwaigen Weiterverarbeitung unterzogen werden. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß etwaige Bedienungsfehler bei der Handhabung des Flämmbrenners, wie sie bei manueller Brennerführung infolge von Müdigkeit oder Unachtsamkeit vorkommen können, ausgeschlossen werden. Auch erlaubt die zum Werkstück stets abstandsgleiche Flämmbrennerführung vergleichende Untersuchungen im Hinblick auf die optimale Wahl des Abstandes.
Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So verläuft die Raumkurve, welche das Flämmgerät durchläuft, parallel zu den Brammenkanten, ggf. entlang der Brammenlängsschmalseite in einem ein- oder mehrstufigen vollflächigen Abflämmen. Zusätzlich oder alternativ hierzu sind Raumkurven parallel zu der (obenliegenden) größeren Brammenlängsseite und senkrecht zur Brammenlängsachse vorgesehen, wobei die Raumkurven entweder linear über eine vorgebbare Wegdistanz oder auch in einem Bogen mit einem großen Krümmungsradius verlaufen können.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mit dem Manipulator eine Kamera mit- bzw. nachgeführt, die mit einem Bildschirm verbunden ist, worüber eine entfernt vom Flämmort stehende Bedienungsperson etwaige Oberflächenfehler erkennen und entsprechende Maßnahmen einleiten kann. Eine mögliche Maßnahme ist nach einer Weiterbildung der Erfindung die anschließende, ebenfalls über die Manipulatorführung geleistete vollflächige Abflämmung der Brammenseiten bis zu einer gewünschten Eindringtiefe.
Erfindungsgemäß wird eine Abtast-Wegemeßeinrichtung mit einem Rechner zur Ermittlung der Lage und Größe der zu behandelnden Bramme verwendet, die mit einer programmierbaren Steuerung, nämlich einer Teach-in-Steuerung, für einen Manipulator, an dem ein Flämmbrenner befestigt ist, verbunden sind. Steuerungen dieser Art sind in Verbindung mit Manipulatoren (Industrierobotern) grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt, so daß auf insoweit vorhandene Kenntnisse zurückgegriffen werden kann. Der Manipulator muß so ausgewählt werden, daß er auf die benötigten Bewegungsgrade und das Gewicht des Flämmbrenners abgestimmt ist.
Eine zusätzlich am Manipulator angebrachte Kamera, die mit einem Bildschirm verbunden ist, ermöglicht die Beobachtung des Abflämmens bzw. die anschließende Prüfung der Brammenoberfläche auf Rißbildung von einem vom Arbeitsort entfernten Standort.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine 3 D-gesteuerte Vorrichtung dargestellt.
Entlang Längsschienen 1, 2 ist ein Ständergerüst 3 in X-Richtung weggesteuert verfahrbar. Dieses Ständergerüst weist einen in der Höhe (Z-Richtung) sowie quer zur genannten X-Richtung, nämlich in Richtung des Doppelpfeiles 4 verfahrbaren Querarm 5 auf, an dessen freien Ende ein den Flämmbrenner tragender Manipulator 6 angeordnet ist.
Oberhalb dieses frei überkragenden Armes wird die Bramme kontinuierlich oder diskontinuierlich längsgeführt, wobei der Flämmbrenner entlang vorbestimmter und in bezug auf die geführte Bramme festliegender Raumkurven die Brammenoberfläche gesteuert abflämmt.
Nicht dargestellt sind Abtast-Wegmeßeinrichtungen, welche die Größe, Kontur und Lage der Bramme erfassen können, oder Fördereinrichtungen mit Ausrichtelementen zur Festlegung der Lage einer der Größe und Form nach bekannten Bramme sowie im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannte Steuereinrichtungen für die Manipulatorführung. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Kamera sowie ein hiermit verbundener Bildschirm.
Die dargestellte Vorrichtung kann pneumatisch, hydraulisch oder auch elektrisch betrieben werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Entfernung von Oberflächenfehlern, insbesondere Rissen an Brammen mittels Abflämmen der Brammen an der Oberfläche entlang vorgegebener Konturen, wobei ein Rechner entsprechend den gespeicherten Werten der Brammengröße und -geometrie über einen bahngesteuerten Manipulator einen Flämmbrenner entlang mindestens einer Raumkurve führt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    vor dem Abflämmen in einem Lehrvorgang unter Verwendung einer Abtast-Wegmesseinrichtung die Ortskoordinaten der Brammenkanten durch berührendes oder berührungsloses Abtasten automatisch ermittelt und an den Rechner gegeben werden, der nach einer gespeicherten Sollwertvorgabe die Brammengröße und -lage ermittelt und als Steuergröße im Rahmen einer programmierbaren Steuerung, nämlich einer Teach-in-Steuerung, an den Manipulator weitergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumkurve, welche das Flämmgerät durchläuft, parallel zu den Brammenkanten und/oder parallel zu der obenliegenden größeren Brammenlängsseite und senkrecht zur Brammenlängsachse verläuft, vorzugsweise linear oder in einem Bogen mit einem großen Krümmungsradius.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abflämmen der Brammen durch eine mit dem Manipulator mitgeführte oder nachgeführte Kamera überwacht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bei nachgeführter Kamera auf einem Bildschirm wiedergegebene teil-abgeflämmte Bramme auf Oberflächenfehler untersucht und entsprechend dem Ergebnis der Sichtprüfung ggf. vollständige Abflämmarbeiten an den Brammenseitenflächen automatisch durchgeführt werden.
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