用于厚度测量的装置以及用于所述厚度测量的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于借助于测量装置来测量厚度的装置以及一种用于借助于测量装置来实施测量的方法，其中尤其能够在金属浇铸设备内部测量熔液的厚度。因此，本发明尤其涉及一种按权利要求1所述的用于测量厚度的装置。此外，本发明涉及一种按权利要求9所述的方法以及按权利要求15所述的应用。
背景技术
在尤其按照水平的带材浇铸方法来浇铸由金属或者金属合金制成的带材或者型材时，很烫的熔液尤其如金属熔液或者钢水从容器中流到一起运转的结晶器上。在这种装置上，浇铸宽度通过侧面壁体的布置来保证，其中这些侧面的壁体是静止的或者也能够移动或者调节，用于能够在浇铸过程中保证带材的不同宽度。
在这种尤其用于制造带材或者型材的过程中，熔液在上侧面上没有接触到结晶器壁，因而表面暴露在空气或者说能够有针对性的调节的环境下面。
在这样的过程中，由此所述熔液的厚度没有受到结晶器壁体的限制，而是能够通过来自输送系统的质量流量加以调节，并且会在长度和/或宽度范围内变化，从而会沿宽度方向出现楔形的不均匀性或者沿纵向方向出现波纹状的不均匀性。
这种比如用于浇铸带材或者型材的方法也称为直接条带浇铸(DSC)并且在现有技术中比如通过DE 197 58 108 C1、EP 1 047 510B1或者DE 197 46 728 C1得到公开。
在此，EP 1 047 510 B1公开了一种用于从薄型浇铸的带材中无限地制造热轧的扁材的方法。在该方法中所述薄型浇铸的带材在保护气体环境下受控制地得到冷却并且从包含熔液的容器开始将所述熔液输送到一同运转的结晶器上。
以布置在一同运转的结晶器后面的方式设置了轧机的轧辊，用于对所浇铸的金属带或者所浇铸的熔液进行进一步加工并且加工到所期望的尺寸和材料性能。为了轧辊能够制造均匀的浇铸产品，因此需要所浇铸的金属带或者所浇铸的熔液的尽可能均匀的厚度，但是这一点在如已表明的一样的属于现有技术的设备中不能得到充分的实现。
【发明内容】
本发明的任务是，提供一种装置、一种装置的应用以及一种方法，它们用于借助于测量装置实施测量，尤其用于在金属浇铸设备内部对熔液的厚度进行测量，所述金属浇铸设备可以制造具有在很大程度上均匀的尺寸和材料性能的轧制品或者带材或者型材。
按本发明，关于具有权利要求1所述特征的装置的任务用一种尤其为在具有至少一个测量装置的、带材或者型材浇铸设备中使用而用于测量厚度的装置得到解决，其中在结晶器上或者在容器中测量液态的或者黏稠的熔液或者凝固的浇铸产品的厚度。在此，特别有利地是，对运动的熔液或者所述浇铸产品进行监控并且检测其厚度。通过对宽度范围内分布的厚度的检测，可以检测到熔液的轮廓，并且在表面结构或者倾斜度不理想的情况下，可以通过调节干预或者控制干预来对此进行抵抗。
金属这个概念在本发明的范围内也包括金属合金。
有利的是，所述测量装置无接触地工作并且对表面进行监控或者说检测。在这种情况下所述测量装置可以有利地借助于激光器和光学的传感器来工作。可以有利地设置一个激光器和一个相应的传感器来对表面进行扫描或者可以设置多个分别对表面的一个区域进行探测或者扫描的激光器和/或传感器。
所述测量装置也可以有利地有接触地工作。在这种情况下有利的是，所述测量装置借助于触觉的传感器如触探器来工作。
也有利的是，基于传感器的测量信号产生控制信号，用于控制来自包含熔液的容器的熔液的质量流量。由此可以通过材料流来控制熔液或者浇铸产品的厚度。
此外，有利的是，基于测量信号产生控制信号，用于控制一个用于分配熔液的装置。由此可以通过材料分布来控制表面。
也有利的是，所述熔液的厚度在容器中在注入区域和/或通往结晶器的输入区域中得到测量。通过这一测量可以有利地控制熔液的流往所述容器的流入。
关于方法的任务则用权利要求9所述的特征来解决，据此提供一种尤其为在具有测量装置的、带材或者型材浇铸设备中使用而测量厚度的方法，其中在结晶器上对液态的或者黏稠的熔液或者凝固的浇铸产品的厚度进行测量。
在此，有利的是，所述测量装置无接触地工作或者有接触地工作。此外有利的是，基于测量装置的测量信号产生控制信号，用于控制来自包含熔液的容器的熔液的质量流量。
也有利的是，基于所述测量装置的测量信号来产生控制信号，用于控制一个用于分配熔液的装置。
特别有利的是，在宽度范围内分布的情况下测量所述熔液或者浇铸产品的厚度。由此可以检测轮廓并且借助于所检测到的轮廓可以采取控制或者说调节措施，用于抵抗与此有关的不均匀性。在这种情况下特别有利的是，将在宽度范围内分布地测量厚度的结果用于控制质量流量和/或结晶器的定向，以便至少抵抗浇铸产品的斜度和/或波纹。
关于应用方面的任务通过权利要求15所述的特征来解决。
有利的改进方案在从属权利要求中得到说明。
【附图说明】
下面在一种实施例的基础上借助于附图对本发明进行详细解释。
其中：
图1是金属浇铸设备的示意图，并且
图2是按图1的俯视图的截取部分，并且
图3是按本发明的装置的视图。
【具体实施方式】
图1示意示出了一台具有容器2的金属浇铸设备1，在所述容器2中提供液态的金属比如钢水S。为此，所述容器2有利地具有加热元件，用于将液态的金属加热并且/或者保持到一定的温度，但在此没有示出加热元件。
在此有利地将所述液态的金属或者说熔液S从所述容器2排放到一同运转的运动的结晶器3上，其中通过所述结晶器3的一同运转在所述液态的金属在轧制设备的未示出的布置在后面的加工级中得到进一步加工之前从所述液态的金属中产生带材4。比如作为附加的布置在后面的加工级也可以在所述轧制设备的旁边设置板材设备(Tafelanlage)。而后所述浇铸带会作为半成品形成中间产品。
为测量金属带4的厚度，设置了一个测量装置5，该测量装置5无接触地或者有接触地对金属带的表面进行扫描并且就这样测定所述金属带4的厚度。
所述测量装置5如此测定所述金属带4的厚度d，从而可以通过控制单元来控制或者调节从所述容器2流到结晶器3上的熔液的质量流量。所述控制单元可以有利地集成在所述测量装置5中，或者该控制单元可以与所述测量装置5分开地作为结构单元来设置。
从所述容器2流到结晶器3上的质量流量的控制间接地通过从储备容器6到所述容器2中的质量流量来进行。所述储备容器6同样具有很烫的熔液S，该熔液S可以通过流出口流出到所述容器2中。通过封闭件7比如封闭栓塞或类似元件的有针对性的运动或者说触发，可以控制所述熔液的从储备容器6中的流出作为所述熔液的到容器2中的流入。比如可以通过图1中封闭栓塞的高度来调节用于流出熔液S的自由缝隙的大小。为此，也就是说所述测量装置5可以将控制信号传输给操纵单元，该操纵单元控制所述熔液S的到所述容器2中的流入。
由此，按本发明在宽度范围内观察通过金属带或者熔液4的厚度的测量可以在长度和宽度范围内通过受控制的质量流量来控制浇铸轮廓，其中已经有利地为接下来的在线或者联机的轧制过程测量了所述金属带或者说熔液S的厚度。
尤其有利的是，在所述金属带的宽度范围内观察在所述金属带的开始的区域中存在着关于熔液的厚度的数据。
对本发明的应用来说特别有利的是，在所述金属带的开始处基本上在所述结晶器的开始处或者说在从容器2流到一同运转的结晶器上的熔液已经有利地均匀分布之后来测量所述熔液或者说金属带的厚度。这意味着，测量的位置大约离通向结晶器的排出口如此之远，使得流出的金属在所述结晶器上已经均匀分布或者说应该已经均匀分布。
为实施测量作业，原则上可以对无接触地工作和有接触地工作的测量方法区别对待。所述无接触地工作的测量方法具有这样的优点，即其比如可以在测量装置相对于熔液或者说相对于金属带保持间距的情况下得到实施，从而由此可以在受保护的情况下布置所述测量装置5。作为用于无接触地工作的测量方法的实例，可以有利地使用激光测量方法或者一般其它的比如在电磁的或者光学的基础上的间距测量法。
所述测量装置M，5在此可以移动Δx和Δy，其中也可以调节离开所述熔液S本身的间距ΔA。由此可以在与不同的厚度相匹配的情况下调节所述测量装置并且使其在相对于环境影响受到保护的情况下定位。
图2示意示出了测量位置的俯视图，该测量位置借助于无接触地工作的测量装置M，5来测量。在此，11代表着所述测量装置的无接触地工作的传感器比如具有所属的镜组的激光器的测量区域。这扇测量窗11能够在所述区域(ΔX)12的内部移动。熔液(S)13流到一同运动的结晶器14上并且形成由液态的金属或者说熔液构成的具有宽度B的带材15。箭头显示出熔液和一同运动的结晶器的方向，其中vg是所述一同运动的结晶器的速度。
作为测量装置5，作为无接触地工作的装置一个包括激光器的装置是有利的。可以有利地使用激光器比如具有红色的放射的光线的激光器或者具有蓝色的放射的光线的激光器。在这种情况下，所述激光器在测量窗的范围内放射出光线并且可以基于反射借助于探测器来测量被反射的光线，从而可以从所接收的光线中探测到在带材宽度范围内熔液的高度。可以有利地如此控制所述激光器，使得其对所述带材的宽度进行扫描。
作为借助于一个激光器和一个相应的传感器来扫描所述熔液或者带材或者浇铸产品的宽度这种做法的替代方案，也可以并排或者彼此平行地布置多个激光器和/或传感器，并且分别对所述熔液或者浇铸产品的宽度的一个部分区域进行监控，从而能够根据相应的激光器和所属的传感器的数据来检测厚度分布。
也可以在有待监控的区域的宽度范围内分布地布置多个传感器，从而比如彼此平行地或者并排地布置多个传感器，所述传感器平行地在宽度范围内分布地探测有待监控的带材或者熔液的厚度。由此可以在所述带材或者熔液的宽度范围内分布的情况下通过所述厚度的扫描或者测量来检测厚度分布。
特别有利的是，将所述传感器布置在一个靠近熔液给料位置的位置与一个大约相应于离开输送带的位置之间的区域中。在这个区域中有利的是，熔液仍然为液态或者至少为黏稠状，其中也能够完全确定由熔液和凝固的材料比如钢构成的黏稠的混合形式。在本发明的一种另外的实施例中，也有利的是，在宽度范围内测定已凝固的钢的厚度。
特别有利的是，在熔液的宽度范围内分布的情况下测量厚度，其中所述熔液在这过程中有利地比如在水平的结晶器中比如在接近最终尺寸的浇铸过程中运动。有利地早在熔液仍为液态时在理想情况下尽可能靠近入口进行测量，其中所述测量有利地在宽度范围内分布的情况下进行。由此可以尽早地识别板坯或者浇铸产品的可能的斜度或者波纹，与在后来只有在凝固的状态中才进行识别的情况相比这在总体上可以减少次品。
如果比如识别出斜度，那就可以通过所述结晶器的倾角的有针对性的控制来至少降低或者甚至消除这种斜度。在容器的出口处设置多个喷嘴时，可以在宽度范围内对熔液流入结晶器中的流入过程进行控制，从而由此可以降低熔液的斜度或者波纹。
在识别出熔液的波纹时，比如可以对质量流入量(Massenzufluss)进行调节，为此比如可以通过阻塞来调节质量流量。
可以有利地如此布置所述测量装置5，从而以离开熔液的带材的足够的间距来设置所述测量装置5，以便高温和/或脏物不会损坏所述装置。因此比如也可以相对于水、飞溅钢、气体和/或高温对所述装置进行遮蔽。厚度的测量比如也可以在受保护的或者惰性化的环境中进行，使得熔液或者带材的表面不会振荡或者不会剧烈振荡，从而避免或者减少测量结果的歪曲。
相应地，按本发明有利的是，所述测量装置5布置在一个外壳中，该外壳设置用于保护和/或遮蔽所述测量装置。此外，有利的是，所述外壳以能够运动的方式来布置，从而比如可以依赖于浇铸速度和/或熔液的带材的尺寸来实施所述外壳的定位。
按照一种另外的按本发明的构思，所述测量装置5也可以取代无接触地工作的传感器系统而用有接触地工作的传感器系统来工作。在这种情况下，可以采取使用作为触探器的触觉的水平传感器，所述触探器与带材4的熔液S的表面相接触。在此，也可以构造为耐磨结构的触探器可以永久地或者以时间间隔比如以时间上波动的间距与熔液相接触。通过熔液表面的接触可以探测到熔液的厚度。也可以检测到熔液的沿宽度方向的厚度，其中为此比如可以沿宽度方向进行移动。也可以并排地布置多个触觉的传感器或者说测值发送器，用于能够在带材宽度范围内检测或者产生厚度分布。
此外，也会有利的是，如此布置或者构造所述传感器，从而能够实施差异测量(Differenzmessung)。这样的差异测量比如可以通过以下方式来进行，即在不存在熔液的情况下在传感器与输送带表面之间存在着或者识别出一个零点或者基准点并且在给送熔液之后可以在传感器与测量点之间识别出减少的位移或者减少的间距。而后被识别的位移差别或者间距差别而后就会相应于熔液或者说浇铸板材或者浇铸产品的厚度。
也可以通过用辐射穿透熔液或者说浇铸产品的方式来测量厚度，其中而后比如能够从由传感器发出的信号和在没有熔液/浇铸产品的状态与带有熔液/浇铸产品的状态之间被反射的信号之间的传播时间差别中检测出厚度。
如果在一个指定的位置上基本上直接在熔液分布在一同运转的结晶器上之后检测所述熔液S的厚度，那就可以产生控制信号，用于控制从所述容器2到结晶器3的质量流量。因此这一点是有利的，因为由此可以在能够预先给定的尺寸或者说范围之内实现所述熔液的在宽度和/或长度范围内的厚度的公差。
此外，可以给这样的浇铸设备扩展一个用于将熔液主动地分布在一同运转的结晶器上的设备。在这种情况下，可以在宽度范围内将机械的或者电磁的熔液分布器设置在具有分段的触发或者说作用的输入喷嘴上或者设置将熔液均匀地分布在结晶器上的气动的以及真空技术的装置和/或操纵器。
通过所述熔液的厚度的测量，除了质量流量的控制以外必要时也可以基于相应的控制信号来控制一个用于均匀处理的装置和/或一个这样的操纵器如搅拌器或者低压分配器。
在使用激光测量法或者说激光测量方法时，这样的所使用的也称为刻度线激光器(Strichlaser)的激光器横向于浇铸方向以能够预先给定的角度在熔液膜上或者说在熔液或者说浇铸产器的表面上产生线条。所述熔液或者说浇铸产品的厚度或其分布的测量比如棱边凸起可以相应地以一定的角度借助于视频图像处理来进行。这样的方法也称为光截法(Lichtschnittverfahren)。相应地，要么可以使用一台激光器要么也可以使用多台在加工线的宽度范围内分布地布置的激光器。
也可以如此布置所述激光，使得其从上面比如也基本上垂直地照射到所述熔液或者浇铸产品的表面上。在这种情况下，而后可以通过被反射的光线的相对于基准值的传播时间差来求得所述熔液或者说浇铸产品的厚度。
图3示出了一个用于在容器2中测量熔液的厚度的装置，其中所述熔液从储备容器到达所述容器2中，这在图3中没有示出。为测量所述熔液的厚度，设置了测量装置5，所述测量装置5可以测量结晶器3上或者容器2中的熔液的厚度。在所述容器2中，在此两个位置是有利的，也就是注入区域16和输送区域17，其中在所述注入区域16中熔液从储备容器或者分配器中加入，并且在所述输送区域17中将所述结晶器3的熔液以预先给定的厚度输送到运行的输送带上。所述输送区域17由此朝所述容器2的方向放置到运行的输送带上。因此，可以在注入区域16且在输送区域17中测量结晶器上的厚度d1、容器2中的h1和h2。由此可以在静止的熔液的区域中或者在运动的熔液的区域中进行测量。
附图标记列表：
1 金属浇铸设备
2 容器
3 结晶器
4 带材
5 测量装置
6 储备容器
7 封闭件
11 测量区域
12 区域
13 熔液
14 结晶器
15 带材
16 注入区域
17 输送区域