用于测量模具中的铸造水平的方法和测量仪器与流程

用于测量模具中的铸造水平的方法和测量仪器
1.本发明涉及一种用于测量模具中的铸造水平的方法和测量仪器。
2.本发明基于提供一种用于测量模具中的铸造水平的方法和测量仪器的目的，所述方法和测量仪器使得能够可靠地测量铸造水平。
3.用于测量模具中的铸造水平的方法包括以下步骤。
4.步骤a），即在测量时间间隔期间，将定义的时间电流曲线（profile）施加到被布置在模具处/模具上的发射线圈中（即，在发射线圈中产生定义的时间电流曲线）。
5.步骤b），即测量在测量时间间隔期间在接收线圈中出现的时间信号曲线，其中接收线圈经由模具及其内容物被感应地耦合到发射线圈。
6.步骤c），即在测量时间间隔内选择时间窗口。
7.步骤d），即评估在选择的时间窗口内的测量的时间信号曲线以确定铸造水平。
8.在实施例中，接收线圈中出现的时间信号曲线是作为施加到发射线圈中的时间电流曲线的结果在接收线圈中感应的时间电压曲线。
9.在实施例中，预定义的时间电流曲线是斜坡形的（ramp-shaped）、特别是线性斜坡形的电流曲线。电流斜坡可以例如从零安培的电流幅度延伸到高达特定的最大电流幅度，其中电流幅度在达到最大电流幅度之后再次减小到零。这然后导致例如锯齿电流曲线。
10.在实施例中，预定义的时间电流曲线是非正弦电流曲线。特别地，预定义的时间电流曲线不是纯正弦的和/或不是纯矩形的。
11.在实施例中，该方法包括另外的以下步骤：确定在所选择的时间窗口内的测量的时间信号曲线或电流曲线的梯度，并评估所确定的梯度以确定铸造水平。
12.在实施例中，在测量时间间隔期间将预定义的时间电流曲线施加到发射线圈中包括以下步骤：指定时间电流-设定点-值曲线，并调节流经发射线圈的电流以匹配时间电流-设定点-值曲线。
13.在实施例中，连续地、特别是周期性地重复步骤a）、c）和d）。当然，连续地、特别是周期性地重复步骤a）至d）也是可能的。
14.在实施例中，该方法包括另外的步骤：e）测量在至少一个另外的接收线圈中在测量时间间隔期间出现的时间信号曲线，该至少一个另外的接收线圈经由模具及其内容物被感应地耦合到发射线圈，以及f）评估在所选择的时间窗口内的测量的另外的时间信号曲线以确定铸造水平。
15.在实施例中，基于模具的几何形状来选择该测量时间间隔内的时间窗口。
16.测量仪器被用于测量模具中的铸造水平，并且包括：至少一个或正好一个发射线圈；至少一个或正好一个接收线圈；至少一个可控电流源，其被设计成在被布置在模具处的一个或多个发射线圈中实现预定义的时间电流曲线；测量装置，其被设计成测量在被感应地耦合到发射线圈的一个或多个接收线圈中的时间信号曲线，特别是时间电压曲线；以及评估装置，其被设计成评估测量的时间信号曲线以确定铸造水平。
17.在实施例中，测量仪器被设计成执行上述方法。
18.铸造设备（plant）中的液态金属的填充水平的测量（铸造水平的测量）是铸造过程
中的最重要的测量之一。除了在铸造过程期间避免过度填充和渗漏（breakthrough）之外，最快、最准确、最可靠和连续的测量通常对最终产品的质量（晶体结构、微观结构）可能也是至关重要的。由于液态金属的通常高温度，通常仅可能在无接触的情况下测量铸造水平。
19.基于感应涡流的电磁测量已经变得针对大铸造形式（format）（板坯）建立。与辐射测量相比，该测量具有如下优点：一方面，它不需要放射性同位素，并且另一方面，它与可能存在的铸造粉末或油无关。然而，关于该测量方法的缺点是对传感器系统的附近的其他导电材料的存在及其变化的电特性的高敏感性。因此，铸模通常是复杂的，金属结构（铜的涂层模具、钢的容器）、具有液态金属的浇口杯（tundishes）和钢水包（ladles）在极近的附近找到，同时液态金属也存在于铸管中，等等。温度变化特别显著地削弱（impair）了该测量原理，因为材料的电特性以及因此涡流响应高度依赖于温度。在该方法中，铸造过程中防止结块所必需的铸模的振动也有明显的干扰效应。磁性搅拌器和制动器及其非常强的电磁场的使用，也对该测量技术具有干扰效应。在大形式的情况下，通常发现传感器位置距所有干扰结构有足够的距离，因此其变化影响是小的。然而，在小形式的情况下，所有事物都是如此紧凑，使得由于刚才提到的干扰，以前的涡流方法无法有效地使用。该方法的另外的缺点是非常复杂的校准，该校准通常无法借助用于铸造的液态金属来执行，而必须在冷却时借助替代材料来执行，因此考虑周围环境的温度相关影响本质上是不可能的。
20.现在，为了对于小铸模形式也能够采用感应测量原理，因此需要一种方法，该方法仅在限定的空间区域中是敏感的，即在其中仅发现待测量的液态金属的区域中是敏感的。
21.除了对于涡流测量的情况之外，根据本发明的感应测量原理不以发射线圈的正弦或矩形激励（在一个或多个频率下）操作，而是以例如斜坡形激励来操作。
22.根据本发明，为了测量模具中液态金属的填充水平，合适的（例如斜坡形）电流曲线被施加到适当地附接到模具的一个或多个发射线圈中。使用对线圈电流的合适的测量，使通过（一个或多个）发射线圈的电流精确地跟踪设定值曲线。结果，（一个或多个）发射线圈的温度相关电阻对由激励电流产生的磁场几乎不再有任何影响。
23.以该方式产生的磁场现在在一个（或多个）接收线圈中感应时间电压曲线。如果以非常高的电阻的方式读取该时间电压曲线，则该电压曲线与（一个或多个）接收线圈的电阻无关，并且因此与（一个或多个）接收线圈的温度无关，因为只有可忽略的电流在接收线圈中流动。
24.如果在（一个或多个）发射线圈和（一个或多个）接收线圈的附近没有导电材料，则在（一个或多个）接收线圈中感应时间电压曲线，在斜坡形激励的情况下，该时间电压曲线对应于恒定电压。在存在导电材料（金属）的情况下，该时间电压曲线根据材料的类型、其数量和其位置以特有的方式来改变，如例如在de 10 2018 120 912 a1中所描述的那样。
25.已经发现，沿t轴（时间轴）的时间电压曲线的改变与沿z轴（垂直于线圈表面的空间轴）的距离相关。最大范围（穿透深度）在这里由激励斜坡的持续时间和由通过激励线圈的电流的幅度来确定。
26.如果现在选择合适的区域或沿t轴的合适的时间窗口来评估时间电压曲线，则测量的敏感区域因此可以以这样的方式被限制，使得其仅对待测量的液态金属的区域敏感。如果在该时间窗口中确定了时间电压曲线的合适参数（例如，在斜坡形激励的情况下，这是时间电压曲线的梯度），则这与液态金属的填充水平相关。
27.时间电压曲线的精确形式尤其取决于（一个或多个）发射和接收线圈的形式、线圈在铸模中的位置、铸模本身，以及还取决于待测量的材料的成分，并且可能在每种情况下学习一次或多次。
28.下面参考附图详细描述本发明，其中：图1示出了根据本发明的测量仪器的高度示意性框图，图2示出了基于不同铸造水平在接收线圈中感应的电压曲线的特性，图3示出了具有多个接收线圈的根据本发明的测量仪器的实施例，以及图4示出了具有两个参考点的填充水平校准曲线，所述两个参考点各自由两个接收线圈的差分读数来确定。
29.图1示出了根据本发明的测量仪器100的高度示意性框图，该测量仪器100用于测量模具1中液态金属或铸造金属9的铸造水平。
30.测量仪器100包括被布置在模具1处/模具1上的发射线圈2。
31.测量仪器100进一步包括接收线圈3，该接收线圈3也被布置在模具1处/模具1上，并且其经由模具1和可以位于模具1中的液态金属9被感应地耦合到发射线圈2。
32.测量仪器100进一步包括调节电流源6，其被设计成在测量时间间隔mzi期间在发射线圈2中实现时间线性斜坡形电流曲线i（t）。
33.测量仪器100进一步包括测量装置7，该测量装置7被设计成测量作为电流曲线i（t）的结果在接收线圈3中感应的时间电压曲线ue（t）。
34.测量仪器100进一步包括评估装置8，该评估装置8被设计成评估测量的时间电压曲线ue（t）以确定铸造水平l。
35.在测量时间间隔mzi内选择时间窗口zf来测量铸造水平，并且评估在时间窗口zf期间在接收线圈3中产生或感应的时间电压曲线ue（t）。基于模具1的几何形状来选择该测量时间间隔mzi内的时间窗口zf。
36.图2以梯度m1或m2的形式示出了接收线圈3中感应的电压曲线ue（t）的特性，该特性取决于l1或l2的不同铸造水平——也参见图4。为了测量铸造水平l，评估单元8确定在时间窗口zf期间得到的梯度m1或m2，并且然后基于梯度m1或m2来确定铸造水平l。
37.为了连续测量铸造水平l，连续重复上述步骤。
38.图3示出了本发明的实施例，其中测量仪器100包括三个接收线圈3、4和5。在该实施例中，测量和评估在时间窗口zf期间在接收线圈3、4和5中感应的所有的时间电压曲线。
39.在相应的接收线圈3、4和5中的时间电压曲线ue（t）的精确形式尤其取决于发射线圈2和接收线圈3、4和5的形式、线圈2至5在铸模中的位置、铸模本身，并且在一定程度上还取决于待测量的液态金属9的成分，并且必须在每种情况下学习一次。
40.填充水平校准曲线的位置和形状可以随后通过增加差分读取接收线圈4和5来调整。即，已经发现，当填充水平l精确地位于接收线圈对3/4或4/5的两个差分读取接收线圈之间时，基于接收线圈对3/4和4/5的差分评估信号as1或as2达到最大值，参见图4。由于该位置是由接收线圈3、4和5的已知位置精确地机械确定的，因此随后可以以足够的准确性调整填充水平校准曲线，特别是在注入口铸造时。
41.图4示出了这样的填充水平校准曲线，其中填充水平l相对于电压曲线ue（t）的梯度m绘制。接收线圈3和4的电压曲线之间的差分信号as1在参考点r1处具有其最大值，使得
在参考点r1处梯度m1可以被分配给已知的填充水平l1。接收线圈4和5的电压曲线之间的差分信号as2在参考点r2处具有其最大值，使得在参考点r2处梯度m2可以被分配给已知的填充水平l2。
42.本发明提供了一种不基于涡流的感应测量原理，用于以局部选择性分辨率并且高度地独立于温度地无接触测量铸模中导电材料的填充水平，特别是液态金属的填充水平。
43.本发明使得能够独立于线圈系统的附近的干扰导电材料而可靠地测量铸造水平，而且其可以容易被校准。本发明也适用于小铸模形式，因为通过选择时间窗口zf可以容易地指定敏感区域。