CN1777484A - 铸造型芯包的自动化安放 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于把型芯包(301)自动地安放在一铸模(505)里的方法。诸定位器(501)和设计成能够接纳所述型芯包(301)的型腔(503)成形在所述铸模(505)里。铸模(505)定位成使诸所述定位器(501)可被照亮，并且可用照像机摄取诸定位器(501)的一个或多个图像。对图像进行处理以确定型芯包(301)在型腔(503)里的目标位置，并且由一个自动化装置(303)把型芯包(301)放置到铸模(505)里的所述目标位置。

Description

铸造型芯包的自动化安放
技术领域
本发明涉及自动化制造，包括但不限于在生产钢铁铸件中把铸造型芯包自动地安放在铸模内。
背景技术
众所周知，钢铁铸造件和其它金属铸造件的制造包括把铸造件的型芯插进铸模内并把熔化的金属浇进铸模。已知的各种用自动化装置通过机械对准过程把型芯自动化地放进铸模的方法典型地包括：把铸模放在位于已知的固定位置的一型箱里，以及在插进之前用几个销子和衬套机械地把型芯对准铸模。在销子相对于铸模或布置在铸模里的类似物没有固定的方位时，这种机械的对准过程会失败。当今，铸件型芯可能是非常重的，这将取决于它们的应用场合。例如，用于制造汽车工业中的铸铁零件的铸件型芯可能超过100磅或50千克。型芯和铸模之间的允差往往是小至0.010英寸。当型芯很重并且允差很严紧时，即使以有效的方式进行型芯的手工放置，要想不损伤铸模，即便可能也是非常难的。
发明内容
因此，需要有一种自动化的把型芯安放到铸模里的方法，而且这种方法要能适应于销子-铸模的方位、严紧的允差以及型芯的重量。
本发明的一种自动化装置能够把型芯包提起来并能把它至少部分地装配到一铸模的一型腔里。把该铸模的至少一个区域照亮，预期将一个或多个定位器定位在该区域。摄取该铸模的所述至少一个区域的至少一个图像。根据相对于一基准图像的至少一个图像，确定所述一个或多个定位器中的至少一个的至少一个偏差位置。再从所述至少一个偏差位置确定型腔的一目标位置。然后由自动化装置把该型芯包安放到该目标位置。
附图说明
图1是表示用本发明的自动化装置进行的自动化型芯放置方法的流程图。
图2是表示用本发明的自动化装置进行的、确定型芯放置位置的自动化方法的流程图。
图3是描绘型芯包与本发明的自动化装置的关系的示意图。
图4是用于成形本发明的铸模的一个模板的立体图。
图5是布置在本发明的一个型箱里的铸模的立体图。
图6是配用于本发明的铸模的照明和照像机系统的立体图。
图7是一个自动化装置的立体图，该装置正在按照本发明把一个型芯包放进一个铸模。
图8是按照本发明放在一个铸模里的型芯包的立体图。
具体实施方式
下面说明一种用于把一个型芯包自动地放置到一个铸模里的设备和方法。几个定位器(locator)和设计成能够接纳该型芯包的至少一部分的一个型腔被成形在铸模里。把铸模定位成各个定位器可被照亮并且可以获得各个定位器的一个或多个图像。对所得到的图像进行处理来确定型芯包在型腔中的一目标位置，并且由一个自动化的装置把型芯包放到铸模里的该目标位置上。
图1和2分别表示出一个流程图，它们表示了用于把一个型芯包自动地放到一个铸模里的过程。这两个流程图所表示的过程由一个或多个计算机来执行，诸如用可从Indramat购买的Sercos Digital Drive Controller Model DKCO2.3-100-7-FW，各计算机协同工作而使各个步骤以有效的方式协调地进行。
在步骤101，对要放置的型芯包301进行识别(见图3)。型芯包可以是由一块或多块组成。包括一个或多个部件的自动化装置303，诸如可从ElectronicControls & Systems，Inc.购买的、带有起重装置Model 7003-M600的Gantry robotModel Titan IIH-2P-4X，提供各种自动化能力，包括例如把对象诸如型芯包301沿水平和垂向移动到指定位置的能力、拾取和/或提起对象301的能力、把对象301从一个位置移开并放到另一个位置的能力、释放对象301的能力、照亮对象301的能力以及获得对象301的图像的能力。自动化装置303包括四个臂305，各臂305的下端有手指。各臂305能够伸展而围绕对象型芯包301的外周，并且各个手指能够在对象301的下面滑动，以便在各臂305压靠在型芯包301上时自动化装置303能够稳固地提起并移动型芯包301。
最好用发出红外光的灯，诸如可从Cognex Corpration购买的InsightTMInfraredRing Light 90mm Direct 12/V 9W model CLM-LDR90B-00来照亮型芯包301，同时用照像机309，诸如可从Cognex Corpration购买的、带有Model 115-005555mm焦阑镜头的InsightTM Model 1000Vision Sensor#ISS-1000-00来摄取型芯包301的图像。型芯包301的图像用于确定型芯包301的实际位置和位置系数以及指令臂305在步骤103提起型芯包301。型芯包301的外周上可有利地设置几个槽311，以帮助各臂305抓住在型芯包301上的预定部位上。当各臂305压靠在型芯包301上时，各臂305配合在槽311里而能防止型芯包301相对于各臂305滑动。虽然图3中只表示出两个槽301，但是应为自动化装置的每个臂305设置一个槽311。如果型芯包301不满足在其图像中预期的足够的参数，可将其废弃。在步骤105，自动化装置303可任选地把型芯包301移动到一个中间位置。这个中间位置最好是靠近期望将该型芯包301要放置的一位置，以提高每一型芯包301的放置的时间效率。在步骤107，自动化装置303在把型芯包301握持在适当位置的同时等待把型芯包301放到它将被安放的目标位置。
在步骤201，由诸如图4所示的一模板(pattern)400成形出一个负的对应形状，包括在铸模505上的一个或多个定位器501和型腔503，如图5中所示。模板400是正的形状，其压进砂床而成形出铸模505里的负的对应形状。所说的砂子是指湿的铸造用砂子，其典型地是黑色的并且是为铸造行业制备好了的。模板400包括成形在铸模505里最好是沿着铸模505的一侧的诸定位器501的一倒过来的形体401。诸定位器501可以是成形在铸模505上的诸凹部或槽，如图5中所示。或者，诸定位器501可成形为从铸模505向外伸出的诸突部或突起。模板400还包括成形在铸模505里的型腔503的一倒过来的形体403。诸定位器501最好是定位在型腔的外面，在铸模505的一没用的区域，以便为利用摄像技术识别诸定位器501提供较好的环境。或者，可把诸定位器501定位在型腔503里并构成型腔503的固有部分。
铸模505成形在型箱507里以保持铸模505的完整性以及便于在整个制造过程中移动铸模505，例如用一输送机系统511进行移动。各个装置对型箱507的对准由设置在铸模505外面的型箱507里的诸型箱销子(flask pin)509来达到。模板400依靠设置在其上的多个型箱孔405机械地对准型箱507。由于型箱孔405和型箱销子509具有较大的例如在0.3英寸量级的允差，这个允差比铸模505相对于型芯包301的允差例如0.010英寸大，模板400可在型箱507上的一个区域之上浮动，这使得铸模505相对于型箱507的位置容易变动。这样，你在把型芯包301相对于型箱507放到一个固定的位置时不可能不损伤铸模。在以例如每小时100个或更多个铸模的高生产率进行生产时，用机械对准铸模505和型芯包301，要想不损伤铸模，也是做不到的。
典型的型芯包301和铸模505的结构布置是采用一个两件式的铸模，其中包括一个已知为下模箱的下部和一个已知为上模箱(未示)的上部，铸模505的下模箱表示于图5。为了简明，本文中将把下模箱称为铸模。
一旦形成了铸模505，还可执行几个任选的步骤。例如，可加装一个用于过滤进入铸模的熔化的金属的过滤器513。可以手工或自动化地检验铸模505的缺陷，并且如果发现了缺陷可放弃对其进行进一步的处理。可把用于熔化的金属的各种添加剂加到铸模505里。
在步骤203，定位铸模505，使每一定位器501靠近各自的一照明灯515，这些照明灯与照像机701一起工作，照像机被定位在每一定位器501的预期位置的上方，如图5、6和7中所示。照明灯515可包括发出红外光的LED(发光二极管)或其它光源，并且可以是例如可从Cognex Corpration购买的InsightTMBar LightDirect 12/V4.5W Model CLM-LDL74X27N-00。在由照明灯515提供的那种类型的灯光下，每一照像机701可摄取图像。在光源是由照明灯515发出的红外光时，照像机701可以是例如可从Cognex Corpration购买的InsightTMModel 1000VisionSensor model ISS-1000-00照像机。尽管采用红外光是有利的，但也可用其它类型的光和照像机。在步骤205，诸照明灯515照亮各个定位器501，同时每一照像机(见图7)摄取预期定位器501处在的区域601的一个或多个图像。在步骤205中，还可任选地用任选的激光测距仪603，诸如可从Micro-Epsilon America LP购买的ILD 200型号为4120030的激光光学位移传感器(Laser Optical DisplacementSensor)，测量到铸模505的距离。在铸模505布置为靠近各照明灯515时各照像机布置为在铸模505的上方约5到6英尺处，各个镜头703分别向下对准各个定位器501之一。照像机701是固定在位的。
在任选的步骤207，如果在步骤205摄取的一个或多个图像不正确，例如各个定位器501不是在为一正确的定位器501所规定的界限内，在步骤209可废弃那个铸模505，并且过程继续从步骤201开始进行。如果在步骤205得到了正确的图像，过程继续进行到步骤211。如果没有采用步骤207和209，过程可从步骤205直接过渡到步骤211。
在步骤211，把在步骤205得到的一个或多个图像与一个或多个基准图像进行比较。基准图像可包括例如一个定位器501在铸模505上的图像，包括那个定位器501相对于一个基准点的预期位置，这个基准点例如是用照像机701标定来建立的。为了简便，各个定位器501在x-y平面内是圆形的，当然，定位器可以采用各种各样的形状。可对每一定位器501确定偏差位置。偏差位置可说明那个定位器501在每一方向距离其在基准图像上的预期位置有多远。
在步骤213，为型芯包301的安放确定包括u、x、y和/或z等分量的目标位置。这个目标位置从至少一个或多个偏差位置来确定。目标位置可以以相对于通用坐标系的绝对量给出或以相对于基准图像的偏差量给出，也就是说，为了把型芯包301安放在铸模505里，需要在每一方向上把铸模505相对于一个基准点移动多少。可通过把用照像机701得到的图像与一个或多个基准图像作比较得出目标位置的x方向分量和y方向分量。目标位置可包括由任选的激光测距仪603得到的距离测量值以及比较测量的距离与预期的到铸模505的距离后得出的一z方向分量。有利的是，除了一x方向分量和一y方向分量之外，利用每一定位器501的偏差位置可提供一为目标定位的旋转(“u方向”)分量。该旋转分量限定了型腔应相对于一个预期的旋转位置转动的一个角度。如果例如把一个定位器501沿x方向位移0.002英寸以及沿y方向位移0.004英寸，以及，把另一个定位器501沿每一方向作同样的位移，那么就没有旋转分量。如果在同一例子中，把所述另一个定位器501沿x方向位移-0.002英寸以及沿y方向位移-0.004英寸，就有一个可用度数或弧度表示的旋转分量。由于诸定位器501相对于型腔503上的每一点的相对正值(positive)是已知的，所以可相对于型腔上的任一基准点限定目标位置。可以在进行步骤201到213的同时进行步骤101到107。
在步骤215，把在步骤213确定的目标位置发送给自动化装置303，并且这一过程将等待到型芯包301的安放被验证无误。在步骤109，自动化装置303接收到目标位置并按照目标位置放置型芯包301，如图8所示。各个臂305在为这一功能而在型腔里成形的各个开口中脱离型芯包301，这样，各个臂305的脱离不会损伤铸模505。可把自动化装置303接收到目标位置用作放置型芯包301的一个触发信号，或者，可用另外的信号作为触发信号。放置过程可以发出信号给铸模建造过程，表明型芯包安放已完成，于是可用照像机309和照明灯515摄取图像，或者，可以采用另外的过程。在步骤217，铸模505和型芯包301组件被发送去进行进一步处理，包括把上模箱放在铸模505和型芯包301组件的顶上，把熔化的金属浇入铸模，以及，进行这一行业里已知的铸造工艺过程的其余步骤。
本发明提供了一种可把型芯包精确地安放在铸模里的自动化方法。铸模不必相对于在其中将放置它用的型箱具有一固定的或精确的方位，也就是说，铸模可相对于型箱浮动。型箱不必具有相对于放置型芯包的系统的一固定的或精确的方位。型芯包可包括一个或多个零件并且可以是非常重，例如超过100磅。本发明的方法可用于安放任何型芯而不必对所述自动化装置重新编程或重定目标。可以把型芯包以相对于型芯包的外周而言非常严紧的允差安放在铸模里。与手工放置型芯相比，这种方法更精确、更有效以及更快。不采用对准衬套，因而也不存在衬套被磨损后要更换问题。
在本发明的精神或根本特征范围内，可以以其它的特定形式实现本发明。所描述的实施例无论从那一方面考虑都是示例性的，而不是限制性的。所以，本发明的范围是由权利要求而不是以上的描述来决定。在权利要求的含义和等效范围内的所有变化都属于本发明的范围之内。

Claims (22)

1.一种用于放置型芯包的方法包括以下步骤：
用一自动化的装置提起一型芯包并能将其至少部分地装配进一个铸模的一型腔里；
照亮所述铸模的至少一个区域，预期一个或多个定位器将被定位在该区域里；
摄取所述铸模的所述至少一个区域的至少一个图像；
从所述至少一个图像确定所述一个或多个定位器中的至少一个相对于基准图像的至少一个偏差位置；
从所述至少一个偏差位置为所述型腔确定一个目标位置；
用所述自动化装置把所述型芯包放置到所述目标位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定偏差位置的步骤包括把所述至少一个图像与至少一个预期的图像进行比较的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括把一个指令发送给所述自动化装置以使其把所述型芯包放置到所述目标位置的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括：把所述型芯包移动到一个中间位置的步骤；以及，在所述放置步骤之前在所述中间位置等待包括所述目标位置的信息的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括在所述铸模里成形所述型腔时在所述铸模里成形所述一个或多个定位器的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个定位器中的至少一个是成形在所述铸模上的凹部，以及，所述一个或多个定位器中的至少一个位于所述型腔的外面。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括通过把模板压进湿的铸造用砂子来成形所述铸模的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述照亮步骤包括用红外光照亮。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摄取图像的步骤包括用至少一个能够在红外光下摄取图像的照像机。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括把所述铸模安放在一个型箱里，并定位所述铸模和型箱以使所述一个或多个定位器靠近执行所述照亮步骤的一照明源的步骤。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标位置包括一x方向分量、一y方向分量以及一旋转分量。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述型芯包由多个零件构成。
13.一种用于放置型芯包的方法包括以下步骤：
用一自动化的装置提起一型芯包并能将其至少部分地装配进一个铸模的型腔里；
照亮所述铸模的一第一区域，预期一第一定位器将被定位在该区域里；
照亮所述铸模的一第二区域，预期一第二定位器将被定位在该区域里；
摄取所述铸模的所述第一区域的一第一图像和所述铸模的所述第二区域的一第二图像；
把所述第一图像和所述第二图像与至少一个预期的图像进行比较；
从所述第一图像和所述第二图像确定所述第一定位器和所述第二定位器相对于基准图像的偏差位置；
从所述偏差位置为所述型腔确定一个目标位置；
开动所述自动化装置以能够把要被放置的所述型芯包放到所述目标位置上；
所述自动化装置把所述型芯包放到所述目标位置上。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，它还包括：把所述型芯包移动到一中间位置的步骤；以及，在所述放置步骤之前在所述中间位置等待包括所述目标位置的信息的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，它还包括在所述铸模里成形所述型腔时在所述铸模里成形所述第一定位器和所述第二定位器的步骤。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一定位器和所述第二定位器中的至少一个是成形在所述铸模上的一凹部，以及，所述第一定位器和所述第二定位器中的至少一个位于所述型腔的外面。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，它还包括通过把模板压进湿的铸造用砂子来成形所述铸模的步骤。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述照明步骤包括用红外光照明。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述摄取图像的步骤包括用至少一个能够在红外光下摄取图像的照像机。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，它还包括把所述铸模安放在一个型箱里并定位所述铸模和型箱以使所述第一定位器和所述第二定位器靠近执行所述照亮步骤的一照明源的步骤。
21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述目标位置包括一x方向分量、一y方向分量以及一旋转分量。
22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述型芯包由多个零件构成。
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