DE102016106423B4

DE102016106423B4 - Sandgussformherstellungssystem und Sandgussformherstellungsverfahren zum Herstellen einer Sandgussform

Info

Publication number: DE102016106423B4
Application number: DE102016106423.8A
Authority: DE
Inventors: Munetsugu Kato
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2021-07-08
Anticipated expiration: 2036-04-09
Also published as: CN106041001A; US20160303646A1; CN106041001B; DE102016106423A1; JP2016203189A; JP6235524B2

Abstract

Sandgussformherstellungssystem, das fließfähigen Sand in einen Rahmen (3) füllt, in dem ein Modell (2) mit verschmälertem Bodenteil angeordnet ist, um eine Sandgussform herzustellen, die einer Gestalt des Modells (2) folgt, wobei das Sandgussformherstellungssystem umfasst:eine Sandzufuhrdüse (4a), die den Sand in den Rahmen (3) zuführt;eine Düsenverfahrvorrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, die Sandzufuhrdüse (4a) in Bewegung zu versetzen; undeine Steuerungsvorrichtung (6), welche die Düsenverfahrvorrichtung (5) steuert,wobei der Rahmen (3) ein hohles Bauteil ist, das einen offenen oberen Oberflächenteil aufweist und in einem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5) angeordnet ist,wobei die Steuerungsvorrichtung (6) umfasst:einen Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil (11), der einen offenen Bereich des oberen Oberflächenteils des Rahmens (3) virtuell in mehrere Unterbereiche teilt und Koordinaten der einzelnen Unterbereiche als Sandzufuhrpositionen auf einem zweidimensionalen Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5) definiert, welches relativ zu einem Bezugspunkt (3b) auf dem Rahmen (3) definiert ist,einen Höhenmessteil (13), der eine Höhe eines leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen misst, undeinen Sandzufuhrbestimmungsteil (14), der eine Sandmenge, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführen ist, basierend auf der Höhe an den einzelnen Sandzufuhrpositionen bestimmt, undwobei die Steuerungsvorrichtung (6) konfiguriert ist, umdie Düsenverfahrvorrichtung (5) dazu zu bringen, derart zu arbeiten, dass die Sandzufuhrdüse (4a) nacheinander an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert wird, und jeder Sandzufuhrposition die Sandmenge, die durch den Sandzufuhrbestimmungsteil (14) bestimmt wurde, von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3) zuführt,für jede Sandzufuhrposition die bestimmte Sandmenge von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3) zuzuführen, dann die Höhe des leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen durch Verwendung des Höhenmessteils (13) neu misst,die Sandmenge, die für eine Sandzufuhrposition zuzuführen ist, wo die neu gemessene Höhe ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr ist, basierend auf der neu gemessenen Höhe durch Verwendung des sandzufuhrbestimmenden Teils (14) zu bestimmen, unddie Düsenverfahrvorrichtung (5) dazu zu bringen, derart zu arbeiten, dass die Sandzufuhrdüse (4) nacheinander an den Sandzufuhrpositionen positioniert wird, wo die neu gemessene Höhe der vorbestimmte Schwellenwert oder mehr ist, und die Sandmenge, die basierend auf der neu gemessenen Höhe bestimmt wurde, von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3) zuführt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sandgussformherstellungssystem und ein Sandgussformherstellungsverfahren zum Füllen von Sand in einem Rahmen, in dem ein Modell angeordnet ist, um eine Sandgussform herzustellen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Sandgussformherstellungssystem und ein Sandgussformherstellungsverfahren, welche eine Düse zum Zuführen von Sand in den Rahmen in Bewegung versetzen, um eine Sandgussform herzustellen.
Beschreibung des Standes der Technik
Beim Herstellen einer Sandgussform wird ein Modell, welches dieselbe Gestalt wie das Produkt aufweist, angefertigt, dieses Modell wird innerhalb eines Rahmens angeordnet, und um das Modell herum wird Sand in den Rahmen gefüllt. Der Verdichtungsgrad des Sandes innerhalb des Rahmens hat eine große Auswirkung auf die Maßgenauigkeit der Sandgussform, und daher ist es erforderlich, Sand geeignet rund um das Modell innerhalb des Rahmens einzufüllen. Aus diesem Grund wurden verschiedene Vorrichtungen zum geeigneten Zuführen und Verdichten von Sand in einem Rahmen vorgeschlagen. Ein Beispiel dafür ist die Gussformherstellungsvorrichtung, die in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2011/142049 offenbart wird.
Die in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2011/142049 offenbarte Gussformherstellungsvorrichtung ist mit einem Behälter, der Sand aufnimmt, welcher einem Rahmenglied zuzuführen ist, in dem ein Modell angeordnet ist, und mit einer Düse, die einstückig mit einem unteren Ende des Behälters vorgesehen ist und in dem Behälter befindlichen Sand dem Rahmenglied zuführt, versehen. Diese Gussformherstellungsvorrichtung ist ferner mit einem Mechanismus zum Verdichten des dem Rahmenglied zugeführten Sandes von oben und einem Mechanismus zum Entfernen von in der Düse steckengebliebenem Sand mittels Luft nach dem Verdichten des Sandes, um Fertigungsfehler in den Gussformen zu unterbinden, versehen.
Im Allgemeinen nehmen beim Herstellen einer Gussform für die Massenproduktion von Produkten mit großen Abmessungen das Modell und der Rahmen, in dem das Modell angeordnet wird, ebenfalls große Abmessungen an. Wenn Sand zum Inneren eines großen Rahmens zugeführt wird, kommt es leicht dazu, dass sich der Sand waagrecht ausbreitet und der Gestalt des Modells folgt, um zu der unteren Seite des Modells vorzudringen. Infolgedessen wird die Höhe des in den Rahmen zugeführten Sandes nicht mehr konstant und gleichmäßig. Wenn in dem Zustand, in dem die Höhe des Sandes in dem Rahmen nicht gleichmäßig ist, der Sand von oben verdichtet wird, beispielsweise mit der Gussformherstellungsvorrichtung, die in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2011/142049 offenbart wird, wird das hergestellte Gusserzeugnis ungleichmäßig, was die Verdichtung von Sand in der Form betrifft, und es entsteht das Problem einer Abnahme der Maßgenauigkeit des Gusserzeugnisses.
Die in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO2011/142049 offenbarte Gussformherstellungsvorrichtung dient zur Herstellung von Gussformen zur Massenfertigung relativ kleiner Produkte. Daher offenbart die internationale Veröffentlichung Nr. WO2011/142049 nichts über das oben angeführte Problem.
Um das oben genannte Problem zu vermeiden, pflegte in der Vergangenheit ein Arbeiter den Zustand des Sandes, der in den Rahmen gefüllt wird, einer Sichtprüfung zu unterziehen, während der Arbeiter die Düse der Sandzuführvorrichtung derart bediente, dass die Höhe des Sandes gleichmäßig wurde.
Allerdings ist es bei einem Rahmen mit großen Abmessungen äußerst schwierig zu beurteilen, in welcher Art von Reihenfolge und in welcher Art von Menge Sand an verschiedenen Positionen des Rahmens eingefüllt werden sollte, damit die Höhe des Sandes konstant und gleichmäßig wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich, während Sand zum Inneren des Rahmens zugeführt wird, das Verhalten des Sandes minütlich entsprechend der Gestalt des Modells und dem Zustand des Sandes ändert. Das heißt, dass es unter derzeitigen Bedingungen schwierig ist, zum Zuführen von Sand in Rahmen mit großen Abmessungen Menschen durch Roboter zu ersetzen.
EP 1 477 251 A2 offenbart eine Vorrichtung zur Herstellung kastengebundener Sandformen. Davei wird zur Herstellung von Sandformkästen eine Modelleinheit von einem verschiebbaren Modellfüllrahmen teleskopartig eingehüllt und vertikal bewegt, um den Formkasten auf seiner Oberseite aufzunehmen und den losen Sand aufzunehmen. In der unteren Position liegt der Modellfüllrahmen auf der Liegefläche der Modelleinheit auf. An der Arbeitsstation (A) wird der Füllrahmen mit dem Hubtisch am Rollweg angehoben, damit die Füllzone während einer Zeitspanne von 60% des Gesamtzyklus mit Sand beladen wird. An der nächsten Arbeitsstation wird der Sand durch einen Stopfrahmen komprimiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Gussformherstellungssystem bereit, welches in der Lage ist, Sand derart in einen Rahmen zuzuführen, dass die Höhe des Sandes konstant und gleichmäßig wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sandgussformherstellungssystem bereitgestellt, welches Sand in einen Rahmen füllt, in dem ein Modell angeordnet ist, wobei das Sandgussformherstellungssystem umfasst:

eine Sandzufuhrdüse, die den Sand in den Rahmen zuführt;
eine Düsenverfahrvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Sandzufuhrdüse in Bewegung zu versetzen; und
eine Steuerungsvorrichtung, welche die Düsenverfahrvorrichtung steuert,
wobei der Rahmen ein hohles Bauteil ist, das einen offenen oberen Oberflächenteil aufweist und in einem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung positioniert ist,
wobei die Steuerungsvorrichtung umfasst:
- einen Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil, der einen offenen Bereich des oberen Oberflächenteils des Rahmens virtuell in mehrere Unterbereiche teilt und Koordinaten der einzelnen Unterbereiche als Sandzufuhrpositionen auf dem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung definiert,
- einen Höhenmessteil, der eine Höhe eines Innenraums des Rahmens an den einzelnen Sandzufuhrpositionen misst, und
- einen Sandzufuhrbestimmungsteil, der eine Sandmenge, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführen ist, basierend auf der Höhe an den einzelnen Sandzufuhrpositionen bestimmt, und
- wobei die Steuerungsvorrichtung die Düsenverfahrvorrichtung dazu bringt, derart zu arbeiten, dass die Sandzufuhrdüse nacheinander an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert wird, und jeder Sandzufuhrposition die durch den Sandzufuhrbestimmungsteil bestimmte Sandmenge von der Sandzufuhrdüse zum Inneren des Rahmens zuführt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungssystem des ersten Aspekts bereitgestellt, wobei die Steuerungsvorrichtung:

die bestimmte Sandmenge jeder Sandzufuhrposition von der Sandzufuhrdüse zum Inneren des Rahmens zuführt, dann die Höhe des Innenraums des Rahmens an den einzelnen Sandzufuhrpositionen durch Verwendung des Höhenmessteils neu misst,
die Sandmenge, die für eine Sandzufuhrposition zuzuführen ist, wo die neu gemessene Höhe ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr ist, basierend auf der neu gemessenen Höhe durch Verwendung des sandzufuhrbestimmenden Teils bestimmt und
die Düsenverfahrvorrichtung dazu bringt, derart zu arbeiten, dass die Sandzufuhrdüse nacheinander an den Sandzufuhrpositionen angeordnet wird, wo die neu gemessene Höhe der vorbestimmte Schwellenwert oder mehr ist, und die Sandmenge, die basierend auf der neu gemessenen Höhe bestimmt wurde, von der Sandzufuhrdüse zum Inneren des Rahmens zuführt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungssystem des ersten Aspekts oder des zweiten Aspekts bereitgestellt, wobei der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil den offenen Bereich virtuell in mehrere Unterbereiche unterteilt, die basierend auf jedem beliebigen Punkt an dem Rahmen regelmäßig angeordnet sind, wobei der beliebige Punkt mit dem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung verknüpft ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungssystem eines beliebigen aus der Gruppe umfassend den ersten Aspekt, den zweiten Aspekt und den dritten Aspekt vorgesehen, wobei der Höhenmessteil oberhalb des Rahmens angeordnet einen optischen 3D-Sensor aufweist und der optische 3D-Sensor verwendet wird, um die Höhe des Innenraums des Rahmens an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zu messen.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungssystem eines beliebigen aus der Gruppe umfassend den ersten Aspekt, den zweiten Aspekt, den dritten Aspekt und den vierten Aspekt bereitgestellt, wobei die Düsenverfahrvorrichtung ein Roboter ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sandgussformherstellungsverfahren bereitgestellt, wobei Sand in einen Rahmen gefüllt wird, in dem ein Modell angeordnet ist, um eine Sandgussform herzustellen, umfassend:

Bereitstellen einer Düsenverfahrvorrichtung, die eine Sandzufuhrdüse in Bewegung versetzt;
Herstellen des Rahmens als hohles Bauteil, das einen offenen oberen Oberflächenteil aufweist, und Positionieren desselben in einem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung;
virtuelles Unterteilen eines offenen Bereichs des oberen Oberflächenteils des Rahmens in mehrere Unterbereiche und Definieren von Koordinaten der einzelnen Unterbereiche als Sandzufuhrpositionen auf dem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung;
Messen einer Höhe eines Innenraumes des Rahmens an den einzelnen Sandzufuhrpositionen;
Bestimmen einer Sandmenge, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführen ist, basierend auf der Höhe an den einzelnen Sandzufuhrpositionen; und
Bewirken, dass die Düsenverfahrvorrichtung derart arbeitet, dass die Sandzufuhrdüse nacheinander an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert wird, und Zuführen der Sandmenge, die für jede Sandzufuhrposition bestimmt wird, von der Sandzufuhrdüse zum Inneren des Rahmens.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungsverfahren gemäß dem sechsten Aspekt bereitgestellt, welches ferner umfasst:

Zuführen der bestimmten Menge von Sand zu jeder Sandzufuhrposition von der Sandzufuhrdüse zum Inneren des Rahmens, dann neuerliches Messen der Höhe des Innenraums des Rahmens an den einzelnen Sandzufuhrpositionen,
Bestimmen der zuzuführenden Menge von Sand für eine Sandzufuhrposition, wo die neu gemessene Höhe ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr ist, basierend auf der neu gemessenen Höhe, und
Bewirken, dass die Düsenverfahrvorrichtung derart arbeitet, dass die Sandzufuhrdüse nacheinander an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert wird, wo die neu gemessene Höhe der vorbestimmte Schwellenwert oder mehr ist, und Zuführen der Sandmenge, die basierend auf der neu gemessenen Höhe bestimmt wird, von der Sandzufuhrdüse zum Inneren des Rahmens.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungsverfahren gemäß dem sechsten Aspekt oder dem siebten Aspekt bereitgestellt, wobei die virtuell unterteilten mehreren Unterbereiche basierend auf jedem beliebigen Punkt auf dem Rahmen regelmäßig angeordnet werden und der beliebige Punkt mit dem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung verknüpft wird.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungsverfahren gemäß einem beliebigen aus der Gruppe umfassend den sechsten Aspekt, den siebten Aspekt und den achten Aspekt bereitgestellt, ferner umfassend das Verwenden eines optischen 3D-Sensors, der oberhalb des Rahmens angeordnet ist, beim Messen der Höhe des Innenraums des Rahmens an den einzelnen Sandzufuhrpositionen.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sandgussformherstellungsverfahren gemäß einem beliebigen aus der Gruppe umfassend den sechsten Aspekt, den siebten Aspekt, den achten Aspekt und den neunten Aspekt bereitgestellt, wobei die Düsenverfahrvorrichtung ein Roboter ist.
Diese Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gehen noch deutlicher aus der ausführlichen Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hervor, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Sandgussformherstellungssystems einer Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Ansicht, die mittels gestrichelter Linien mehrere Unterbereiche darstellt, in welche ein Bereich eines offenen Teils eines Rahmens, der in 1 dargestellt ist, virtuell unterteilt ist.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Sandgussformherstellungssystems einer Ausführungsform darstellt.
4A ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand eines ersten Schritts bei einem Verfahren zum Herstellen einer Sandgussform mittels des Sandgussformherstellungssystems einer Ausführungsform darstellt.
4B ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand eines zweiten Schritts bei einem Verfahren zum Herstellen einer Sandgussform mittels des Sandgussformherstellungssystems einer Ausführungsform darstellt.
4C ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand eines dritten Schritts bei einem Verfahren zum Herstellen einer Sandgussform mittels des Sandgussformherstellungssystems einer Ausführungsform darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Als Nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den folgenden Zeichnungen sind ähnlichen Elementen ähnliche Bezugszeichen zugewiesen. Um das Verständnis zu erleichtern, sind diese Zeichnungen maßstäblich geeignet verändert. Ferner sind die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen des Sandgussformherstellungssystems nur Beispiele. Das Sandgussformherstellungssystem der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm, welches die Ausgestaltung eines Sandgussformherstellungssystems einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Das Sandgussformherstellungssystem 1 von dem in 1 dargestellten Typ umfasst einen Rahmen 3, in dem ein Modell 2 angeordnet ist, sowie eine Sandzufuhrvorrichtung 4, die dem Inneren des Rahmens 3 Sand zuführt.
Die Sandzufuhrvorrichtung 4 ist mit einer Sandzufuhrdüse 4a versehen. Das Modell 2 weist dieselbe Gestalt wie das herstellte Produkt auf. Der Rahmen 3 wird aus einem hohlen Bauteil herstellt, das einen offenen oberen Oberflächenteil aufweist, und ist an einer vorbestimmten Position angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass der dargestellte Rahmen 3 als hohler Kasten mit einem offenen oberen Oberflächenteil ausgebildet ist, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die dargestellte Rahmenform beschränkt ist.
Ferner umfasst das in 1 dargestellte Sandgussformherstellungssystem 1 einen Roboter 5, eine Steuerungsvorrichtung, welche die Sandzufuhrvorrichtung 4 und den Roboter 5 steuert, und einen Höhenmesssensor 7, der die Höhe des Rahmens 3 oder die Höhe des Modells 2 oder im Rahmen 3 vorhandenen Sandes misst.
Der Roboter 5 ist ein senkrechter mehrgelenkiger Manipulator. Die Position, in welcher der Rahmen 3 befestigt ist, ist mit dem Koordinatensystem des Roboters 5 verknüpft. Das in 1 dargestellte Spitzenende des Arms des Roboters 5 ist mit einem Handteil 5a versehen, der die Sandzufuhrdüse 4a ohne Weiteres ergreifen kann. Die Sandzufuhrdüse 4a ist durch einen elastische Schlauch 4b mit der Sandzufuhrvorrichtung 4 verbunden. Infolgedessen kann nur die Sandzufuhrdüse 4a durch den Roboter 5 bewegt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Ausgestaltung verwendet, bei welcher der Handteil 5a an dem Spitzenende des Arms des Roboters 5 verwendet wird, um die Sandzufuhrdüse 4a zu ergreifen. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Die Sandzufuhrdüse 4a kann auch direkt an dem Spitzenende des Arms des Roboters 5 befestigt werden.
Der Höhenmesssensor 7 ist, wie in 1 dargestellt ist, oberhalb des offenen Teils 3a des Rahmens 3 angeordnet. Ferner misst der Höhenmesssensor 7 die Strecke in senkrechter Richtung, das heißt die Höhe, von der Position des Sensors zu dem Modell 2 oder Sand in dem Rahmen 3. An einem Teil innerhalb des Rahmens 3, der weder Modell 2 noch Sand aufweist, misst der Höhenmesssensor 7 die Höhe von der Position des Sensors zu der Bodenoberfläche des Rahmens 3. Als Höhenmesssensor 7 zum Messen dieser Höhe wird ein optischer 3D-Sensor verwendet.
Der optische 3D-Sensor ist vorzugsweise einer, der sich des optischen Schnittanfertigungsverfahrens und eines binokularen Stereosystems gemeinsam bedient. Insbesondere werden ein Projektor und eine Videokamera oberhalb des Messobjekts angeordnet, und die Lagebeziehung zwischen der Bilderfassungsoberfläche der Videokamera und dem lichtemittierenden Teil des Projektors wird im Voraus bestimmt. Wenn ein Lichtschlitz von dem Projektor zu dem Messobjekt abgefeuert wird, wird ein Lichtband von höherer Helligkeit als die Umgebung auf der Oberfläche des Messobjekts gebildet. Dieses Lichtband wird auf die Bilderfassungsoberfläche der Videokamera projiziert. Ferner werden die Positionsinformationen des Lichtbandes, das auf die Bilderfassungsoberfläche der Videokamera, beispielsweise auf das CCD, projiziert wird, verwendet, um die Entfernung zwischen dem Sensor und dem Messobjekt mittels des Triangulationsprinzips zu messen (optisches Schnittanfertigungsverfahren). Ferner werden bei einem derartigen optischen Schnittanfertigungsverfahren mehrere Lichtbänder in einem vorbestimmten Abstand auf den gesamten Bereich des Messobjekts abgefeuert, um das Messobjekt als Ganzes dreidimensional zu messen. Ferner wird, um Messgenauigkeit sicherzustellen, vorgezogen, das Verfahren des Anordnens von zwei Videokameras zur Linken und zur Rechten des Projektors und des Erfassens von Bildern des Messobjekts mittels der zwei Videokameras aus unterschiedlichen Richtungen, um das Messobjekt dreidimensional zu messen (binokulares Stereosystem), gemeinsam mit dem optischen Schnittanfertigungsverfahren zu verwenden.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf einen optischen 3D-Sensor beschränkt, der sich des oben genannten optischen Schnittanfertigungsverfahrens und des binokularen Stereoverfahrens bedient, sondern die Erfindung kann ein anderes 3D-Messverfahren verwenden. Beispielsweise kann das Verfahren des Messens der Zeit, die von dem Zeitpunkt des Abfeuerns von Licht von einem lichtemittierenden Teil zu dem Messobjekt als Ganzes bis zu dem Zeitpunkt, wenn das reflektierte Licht, das durch das Messobjekt reflektiert wird, die Bilderfassungsoberfläche der Videokamera erreicht, erforderlich ist; und des Berechnens des Abstands zwischen dem Sensor und dem Messobjekt aus der Beziehung der gemessenen Zeit und der Lichtgeschwindigkeit, das heißt das sogenannte Laufzeitsystem (TOF-System), ebenfalls verwendet werden.
Ferner wird die Steuerungsvorrichtung 6 erläutert.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die Steuerungsvorrichtung 6 mit der Sandzufuhrvorrichtung 4 und dem Roboter 5 verbunden. Die Steuerungsvorrichtung 6 ist ein digitaler Rechner. Ferner umfasst die Steuerungsvorrichtung 6 einen Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11, einen Robotersteuerungsteil 12, einen Höhenmessteil 13 und einen Sandzufuhrbestimmungsteil 14. Nachstehend werden die verschiedenen Komponentenelemente der Steuerungsvorrichtung 6 nacheinander erläutert.
Der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 teilt den Bereich des offenen Teils 3a des Rahmens 3 virtuell in mehrere Unterbereiche, definiert die einzelnen Unterbereiche als Sandzufuhrpositionen und gibt diese Sandzufuhrpositionen an den Robotersteuerungsteil 12 aus. Das Verfahren des Definierens von Sandzufuhrpositionen wird später erläutert.
Der Robotersteuerungsteil 12 bringt den Roboter 5 dazu, derart zu arbeiten, dass er den Handteil 5a verwendet, um die Sandzufuhrdüse 4a zu ergreifen. Ferner bringt der Robotersteuerungsteil 12 den Roboter 5 dazu, derart zu arbeiten, dass er die Sandzufuhrdüse 4a an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert, die durch den sandzufuhrpositionsbestimmenden Teil 11 definiert werden.
Der Höhenmessteil 13 misst die Höhe des Innenraums des Rahmens 3 an den einzelnen Sandzufuhrpositionen. Mit anderen Worten: der Höhenmessteil 13 bedient sich des Höhenmesssensors 7, um die Höhe von der Position des oberen Endteils des Rahmens 3, wie er in 1 dargestellt ist, bis zu dem Modell 2 oder Sand an der Innenseite des Rahmens 3 zu messen. An einem Teil innerhalb des Rahmens 3, an dem weder Modell 2 noch Sand vorhanden ist, misst der Höhenmessteil 17 die Höhe von der Position des oberen Endes des Rahmens 3 bis zu der Bodenoberfläche des Rahmens 3.
Insbesondere wird durch Verwendung des oben genannten optischen 3D-Sensors als Höhenmesssensor 7 die Höhe von der Position des optischen 3D-Sensors bis zu dem oberen Endteil des Rahmens 3 erfasst. Ferner wird auch die Höhe von der Position des optischen 3D-Sensors zu dem Modell 2 oder Sand an den einzelnen Sandzufuhrpositionen in dem Rahmen 3 erfasst. Basierend auf der Differenz zwischen zwei derartigen Höhen wird die Höhe von der Position des oberen Endteils des Rahmens 3 bis zu dem Modell 2 oder Sand an den einzelnen Sandzufuhrpositionen in dem Rahmen 3, das heißt die Höhe des Innenraums des Rahmens 3, ermittelt. Die Informationen der auf diese Weise gemessenen Höhen werden an den Sandzufuhrbestimmungsteil 14 ausgegeben.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Verwendung eines optischen 3D-Sensors, der sich des oben genannten optischen Schnittanfertigungsverfahrens bedient, als Höhenmesssensor 7 mehrere Lichtschlitze von dem optischen 3D-Sensor zu dem Rahmen 3 als Ganzes in einem vorbestimmten Abstand projiziert werden, um die 3D-Gestalt des Rahmens 3 und seines Inneren zu erfassen. In diesem Fall ist der optische 3D-Sensor derart angeordnet, dass mehrere Schlitze von Licht oder mehr die einzelnen Sandzufuhrpositionen des Inneren des Rahmens 3 durchschneiden.
Der Sandzufuhrbestimmungsteil 14 bestimmt die Sandzufuhrmenge basierend auf der Höhe des Innenraums des Rahmens 3, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen gemessen wird. Wenn die Sandzufuhrdüse 4a an einer Sandzufuhrposition in dem Rahmen 3 positioniert wird, führt die Sandzufuhrvorrichtung 4 dem Rahmen 3 gemäß der bestimmten Sandzufuhrmenge Sand zu. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Bestimmen der Sandzufuhrmenge später erläutert wird.
Ferner weist die Steuerungsvorrichtung 6, welche die oben genannten Komponentenelemente umfasst, einen Eingabeteil 15 auf, der mit der Steuerungsvorrichtung 6 verbunden ist. Der Eingabeteil 15 weist eine Eingabevorrichtung zum Eingeben von Daten, die sich auf die Gestalt und die Abmessungen des Rahmens 3 beziehen, zu dem Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 auf. Diese Eingabevorrichtung ist ein Drucktaster, ein Touchpanel, eine Tastatur usw.
Nun wird das oben beschriebene Verfahren zum Definieren der Sandzufuhrposition veranschaulicht.
2 ist eine Ansicht, die mittels gestrichelter Linien mehrere Unterbereiche darstellt, in welche der Bereich eines offenen Teils 3a bei Betrachtung des Rahmens 3 von oben virtuell unterteilt ist. Wie in 2 dargestellt ist, unterteilt der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 den Bereich des offenen Teils 3a des Rahmens 3 virtuell in mehrere Unterbereiche. Ferner definiert der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 die Koordinaten der Unterbereiche, die auf folgende Weise berechnet werden, als Sandzufuhrpositionen.
Das heißt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der Rahmen 3 ein hohler Kasten mit einem offenen oberen Oberflächenteil ist und daher der offene Bereich des offenen Teils 3a bei Betrachtung des Rahmens 3 von oben ein rechteckiger Bereich ist. Dieser rechteckige Bereich wird, wie in 2 dargestellt ist, virtuell in mehrere Unterbereiche mit derselben Fläche unterteilt, die in einer Matrix mit m Zeilen x n Spalten (in der Figur: 19 Zeilen x 12 Spalten) angeordnet sind.
Beim gleichmäßigen Unterteilen des Bereichs des offenen Teils 3a des Rahmens 3 in mehrere Unterbereiche mit m Zeilen x n Spalten (unten sind sowohl m als auch n natürliche Zahlen) erhält man, wenn die waagrechte Abmessung des offenen Teils 3a (in 2, die Abmessung in X-Richtung) durch den Wert von dividiert wird und die senkrechte Abmessung des offenen Teils 3a (in 2, die Abmessung in Y-Richtung) durch den Wert von m dividiert wird, die waagrechten Abmessungen und die senkrechten Abmessungen der einzelnen Unterbereiche. Mit anderen Worten erhält man den Abstand zwischen Unterbereichen in der waagrechten Richtung und in der senkrechten Richtung. Es wird darauf hingewiesen, dass der Rahmen 3 im Voraus entsprechend dem Modell 2 konstruiert wird und es daher einfach ist, die waagrechte Abmessung und die senkrechte Abmessung des offenen Teils 3a zu bestimmen.
Ferner wird beim Definieren der Anordnungsoberfläche zum Anordnen des Rahmens 3 nach 2D-Koordinaten die waagrechte Richtung des offenen Teils 3a des Rahmens 3 als eine Koordinatenachse (X-Achse) auf den 2D-Koordinaten definiert, während die senkrechte Richtung des offenen Teils 3a des Rahmens 3 als die andere Koordinatenachse (Y-Achse) auf den 2D-Koordinaten definiert wird. Ferner ist es, wenn ein Eckteil 3b an dem offenen Teil 3a des Rahmens 3 als Bezugspunkt definiert wird, möglich, die Koordinaten von Unterbereichen (Mittenpositionen von Unterbereichen), die an der m-ten Zeile und der n-ten Spalte von diesem Bezugspunkt aus vorhanden sind, zu berechnen. Das heißt, dass, wenn der Eckteil 3b des offenen Teils 3a als Bezugspunkt definiert wird, der X-Koordinatenwert des Mittelpunkts des Unterbereichs jener Wert ist, der durch Subtrahieren der Hälfte eines Abstands der Unterregionen in der waagrechten Richtung von dem Wert des n-fachen Abstands in der waagrechten Richtung erhalten wird. Der Y-Koordinatenwert des Mittelpunkts des Unterbereichs ist jener Wert, der durch Subtrahieren der Hälfte eines Abstands der Unterregionen in der senkrechten Richtung von dem Wert des m-fachen Abstands in der senkrechten Richtung erhalten wird. Ferner ist es durch Kalibrieren der Lagebeziehung zwischen der Position des Eckteils 3b des offenen Teils 3a und dem Ausgangspunkt des Betriebs des Roboters 5 im Voraus möglich, die Koordinaten der Unterbereiche in Bezug auf den Ausgangspunkt des Betriebs des Roboters 5 durch Berechnung zu erfassen.
Basierend auf der oben genannten Methode wird ein Programm im Voraus erstellt, das den Rahmen 3 auf dem Koordinatensystem des Roboters 5 positioniert und die Koordinaten der einzelnen Unterbereiche als Sandzufuhrpositionen auf dem Koordinatensystem des Roboters 5 definiert. Dieses Programm wird in dem Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 gespeichert.
Das heißt, dass, wenn der Eingabeteil 15 verwendet wird, um die waagrechte Abmessung und die senkrechte Abmessung des offenen Teils 3a und die Anzahl von Zeilen m und die Anzahl von Spalten n der Unterteilungen einzugeben, der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 die Koordinaten der einzelnen Unterbereiche in Bezug auf den Betriebsausgangspunkt des Roboters 5 berechnet. Die Koordinaten der Unterbereiche werden als Sandzufuhrpositionen zum Zuführen von Sand von der Sandzufuhrdüse 4a definiert. Die Sandzufuhrpositionen werden an den Robotersteuerungsteil 12 ausgegeben.
Ferner kann der Robotersteuerungsteil 12 die Sandzufuhrpositionen, die von dem Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 ausgegeben werden, als Grundlage dafür verwenden, um die Sandzufuhrdüse 4a dazu zu bringen, mittels des Handteils 5a des Roboters 5 nacheinander die einzelnen Sandzufuhrpositionen anzufahren.
Was die Bewegungsreihenfolge der Sandzufuhrdüse 4a betrifft, wird der Unterbereich, der an dem in 2 dargestellten Eckteil 3b des offenen Teils 3a angeordnet ist, als Ausgangspunkt verwendet. Ferner wird die Sandzufuhrdüse 4a dazu gebracht, sich von dem Unterbereich an einem Ende in der Zeilenrichtung zu dem Unterbereich an dem anderen Ende zu bewegen, sich dann zu der angrenzenden Zeile zu bewegen, sich in der zu der vorhergehenden Zeile entgegengesetzten Richtung zu bewegen und dies zu wiederholen. Wenn die Sandzufuhrdüse 4a dazu gebracht wird, sich in einer derartigen Reihenfolge zu bewegen, wird der Bewegungsabstand der Düse konstant, und daher muss der Roboter 4 nicht dazu gebracht werden, einen komplizierten Vorgang auszuführen. Natürlich kann die Steuerungsvorrichtung 6 die Sandzufuhrdüse 4a dazu bringen, sich gemäß einer anderen Bewegungsreihenfolge zu bewegen. Da die Steuerungsvorrichtung 6 die Koordinaten der Unterbereiche mittels des Sandzufuhrpositionsdefinitionsteils 11 erfasst, kann die Reihenfolge, gemäß welcher die Sandzufuhrdüse 4a dazu gebracht wird, sich in Bezug auf die Unterbereiche zu bewegen, auf verschiedene Bewegungsreihenfolgen geändert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der vorliegenden Anmeldung der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 nur einer sein muss, der den offenen Bereich des oberen Oberflächenteils des Rahmens 3 virtuell in mehrere Unterbereiche unterteilt, die in Bezug auf einen beliebigen Punkt an dem Rahmen 3 regelmäßig angeordnet sind. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, wenn die mehreren Unterbereiche basierend auf einer bestimmten Regel in Bezug auf einen Bezugspunkt angeordnet ist, es möglich ist, die Koordinaten der Unterbereiche in Bezug auf den Bezugspunkt basierend auf dieser Regelmäßigkeit einfach anhand einer numerischen Formel zu berechnen. Aus diesem Grund ist bei der vorliegenden Anmeldung die Ausgestaltung des Rahmens 3 nicht auf den hohlen Kasten mit dem offenen oberen Oberflächenteil, wie er in 1 und 2 dargestellt ist, beschränkt. Verschiedene Ausgestaltungen von Rahmen 3 können entsprechend der Gestalt des Modells 2 verwendet werden. Die mehreren Unterbereiche, die durch den Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 virtuell unterteilt werden, müssen nur regelmäßig in Bezug auf einen beliebigen Punkt an dem Rahmen 3 angeordnet sein. Daher sind die Gestalten der Unterbereiche nicht auf die in 2 dargestellten quadratischen Gestalten beschränkt.
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER GUSSFORM
Als Nächstes wird das Verfahren zur Herstellung einer Gussform mittels des oben genannten Sandgussformherstellungssystems 1 erläutert. Hier wird das Verfahren zum Herstellen einer Sandgussform mittels eines Rahmens 3 mit einer Ausgestaltung, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist, beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des in 1 dargestellten Sandgussformherstellungssystems 1 darstellt. 4A bis 4C sind schematische Querschnittsansichten, welche Zustände verschiedener Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung einer Sandgussform mittels des Sandgussformherstellungssystems 1 darstellen.
Wie in 3 dargestellt ist, unterteilt, wenn das Sandgussformherstellungssystem 1 gestartet wird, der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil 11 der Steuerungsvorrichtung 6 den Bereich des offenen Teils 3a des Rahmens 3 virtuell in mehrere Unterbereiche. Ein Beispiel für die Form dieser Unterteilung geht aus 2 hervor. Ferner definiert die Steuerungsvorrichtung 6 Koordinaten von Unterbereichen in Bezug auf den Ausgangspunkt des Betriebs des Roboters 5 als Sandzufuhrpositionen basierend auf dem oben genannten Verfahren zur Definition von Sandzufuhrpositionen (3, Schritt S1).
Es wird darauf hingewiesen, dass die benötigte Anzahl von Zeilen m und die benötigte Anzahl von Spalten n beim Einstellen von Unterbereichen, wie sie in 2 dargestellt sind, und die waagrechte Abmessung und die senkrechte Abmessung des offenen Teils 3a im Voraus in die Steuerungsvorrichtung 6 eingegeben werden.
Danach misst der Höhenmessteil 13 der Steuerungsvorrichtung 6 die Höhe des Innenraums des Rahmens 3 entsprechend jeder definierten Sandzufuhrposition durch Verwendung des Höhenmesssensors 7 (3, Schritt S2). 4A ist eine schematische Querschnittsansicht des Zustands von Schritt S2 aus 3. Als Höhenmesssensor 7 wird der oben genannte optische 3D-Sensor verwendet. Der optische 3D-Sensor misst, wie in 4A durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist, an jeder Sandzufuhrposition die Höhe von der Position P an dem oberen Endteil des Rahmens 3 bis zu dem Boden des Rahmens 3 (Abstand in Z Richtung in der Figur). Ferner misst der optische 3D-Sensor, wie in 4A durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist, an jeder Sandzufuhrposition die Höhe basierend auf der Position P an dem oberen Endteil des Rahmens 3 bis zu der Oberfläche des Modells 2 (Abstand in Z-Richtung in der Figur).
Als Nächstes bestimmt der Sandzufuhrbestimmungsteil 14 der Steuerungsvorrichtung 6 die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführende Sandmenge basierend auf der Höhe des Innenraums des Rahmens 3, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen gemessen wird (3, Schritt S3).
Als Nächstes bringt die Steuerungsvorrichtung 6 den Roboter 5 dazu, derart zu arbeiten, dass er die Sandzufuhrdüse 4a mittels des Handteils 5a des Roboters 5 ergreift und nacheinander an den einzelnen definierten Sandzufuhrpositionen positioniert. Zu diesem Zeitpunkt werden die Höhenkoordinaten der einzelnen Sandzufuhrpositionen konstant gemacht. Ferner steuert die Steuerungsvorrichtung 6 die Sandzufuhrvorrichtung 4 derart, dass für jede Sandzufuhrposition die in Schritt S3 bestimmte Sandmenge von der Sandzufuhrdüse 4a zum Inneren des Rahmens 3 zugeführt wird (3, Schritt S4).
4B ist eine schematische Querschnittsansicht der Zustände von Schritt S3 bis Schritt S4 aus 3. In 4B sind die für die einzelnen Sandzufuhrpositionen bestimmten Sandzufuhrmengen durch balkenförmige schematische Querschnitte dargestellt. Wie in 4B dargestellt ist, positioniert die Steuerungsvorrichtung 6 die Sandzufuhrdüse 4a nacheinander an den einzelnen definierten Sandzufuhrpositionen. Ferner wird jedes Mal, wenn die Sandzufuhrdüse 4a an einer einzelnen Sandzufuhrposition positioniert wird, die bestimmte Sandmenge von der Sandzufuhrdüse 4a zum Inneren des Rahmens 3 zugeführt.
Die Sandzufuhrvorrichtung 4 ist derart ausgebildet, dass, wenn die Sandzufuhrdüse 4a Sand zum Inneren des Rahmens 3 zuführt, eine bestimmte Sandmenge je Zeiteinheit von der Sandzufuhrdüse 4a abgegeben wird, und stellt die Zeit zum Abgeben von Sand von der Sandzufuhrdüse 4a ein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die bei Schritt S3 bestimmte Sandzufuhrmenge durch folgendes Verfahren berechnet wird. Wie oben erläutert wurde, sind die waagrechte und die senkrechte Abmessung des offenen Teils 3a des Rahmens 3 und die Anzahl von Zeilen m und die Anzahl von Spalten n zum Darstellen der Unterbereiche bekannte Werte. Aus diesem Grund ist es möglich, die waagrechten und die senkrechten Abmessungen der einzelnen Unterbereiche zu berechnen, und infolgedessen auch möglich, die Flächen der einzelnen Unterbereiche zu berechnen. Ferner ist es durch Verwendung des Produkts aus den berechneten Flächen der einzelnen Unterbereiche und der Höhe des Innenraums des Rahmens 3, die für die einzelnen Sandzufuhrpositionen gemessen wird, möglich, das Volumen des Raums zu berechnen. Ferner ist die Sandzufuhrmenge nicht mit dem berechneten Volumen identisch. Sie ist dieses Volumen multipliziert mit einem vorbestimmten Verhältnis. Der Grund dafür ist, dass Sand eventuell nicht an dem zugeführten Ort bleibt, sondern eventuell in die Umgebung rieselt, und der Sand daher, wenn die Sandzufuhrmenge gleich dem auf die oben genannte Weise berechneten Volumen gewählt wird, dazu neigt, aus dem Rahmen 3 überzulaufen.
Als Nächstes bringt, wie oben erläutert wurde, wenn ein einzelner Sandzufuhrvorgang für alle definierten Sandzufuhrpositionen fertiggestellt wurde, die Steuerungsvorrichtung 6 die Sandzufuhrdüse 4a dazu, dass sie außerhalb des Messbereichs des Höhenmesssensors 7 wartet. Ferner misst die Steuerungsvorrichtung 6 neuerlich die Höhe des Innenraums des Rahmens 3 an den einzelnen Sandzufuhrpositionen durch Verwendung des Höhenmesssensors 7 (3, Schritt S5).
4C ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Zustand von Schritt S5 aus 3 darstellt. In 4C wird der Zustand dargestellt, wenn an allen definierten Sandzufuhrpositionen die bestimmte Sandmenge tatsächlich innerhalb des Rahmens 3 zugeführt wurde. Selbst wenn Sand gemäß Schritt S4 zugeführt wird, breitet sich der Sand manchmal waagrecht aus und folgt der Gestalt des Modells 2, um ins Innere des Modells einzudringen. In diesem Fall bildet sich, wie in 4C dargestellt ist, an der oberen Oberfläche des Sandes 16, der dem Inneren des Rahmens 3 zugeführt wird, eine Vertiefung. Aus diesem Grund wird der Höhenmesssensor 7 neuerlich verwendet, um die Höhe des Innenraums des Rahmens 3 an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zu messen.
Als Nächstes vergleicht die Steuerungsvorrichtung 6 die Höhe des Innenraums des Rahmens 3 an verschiedenen Standzufuhrpositionen, die bei Schritt S5 gemessen wurde, mit einem vorbestimmten Schwellenwert (3, Schritt S6). Wenn infolgedessen die gemessenen Höhen an jeder der Sandzufuhrpositionen kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert sind, folgert die Steuerungsvorrichtung 6, dass an keiner der Sandzufuhrpositionen ein vertiefter Teil, wie er in 4C dargestellt ist, aufgetreten ist, und beendet den Sandzufuhrvorgang.
Andererseits hat sich, wenn bei dem oben genannten Schritt S6 die gemessene Höhe an irgendeiner der Sandzufuhrpositionen dieselbe wie ein vorbestimmter Schwellenwert oder größer als dieser ist, ein vertiefter Teil, wie er in 4C dargestellt ist, gebildet. Aus diesem Grund bestimmt die Steuerungsvorrichtung 6 die Sandmenge, die den einzelnen Sandzufuhrpositionen neuerlich zugeführt werden muss, welche bei dem oben genannten Schritt S6 als eine Höhe gleich einem vorbestimmten Schwellenwert oder mehr aufweisend erkannt wurden (3, Schritt S7).
Die bei dem oben genannten Schritt S7 zugeführte Sandmenge wird mittels desselben Verfahrens wie das Verfahren zum Bestimmen der Sandzufuhrmenge bei Schritt S3 bestimmt. Das heißt, dass das Produkt aus den Flächen der einzelnen Unterbereiche in dem offenen Teil 3a des Rahmens 3 und der Höhe des Innenraums des Rahmens 3, die für die einzelnen Sandzufuhrpositionen bei Schritt S5 gemessen wird, verwendet wird, um das Volumen des Raumes zu berechnen. Ferner wird das Volumen multipliziert mit einem vorbestimmten Verhältnis als Sandzufuhrmenge verwendet.
Ferner bringt die Steuerungsvorrichtung 6 den Roboter 5 dazu, derart zu arbeiten, dass er die Sandzufuhrdüse 4a nacheinander an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert, die wie oben erläutert als eine Höhe größer gleich einem vorbestimmten Schwellenwert aufweisend beurteilt wurden. Die Position der Sandzufuhrdüse 4a in der Höhenrichtung an der Sandzufuhrposition wird konstant gemacht. Ferner steuert jedes Mal, wenn die Sandzufuhrdüse 4a an einer Sandzufuhrposition positioniert wird, die als einen vorbestimmten Schwellenwert oder mehr an Höhe aufweisend beurteilt wurde, die Steuerungsvorrichtung 6 die Sandzufuhrvorrichtung 4 derart, dass sie die bei Schritt S7 bestimmte Sandmenge zum Inneren des Rahmens 3 hin zuführt (3, Schritt S8).
Der Prozess der oben genannten Schritte S5 bis S8 wird nach Schritt S4 mindestens einmal durchgeführt. Insbesondere wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Prozess von Schritt S5 bis Schritt S8 wiederholt, bis die gemessenen Höhen bei allen der Sandzufuhrpositionen kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert werden. Infolgedessen ist kein vertiefter Teil von Sand 16, wie er in 4C dargestellt ist, vorhanden, und die Höhe des Sandes in dem Rahmen 3 wird konstant und gleichmäßig.
Gemäß dem Sandgussformherstellungssystem 1 der oben erläuterten vorliegenden Ausführungsform wird der Bereich des offenen Teils 3a des Rahmens 3 virtuell in mehrere Unterbereiche unterteilt, und die Koordinaten der einzelnen Unterbereiche werden als Sandzufuhrpositionen auf dem Koordinatensystem des Roboters 5 definiert. Infolgedessen wird der Roboter 5 dazu gebracht, den Handteil 5a zu verwenden, um die Sandzufuhrdüse 4a zu ergreifen und sie dazu zu bringen, sich nacheinander zu den einzelnen Sandzufuhrpositionen zu bewegen. Ferner wird die Höhe des Innenraums des Rahmens 3 an den einzelnen Sandzufuhrpositionen gemessen, und die gemessenen Höhen werden als Grundlage verwendet, um die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführenden Sandmengen zu bestimmen. Infolgedessen ist es möglich, jeder Sandzufuhrposition die bestimmte Sandmenge von der Sandzufuhrdüse 4a zum Inneren des Rahmens 3 zuzuführen. Das heißt, dass es möglich ist, die frühere Arbeit von Arbeitern, welche die Sandzufuhrdüse derart bedienten, dass die Höhe des Sandes in dem Rahmen gleichmäßig wurde, zu automatisieren.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Vorgang des Zuführens einer bestimmten Menge von Sand zu jeder Sandzufuhrposition, gefolgt vom Messen der Höhe des Innenraums des Rahmens 3 an den einzelnen Sandzufuhrpositionen und Bestimmen der Sandzufuhrmenge basierend auf den Höhen mehrere Male wiederholt. Bei diesem Vorgang werden nur Sandzufuhrpositionen, deren gemessene Höhen ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr sind, Sandmengen, die auf den gemessenen Höhen basieren, zugeführt. Aus diesem Grund kann, selbst wenn sich der Zustand des in den Rahmen gefüllten Sandes fein verändert, eine geeignete Sandmenge innerhalb des Rahmens eingefüllt werden, damit die Höhe des Sandes konstant und gleichmäßig wird. Infolgedessen kann die Verdichtung des Sandes der hergestellten Gussform gleichmäßig werden und es können Gussformen mit guter Maßgenauigkeit hergestellt werden. Insbesondere ermöglicht, wie in 1 dargestellt ist, wenn der Bodenteil des Modells 2 verschmälert ist oder der Rahmen 3 eine große Größe aufweist, das Sandgussformherstellungssystem 1 der vorliegenden Ausführungsform, Sand zum Inneren eines Rahmens 3 derart zuzuführen, dass die Höhe des Sandes konstant und gleichmäßig wird. Ferner kann die erforderliche Mindestmenge an Sand präzise einem Ort zugeführt werden, wo Sand nachzufüllen ist. Ferner wird während des Sandzufuhrvorgangs Sand niemals aus dem Rahmen überlaufen.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Höhenmesssensor 7 oberhalb des Rahmens 3 angeordnet, so dass Bewegung der Sandzufuhrdüse 4a durch den Höhenmesssensor 7 nicht behindert wird. Durch Verwendung eines optischen 3D Sensors als Höhenmesssensor 7 ist es möglich, die Höhe des Innenraums des Rahmens 3 an den einzelnen Sandzufuhrpositionen einfach zu messen.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei dieser Anmeldung der Begriff „Rahmen“ einen Gussrahmen bezeichnet, wenn die hergestellte Gussform mit einem Gussrahmen ausgestattet ist, oder den Formrahmen, wenn kein Gussrahmen vorhanden ist. Ferner umfasst die hergestellte Gussform den Fall des Ausgestattetseins mit Gussrahmen und den Fall ohne Gussrahmen, wo der Sand innerhalb des Rahmens geformt wird und dann aus dem Rahmen entfernt wird.
Oben wurde die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf das Beispiel eines Roboters 5 als Düsenverfahrvorrichtung erläutert, um zu bewirken, dass sich die Sandzufuhrdüse 4a bewegt, jedoch ist die Düsenverfahrvorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf einen Roboter beschränkt. Ferner ist der Roboter auch nicht auf einen senkrechten mehrgelenkigen Manipulator beschränkt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß dem ersten Aspekt und dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim Herstellen einer Gussform eine Düsenverfahrvorrichtung verwendet, um eine Sandzufuhrdüse dazu zu bringen, sich nacheinander zu einzelnen Sandzufuhrpositionen zu bewegen, die einen offenen Bereich eines Rahmens virtuell unterteilen. Ferner werden die Höhen des Innenraums des Rahmens, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen gemessen werden, als Grundlage verwendet, um die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführenden Sandmengen zu bestimmen. Infolgedessen ist es möglich, jeder Sandzufuhrposition die bestimmte Sandmenge von der Sandzufuhrdüse zum Inneren des Rahmens zuzuführen. Das heißt, dass es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, die frühere Arbeit von Arbeitern, welche die Sandzufuhrdüse derart bedienten, dass die Höhe des Sandes in dem Rahmen gleichmäßig wurde, zu automatisieren.
Ferner wird gemäß dem zweiten Aspekt und dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Vorgang des Zuführens einer bestimmten Sandmenge zu jeder Sandzufuhrposition, gefolgt vom Messen der Höhe des Innenraums des Rahmens an jeder Sandzufuhrposition mehrere Male wiederholt. Ferner werden nur Sandzufuhrpositionen, deren gemessene Höhen ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr sind, Sandmengen, die auf den gemessenen Höhen basieren, zugeführt. Aus diesem Grund kann, selbst wenn sich der Zustand des Sandes, der zum Inneren des Rahmens zugeführt wird, fein verändert, eine geeignete Sandmenge innerhalb des Rahmens eingefüllt werden, damit die Höhe des Sandes konstant und gleichmäßig wird. Infolgedessen kann die Verdichtung des Sandes der hergestellten Gussform gleichmäßig werden und es können Gussformen mit guter Maßgenauigkeit hergestellt werden. Insbesondere kann, wenn der Bodenteil des Modells verschmälert ist oder wenn der Rahmen eine große Größe aufweist, das Sandgussformherstellungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um zum Inneren des Rahmens Sand derart zuzuführen, dass die Höhe des Sandes konstant und gleichmäßig wird.
Gemäß dem dritten Aspekt und dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die virtuell unterteilten mehreren Unterbereiche mehrere Unterbereiche, die in Bezug auf einen beliebigen Punkt an dem Rahmen regelmäßig angeordnet sind. Wenn auf diese Weise mehrere Unterbereiche in Bezug auf einen Bezugspunkt auf einer bestimmten Regel basierend angeordnet sind, ist es möglich, die Koordinaten der Unterbereiche in Bezug auf den Bezugspunkt basierend auf dieser Regelmäßigkeit einfach anhand einer numerischen Formel zu berechnen und zu definieren.
Gemäß dem vierten Aspekt und dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der optische 3D-Sensor, der oberhalb des Rahmens angeordnet ist, die Höhe des Innenraums an den einzelnen Sandzufuhrpositionen ohne Weiteres messen. Ferner ist der optische 3D-Sensor oberhalb des Rahmens angeordnet, weshalb die Bewegung der Sandzufuhrdüse durch den optischen 3D-Sensor nicht behindert wird.
Gemäß dem fünften Aspekt und dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann als Düsenverfahrvorrichtung ein Roboter verwendet werden, um somit die Sandzufuhrdüse einfach und genau zu bewegen.
Oben wurden typische Ausführungsformen dargestellt, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt ist. Die oben genannten Ausführungsformen können auf verschiedene Ausgestaltungen, Konstruktionen, Materialien usw. abgeändert werden, ohne von Umfang und Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Sandgussformherstellungssystem, das fließfähigen Sand in einen Rahmen (3) füllt, in dem ein Modell (2) mit verschmälertem Bodenteil angeordnet ist, um eine Sandgussform herzustellen, die einer Gestalt des Modells (2) folgt, wobei das Sandgussformherstellungssystem umfasst: eine Sandzufuhrdüse (4a), die den Sand in den Rahmen (3) zuführt; eine Düsenverfahrvorrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, die Sandzufuhrdüse (4a) in Bewegung zu versetzen; und eine Steuerungsvorrichtung (6), welche die Düsenverfahrvorrichtung (5) steuert, wobei der Rahmen (3) ein hohles Bauteil ist, das einen offenen oberen Oberflächenteil aufweist und in einem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (6) umfasst: einen Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil (11), der einen offenen Bereich des oberen Oberflächenteils des Rahmens (3) virtuell in mehrere Unterbereiche teilt und Koordinaten der einzelnen Unterbereiche als Sandzufuhrpositionen auf einem zweidimensionalen Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5) definiert, welches relativ zu einem Bezugspunkt (3b) auf dem Rahmen (3) definiert ist, einen Höhenmessteil (13), der eine Höhe eines leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen misst, und einen Sandzufuhrbestimmungsteil (14), der eine Sandmenge, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführen ist, basierend auf der Höhe an den einzelnen Sandzufuhrpositionen bestimmt, und wobei die Steuerungsvorrichtung (6) konfiguriert ist, um die Düsenverfahrvorrichtung (5) dazu zu bringen, derart zu arbeiten, dass die Sandzufuhrdüse (4a) nacheinander an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert wird, und jeder Sandzufuhrposition die Sandmenge, die durch den Sandzufuhrbestimmungsteil (14) bestimmt wurde, von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3) zuführt, für jede Sandzufuhrposition die bestimmte Sandmenge von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3) zuzuführen, dann die Höhe des leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen durch Verwendung des Höhenmessteils (13) neu misst, die Sandmenge, die für eine Sandzufuhrposition zuzuführen ist, wo die neu gemessene Höhe ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr ist, basierend auf der neu gemessenen Höhe durch Verwendung des sandzufuhrbestimmenden Teils (14) zu bestimmen, und die Düsenverfahrvorrichtung (5) dazu zu bringen, derart zu arbeiten, dass die Sandzufuhrdüse (4) nacheinander an den Sandzufuhrpositionen positioniert wird, wo die neu gemessene Höhe der vorbestimmte Schwellenwert oder mehr ist, und die Sandmenge, die basierend auf der neu gemessenen Höhe bestimmt wurde, von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3) zuführt.
Sandgussformherstellungssystem nach Anspruch 1, wobei der Sandzufuhrpositionsdefinitionsteil (11) den offenen Bereich virtuell in die mehreren Unterregionen unterteilt, die basierend auf einem beliebigen Punkt an dem Rahmen (3) regelmäßig angeordnet sind, wobei der beliebige Punkt mit dem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5) verknüpft ist.
Sandgussformherstellungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Höhenmessteil (13) einen optischen 3D-Sensor (7) aufweist, der oberhalb des Rahmens (3) angeordnet ist, und der optische 3D-Sensor (7) verwendet wird, um die Höhe des leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zu messen.
Sandgussformherstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 wobei die Düsenverfahrvorrichtung (5) ein Roboter ist.
Sandgussformherstellungsverfahren, das fließfähigen Sand in einen Rahmen (3) füllt, in dem ein Modell (2) mit verschmälertem Bodenteil angeordnet ist, um eine Sandgussform herzustellen, die einer Gestalt des Modells (2) folgt, umfassend: Bereitstellen einer Düsenverfahrvorrichtung (5), die eine Sandzufuhrdüse (4a) in Bewegung versetzt; Herstellen des Rahmens (3) als hohles Bauteil, das einen offenen oberen Oberflächenteil aufweist, und Positionieren desselben in einem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5); virtuelles Unterteilen eines offenen Bereichs des oberen Oberflächenteils des Rahmens (3) in mehrere Unterbereiche und Definieren von Koordinaten der einzelnen Unterbereiche als Sandzufuhrpositionen auf einem zweidimensionalen Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5), welches relativ zu einem Bezugspunkt (3b) auf dem Rahmen (3) definiert ist; Messen einer Höhe eines leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen; Bestimmen einer Sandmenge, die an den einzelnen Sandzufuhrpositionen zuzuführen ist, basierend auf der Höhe an den einzelnen Sandzufuhrpositionen; Bewirken, dass die Düsenverfahrvorrichtung (5) derart arbeitet, dass die Sandzufuhrdüse (4a) nacheinander an den einzelnen Sandzufuhrpositionen positioniert wird, und Zuführen der für jede der Sandzufuhrpositionen bestimmten Sandmenge von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3); Zuführen der bestimmten Sandmenge von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3) für jede der Sandzufuhrpositionen, gefolgt vom neuerlichen Messen der Höhe des leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen, Bestimmen der für eine Sandzufuhrposition zuzuführenden Sandmenge, wo die neu gemessene Höhe ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr ist, basierend auf der neu gemessenen Höhe und Bewirken, dass die Düsenverfahrvorrichtung (5) derart arbeitet, dass die Sandzufuhrdüse (4) nacheinander an den Sandzufuhrpositionen positioniert wird, wo die neu gemessene Höhe ein vorbestimmter Schwellenwert oder mehr ist, und Zuführen der basierend auf der neu gemessenen Höhe bestimmten Sandmenge von der Sandzufuhrdüse (4a) zum Inneren des Rahmens (3).
Sandgussformherstellungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die virtuell unterteilten mehreren Unterregionen basierend auf einem beliebigen Punkt an dem Rahmen (3) regelmäßig angeordnet werden und der beliebige Punkt mit dem Koordinatensystem der Düsenverfahrvorrichtung (5) verknüpft wird.
Sandgussformherstellungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend die Verwendung eines optischen 3D-Sensors (7), der oberhalb des Rahmens (3) angeordnet ist, beim Messen der Höhe des leeren Innenraums des Rahmens (3) an den einzelnen Sandzufuhrpositionen.
Sandgussformherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Düsenverfahrvorrichtung (5) ein Roboter ist.