DE112013000345T5

DE112013000345T5 - Verfahren für eine Gießsteuerung und Speichermedium zum Speichern von Programmen aufgrund derer ein Computer als Gießsteuerungseinrichtung arbeitet

Info

Publication number: DE112013000345T5
Application number: DE112013000345.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Sintokogio Ltd. Suzuki Makio; c/o National University Corp. Terashima Kazuhiko; c/o National University Corp. Ito Atsushi; c/o National University Corp. Noda Yoshiyuki
Original assignee: Sintokogio Ltd; Toyohashi University of Technology NUC
Current assignee: Sintokogio Ltd; Toyohashi University of Technology NUC
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US10639709B2; JP2013188760A; US20150000860A1; US9950364B2; CN104023878A; TWI636840B; US20180193907A1; TW201345629A; WO2013136682A1; CN104023878B; JP5896460B2

Abstract

[Zu lösendes Problem] Ein Gießsteuerungsverfahren zum Steuern einer automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne des Kipptyps ist vorgesehen. In dem Verfahren nähert sich eine Schnauze einer Gießpfanne einem Anguss einer Form, ohne an Gegenstände zu stoßen, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden. Mit dem Verfahren kann das aus der Pfanne fließende geschmolzene Metall auch die Form genau füllen. [Lösung] Das Gießsteuerungsverfahren umfasst die Schritte des Einstellens eines Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, des Erzeugens einer Spannung zur Eingabe in einen Motor, der die Pfanne kippt (im Folgenden „Kippmotor”), um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und anhand eines inversen Modells des Kippmotors zu erreichen, des Schätzens des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, des Schätzens der Fallposition und des Verwendens der geschätzten Fallposition als Zielposition, und des Erstellens einer Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form abnimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer automatischen Gießvorrichtung (im Folgenden „Gießsteuerung”) mit einer Pfanne des Kipptyps, die die mit geschmolzenem Metall gefüllte Kelle kippt, um dieses in eine Form zu gießen. Die Erfindung betrifft auch ein Speichermedium zum Speichern von Programmen, aufgrund derer ein Computer als Gießsteuerungseinrichtung arbeitet.
Hintergrund
Es wurden einige Verfahren zum Steuern einer automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne des Kipptyps vorgeschlagen. Eines davon steuert die Position, auf die aus einer Gießpfanne fließendes geschmolzenes Metall fällt (im Folgenden die „Fallposition”), indem eine Vorsteuerung (PTL 1) verwendet wird. Ein anderes verfügt über eine Feedback-Steuerung, so dass alle Unterschiede korrigiert werden können, die aufgrund einer Steuerung der Fallposition von geschmolzenem Metall auftreten, indem eine Vorsteuerung (PTL 2) verwendet wird. Ein weiteres steuert eine Bewegung der Form, so dass das aus einer Gießpfanne fließende geschmolzene Metall genau in die Form gegossen wird (PTL 3) usw.
Liste der Zitate
Patentliteratur
(PTL 1)

Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2008-272802

(PTL 2)

Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-224631

(PTL 3)

Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2012-16708

Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Problemstellung
Mit der in PTL 1 offenbarten Methode wird die Position, auf die aus einer Gießpfanne fließendes geschmolzenes Metall fällt, mittels einer Vorsteuerung gesteuert. Mit der in PTL 2 offenbarten Methode bewegt sich eine Gießpfanne, wenn sich die Fallposition von einer Zielposition unterscheidet, und selbst, wenn die Position von der in PTL 1 offengelegten Fallpositionssteuerung gesteuert wird, vorwärts oder rückwärts, um den Unterschied auszugleichen. Jedoch kommt bei den in PTL 1 und PTL 2 offenbarten Methoden eine Schnauze einer Gießpfanne vertikal nicht näher an einen Anguss einer Form. Das Gießen von geschmolzenem Metall wird somit möglicherweise von einer hohen Position aus durchgeführt. Daher kann die Temperatur des geschmolzenen Metalls abnehmen, da die Zeit des freien Falls des geschmolzenen Metalls, das aus der Gießpfanne fließt, lang sein kann. Auch kann das geschmolzene Metall verspritzt werden, wenn es mit dem Anguss der Form in Kontakt kommt, da die Geschwindigkeit des aus der Pfanne fließenden Metalls hoch sein kann, wenn es den Anguss erreicht. Eine Gießpfanne sollte in senkrechter Richtung bewegt werden, damit der Höhenabstand zwischen der Schnauze der Gießpfanne und dem Anguss der Form kleiner wird. Wird die Pfanne in senkrechter Richtung bewegt, kann sie an eine Form oder einen Sockel einer Vorrichtung stoßen, wie der Vorrichtung zum Gießen geschmolzenen Metalls. Auch werden für die Methode, die in PTL 3 offenbart ist, neue Ausrüstungsgegenstände benötigt, da eine Vorrichtung zum Bewegen der Form erforderlich ist. Auch wird nicht gewährleistet, dass die Pfanne nicht an Sockel stößt, die sich im Bereich der Form befinden.
Die Erfindung dieser Anmeldung soll ein Gießsteuerungsverfahren und ein Speichermedium zum Steuern einer automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne des Kipptyps bereitstellen. In dem Verfahren nähert sich eine Schnauze einer Gießpfanne einem Anguss einer Form, ohne an die Form oder Gegenstände zu stoßen, die sich in seinem Bewegungsbereich befinden. Mit dem Verfahren kann das aus der Pfanne fließende geschmolzene Metall auch die Form genau füllen.
Problemlösung
Die vorliegende Erfindung soll diese Ziele erreichen. Die Erfindung nach Anspruch 1 verwendet ein technisches Mittel, d. h. sie ist ein Gießsteuerungsverfahren für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps. Die Vorrichtung kann die Bewegungen der Pfanne in die Richtungen nach vorne, nach hinten, nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Einstellen eines Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Motor, der die Pfanne kippt (im Folgenden „Kippmotor”), um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und eines inversen Modells des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition und Verwenden der geschätzten Fallposition als Zielposition und Erstellen einer Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form abnimmt, und dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden, Steuern der Bewegung der Gießpfanne und Gießen des geschmolzenen Metalls in die Form, so dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene des Angusses der Form abnimmt, und so, dass die Gießpfanne nicht an den Gegenstand stößt, wenn das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird.
Mit der Erfindung nach Anspruch 1 kann das aus der Pfanne fließende geschmolzene Metall genau in den Anguss der Form gegossen werden, da die Fallposition des geschmolzenen Metalls gesteuert wird. Namentlich wird eine Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne erstellt, so dass die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich im Bereich ihrer Bewegungen befinden. Aufgrund der Bewegungsbahn wird die Bewegung der Gießpfanne so gesteuert, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form abnimmt, und so, dass das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird. Auf diese Weise kann die Zeit des freien Falls des geschmolzenen Metalls, das aus der Gießpfanne gegossen wird, im Vergleich zu der in einem herkömmlichen Gießsteuerungsverfahren verkürzt werden, in dem keine Schnauze einer Gießpfanne so gesteuert wird, dass sie sich einem Anguss einer Form nähert. Auch können Temperaturabnahmen des geschmolzenen Metalls eingeschränkt werden. Ferner kann die Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls verringert werden, wenn das Metall den Anguss erreicht, wodurch das Verspritzen von Metall eingeschränkt wird.
Die Erfindung nach Anspruch 2 verwendet ein technisches Mittel, das Schritte umfasst, die nach dem Schritt des Erstellens einer Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne im Verfahren nach Anspruch 1 ausgeführt werden. Namentlich wird die Bewegungsbahn aufgrund des Modus, in dem die Gießpfanne an den Gegenstand stößt (im Folgenden „Anstoßmodus”), wobei der Modus zuvor eingestellt wurde, und aufgrund der Bedingungen zum Ändern der Bewegung der Pfanne erstellt, wobei die Bedingungen aufgrund der Anstoßmodus entschieden werden.
Mit der Erfindung nach Anspruch 2 werden beim Erstellen der Bewegungsbahn der Bewegung die Form der Gießpfanne, das Verhältnis zwischen der Lage der Pfanne und der des Gegenstands, der sich im Bereich ihrer Bewegung befindet, usw. berücksichtigt, und dann kann die Bewegungsbahn anhand des Anstoßmodus, in dem die Gießpfanne an den Gegenstand stößt, wobei der Modus zuvor eingestellt wurde, und anhand der Bedingungen zum Ändern der Bewegung der Pfanne erstellt werden, wobei die Bedingungen auf dem Anstoßmodus beruhen.
Die Erfindung nach Anspruch 3 verwendet ein technisches Mittel, d. h. sie ist ein Gießsteuerungsverfahren für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps. Die Vorrichtung kann die Bewegung der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Einstellen eines Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells des geschmolzenen Metalls, das aus einer Gießpfanne fließt, und eines inversen Modells des Kippmotors, der die Pfanne kippt, zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition der geschmolzenen Metalls und Verwenden der Fallposition als Zielposition, Festlegen einer hypothetischen Achse an der Schnauze der Pfanne, Erstellen einer zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden, und die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form minimiert, Steuern der Bewegung der Gießpfanne, so dass die Pfanne nicht an den Gegenstand stößt, wenn das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird, und Gießen des geschmolzenen Metalls in die Form, indem die Pfanne um die an der Schnauze der Pfanne festgesetzte hypothetische Achse gedreht wird.
Mit der Erfindung nach Anspruch 1 kann das aus der Pfanne fließende geschmolzene Metall genau in den Anguss der Form gegossen werden, da die Fallposition des geschmolzenen Metalls gesteuert wird. Namentlich wird eine Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne erstellt, so dass die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich im Bereich ihrer Bewegung befinden, und die Höhe der Schnauze der Pfanne über der Ebene des Angusses der Form minimiert. Aufgrund der Bewegungsbahn wird die Bewegung der Gießpfanne so gesteuert, dass sich die Pfanne um eine hypothetische Achse dreht und das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird. Auf diese Weise kann die Zeit des freien Falls des geschmolzenen Metalls, das aus der Gießpfanne gegossen wird, verkürzt werden. Auch kann die Temperaturabnahme des geschmolzenen Metalls eingeschränkt werden. Ferner kann die Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls verringert werden, wenn das Metall den Anguss der Form erreicht, und ein Verspritzen von Metall kann eingeschränkt werden. Da die Höhe der Schnauze der Pfanne konstant ist, wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, kann das Gießen weniger von einer externen Störung beeinflusst werden. Auch kann die elektrische Leistung geringer sein, die zum Bewegen der Gießpfanne erforderlich ist.
Die Erfindung nach Anspruch 4 verwendet ein technisches Mittel, das Schritte umfasst, die nach dem Schritt des Erstellens einer zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne im Verfahren nach Anspruch 3 ausgeführt werden. Namentlich entscheidet in diesem Schritt die zweite Bewegungsbahn die Lage der Pfanne aufgrund des Anstoßmodus, wobei dieser Modus zuvor eingestellt wurde.
Mit der Erfindung nach Anspruch 4 werden beim Erstellen der zweiten Bewegungsbahn die Form der Gießpfanne, das Verhältnis zwischen der Lage der Pfanne und der des Gegenstands, der sich im Bereich ihrer Bewegung befindet, usw. berücksichtigt, und dann kann die Lage der Pfanne aufgrund des Anstoßmodus entschieden werden, wobei dieser Modus zuvor eingestellt wurde.
Die Erfindung nach Anspruch 5 verwendet ein technisches Mittel, d. h. sie ist ein Medium, das von einem Computer gelesen werden kann, in dem ein Programm gespeichert wird. Das Programm veranlasst den Computer, Gießsteuerungsprozesse für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps auszuführen.
Die Vorrichtung kann die Bewegung der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern. Die Prozesse umfassen das Einstellen eines Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und eines inversen Modells des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls und Verwenden der Fallposition als Zielposition, und Erstellen einer Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form abnimmt und dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden.
Die Erfindung nach Anspruch 6 verwendet ein technisches Mittel, d. h. sie ist ein Medium, das von einem Computer gelesen werden kann, in dem ein Programm gespeichert wird. Das Programm veranlasst den Computer, Gießsteuerungsprozesse für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps auszuführen. Die Vorrichtung kann die Bewegung der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern. Die Prozesse umfassen das Einstellen eines Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und anhand eines inversen Modell des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls, und Verwenden der Fallposition als Zielposition, Festlegen einer hypothetischen Achse an der Schnauze der Pfanne, und Erstellen einer zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden und die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form minimiert.
Mit den Erfindungen von Anspruch 5 und 6 wird das Gießsteuerungsverfahren der Erfindung dieser Anmeldung auf ein Programm zum Steuern des Gießens geschmolzenen Metalls angewendet, das den Computer dazu veranlassen kann, das Verfahren auszuführen, und es wird auch auf ein Speichermedium angewendet, das von einem Computer gelesen werden kann und in dem das Programm gespeichert wurde.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne des Kipptyps.
2 ein Blockdiagramm eines Steuersystems zum Gießen geschmolzenen Metalls.
3 einen schematischen Querschnitt einer Gießpfanne.
4 eine schematische perspektivische Ansicht, die das Ende einer Schnauze einer Gießpfanne zeigt.
5 einen schematischen Querschnitt, der die Bedingungen zeigt, wenn geschmolzenes Metall in eine Führung der Schnauze fließt.
6 eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zum Gießen geschmolzenen Metalls zeigt.
7 eine schematische Ansicht eines Anstoßmodus, in dem eine Gießpfanne an einen Gegenstand innerhalb des Bereiches ihrer Bewegung stößt.
8 ein schematisches Diagramm, das einen Zielfluss zeigt, der gegeben sein sollte, wenn ein Experiment ausgeführt wird, um eine Bewegungsbahn für eine Gießpfanne zu ermitteln.
9 ein schematisches Diagramm, das die Bewegungsbahnen einer Bewegung einer Gießpfanne als Ergebnis eines Experiments unter Verwendung herkömmlicher Verfahren zeigt.
10 ein schematisches Diagramm, das mehrere mögliche Bewegungsbahnen einer Gießpfanne als Ergebnis eines Experiments unter Verwendung des Gießsteuerungsverfahren der Erfindung dieser Anmeldung zeigt.
11 ein schematisches Diagramm, das Bewegungsbahnen des Endes einer Schnauze einer Gießpfanne und deren Unterseite nach der Erfindung dieser Anmeldung im Vergleich zu einer herkömmlichen zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nun wird anhand der Zeichnungen das Gießsteuerungsverfahren der Erfindung dieser Anmeldung erörtert.
1 zeigt ein Beispiel einer automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne des Kipptyps, auf die das Gießsteuerungsverfahren der Erfindung dieser Anmeldung angewendet wird. Die automatische Gießvorrichtung mit einer Pfanne 1 des Kipptyps umfasst eine Gießpfanne 10 und Servomotoren 11, 12 und 13. Die Gießpfanne 10 enthält geschmolzenes Metall. Einer der Servomotoren ist ein Servomotor 11, der die Pfanne 10 kippt und auch um eine Achse 6 dreht. Ein anderer Servomotor 12 bewegt die Pfanne 10 nach hinten und vorne. Der dritte Servomotor 13 bewegt die Pfanne 10 nach oben und unten.
Da jeder der Servomotoren 11, 12 und 13 Drehgeber aufweist, kann die Position und der Kippwinkel der Gießpfanne 10 bestimmt werden. Die Servomotoren 11, 12 und 13 sind so konfiguriert, dass sie ein Befehlssignal von einem Computer empfangen. Der „Computer” kennzeichnet in dieser Offenbarung eine Bewegungssteuerung, wie einen PC, einen Mikrocomputer, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und einen digitalen Signalprozessor (DSP).
Die automatische Gießvorrichtung 1 kann die Servomotoren 11, 12 und 13 in der oben beschriebenen Bauweise steuern, und bewirken, dass sich die Gießpfanne 10 auf einer zuvor bestimmten Bewegungsbahn bewegt. Dann kann sie das geschmolzene Metall von einer Schnauze 10a abgeben und durch einen Anguss 20a der Form 20 in eine Form 20 gießen.
In der automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne 1 des Kipptyps wird ein Positionssteuerungssystem für die Gießpfanne verwendet. Das Steuerungssystem kann die Vorrichtung so steuern, dass die Gießpfanne 10 nicht an die Form 20 oder andere Gegenstände innerhalb des Bereichs der Bewegung der Pfanne 10 stößt, wie den Sockel 14 der automatischen Gießvorrichtung 1, und so, dass sich die Schnauze 10a der Pfanne 10 dem Anguss 20a der Form 20 nähert, und das geschmolzene Metall genau in den Anguss 20a gießt. Unten ist ein mathematisches Modell gezeigt, das einen Prozess umfasst, der damit beginnt, dass ein Steuerbefehlssignal an den Servomotor gesendet wird, um eine Fallposition in horizontaler Richtung des geschmolzenen Metalls zu bestimmen, das aus einer Gießpfanne 10 fließt.
Der in 2 gezeigte Pf ist ein Prozess des Gießens des geschmolzenen Metalls, das aus der Gießpfanne 10 fließt, indem es die Pfanne zum Kippen veranlasst.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt der Gießpfanne 10 wenn das geschmolzene Metall gegossen wird. Wenn der Kippwinkel der Gießpfanne 10 θ [Grad] ist, wenn das Volumen des Teils des geschmolzenen Metalls des Teils, der tiefer als die Schnauze 10a der Gießpfanne 10 liegt, V_s (θ) [m3] ist, wenn die Fläche der horizontalen Ebene, die vom Metall in der Schnauze 10a gebildet wird, A (θ) [m3] ist, wenn das Volumen des Teils des geschmolzenen Metalls des Teils, der über der Schnauze 10a liegt, V_r [m3] ist, wenn die Höhe des geschmolzenen Metalls über der Schnauze 10a h [m] ist und wenn der Durchfluss des geschmolzenen Metalls, das aus der Gießpfanne 10 fließt, q [m3/s] ist, dann wird das Materialgleichgewicht bei Δt [s] nach der Zeit t [s], wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, durch die folgende Gleichung (1) dargestellt.
[Math. 1]

V_r(t) + V_s(θ(t)) = V_r(t + Δt) + V_s(θ(t + Δt)) + q(t)Δt (1)

Wird die Gleichung (1) neu angeordnet, um das Volumen des geschmolzenen Metalls Vr [m3] zu berechnen, und wenn Δt –> 0, erhält man Gleichung (2). [Math. 2]
Die Winkelgeschwindigkeit ω [Grad/s] der Gießpfanne 10 wird als Gleichung (3) dargestellt.
[Math. 3]

ω(t) = dθ(t) / dt (3)

Ersetzt Gleichung (3) die Gleichung (2), erhält man Gleichung (4). [Math. 4]
Das Volumen V_r [m3] des geschmolzenen Metalls des Teils, der sich über der Schnauze befindet, wird als Gleichung (5) dargestellt.
[Math. 5]

V_r(t) = ∫ h(t) / 0A_s(θ(t), h_s)dh_s (5)

Das Symbol A_s [m2] kennzeichnet die horizontale Fläche des geschmolzenen Metalls auf der Höhe h_s [m] über der horizontalen Ebene der Schnauze.
Wird die Fläche A_s [m2] in die Fläche A [m2] und den zusätzlichen Wert der Fläche ΔA_s [m2] geteilt, wird das Volumen des geschmolzenen Metalls V_r [m3] durch die folgende Gleichung (6) dargestellt.
[Math. 6]

V_r(t) = ∫ h(t) / 0(A(θ(t)) + ΔA_s(θ(t), h_s))dh_s = A(θ(t))h(t) + ∫ h(t) / 0ΔA_s(θ(t), h_s)dh_s (6)

Für gewöhnlich verwendete Gießpfannen ist der zusätzliche Wert der Fläche ΔA_s [m2] im Vergleich zur Fläche A [m2] der horizontalen Ebene der Schnauze sehr klein. Daraus ergibt sich die folgende Gleichung (7).
[Math. 7]

A(θ(t))h(t) >> ∫ h(t) / 0ΔAs(θ(t), h_s)dh_s (7)

Entsprechend kann Gleichung (6) durch Gleichung (8) dargestellt werden.
[Math. 8]

V_r(t) ≈ A(θ(t))h(t) (8)

Daher ergibt sich Gleichung (9) aus Gleichung (8). [Math. 9]
Gleichung (10) ergibt sich aus Gleichung (9). [Math. 10]
Unter Verwendung des Satzes von Bernoulli wird der Durchfluss des geschmolzenen Metalls q [m3/s] durch die Gleichung (11) in der Höhe h [m] des geschmolzenen Metalls über der Schnauze 10a dargestellt. [Math. 11]
Das Symbol h_b [m] kennzeichnet die Tiefe des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne von seiner Oberfläche wie in 4. L_f [m] ist die Breite der Schnauze, g [m/s²] ist die Gravitationsbeschleunigung und c ist der Durchflusskoeffizient.
Von den Angaben oben wird der Prozess Pf des Gießens von geschmolzenem Metall durch die Gleichungen (10) und (11) dargestellt.
Das in 2 gezeigte Symbol P_m kennzeichnet die dynamischen Eigenschaften eines Servomotors, der eine Gießpfanne 10 kippt, und diese werden durch die folgenden Gleichungen beschrieben.
[Math. 12]

T dω(t) / dt + ω(t) = Ku(t) (12)

[Math. 13]

dθ(t) / dt = ω(t) (13)

Das Symbol ω [Grad/s] ist eine Winkelgeschwindigkeit des Kippens, u [V] ist eine Eingangsspannung, T [s] ist eine Zeitkonstante und K [Grad/s/V] ist eine Verstärkungskonstante.
Nun wird ein Verfahren zum Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls beim Gießen erörtert.
In einem Modell eines Ausflussprozesses von geschmolzenem Metall, kann die Länge des Tropfen geschmolzenen Metalls in horizontaler Richtung S_v [m] durch das Produkt einer Ausflussgeschwindigkeit v_f [m/s] multipliziert mit der Fallzeit T_f [s] ermittelt werden, und die Länge kann durch eine Gleichung dargestellt werden, die v_f [m/s] und eine Höhe S_w [m] verwendet, wobei die Höhe die Position ist, die das geschmolzene Metall erreicht. Die Ausflussgeschwindigkeit v_f [m/s] wird durch einen primären Ausdruck dargestellt, der die Wirkung ihrer Kontraktion berücksichtigt, wobei das Ergebnis verwendet wird, das durch Dividieren des Durchflusses q [m³/s] eines geschmolzenen Metalls durch eine Querschnittsfläche A_p [m2] des geschmolzenen Metalls an der Schnauze 10a ermittelt wird. [Math. 14]
[Math. 15]
[Math. 16]

ν_f(t) = νcosθ_α (16)

[Math. 17]
[Math. 18]
Das Symbol v_f0 [m/s] kennzeichnet den Durchfluss des geschmolzenen Metalls, wenn es wie in 5 in die Führung der Schnauze 10b fließt. Die Symbole α₀ und α₁ sind Koeffizienten der Effekte, wenn das geschmolzene Metall aus der Gießpfanne 10 fließt, d. h. dass seine Querschnittfläche zusammengezogen und sein Durchfluss an der Schnauze durch die Gravitationswirkung erhöht wird.
Das Symbol θ_a [Grad] in den Gleichungen (15)–(18) kennzeichnet den Kippwinkel der Schnauze 10a an deren Ende zur horizontalen Ebene. Es wird angenommen, dass der Kippwinkel des Endes der Schnauze 10a ψ [Grad] ist, wobei die Gießpfanne senkrecht ist. Wenn der Kippwinkel der Gießpfanne θ [Grad] ist, wird der Winkel durch die folgende Gleichung dargestellt.
[Math. 19]

θ_α(t) = θ(t) + ϕ (19)

L_g [m] ist die Länge der Führung der Schnauze 10b, v [m/s] ist die Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls, wenn es aus der Führung 10b fließt, v_f [m/s] ist die horizontale Komponente der Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls, wenn es aus der Führung 10b fließt, und T_f [s] ist die Zeit des freien Falls des geschmolzenen Metalls, das aus der Führung 10b fließt. Wie in 6 ist S_w [m] die vertikale Länge zwischen der Schnauze 10a und dem Anguss 20a der Form 20 und S_v [m] ist die horizontale Länge zwischen der Schnauze 10a und dem Anguss 20a. Durch das Definieren der vertikalen Länge zwischen der Schnauze 10a und der oberen Oberfläche des Angusses 20a als S_w [m] kann die Position in horizontaler Richtung, auf die das geschmolzene Metall fällt S_v [m], festgestellt werden.
Anhand dieses mathematischen Modells wird ein Steuerungssystem aufgebaut, wobei das Steuerungssystem die Position schätzt, auf die das geschmolzene Metall fällt, und die Position steuert. Durch Verwendung der Gleichung (11) kann die Höhe h_ref [m] des geschmolzenen Metalls über der Schnauze anhand der folgenden Gleichung ermittelt werden. Von dieser Höhe h_ref [m] wird ein Zieldurchfluss q_ref [m3/s] geschmolzenen Metalls, das gegossen wird, erreicht.
[Math. 20]

h_ref(t) = f^–1(q_ref(t)) (20)

Wird die Gleichung (4) durch die Gleichungen (9) und (20) ersetzt und neu geordnet, wird die Kippwinkelgeschwindigkeit ω_ref [Grad/s] der Gießpfanne durch die folgende Gleichung dargestellt, und ein inverses Modell des Prozesses des Gießens geschmolzenen Metalls wird ermittelt. Durch Verwenden dieser Winkelgeschwindigkeit ω_ref [Grad/s] wird die Höhe h_ref [m] des geschmolzenen Metalls über der Schnauze erreicht. [Math. 21]
Die Eingangsspannung u [V], die in einen Servomotor einzugeben ist, wird vom inversen Modell P_m ^–1 der dynamischen Eigenschaften eines Servomotors abgeleitet, der die Gießpfanne 10 kippt. Die Spannung veranlasst, dass der Servomotor den Fluss des geschmolzenen Metalls, das gegossen wird, den Zieldurchfluss q_ref [m³/s] erreichen lässt. Das Modell P_m ^–1 wird aus Gleichung (12) abgeleitet, wie in der folgenden Gleichung. [Math. 22]
Durch aufeinanderfolgende Berechnungen der Lösungen der Gleichungen (20)–(22), kann die Eingangsspannung berechnet werden, die bewirkt, dass der Servomotor den Fluss den Zieldurchfluss q_ref [m³/s] erreichen lässt.
Nun wird der Block zum Erstellen einer Bewegungsbahn für die Bewegung einer Gießpfanne erörtert. In diesem Block D_yz wird die Position, auf die das geschmolzene Metall fällt, geschätzt und die Position wird als Zielposition festgelegt. Die Bewegungsbahn bewirkt, dass sich die Schnauze 10a der Pfanne 10 dem Anguss 20a der Form 20 nähert, und das geschmolzene Metall wird genau in den Anguss der Form gegossen, ohne dass die Gießpfanne 10 an die Form 20 oder einen Sockel 14 oder andere Gegenstände stößt. In dieser Ausführungsform wird ein Fall erörtert, in dem eine kastenförmige Gießpfanne verwendet wird.
Ein Vorsteuerungssystem, das ein inverses Modell des Durchflusses P_f ^–1P_m ^–1 verwendet, um den Durchfluss des zu gießenden geschmolzenen Metalls zu steuern, bewirkt, dass der tatsächliche Fluss geschmolzenen Metalls einem Muster eines Zielflusses folgt. So bewirkt es, dass der tatsächliche Fluss dem Zieldurchfluss q_ref [m3/s] des geschmolzenen Metalls entspricht. Die Position, auf die das geschmolzene Metall fällt (die „Fallposition”), kann geschätzt werden, indem der Zieldurchfluss q_ref [m3/s] und der Durchfluss des geschmolzenen Metalls verwendet wird, der im Block zum Schätzen des Durchflusses E_f geschätzt wird. Dann wird eine Steuerung für die Fallposition durchgeführt, indem die Gießpfanne 10 an die Stelle bewegt wird, von der die geschätzte Fallposition die Zielposition sein wird, wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, d. h. die Position genau am Anguss 20a der Form 20.
Die relative Fallposition S_v [m] ist die horizontale Entfernung zwischen der Position, auf die das geschmolzene Metall fällt, und dem Ende der Schnauze 10a. Die absolute Fallposition S_y [m] ist die horizontale Entfernung zwischen der Position, auf die das geschmolzene Metall fällt, und dem Ursprung eines Koordinatensystems. Der Ursprung ist die Mitte des Angusses 20a auf der Oberfläche einer Form 20.
Die Positionen von Gegenständen werden in 7 gezeigt, wobei sich die Gegenstände innerhalb des Bereichs der Bewegung einer Gießpfanne 10 befinden. Sie könnten von der Pfanne 10 angestoßen werden, wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, d. h. in diesem Fall sind sie eine Form 20 und eine Sockel 14. Wenn eine Bewegungsbahn der Bewegung einer Gießpfanne 10 bestimmt wird, wird der Ursprungspunkt der X-Y-Koordinaten als die Mitte des Angusses 20a auf der Oberfläche einer Form 20 definiert. Die Symbole y_f und z_f [m] bezeichnen die Koordinaten des Endes einer Schnauze, und y_b und z_b [m] bezeichnen die Koordinaten des Endes p der Unterseite einer Gießpfanne. Das Symbole L_s [m] bezeichnet die Länge der lateralen Seite 10c des Vorderteils der Gießpfanne, und y [Grad] bezeichnet den Winkel der Neigung der Schnauzenseite der Gießpfanne bezüglich einer senkrechten Linie. Das Symbol d_m [m] bezeichnet die Länge vom Ende p zur Mitte eines Angusses 20a einer Form. Das Symbol d_f [m] bezeichnet die Länge des Tropfens geschmolzenen Metalls auf der Y-Achse. Das Symbol d_p [m] bezeichnet die Länge zwischen dem hervorstehenden Punkt des Endes der Schnauze 10a auf der Y-Achse und dem hervorstehenden Punkt des Endes p auf einer X-Achse. Das Symbol d_h [m] bezeichnet den Unterschied zwischen der Höhe der oberen Oberfläche einer Form 20 und der eines Sockels 14.
Bezüglich der Veränderungen der Position der Gießpfanne 10 beim Erreichen der Form 20 oder des Sockels 14 können die Ansatzweisen wie in 7 in die drei folgenden Modi unterteilt werden. Modus 1 ist die Weise, auf die das untere vordere Ende p der Gießpfanne 10 die nächste Position über der oberen Oberfläche der Form 20 erreicht. Modus 2 ist die Weise, auf die die laterale vordere Seite 10c der Gießpfanne 10 die nächste Position zum Ende der Form 20 erreicht. Modus 3 ist die Weise, auf die das untere vordere Ende p der Gießpfanne 10 die nächste Position über der oberen Oberfläche des Sockels 14 erreicht. In dieser Ausführungsform ist ein Bereich, in den nicht eingedrungen werden darf, durch die Flächen unter der zuvor festgelegten Höhe ε über den oberen Oberflächen definiert. Die Gießpfanne 10 wird so gesteuert, dass sie nicht in den Bereich eindringt.
Jeder Modus folgt den folgenden Bedingungen, die anhand der relativen Positionen der Gießpfanne 10, der Form 20 und des Sockels 14 usw. bestimmt werden. Die Bewegung der Gießpfanne 10 ändert sich entsprechend jedem Modus und die Position [y_f, z_f] der Gießpfanne wird so berechnet, dass die Pfanne nicht an die Form 20 oder den Sockel 14 oder andere Gegenstände stößt, und so, dass das geschmolzene Metall genau in den Anguss der Form gegossen wird. Die Kennzahlen 1–3 entsprechen jeweils den Modi 1–3. Die Bedingungen in der Gleichung (23) sind die, unter denen eine kastenförmige Gießpfanne verwendet wird. Diese werden entsprechen der Form des vorderen lateralen Teils der Gießpfanne eingestellt. [Math. 23]
Die Symbole d_f und d_p werden folgendermaßen dargestellt.
[Math. 24]

d_f = S_ν(θ, ν, L_scos(γ + θ) + ε) (24)

[Math. 25]

d_p = L_ssin(γ + θ) (25)

Die Position der Gießpfanne in jedem Modus wird folgendermaßen abgeleitet.
<Modus 1>
Im Modus 1 wird eine Gießpfanne so bewegt, dass die Entfernung ε zwischen ihrem Ende P und der oberen Oberfläche einer Form 20 konstant gehalten wird. Die Position Z in senkrechter Richtung und die Position Y in den Richtungen nach hinten und vorne der Gießpfanne werden folgendermaßen ermittelt.
[Math. 26]

Z_f1 = L_scos(θ + γ) + ε (26)

[Math. 27]

y_f1 = S_ν(θ, ν, z_f1) (27)

<Modus 2>
Im Modus 2 wird eine Gießpfanne so bewegt, dass sich die Höhe ihres Endes P entsprechend ihres Kippens kontinuierlich ändert. Namentlich wird, wenn die Position des Endes P tiefer als der Ursprung des Koordinatensystems liegt, die Pfanne so bewegt, dass das Ende der Schnauze 10a tiefer gehalten wird. Die Position der Gießpfanne in senkrechter Richtung kann ermittelt werden, indem die folgende Gleichung für z_f berechnet wird.
[Math. 28]

S_ν(θ, ν, z_f) + z_ftan(θ + γ) = d_m (28)

Die numerische Lösung der Gleichung (28) kann ermittelt werden, indem ein Verfahren zum Ermitteln einer numerischen Lösung verwendet wird, beispielsweise das Newton-Raphson-Verfahren. In gewissen Fällen, in denen die Gießpfanne eine bestimmte Form aufweist, kann eine analytische Lösung ermittelt werden. Hier wird ein Prozess erörtert, mit dem die senkrechte Position der Gießpfanne anhand des Newton-Raphson-Verfahrens abgeleitet wird. Wenn die Gleichung (28) durch die Gleichungen (17)–(19) ersetzt wird, erhält man die folgende Gleichung. [Math. 29]
Wenn die Gleichung (29) nach z_f abgeleitet wird, sieht sie folgendermaßen aus. [Math. 30]
Daher wird z_fn durch das wiederholte Verwenden der folgenden Gleichung ermittelt. [Math. 31]
Die senkrechte Position der Gießpfanne wird als Anfangswert z_f0 für die wiederholte Verwendung der Gleichung (31) verwendet. Die senkrechte Position, so wie der Anfangswert, wurde dadurch ermittelt, dass die Gleichung (31) bezüglich des Werts gelöst wurde, der vor einem Abtastzeitraum ermittelt wurde. Die berechnete senkrechte Position der Pfanne wird der folgenden Gleichung als senkrechte Position der Pfanne z_f2 zugeordnet, und dann wird die Position Y in den Richtungen der Gießpfanne nach hinten und vorne ermittelt.
[Math. 32]

y_f2 = S_ν(θ, ν, z_f2) (32)

<Modus 3>
Im Modus 3 wird eine Gießpfanne so bewegt, dass die Entfernung ε zwischen ihrem Ende P und der oberen Oberfläche eines Sockels 14 konstant gehalten wird. Die Position der Gießpfanne in senkrechter Richtung wird ermittelt, indem das Ergebnis in Modus 2 folgendermaßen verwendet wird.
[Math. 33]

z_f3 = L_scos(θ + α) + ε – d_h (33)

Die Position y_f3 der Gießpfanne in den Richtungen nach hinten und vorne kann ermittelt werden, indem die senkrechte Position der Pfanne z_f3 in die folgende Gleichung eingebracht wird.
[Math. 34]

y_f3 = S_ν(θ, ν, z_f3) (34)

Das y_f und z_f die durch die Gleichungen (23)–(34) ermittelt werden, werden jeweils in y_ref und z_ref geändert und in das System G_y zum Bewegen der Gießpfanne in die Richtungen nach hinten und vorne eingegeben, und in des Steuerungssystem Gz zum Bewegen der Gießpfanne in senkrechter Richtung. Auf diese Weise wird ein Verfahren ausgeführt, wobei durch das Verfahren veranlasst wird, dass sich die Schnauze 10a der Pfanne 10 dem Anguss 20a der Form 20 nähert und das geschmolzene Metall genau in den Anguss der Form gegossen wird, ohne dass die Gießpfanne 10 an die Form 20 oder einen Sockel 14 oder andere Gegenstände stößt.
Das Gießsteuerungsverfahren der Erfindung dieser Anmeldung wird auf ein Programm zum Steuern des Gießens geschmolzenen Metalls angewendet, das den Computer dazu veranlassen kann, das Verfahren auszuführen. Das Verfahren wird auch auf ein Speichermedium angewendet, das von einem Computer gelesen werden kann, und in dem das Programm gespeichert wird. Namentlich veranlasst das Programm den Computer, Gießsteuerungsprozesse für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps auszuführen. Die Vorrichtung kann die Bewegung der Pfanne in die Richtungen nach hinten, nach vorne, nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern. Die Prozesse umfassen das Einstellen eines Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und anhand eines inversen Modells des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls und Verwenden der Fallposition als Zielposition, und Erstellen einer Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form abnimmt und dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden.
(Beispiele für Modifikation)
Zusätzlich zu einer Vorsteuerung kann eine Feedback-Steuerung einen Fehler der Fallposition des geschmolzenen Metalls korrigieren und die Position genau steuern. Beispielsweise wird eine Videokamera neben einer Seite der automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne des Kipptyps 1 angebracht. Die Fallposition des geschmolzenen Metalls, das aus der Schnauze 10a einer Gießpfanne 10 fließt, wird von der Kamera festgestellt. Eine Zielposition wird in einem Koordinatensystem um die Kamera definiert. Der Unterschied zwischen der Zielposition und der Fallposition wird festgestellt. Am Block zum Erstellen einer Bewegungsbahn für die Bewegung einer Gießpfanne D_yz, wird eine Feedback-Steuerung ausgeführt, um den Unterschied zu beseitigen. Dann wird Gießpfanne 10 bewegt. Mit dieser Steuerung kann die Fallposition genau gesteuert werden, selbst wenn die Schätzung der Fallposition einen Fehler aufweist, da der Fehler von der Feedback-Steuerung minimiert wird.
Wirkungen der ersten Ausführungsform
Mit dem Gießsteuerungsverfahren der Erfindung dieser Anmeldung kann das aus der Pfanne 10 fließende geschmolzene Metall genau in den Anguss 20a einer Form gegossen werden, da die Fallposition des geschmolzenen Metalls gesteuert wird. Namentlich wird eine Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne erstellt, so dass die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich im Bereich ihrer Bewegung befinden, und so dass die Höhe der Schnauze 10a der Gießpfanne 10 über der Ebene des Angusses 20a der Form abnimmt. Aufgrund der Bewegungsbahn wird die Bewegung der Gießpfanne gesteuert, und das geschmolzene Metall in die Form 20 gegossen. Auf diese Weise kann die Zeit des freien Falls des geschmolzenen Metalls, das aus der Gießpfanne 10 gegossen wird, im Vergleich zu der eines herkömmlichen Gießsteuerungsverfahrens, in dem keine Schnauze 10a einer Gießpfanne 10 so gesteuert wird, dass sie sich einem Anguss 20a einer Form nähert, verkürzt werden. Auch können Temperaturabnahmen des geschmolzenen Metalls eingeschränkt werden. Ferner kann die Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls verringert werden, wenn das Metall die Form 20 erreicht, wodurch das Verspritzen von Metall eingeschränkt wird.
Die Erfindung dieser Anmeldung kann auch auf ein Programm zum Steuern des Gießens geschmolzenen Metalls angewendet werden, wobei dieses Programm den Computer dazu veranlassen kann, das Verfahren auszuführen. Das Verfahren kann auch auf ein Speichermedium angewendet werden, das von einem Computer gelesen werden kann, und in dem das Programm gespeichert wird.
Zweite Ausführungsform
Von der ersten Ausführungsform wird die Bewegung der Gießpfanne 10 so gesteuert, dass die Höhe der Schnauze 10a über der Ebene des Angusses 20a der Form abnimmt. Von der zweiten Ausführungsform wird eine Bewegungsbahn aufgrund des Anstoßmodus erstellt, wobei dieser Modus zwischen der der Gießpfanne 10 und dem Gegenstand liegt, der sich im Bereich der Bewegung der Pfanne 10 befindet und zuvor eingestellt wurde. Die Bewegungsbahn wird so erstellt, dass die Höhe der Schnauze 10a der Gießpfanne 10 über der Ebene des Angusses 20a der Form minimiert ist. Wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, wird die Gießpfanne 10 so bewegt, dass sie um eine an der Schnauze 10 festgelegte hypothetische Achse gekippt wird, ohne dass ihre Höhe geändert wird.
Von der ersten Ausführungsform wird eine Bewegungsbahn der Bewegung einer Gießpfanne 10 erstellt, so dass die Höhe der Schnauze 10a der Gießpfanne 10 unter der dynamischen Bedingung, unter der die Höhe der Schnauze 10a beim Gießen von geschmolzenem Metall verändert wird, minimiert ist. Von der zweiten Ausführungsform werden unter statischen Bedingungen eine Höhe der Gießpfanne 10, die nicht verursacht, dass die Pfanne 10 an einen Gegenstand in seiner Umgebung stößt, und eine Bewegungsbahn der Bewegung der Gießpfanne 10 bestimmt. Dann wird eine Anfangsposition bestimmt, von der geschmolzenes Material gegossen wird.
Die Schritte zum Bestimmen einer Anfangsposition einer Gießpfanne 10, von der die Schnauze 10a der Gießpfanne 10 sich dem Anguss 20a der Form zu nähern beginnt, sind folgendermaßen. Zuerst werden die Eingangsspannung u [V] zu einem Servomotor und der Winkel θ [Grad] des Kippens der Gießpfanne für einen Zieldurchfluss q_ref des zu gießenden geschmolzenen Metalls unter Verwendung der Formeln (20)–(22) bestimmt. Durch Zuordnen der bestimmten Eingangsspannung u [V] und des Kippwinkels θ [Grad] zu den Gleichungen (10)–(18) wird eine relative Fallposition S_v [m] entschieden, die die horizontale Entfernung zwischen der Position und dem Ende der Schnauze 10a ist. Dann wird ein Moduswert M_o (S_v) der relativen Fallposition S_v [m] ermittelt. Durch das Zuordnen dieser Werte zu den Elementen der Bewegungsbahn der Bewegung der Gießpfanne, wobei diese Elemente in den Gleichungen (23)–(34) gezeigt werden, wird die Anfangsposition der Gießpfanne zu Beginn des Gießens von geschmolzenem Metall abgeleitet (entsprechend dem Schritt zum Erstellen einer zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne in Anspruch 3). Wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, wird die Gießpfanne 10 gekippt indem die Pfanne um die am Ende der Schnauze 10a festgelegte hypothetische Achse gedreht wird. Somit besteht, da die Pfanne 10 von der Form 20 und dem Sockel 14 im Vergleich zur Anfangsposition der Pfanne zurückgezogen wird, keine Möglichkeit, dass an eine der beiden gestoßen wird. Entsprechend kann durch Verwendung einer einfachen Steuerung die Schnauze 10a der Gießpfanne 10 dem Anguss 20a der Form 20 genähert werden, ohne an die Form 20 oder den Sockel 14 zu stoßen. Da die Höhe der Schnauze 10a der Pfanne konstant ist, wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, kann das Gießen auch weniger von einer externen Störung beeinflusst werden. Auch kann die elektrische Leistung geringer sein, die zum Bewegen der Gießpfanne erforderlich ist. Wird den Elementen der Bewegungsbahn der Bewegung der Gießpfanne kein Moduswert M_o (S_v) der relativen Fallposition S_v [m] sondern ein Mittelwert oder ein Durchschnittswert der Position S_v [m] zugeordnet, wird die Position der Gießpfanne zu Beginn des Gießens des geschmolzenen Metalls abgeleitet.
Die Erfindung dieser Anmeldung kann auch auf ein Programm zum Steuern des Gießens geschmolzenen Metalls angewendet werden, das den Computer dazu veranlassen kann, das Verfahren auszuführen. Das Verfahren wird auch auf ein Speichermedium angewendet, das von einem Computer gelesen werden kann, und in dem das Programm gespeichert wird. Namentlich veranlasst das Programm den Computer, Gießsteuerungsprozesse für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps auszuführen. Die Vorrichtung kann die Bewegung der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern. Die Prozesse umfassen das Einstellen eines Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und anhand eines inversen Modell des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls, und Verwenden der Fallposition als Zielposition, Festlegen einer hypothetischen Achse an der Schnauze der Pfanne, und Erstellen einer zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden und die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form minimiert.
Wirkungen der zweiten Ausführungsform
Mit dem Gießsteuerungsverfahren dieser Ausführungsform kann das aus der Gießpfanne 10 fließende geschmolzene Metall genau in den Anguss 20a der Form gegossen werden, da die Fallposition des geschmolzenen Metalls gesteuert wird. Auch wird eine Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne 10 erstellt, so dass die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne 10 nicht an Gegenstände stößt, die sich im Bereich ihrer Bewegung befinden, und die Höhe der Schnauze 10a der Gießpfanne 10 über der Ebene des Angusses 20a der Form minimiert. Aufgrund der Bewegungsbahn wird die Bewegung der Gießpfanne 10 so gesteuert, dass sich die Gießpfanne um eine hypothetische Achse dreht, die an der Schnauze 10a der Pfanne festgelegt ist, und das geschmolzene Metall in die Form 20 gegossen wird. Auf diese Weise kann die Zeit des freien Falls des geschmolzenen Metalls, das aus der Gießpfanne 10 gegossen wird, im Vergleich zu der eines herkömmlichen Gießsteuerungsverfahrens, in dem keine Schnauze 10a einer Gießpfanne 10 so gesteuert wird, dass sie sich einem Anguss 20a einer Form nähert, verkürzt werden. Auch können Temperaturabnahmen des geschmolzenen Metalls eingeschränkt werden. Ferner kann die Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls verringert werden, wenn das Metall den Anguss der Form 20 erreicht, und ein Verspritzen von Metall kann eingeschränkt werden. Da die Höhe der Schnauze 10a der Pfanne konstant ist, wenn das geschmolzene Metall gegossen wird, kann das Gießen weniger von einer externen Störung beeinflusst werden. Auch kann die elektrische Leistung geringer sein, die zum Bewegen der Gießpfanne 10 erforderlich ist.
Die Erfindung dieser Anmeldung kann auch auf ein Programm zum Steuern des Gießens geschmolzenen Metalls angewendet werden, das den Computer dazu veranlassen kann, das Verfahren auszuführen. Das Verfahren kann auch auf ein Speichermedium angewendet werden, das von einem Computer gelesen werden kann, und in dem das Programm gespeichert wird.
Beispiel
Um die Verfügbarkeit der Erfindung dieser Anmeldung zu klären, wurde die Bewegungsbahn der vorliegenden Erfindung mit einer Bewegungsbahn verglichen, die durch ein herkömmliches Verfahren erstellt wurde. In diesem Verfahren wurde keine Schnauze einer Gießpfanne so gesteuert wird, dass sie sich einem Anguss einer Form näherte. Bezüglich der Anfangsbedingungen war der ursprüngliche Kippwinkel θ₀ = 20 [Grad] und der anfängliche Abstand zwischen der Mitte des Angusses der Form und dessen Seite war d_m = 0,25 [m]. Auch war der Zieldurchfluss durch die Form der Glocke in 8 gegeben, und der in einem Teil mit einem konstanten Wert war maximal (q_ref) = 3,5 × 10^–4 [m3/s].
9 zeigt eine Bewegungsbahn einer Bewegung einer Gießpfanne als Ergebnis der Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens. 10 zeigt eine Bewegungsbahn einer Gießpfanne als Ergebnis der Verwendung des Gießsteuerungsverfahrens der Erfindung dieser Anmeldung. 11 zeigt Bewegungsbahnen des Endes einer Schnauze einer Gießpfanne und deren Unterseite nach der Erfindung dieser Anmeldung im Vergleich zu einer herkömmlichen. Beim Betrachten der Bewegungsbahnen des Endes der Schnauze unter Verwendung des Gießsteuerungsverfahrens der Erfindung dieser Anmeldung wurde festgestellt dass die Höhe der Schnauze entsprechend jeder Position während der Bewegung niedriger als die der herkömmlichen lag. Im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren wurde durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Position, von der das geschmolzene Metall gegossen wurde, erreicht, die 150 [mm] tiefer als die lag, die durch das herkömmliche Verfahren erzielt wurde. Beim Betrachten der Bewegungsbahnen für die Bewegung der Unterseite der Gießpfanne wurde festgestellt, dass beim herkömmlichen Verfahren der Abstand zwischen der Gießpfanne und der Form mit fortschreitendem Prozess des Gießens von geschmolzenem Metall größer wurde. Im Gegensatz dazu bewegte sich beim Verfahren der vorliegenden Erfindung die Gießpfanne nahe an die Oberfläche der Form. Aus dieser Sicht wurde festgestellt, dass eine Position erreicht wurde, von der das geschmolzene Metall gegossen wurde, die tiefer als die lag, die durch das herkömmliche Verfahren erzielt wurde. Ferner wurde sichergestellt, dass kein Kontakt zwischen der Pfanne und der Form zustande kam, da die Bewegungsbahn der Unterseite der Pfanne entlang der oberen und seitlichen Oberflächen der Form verlief.
Bezugszeichenliste

1: Automatischen Gießvorrichtung mit einer Pfanne des Kipptyps
10: Gießpfanne
10a: Schnauze der Gießpfanne
10b: Führung der Schnauze
10c: laterale Seite des vorderen Teils der Gießpfanne
11, 12, 13: Servomotoren
14a: Sockel
20: Form
20a: Anguss der Form

Claims

Gießsteuerungsverfahren für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps, wobei Vorrichtung die Bewegungen der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern kann, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einstellen des Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und eines inversen Modells des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, und Schätzen der Fallposition und Verwenden der geschätzten Fallposition als Zielposition, und Erstellen einer Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form abnimmt und dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden, wobei das Verfahren die Bewegung der Gießpfanne zum Gießen des geschmolzenen Metalls in die Form so steuert, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene des Angusses der Form abnimmt, und so, dass die Pfanne nicht an den Gegenstand stößt, wenn geschmolzenes Metall in die Form gegossen wird.
Gießsteuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne aufgrund des Modus, in dem die Gießpfanne an den Gegenstand stößt (im Folgenden „Anstoßmodus”) erstellt wird, wobei der Modus zuvor eingestellt wurde, und aufgrund der Bedingungen zum Ändern der Bewegung der Pfanne, wobei die Bedingungen aufgrund des Anstoßmodus entschieden werden.
Gießsteuerungsverfahren für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps, wobei Vorrichtung die Bewegungen der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern kann, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Einstellen des Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells des geschmolzenen Metalls, das aus einer Gießpfanne fließt, und eines inversen Modells des Kippmotors, der die Pfanne kippt, zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls und Verwenden der Fallposition als Zielposition, Festlegen einer hypothetischen Achse an der Schnauze der Pfanne, Erstellen einer zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden, und die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form minimiert, wobei das Verfahren die Bewegung der Gießpfanne so steuert, dass die Pfanne nicht an den Gegenstand stößt, wenn geschmolzenes Metall in die Form gegossen wird, und so dass die Pfanne das geschmolzene Metall in die Form gießt, indem die Pfanne um die an der Schnauze der Pfanne festgelegte hypothetische Achse gedreht wird.
Gießsteuerungsverfahren nach Anspruch 3, wobei im Schritt des Erstellens der zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne die zweite Bewegungsbahn die Lage der Pfanne aufgrund des Anstoßmodus bestimmt, wobei dieser Modus zuvor eingestellt wurde.
Medium, das von einem Computer gelesen werden kann, in dem ein Programm gespeichert ist, wobei das Programm bewirkt, dass der Computer Gießsteuerungsprozesse für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps ausführt, die die Bewegung der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern kann, wobei die Prozesse Folgendes umfassen Einstellen des Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und eines inversen Modells des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls und Verwenden der Fallposition als Zielposition, und Erstellen einer Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form abnimmt, und dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden.
Medium, das von einem Computer gelesen werden kann, in dem ein Programm gespeichert ist, wobei das Programm bewirkt, dass der Computer Gießsteuerungsprozesse für eine automatische Gießvorrichtung mit einer Gießpfanne des Kipptyps ausführt, die die Bewegung der Pfanne in die Richtungen nach hinten und nach vorne sowie nach oben und nach unten, und auch das Kippen der Pfanne, steuern kann, wobei die Prozesse Folgendes umfassen Einstellen des Zieldurchflusses von zu gießendem geschmolzenem Metall, Erzeugen einer Spannung zur Eingabe in einen Kippmotor, um den Zieldurchfluss des geschmolzenen Metalls anhand eines inversen Modells eines mathematischen Modells von geschmolzenem Metall, das aus einer Gießpfanne fließt, und anhand eines inversen Modells des Kippmotors zu erreichen, Schätzen des Durchflusses des aus der Pfanne fließenden geschmolzenen Metalls, Schätzen der Fallposition des geschmolzenen Metalls und Verwenden der Fallposition als Zielposition, Festlegen einer hypothetischen Achse an der Schnauze der Pfanne und Erstellen einer zweiten Bewegungsbahn für die Bewegung der Gießpfanne, wobei die Bewegungsbahn bewirkt, dass die Pfanne nicht an Gegenstände stößt, die sich in ihrem Bewegungsbereich befinden, und die Höhe der Schnauze der Gießpfanne über der Ebene eines Angusses einer Form minimiert.