EP2072161A1 - Method for controlling the pouring movement of a ladle - Google Patents
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- EP2072161A1 EP2072161A1 EP08171100A EP08171100A EP2072161A1 EP 2072161 A1 EP2072161 A1 EP 2072161A1 EP 08171100 A EP08171100 A EP 08171100A EP 08171100 A EP08171100 A EP 08171100A EP 2072161 A1 EP2072161 A1 EP 2072161A1
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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- B22D37/00—Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel
Definitions
- the invention relates to a method for controlling a pouring movement of a ladle for pouring a melted material such as molten metal into a mold such as mold, wherein a mold-specific Eing mankennline is predetermined and stored in dependence of a cast into the mold melted volume over time.
- a method of the type mentioned above is in DE-A-10 2006 034 044 described.
- a casting curve for a robot controller of a robot is detected, which leads a ladle.
- a remote control device With a remote control device, a manual pouring of a melt from the ladle is performed.
- the time course of the robot movement and / or the time course of the casting weights are recorded and stored. The stored time history is provided for use in the robot controller.
- a method for casting castings and a robot system for detecting a casting curve will be described. Changes in the geometry of the pouring ladle, for example when using different ladles, are not taken into account in the known method.
- metal molds are filled with liquid molten aluminum to produce parts with complex geometries.
- the filling with molten metal can u. a. also be automated with robots or other automation devices.
- the time course of material filling is of the utmost importance.
- simulation systems that provide the input quantity (material flow) over the course of time in the form of a pouring characteristic as output information.
- the automation device for filling the molten metal into the mold is equipped with a ladle.
- the ladle is attached to a numerically controlled axle and is tilted over the casting axis during the pouring process.
- the present invention the object of developing a method of the type mentioned in that the pouring movement can be completely automated, planned and controlled. Also, the set-up times are to be shortened after a change of G manlöffelgeometrie.
- the pouring movement is automatically generated on the basis of a given casting-specific pouring characteristic and at least one casting spoon-specific pouring characteristic.
- the generated data are the position and inclination of the ladle as a function of time.
- the movement is controlled in such a way that results in a continuous speed profile of all axes involved in the casting process, for example of a robot.
- the basis for automatic motion generation is the pouring characteristic, which defines the required filling quantity (material flow) over the course of time.
- the characteristic curve is read into the controller of the automation device and can be visualized there and, if necessary, adjusted manually and graphically and / or numerically.
- the pouring characteristic must be in the form of "poured material volume over time", i. H. accumulated volume. It can be specified by simulation software or manually.
- the pouring characteristic is present only as "material flow per unit of time"
- the accumulated material volume over the course of time must be calculated by integral formation. Since the material flow characteristic is not always functionally describable, numerical integration methods are used here.
- the pouring characteristic must be in the form of "poured volume of material above the bucket tilt", i. H. accumulated volume. This characteristic can be created using two different methods.
- the pouring characteristic is determined empirically as a function of the poured out volume of molten material above the pouring ladle inclination.
- a fully filled ladle is gradually tilted to complete emptying.
- the amount of material poured out is measured by an electronic balance and the measured value is transmitted to the automatic casting machine control.
- the control records the measured values and, knowing the material-specific volume weight, creates a characteristic curve of the (accumulated) material volume. After changing the geometry of the pouring ladle, the pouring characteristic must be determined again.
- the pouring characteristic as a function of the poured out volume of molten material above the casting ladle inclination, i. H. accumulated volume, with knowledge of the casting bucket geometry as 3D model and assuming a horizontal melt level mirror calculated analytically.
- the time course of the pouring movement can be calculated and controlled automatically.
- the casting machine can also be tilted during the pouring movement in another procedure (tilt casting machine).
- the mold can be transferred during the pouring, for example, from an inclined initial position to a vertical end position.
- the time profile of the mold movement can be determined and stored in a characteristic curve for the tilting movement over the course of time.
- the characteristic curve for the tilting movement over time can be determined by a simulation software.
- a first procedure provides that both the pouring movement of the ladle and the movement of the mold are controlled by one and the same controller, wherein the Eing mankennline and the characteristic curve for the tilting movement are based on a common time axis, starting from the Eing mankennline to each Timing during the pouring from the characteristic curve for the tilting movement the required G collect ein and starting from the optimum pouring volume on the Ausg intelligentkennline the corresponding G manlöffelne Trent is determined, whereby an automatic control of the inclination and the position of the ladle and the mold takes place.
- the mold by an independent controller, wherein the current position of the mold is detected by a position sensor coupled thereto and transmitted to the control of the ladle, wherein the Eing mankennline taken at any time a Eing manvolumen and the associated pouring volume by means of Ausg jamkennline the associated inclination and position of the ladle is determined, wherein the tracking of the pouring of the ladle is carried out by a kinematic transformation, taking into account the current position of the mold and wherein a tool Center Point (TCP) is tracked so that a snout of the ladle is always moved over an insertion opening of the mold.
- TCP tool Center Point
- a further preferred procedure provides that interim values are respectively interpolated between discretely tapped characteristic values and output by the controller of the automatic casting machine to a drive of the casting mold and / or a casting spoon drive, so that a continuous movement results.
- a further preferred procedure is an offline program generation, wherein a motion program for the control of the automation device is generated via an algorithm from information of Eing mankennline, Ausg jamkennline and possibly. Characteristic curve for the tilting movement.
- This method has the advantage that the generated program can be archived, manually changed and possibly transferred to other casting machines.
- a further preferred procedure is characterized by an online generation of motion, wherein the required position or inclination of the ladle and / or the mold continuously determined from the given characteristic data or characteristic tables over time and set immediately by the controller of the automation device such as casting machine ,
- the presented methods offer the advantage that a casting task can be completely automated, planned and executed.
- the automatic calibration after changing the G devislöffelgeometrie significantly reduces set-up times.
- Fig. 1 shows purely schematically an apparatus 10 for filling a melted material 12 such as molten metal in a mold such as mold 14 for producing a molded part.
- the apparatus 10 comprises an automation device 16, such as a casting machine or robot, which is equipped to fill the liquid metal 12 with a ladle 18.
- the ladle 18 is attached to a numerically controlled axle 20 and is at the Eing manvorgang inclined over this axis.
- further kinematic axes 22, 24, 26, 28 of the robot 16 can be coordinated.
- the mold 14 may have a tilting device 30, with which the mold 14 during the pouring process from an example inclined initial position in an example vertical end position is tilted.
- the control of the robot 16 via a controller 32 which can simultaneously control the tilting device 30 of the mold.
- the tilting device 30 may also be controlled by an independent controller 33.
- the position of the mold 14 is detected via an external position encoder 34 and passed to the controller of the robot 16.
- the invention is based on the idea, starting from a given Kokillpezifischen Eing mankennline A, a pouring bucket specific Ausg tellkennline B and, if necessary. Characteristic for the tilting movement of the mold C, hereinafter called Kokillenkennline C automatically generate the pouring of the ladle.
- Fig. 2a shows the Eing mankennline A as a function of a cast-in volume of molten material Ve [liter] 1 over the time course t [sec].
- the Eing mankennline A can be specified by a simulation software or manually. It describes the optimum course of the melt-filling process and provides as initial information the fill quantity Ve [liter] (melt stream or material flow) over time.
- Fig. 2b shows a pouring characteristic B as a function of the poured out volume of molten material Va [liters] above the G confuselöffelne Trent G [°]. Here, the accumulated melt volume is shown.
- the pouring curve B can be created by means of two different methods.
- the knowledge of the geometry of the pouring ladle, for example of a 3D model, and the level of the molten material always lying horizontally enables the amount of molten material poured out to be calculated analytically as a function of the pouring ladle inclination G.
- there is the possibility in an automatic calibration process gradually tilt a fully filled ladle until completely drained.
- the controller 32 logs the measured values and prepares the pouring characteristic curve B from the (accumulated) melt material volume, knowing the material-specific volume weight. This is a pouring bucket-specific pouring curve B. After changing the pouring ladle geometry, the pouring curve B must be determined again.
- Fig. 2c the Kokillenkennline C shown.
- the mold 14 during the Eing manvorgangs z. B. to transfer from an inclined initial position in a vertical end position.
- the temporal course of the mold movement can be described in the Kokillenkennline as a function of the mold position K [deg °] over the time course t [sec].
- the chill curve C can either be determined by a simulation software or when the mold 14 is moved by the external control 33 - by recording the mold movement with the aid of the coupled position controller 34 during a real Eing manvorgangs.
- Fig. 3 shows a method wherein the mold 14 is controlled by the automatic casting machine 32.
- the Eing mankennline A and the Kokillenkennline C is based on a common time axis t [sec].
- the required casting mold position Kact is tapped off via the time Tact elapsed since the start of pouring with the aid of the mold characteristic curve C, and the required pouring volume Vact is taken from the pouring characteristic curve A.
- the corresponding G manlöffel tilt Gact is tapped in the Ausg intelligentkennline B.
- the casting machine control 32 sets about the required inclination G, K for ladle and mold.
- Fig. 4 shows a process flow, wherein the mold 14 is controlled by the independent external controller 33.
- the mold inclination K [° degrees] does not have to be set exactly, and the mold 14 is time-adjusted by an external controller 33.
- the current position of the mold 14 is detected by the position sensor 34 coupled thereto and transmitted to the casting machine control.
- the amount of volume Vact is taken from the pouring characteristic A via the continuous pouring time t [sec] and the pouring spoon position Gact is taken from the pouring characteristic B.
- the tracking of the casting machine or robot 16 is carried out by a kinematic transformation, which takes into account the current position of the mold 14 according to position sensor 34 (conveyor synchronization).
- a snout 36 of the ladle 18 as TCP (Tool Center Point) without orientation tracked so that the snout 36 of the ladle 18 is always moved over a filling opening of the mold 14.
- the additionally required inclination G of the ladle 18 and thus the metering takes place via pouring ladle inclination Gact from the pouring characteristic D.
- the automation device 10 moves the ladle 18 so that the G manlöffelposition is always tracked optimally to the filling opening of the mold.
- intermediate values are interpolated between the discretely tapped characteristic values and output by the automatic casting machine controller 32 to the mold drive 30 and / or the ladle drive 16, so that a continuous movement is generated.
- an algorithm In the case of offline programming, an algorithm generates a movement program for the robot 16 from the above-mentioned information. In this case, intermediate positions are generated, each with a speed specification for each intermediate position. This method has the advantage that the generated program can be archived, manually changed and possibly transferred to other robots or casting machines.
- the required position of the ladle 18 is continuously determined from the given characteristic tables or characteristic values over the course of time and set on the robot or casting machine.
- the other axes 20, 22, 24, 26, 28 of the robot are tracked by a kinematic transformation so that the snout 36 of the ladle 18 performs a defined path movement (casting movement).
- An altered inclination K of the mold 14 is also included in the calculation of the robot movement.
- the presented method offers the advantage that after an exchange of the ladle 18 or when using different ladle geometries, the controller, after an automatic calibration, can independently calculate a movement for the robot or casting machine.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Ausgießbewegung eines Gießlöffels zum Ausgießen eines Schmelzgutes wie Metallschmelze in eine Gießform wie Kokille, wobei eine gießformspezifische Eingießkennlinie in Abhängigkeit eines in die Gießform eingegossenen Schmelzgutvolumens über dem Zeitverlauf vorgegeben und gespeichert wird.The invention relates to a method for controlling a pouring movement of a ladle for pouring a melted material such as molten metal into a mold such as mold, wherein a mold-specific Eingießkennlinie is predetermined and stored in dependence of a cast into the mold melted volume over time.
Ein Verfahren der oben genannten Art ist in der
In der
Im Kokillenguss werden Metallformen mit flüssiger Aluminiumschmelze gefüllt, um Teile mit komplexen Geometrien herstellen zu können. Das Befüllen mit Metallschmelzgut kann u. a. auch automatisiert mit Robotern oder anderen Automationsgeräten realisiert werden.In chill casting, metal molds are filled with liquid molten aluminum to produce parts with complex geometries. The filling with molten metal can u. a. also be automated with robots or other automation devices.
Für die Qualität von Kokillengussteilen ist der zeitliche Verlauf der Materialbefüllung von größter Bedeutung. Um den optimalen Verlauf des Materialfüllvorgangs zu ermitteln, gibt es Simulationssysteme, die als Ausgangsinformation die Einfüllmenge (Materialstrom) über dem Zeitverlauf in Form einer Eingießkennlinie liefern.For the quality of chill castings, the time course of material filling is of the utmost importance. In order to determine the optimal course of the material filling process, there are simulation systems that provide the input quantity (material flow) over the course of time in the form of a pouring characteristic as output information.
Das Automationsgerät zum Einfüllen des flüssigen Metalls in die Kokille ist mit einem Gießlöffel ausgerüstet. Der Gießlöffel ist an einer numerisch gesteuerten Achse befestigt und wird beim Eingießvorgang über die Gießachse geneigt. Je nach kinematischer Anordnung des Gießlöffels am Automationsgerät kann es erforderlich sein, die Bewegung mehrerer Achsen so zu koordinieren, dass die geforderte Ausgießbewegung erreicht wird.The automation device for filling the molten metal into the mold is equipped with a ladle. The ladle is attached to a numerically controlled axle and is tilted over the casting axis during the pouring process. Depending on the kinematic arrangement of the ladle on the automation device, it may be necessary to coordinate the movement of several axes so that the required pouring movement is achieved.
Da der zeitliche Verlauf des Ausgießstroms entscheidend von der Gießlöffelgeometrie abhängt, ist es notwendig, die Ausgießbewegung für eine gegebene Gießlöffelgeometrie anzupassen. Dies wird in der Regel empirisch durchgeführt. Nach einem Gießlöffelwechsel, insbesondere bei einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie, muss die Ausgießbewegung erneut optimiert werden.Since the timing of the pouring stream is critically dependent on the pouring bucket geometry, it is necessary to adjust the pouring motion for a given ladle geometry. This is usually done empirically. After changing the ladle, especially when changing the geometry of the ladle, the pouring movement must be optimized again.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Ausgießbewegung vollständig automatisiert, geplant und gesteuert werden kann. Auch sollen die Rüstzeiten nach einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie verkürzt werden.Based on this, the present invention, the object of developing a method of the type mentioned in that the pouring movement can be completely automated, planned and controlled. Also, the set-up times are to be shortened after a change of Gießlöffelgeometrie.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- Ermittlung einer gießlöffelspezifischen Ausgießkennlinie als Funktion eines aus dem Gießlöffel ausgegossenen Schmelzgutvolumens über der Neigung des Gießlöffels und Speichern der (zumindest einen) Ausgießkennlinie,
- automatische Generierung des zeitlichen Verlaufs der Ausgießbewegung, wobei auf der Grundlage der Eingießkennlinie zu jedem Zeitpunkt das notwendige Eingießschmelzgutvolumen bestimmt wird, welches einem optimalen Ausgießschmelzgutvolumen gleichgesetzt wird, dem über die Ausgießkennlinie eine optimale Neigung zu jedem Zeitpunkt zugeordnet ist.
- Determination of a pouring bucket-specific pouring characteristic as a function of a pouring material volume poured out of the pouring ladle over the inclination of the pouring spoon and storage of the (at least one) pouring characteristic,
- automatic generation of the time course of the pouring movement, wherein on the basis of Eingießkennlinie at any time the necessary Eingießschmelzgutvolumen is determined, which is equated with an optimum Ausgießschmelzgutvolumen, which is assigned via the Ausgießkennlinie an optimal slope at any time.
Die Ausgießbewegung wird ausgehend von einer gegebenen gießformspezifischen Eingießkennlinie sowie zumindest einer gießlöffelspezifischen Ausgießkennlinie automatisch generiert. Die generierten Daten sind Position und Neigung des Gießlöffels als Zeitfunktion. Die Bewegung wird so gesteuert, dass sich ein kontinuierlicher Geschwindigkeitsverlauf aller am Gießvorgang beteiligten Achsen beispielsweise eines Roboters ergibt.The pouring movement is automatically generated on the basis of a given casting-specific pouring characteristic and at least one casting spoon-specific pouring characteristic. The generated data are the position and inclination of the ladle as a function of time. The movement is controlled in such a way that results in a continuous speed profile of all axes involved in the casting process, for example of a robot.
Grundlage für die automatische Bewegungsgenerierung ist die Eingießkennlinie, welche die erforderliche Füllmenge (Materialstrom) über den Zeitverlauf definiert. Die Kennlinie wird in die Steuerung des Automationsgeräts eingelesen und kann dort visualisiert und ggfs. manuell wie grafisch und/oder numerisch angepasst werden.The basis for automatic motion generation is the pouring characteristic, which defines the required filling quantity (material flow) over the course of time. The characteristic curve is read into the controller of the automation device and can be visualized there and, if necessary, adjusted manually and graphically and / or numerically.
Die Eingießkennlinie muss in der Form "eingegossenes Materialvolumen über dem Zeitverlauf", d. h. akkumuliertes Volumen, vorliegen. Sie kann von einer Simulationssoftware oder manuell vorgegeben werden.The pouring characteristic must be in the form of "poured material volume over time", i. H. accumulated volume. It can be specified by simulation software or manually.
Liegt die Eingießkennlinie lediglich als "Materialstrom pro Zeiteinheit" vor, muss daraus durch Integralbildung das akkumulierte Materialvolumen über dem Zeitverlauf berechnet werden. Da die Materialstromkennlinie nicht immer funktional beschreibbar ist, kommen hier numerische Integrationsverfahrens zur Anwendung.If the pouring characteristic is present only as "material flow per unit of time", then the accumulated material volume over the course of time must be calculated by integral formation. Since the material flow characteristic is not always functionally describable, numerical integration methods are used here.
Die Ausgießkennlinie muss in der Form "ausgegossenes Materialvolumen über der Gießlöffelneigung", d. h. akkumuliertes Volumen vorliegen. Diese Kennlinie kann mit zwei unterschiedlichen Methoden erstellt werden.The pouring characteristic must be in the form of "poured volume of material above the bucket tilt", i. H. accumulated volume. This characteristic can be created using two different methods.
Vorzugsweise wird die Ausgießkennlinie als Funktion des ausgegossenen Schmelzgutvolumens über der Gießlöffelneigung empirisch ermittelt. In einem automatischen Kalibriervorgang wird ein voll befüllter Gießlöffel schrittweise bis zu vollständigen Entleerung geneigt. Nach jedem Einzelschritt oder kontinuierlich wird die ausgegossene Materialmenge von einer elektronischen Waage gemessen und der Messwert an die Gießautomat-Steuerung übertragen. Die Steuerung protokolliert die Messwerte und erstellt unter Kenntnis des materialspezifischen Volumengewichtes daraus eine Kennlinie über das (akkumulierte) Materialvolumen. Nach einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie muss die Ausgießkennlinie erneut ermittelt werden.Preferably, the pouring characteristic is determined empirically as a function of the poured out volume of molten material above the pouring ladle inclination. In an automatic calibration procedure, a fully filled ladle is gradually tilted to complete emptying. After each individual step or continuously, the amount of material poured out is measured by an electronic balance and the measured value is transmitted to the automatic casting machine control. The control records the measured values and, knowing the material-specific volume weight, creates a characteristic curve of the (accumulated) material volume. After changing the geometry of the pouring ladle, the pouring characteristic must be determined again.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Methode wird die Ausgießkennlinie als Funktion des ausgegossenen Schmelzgutvolumens über der Gießlöffelneigung, d. h. akkumuliertes Volumen, unter Kenntnis der Gießlöffelgeometrie wie 3D-Modell und unter Voraussetzung eines waagerecht liegenden Schmelzgutspiegels analytisch berechnet.According to another preferred method, the pouring characteristic as a function of the poured out volume of molten material above the casting ladle inclination, i. H. accumulated volume, with knowledge of the casting bucket geometry as 3D model and assuming a horizontal melt level mirror calculated analytically.
Aus der Kenntnis der Eingießkennlinie und der Ausgießkennlinie lässt sich der zeitliche Verlauf der Ausgießbewegung automatisch errechnen und steuern.From the knowledge of the pouring characteristic and the pouring characteristic curve, the time course of the pouring movement can be calculated and controlled automatically.
Zusätzlich zur oben beschriebenen Vorgehensweise mit feststehender Gießmaschine kann bei einer anderen Verfahrensweise auch die Gießmaschine während der Eingießbewegung gekippt werden (Kippgießmaschine). In diesem Fall kann die Gießform während des Eingießvorgangs beispielsweise aus einer geneigten Anfangsstellung in eine senkrechte Endstellung überführt werden. Somit ist zusätzlich zur Steuerung des zeitlichen Verlaufes der Ausgießbewegung auch die räumliche Bewegung der Eingießposition durch die Bewegung der Kippgießmaschine so zu steuern, dass der Gießlöffel immer korrekt zur Eingießposition steht.In addition to the above-described procedure with a fixed casting machine, the casting machine can also be tilted during the pouring movement in another procedure (tilt casting machine). In this case, the mold can be transferred during the pouring, for example, from an inclined initial position to a vertical end position. Thus, in addition to controlling the timing of the pouring movement and the spatial movement of the pouring position by the movement of Kippgießmaschine to control so that the ladle is always correct to Eingießposition.
Der zeitliche Verlauf der Gießformbewegung kann in einer Kennlinie für die Kippbewegung über dem Zeitverlauf ermittelt und gespeichert werden.The time profile of the mold movement can be determined and stored in a characteristic curve for the tilting movement over the course of time.
Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise kann die Kennlinie für die Kippbewegung über dem Zeitverlauf durch eine Simulationssoftware ermittelt werden. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Kennlinie für die Kippbewegung über dem Zeitverlauf durch Aufzeichnung der Gießformbewegung mit Hilfe eines angekoppelten Lagereglers während eines realen Eingießvorgangs zu ermitteln, nämlich dann, wenn die Gießform durch eine externe Steuerung bewegt wird.According to a preferred procedure, the characteristic curve for the tilting movement over time can be determined by a simulation software. Alternatively, it is also possible to determine the characteristic curve for the tilting movement over time by recording the mold movement with the aid of a coupled position controller during a real pouring process, namely when the mold is moved by an external control.
Eine erste Verfahrensweise sieht vor, dass sowohl die Ausgießbewegung des Gießlöffels als auch die Bewegung der Gießform von ein- und derselben Steuerung gesteuert wird, wobei der Eingießkennlinie und der Kennlinie für die Kippbewegung eine gemeinsame Zeitachse zu Grunde liegen, wobei ausgehend von der Eingießkennlinie zu jedem Zeitpunkt während des Eingießvorgangs aus der Kennlinie für die Kippbewegung die erforderliche Gießformstellung und ausgehend von dem optimalen Eingießvolumen über die Ausgießkennlinie die entsprechende Gießlöffelneigung ermittelt wird, wodurch eine automatische Steuerung der Neigung und der Position des Gießlöffels und der Gießform erfolgt.A first procedure provides that both the pouring movement of the ladle and the movement of the mold are controlled by one and the same controller, wherein the Eingießkennlinie and the characteristic curve for the tilting movement are based on a common time axis, starting from the Eingießkennlinie to each Timing during the pouring from the characteristic curve for the tilting movement the required Gießformstellung and starting from the optimum pouring volume on the Ausgießkennlinie the corresponding Gießlöffelneigung is determined, whereby an automatic control of the inclination and the position of the ladle and the mold takes place.
Alternativ besteht die Möglichkeit, die Gießform von einer unabhängigen Steuerung zu steuern, wobei die aktuelle Stellung der Gießform von einem daran angekoppelten Positionsgeber erfasst und an die Steuerung des Gießlöffels übertragen wird, wobei aus der Eingießkennlinie zu jedem Zeitpunkt ein Eingießvolumen entnommen und über das zugehörige Ausgießvolumen mittels der Ausgießkennlinie die zugehörige Neigung und Position des Gießlöffels ermittelt wird, wobei das Nachführen der Ausgießbewegung des Gießlöffels durch eine kinematische Transformation erfolgt, wobei die aktuelle Stellung der Gießform berücksichtigt wird und wobei ein Tool Center Point (TCP) so nachgeführt wird, dass eine Schnaube des Gießlöffels stets über eine Einführöffnung der Gießform bewegt wird.Alternatively, it is possible to control the mold by an independent controller, wherein the current position of the mold is detected by a position sensor coupled thereto and transmitted to the control of the ladle, wherein the Eingießkennlinie taken at any time a Eingießvolumen and the associated pouring volume by means of Ausgießkennlinie the associated inclination and position of the ladle is determined, wherein the tracking of the pouring of the ladle is carried out by a kinematic transformation, taking into account the current position of the mold and wherein a tool Center Point (TCP) is tracked so that a snout of the ladle is always moved over an insertion opening of the mold.
Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise sieht vor, dass zwischen diskret abgegriffenen Kennlinienwerten jeweils Zwischenwerte interpoliert werden und von der Steuerung des Gießautomaten an einen Antrieb der Gießform und/oder einen Gießlöffelantrieb ausgegeben werden, so dass sich eine kontinuierliche Bewegung ergibt.A further preferred procedure provides that interim values are respectively interpolated between discretely tapped characteristic values and output by the controller of the automatic casting machine to a drive of the casting mold and / or a casting spoon drive, so that a continuous movement results.
Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise stellt eine Offline-Programmgenerierung dar, wobei über einen Algorithmus aus Informationen der Eingießkennlinie, Ausgießkennlinie und ggfs. Kennlinie für die Kippbewegung ein Bewegungsprogramm für die Steuerung des Automationsgeräts erzeugt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das generierte Programm archiviert, manuell verändert und ggfs. auf andere Gießautomaten übertragen werden kann.A further preferred procedure is an offline program generation, wherein a motion program for the control of the automation device is generated via an algorithm from information of Eingießkennlinie, Ausgießkennlinie and possibly. Characteristic curve for the tilting movement. This method has the advantage that the generated program can be archived, manually changed and possibly transferred to other casting machines.
Eine weitere bevorzugte Verfahrensweise zeichnet sich durch eine Online-Bewegungsgenerierung aus, wobei aus den gegebenen Kennliniendaten bzw. Kennlinientabellen über dem Zeitverlauf kontinuierlich die erforderliche Stellung bzw. Neigung des Gießlöffels und/oder der Gießform ermittelt und durch die Steuerung des Automatisierungsgeräts wie Gießautomat sofort eingestellt wird.A further preferred procedure is characterized by an online generation of motion, wherein the required position or inclination of the ladle and / or the mold continuously determined from the given characteristic data or characteristic tables over time and set immediately by the controller of the automation device such as casting machine ,
Die vorgestellten Verfahren bieten den Vorteil, dass eine Gießaufgabe vollständig automatisiert, geplant und durchgeführt werden kann. Insbesondere die automatische Kalibrierung nach einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie reduziert die Rüstzeiten erheblich.The presented methods offer the advantage that a casting task can be completely automated, planned and executed. In particular, the automatic calibration after changing the Gießlöffelgeometrie significantly reduces set-up times.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.For more details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken these features - alone and / or in combination - but also from the following description of the drawing to be taken preferred embodiments.
Es zeigen:
- Fig. 1
- schematische Darstellung eines Gießautomaten mit Gießlöffel und Kokille,
- Fig. 2a
- eine Eingießkennlinie als Funktion eines in eine Gießform einzugießenden Schmelzgutvolumens über dem Zeitverlauf,
- Fig. 2b
- eine Ausgießkennlinie als Funktion eines aus dem Gießlöffel ausgegossenen Schmelzgutvolumens über der Neigung des Gießlöffels,
- Fig. 2c
- eine Kennlinie für die Kippbewegung als Funktion der Gießformstellung über dem Zeitverlauf,
- Fig. 3
- Generierung der Gießlöffelbewegung auf der Grundlage von Eingeißkennlinie, Ausgießkennlinie und Kennlinie für die Kippbewegung bei Steuerung der Gießform durch die Gießautomatsteuerung und
- Fig. 4
- Ermittlung der Gießformstellung auf der Grundlage der Eingießkennlinie, der Ausgießkennlinie sowie der Kennlinie für die Kippbewegung , wobei die Gießform von einer unabhängigen Steuerung bewegt wird.
- Fig. 1
- schematic representation of an automatic pouring machine with ladle and mold,
- Fig. 2a
- a pouring characteristic as a function of a molten material volume to be poured into a casting mold over time,
- Fig. 2b
- a pouring characteristic as a function of a volume of molten material poured out of the ladle over the inclination of the ladle,
- Fig. 2c
- a characteristic for the tilting movement as a function of the casting mold position over time,
- Fig. 3
- Generation of Gießlöffelbewegung based on Eingeißkennlinie, Ausgießkennlinie and curve for the tilting movement in the control of the mold by the casting machine control and
- Fig. 4
- Determining the casting position based on the Eingießkennlinie, the pouring characteristic and the characteristic for the tilting movement, wherein the mold is moved by an independent controller.
Die Kokille 14 kann eine Kippvorrichtung 30 aufweisen, mit der die Kokille 14 beim Eingießvorgang aus einer beispielsweise geneigten Anfangsstellung in eine beispielsweise senkrechte Endstellung kippbar ist. Die Steuerung des Roboters 16 erfolgt über eine Steuerung 32, die gleichzeitig auch die Kippvorrichtung 30 der Kokille steuern kann. Alternativ kann die Kippvorrichtung 30 auch von einer unabhängigen Steuerung 33 gesteuert werden. In diesem Fall wird über einen externen Positionsmessgeber 34 die Position der Kokille 14 erfasst und an die Steuerung des Roboters 16 geleitet.The
Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, ausgehend von einer gegebenen kokillenspezifischen Eingießkennlinie A, einer gießlöffelspezifischen Ausgießkennlinie B und ggfs. Kennlinie für die Kippbewegung der Kokille C, nachfolgend Kokillenkennlinie C genannt, die Ausgießbewegung des Gießlöffels automatisch zu generieren.The invention is based on the idea, starting from a given Kokillpezifischen Eingießkennlinie A, a pouring bucket specific Ausgießkennlinie B and, if necessary. Characteristic for the tilting movement of the mold C, hereinafter called Kokillenkennlinie C automatically generate the pouring of the ladle.
Die Ausgießkennlinie B kann mittels zwei unterschiedlicher Methoden erstellt werden. Zum einen kann unter Kenntnis der Gießlöffelgeometrie beispielsweise eines 3D-Modells, und des stets waagerecht liegenden Schmelzgutspiegels die ausgegossene Schmelzgutmenge in Abhängigkeit der Gießlöffelneigung G analytisch berechnet werden. Andererseits besteht die Möglichkeit, in einem automatischen Kalibriervorgang einen voll befüllten Gießlöffel schrittweise bis zur vollständigen Entleerung zu neigen. Während der Kippbewegung wird die ausgegossene Materialmenge von einer elektronischen Waage gemessen und der Messwert an die Gießautomat-Steuerung 32 übertragen. Die Steuerung 32 protokolliert die Messwerte und erstellt unter Kenntnis des materialspezifischen Volumengewichts daraus die Ausgießkennlinie B über das (akkumulierte) Schmelzgutvolumen. Dabei handelt es sich um eine gießlöffelspezifische Ausgießkennlinie B. Nach einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie muss die Ausgießkennlinie B erneut ermittelt werden.The pouring curve B can be created by means of two different methods. On the one hand, the knowledge of the geometry of the pouring ladle, for example of a 3D model, and the level of the molten material always lying horizontally enables the amount of molten material poured out to be calculated analytically as a function of the pouring ladle inclination G. On the other hand, there is the possibility in an automatic calibration process gradually tilt a fully filled ladle until completely drained. During the tilting movement, the amount of material poured out is measured by an electronic balance and the measured value is transmitted to the
Schließlich ist in
Die Kokillenkennlinie C kann entweder durch eine Simulationssoftware oder wenn die Kokille 14 durch die externe Steuerung 33 bewegt wird - durch Aufzeichnung der Kokillenbewegung mit Hilfe des angekoppelten Lagereglers 34 während eines realen Eingießvorgangs ermittelt werden.The chill curve C can either be determined by a simulation software or when the
Aus den oben beschriebenen Kennlinien, nämlich Eingießkennlinie A, Ausgießkennlinie B sowie Kokillenkennlinie C lässt sich der zeitliche Verlauf der Ausgießbewegung automatisch steuern. Dabei können folgende Fälle unterschieden werden.From the characteristics described above, namely Eingießkennlinie A, Ausgießkennlinie B and Kokillenkennlinie C can be the time course of the pouring automatically controlled. The following cases can be distinguished.
In diesem Fall kommen nur die Eingießkennlinie A und die Ausgießkennlinie B zur Anwendung. Über die kontinuierlich verlaufende Gießzeit t [sec] wird aus der Eingießkennlinie A die Volumenmenge Vact entnommen und über die Ausgießkennlinie B die Gießlöffelstellung Gact entnommen. Das Nachführen des Gießautomaten bzw. Roboters 16 erfolgt durch eine kinematische Transformation, die die aktuelle Stellung der Kokille 14 gemäß Positionsgeber 34 berücksichtigt (Conveyor Synchronisation). Dabei wird eine Schnaube 36 des Gießlöffels 18 als TCP (Tool Center Point) ohne Orientierung so nachgeführt, dass die Schnaube 36 des Gießlöffels 18 immer über eine Einfüllöffnung der Kokille 14 bewegt wird. Die zusätzlich erforderliche Neigung G des Gießlöffels 18 und somit die Dosierung erfolgt über Gießlöffelneigung Gact aus der Ausgießkennlinie D.In this case, only the pouring characteristic A and the pouring characteristic B are used. The amount of volume Vact is taken from the pouring characteristic A via the continuous pouring time t [sec] and the pouring spoon position Gact is taken from the pouring characteristic B. The tracking of the casting machine or
In beiden Fällen bewegt das Automationsgerät 10 den Gießlöffel 18 so, dass die Gießlöffelposition immer optimal zur Einfüllöffnung der Kokille nachgeführt wird. Zwischen den diskret abgegriffenen Kennlinienwerten werden jeweils Zwischenwerte interpoliert und von der Gießautomat-Steuerung 32 an den Kokillenantrieb 30 und/oder Gießlöffelantrieb 16 ausgegeben, so dass eine kontinuierliche Bewegung generiert wird.In both cases, the
Bei der automatischen Bewegungsgenerierung für den Roboter können zwei verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen.There are two different ways to use automatic robot motion generation.
Bei einer Offline-Programmierung erzeugt ein Algorithmus aus den oben genannten Informationen ein Bewegungsprogramm für den Roboter 16. Hierbei werden Zwischenpositionen mit jeweils einer Geschwindigkeitsvorgabe für jede Zwischenposition generiert. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das generierte Programm archiviert, manuell verändert und ggfs. auf andere Roboter bzw. Gießautomaten übertragen werden kann.In the case of offline programming, an algorithm generates a movement program for the
Bei der Online-Bewegungsgenerierung wird aus den gegebenen Kennlinientabellen bzw. Kennlinienwerten über den Zeitverlauf kontinuierlich die erforderliche Stellung des Gießlöffels 18 ermittelt und am Roboter bzw. Gießautomaten eingestellt. Dabei werden die anderen Achsen 20, 22, 24, 26, 28 des Roboters durch eine kinematische Transformation so nachgeführt, dass die Schnaube 36 des Gießlöffels 18 eine definierte Bahnbewegung (Gießbewegung) ausführt. Eine veränderte Neigung K der Kokille 14 geht ebenfalls in die Berechnung der Roboterbewegung ein.In the online generation of motion, the required position of the
Das vorgestellte Verfahren bietet den Vorteil, dass nach einem Austausch des Gießlöffels 18 oder bei Verwendung unterschiedlicher Gießlöffelgeometrien die Steuerung, nach einer automatischen Kalibrierung, selbständig eine Bewegung für den Roboter bzw. Gießautomaten berechnen kann.The presented method offers the advantage that after an exchange of the
Zu der Kokillenkennlinie B ist anzumerken, dass diese im Falle einer nicht gekippten Kokille 14 eine Gerade z. B. bei einem Kippwinkel um 0° darstellt.To the Kokillenkennlinie B is noted that these in the case of a
Claims (13)
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
characterized,
that the method comprises the following steps:
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingießkennlinie (A) als Funktion des eingegossenen Schmelzgutvolumens (12) über dem Zeitverlauf, d. h. akkumuliertes Volumen, von einer Simulationssoftware oder manuell vorgegeben wird.Method according to claim 1,
characterized,
that the pouring characteristic (A) as a function of the cast-in volume of molten material (12) over time, ie accumulated volume, by a simulation software or manually specified.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgießkennlinie (B) als Funktion des ausgegossenen Schmelzgutvolumens (12) über der Gießlöffelneigung empirisch ermittelt wird, wobei in einem automatischen Kalibriervorgang ein vollbefüllter Gießlöffel in Einzelschritten schrittweise bis zur vollständigen Entleerung geneigt wird und während der Kippbewegung die ausgegossene Materialmenge von einer elektronischen Waage gemessen und der Messwert an eine Steuerung (32) übertragen wird, wobei in der Steuerung (32) Messwerte protokolliert und unter Kenntnis des schmelzgutspezifischen Volumengewichts erstellt wird.Method according to claim 1 or 2,
characterized,
that the Ausgießkennlinie (B) is determined empirically as a function of the poured Schmelzgutvolumens (12) on the Gießlöffelneigung, being tilted in an automatic calibration a fully filled ladle in increments to complete emptying and measured during the tilting movement, the poured material amount of an electronic balance and the measured value is transmitted to a controller (32), wherein measured values are recorded in the controller (32) and created with knowledge of the melt-specific volume weight.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgießkennlinie (A) als Funktion des ausgegossenen Schmelzgutvolumens (12) über der Gießlöffelneigung, d. h. akkumuliertes Volumen, unter Kenntnis der Gießlöffelgeometrie wie 3D-Modell und unter Voraussetzung eines stets waagerecht liegenden Schmelzgutspiegels analytisch berechnet wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
in that the pouring characteristic (A) is calculated analytically as a function of the poured out volume of molten material (12) above the pouring ladle inclination, ie accumulated volume, with knowledge of the pouring ladle geometry such as 3D model and assuming an always horizontal level of molten metal.
dadurch gekennzeichnet,
dass nach einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie die Ausgießkennlinie (B) entsprechend der neuen Gießlöffelgeometrie ermittelt wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
that after a change of the casting spoon geometry, the pouring characteristic (B) is determined according to the new casting spoon geometry.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießform (14) während des Eingießvorgangs aus einer beispielsweise geneigten Anfangsstellung in eine beispielsweise senkrechte Endstellung bewegt wird, wobei der zeitliche Verlauf der Bewegung der Gießform (14) in einer Kennlinie (C) für die Kippbewegung (Gießformkennlinie) als Funktion der Gießformstellung über dem Zeitverlauf ermittelt und gespeichert wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
that the casting mold (14) during the Eingießvorgangs from an example inclined initial position in an example vertical end position is moved, wherein the time course of the movement of the mold (14) in a characteristic (C) for the tilting movement (mold curve) as a function of Gießformstellung over the time course is determined and stored.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießformkennlinie (C) durch ein Simulationsverfahren ermittelt wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
that the casting characteristic (C) is determined by a simulation method.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießformkennlinie (C) insbesondere bei externer Steuerung durch Aufzeichnung der Gießformbewegung mit Hilfe eines angekoppelten Lagegebers (34) während eines realen Eingießvorgangs ermittelt wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
in that the mold characteristic (C) is determined in particular during external control by recording the mold movement with the aid of a coupled position sensor (34) during a real pouring operation.
dadurch gekennzeichnet,
dass sowohl die Ausgießbewegung des Gießlöffels (18) als auch die Bewegung der Gießform (14) von ein- und derselben Steuerung (32) gesteuert wird, wobei der Eingießkennlinie (A) und der Gießformkennlinie (B) eine gemeinsame Zeitachse zu Grunde liegen, wobei ausgehend von der Eingießkennlinie (A) zu jedem Zeitpunkt während des Eingießvorgangs aus der Gießformkennlinie (B) die erforderliche Gießformstellung und ausgehend von dem optimalen Eingießvolumen über die Ausgießkennlinie (B) die entsprechende Gießlöffelneigung (G) ermittelt wird, wodurch eine automatische Steuerung der Neigung des Gießlöffels und der Gießform erfolgt.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
in that both the pouring movement of the ladle (18) and the movement of the mold (14) are controlled by one and the same controller (32), the pouring characteristic (A) and the mold characteristic (B) being based on a common time axis Starting from the Eingießkennlinie (A) at any time during the pouring from the Gießformkennlinie (B) the required Gießformstellung and starting from the optimum pouring volume on the Ausgießkennlinie (B) the corresponding Gießlöffelneigung (G) is determined, whereby an automatic control of the inclination of the Ladle and the mold is done.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gießform von einer unabhängigen Steuerung (33) gesteuert wird, wobei die aktuelle Stellung der Gießform (14) von einem daran angekoppelten Positionsgeber (34) erfasst und an die Steuerung (32) des Gießlöffels (18) übertragen wird, wobei aus der Eingießkennlinie (A) zu jedem Zeitpunkt ein Eingießschmelzvolumen entnommen und über das zugehörigen Ausgießschmelzvolumen mittels der Ausgießkennlinie (B) die zugehörige Gießlöffelstellung ermittelt wird, wobei das Nachführen der Ausgießbewegung des Gießlöffels (18) durch eine kinematische Transformation erfolgt, wobei die aktuelle Stellung der Gießform (14) berücksichtigt wird und wobei ein Tool Center Point so nachgeführt wird, dass eine Schnaube (36) des Gießlöffels immer über eine Einfüllöffnung der Gießform bewegt wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
in that the mold is controlled by an independent controller (33), wherein the current position of the mold (14) is detected by a position sensor (34) coupled thereto and transmitted to the controller (32) of the ladle (18), wherein the pouring characteristic (A) a Eingießschmelzvolumen taken at any time and over the associated Ausgießschmelzvolumen by Ausgießkennlinie (B) the corresponding Gießlöffelstellung is determined, wherein the tracking of the pouring of the Gießlöffel (18) by a kinematic transformation, wherein the current position of the mold (14 ) and wherein a tool center point is tracked so that a snout (36) of the ladle is always moved over a filling opening of the mold.
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen diskret abgegriffenen Kennlinienwerten jeweils Zwischenwerte interpoliert werden und von der Steuerung (32) des Gießautomaten an einen Antrieb (30) der Gießform (14) und/oder einen Gießlöffelantrieb (20) ausgegeben werden, so dass sich eine kontinuierliche Bewegung ergibt.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
that each intermediate values are interpolated between discretely measured characteristic values and from the controller (32) of the casting machines to a drive (30) of the mold (14) and / or a Gießlöffelantrieb (20) are output, so that a continuous movement is obtained.
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Offline-Programmgenerierung durchgeführt wird, wobei über einen Algorithmus aus Informationen der Eingießkennlinie (A), Ausgießkennlinie (B) und ggfs. Gießformkennlinie (C) ein Bewegungsprogramm für die Steuerung des Automationsgeräts erzeugt wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
in that an offline program generation is carried out, wherein an animation program for controlling the automation device is generated via an algorithm consisting of information of the pouring characteristic curve (A), pouring characteristic curve (B) and possibly the mold characteristic curve (C).
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Online-Bewegungsgenerierung durchgeführt wird, wobei aus den gegebenen Kennliniendaten bzw. Kennlinientabellen über dem Zeitverlauf kontinuierlich die erforderliche Stellung des Gießlöffels (18) und/oder der Gießform (14) ermittelt und durch die Steuerung (32) des Automatisierungsgeräts wie Gießautomat sofort eingestellt wird.Method according to at least one of the preceding claims,
characterized,
that an on-line motion generation is carried out, wherein the required position of the ladle (18) and / or the mold (14) continuously determined from the given characteristic data or characteristic tables over time and immediately adjusted by the controller (32) of the automation device such as casting machine becomes.
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