JP6053243B2 - 湯口位置検出システム、鋳造装置、湯口位置検出方法および鋳造品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型の湯口の位置を検出する湯口位置検出システムに関する。また、本発明は、鋳造装置、湯口位置検出方法および鋳造品の製造方法にも関する。

鋳造技術は、自動車両の部品等の大量生産品の製造に幅広く用いられており、現在でも様々なニーズを満たすための鋳造技術の開発が行われている。

特許文献１には、鋳造ラインにおいて順次搬送されてくる砂型から鋳物を連続的に取り出すための鋳物取り出し装置に関する技術が開示されている。特許文献１の技術では、鋳物の取り出しを確実に行うために画像処理が行われる。具体的には、搬送装置の終端部付近に配置されたカメラ（撮像手段）によって湯口を含む砂型の画像が撮像され、その画像に基づいて湯口検出判定手段（画像処理装置）によって湯口の位置および寸法が算出され、算出された湯口位置等に基づいて取り出し装置の制御が行われる。

特開平９−２２５６２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、湯口周辺にこぼれた湯玉が画像に写り込むことによって、湯口の位置検出の精度が低くなることがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋳型の湯口の位置を正確に検出することができる湯口位置検出システムおよび湯口位置検出方法を提供することにある。

本発明の実施形態による湯口位置検出システムは、鋳型の湯口の位置を検出する湯口位置検出システムであって、前記鋳型に対して相対的に移動する撮像装置を含む画像処理装置と、前記鋳型に設けられ、前記湯口に対して位置決めされた少なくとも１つのマーカーと、を備え、前記撮像装置は、前記少なくとも１つのマーカーを含む画像を撮像し、前記画像処理装置は、前記撮像装置によって撮像された前記画像に基づいて、前記湯口の位置に関する情報を生成する。

ある実施形態において、前記少なくとも１つのマーカーは、複数のマーカーである。

ある実施形態において、前記複数のマーカーは、３つ以上のマーカーである。

ある実施形態において、前記少なくとも１つのマーカーのそれぞれは、耐熱性材料から形成されたマーカー部材である。

ある実施形態において、本発明の湯口位置検出システムは、前記少なくとも１つのマーカーのそれぞれを囲うように設けられた保護部材をさらに備える。

ある実施形態において、本発明の湯口位置検出システムは、前記撮像装置に取り付けられ、前記撮像装置に入射する光を制限する遮光カバーをさらに備える。

ある実施形態において、前記鋳型は、前記湯口が形成された鋳型本体と、平面視において前記湯口に重ならないように前記鋳型本体上に乗せられる重りとを有し、前記少なくとも１つのマーカーは、前記重り上に設けられている。

ある実施形態において、前記鋳型は、鋳枠と、前記湯口が形成され、前記鋳枠内に位置する鋳型本体とを有し、前記少なくとも１つのマーカーは、前記鋳枠上に設けられている。

本発明の実施形態による鋳造装置は、上述の湯口位置検出システムと、前記鋳型に前記湯口から溶湯を注入する注湯機と、溶湯が注入された前記鋳型に、前記湯口から少なくとも粒状物を送り込む加圧装置と、を備える。

ある実施形態において、前記加圧装置は、前記画像処理装置によって生成された前記湯口の位置に関する情報に基づいて前記粒状物の送り込みを行う。

本発明の実施形態による湯口位置検出方法は、鋳型の湯口の位置を検出する湯口位置検出方法であって、前記鋳型に設けられるとともに前記湯口に対して位置決めされた少なくとも１つのマーカーを含む画像を撮像する工程（ａ）と、前記工程（ａ）において撮像された前記画像に基づいて前記湯口の位置に関する情報を生成する工程（ｂ）と、を包含する。

ある実施形態において、本発明による湯口位置検出方法は、所定の位置に少なくとも１つの開口部が形成された位置決め治具を用いて、前記少なくとも１つのマーカーを前記湯口に対して位置決めする工程（ｃ）をさらに包含する。

本発明の実施形態による鋳造品の製造方法は、鋳型に湯口から溶湯を注入する工程（Ａ）と、上述の湯口位置検出方法によって、前記湯口の位置に関する情報を生成する工程（Ｂ）と、を包含する。

ある実施形態において、本発明の鋳造品の製造方法は、溶湯が注入された前記鋳型に、前記湯口から少なくとも粒状物を送り込む工程であって、前記工程（Ｂ）において生成された前記湯口の位置に関する情報に基づいて実行される工程（Ｃ）をさらに包含する。

本発明の実施形態によると、鋳型の湯口の位置を正確に検出することができる湯口位置検出システムおよび湯口位置検出方法が提供される。

本発明の実施形態による湯口位置検出システムは、撮像装置を含む画像処理装置と、湯口に対して位置決めされた少なくとも１つのマーカーとを備えており、本発明の実施形態による湯口位置検出システムでは、撮像装置によって撮像されたマーカーを含む画像に基づいて、画像処理装置が湯口の位置に関する情報（湯口位置情報）を生成する。そのため、マーカーの位置に対する相対位置として湯口の位置を検出することができるので、湯口周辺にこぼれた湯玉や注湯直後の溶湯の明るさの影響を受けることなく、正確に湯口の位置を検出することができる。

湯口の位置の検出をより正確に行う観点からは、１つのマーカーを用いるよりも、複数のマーカーを用いることが好ましい。複数のマーカーを用いることにより、２つのマーカーをペアとして湯口の位置の算出を行うことができるからである。

特に３つ以上のマーカーを用いると、任意の２つのマーカーのペアから湯口の位置の算出を行い、ペアの数だけ算出された値の平均値をとることにより、検出精度をいっそう高めることができる。また、３つ以上のマーカーを用いる場合、少なくとも２つのマーカーについて良好な画像が得られれば、残りのマーカーを汚れ等の原因によりうまく撮影できなくても、湯口の位置を算出することができる。

マーカーが、耐熱性材料から形成されたマーカー部材であると、湯玉によるマーカーの汚れが発生しにくい。

マーカーを囲うように保護部材が設けられていると、保護部材によってマーカーへの湯玉の付着を防止することができるので、湯玉によるマーカーの汚れをより確実に防止することができる。

遮光カバーが撮像装置に取り付けられていると、撮像装置に入射する光を遮光カバーによって制限することができるので、撮像装置の周辺の光源による撮像への悪影響（外乱）を抑制することができる。

鋳型は、例えば、湯口が形成された鋳型本体と、鋳型本体上に乗せられる重りとを有する。この場合、マーカーは、重り上に設けられてもよい。

あるいは、鋳型は、鋳枠と、鋳枠内に位置する鋳型本体とを有する。この場合、マーカーは、鋳枠上に設けられてもよい。

本発明の実施形態による湯口位置検出システムは、鋳造装置に好適に用いられる。鋳造装置は、例えば、本発明の実施形態による湯口位置検出システムと、鋳型に湯口から溶湯を注入する注湯機とを備える。鋳造装置が、溶湯が注入された鋳型に湯口から粒状物を送り込む加圧装置をさらに備えていると、鋳型への注湯量を減らすことができる。そのため、注入歩留りが向上し、また、鋳造品の取り出し後の加工作業を簡略化することができる。

鋳造装置が加圧装置を備えている構成において、加圧装置は、画像処理装置によって生成された湯口位置情報に基づいて粒状物の送り込みを行うことが好ましい。本発明の実施形態による湯口位置検出システムは、湯口の位置を正確に検出することができるので、湯口位置検出システムの画像処理装置によって生成された湯口位置情報を用いることにより、粒状物の送り込みを好適に行うことができる。

本発明の実施形態による湯口位置検出方法は、湯口に対して位置決めされた少なくとも１つのマーカーを含む画像を撮像する工程（ａ）と、工程（ａ）において撮像された前記画像に基づいて湯口の位置に関する情報を生成する工程（ｂ）とを包含しており、本発明の実施形態による湯口位置検出方法では、工程（ａ）において撮像されたマーカーを含む画像に基づいて、工程（ｂ）で湯口の位置に関する情報（湯口位置情報）が生成される。そのため、マーカーの位置に対する相対位置として湯口の位置を検出することができるので、湯口周辺にこぼれた湯玉や注湯直後の溶湯の明るさの影響を受けることなく、正確に湯口の位置を検出することができる。

湯口位置検出方法は、所定の位置に少なくとも１つの開口部が形成された位置決め治具を用いてマーカーを湯口に対して位置決めする工程（ｃ）をさらに包含してもよい。位置決め治具を用いることにより、複数の鋳型についてマーカーの位置決めを容易に行うことができる。

本発明の実施形態による湯口位置検出方法は、鋳造品の製造方法に好適に用いられる。鋳造品の製造方法は、例えば、鋳型に湯口から溶湯を注入する工程（Ａ）と、本発明の実施形態の湯口位置検出方法によって、湯口の位置に関する情報を生成する工程（Ｂ）とを包含する。本発明の実施形態による湯口位置検出方法は、湯口の位置を正確に検出することができるので、鋳造品の製造方法が上述の工程（Ｂ）を含んでいることにより、鋳造品の製造を好適に行うことができる。

鋳造品の製造方法は、溶湯が注入された鋳型に湯口から粒状物を送り込む工程（Ｃ）をさらに包含してもよい。工程（Ｃ）を包含することにより、鋳型への注湯量を減らすことができる。そのため、注入歩留りが向上し、また、鋳造品の取り出し後の加工作業を簡略化することができる。この工程（Ｃ）は、工程（Ｂ）において生成された湯口位置情報に基づいて実行されることが好ましい。本発明の実施形態による湯口位置検出方法は、湯口の位置を正確に検出することができるので、工程（Ｂ）において生成された湯口位置情報に基づいて工程（Ｃ）を実行することにより、粒状物の送り込みを好適に行うことができる。

本発明の実施形態による湯口位置検出システム１００を模式的に示す上面図である。 図１中の２Ａ−２Ａ’線に沿った断面図である。 撮像装置１２による撮像の様子を模式的に示す図である。 ２つのマーカー２０（第１マーカー２０Ａおよび第２マーカー２０Ｂ）を用いる場合における、重り２の開口部２ａと２つのマーカー２０との位置関係を示す上面図である。 ３つのマーカー２０（第１マーカー２０Ａ、第２マーカー２０Ｂおよび第３マーカー２０Ｃ）を用いる場合における、重り２の開口部２ａと３つのマーカー２０との位置関係を示す上面図である。 マーカー２０の具体例を模式的に示す斜視図である。 マーカー２０の具体例を模式的に示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、マーカー部材であるマーカー２０のより具体的な構成の一例を示す上面図および斜視図である。 各マーカー２０を囲うように保護部材２２が設けられた例を模式的に示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、保護部材２２のより具体的な構成の一例を示す上面図および側面図である。 マーカー２０の具体例を模式的に示す斜視図である。 重り２上におけるマーカー２０の位置の具体例を示す上面図である。 位置決め治具２４を模式的に示す上面図である。 （ａ）および（ｂ）は、位置決め治具２４を用いた位置決め方法を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、位置決め治具２４を用いた位置決め方法を示す図である。 金枠（鋳枠）１Ｆ上におけるマーカー２０の位置の具体例を示す上面図である。 （ａ）および（ｂ）は、撮像装置１２の例を模式的に示す側面図および下面図である。 本発明の実施形態による鋳造装置２００を模式的に示すブロック図である。 鋳造装置２００が備える加圧装置１２０の例を示す図である。 鋳型Ｍ（鋳型本体１）に湯口１ｇから溶湯ｍが注入された直後の状態を示す図である。 加圧装置１２０のノズル部１２１からガスＧが鋳型本体１のキャビティ―内に吹き込まれている状態を示す図である。 加圧装置１２０のノズル部１２１から粒状物１２９が鋳型本体１のキャビティ―内に送り込まれている（吹き込まれている）状態を示す図である。 鋳型本体１のキャビティ―内への粒状物１２９の吹き込みが完了した状態を示す図である。 本発明の実施形態による湯口位置検出方法の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による湯口位置検出方法の他の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による鋳造品の製造方法の例を示すフローチャートである。 湯口１ｇの位置検出のより詳細な例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、図１および図２を参照しながら、本発明の実施形態による湯口位置検出システム１００を説明する。図１は、鋳造ラインＣＬに設置された湯口位置検出システム１００を模式的に示す上面図であり、図２は、図１中の２Ａ−２Ａ’線に沿った断面図である。

図１に示すように、鋳造ラインＣＬにおいて、複数の鋳型Ｍが、所定の方向Ｄ１に沿って搬送される。鋳型Ｍは、湯口１ｇが形成された鋳型本体１と、鋳枠（ここでは金枠）１Ｆと、重り２とを有する。鋳型本体１は、砂型であり、その内部にキャビティが形成されている。鋳型本体１は、金枠１Ｆ内に位置している。なお、鋳型本体１は、砂型に限定されるものではなく、重力注湯を行う鋳造法用の種々の鋳型であってよい。例えば、セラミックス粒子から形成された鋳型や、金属粒子から形成された鋳型であってもよい。

鋳型本体１のキャビティは、図２に示すように、湯口部１ａ、湯道部１ｂ、押湯部１ｃおよび製品部１ｄから構成される。図１および図２に示す例では、鋳型本体１上には重り２が乗せられている。重り２は、開口部２ａを有し、開口部２ａから鋳型本体１の湯口１ｇが露出するように（つまり湯口１ｇが開口部２ａに重なるように）配置されている。言い換えると、重り２は、平面視において湯口１ｇに重ならないように鋳型本体１上に乗せられている。

湯口位置検出システム１００は、鋳型Ｍの湯口１ｇの位置（典型的には湯口１ｇの中心位置）を検出する。湯口位置検出システム１００は、図１および図２に示すように、撮像装置（デジタルカメラ）１２を含む画像処理装置１０と、鋳型Ｍに設けられ、湯口１ｇに対して位置決めされた少なくとも１つのマーカー２０とを備える。湯口位置検出システム１００（マーカー２０を除く部分）は、鋳型Ｍの搬送方向Ｄ１と反対の方向Ｄ２に沿って移動可能である。そのため、撮像装置１２は、鋳型Ｍに対して相対的に移動可能である。

本実施形態では、１つの鋳型Ｍに対して複数の（より具体的には２つの）マーカー２０が設けられている。マーカー２０は、重り２上に設けられている。

画像処理装置１０は、上述した撮像装置１２に加え、演算部１４を有する。演算部１４は、典型的には、コンピュータ（例えばパネルコンピュータ）である。画像処理装置１０は、不図示の照明装置をさらに有してもよい。

撮像装置１２は、図２およびさらには図３に示すように、マーカー２０を含む画像を撮像する。画像処理装置１０は、撮像装置１２により撮像された画像（マーカー２０を含む画像）に基づいて、湯口１ｇの位置に関する情報（以下では「湯口位置情報」とも呼ぶ）を生成する。湯口位置情報の生成は、マーカー２０を含む画像に対して所定の画像処理を行うことによって実行される。

上述したように、本実施形態の湯口位置検出システム１００では、マーカー２０を含む画像に基づいて湯口位置情報が生成され、そのことにより、鋳型Ｍの湯口１ｇの位置を正確に検出することができる。画像処理によって湯口の位置を検出しようとする場合、湯口１ｇを含む画像を撮像し、その画像から直接湯口１ｇの位置を検出する手法が考えられる。しかしながら、そのような手法では、湯口１ｇの位置を正確に検出することができないおそれがある。例えば、湯口１ｇの周辺にこぼれた湯玉が画像に写り込むことにより、湯口１ｇの位置の検出精度が低下することがある。これに対し、本実施形態の湯口位置検出システム１００では、湯口１ｇに対して位置決めされたマーカー２０を含む画像に基づいて湯口位置情報が生成されるので、マーカー２０の位置に対する相対位置として湯口１ｇの位置を検出することができる。そのため、湯口１ｇを撮影する手法よりも正確に湯口１ｇの位置を検出することができる。

本実施形態では、マーカー２０が２つの場合を例示したが、マーカー２０の個数はこれに限定されるものではない。マーカー２０は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。ただし、１つのマーカー２０を用いる場合よりも、複数のマーカー２０を用いる場合の方が、湯口１ｇの位置をより正確に検出することができる。また、２つのマーカー２０を用いる場合よりも、３つ以上のマーカー２０を用いる場合の方が、湯口１ｇの位置をいっそう正確に検出することができる。

ここで、複数のマーカー２０を用いる場合における、湯口１ｇの位置の算出方法の例を説明する。以下の例では、重り２に形成された円形の開口部２ａの中心が、湯口１ｇの中心に一致するものとして計算を行っている。

図４は、２つのマーカー２０を用いる場合における、重り２の開口部２ａと２つのマーカー２０との位置関係を示す上面図である。ここでは、図４に示されている２つのマーカー２０のうち、相対的に右側に位置するマーカー２０Ａを第１マーカーと呼び、相対的に左側に位置するマーカー２０Ｂを第２マーカーと呼ぶ。

図４において（撮像される画像において）、ある１点を原点とし、原点から左右方向に延びる軸をｘ軸（原点よりも右側が正、左側が負）、原点から上下方向に延びる軸をｙ軸（原点よりも上側が正、下側が負）とする座標系を考える。

開口部２ａの中心をＰ０(x₀, y₀）、第１マーカー２０Ａの中心をＰ１(x₁, y₁)、第２マーカー２０Ｂの中心をＰ２(x₂, y₂)とする。また、開口部２ａの中心Ｐ０と第１マーカー２０Ａの中心Ｐ１との距離をＲとし、第１マーカー２０Ａの中心Ｐ１および第２マーカー２０Ｂの中心Ｐ２を結ぶ直線と、第１マーカー２０Ａの中心Ｐ１および開口部２ａの中心Ｐ０を結ぶ直線とのなす角度をαとする（反時計回りが正）。さらに、第１マーカー２０Ａの中心Ｐ１および第２マーカー２０Ｂの中心Ｐ２を結ぶ直線とｘ軸の負方向とがなす角度をθ（反時計回りが正）とする。

角度θは、下記式（１）により表わされ、開口部２ａの中心Ｐ０の座標(x₀, y₀）は、下記式（２）および（３）により表わされる。また、距離Ｒおよび角度αは、例えば後述する位置決め治具２４を用いて予め求めておくことが可能である。そのため、第１マーカー２０Ａおよび第２マーカー２０Ｂを含む画像から、画像処理によってＰ１の座標(x₁, y₁)、Ｐ２の座標(x₂, y₂)を求めることにより、開口部２ａの中心Ｐ０の座標(x₀, y₀）、つまり、湯口１ｇの中心の位置を算出することができる。

図５は、３つのマーカー２０（第１マーカー２０Ａ、第２マーカー２０Ｂおよび第３マーカー２０Ｃ）を用いる場合における、重り２の開口部２ａと３つのマーカー２０との位置関係を示す上面図である。

３つ以上のマーカー２０を用いる場合、３つ以上のマーカー２０のうちから任意の２つのマーカー２０を選択し、そのペア（２つのマーカー２０）について、図４を参照しながら説明した方法と同様に、開口部２ａの中心Ｐ０の座標(x₀, y₀）を算出することができる。２つのマーカー２０のペア（組み合わせ）の数（３つのマーカー２０を用いる場合には３）だけ開口部２ａの中心Ｐ０の座標(x₀, y₀）を算出し、算出された値の平均値をとることにより、検出精度を高めることができる。

また、３つ以上のマーカー２０を用いる場合、少なくとも２つのマーカー２０について良好な画像が得られれば、残りのマーカー２０を汚れ等の原因によりうまく撮影できなくても、開口部２ａの中心Ｐ０の座標(x₀, y₀）を算出することができる。

なお、既に説明したように、マーカー２０は１つであってもよい。１つのマーカー２０を用いる場合、例えば、以下のようにして湯口１ｇの位置を算出することができる。

ここでは、すべての鋳型Ｍが搬送方向Ｄに対して平行に並んでおり、平面視における時計回り（または反時計回り）のずれは無視できると仮定する。

開口部２ａの中心Ｐ０の座標 (x₀, y₀）と、マーカー２０の中心Ｐ１の座標(x₁, y₁)との差を(Δx, Δy）とすると、開口部２ａの中心Ｐ０の座標 (x₀, y₀）は、下記式（４）および（５）により表わされる。
ｘ₀＝ｘ₁−Δｘ ・・・（４）
ｙ₀＝ｙ₁−Δｙ ・・・（５）

Δｘ、Δｙは、例えば後述する位置決め治具２４を用いて予め求めておくことが可能であるので、１つのマーカー２０を含む画像から、画像処理によってその中心Ｐ１の座標(x₁, y₁)を求めることにより、開口部２ａの中心Ｐ０の座標(x₀, y₀）、つまり、湯口１ｇの中心の位置を算出することができる。

続いて、図６から図１１を参照しながら、マーカー２０の具体的な構成を説明する。

図６に示す例では、マーカー２０は、平面状であり、耐熱性塗料の塗布か、または、耐熱性材料の貼り付けにより形成されている。マーカー２０の認識を好適に行うためには、マーカー２０は、白色であることが好ましい。図６に示した例は、マーカー２０を簡便に形成できるという利点を有する。ただし、図６に示した例では、マーカー２０が平面状である（厚さがほぼゼロである）ので、マーカー２０が湯玉で汚れやすい。

図７に示す例では、マーカー２０は、耐熱性材料（例えば鉄）から形成されたマーカー部材であり、円柱状である。図７に示した例は、マーカー２０が湯玉で汚れにくいという利点を有する。マーカー部材であるマーカー２０の高さ（厚さ）に特に制限はないが、汚れにくさの観点からは、２５ｍｍ以上であることが好ましい。

図８（ａ）および（ｂ）は、マーカー部材であるマーカー２０のより具体的な構成の一例を示す上面図および斜視図である。マーカー２０の認識を好適に行うためには、マーカー２０の上面２０ｕは白色であることが好ましく、マーカー２０の側面２０ｓはつや消しの黒色であることが好ましい。マーカー２０の直径ｄ１は、例えば３０ｍｍである。マーカー２０の高さｈ１は、例えば３０ｍｍである。マーカー２０は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、例えばボルト２１によって重り２に取り付けられる。

図９に示す例では、各マーカー２０を囲うように保護部材２２が設けられている。ここでは、円柱状のマーカー２０の外側に円筒状の保護部材２２が配置されている。保護部材２２は、耐熱性材料（例えば鉄）から形成されている。図８に示した例では、保護部材２２により、マーカー２０への湯玉の付着を防止することができるので、湯玉によるマーカー２０の汚れをより確実に防止することができる。

図１０（ａ）および（ｂ）は、保護部材２２のより具体的な構成の一例を示す上面図および側面図である。マーカー２０の認識を好適に行うためには、保護部材２２は、その全体がつや消しの黒であることが好ましい。図１０（ａ）および（ｂ）に示す例では、保護部材２２は、円筒状のベース部２２ａと、ベース部２２ａ上に設けられた半円筒状のカラー部２２ｂとを有する。保護部材２２は、カラー部２２ｂがマーカー２０に対して湯口１ｇ側（開口部２ａ側）に位置するように配置される。ベース部２２ａの外径ｄ２は、例えば７０ｍｍであり、カラー部２２ｂの内径ｄ３は、例えば４８ｍｍである。ベース部２２ａの高さｈ２は、例えば２５ｍｍであり、カラー部２２ｂの高さｈ３は、例えば１０ｍｍである。

なお、マーカー２０および保護部材２２ａの配色は、上述の例に限定されないが、マーカー２０（あるいはマーカー２０の上面２０ｕ）とその周囲とのコントラストがなるべく大きくなるような配色であることが好ましい。

図６〜図１０には、撮像方向（開口部２の中心軸に平行）から見たときのマーカー２０の形状（マーカー２０の平面形状）が円形である場合を示しているが、マーカー２０の平面形状は円形に限定されるものではなく、任意の形状であり得る。例えば、図１１に示すように、マーカー２０の平面形状が矩形であってもよい。図１１には、マーカー２０として四角柱状のマーカー部材が設けられている例が示されている。マーカー２０の平面形状が円形以外である場合でも、マーカー２０の重心点やエッジを抽出することにより、開口部２ａの中心位置を算出することができる。

また、重り２上におけるマーカー２０の位置は、これまで図示したものに限定されない。マーカー２０は、例えば、図１２に示すように、重り２上の任意の位置２０Ｐに配置することができる。ただし、１回の撮像により、配置されたすべてのマーカー２０を撮影し得ることが好ましい。

ここで、マーカー２０を湯口１ｇに対して位置決めする方法の例を説明する。マーカー２０は、例えば、図１３に示すような位置決め治具２４を用いて、湯口１ｇに対して位置決めされ得る。位置決め治具２４は、所定の位置に形成された少なくとも１つ（ここでは複数）の開口部を有する。図１３に示す例では、位置決め治具２４は、重り２の開口部２ａに対応する第１開口部２４ａと、マーカー２０に対応する第２開口部２４ｂとを有する。

図１４（ａ）、（ｂ）および図１５（ａ）、（ｂ）は、位置決め治具２４を用いた位置決め方法を示す図である。まず、図１４（ａ）に示すように、重り２の開口部２ａに、樹脂から形成された栓（ふた）２６をはめる。ここでは、開口部２ａが円形であるので、栓２６は円盤状である。次に、図１４（ｂ）に示すように、位置決め治具２４を、第１開口部２４ａが栓２６にはまるように重り２上にのせる。

続いて、図１５（ａ）に示すように、位置決め治具２４の第２開口部２４ｂにマーカー２０をはめ、ボルト２１で固定する。このようにして、図１５（ｂ）に示すように、開口部２ａに対して（つまり湯口１ｇに対して）位置決めされたマーカー２０が取り付けられた重り２を得ることができる。

位置決め治具２４を用いることにより、複数の鋳型１（複数の重り２）についてマーカー２０の位置決めを容易に行うことができる。なお、栓２６は、重り２の開口部２ａの位置のキャリブレーションにも用いることができる。位置決め治具２４を重り２上（鋳型Ｍ上）に乗せた状態において撮像装置１２で撮像した画像から、開口部２ａの中心Ｐ０の座標(x₀, y₀）を求めることができるので、求めた(x₀, y₀）を用いて、上述したＲ、α、Δｘ、Δｙが得られる。

また、例示した構成では、位置決め治具２４自体は、重り２に対して栓２６により位置決めされるが、位置決め治具２４は、重り２（あるいは鋳型Ｍ）に対して何らかの構造により位置決めされてさえいればよく、例示した構成以外の構成であってもよい。そのため、位置決め治具２４は、重り２の開口部２ａに対応する開口部が必ずしも形成されている必要はなく、少なくともマーカー２０に対応する開口部が形成されていればよい。従って、マーカー２０が１つの場合には、ただ１つの開口部が形成されていてもよい。

マーカー２０は、湯口１ｇに対して位置決めされていればよく、必ずしも重り２上に設けられている必要はない。マーカー２０は、例えば、図１６に示すように、鋳型Ｍの金枠（鋳枠）１Ｆ上の任意の位置２０Ｐに設けられる。

図１７（ａ）および（ｂ）に、撮像装置１２の具体的な構成の例を示す。図１７（ａ）および（ｂ）は、撮像装置１２を模式的に示す側面図および下面図である。

図１７（ａ）に示すように、撮像装置１２は、通信ケーブル１３に接続されており、撮像装置１２によって撮像された画像は、この通信ケーブル１３を介して演算部１４に出力される。また、撮像装置１２には、防塵カバー１５および遮光カバー１６が取り付けられている。防塵カバー１５により、撮像装置１２のレンズ１２ａへの塵の付着を防止することができる。

遮光カバー１６は、撮像装置１２に入射する光を制限する。ここでは、遮光カバー１６は、図１７（ｂ）に示すように、撮像装置１２を下側から見たときにレンズ１２ａの一部を覆うように設けられている。遮光カバー１６により、撮像装置１２の周辺の光源による撮像への悪影響（外乱）を抑制することができる。

上述したように、本実施形態の湯口位置検出システム１００によれば、鋳型Ｍの湯口１ｇの位置を正確に検出することができる。湯口位置検出システム１００は、鋳造装置に好適に用いることができる。

図１８に、湯口位置検出システム１００を備える鋳造装置２００を示す。図１８は、鋳造装置２００を模式的に示すブロック図である。

鋳造装置２００は、図１８に示すように、湯口位置検出システム１００と、注湯機１１０と、加圧装置１２０とを備える。鋳造装置２００は、さらに、制御装置１３０を備える。

注湯機１１０は、鋳型Ｍに湯口１ｇから溶湯を注入する。注湯機１１０の構成に特に制限はない。注湯機１１０としては、種々の方式の注湯機を用いることができ、例えば、取鍋傾動式の自動注湯機を用いることができる。取鍋傾動式の自動注湯機は、取鍋や、取鍋を傾動させる取鍋傾動機構などを有する。

加圧装置１２０は、溶湯が注入された鋳型Ｍに、湯口１ｇから少なくとも粒状物を送り込む。加圧装置１２０は、粒状物を送り出すノズル部と、ノズル部を移動させる移動機構と、粒状物をノズル部に供給する粒状物供給機とを有する。粒状物は、耐熱性材料から形成されており、例えば、砂や鋼球である。典型的には、加圧装置１２０は、粒状物をガス（例えば圧縮空気）とともに湯口１ｇから鋳型Ｍに吹き込む。

制御装置１３０は、注湯機１１０および加圧装置１２０の動作するタイミングや移動量などを制御する。制御装置１３０は、上記の制御を、画像処理装置１０から出力される情報に基づいて行うことができる。制御装置１３０は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。

鋳造装置２００は、加圧装置１２０を有していることにより、鋳型Ｍへの注湯量を減らすことができる。そのため、注入歩留りが向上し、また、鋳造品の取り出し後の加工作業を簡略化することができる。

なお、加圧装置１２０による粒状物の送り込みは、鋳型Ｍへの注湯後に速やかに行われる。しかしながら、仮に、溶湯が注入された直後の湯口１ｇを撮影すると、溶湯が非常に明るいので、湯口１ｇの形状を精度良く認識することは難しい。これに対し、鋳造装置２００では、加圧装置１２０は、画像処理装置１０によって生成された湯口１ｇの位置に関する情報（つまりマーカー２０の位置に対する相対位置として検出された湯口１ｇの位置）に基づいて粒状物の送り込み（ガスおよび粒状物の吹き込み）を行う。そのため、ノズル部を、湯口１ｇ上に正確に位置させることができ、粒状物の送り込みを好適に行うことができる。また、ノズル部が、鋳型Ｍの金枠（鋳枠）１Ｆや重り２と干渉して破損することを防止することができる。

ここで、図１９を参照しながら、加圧装置１２０の具体的な構成の例を説明する。図１９に示す例では、加圧装置１２０は、ノズル部１２１と、移動機構１２２と、粒状物供給機１２３とを有する。

ノズル部１２１は、鋳型Ｍの湯口１ｇにガスおよび粒状物１２９を吹き出す（送り出す）部分である。

移動機構１２２は、ノズル部１２１を移動させ得る。具体的には、移動機構１２２は、ノズル部１２１を、左右方向（鋳型Ｍの搬送方向Ｄ１に平行な方向）、前後方向（搬送方向Ｄ１に直交する方向）および上下方向に移動させることができる。移動機構１２２は、上述したようなノズル部１２１の移動が可能である限り、その具体的な構成に特に制限はなく、例えば、左右方向、前後方向および上下方向のそれぞれに沿った移動を可能にするためのサーボモーターを含んでいる。

粒状物供給機１２３は、粒状物１２９をノズル部１２１に供給する。粒状物供給機１２３は、粒状物１２９を収容する粒状物タンク１２４と、粒状物タンク１２４およびノズル部１２１を連通させる粒状物供給管１２５と、粒状物タンク１２４および粒状物供給管１２５の間に設けられた開閉スライド部材１２６とを有する。粒状物供給機１２３は、さらに、粒状物供給管１２５に接続されたガス供給管１２７と、ガス供給管１２７に取り付けられた開閉バルブ１２８とを有する。

既に説明したように、鋳造装置２００は、加圧装置１２０を有していることにより、鋳型Ｍへの注湯量を減らすことができる。

一般に、鋳型のキャビティ―は、湯口部、湯道部、押湯部および製品部から構成される（図２参照）。鋳造品を製造する際、溶湯は、製品部だけでなく、湯口部、湯道部および押湯部にも注入される。注湯後に鋳型が冷却されて溶湯の凝固が完了すると、鋳型がばらされて鋳造品の取り出しが行われる。このとき、製品部に対応する部分のみが分離されて仕上げ加工を施され、最終的な製品となる。湯口部、湯道部および押湯部に対応する部分は、リターン材として再溶解される。このように製品部（キャビティ―のうち実際の製品に対応する領域）以外にも注湯を行うことは、注入歩留りが低いことの原因であった。また、上記のような余分な注湯は、鋳型からの鋳造品の取り出し後の加工作業を増加させる原因でもあった。

これに対し、加圧装置１２０によって、注湯後の鋳型Ｍに湯口１ｇから少なくとも粒状物１２９を送り込むことにより、湯口部１ａおよび湯道部１ｂへの注湯量を減らすことができる。そのため、注入歩留りが向上し、また、鋳造品の取り出し後の加工作業を簡略化することができる。

以下、図２０〜図２３を参照しながら、加圧装置１２０の動作を説明する。

図２０は、鋳型Ｍ（鋳型本体１）に湯口１ｇから溶湯ｍが注入された直後の状態を示している。注入された溶湯ｍの体積は、鋳型本体１のキャビティ―の総体積よりも小さく、製品部１ｄおよび押湯部１ｃの体積にほぼ等しい（あるいは、製品部１ｄおよび押湯部１ｃの体積よりもやや大きい）。

注湯後の鋳型Ｍの湯口１ｇ上に、図２１に示すように、加圧装置１２０のノズル部１２１が移動機構１２２（図２１では不図示）により移動し、ノズル部１２１からガスＧが鋳型本体１のキャビティ―内に吹き込まれる。ガスＧの吹き込みは、ガス供給管１２７に取り付けられた開閉バルブ１２８を開状態とすることによって行われる。これにより、溶湯ｍが押し込まれ、製品部１ｄおよび押湯部１ｃに充填される。

次に、図２２に示すように、ノズル部１２１から粒状物１２９がキャビティ―内に送り込まれる。粒状物１２９の送り込みは、粒状物タンク１２４および粒状物供給管１２５の間に設けられた開閉スライド部材１２６を開状態とすることによって行われる。また、このとき、開閉バルブ１２８も開状態のままであり、粒状物１２９は、ガスＧとともに吹き込まれる。

図２３は、粒状物１２９の吹き込みが完了した状態を示している。図２３に示されているように、このとき、溶湯ｍの最上部は、最後部よりも高い位置にあるので、溶湯ｍには、図２０に示した状態に戻ろうとする流動力が作用するが、吹き込まれた粒状物１２９による摩擦力（粒状物１２９同士の摩擦力と、粒状物１２９およびキャビティ―内面間の摩擦力）によって、その流動が止められている。

このように、加圧装置１２０によって粒状物１２９をキャビティ―内に送り込むことにより、湯口部１ａおよび湯道部１ｂへの注湯量を減らす（ほぼ無くす）ことができる。

なお、上述した例では、ガスＧの吹き込み後に粒状物１２９の送り込みを行うが、粒状物１２９の送り込みと同時、あるいは粒状物１２９の送り込みの後にガスＧの吹き込みを行ってもよい。

また、粒状物１２９をガスＧとともにキャビティー内に吹き込む構成に代えて、粒状物１２９を押圧部材（例えば空気圧シリンダーのロッド）によってキャビティ―内に押し込む構成としてもよい。

続いて、上述した湯口位置検出システム１００および鋳造装置２００を用いて実行される、湯口位置検出方法および鋳造品の製造方法を、フローチャートを参照しながら説明する。

図２４は、本実施形態における湯口位置検出方法の例を示すフローチャートである。

本実施形態における湯口位置検出方法では、まず、湯口１ｇに対して位置決めされた少なくとも１つのマーカー２０を含む画像を撮像する（工程Ｓ１）。既に説明したことからわかるように、この工程Ｓ１において、複数のマーカー２０（好ましくは３つ以上のマーカー２０）を含む画像を撮像することにより、湯口１ｇの位置をより正確に検出することができる。

次に、工程Ｓ１において得られた画像に対して画像処理を行うことによって、湯口１ｇの位置に関する情報を生成する（工程Ｓ２）。このようにして、鋳型Ｍの湯口１ｇの位置を検出することができる。

本実施形態の湯口位置検出方法では、湯口１ｇに対して位置決めされたマーカー２０を含む画像に基づいて湯口位置情報が生成されるので、マーカー２０の位置に対する相対位置として湯口１ｇの位置を検出することができる。そのため、湯口１ｇの位置を正確に検出することができる。

図２５は、本実施形態における湯口位置検出方法の他の例を示すフローチャートである。

図２５に示す例では、工程Ｓ１の前に、位置決め治具２４を用いて、少なくとも１つのマーカー２０を湯口１ｇに対して位置決めする（工程Ｓ０）。位置決め治具２４には、図１３を参照しながら説明したように、所定の位置に少なくとも１つ（図１３の例では複数）の開口部が形成されている。位置決め治具２４を用いることにより、複数の鋳型Ｍについてマーカー２０の位置決めを容易に行うことができる。

図２６は、本実施形態における鋳造品の製造方法の例を示すフローチャートである。

本実施形態における鋳造品の製造方法では、まず、鋳型Ｍに湯口１ｇから溶湯を注入する（工程Ｓ１１）。次に、湯口１ｇの位置に関する情報を生成する（工程Ｓ１２）。この工程Ｓ１２は、上述した湯口位置検出方法によって実行される。

続いて、溶湯が注入された鋳型Ｍに、湯口１ｇから少なくとも粒状物１２９を送り込む（工程Ｓ１３）。この工程Ｓ１３は、工程Ｓ１２において生成された湯口位置情報に基づいて実行される。その後、溶湯の凝固が完了すると、型ばらしおよび最終加工を行う（工程Ｓ１４）。このようにして、鋳造品の製造を行うことができる。

本実施形態の鋳造品の製造方法は、溶湯が注入された鋳型Ｍに湯口１ｇから粒状物１２９を送り込む工程Ｓ１３を含んでいることにより、鋳型Ｍへの注湯量を減らすことができる。そのため、注入歩留りが向上し、また、鋳造品の取り出し後の加工作業を簡略化することができる。また、この工程Ｓ１３は、画像処理装置によって生成された湯口１ｇの位置に関する情報に基づいて行われるので、粒状物１２９の送り込みを好適に行うことができる。

なお、上記の説明では、画像処理装置１０によって生成された湯口位置情報に基づいて粒状物１２９の送り込みを行う例を説明したが、湯口位置情報に基づく制御は、この例に限定されるものではない。例えば、湯口位置情報に基づいて、溶湯の注入を行ってもよい。湯口位置情報に基づいて溶湯の注入を行うことにより、注湯作業のいっそうの効率化や自動化が可能となる。

図２７は、湯口１ｇの位置検出のより詳細な例を示すフローチャートである。

鋳造装置２００がある鋳型の位置へ移動すると、制御装置１３０からの指令により、撮像装置１２がマーカー２０を含む画像を撮像する（工程Ｓ２１）。

次に、撮像された画像内におけるマーカー２０を抽出する（工程Ｓ２２）。マーカー２０の抽出は、例えば、色（明るさ）、形、大きさを判定することにより行われる。このとき、画像内における湯玉（明るさが最大となる領域）は、除外する。

続いて、マーカー２０のペア（２つのマーカー２０）から、湯口１ｇの位置（あるいは重り２の開口部２ａの中心位置）を算出する（工程Ｓ２３）。このとき、ペアの一方のマーカー２０から湯口１ｇの位置の平行移動量を算出し、他方のマーカー２０から湯口１ｇの位置の回転移動量を算出する（図４を参照しながら説明した手法である）。また、３つ以上のマーカー２０が設けられている場合には、任意の２つのマーカー２０を選択して各ペアについて算出を行い、平均値および分散を求める。

次に、算出された湯口１ｇの位置（あるいは重り２の開口部２ａの中心位置）の妥当性を判定する（工程Ｓ２４）。算出された位置が想定範囲内でない場合には、マーカー２０の抽出または鋳造装置２００の移動の不具合であるとみなし、エラー信号が出力される。また、マーカー２０が３つ以上である場合に、分散が想定範囲を超えたときは、エラー信号が出力されるか、あるいは、マーカー２０の汚れ等によるマーカー２０の抽出ミスを想定し、正しく抽出されたと見なせるペアについての算出結果のみを用いる。

続いて、算出された湯口１ｇの位置（あるいは重り２の開口部２ａの中心位置）と、本来の位置との差を計算する（工程Ｓ２５）。計算結果は、補正値として制御装置１３０へ出力される。

次に、補正値に基づいて鋳造装置２００を移動させ、鋳造動作を実行する（工程Ｓ２６）。

続いて、算出結果の数値および画像をコンピュータファイルとして保存する（工程Ｓ２７）。その後、鋳造装置２００は次の鋳型の位置に移動する。このようにして、湯口１ｇの位置検出およびそれに続く鋳造動作を実行することができる。

本発明の実施形態によると、鋳型の湯口の位置を正確に検出することができる湯口位置検出システムおよび湯口位置検出方法が提供される。本発明の実施形態による湯口位置検出システムおよび湯口位置検出方法は、重力注湯を行う鋳造法に広く用いることができる。

Ｍ 鋳型
１ 鋳型本体
１ａ 湯口部
１ｂ 湯道部
１ｃ 押湯部
１ｄ 製品部
１ｇ 湯口
１Ｆ 鋳枠（金枠）
２ 重り
２ａ 開口部
１０ 画像処理装置
１２ 撮像装置
１３ 通信ケーブル
１４ 演算部
１５ 防塵カバー
１６ 遮光カバー
２０ マーカー
２０ｕ マーカーの上面
２０ｓ マーカーの側面
２１ ボルト
２２ 保護部材
２２ａ ベース部
２２ｂ カラー部
２４ 位置決め治具
２４ａ 第１開口部
２４ｂ 第２開口部
２６ 栓
１００ 湯口位置検出システム
１１０ 注湯機
１２０ 加圧装置
１２１ ノズル部
１２２ 移動機構
１２３ 粒状物供給機
１２４ 粒状物タンク
１２５ 粒状物供給管
１２６ 開閉スライド部材
１２７ ガス供給管
１２８ 開閉バルブ
１２９ 粒状物
１３０ 制御装置
２００ 鋳造装置

Claims (14)

1. 鋳型の湯口の位置を検出する湯口位置検出システムであって、
   前記鋳型に対して相対的に移動する撮像装置を含む画像処理装置と、
   前記鋳型に設けられ、前記湯口に対して位置決めされた少なくとも１つのマーカーと、を備え、
   前記撮像装置は、前記少なくとも１つのマーカーを含む画像を撮像し、
   前記画像処理装置は、前記撮像装置によって撮像された前記画像に基づいて、前記湯口の位置に関する情報を生成する湯口位置検出システム。
2. 前記少なくとも１つのマーカーは、複数のマーカーである請求項１に記載の湯口位置検出システム。
3. 前記複数のマーカーは、３つ以上のマーカーである請求項２に記載の湯口位置検出システム。
4. 前記少なくとも１つのマーカーのそれぞれは、耐熱性材料から形成されたマーカー部材である請求項１から３のいずれかに記載の湯口位置検出システム。
5. 前記少なくとも１つのマーカーのそれぞれを囲うように設けられた保護部材をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の湯口位置検出システム。
6. 前記撮像装置に取り付けられ、前記撮像装置に入射する光を制限する遮光カバーをさらに備える請求項１から５のいずれかに記載の湯口位置検出システム。
7. 前記鋳型は、前記湯口が形成された鋳型本体と、前記鋳型本体上に乗せられ、前記湯口が露出するように配置された重りとを有し、
   前記少なくとも１つのマーカーは、前記重り上に設けられている請求項１から６のいずれかに記載の湯口位置検出システム。
8. 前記鋳型は、鋳枠と、前記湯口が形成され、前記鋳枠内に位置する鋳型本体とを有し、
   前記少なくとも１つのマーカーは、前記鋳枠上に設けられている請求項１から６のいずれかに記載の湯口位置検出システム。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の湯口位置検出システムと、
   前記鋳型に前記湯口から溶湯を注入する注湯機と、
   溶湯が注入された前記鋳型に、前記湯口から少なくとも粒状物を送り込む加圧装置と、を備える鋳造装置。
10. 前記加圧装置は、前記画像処理装置によって生成された前記湯口の位置に関する情報に基づいて前記粒状物の送り込みを行う請求項９に記載の鋳造装置。
11. 鋳型の湯口の位置を検出する湯口位置検出方法であって、
    前記鋳型に設けられるとともに前記湯口に対して位置決めされた少なくとも１つのマーカーを含む画像を撮像する工程ａと、
    前記工程ａにおいて撮像された前記画像に基づいて前記湯口の位置に関する情報を生成する工程ｂと、
    を包含する湯口位置検出方法。
12. 所定の位置に少なくとも１つの開口部が形成された位置決め治具を用いて、前記少なくとも１つのマーカーを前記湯口に対して位置決めする工程ｃをさらに包含する請求項１１に記載の湯口位置検出方法。
13. 鋳型に湯口から溶湯を注入する工程Ａと、
    請求項１１または１２に記載の湯口位置検出方法によって、前記湯口の位置に関する情報を生成する工程Ｂと、
    を包含する鋳造品の製造方法。
14. 溶湯が注入された前記鋳型に、前記湯口から少なくとも粒状物を送り込む工程であって、前記工程Ｂにおいて生成された前記湯口の位置に関する情報に基づいて実行される工程Ｃをさらに包含する請求項１３に記載の鋳造品の製造方法。

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