JPH04220157A - 型への溶湯の注湯を制御するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタンディッシュから型へ
と湯液を注湯するための自動制御システムに関し、詳し
くはリアルタイムビジョン−ベース式のフィードバック
制御を使用しての砂型への溶湯の注湯に関する。

【０００２】

【従来技術】鋳造工業においては金属注型品は溶湯を砂
型に分配することによって形成される。砂型内部のキャ
ビティは所望の部材の反転像となっている。図１には鋳
造工業において使用される如き砂型の代表的な配列構成
が示される。連続する砂型が、スプルーキャップとして
知られる上部開口を通してシーケンス的に充填される。 スプルーキャップはゲートシステムと連通される。ゲー
トシステムは成型するべき部材の形状を画定するキャビ
ティにスプルーカップを連結する一連のチャンネルであ
る。良質の注型品を製造するために、ゲートシステムを
通る溶湯流れは迅速且つ連続的であるべきである。もし
そうした流れが不均一だと注型品の内部に空気が捕捉さ
れ、受け入れ難い品質の多孔質部材が製造され得る。ゲ
ートシステムを通しての溶湯の円滑な流れは、注湯期間
中にフルスプルーキャップを維持することによって達成
される。しかしながら、スプルーキャップの過充填は製
造ラインでの危険な飛散及びジャミングを招く。従って
、溶湯の注湯時にスプルーキャップにおける溶湯高さを
正確に制御可能な自動制御システムに対する要望がある
。こうした方法を自動化しようとする従来からの試みは
失敗に終った。スプルーキャップ内での溶湯のオーバー
フローを検出するための代表的な従来手段には、型の通
気口を通して上昇する溶湯を検出するセンサー或いはス
プルーキャップ内の溶湯が発する光の強度変化を検知す
るセンサーを設けることが含まれる。しかしながらこれ
らの方法には、スプルーキャップ周辺への溶湯の飛散に
よって誤信号が生じること、そして制御システムが溶湯
流れが遮断された場合に注湯オリフィス及びスプルーキ
ャップ間を通過する溶湯が考慮され得ないこと、といっ
た共通の問題がある。

【０００３】こうした問題の多くは、米国特許第４、７
４４、４０７号の発明によって解決済である。前記米国
特許には、スプルーキャップ内の溶湯表面の像を連続的
に検知するためのオプティカルスキャン手段が開示され
る。像領域情報を予備選択参照領域値と比較してその差
を表わす値を発するための手段が設けられ、この差の値
に応答した制御信号が制御手段から流れ制御手段に発せ
られ、前記差の値が最小限となるよう、溶湯の流れが制
御される。本発明は前記米国特許の装置を改良したもの
であって、タンディッシュからの流量及びスプルーキャ
ップ内の液高さ観察に基づき、スプルーキャップからゲ
ートシステムへと流動する溶湯の挙動を計算することが
可能である。本発明はまた、注湯期間中にタンディッシ
ュからスプルーキャップに流動する溶湯の量を考慮する
。発明はスプルーキャップ及びゲートシステムの挙動を
”学習”し、それにより型内部での溶湯流れを算出し、
注型状況を変化させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】タンディッシュからの
流量及びスプルーキャップ内の液高さ観察に基づき、ス
プルーキャップからゲートシステムへと流動する溶湯の
挙動を計算可能であり、注湯期間中にタンディッシュか
らスプルーキャップに流動する溶湯の量を考慮可能であ
り、スプルーキャップ及びゲートシステムの挙動を”学
習”し、それにより型内部での溶湯流れを算出して注型
状況を変化させ得る、砂型への溶湯の注湯方法及び装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、スプル
ーキャップを具備する型に通じる可変サイズのオリフィ
スを有するタンディッシュからの湯液の流れを制御する
ための方法及びシステムが提供される。本システムでは
与えられた時間におけるタンディッシュでの流れ制御手
段が考慮され、それによりタンディッシュからの湯液の
流量が推定される。デジタルカメラを使用することによ
り、本システムでは前記時間内のスプルーキャップ内の
実際の液高さが観察される。タンディッシュからの流量
及び前記時間内のスプルーキャップ内の液高さの変化に
基づき、本システムはスプルーキャップから型内部に流
出する湯液の流量を算出する。該流量は”モールドイン
テークレート”として既知のものである。単一の型への
注湯の進行に伴う型入力挙動をサンプリングすることに
より、本システムは先行する注湯作業から引き出された
”型入力挙動（ｍｏｌｄ　　ｉｎｔａｋｅ　　ｂｅｈａ
ｖｉｏｒ）”を算出する。型入力挙動は、鋳造の効率及
び品質を最大限のものとするために、”理想的”注湯の
注湯プロフィールと比較され得る。本システムはまた、
タンディッシュからの流量及びスプルーキャップ内の液
高さの変化に基づき、与えられた時間にオリフィスを通
過する流れがいつスプルーキャップに到達するかを予測
し、従って流れが遮断された場合の”通過中”の湯液量
を考慮することが可能である。本システムは次いで、型
入力挙動及び”通過中”の湯液量に応答して流れ制御手
段を制御する制御信号を発するために前記型入力挙動を
使用し、それによりスプルーキャップ内の液高さを制御
する。

【０００６】

【実施例の説明】第１図には一列の砂型１０が示される
。各砂型１０の上部にはスプルーキャップ１２が形成さ
れている。スプルーキャップ１２はその底部に開口を有
し、該開口はゲートシステム１４として知られる一連の
チャンネルを介し、任意の所望の数のキャビティ１６と
連通している。各キャビティ１６は鋳造されるべき部材
の反転像を表わしている。部材を鋳造するための溶湯が
スプルーキャップ１２に注湯され、該溶湯はゲートシス
テム１４を経てキャビティ１６に達する。図１に示され
る具体例では各砂型１０は外側向きの対向する側面を有
し、従って砂型１０の各側はトラック手段１８を移動す
る相前後する砂型と相互作用する。このようにして各砂
型１０間の空間が、それら砂型によって形成される形状
の２つの半分体となる。各スプルーキャップ１２が２つ
の砂型１０によって形成され、その所定の容量を有し、
各スプルーキャップ１２からゲートシステム１４に伸延
する開口の断面積がスプルーキャップ１２の各々の底面
のそれよりも著しく小さいことを銘記されたい。斯くし
て、夫々のスプルーキャップ１２に注湯される溶湯は、
所望であれば短時間そこに蓄積され、それがゲートシス
テム１４へと流出し得るよりも早い速度でスプルーキャ
ップ１２に注湯される。

【０００７】当業者には、本発明の範囲から離れること
なく任意形式の型を使用可能であり、特定形式の型が本
発明に必須であると見なすべきではないことを勿論認識
されよう。上述の理由から、良質の鋳造品を製造するた
めにはゲートシステム１４及びキャビティ１６への溶湯
流れは連続的なものでなければならない。そうした連続
流れを確実なものとする最も有効な方法は、注湯期間中
のスプルーキャップ１２での溶湯を一定高さに維持する
ことである。溶湯の不適切な或いは過った注湯は、ポケ
ット或いはトラップドエアーを有する不良鋳造品を生む
結果となる。

【０００８】図２にはリアルタイムビジョンベース式フ
ィードバック制御を使用して注湯期間中スプルーキャッ
プを実質的に充満状態に維持するためのシステムが例示
される。溶湯２０（スプルーキャップ１２内では２０ａ
として、そしてタンディッシュ３０内では２０ｃとして
識別される）はタンディッシュ３０から砂型１０のスプ
ルーキャップ１２へと注湯される。タンディッシュ３０
から砂型１０への溶湯２０の流れはストッパー手段４０
によって制御される。

【０００９】タンディッシュ３０は大量の溶湯２０ｃを
保持する。タンディッシュ３０は代表的に、耐火ライニ
ング３４を具備するアウターシェル３２を具備する。タ
ンディッシュ３０の底部にはノズル３６が設けられ、該
ノズル３６は、重力によって溶湯がそこを通過するオリ
フィス３５を有する。タンディッシュ３０は好ましくは
、必然的ではないが、図示されたファンネル形状の如き
設計形状のものであり、これが溶湯２０ｃのヘッド圧力
をタンディッシュが空になるまで比較的一定に維持する
ことを可能とする。

【００１０】ストッパー手段４０はストッパーロッド４
２及び全体を参照番号４４で示されるサーボ手段を具備
する。好ましい具体例ではストッパーロッド４２は代表
的には筒形状であり、タンディッシュ３０の上部の開口
３８に送通され、ノズル３６と係合してオリフィス３５
を開閉するようになっている自由端を有する。一般に、
ストッパー手段４２の自由端がノズル３６に比較して高
い位置にある程、タンディッシュ３０からの溶湯２０ｂ
の流量は多くなる。溶湯の流れは勿論、ストッパーロッ
ド４２を下げ、その自由端をノズル３６と係合させそれ
によりオリフィス３５の周囲にシールを形成することに
よって完全に停止可能である。サーボ手段４４はストッ
パーロッド４２の位置を正確に制御可能である。好まし
い具体例では、サーボ手段４４はストッパー手段４０を
リードネジ４５を介して駆動する電気モーターである。

【００１１】図２にはカメラ５０もまた示される。該カ
メラ５０はスプルーキャップ１２の上方開口、スプルー
キャップ１２内の溶湯２０ａそしてオリフィス３５を出
る溶湯２０ｂを監視するよう配列されている。カメラ５
０の機能及び作動は以下にもっと詳細に説明される。

【００１２】図３には工場内の鋳造ラインにおける本発
明の装置全体が示される。タンディッシュ３０は好まし
くは可動キャリッジ６０によって砂型１０を覆って支持
される。好ましくは可動キャリッジ６０はタンディッシ
ュ３０の位置を、そのオリフィス３５が砂型１０の形状
に係わらず任意の砂型１０のスプルーキャップ１２を覆
って整列するよう、ストッパー手段４０と共に２つの水
平方向寸法内にあるように調節可能とする。（一般に、
砂型鋳造技術においては砂型の高さは標準化されており
、従ってタンディッシュの垂直方向の調整は不要である
）大量生産を容易化するために、一連の砂型１０をモー
ルドマシンによって既知の態様で製造しそして、図１に
示される如くトラック手段１８上に配列し、該トラック
手段１８上で多数の砂型１０をオリフィス３５の下方で
割り出すことにより比較的急速に順次充填可能である。 砂型１０のサイズによっては、トラック手段１８を一連
のコンベヤー第６２上に取り付け出来る。

【００１３】カメラ５０は、キャビネット７０に収納さ
れ得る制御コンピューター及びサーボ駆動制御体に連結
される。カメラ５０からの絵は監視及び検査のためにモ
ニター５２にディスプレーされ得る。

【００１４】 制御システム 以下に、制御システムにおけるカメラ５０からの視覚信
号のプロセス処理の仕方及びストッパー手段４０を介し
ての溶湯２０の流れ制御のためのその使用が説明される
。制御ループはストッパーロッド４２のノズル３６に対
する垂直方向位置Ｘ（ｔ）を考慮することから開始され
る。一般に、ストッパーロッドの位置の範囲内ではスト
ッパーロッド４２の位置Ｘ（ｔ）とノズル３６を通して
の溶湯の流量Ｑ（ｔ）とは直線関係を成すと見なし得る
。（ここで全ての変数における”（ｔ）”は、これらの
値の全てが時間によって変動することを示すものである
）Ｑ（ｔ）及びＸ（ｔ）は定数Ｋ１　を介して以下の式
（１）の関係を有する。 Ｑ（ｔ）＝Ｋ１　Ｘ（ｔ）−−−−（１）

【００１５】
ノズル３６を流動する溶湯２０ｂは次いで流量Ｑ（ｔ）
においてスプルーキャップ１２に入る。スプルーキャッ
プ１２に入った溶湯は流量Ｆ（ｔ）でゲートシステム１
４へと流動する。前記速度は本来、ゲートシステムの設
計形状の関数である。好ましくは、Ｘ（ｔ）は初期にお
いて流量Ｆ（ｔ）がＱ（ｔ）よりも小さくなるよう選択
される。流入時の流量Ｑ（ｔ）及び流出時の流量Ｆ（ｔ
）間の差が従って、スプルーキャップ１２での溶湯の蓄
積を生じせしめ、そこでの溶湯２０ａの量変動を提供す
る。タンディッシュ３０のオリフィス３５がスプルーキ
ャップ１２の上方に測定し得る距離離間されていること
から、該オリフィス３５を出た溶湯２０ｂがスプルーキ
ャップに到達するには測定し得る量の時間を要する。こ
の”移行遅延”時間γは、オリフィス３５からの流量Ｑ
（ｔ）に係わらず一定である。Ｑ（ｔ）、Ｆ（ｔ）そし
てγとスプルーキャップ１２内の溶湯容積Ｖ（ｔ）との
関係は以下の式（２）で表わされる。

【００１６】

【数１】 　　Ｖ（ｔ）＝∫（Ｑ（ｔ−γ）−Ｆ（ｔ）ｄｔ−−−
−（２）

【００１７】式１を式２に適用するに、スプル
ーキャップ１２内の溶湯容積Ｖ（ｔ）とストッパーロッ
ド４２の位置Ｘ（ｔ）そしてゲートシステムへの溶湯の
流量Ｆ（ｔ）との関係は以下の式（３）のようになる。

【００１８】

【数２】 　　Ｖ（ｔ）＝∫（Ｋ１　Ｘ（ｔ−γ）−Ｆ（ｔ）ｄｔ
−−（３）

【００１９】溶湯２０ａがスプルーキャップ
１２内に蓄積される間、そこでの溶湯の高さは以下に詳
細に説明されるカメラ５０によって観察される。大抵の
砂型のスプルーキャップは、スプルーキャップ１２内で
観察された溶湯の高さＡ（ｔ）と溶湯の容積（ｔ）とが
比例的直線関係をなすような形とされる。この直線関係
は以下の式（４）で表わされる。 Ａ（ｔ）＝Ｋ２　Ｖ（ｔ）−−−−−−−（４）

【００
２０】ここでＫ２　は直線関係を表わす定数であり、砂
型の設計形状によって決定される値である。式（３）を
式（４）に適用することにより、スプルーキャップ１２
内で観察された溶湯の高さＡ（ｔ）とゲートシステムへ
の溶湯の流量Ｆ（ｔ）との関係は以下の式（５）のよう
になる。

【００２１】

【数３】 　　Ａ（ｔ）＝∫（Ｋ１　Ｋ２　Ｘ（ｔ−γ）−Ｋ２　
Ｆ（ｔ））ｄｔ−−−−（５）式（５）から、以下の式
が得られる。

【００２２】

【数４】

【００２３】これは、ゲートシステム１４への溶湯の流
量と、ストッパーロッド４２の位置と、スプルーキャッ
プ１２内の溶湯２０ａの観察された高さの変化ｄＡ（ｔ
）／ｄｔとの間の関係を得るために以下の式（６）のよ
うに書き換え得る。

【００２４】

【数５】

【００２５】ゲートシステム１４への溶湯の流量はＦ’
（ｔ）で示され、現在の注湯サイクルに対する推定型入
力、即ちスプルーキャップ１２内の溶湯２０ａがゲート
システム１４を介して砂型に入る推定割合を表わしてい
る。溶湯の高さＡ（ｔ）の変化ｄＡ（ｔ）／ｄｔの割合
は、カメラ５０によって創出される一連のコマに渡り観
察された高さＡ（ｔ）をサンプリングすることによって
リアルタイムで測定される。好ましい具体例においては
カメラ５０は３３ミリセコンド毎に１コマのビデオ映像
をコンピューターに送る。即ちカメラ５０は毎秒３０コ
マの割合で作動する。

【００２６】推定型入力Ｆ’（ｔ）は二通りに使用され
る。先ず、推定型入力Ｆ’（ｔ）の値は与えられた注湯
の型入力挙動Ｆｉ　（ｔ）を学習するために使用される
。 与えられた注湯のための型入力挙動Ｆｉ　（ｔ）は、そ
れ以前になされた多数回の注湯を通しての推定型入力Ｆ
’（ｔ）の値の重量平均であり、以下の式（７）のよう
に表される。

【００２７】

【数６】 　　Ｆｉ　（ｔ）＝Ｆ’（ｔ）α＋（１−α）Ｆｉ−１
　（ｔ）−−−−−−（７）

【００２８】ここでαは推
定型入力Ｆ’（ｔ）の値と、先行する注湯からの値Ｆ（
ｔ）の累積平均とを結びつけるための重量係数である。 式（７）では、現在の注湯の推定流量はＦ（ｔ）として
与えられる。実際上、単一の注湯期間中における推定型
入力Ｆ’（ｔ）の運転値を表す信号は通常、雑音を除去
するためにローパスフィルターに通される。式（７）で
は、記号”ｉ”は計算された最新の注湯を表し、記号”
ｉ−１”は先行する注湯を表している。

【００２９】式（７）では、αの値が大きくなるほど、
Ｆ’（ｔ）の値は最新の注湯の特徴を反映したものとな
る。反対に、αの値が小さいと、Ｆ’（ｔ）の値は多数
回の注湯期間中に渡るシステムの挙動の長期間の傾向を
より強く反映するものとする。αの値は通常、一連の注
湯期間中変化することは無い。αの値は、一連の注湯を
通しての型入力を平均化することにより、制御信号によ
って生じる雑音を減少するために使用される。

【００３０】Ｆｉ　（ｔ）はストッパーロッド４２を直
接制御するために使用され、”前送り”信号を創生する
。 以下の式が代表的なモールド挙動を表す。 Ｄ（ｔ）＝Ｆｉ　／Ｋ１　・Ｇ

【００３１】推定型入力Ｆ’（ｔ）はまた、時間（ｔ＋
γ）での溶湯の高さＡ（ｔ）を予測するためにも使用さ
れる。この値を知ることは、タンディッシュ３０のオリ
フィス３５から流動する流れ内の溶湯２０ｂの体積分は
、フレームサンプルが採取された後はスプルーキャップ
１２に到達せず、しかもコンピューターによってプロセ
ス処理されるからである。こうした”移行状態”の溶湯
は、砂型に正確な量の溶湯を注湯する場合には考慮され
るべきものである。オリフィス３５の開口からスプルー
キャップ１２へと落下する溶湯２０ｂのための時間遅延
がγによって与えられる。溶湯２０ｂを考慮に入れるた
めに、本発明のシステムは時間（ｔ＋γ）或いはＡ（ｔ
＋γ）での溶湯高さを予測出来る必要性がある。これは
次の式（８）によって決定され得る。

【００３２】

【数７】

【００３３】式（８）は、時間γの後、型入力が以下の
数１１に等しいと仮定した場合に式（２）、式（３）及
び式（４）から導かれる。

【００３４】

【数８】

【００３５】好ましい具体例に於ては溶湯の予測高さＡ
（ｔ＋γ）が所望の高さＬ（ｔ＋γ）と比較される。該
所望の高さＬ（ｔ＋γ）は、タンディッシュ及び同形式
の砂型を使用しての先行する経験に基き制御コンピュー
ターに予備プログラムされている。予備プログラムされ
た所望の高さＬ（ｔ＋γ）は、必ずしもその必要は無い
が、”理想の”注湯期間中に渡る時間の関数としての、
溶湯２０ａの高さの予備決定高さである。該高さは、ゲ
ートシステム１４内への最も一定割合での流入及び最小
限の無駄の両方を提供する。別様には、熟練オペレータ
ーが最初の砂型を手動で注湯することによって参照高さ
を入手し得る。所望の高さＬ（ｔ＋γ）との比較から、
式（９）によりエラー信号Ｅ（ｔ）が入手され得る。 Ｅ（ｔ）＝Ｌ（ｔ＋γ）−Ａ（ｔ＋γ）　　−−（９）

【００３６】このエラー信号は結局、以下の式（１０）
で表される補正信号を提供するためのゲインＧによって
増幅される。 Ｃ（ｔ）＝Ｇ・Ｅ（ｔ）　　−−−（１０）

【００３７
】直接的な”前送り”信号及び補正信号Ｘ（ｔ）＝Ｄ（
ｔ）＋Ｃ（ｔ）の組み合わせ信号が、ストッパーロッド
４２を制御するサーボモーター４４に送られる。前記式
ではＤ（ｔ）は前送り信号を表し、Ｃ（ｔ）はストッパ
ーロッド４２の位置を制御するための補正信号を表す。 この新しい値Ｘ（ｔ）は次の注湯のためにストッパーロ
ッド４２のスタート位置として使用される。新しい値Ｘ
（ｔ）はタンディッシュからの流量Ｑ（ｔ）に変化を引
き起こし、かくしてスプルーキャップにおける湯液高さ
に影響を与え、サイクルが再開される。何度かの砂型へ
の注湯後、個々の砂型の注湯期間に渡る注湯高さＡ（ｔ
）は予備選択された所望の高さＬ（ｔ＋γ）へと収斂し
且つ接近状態で追随する。

【００３８】 測定技術 上述した自動制御システムの重要な要素は、スプルーキ
ャップ１２での溶湯２０ａの高さを正確にモニターする
ことである。好ましい具体例では、モニタリングは、好
ましくは、しかし必ずしもそうではないが、ディジタル
式のカメラ５０によって達成される。図５ａにはカメラ
５０のラスター表示体５４の様式化された図が示されて
いる。ここではカメラ５０はスプルーキャップ１２の上
部に焦点が合わされている。代表的にはカメラ５０の解
像度は２５６×２５６絵素である。本発明の目的のため
には、ラスター表示体５４上に形成される像は光学フィ
ルター及び電子スレッショルディングから成る従来手段
によって明るさが調節され、従って、通例は明るい溶湯
の像は白く見え、その周囲部分は暗く見える。

【００３９】図５ｂには溶湯流れ及びラスター表示体５
４に形成される像との間の挙動の関係が示される。ラス
ター表示体５４上では、図５ａに（２０ａ）として示さ
れる、溶湯２０ａの像が完全に占有する水平線５６の数
が制御コンピュータにとって重要である。ラスター表示
体５４上の絵素の完全に白い水平線５６の数を係数する
ことにより、制御コンピューターはスプルーキャップ１
２内の溶湯の高さｅ’を決定可能であり、これが結局、
カメラ５０の焦点が合わされた全体部分の垂直方向高さ
ｄ’に対して標準化され得る。図５ｂはカメラ５０が、
ラスター表示体５４上の溶湯の像をスプルーキャップ１
２内部の溶湯２０ａの高さの全範囲に対応させ得るよう
配列された様子が示される。図５ｂでは、垂直方向寸法
ｄがスプルーキャップ１２の全体高さを表す一方、垂直
方向寸法ｅが与えられた時間での溶湯２０ａの高さを表
す。仮に、溶湯２０ｂの流れの像（２０ｂ）が制御コン
ピューターによって無視された場合には、完全にからの
スプルーキャップ１２は、制御コンピューターが接続さ
れている限り、ラスター表示体上では完全なブランク（
白線が無い状態）で表される。カメラ５０及び制御コン
ピューターは、該カメラ５０をスプルーキャップ１２の
周囲の砂型１０の上部の領域に焦点合わせし、溶湯注湯
時のこぼれ落ち或いは飛散を検知させるといった、その
他の要件に対して適合させることが出来る。

【００４０】与えられた部材（例えばクランクシャフト
）の一連の砂型の”ｒｕｎ”への注湯が開始される場合
、特定形式の砂型が”理想の”注湯高さと関連付けされ
る。注湯高さは、湯液高さと、一つの砂型の注湯期間に
渡る時間との間の関係である。形状の複雑な部材の砂型
は、その砂型の内部の、寸法の異なる空間が変化された
割合で充填され、それにより各々の形式の砂型はそれに
関連する独特の高さを有したものとなる。”理想の”高
さでは、砂型の充填後にスプルーキャップ内に残存する
廃棄金属が最小限となり或いは、特定の作業に必要な廃
棄物及び砂型の充填速度間が最適化される。

【００４１】数１１は本発明の制御システムにおける所
望の高さＬ（ｔ＋γ）の使用を説明するものである。該
所望の高さＬ（ｔ＋γ）は、エラー信号Ｅ（ｔ）を創生
するために、スプルーキャップに於て観察された溶湯の
実際の高さＡ（ｔ−γ）と比較される。所望の高さＬ（
ｔ＋γ）はさまざまな方法で入手可能である。一つの方
法は、熟練したオペレーターが連続する砂型に手動で注
湯し、試行錯誤によって理想の注湯高さを得るものであ
る。砂型が手動で注湯される場合は、例え最も熟練した
オペレーターでさえも、手際良く連続した注湯を行うた
めの流量の挙動を満足に学習するまでには、５回以上の
作業が必要である。鋳造工業に於て一般的な大量生産操
業に於ては、理想の注湯高さを手動によって学習するた
めの休止時間は通常は経費的に大したものではない。 手動によるこうした注湯期間中、制御システムはその時
間中のストッパーロッドの位置であるＸ（ｔ）の挙動を
監視し且つそれを同時的なＦ（ｔ）の値と比較すること
によって、手動による注湯から理想の高さを”学習”す
る。このようにして、本発明の制御システムは各々の新
しい砂型のために、経験豊富な手動オペレーターの専門
的技術を入手する。

【００４２】別様には、経験豊富な手動オペレーターを
確保出来ない場合は、単なる”箱”への入力注湯高さを
理想高さとして入力しそれにより、制御システムが自身
の試行錯誤を通して理想高さを自動的に判別する。”箱
”入力には、Ｆ（ｔ）の値を、砂型を充満するに十分な
時間に対してある一定の値に単に保持することが含まれ
る。 Ｆ（ｔ）｜ｃｏｎｓｔ　＝Ｖ０　／Ｔ

【００４３】ここでＶ０　は砂型の合計容量であり、Ｔ
は全注湯時間である。”箱”高さのスプラッシング及び
不連続性は制御システムによって、特に式（６）、（７
）及び（８）によって、そして何度かの注湯を通して考
慮され、理想高さが次第に画定される。

【００４４】考慮されるべき他の事項はノズル３６と関
連してのストッパーロッド４２の正確な位置である。こ
の位置を監視することにより、コンピューターはタンデ
ィッシュ３０から流動する溶湯の割合を推定可能となる
。ストッパーロッド４２の下端がノズル３６と接触する
と、タンディッシュ３０からの流れはもちろん止まる。 ストッパーロッド４２の端部がノズル３６に接近するが
接触はしていない状態では、タンディッシュ３０から出
る溶湯流れは、ストッパーロッド４２のノズル３６から
の距離と共に変動する。しかしながら、ストッパーロッ
ド４２の下端がノズル３６から十分に離間すると、スト
ッパーロッドの位置はノズル３６を通過する溶湯の割合
に直接影響しなくなる。こうした直線関係は、本発明の
コンピューターがそれによって作動するところのアルゴ
リズムにとって重要である。

【００４５】自動制御システムが先ず特定組の砂型１０
に対する注湯のために使用された場合、タンディッシュ
３０からの流量Ｑ（ｔ）及びストッパーロッド４２の位
置Ｘ（ｔ）間の直線の勾配であるところの値Ｋ１　が確
立されることが重要である。タンディッシュ３０内の溶
湯高さを一定とし、ノズル３６及びストッパーロッド４
２の寸法形状を一定とすれば、値Ｋ１　はストッパーロ
ッドを距離Ｘ０　だけ上昇させそれにより、ストッパー
ロッド４２を位置Ｘ０　に保持した状態で砂型を完全に
充填することによって、測定することが出来る。位置Ｘ
０　は、流量及びストッパーロッド位置間の直線関係が
尚、保持される範囲であると考えられる。砂型の容積Ｖ
０　は前もって決定され得る。ストッパーロッド４２が
位置Ｘ０　にある場合の、砂型を充填するための時間Ｔ
を測定することが出来る。これを式で表せば以下の式（
１２）のようになる。

【００４６】

【数９】

【００４７】ここでＱはストッパーロッド４２が位置Ｘ
０　にある場合のタンディッシュ３０からの推定流量で
ある。式（１２）から、定数Ｋ１の初期値は以下の式（
１３）のように算出され得る。 Ｋ１　（ｔ＝０）＝Ｖ０　／Ｘ０　Ｔ　　　　−−（１
３）

【００４８】この値Ｋ１　は注湯プロセスの開始時
点でのみ有効である。しかしながら、ノズルでのスラグ
の堆積と共にオリフィス３５の直径は変化するのでＫ１
　の値をそうした変化に応じて調整すべきである。値Ｋ
１　は注湯が終了する毎に再計算される。注湯時間を通
しての型取り込みを前記式（６）によって積分すること
により次の式（１４）を得る。

【００４９】

【数１０】

【００５０】ここでＡ（ｔ）は注湯の終了時点でのスプ
ルーキャップ１２内に残存する溶湯の高さを表す。式（
１４）は、値Ｋ１　を解くべく以下の式（１５）のよう
に書き直される。

【００５１】

【数１１】

【００５２】手動作業が排除されたことの明らかな利益
にもかかわらず、本発明の閉ループビジョンコントロー
ルを、型取り込みチャート（ｍｏｌｄ　　ｉｎｔａｋｅ
　　ｃｈａｒｔ）を発生させるために適用可能である。 この情報は砂型デザイナー及び工場エンジニアにとって
極めて価値が高い。型取り込みを分析することで砂型デ
ザイナーはゲートシステムを、砂型へのより迅速な充填
を可能とするために最適化することが出来それにより、
生産性は向上する。工場エンジニアはスプルーキャップ
及び型取り込みの湯高の相関関係を判定し得る。この知
識に基き、ライン生産性に対する使用湯量の最適化、即
ち、材料の保存（スプルーキャップ内で各注湯の終了に
向けて低い湯高を維持することによる）及び高速での各
砂型の充填（注湯期間中にスプルーキャップを充満状態
に維持することによる）間の最適均衡が達成され得る。

【００５３】 運転の概要 図４は本制御システムの種々の部材及び信号流れの相互
関係を示す概略フローチャートである。ここでは先に詳
細に説明されたプロセスが例示されている。参照番号１
００はストッパーロッド４２を具備するタンディッシュ
３０を示す。タンディッシュ３０からの流量Ｑ（ｔ）は
定数Ｋ１　によってストッパーロッド４２の位置Ｘ（ｔ
）と関係する。オリフィス３５からの溶湯は、参照番号
１１０２で示される砂型へと送通される。スプルーキャ
ップ内部の溶湯の任意の与えられた時間での体積Ｖ（ｔ
）は、カップへの流量Ｑ（ｔ）からゲートシステムへの
流量Ｆ（ｔ）を引いた値を積分することによって与えら
れる。本制御システムはまた、溶湯がタンディッシュか
らオリフィスを経てスプルーキャップに送達される遅延
時間γをも考慮する。

【００５４】参照番号１０４はスプルーキャップ内での
溶湯の挙動を観察するカメラ５０を示している。スプル
ーキャップ内の溶湯の体積Ｖ（ｔ）は、定数Ｋ２　によ
り、カメラが見た溶湯の実際の高さＡ（ｔ）と関連され
る。カメラ５０は、本制御システムが微分器ユニット１
０５での導関数ｄＡ（ｔ）／ｄｔを判定し得るよう、任
意の与えられた時間での実際の湯高Ａ（ｔ）の観察及び
、ビデオ映像の数コマに渡る前記高さＡ（ｔ）の瞬間的
な変化の監視を同時に行う。

【００５５】Ａ（ｔ）及びｄＡ（ｔ）／ｄｔの値は、参
照番号１０６で示される２つの異なる式、即ち予測式（
前記式（６））及び補間公式（式（８））に適用される
。予測式は、任意の与えられた時間でのタンディッシュ
からの流量及びストッパーロッドの位置間の関係を確立
する。補間公式は、オリフィス及びスプルーキャップか
案を移行する状態の溶湯は制御し得ないという事実を考
慮している。補間公式は、時間ｔにオリフィスを出た溶
湯がやがて時間（ｔ＋γ）にスプルーキャップに到達し
た場合の溶湯の高さを予測する。

【００５６】予測式で予測された流量は次いで、型取り
込み挙動を学習するために使用される。そのための式（
７）が参照番号１０８によって示される。同時に、予測
値Ａ（ｔ＋γ）が参照番号１１０で示される、特定形式
の型のために制御システムに予備プログラムされた予備
選択された注湯高さと比較される。こうした比較により
、差信号Ｅ（ｔ）を得る。該差信号Ｅ（ｔ）は参照番号
１１２で示されるコントローラーに送られそこで制御信
号Ｃ（ｔ）に変換される。制御信号Ｃ（ｔ）は現在の注
湯高さ及び理想高さ間の差を表すものであるが、型取り
込み挙動の値であるＦｉ　（ｔ）と結合され、Ｘ（ｔ）
として与えられるストッパーロッドの位置を参照番号１
１４で示されるサーボ駆動ユニットを介しての微調整の
ために使用される。値Ｘ（ｔ）は従って、タンディッシ
ュからの流量Ｑ（ｔ）に直接影響し、制御サイクルを完
了し並びに制御ループをクローズする。新たに調整され
たＱ（ｔ）の値は、新たな実際の湯高Ａ（ｔ）としてカ
メラの検知するところとなり、サイクルが再開される。

【００５７】本制御システムには２つの制御ループが存
在することを認識されたい。即ち、各注湯期間中にスプ
ルーキャップ内の溶湯の高さを規制する”早い”ループ
と、注湯が理想高さに収斂するよう、引き続く注湯を通
して注湯高さを調整する”遅い”ループとである。この
遅いループは図４で点線１２０によって示される。

【００５８】図４に示されるシステムは既知の任意の多
くの様式に於て具体化可能である。本制御システムで使
用される式はアナログ計算要素の配列構成の如きに於て
具体化し得、或いは別様にはマイクロプロセッサーに容
易にプログラム可能である。以上本発明を具体例を参照
して説明したが、本発明の内で多くの変更を成し得るこ
とを理解されたい。

【００５９】

【発明の効果】タンディッシュからの流量及びスプルー
キャップ内の液高さ観察に基づき、スプルーキャップか
らゲートシステムへと流動する溶湯の挙動を計算可能で
あり、注湯期間中にタンディッシュからスプルーキャッ
プに流動する溶湯の量を考慮可能であり、スプルーキャ
ップ及びゲートシステムの挙動を”学習”し、それによ
り型内部での溶湯流れを算出して注型状況を変化させ得
る、砂型への溶湯の注湯方法及び装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】砂型の概略斜視図であり、多数の砂型が代表的
な自動鋳造システムに配列された状態において示されて
いる。

【図２】タンディッシュ、ストッパーロッド、サーボモ
ーター、スプルーキャップ、カメラの相互関係を例示す
る概略断面図である。

【図３】タンディッシュ、砂型及び制御システムの概略
ダイヤグラムである。

【図４】制御システムによって実行される計算を例示す
る機能ダイヤグラムである。

【図５ａ】スプルーキャップ内の溶湯の高さを観察する
技法の例示図である。

【図５ｂ】スプルーキャップ内の溶湯の高さを観察する
技法の例示図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　容器から個々の型への湯液の注湯を制
   御するための方法であって、容器から型のスプルーキャ
   ップへの湯液の流量を監視する段階と、スプルーキャッ
   プから型へと流動する湯液の割合を判定しそれにより、
   注湯挙動を表す少なくとも１つの注湯挙動パラメーター
   を発生させる段階と、流量及び、注湯挙動を表す少なく
   とも１つのパラメーターに基き、将来の時点でのスプル
   ーキャップ内の予測液高さを算出する段階と、算出され
   たスプルーキャップ内の予測液高さを参照予測液高さと
   比較しそれにより、比較を表す差信号を発生する段階と
   、発生された少なくとも１つの注湯挙動パラメーターを
   定期的に更新する段階と、前記差信号及び更新された注
   湯挙動パラメーターから引出された制御信号を発生する
   段階と、制御信号を使用して容器からの湯液の流量を制
   御下で変動させる段階とを包含する前記容器から個々の
   型への湯液の注湯を制御するための方法。
2. 【請求項２】　　更新された注湯挙動パラメーターに基
   き、発生された少なくとも１つの注湯挙動パラメーター
   を更新する段階を含む請求項１に記載の容器から個々の
   型への湯液の注湯を制御するための方法。
3. 【請求項３】　　各々がスプルーキャップを具備する個
   々の型への容器からの湯液の注湯を制御する方法であっ
   て、湯液を予備選択された流量で容器からスプルーキャ
   ップに注湯する段階と、スプルーキャップ内の実際の湯
   液高さを注湯時間を通して検知する段階と、時間に関す
   る実際の湯液高さの微分係数を算出する段階と、予備選
   択された流量及び実際の湯液高さの微分係数から、湯液
   がスプルーキャップから出て型のゲートシステムに入る
   瞬間推定型入力割合を定期的に決定する段階と、予備選
   択されたインターバルに渡る予め決定された瞬間推定型
   入力割合を重量平均することにより、瞬間推定型入力割
   合の定期的に更新された型入力特性を決定する段階と、
   予測された湯液高さを予備選択された参照高さと比較し
   それにより、予測湯液高さ及び参照湯液高さ間の差を表
   す差信号を発生させる段階と、前記差信号から制御信号
   を発生させる段階と、該制御信号と型入力特性とを結合
   しそれにより、更新された予備選択流量を発生させる段
   階と、型が充満されるまで前記各段階を反復する段階と
   によって構成される前記各々がスプルーキャップを具備
   する個々の型への容器からの湯液の注湯を制御する方法
   。
4. 【請求項４】　　予め決定された瞬間推定型入力割合の
   重量平均値には、先行する型から得た型入力特性を表す
   値が含まれる請求項３に記載の各々がスプルーキャップ
   を具備する個々の型への容器からの湯液の注湯を制御す
   る方法。
5. 【請求項５】　　先行する注湯に於て型を充満するため
   に要した時間を計測することにより、各々の注湯の後に
   予測された湯液高さを再計算する段階が含まれる請求項
   ３に記載の各々がスプルーキャップを具備する個々の型
   への容器からの湯液の注湯を制御する方法。
6. 【請求項６】　　容器から少なくとも１つの型への湯液
   の注湯を制御するための装置であって容器からの湯液の
   流量を制御し且つ監視するための手段と、型への湯液の
   流量を検知するための手段と、容器から型への湯液の流
   量から少なくとも１つの、注湯挙動を表すパラメーター
   を発生させるための手段と、湯挙動パラメーターと比較
   しそれにより、将来、容器からの湯液の流動と型への湯
   液の流動との間の間隔に等しい時間に発生される少なく
   とも１つの注湯挙動パラメーターを予測するための手段
   と、発生された少なくとも１つの注湯挙動パラメーター
   を、予備選択された参照注比較による差を表す差信号を
   発生するための比較手段と、発生された少なくとも１つ
   の注湯挙動パラメーターを定期的に更新するための手段
   と、注湯挙動パラメーター及び差信号から制御信号を引
   き出すための手段と、容器からの湯液の流量を制御する
   ための手段に制御信号を適用するための手段とによって
   構成される容器から少なくとも１つの型への湯液の注湯
   を制御するための装置。