JPH07112268A - 自動注湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 取鍋と取鍋内の溶湯重量を注湯中常時計測
し、湯切りの際余分に流出する溶湯重量と時間を見込ん
で注湯速度パターンを作成し、湯口カップに溶湯面上限
センサと溶湯面下限センサを設けることにより、高品質
の鋳物製品を得ることができる自動注湯装置を提供す
る。 【構成】 取鍋内の溶湯を含む取鍋の重量を計測する
計測器と、計測スポット径が数ミリの放射温度計を溶湯
面を検出するセンサとし、湯口カップに溶湯面上限セン
サと溶湯面下限センサを設ける。湯切りの際余分に流出
する溶湯重量と時間を見込んだ注湯速度パターンを演算
し、その注湯速度パターンに従い重量フィードバックを
行い、前記溶湯面上限センサと溶湯面下限センサ間に湯
口カップ内の溶湯面を常に保ちつつ、前記注湯速度パタ
ーンに従い重量フィードバックを行い注湯を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋳型に溶湯を自動注湯す
るときの自動注湯装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳型へ溶湯を自動注湯するための制御方
法としては、すでに数々の技術が開示されている。例え
ば、特開昭６２−５７７５８号公報には、取鍋の幾何学
的形状より予め取鍋が傾動された時の取鍋内の溶湯表面
積の変動割合を記憶しておき、変動割合に応じて取鍋の
傾動角度を変化させ、取鍋からの溶湯の流出量を一定に
制御する技術が示されている。特開平４−４６６６５号
公報には、溶湯を含む取鍋の総重量を計測する手段によ
り、この重量の計測値より注湯速度を演算し、取鍋の傾
動角度を制御する技術が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鋳型に溶湯を注湯する
ときに、注湯速度は取鍋の出湯口からの溶湯を湯口カッ
プに正確に注湯するために、取鍋の出湯口を細くしてい
る。このため、注湯速度は、単純に取鍋を傾動したとき
の取鍋内の溶湯表面積に比例しない。従って、取鍋内の
溶湯表面積の変動だけに注目しても、注湯速度を一定に
制御することはできない。取鍋内の溶湯重量を注湯速度
にフィードバックする制御方法では、対象が液体である
ため、取鍋を傾動させても注湯速度に応答遅れが発生す
る。その為、予め教示した量より多く注湯し鋳型より溶
湯が溢れたり、少なくて湯境不良となる。また、取鍋内
に溶湯が満たされている場合及び溶湯が少なくなった場
合では、取鍋傾動角度から注湯速度に対する制御特性に
違いがあり、同じ鋳型に対して一つの注湯教示パターン
しか教示しないため、取鍋１回分で何個かの同一の鋳型
に連続的に注湯する場合、再現性良く注湯速度を制御す
ることができない。

【０００４】さらに、高品質の鋳造品を得るためには、
鋳型の湯口カップの溶湯面を一定範囲に保つ必要があ
る。湯口カップでの溶湯面を一定の高さに保つために
は、注湯速度を適切に制御する必要があるが、この制御
式を求めるのは極めて難かしい。また、同じ鋳型に対
し、同じ注湯速度パターンで自動注湯しても、湯口カッ
プの溶湯面が一定になるとは限らない。湯口カップ溶湯
面の情報のみでフィードバックし、取鍋の傾動角度を制
御する方式では、所定の状態になるまでにアンダーシュ
ートあるいはオーバーシュート等の現象が発生しやす
く、不安定性さを持つことになる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、取鍋内の溶湯
を含む取鍋内の重量を計測する手段を有する自動注湯装
置において、鋳型に注湯する注湯速度パターン線図、注
湯重量及び注湯時間を教示する教示手段と、前記取鍋を
注湯終了時に反転させ湯切りのときに流出する溶湯重
量、及び前記注湯時間から取鍋を反転させ湯切りに要す
る時間を減じた前記注湯速度パターン線図から、注湯経
過時間に対する取鍋重量変化パターン線図を算出する手
段と、前記取鍋の重量計測手段による予め設定した所定
時間間隔で実測した重量データに基いて前記取鍋重量変
化パターン線図に追従するように取鍋の傾転角度を制御
する手段とを有する自動注湯装置である。さらに本発明
においては、注湯時に鋳型の湯口カップ内における溶湯
面の上限と下限を検出する手段を設け、前記溶湯面が前
記上限及び下限に達したら予め設定した傾転速度で上記
取鍋を傾転させるようにした自動注湯装置である。

【０００６】

【実施例】以下図面により本発明の一実施例について説
明する。図１は本発明を実施するための自動注湯装置の
概略図を示す。図において、１は溶湯を貯溜した傾動可
能な取鍋である。２は鋳型１０に設けた湯口カップであ
る。３は取鍋１を傾動させるサーボモータ、４は取鍋１
とサーボモータ３を含めた部分の重量を計測するための
ロードセル、６はマイクロコンピュータなどから構成さ
れた自動注湯装置を制御する制御盤である。７は手動で
取鍋の傾動角を制御するジョイスティック、８は取鍋１
からの出湯を検出する出湯口センサ、９は取鍋１から溶
湯が出湯中であることを検出する出湯中センサである。

【０００７】図２は、図１に示す装置のシステム構成図
である。制御盤６内のＣＰＵ１１は、ロードセル４、サ
ーボモータ３のエンコーダ５の値、ジョイスティック７
の傾動角度及びシーケンサ１２との通信内容などを取り
込み、それらの内容よりサーボモータアンプ１３に指令
電圧を送る。シーケンサ１２は、出湯口センサ８、出湯
中センサ９、溶湯面上限センサ１５、溶湯面下限センサ
１６、ＣＰＵ１１からの通信内容及び周辺スイッチ１４
からの信号を受取り、自動注湯装置の制御を行う。な
お、１６はＣＲＴ，１７はマウス、１８はキーボードで
あり、注湯速度パターン線図を対話式で教示するための
教示手段を構成する。１９は記憶装置である。

【０００８】次に、本発明の自動注湯装置を作動させる
ために、注湯速度パターン線図の教示方法について説明
する。自動注湯操作者がマイクロコンピュータ１１と付
属のマウス１７により、ＣＲＴ１６と対話式により、図
３に示す横軸を時間、縦軸を単位時間当たりに注湯する
重量である注湯速度とした教示画面を用い、希望する注
湯速度パターンを教示する。このとき、教示するポイン
トは、図３に示す速度線図を教示するためにポイントと
なるＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４点をマウスで指定する。ま
た目標注湯重量Ｗｔと目標注湯時間Ｔｍもキーボード１
８から教示しておく。この教示操作は、鋳型１０で鋳造
する品名ごとに教示し、記憶装置１９に記憶する。

【０００９】目標注湯重量Ｗｔに達したとき取鍋１を反
転し湯切りをした時流出する溶湯重量をＷｅ、溶湯を切
るのに要する時間をＴｅとする。図３に示す教示した画
面上における面積Ａは、注湯操作者が１枠の鋳型１０に
注湯する目標注湯重量Ｗｔとなる。目標とする注湯重量
Ｗｔに達して、取鍋１を逆方向に傾動しても、Ｗｅだけ
余分に溶湯は流れてしまう。そこでＷｔ−Ｗｅを目標注
湯制御重量とする。以上よりＭｘ＝（Ｗｔ−Ｗｅ）／Ａ
がＣＲＴ１６の教示画面上における面積から、注湯重量
に換算する係数となる。同様に取鍋１を逆方向に傾動し
ても、Ｔｅ時間後に注湯が終わる。よってＴｍ−Ｔｅを
目標注湯制御時間とする。教示画面のにおける横軸の長
さをＬとすると、Ｔｘ＝（Ｔｍ−Ｔｅ）／Ｌが教示画面
上における横軸から、時間に換算する係数となる。

【００１０】以上の計算結果をもとに、注湯開始時間か
らサンプリングタイム（例えば、１０ｍｓｅｃ）ごとに
教示画面上の注湯速度パターン線図から面積を計算し、
換算係数Ｍｘを用いて教示画面より教示されたデータを
もとに注湯速度パターン線図を計算する。この注湯速度
パターン線図の一例としては、図４に示す目標ロードセ
ル計測値が良い。この線図は、１枠の鋳型に注湯すると
きにロードセル４が計測した重量値と時間（注湯経過時
間）との関係、すなわち、注湯経過時間に対する取鍋重
量の変化パターン線図を示している。この線図は、鋳型
１０で鋳造する品名が同じであれば、同じパターンであ
ると考えられる。以上の処理手順のフローチャートを図
５に示す。

【００１１】次に上記の手順で設定した取鍋重量の変化
パターン線図をもとに、鋳型１０に自動注湯する方法に
ついて述べる。

【００１２】最初、取鍋１に溶湯を入れる。その後、出
湯口センサ８が反応するまである一定の速度で取鍋を傾
転させる。出湯口センサ８が反応し出湯が開始した時点
から、あるサンプリング時刻ｉにおけるロードセル４の
目標計測値をＷ（ｉ），ロードセル４で計測された実際
の計測値をＷ’（ｉ）とし、 ｅ（ｉ）＝Ｗ（ｉ）−Ｗ’（ｉ）・・・・・・・・・・・・・・（１） とおく。出湯が開始した時点より、サンプリング時刻ｉ
＋１にサーボモータアンプ１３に送る指令電圧をＶ（ｉ
＋１）とすると、 Ｖ（ｉ＋１）＝Ｋｐ×ｅ（ｉ）＋ Ｋｉ×（ｅ（１）＋ｅ（２）＋・・・＋ｅ（ｉ））・・・（２） として計算する。ここでＫｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分
ゲインである。このとき、 Ｗ（ｉ）＜（Ｗｔ−Ｗｅ）・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） 式（３）を満たしている間、式（２）に従いサーボモー
タアンプ１３に指令電圧を送る。

【００１３】式（３）を満たさなくなったときは、（Ｗ
ｔ−Ｗｅ）以上の溶湯を注湯したことになるため、予め
設定した一定の速度で取鍋１を逆方向に傾転する。その
間、溶湯重量Ｗｅが取鍋１から流れ出し、ほぼ目標注湯
量Ｗｔとなる。

【００１４】湯口カップ２内の溶湯面が下がりすぎる
と、鋳型１０内での湯呑みの速度が落ち、鋳造品に欠陥
が発生し易くなる。また溶湯面が溢れると、余分に溶湯
が必要となったり、量が多いと溶湯が流れ出し危険とな
る。そこで、湯口カップ２内の溶湯面上限及び下限を検
出するセンサ１５、１６を設置するこの。センサとして
は、スポット径が数ミリの放射温度が使用できる。湯口
カップ２の材料の温度特性より、放射温度計測定スッポ
ト径内に溶湯面が上昇すると急激に温度計測値が上が
り、スポット径外まで溶湯面が下降すると温度計測値が
下がる。この方法により、湯口カップ２内の湯面上限と
下限の間に溶湯面の存在が確認できる。図６にセンサー
１５、１６により湯口カップ２の湯面の上限、下限を検
出する状況を示す。

【００１５】溶湯湯面が、上記上限及び下限内に有る時
は式（２）に従いサーボモータアンプ１３に指令電圧を
送る。溶湯湯面が上限値を越えた場合は、教示データに
関わらずある予め設定した一定傾転速度で取鍋を戻し溶
湯の溢れを防ぐ。また、溶湯面が下限値より下がった場
合は、同様に一定速度で取鍋を傾転させ溶湯面の落ち込
みを防ぐ。

【００１６】以上の方法により、湯口カップ２内の湯面
を一定の範囲保ちつつ、教示した注湯速度パターンで自
動注湯を可能とする。

【００１７】

【発明の効果】以上説明した本発明は、次の効果を有し
ている。 １）鋳型造型した品名ごとに注湯速度パターン線図を予
め登録することができる。これにより従来のベテラン作
業者と同等な注湯制御ができるようになる。 ２）湯口カップ内の湯面を一定の範囲に保ちながら注湯
することができるので、注湯途中での湯切れを起こすこ
とがなく、品質の高い鋳造品を製造することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す自動注湯装置の概略図

【図２】図１に示すシステム構成図

【図３】注湯速度パターン教示例

【図４】目標ロードセル計算値例

【図５】図４を計算するためのフローチャート

【図６】溶湯面上限センサ及び溶湯面下限センサ説明図

【符号の説明】

１ 取鍋 ２ 湯口カップ ３ サーボモータ ４ ロードセル ８ 出湯口センサ ９ 出湯中センサ １５ 溶湯面上限センサ １６ 溶湯面下限センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取鍋内の溶湯を含む取鍋の重量を計測す
   る手段を有す自動注湯装置において、鋳型に注湯する注
   湯速度パターン線図、目標注湯重量及び目標注湯時間を
   教示する教示手段と、前記取鍋を注湯終了時に反転させ
   湯切りのときに流出する溶湯重量、及び前記湯切りに要
   する時間を減じた前記注湯速度パターン線図から、注湯
   経過時間に対する取鍋重量変化パターン線図を算出する
   手段と、前記取鍋の重量計測手段により予め設定した所
   定時間間隔で実測した重量データに基いて前記取鍋重量
   変化パターン線図に追従するように取鍋の傾転角度を制
   御する手段とを有することを特徴とする自動注湯装置。
2. 【請求項２】 注湯時に鋳型の湯口カップ内における溶
   湯面の上限と下限を検出する手段を設け、前記溶湯面が
   前記上限及び下限に達したら予め設定した傾転速度で上
   記取鍋を傾転させることを特徴とする請求項１記載の自
   動注湯装置。