EP2072161A1 - Verfahren zur Steuerung einer Ausgießbewegung eines Gießlöffels - Google Patents

Verfahren zur Steuerung einer Ausgießbewegung eines Gießlöffels Download PDF

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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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EP
European Patent Office
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pouring
characteristic
mold
spoon
casting
Prior art date
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EP08171100A
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English (en)
French (fr)
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EP2072161B1 (de
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Dr. Eberhard Kroth
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Reis Group Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Reis Robotics GmbH and Co Maschinenfabrik
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Publication date
Application filed by Reis Robotics GmbH and Co Maschinenfabrik filed Critical Reis Robotics GmbH and Co Maschinenfabrik
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/02—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by volume
    • B22D39/026—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by volume using a ladler
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • 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.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

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 (A) in Abhängigkeit eines in die Gießform (14) eingegossenen Schmelzgutvolumens (12) über dem Zeitverlauf vorgegeben und gespeichert wird. Damit die Ausgießbewegung vollständig automatisiert, geplant und gesteuert werden kann und um die Rüstzeiten nach einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie zu verkürzen werden folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen: - Ermittlung einer gießlöffelspezifischen Ausgießkennlinie (B) als Funktion eines aus dem Gießlöffel (14) ausgegossenen Schmelzgutvolumens (12) über der Neigung (G) des Gießlöffels (14) und Speichern der zumindest einen Ausgießkennlinie (B), - automatische Generierung des zeitlichen Verlaufs der Ausgießbewegung, wobei auf der Grundlage der Eingießkennlinie (A) zu jedem Zeitpunkt das notwendige Eingießschmelzgutvolumen bestimmt wird, welches einem optimalen Ausgießschmelzgutvolumen gleichgesetzt wird, dem über die Ausgießkennlinie (B) eine optimale Neigung (G) zu jedem Zeitpunkt zugeordnet ist.

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.
  • Ein Verfahren der oben genannten Art ist in der DE-A-10 2006 034 044 beschrieben. Dabei wird eine Gießkurve für eine Robotersteuerung eines Roboters erfasst, der einen Gießlöffel führt. Mit einem Fernbedienungsgerät wird ein manuelles Abgießen einer Schmelze aus dem Gießlöffel durchgeführt. Während des Abgießens wird der zeitliche Verlauf der Roboterbewegung oder/und der zeitliche Verlauf der Abgussgewichte erfasst und gespeichert. Der gespeicherte zeitliche Verlauf wird für die Verwendung in der Robotersteuerung bereitgestellt. Ferner wird ein Verfahren zum Gießen von Gussteilen und ein Robotersystem zum Erfassen einer Gießkurve beschrieben. Änderungen der Gießlöffelgeometrie beispielsweise bei Verwendung verschiedener Gießlöffel werden bei dem bekannten Verfahren nicht berücksichtigt.
  • In der WO-A-85/04607 ist ein Verfahren zur Steuerung des wiederholten Abgießens von Gießformen und eine Gießanlage beschrieben. Während eines manuell oder nach einer empirisch vorgegebenen Kurve gesteuerten Gießvorgangs wird laufend das Gewicht der Gießpfanne und damit der darin befindlichen Schmelze sowie das Niveau in einem Gusstrichter bestimmt. Der mittels Messdosen erfasste Verlauf des Pfannengewichts während des Gießvorgangs wird mittels einer elektronischen Steuerung gespeichert. Weitere Gießvorgänge werden hierauf automatisch gesteuert, in denen die Gießpfanne so gekippt wird, dass sich der gleiche Verlauf des Gewichts ergibt. Auch bei diesem Verfahren wird die Änderung einer Gießlöffelgeometrie nicht berücksichtigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus der Kenntnis der Eingießkennlinie und der Ausgießkennlinie lässt sich der zeitliche Verlauf der Ausgießbewegung automatisch errechnen und steuern.
  • 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.
  • Der zeitliche Verlauf der Gießformbewegung kann in einer Kennlinie für die Kippbewegung über dem Zeitverlauf ermittelt und gespeichert werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 zeigt rein schematisch eine Vorrichtung 10 zum Einfüllen eines Schmelzgutes 12 wie Metallschmelze in eine Gießform wie Kokille 14 zur Herstellung eines Formteils. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Automationsgerät 16 wie Gießautomat oder Roboter, der zum Einfüllen des flüssigen Metalls 12 mit einem Gießlöffel 18 ausgerüstet ist. Der Gießlöffel 18 ist an einer numerisch gesteuerten Achse 20 befestigt und wird beim Eingießvorgang über diese Achse geneigt. Um die erforderliche Ausgießbewegung des Gießlöffels 18 zu erreichen, können weitere kinematische Achsen 22, 24, 26, 28 des Roboters 16 koordiniert werden.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 2a zeigt die Eingießkennlinie A als Funktion eines eingegossenen Schmelzgutvolumens Ve[Liter] 1 über dem Zeitverlauf t [sec]. Die Eingießkennlinie A kann von einer Simulationssoftware oder manuell vorgegeben werden. Sie beschreibt den optimalen Verlauf des Schmelzgut-Füllvorgangs und liefert als Ausgangsinformation die Einfüllmenge Ve[Liter] (Schmelzgutstrom bzw. Materialstrom) über dem Zeitverlauf.
  • Fig. 2b zeigt eine Ausgießkennlinie B als Funktion des ausgegossenen Schmelzgutvolumens Va[Liter] über der Gießlöffelneigung G [°]. Dabei ist das akkumulierte Schmelzgutvolumen dargestellt.
  • 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.
  • Schließlich ist in Fig. 2c die Kokillenkennlinie C dargestellt. Bei manchen Gießverfahren ist es erforderlich, die Kokille 14 während des Eingießvorgangs z. B. aus einer geneigten Anfangsstellung in eine senkrechte Endstellung zu überführen. Der zeitliche Verlauf der Kokillenbewegung kann in der Kokillenkennlinie als Funktion der Kokillenstellung K [Grad°] über dem Zeitverlauf t [sec] beschrieben werden.
  • 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.
  • 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.
  • Fig. 3 zeigt ein Verfahren, wobei die Kokille 14 von der Gießautomat-Steuerung 32 gesteuert wird. Der Eingießkennlinie A und der Kokillenkennlinie C liegt eine gemeinsame Zeitachse t [sec] zu Grunde. Beim Eingießvorgang wird über die, seit dem Gießbeginn verstrichene Zeit Tact mit Hilfe der Gießformkennlinie C die erforderliche Gießformstellung Kact und aus der Eingießkennlinie A das erforderliche Eingießvolumen Vact abgegriffen. Über das nun bekannte Eingießvolumen Vact wird in der Ausgießkennlinie B die entsprechende Gießlöffelneigung Gact abgegriffen. Die Gießautomat-Steuerung 32 stellt darüber die erforderliche Neigung G, K für Gießlöffel und Kokille ein.
  • Fig. 4 zeigt einen Verfahrensablauf, wobei die Kokille 14 von der unabhängigen, externen Steuerung 33 gesteuert wird. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Kokillenneigung K[°Grad] nicht exakt eingestellt werden muss und die Kokille 14 von einer externen Steuerung 33 zeitgesteuert nachgestellt wird. Die aktuelle Stellung der Kokille 14 wird von dem daran angekoppelten Positionsgeber 34 erfasst und an die Gießautomat-Steuerung übertragen.
  • 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 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.
  • Bei der automatischen Bewegungsgenerierung für den Roboter können zwei verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Ausgießbewegung eines Gießlöffels (18) zum Ausgießen eines Schmelzgutes (12) wie Metallschmelze in eine Gießform (14) wie Kokille, wobei eine gießformspezifische Eingießkennlinie (A) in Abhängigkeit eines in die Gießform (14) eingegossenen Schmelzgutvolumens (12) über dem Zeitverlauf vorgegeben und gespeichert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
    - Ermittlung einer gießlöffelspezifischen Ausgießkennlinie (B) als Funktion eines aus dem Gießlöffel (14) ausgegossenen Schmelzgutvolumens (12) über der Neigung (G) des Gießlöffels (14) und Speichern der zumindest einen Ausgießkennlinie (B),
    - automatische Generierung des zeitlichen Verlaufs der Ausgießbewegung, wobei auf der Grundlage der Eingießkennlinie (A) zu jedem Zeitpunkt das notwendige Eingießschmelzgutvolumen bestimmt wird, welches einem optimalen Ausgießschmelzgutvolumen gleichgesetzt wird, dem über die Ausgießkennlinie (B) eine optimale Neigung (G) zu jedem Zeitpunkt zugeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    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.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    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.
  4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
  5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach einem Wechsel der Gießlöffelgeometrie die Ausgießkennlinie (B) entsprechend der neuen Gießlöffelgeometrie ermittelt wird.
  6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
  7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gießformkennlinie (C) durch ein Simulationsverfahren ermittelt wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
  9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
  10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
  11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
  12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
  13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
    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.
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