JP4858861B2 - 自動注湯機の制御方法およびその制御システム - Google Patents

Description

本発明は、自動注湯機の制御方法およびその制御システムに係り、より詳しくは、３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を傾動、昇降および進退動して、シーケンスによって注湯動作を行う自動注湯機を制御する方法およびその制御システムに関する。

従来、取鍋を傾動して注湯を行う自動注湯機の１つとして、取鍋を傾動させる駆動手段と、取鍋およびその内部の溶湯を含む取鍋部の総重量を検出する重量検出手段と、この重量検出手段からの出力に基づき流量速度を演算しこの流量速度を予め設定した所定値とすべく前記駆動手段をして前記取鍋の傾動角を制御する制御手段とを備えて、溶湯の注湯速度を所定値に維持し、何ら専用の取鍋を使用せずとも、鋳型側の所要鋳込み速度に対応した注湯を可能にしたものがある（特開平４−４６６６５号公報）。
特開平４−４６６６５号公報

そこで、上述の自動注湯機を、注湯動作を遂行するプログラムを予め設定したマイクロコンピュータによって制御して、前記取鍋により所望のシーケンスによって鋳型に注湯すべく、前記駆動手段の制御駆動を試みた。
しかし、上述のような従来の自動注湯機では、取鍋に加速度が生じている間、溶湯を含む取鍋の総重量を計測する重量検出手段に、取鍋に加速度が生じることに伴う力も作用して、重量検出手段は精確な溶湯の注湯量を計測することができず、その結果、自動注湯装置は、所望のシーケンスによって鋳型に注湯することができない問題があった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので，その目的は，自動注湯装置が、所望のシーケンスによって鋳型に注湯することが可能な自動注湯機の制御方法およびその制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明の自動注湯機の制御方法は、３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を傾動、昇降および進退動して、シーケンスによって注湯動作を行う自動注湯機を制御する方法であって、前記ＰＬＣからの指令の下に、前記サーボモータを連動駆動して前記取鍋から鋳型に溶湯を注入するとともに、３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を重量測定手段により測定して、前記取鍋内の溶湯の重量の変化を、前記ＰＬＣによって演算し、前記取鍋に加速度が生じている間、前記重量測定手段の測定値を無視して、注湯動作を遂行することを特徴とする。
さらに、上記の目的を達成するため本発明の自動注湯機の制御方法は、３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を第１傾動、第２傾動および進退動して、シーケンスによって注湯動作を行う自動注湯機を制御する方法であって、前記ＰＬＣからの指令の下に、前記サーボモータを連動駆動して前記取鍋から鋳型に溶湯を注入するとともに、３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を重量測定手段により測定して、前記取鍋内の溶湯の重量の変化を、前記ＰＬＣによって演算し、前記取鍋に加速度が生じている間、前記重量測定手段の測定値を無視して、注湯動作を遂行することを特徴とする。

上記の説明から明らかなように本発明は、前記ＰＬＣからの指令の下に、前記サーボモータを連動駆動して前記取鍋から鋳型に溶湯を注入するとともに、３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を重量測定手段により測定して、前記取鍋内の溶湯の重量の変化を、前記ＰＬＣによって演算し、前記取鍋に加速度が生じている間、前記重量測定手段の測定値を無視して、注湯動作を遂行するから、取鍋に加速度が生じることに伴う力の影響を受けることなく、注湯動作を続けることができるため、自動注湯装置は、所望のシーケンスによって鋳型に注湯することが可能になるなどの優れた実用的効果を奏する。

なお、本発明において、取鍋に加速度が生じている間とは、取鍋の正転傾動開始時、および、重量測定手段の測定値に基づき３個のサーボモータに対する駆動指令を変更した時におけるサーボモータが加速度を発生させている時間とロードセルアンプの応答遅れ時間とを合わせた時間である。

実施の形態１
以下、本発明を適用した自動注湯装置の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。図１に示すように、自動注湯装置Ａは、取鍋１と、この取鍋１をこれの重心位置で支持した支持軸２と、この支持軸２にチェーンホイルおよびローラチェーンを介して連結されて回転力を付与する減速機付き第１サーボモータ（図示せず）と、前記支持軸２を先端に装着した横向きＴ字形状の昇降フレーム３と、この昇降フレーム３を支柱４を介し昇降可能にして搭載した台車５と、前記昇降フレーム３に装着されてこれを昇降させるボールネジ機構（図示せず）と、ボールネジ機構のネジ棒に、２個のベルトプーリおよびベルトから成る伝動手段を介して連結された第２サーボモータ（図示せず）と、前記台車５および床面上に装着されピニオンの正逆回転により前記台車５を往復動されるラック・ピニオン機構（図示せず）と、前記ピニオンを正逆回転させる減速機付き第３サーボモータ（図示せず）と、ＰＬＣによる制御の下に前記第１〜第３サーボモータの連動駆動により前記取鍋１が行うシーケンスを記憶する第１記憶手段と、ＰＬＣによる制御の下に前記第１〜第３サーボモータを含む自動注湯機の重量を測定する重量測定手段としてのロードセル（図示せず）と、ＰＬＣによる制御の下に、このロードセルの測定値に基づき３個の前記第１〜第３サーボモータに対する駆動指令を演算して発信する演算手段と、ＰＬＣによる制御の下に、前記第１記憶手段の記憶データと前記演算手段の演算結果に基づき前記ロードセルの測定値を無視する時間を記憶する第２記憶手段と、で構成してある。

そして、前記第１記憶手段と、前記演算手段と、前記第２記憶手段は、ＰＬＣ （Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）６の内部に設けてある。
なお、前記ロードセルの値は、予め取鍋１と傾動装置全体の重さとを除去して取鍋１内の溶湯の重さだけを示すようになっている。

このように構成したものを用いて自動注湯の実験を行った。すなわち、３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を傾動、昇降および進退動して、シーケンスによって注湯動作を行った。そして、その実験結果を図２にグラフで示す。
上のグラフは取鍋１の傾動角度を示し、下のグラフは溶湯の重さを測定しているロードセルの値を示している。

図２のグラフにおいて、出湯する前のａ区間は、取鍋１内の重量の変化がなく、取鍋１内の溶湯重量５４．０５［ｋｇ］を示している。出湯検知後のｂ区間では、取鍋１の傾動の角速度が小さくなり、重量変化も穏やかになっている。既定重量に達し、速度がｂからｃに切り替わるが、速度差があまりないため、ロードセルに大きな影響がない。

しかし、ｃ区間の途中で、大きな重量変化がある。この重量変化の前までは、高注ぎ防止のため昇降方向のＺ軸の移動を抑制していたが、ノズルの先端の高さが十分低くなったため、昇降方向の補正を開始した。そのため、昇降動作による加速度が、ロードセルに加わったためと考えられる。ｃ区間の終わり、およびｄ区間の終わりで減速し、速度を切り替えている。昇降動作が減速するときは、ロードセルで計測する重量が一時的に軽く計測されるため、重量を基準とした判定で誤動作をする可能性がある。これを防ぐため、本発明で提案する方法では、速度変更指令後、一定時間、ロードセルで計測した重量を無視している。この無視する時間をこの実験では０．７［ｓ］にしている。

ｅ区間では取鍋１の傾動を停止し、機械的なノイズがロードセルに載ることを防止している。そして既定重量になったところで、後傾動作を開始し、湯切りをする。このとき、急激に後傾したためロードセルで大きな加速度が検出されている。その後、ｇ区間では傾動が停止しているが、重量に多少の変化が見られる。これは、グラフに表示していないが、鋳型に対する取鍋１の進退動方向であるＹ軸に注湯機を動作させたための振動である。振動が落ち着いた後の重量は、４８．５９［ｋｇ］を示しており、注湯した重量は５．４６［ｋｇ］となる。

この実験では、目標注湯重量を５．４８［ｋｇ］としたため、誤差率は０．３６［％］となった。この実験以外の条件で注湯したときも概ね３［％］を超える誤差率になることはなかった。

なお、ＰＬＣによる制御の下に、前記取鍋１が湯切動作を行う前の注湯動作の遂行を一時停止させる条件である溶湯の重量および取鍋１を後傾させる時の溶湯の重量を記憶する第３記憶手段を、上記のＰＬＣ６の内部に設けることにより、湯切り動作の前に注湯機を一時停止させて、モータの加速度やメカニカルノイズがロードセルに影響しないようにする。これにより、取鍋１に加速度が生じることに伴う力や、メカニカルノイズの影響を受けることなく、注湯動作を続けることができるため、精確な量の溶湯を鋳型に注入することが可能になる。

実施の形態２
また、本発明を適用した自動注湯装置の他の実施の形態について図３〜６に基づき詳細に説明する。

第１の回転軸θ１（実施の形態２では取鍋の注湯口先端近く）、第２の回転軸θ２（実施の形態２では取鍋の重心付近）、Ｙ軸に沿って動作する取鍋１０２から鋳型に、注湯する自動注湯装置Ｂである。

鋳型ラインＬには、鋳型１０１が直列に並べられており、鋳型１０１は間歇的に移動する。取鍋１０２は、これらの鋳型１に注湯する。前記自動注湯装置Ｂは、この注湯のために使用される。

この自動注湯装置Ｂは、鋳型ラインＬに沿って配設される一対のレール１０４ａに車輪１０４ｂを介して移動可能な下台車１０４と、この下台車１０４上で前記鋳型ラインＬに直行する方向（Ｙ軸）で前後にローラ１０５ａを介して移動可能な上台車１０５と、この上台車１０５に立設された固定フレームＦと、この固定フレームＦに軸支された傾動フレームＳと、この傾動フレームＳに軸支された、取鍋１０２の支持手段と、を備えている。

ここで、上台車１０５の移動（Ｙ軸方向）、傾動フレームＳ及び取鍋１０２の傾動は、前後移動用サーボモータＭ１０５、傾動フレーム用傾動サーボモータＭＳ、取鍋用傾動サーボモータＭ１０２によるサーボモータ駆動になっている。

なお、傾動フレームＳに軸支された、取鍋１０２の支持手段である扇形状のセクターフレームＧ１、該セクターフレームＧ１の側面に設けられるＬ字状のアーム１０７及び前記サーボモータＭ１０２の駆動ギア１０６と螺合するセクターギアＧ２を介して、該アーム１０７の水平部１０７ａに載置される取鍋１０２は、サーボモータＭ１０２によって第１の回転軸θ１回りにセクターフレームＧ１およびアーム１０７とともに傾動するように構成されている。また、アーム１０７は、該アーム１０７の下部に軸支される車輪１０８を前記傾動フレームＳの側面に設けられるライナ１０９に傾動支持させている。このライナ１０９は、少なくともセクターフレームＧ１が傾動する範囲に設けられている。また、この傾動フレームＳの背面にも、傾動フレームＳが少なくとも傾動する範囲のライナ１１０が設けられており、傾動フレームＳは固定フレームＦに軸支される車輪１１１により支持されている。

この固定フレームＦに軸支された前記傾動フレームＳ自体が、駆動モータＭＳによって第２の回転軸θ２回りに傾動するように構成されている。これにより、取鍋１０２は、第１の回転軸θ１回りに傾動するだけでなく、第１の回転軸θ１とは異なる第２の回転軸θ２回りに更に傾動可能となる。この結果、注湯時に、Ｙ軸上の移動、第１の回転軸θ１及び第２の回転軸θ２回りの傾動によって、第１の回転軸θ１回りの傾動角度と、第２の回転軸θ２回りの傾動角度と、相対的に鋳型ラインＬに対して水平面で直行するＹ軸に沿って移動する位置とを、最適に調整される。

ここで、前記前後移動用サーボモータＭ１０５、前記傾動フレーム用傾動サーボモータＭＳ、前記取鍋用傾動サーボモータＭ１０２のこれら３つのサーボモータは、取鍋を鋳型に対して動作させており、実施の形態１で示した第１〜第３サーボモータに対応している。また、第１記憶手段、重量測定手段、演算手段、第２記憶手段、第３記憶手段や、ＰＬＣによる制御は、実施の形態１と同様である。

本発明を適用した自動注湯機の一実施の形態の模式図である。 図１の自動注湯装置を用いて注湯実験を行ったときの結果を示す。 本発明を適用した自動注湯機の他の実施の形態を示す概略正面図である。 図３の自動注湯装置の側面図である。 図４のＥ１―Ｅ１線の断面図である。 図４のＥ２―Ｅ２線の断面図である。

符号の説明

１、１０２ 取鍋
６ ＰＬＣ
Ａ、Ｂ 自動注湯装置
θ１ 第１の回転軸
θ２ 第２の回転軸

Claims (8)

1. ３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を傾動、昇降および進退動して、シーケンスによって注湯動作を行う自動注湯機を制御する方法であって、
   前記ＰＬＣからの指令の下に、前記サーボモータを連動駆動して前記取鍋から鋳型に溶湯を注入するとともに、３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を重量測定手段により測定して、前記取鍋内の溶湯の重量の変化を、前記ＰＬＣによって演算し、
   前記取鍋に加速度が生じている間、前記重量測定手段の測定値を無視して、注湯動作を遂行することを含んでおり、
   前記取鍋に加速度が生じている間とは、前記取鍋の正転傾動開始時、および、前記重量測定手段の測定値に基づき３個の前記サーボモータに対する駆動指令を変更した時におけるサーボモータが加速度を発生させている時間とロードセルアンプの応答遅れ時間とを合わせた時間であることを特徴とする自動注湯機の制御方法。
2. ３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を傾動、昇降および進退動してシーケンスによって前記鋳型に注湯するに当たり、精確な量の溶湯を前記鋳型に注湯すべく自動注湯機を制御する方法であって、
   前記ＰＬＣからの指令の下に、前記サーボモータを連動駆動して前記取鍋から鋳型に溶湯を注入するとともに、３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を重量測定手段により測定して、前記取鍋内の溶湯の重量の変化を、前記ＰＬＣによって演算し、
   前記取鍋が湯切動作を行う前に、取鍋の傾動を一時停止させて機械的なノイズが前記重量測定手段にのらない状態にして、前記取鍋内の溶湯の重量が既定重量に達したら後傾動作を開始することを特徴とする自動注湯機の制御方法。
3. 請求項１に記載の自動注湯機の制御方法をＰＬＣによる制御の下に実施するためのシステムであって、
   鋳型に対して取鍋を傾動、昇降および進退動させる３個のサーボモータと、
   これら３個のサーボモータの連動駆動により前記取鍋が行うシーケンスを記憶する第１記憶手段と、
   ３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を測定する重量測定手段と、
   この重量測定手段の測定値に基づき３個の前記サーボモータに対する駆動指令を演算して発信する演算手段と、
   前記第１記憶手段のデータと前記演算手段の演算結果に基づき前記重量測定手段の測定値を無視する時間を記憶する第２記憶手段と、
   を含んでおり、
   前記第１記憶手段と、前記演算手段と、前記第２記憶手段とは、前記ＰＬＣの内部に設けてあることを特徴とする自動注湯機の制御システム。
4. 請求項２に記載の自動注湯機の制御方法をＰＬＣによる制御の下に実施するためのシステムであって、
   鋳型に対して取鍋を傾動、昇降および進退動させる３個のサーボモータと、
   これら３個のサーボモータの連動駆動により前記取鍋が注湯動作を行うためのシーケンスを記憶する第１記憶手段と、
   ３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を測定する重量測定手段と、
   この重量測定手段の測定値に基づき３個の前記サーボモータに対する駆動指令を演算して発信する演算手段と、
   前記取鍋が湯切動作を行う前の取鍋の傾動を一時停止させる条件である溶湯の重量および取鍋を後傾させる時の溶湯の重量を記憶する第３記憶手段と、
   を含んでおり、
   前記第１記憶手段と、前記第３記憶手段とは、前記ＰＬＣの内部に設けてあることを特徴とする自動注湯機の制御システム。
5. ３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を第１傾動、第２傾動および進退動して、シーケンスによって注湯動作を行う自動注湯機を制御する方法であって、
   前記ＰＬＣからの指令の下に、前記サーボモータを連動駆動して前記取鍋から鋳型に溶湯を注入するとともに、３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を重量測定手段により測定して、前記取鍋内の溶湯の重量の変化を、前記ＰＬＣによって演算し、
   前記取鍋に加速度が生じている間、前記重量測定手段の測定値を無視して、注湯動作を遂行することを含んでおり、
   前記取鍋に加速度が生じている間とは、前記取鍋の正転傾動開始時、および、前記重量測定手段の測定値に基づき３個の前記サーボモータに対する駆動指令を変更した時におけるサーボモータが加速度を発生させている時間とロードセルアンプの応答遅れ時間とを合わせた時間であることを特徴とする自動注湯機の制御方法。
6. ３個のサーボモータをＰＬＣによってそれぞれ制御しながら駆動して、鋳型に対して取鍋を第１傾動、第２傾動および進退動して、シーケンスによって前記鋳型に注湯するに当たり、精確な量の溶湯を前記鋳型に注湯すべく自動注湯機を制御する方法であって、
   前記ＰＬＣからの指令の下に、前記サーボモータを連動駆動して前記取鍋から鋳型に溶湯を注入するとともに、３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を重量測定手段により測定して、前記取鍋内の溶湯の重量の変化を、前記ＰＬＣによって演算し、
   前記取鍋が湯切動作を行う前に、取鍋の傾動を一時停止させて機械的なノイズが前記重量測定手段にのらない状態にして、前記取鍋内の溶湯の重量が既定重量に達したら後傾動作を開始することを特徴とする自動注湯機の制御方法。
7. 請求項５に記載の自動注湯機の制御方法をＰＬＣによる制御の下に実施するためのシステムであって、
   鋳型に対して取鍋を第１傾動、第２傾動および進退動させる３個のサーボモータと、
   これら３個のサーボモータの連動駆動により前記取鍋が行うシーケンスを記憶する第１記憶手段と、
   ３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を測定する重量測定手段と、
   この重量測定手段の測定値に基づき３個の前記サーボモータに対する駆動指令を演算して発信する演算手段と、
   前記第１記憶手段のデータと前記演算手段の演算結果に基づき前記重量測定手段の測定値を無視する時間を記憶する第２記憶手段と、
   を含んでおり、
   前記第１記憶手段と、前記演算手段と、前記第２記憶手段とは、前記ＰＬＣの内部に設けてあることを特徴とする自動注湯機の制御システム。
8. 請求項６に記載の自動注湯機の制御方法をＰＬＣによる制御の下に実施するためのシステムであって、
   鋳型に対して取鍋を第１傾動、第２傾動および進退動させる３個のサーボモータと、
   これら３個のサーボモータの連動駆動により前記取鍋が注湯動作を行うためのシーケンスを記憶する第１記憶手段と、
   ３個の前記サーボモータを含む自動注湯機の重量を測定する重量測定手段と、
   この重量測定手段の測定値に基づき３個の前記サーボモータに対する駆動指令を演算して発信する演算手段と、
   前記取鍋が湯切動作を行う前の取鍋の傾動を一時停止させる条件である溶湯の重量および取鍋を後傾させる時の溶湯の重量を記憶する第３記憶手段と、
   を含んでおり、
   前記第１記憶手段と、前記第３記憶手段とは、前記ＰＬＣの内部に設けてあることを特徴とする自動注湯機の制御システム。