JPH0857629A

JPH0857629A - 自動注湯制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH0857629A
Application number: JP20091294A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Arase; 浩孝荒瀬; Nobuo Katsube; 展生勝部
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1996-03-05

Abstract

(57)【要約】【目的】希望の注湯重量及び注湯パターン通りに注湯
でき、かつ比較的遅い注湯速度で注湯可能な自動バッチ
注湯制御方法を提供する。【構成】本発明は、注湯中の取鍋重量を計測する手段
を有する自動注湯装置の取鍋傾動用駆動装置の速度制御
において、注湯経過時間に対する注湯重量パターン線図
を算出して、出湯開始までは予め設定した初期回転速度
で取鍋を傾動して、出湯後は前記算出した注湯重量パタ
ーン線図を制御目標としたフィードバック制御を行いつ
つ、注湯流線を撮像素子により画像として捉え、この画
像より注湯流線の太さをある範囲に保つよう制御を行っ
て、実注湯量の過不足分を次回注湯で補うことで注湯重
量を制御する自動注湯制御方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は取鍋を傾動して鋳型に溶
湯を自動的に注湯する制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】取鍋を傾動して注湯を行う自動注湯方法
としては、溶湯を含む取鍋の総重量を計測して、注湯中
の単位時間当たりの重量変化を計算して、希望の注湯速
度を得るように取鍋の傾動速度を制御する方法がある
（例えば、特開平４−４６６６５号公報）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】大型の鋳物、例えば製
品重量１ｔｏｎ程度の物を鋳造する場合、注湯１回当た
り１０ｋｇ程度として、注湯を多数回に分けて行うこと
がある（以下、この注湯方法をバッチ注湯と称す）。こ
の場合、製品の品質保証上、以下に示す注湯の制限事項
を満足する必要がある。（１）次の注湯まである程度時間を置くが、先の注湯分
が凝固しきる前に次の注湯を行う。（２）各注湯毎の注湯重量がほぼ一定であること。（３）各注湯毎の注湯速度が安定していること。（４）全注湯重量がある規定値内にあること。しかしながら、人手によっては、上記の制限事項を満足
しながら、長時間例えば４〜５時間に及ぶバッチ注湯作
業を行うことは、非常に難しい。

【０００４】そこで、従来の技術によるバッチ注湯の自
動化を図ったが、以下に示す問題が有り、実現は困難で
あった。

【０００５】前記従来方法では、取鍋の重量を計測する
場合、重量の計測手段としては、ロードセルを用いる事
が多い。ロードセルによる計測分解能は、ノイズの影響
を考慮すると、ロードセル負荷容量の実用上１／２００
０程度である。通常の注湯取鍋は１ｔｏｎ程度あり、架
台等周辺設備を含めると取鍋を傾動する装置の総重量は
４ｔｏｎにもなる。ロードセルの負荷容量を総重量の２
倍の８ｔｏｎとすると、計測分解能は４ｋｇとなる。

【０００６】一般に鋳型への注湯速度は１０ｋｇ／秒程
度であるが、バッチ注湯では１０ｋｇ／分（約０．２ｋ
ｇ／秒）程度で比較的遅い注湯速度で注湯するのものが
ある。この場合、ロードセルの計測分解能が４ｋｇの場
合、重量の変化を計測するには２０秒かかることにな
る。注湯の際、この時間間隔の間に何らかの異常が発生
した場合には重量の監視だけでは即座に対応することが
できず、装置としての安定性、安全性を確保できない。

【０００７】また、従来例の自動注湯は１回だけの注湯
を対象にしており、主として注湯速度を制御するもので
あり、今回のようなバッチ注湯を行う場合、従来通りの
自動注湯方法を適用したのでは最終的な全注湯量を常に
希望の規定値内に入れることは難しい。本発明は、上記
問題点を解決して、比較的遅い注湯速度でも希望の注湯
重量速度及び注湯パターン通りに注湯できる自動注湯制
御方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、取鍋を傾動し
て鋳型に溶湯を自動的に注湯する取鍋傾動速度制御方法
において、目標注湯重量パターン線図を制御目標とし、
取鍋重量計測値より計算した実注湯重量を制御量とする
フィードバツク制御を行いつつ、取鍋より流出する溶湯
の注湯流線を撮像素子により捉えて注湯流線径を算出
し、該注湯流線径が予め設定した範囲に入っているかを
判定し、大きい場合には予め設定した量だけ傾動速度を
減じ、小さい場合には予め設定した量だけ傾動速度を加
えるような制御を複合することを特徴とする。また、別
の手段として出湯後は上記に示す取鍋傾動速度制御を行
い、取鍋重量計測値より計算した実注湯重量が設定量に
達したら取鍋を反転して注湯を所定時間停止し、この回
の目標注湯重量と実注湯重量の差を求め、この差が規定
値を外れた場合は、その差分を次回の予め設定していた
目標重量に対して補正し、新たな目標重量として次回の
注湯を行うことを取ることもできる。

【０００９】さらに、取鍋を傾動して鋳型に溶湯を自動
的に注湯する取鍋傾動式自動注湯装置において、取鍋の
注湯口側面部分に形成した軸を回転自在に支持する支柱
と、取鍋の別の部分を支持するシリンダを上架台に取り
付け、重量検出手段を介して下架台で保持するととも
に、前記軸に傾動角度検出手段を連結し、さらに受光素
子を取鍋注湯口近傍で溶湯流線を捉える位置にセットし
て画像処理装置に電気的に連結し、これらの傾動角度検
出手段と画像処理装置及び前記シリンダを速度制御する
手段をデータ処理手段に電気的に連結する構成を有する
手段もとることができる。

【００１０】

【実施例】以下、バッチ注湯に本発明を適用した実施例
を説明する。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。取鍋１は注湯口近傍に回転軸を一体
又は固着して形成し主柱２で回転自在に、また後部をシ
リンダー３により支持され、シリンダ３の伸縮により傾
動する。取鍋１の支柱２で支持された回転軸端にエンコ
ーダ４を取り付ける。前記支柱２及びシリンダ３は上架
台５に取り付けられ、下架台６にロードセル７によって
支持される。従って、ロードセル７は上架台５、主柱
２、取鍋１、溶湯等を含めた重量を計測する。出湯は樋
８を通り鋳型９に流れ込む。シリンダー３はＣＰＵ１０
からの信号によりサーボ弁１１が動作して伸縮する。ロ
ードセル７からの信号はＣＰＵ１０内で重量に換算され
る。カウンタ１２はエンコーダ４からのパルス信号をカ
ウントして、その結果をＣＰＵ１０に転送する。カウン
ト値はＣＰＵ１０内で傾動角度に変換される。ＣＰＵ１
０はキーボード１３、ＣＲＴ１４、マウス１５、記憶装
置１６と各々つながっている。受光素子１７を取鍋１の
注湯口前方又は側方にセットする。受光素子１７で捉え
た溶湯流線画像は、画像処理装置１８内の画像記憶部に
格納されて画像処理された後、処理結果はＣＰＵ１０に
送られる。尚、本実施例では受光素子としてＣＣＤエリ
アイメージセンサーを用いている。

【００１１】次に、本発明の制御過程を図２に示すフロ
ーチャートに従い説明する。注湯データ入力ステップ１
９において、ＣＰＵ１０へ自動バッチ注湯に必要なデー
タの入力を行う。入力にはキーボード１３、ＣＲＴ１４
及びマウス１５を用い、記憶装置１６は入力したデータ
を記憶する。図３はバッチ注湯の過程を横軸に時間、縦
軸に注湯重量を取り示したものである。入力するデータ
は、この図中に示す目標総注湯重量Ｗａ、１バッチ分の
目標注湯重量Ｗｍ、目標注湯時間Ｔｃｓ、目標注湯重量
速度Ｖｓ、注湯サイクル時間Ｔｓである。ここで、目標
注湯重量速度Ｖｓは初回のバッチ注湯時のＷｅ、Ｔｅ
（下記に説明）を求めるために使用し、実際の目標注湯
重量は前記のＷｅ、Ｔｅをもとに計算する。

【００１２】次に、図２の目標注湯重量パターン算出ス
テップ２０において、１回目のバッチ注湯の目標注湯重
量パターンを求める。図４に、求めた目標注湯重量パタ
ーン線図２８のー例を示す。横軸は時間、縦軸は注湯重
量である。Ｗｅは取鍋１の湯切り反転時に流出する溶湯
重量で、Ｔｅは反転開始から湯切りにまでに要する時間
である。目標注湯重量パターン線図の算出においては、
制御する重量を目標注湯重量ＷｍからＷｅを引いたもの
とする。また、同様に、制御する時間を目標注湯時間Ｔ
ｃｓからＴｅ引いたものとする。注湯開始時間からのサ
ンプリング時刻ｉにおける目標注湯重量Ｗｓ（ｉ）は、
下記式１より求めることができる。Ｗｓ（ｉ）＝（（Ｗｍ−Ｗｅ）／（Ｔｃｓ−Ｔｅ））ｉ・・・・・（１）

【００１３】ここで、Ｗｅ、Ｔｅは下記式２、３のよう
に、対象の取鍋形状について、予め設定した取鍋反転速
度Ｖｆ、傾動角度θ及び注湯速度Ｖとの関数であり、実
験的に求めてテーブル化し、記憶装置１６に収納してお
く。Ｗｅ＝ｆ１（θ，Ｖ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）Ｔｅ＝ｆ２（θ，Ｖ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）次に、予定の注湯開始時刻で、図２の初期傾動ステップ
２１において、予め設定した一定回転速度で取鍋１の傾
動が開始する。この傾動は、図２の出湯検出ステップ２
２で出湯を検出するまで続ける。

【００１４】以下、画像処理を用いた出湯検出方法につ
いて説明する。図５に溶湯２９を受光素子１７により捉
えた画像を示す。この画像に対して画像横方向をｘ、同
縦方向をｙとする座標系を便宜上設ける。溶湯の流線径
Ｄを計測するために、図中のように溶湯２９の一部を囲
むような幅Ｗｘ画素、長さＷｙ画素のウインドウ３０を
設定する。溶湯は輝くので背景３１に比べ明るい。そこ
で、まず先のウインドウ内の各々の画素の明るさを予め
設定したしきい値Ｌｂと比較しながら走査して行き、こ
のしきい値よりさらに明るい画素の総数Ｄｎを求める。
次に、下式４によりウインドウ内ｘ方向の平均値Ｄｘを
求める。Ｄｘ＝Ｄｎ／Ｗｙ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）

【００１５】このｘ方向にたいして平均を取る操作は、
注湯流線の脈動による局所的な流線径の影響を除くため
である。さらに加えて、前記サンプリング時間に対して
十分短い時間内の流線径Ｄｘの変化の影響を除くため、
予め設定した画面数のＤｘを算出、平均化して流線径Ｄ
を求める。出湯検出には、注湯開始から流線径Ｄの算出
を開始して、画像中に溶湯を捉えた時にＤの値が、希望
の流線径で出湯を開始したと判断できるように、予め設
けた出湯検出用しきい値を越えることを利用して、出湯
の検出を行う。

【００１６】出湯検出後、図２の注湯重量速度制御ステ
ップ２３に移行する。ここでは、注湯重量パターン２８
を目標とした注湯重量フィードバック制御を行う。制御
中の取鍋傾転速度Ｖ（ｉ）は下記式５で計算する値であ
る。Ｖ（ｉ）=Kp×e(i)+Ki×(e(i)+e(i-1)+・・・+e(i-n))・・・・・・（５）ここで、Ｋｐは計測した重量値から傾動速度に変換する
比例ゲインで、Ｋｉは計測した重量値から傾転速度に変
換する積分ゲインである。ｅ（ｉ）は次式６で示す重量
偏差である。ｅ（ｉ）＝Ｗ（ｉ）−Ｗｓ（ｉ）・・・・・・・・・・・・・・・（６）但し、Ｗ（ｉ）はサンプリング時刻ｉでの重量計測デー
タであり、Ｗｓ（ｉ）は注湯重量パターン線図２８から
求まる時刻ｉでの目標注湯重量である。

【００１７】以上述べた注湯重量速度制御のサンプリン
グ時間は、注湯速度とロードセルの重量計測分解能との
兼ね合いで２０秒程度になる場合がある。そこで、サン
プリング間に画像処理によって注湯流線の監視を行い、
サンプリング間の注湯速度の制御を行う。監視方法は、
前述した溶湯流線径算出方法により求めた流線径Ｄを希
望の注湯速度から決まる基準流線径Ｄｓに対して予め設
けた上限値及び下限値と比較することで、Ｄの判定を行
うものである。流線径Ｄの大きさに従い、以下にの方法
により注湯速度を制御する。

【００１８】流線径Ｄが上限値と下限値との間（以下、
安定域と称す。）である場合は、前記式５で算出する取
鍋傾動速度で取鍋を傾動させる。Ｄが上限値を越えた時
は、予め設定した一定の速度比で取鍋傾動速度を減速し
て注湯速度を下げる。Ｄが安定域になった後は、再び元
の制御に戻るが、設定時間経過後も安定域にならない時
は、さらに一定の速度比で減速し、これを安定域になる
まで繰り返す。Ｄが下限値を越えた時は、予め設定した
一定の速度比で取鍋傾動速度を加速して注湯速度を上げ
る。Ｄが安定域になった後は、再び元の制御に戻るが、
設定時間経過後も安定域にならない時は、さらに一定の
速度比で加速し、これを安定域になるまで繰り返す。

【００１９】注湯が進み、下記式７を初めて満足する時
点より、前記の一定速度Ｖｆで取鍋１を反転傾動する。Ｗ（ｉ）＞（Ｗｍ−Ｗｅ）・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）出湯が停止するまでに溶湯重量Ｗｅが取鍋１から流れ出
し、ほぼ目標注湯量Ｗｍとなる。

【００２０】次に、図２の実注湯重量計測ステップ２４
において、実注湯重量Ｗｍ’を求める。ここまでのステ
ップで、１バッチ分の注湯は終了する。続いて、図２の
注湯サイクル終了判断ステップ２５で、現在の注湯回数
Ｎと予定注湯回数Ｎｃとの比較を行い、等しい場合は注
湯サイクルを終了する。但し、Ｎｃは目標全注湯量Ｗａ
と１バッチ分の目標注湯重量Ｗｍより予め求める値であ
る。

【００２１】注湯サイクルが続く場合は、図２の注湯重
量差ステップ２６において、目標注湯重量Ｗｍと実注湯
重量Ｗｍ’との差ｄＷｍを求める。このｄＷｍが予め設
定したある上限、下限の規定値内であれば、次の注湯に
移る。ｄＷｍが規定値外の場合は、図２の目標注湯重量
変更ステップ２７において、ｄＷｍの過不足分を次回注
湯で補うように次回の目標注湯重量ＷｍをｄＷｍだけ変
更する。以上の方法により、出湯開始時より注湯流線径
をある範囲内に保ちつつ、希望の注湯速度で繰り返し
て、自動的にバッチ注湯を行う。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の自動注湯制
御方法および装置によれば、取鍋の重量変化を基にした
注湯速度の制御方法において、注湯速度と重量計測の分
解能との関係により、重量計測のサンプリング時間が数
十秒程度と比較的長い場合でも、注湯の流線径をある範
囲に保つことにより、安定した自動注湯を行うことがで
き、さらに、バッチ注湯においては、実注湯量の過不足
分を次回注湯で補うことで、総注湯重量をほぼ希望の重
量にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す自動注湯装置の概略図

【図２】制御過程を示すフローチャート

【図３】バッチ注湯の過程を示す図

【図４】目標注湯重量パターン線図

【図５】溶湯を捉えた時の画像例

【符号の説明】

１取鍋３シリンダー４エンコーダー７ロードセル１１サーボ弁１７受光素子１８画像処理装置２８目標注湯重量パターン線図２９画像上の溶湯３０ウインドウ３１背景

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】取鍋を傾動して鋳型に溶湯を自動的に注
湯する取鍋傾動速度制御方法において、目標注湯重量パ
ターン線図を制御目標とし、取鍋重量計測値より計算し
た実注湯重量を制御量とするフィードバツク制御を行い
つつ、取鍋より流出する溶湯の注湯流線を撮像素子によ
り捉えて注湯流線径を算出し、該注湯流線径が予め設定
した範囲に入っているかを判定し、大きい場合には予め
設定した量だけ傾動速度を減じ、小さい場合には予め設
定した量だけ傾動速度を加えるような制御を複合するこ
とを特徴とする自動注湯制御方法。
【請求項２】取鍋を傾動して鋳型に溶湯を自動的に注
湯する自動注湯制御方法において、注湯を多数回に分け
て、各回とも予め設定した目標重量を目標速度で注湯を
行い、最終的には全注湯重量が規定値内に入るようにす
る自動注湯制御方法であって、出湯後は請求項１に示す
取鍋傾動速度制御を行い、取鍋重量計測値より計算した
実注湯重量が設定量に達したら取鍋を反転して注湯を所
定時間停止し、この回の目標注湯重量と実注湯重量の差
を求め、この差が規定値を外れた場合は、その差分を次
回の予め設定していた目標重量に対して補正し、新たな
目標重量として次回の注湯を行うことを特徴とする自動
注湯制御方法。
【請求項３】取鍋を傾動して鋳型に溶湯を自動的に注
湯する取鍋傾動式自動注湯装置において、取鍋の注湯口
側面部分に形成した軸を回転自在に支持する支柱と、取
鍋の別の部分を支持するシリンダを上架台に取り付け、
重量検出手段を介して下架台で保持するとともに、前記
軸に傾動角度検出手段を連結し、さらに受光素子を取鍋
注湯口近傍で溶湯流線を捉える位置にセットして画像処
理装置に電気的に連結し、これらの傾動角度検出手段と
画像処理装置及び前記シリンダを速度制御する手段をデ
ータ処理手段に電気的に連結する構成を有することを特
徴とする自動注湯装置。