TWI636840B - 澆灌控制方法及儲存讓電腦充當澆灌控制構件的程式之儲存媒體 - Google Patents

澆灌控制方法及儲存讓電腦充當澆灌控制構件的程式之儲存媒體 Download PDF

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TWI636840B
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Abstract

一種用於控制一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制方法係被提出。藉由該方法，一澆桶的一澆桶嘴係在不撞擊到任何位在其移動範圍內的物體下接近一模具的一澆口。再者，藉由該方法，從該澆桶流出的熔融金屬可以準確地填入該模具。
該澆灌控制方法係包括步驟如下：設定待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率，根據從一澆桶流出的熔融金屬的一數學模型之一逆模型以及該傾注馬達的一逆模型來產生一電壓以將其輸入到一傾斜該澆桶的馬達(此後稱傾注馬達)以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的熔融金屬的流動速率，估計該落下位置並且使得該估計的落下位置成為目標位置，以及產生一用於該澆桶的移動的軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度降低。

Description

澆灌控制方法及儲存讓電腦充當澆灌控制構件的程式之儲存媒體
本發明係有關於一種用於控制一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置(此後稱澆灌控制)之方法，其係傾斜填入有熔融金屬的澆桶以將熔融金屬澆灌到一模具中。再者，本發明係有關於一種用於儲存使得一電腦作用為一澆灌控制構件的程式之儲存媒體。
一些用於控制一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之方法係被提出。其中之一種方法係藉由利用一前饋控制來控制從一澆桶流出的熔融金屬落下的位置(此後稱落下位置)(PTL1)。另一種方法係具有一回授控制，使得其可以修正任何由於藉由利用一前饋控制來控制熔融金屬的落下位置所發生的偏差(PTL2)。另一種方法係控制一模具的移動，使得從一澆桶流出的熔融金屬準確地填入到模具中(PTL3)等等。
前案表列
專利文獻
(PTL1)
日本專利公開號2008-272802
(PTL2)
日本專利公開號2011-224631
(PTL3)
日本專利公開號2012-16708
藉由PTL1所揭露的技術，從一澆桶流出的熔融金屬落下的位置係藉由利用一種前饋的控制來加以控制。藉由PTL2所揭露的技術，若落下位置與目標位置不同，並且即使該位置是藉由PTL1所揭露的落下位置控制所控制的，一澆桶仍將會前進或是後退以便於消除該偏差。然而，藉由PTL1及PTL2所揭露的技術，一澆桶的一澆桶嘴並不垂直地更接近一模具的一澆口。因此，熔融金屬的澆灌可能從一個高的位置加以實行。因此，該熔融金屬的溫度可能降低，因為從該澆桶流出的熔融金屬的自由落下時間可能是長的。再者當該熔融金屬接觸該模具的澆口時，該熔融金屬可能會散射，因為從該澆桶流出的金屬之速度在該金屬到達該澆口時可能是高的。一澆桶應該被垂直地移動，以便於使得介於該澆桶的澆桶嘴以及該模具的澆口之間的垂直距離變成較短的。若該澆桶被垂直地移動，則其可能撞擊到一模具或是一裝置(例如用於澆灌熔融金屬的裝置)的台座。再者，藉由PTL3所揭露的技術，由於其使用一用於移動一模具的裝置，因此新的設備是所需的。再者，其並不確保該澆桶不會撞擊到任何位在該模具周圍的台座。
此申請案的發明目標是提供一種用於控制一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制方法以及儲存媒體。藉由該方法，一澆桶 的一澆桶嘴係在不撞擊到一模具以及任何位在其移動範圍內的物體下接近一模具的一澆口。再者，藉由該方法，從該澆桶流出的熔融金屬可以準確地填入該模具。
本發明係被做成來達成這些目標。申請專利範圍第1項之發明係使用一種技術手段，亦即，其係為一種用於一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制方法。該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜。該方法係包括步驟如下：設定待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率，根據從一澆桶流出的熔融金屬的一數學模型之一逆模型以及該傾注馬達的一逆模型來產生一電壓以將其輸入到一傾斜該澆桶的馬達(此後稱傾注馬達)以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的熔融金屬的流動速率，估計該落下位置並且使得該估計的落下位置成為目標位置，以及產生一用於該澆桶的移動的軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度降低並且使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體，控制該澆桶的移動並且澆灌該熔融金屬到該模具中，使得該澆桶的該澆桶嘴在該模具的澆口的位準上的高度降低並且使得當該熔融金屬被澆灌到該模具中時該澆桶並不撞擊到該物體。
藉由申請專利範圍第1項之發明，由於該熔融金屬的該落下位置係被控制，因此從該澆桶流出的熔融金屬可以準確地被澆灌到該模具的澆口中。亦即，一用於該澆桶的移動的軌跡係被產生，因而該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體。根據該軌跡，該澆桶 的移動係被控制以使得該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度係降低，並且使得該熔融金屬係被澆灌到該模具中。因此，相較於其中澆桶的澆桶嘴並沒有被控制以使得其接近一模具的一澆口之習知的澆灌控制方法，從該澆桶被澆灌的該熔融金屬的自由落下時間可被縮短。再者，任何在該熔融金屬的溫度上的降低都可受到限制。再者，當該金屬到達該澆口時的該熔融金屬的速度可被降低，並且因而該金屬的散射可受到限制。
申請專利範圍第2項的發明係使用一技術手段，其係包含在申請專利範圍第1項之方法中的產生一用於該澆桶的移動的軌跡的步驟之後來加以實行的步驟。亦即，該軌跡係根據其中該澆桶將要撞擊到該物體的模式(此後稱撞擊模式)並且根據用於改變該澆桶的移動的狀況來加以產生，該模式是預先設定的，該些狀況係根據該撞擊模式來加以決定的。
藉由申請專利範圍第2項的發明，當該移動的軌跡被產生時，該澆桶的形狀、在該澆桶以及被設置在其移動範圍內的該物體的位置之間的關係等等係被考量，並且接著該軌跡可根據其中該澆桶將要撞擊到該物體的該撞擊模式並且根據用於改變該澆桶的移動的狀況來加以產生，該模式是預先設定的，該些狀況是根據該撞擊模式而定的。
申請專利範圍第3項的發明係使用一技術手段，亦即，其係為一種用於一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制方法。該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜。該方法係包括步驟如下：設定待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率，根據從一澆桶流出的該熔融金屬的一數學模型的一逆模型以及傾斜該澆桶的該傾注馬達的一逆模型來產生一將被輸入到一傾注馬達的電壓以便於達到該 熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的該落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，在該澆桶的該澆桶嘴處設定一假想軸線，產生一用於該澆桶的移動的第二軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體並且最小化該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度，控制該澆桶的移動以使得該澆桶在該熔融金屬被澆灌到該模具中時並不撞擊到該物體，以及藉由繞著設定在該澆桶的該澆桶嘴之該假想軸線來轉動該澆桶以澆灌該熔融金屬到該模具中。
藉由申請專利範圍第1項的發明，由於該熔融金屬的該落下位置係被控制，因此從該澆桶流出的熔融金屬可以準確地被澆灌到該模具的澆口中。亦即，一用於該澆桶的移動的軌跡係被產生，因而該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體並且最小化該澆桶的該澆桶嘴在該模具的澆口的位準上的高度。根據該軌跡，該澆桶的移動係被控制以使得該澆桶繞著一假想軸線轉動，並且該熔融金屬係被澆灌到該模具中。因此，從該澆桶被澆灌的該熔融金屬的自由落下時間可被縮短。再者，在該熔融金屬的溫度上的降低可受到限制。再者，當該金屬到達該模具的澆口時的該熔融金屬的速度可被降低，並且該金屬的散射可受到限制。由於當該熔融金屬正被澆灌時，該澆桶的該澆桶嘴的高度是固定的，因此該澆灌可以較少受到一外部的干擾影響。再者，移動該澆桶所需要的電力可以是較小的。
申請專利範圍第4項的發明係使用一技術手段，其係包含在申請專利範圍第3項之方法中的產生一用於該澆桶的移動的第二軌跡的步 驟之後來加以實行的步驟。亦即，在該步驟，該第二軌跡係根據該撞擊模式來決定該澆桶的位置，該模式是預先設定的。
藉由申請專利範圍第4項的發明，當該移動的該第二軌跡被產生時，該澆桶的形狀、在該澆桶以及被設置在其移動範圍內的該物體的位置之間的關係等等係被考量，並且接著該澆桶的位置可以根據該撞擊模式來加以決定，該模式是預先設定的。
申請專利範圍第5項的發明係使用一技術手段，亦即，其係為一種可藉由一電腦讀取的媒體，而一程式係被儲存於該媒體中。該程式係使得該電腦實行用於一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制過程。該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜。該些過程係包括設定待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率，根據從一澆桶流出的熔融金屬的一數學模型之一逆模型以及該傾注馬達的一逆模型來產生一將被輸入到一傾注馬達的電壓以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的該落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，以及產生一用於該澆桶的移動的軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度降低並且使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體。
申請專利範圍第6項的發明係使用一技術手段，亦即，其係為一種可藉由一電腦讀取的媒體，而一程式係被儲存於該媒體中。該程式係使得該電腦實行用於一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制過程。該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控 制其傾斜。該些過程係包括設定待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率，根據從一澆桶流出的熔融金屬的一數學模型之一逆模型以及根據該傾注馬達的一逆模型來產生一將被輸入到一傾注馬達的電壓以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的該落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，在該澆桶的該澆桶嘴處設定一假想軸線，以及產生一用於該澆桶的移動的第二軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體並且最小化該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度。
藉由申請專利範圍第5及6項的發明，此申請案的發明的該澆灌控制方法係被應用至一用於控制熔融金屬的澆灌之程式，該程式可以使得該電腦實行該方法，並且該方法亦被應用至一種可藉由一電腦讀取而且該程式被儲存於其中的儲存媒體。
1‧‧‧具有傾注型澆桶的自動澆灌裝置
10‧‧‧澆桶
10a‧‧‧澆桶的澆桶嘴
10b‧‧‧澆桶嘴的導槽
10c‧‧‧澆桶的前端部分的橫向側邊
11、12、13‧‧‧伺服馬達
14‧‧‧台座
20‧‧‧模具
20a‧‧‧模具的澆口
圖1是具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置的一個例子之概要視圖。
圖2是一用於澆灌熔融金屬的控制系統之方塊圖。
圖3是一澆桶之概要的橫截面視圖。
圖4是展示一澆桶的一澆桶嘴的末端之概要的立體圖。
圖5是展示當熔融金屬流入該澆桶嘴的一導槽中的狀況之概要的橫截面視圖。
圖6是展示一用於澆灌熔融金屬的過程之概要的立體圖。
圖7是一撞擊模式之概要視圖，其中一澆桶係撞擊一在其移動範圍內 之物體。
圖8是係展示當實行一實驗以用於獲得一澆桶的一軌跡時應該給出的一目標流動速率之概要圖。
圖9是展示利用一習知方法的一實驗所得到的一澆桶的移動軌跡之概要圖。
圖10是展示利用本申請案的發明的澆灌控制方法的一實驗所得到的一澆桶的各種可能的軌跡之概要圖。
圖11是展示本申請案的發明相較於一習知技術的一澆桶的一澆桶嘴的末端及其底部的軌跡之概要圖。
現在，根據圖式，吾人係討論本申請案的發明的澆灌控制方法。
圖1係展示此申請案的發明的澆灌控制方法所應用到的一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置的一個例子。該具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置1係包括一澆桶10以及伺服馬達11、12及13。該澆桶10係載有熔融金屬。其中之一伺服馬達是一個傾斜並且亦繞著一軸θ來轉動該澆桶10的伺服馬達11。另一伺服馬達12係在前後的方向上移動該澆桶10。該第三伺服馬達13係上下地移動該澆桶10。
由於該些伺服馬達11、12及13分別具有旋轉編碼器，因此該澆桶10的位置以及傾斜角度可被判斷出。該些伺服馬達11、12及13係被配置以從一電腦被給予一命令信號。在此揭露內容中的“電腦”係表示一運動控制器，例如一個人電腦、一微電腦、一可程式化邏輯控制器(PLC)、 以及一數位信號處理器(DSP)。
該自動澆灌裝置1可以控制該些具有如上所述的結構之伺服馬達11、12及13並且使得該澆桶10移動在一預設的軌跡上。接著，其可以從一澆桶嘴10a排出該熔融金屬，並且透過該模具20的一澆口20a將其澆灌到一模具20中。
在該具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置1中，一用於該澆桶的位置控制系統係被使用。該控制系統可以控制該裝置以使得該澆桶10並不會撞擊到該模具20或是任何在該澆桶10的移動範圍內之物體，例如該自動澆灌裝置1的台座14，並且使得該澆桶10的澆桶嘴10a前進到該模具20的澆口20a且準確地澆灌該熔融金屬到該澆口20a中。展示在以下的是一數學模型，其係包含一開始於傳送一控制命令信號至該伺服馬達的過程，以決定一在流出澆桶10的熔融金屬的水平方向上的落下位置。
在圖2中所示的Pf是一藉由使得該澆桶10傾斜以澆灌從該澆桶10流出的熔融金屬的過程。
圖3係展示當該熔融金屬正被澆灌時的澆桶10之概要的橫截面視圖。若該澆桶10的傾斜角度是θ[度]、若該熔融金屬低於該澆桶10的澆桶嘴10a的部分之體積是Vs(θ)[m3]、若由該澆桶嘴10a中的金屬所形成的水平面的面積是A(θ)[m2]、若該熔融金屬高於該澆桶嘴10a的部分的體積是Vr[m3]、若該熔融金屬高於該澆桶嘴10a的高度是h[m]、以及若從該澆桶10流出的熔融金屬的流動速率是q[m3/s]，則在該熔融金屬被澆灌時的時間t[s]之後的△t(s)之材料平衡將會藉由以下的方程式(1)來加以表示。
[數學式1] V r (t)+V s (θ(t))=V r (t+△t)+V s (θ(t+△t))+q(t)△t (1)
若方程式(1)被重新排列以計算該熔融金屬的體積Vr[m3]，並且若△t→0，則將會獲得方程式(2)。
該澆桶10的角速度ω[deg/s]是被表示為方程式(3)。
若方程式(3)被代入於方程式(2)，則將會獲得方程式(4)。
該熔融金屬高於該澆桶嘴的部分的體積Vr[m3]是被表示為方程式(5)。
該符號As[m2]係表示該熔融金屬在該澆桶嘴的水平面之上高度hs[m]的水平面積。
若該面積As[m2]被區分成面積A[m2]以及面積的增量值△As[m2]，則該熔融金屬的體積Vr[m3]將會藉由以下的方程式(6)來加以表示。
至於對普遍使用的澆桶而言，該面積的增量值△As[m2]相較於該澆桶嘴的水平面的面積A[m2]是非常小的。因此，以下的方程式(7)係被獲得。
於是，方程式(6)可以藉由方程式(8)來加以表示。
因此，方程式(9)係從方程式(8)加以獲得。
[數學式9]
方程式(10)係從方程式(9)加以獲得。
藉由利用白努利定理，在該熔融金屬在該澆桶嘴10a之上的高度h[m]處之熔融金屬的流動速率q[m3/s]係藉由方程式(11)來加以表示。
該符號hb[m]係表示如同在圖4中的熔融金屬在該澆桶中從其表面算起的深度。Lf[m]是該澆桶嘴的寬度，g[m/s2]是重力加速度，並且c是流動速率係數。
從上述，澆灌熔融金屬的過程Pf係藉由方程式(10)及(11)來加以表示。
在圖2中所示的符號Pm係表示一傾斜一澆桶10的伺服馬達的動態特徵，並且該些動態特徵係藉由以下的方程式來加以表示。
[數學式12]
該符號ω[deg/s]是一傾斜的角速度，μ[V]是一輸入電壓，T[s]是一時間常數，並且K[deg/s/V]是一增益常數。
現在吾人係討論一種用於在熔融金屬正被澆灌時，估計該熔融金屬的落下位置之方法。
在熔融金屬的流出過程的一模型中，熔融金屬在水平方向上的落下長度Sv[m]可以藉由流出的速度Vf[m/s]乘上落下時間Tf[s]的乘積而獲得，並且該長度可以藉由一利用Vf[m/s]以及一高度Sw[m]的方程式來加以表示，該高度是該熔融金屬到達的位置。該流出速度Vf[m/s]係藉由一考量其收縮的影響之主要的表示式來加以表示，其中藉由一熔融金屬的流動速率q[m3/s]除以該熔融金屬在該澆桶嘴10a的橫截面面積Ap[m2]所獲得的結果係被使用。
[數學式15]
[數學式16] v f (t)=v cosθ a (16)
該符號vfo[m/s]係表示如同在圖5中的當熔融金屬流入澆桶嘴10b的導槽中時的該熔融金屬的流動速率。符號α0及α1是當該熔融金屬從該澆桶10流出時的影響之係數，亦即，其橫截面面積係收縮，並且其在該澆桶嘴的流動速率係因為重力的影響而增高。
在方程式(15)、(18)中的符號θa[deg]係表示該澆桶嘴10a在其末端至該水平面的傾斜角度。假設該澆桶嘴10a的末端的傾斜角度是Φ[deg]，其中該澆桶10是垂直的。若該澆桶的傾斜角度是θ[deg]，則該角度將會藉由以下的方程式來加以表示。
[數學式19]
Lg[m]是該澆桶嘴10b的導槽的長度，v[m/s]是當熔融金屬流出該導槽10b時的該熔融金屬的速度，vf[m/s]是當熔融金屬流出該導槽10b時的該熔融金屬的速度的水平成分，並且Tf[s]是流出該導槽10b的該熔融金屬的自由落下時間。如同在圖6中，Sw[m]是介於該澆桶嘴10a以及該模具20的澆口20a之間的垂直長度，並且Sv[m]是介於該澆桶嘴10a以及該澆口20a之間的水平長度。藉由定義介於該澆桶嘴10a以及該澆口20a的頂表面之間的垂直長度為Sw[m]，該熔融金屬在該水平方向上落下的位置Sv[m]可被判斷出。
根據該數學模型，一種控制系統係被建構，其中該控制系統係估計該熔融金屬落下的位置並且控制該位置。藉由利用該方程式(11)，該熔融金屬在該澆桶嘴之上的高度href[m]可以藉由以下的方程式加以獲得。從該高度href[m]，正被澆灌的熔融金屬的一目標流動速率qref[m3/s]將會到達。
[數學式20] h ref (t)=f -1 (q ref (t)) (20)
若方程式(4)被方程式(9)及(20)代入並且重新配置，則傾斜該澆桶的傾斜角速度ωref[deg/s]將會藉由以下的方程式來加以表示，並且該用於澆灌熔融金屬的過程的一逆模型將會加以獲得。藉由利用該角速度ωref[deg/s]，該熔融金屬在該澆桶嘴之上的高度href[m]將會到達。
[數學式21]
將被輸入到一伺服馬達的輸入電壓u[V]係從一傾斜一澆桶10的伺服馬達的動態特徵的逆模型Pm-1來導出。該電壓係使得該伺服馬達讓正被澆灌的熔融金屬的流動到達該目標流動速率qref[m3/s]。該模型Pm-1係從如同以下的方程式之方程式(12)來導出。
藉由依序地計算方程式(20)-(22)的解，該使得伺服馬達讓該流動到達熔融金屬的目標流動速率qref[m3/s]的輸入電壓u[V]可加以獲得。
現在，吾人係討論用於產生一用於一澆桶的移動的軌跡之方塊。在此方塊Dyz中，該熔融金屬落下的位置係被估計，並且該位置係被設定為一目標位置。該軌跡係使得該澆桶10的澆桶嘴10a接近該模具20的澆口20a，並且該熔融金屬係準確地被澆灌到該模具的澆口中，而該澆桶10並不撞擊到該模具20或是一台座14或是其它物體。在此實施例中，吾人係討論一種其中一箱狀澆桶被使用的情形。
一種利用該流動速率的一逆模型Pf -1Pm -1以用於控制待被澆灌的熔融金屬的流動速率之前饋控制系統係使得熔融金屬的實際流動依循一目標流動的模式。因此，其係使得實際的流動對應於該熔融金屬的目標 流動速率qref[m3/s]。該熔融金屬落下的位置(該落下位置)可藉由利用該熔融金屬的目標流動速率qref[m3/s]以及在用於估計該流動速率的方塊Ef中被估計出的流動速率來加以估計。接著藉由移動該澆桶10至該估計的落下位置(若該熔融金屬被澆灌時)將會是該目標位置的地方，亦即，就在該模具20的澆口20a上的位置，以實行對於該落下位置的控制。
相對的落下位置Sv[m]是介於該熔融金屬落下的位置以及該澆桶嘴10a的末端之間的水平距離。絕對的落下位置Sy[m]是介於該熔融金屬落下的位置以及一座標系統的原點之間的水平距離。該原點是在一模具20的表面上的澆口20a的中心。
物體的位置係被展示在圖7中，其中該些物體是存在於一澆桶10的移動範圍內。它們可能會在該熔融金屬正被澆灌時被該澆桶10撞擊到，亦即，在此例中，它們是一模具20以及一台座14。當一澆桶10的移動軌跡被判斷出時，該X-Y座標的原點係被定義為在一模具20的表面上的澆口20a的中心。該些符號yf及zf[m]係代表一澆桶嘴的末端的座標，並且yb及zb[m]係代表一澆桶的底部的末端p的座標。該符號Ls[m]係代表該澆桶的前端部分的橫向側邊10c的長度，並且γ[deg]係表示該澆桶的澆桶嘴側邊相對於一垂直線的傾斜角度。該符號dm[m]係代表從該末端p至一模具的一澆口20a的中心之長度。該符號df[m]係代表該熔融金屬的落下在y軸上的長度。該符號dp[m]係代表介於該澆桶嘴10a的末端在y軸上的投影點以及該末端p在y軸上的投影點之間的長度。該符號dh[m]係代表在一模具20的頂表面的高度以及一台座14的高度之間的差值。
有關當該澆桶10接近該模具20或台座14時的澆桶10的位 置之改變，接近它的方式可被分成如同在圖7中之以下的三個模式。模式1是該澆桶10的下方前端p到達最接近該模具20的頂表面之上的位置所藉由的方式。模式2是該澆桶10的橫向前面側邊10c到達最接近該模具20的末端的位置所藉由的方式。模式3是該澆桶10的下方的前端p到達最接近在該台座14的頂表面之上的位置所藉由的方式。在此實施例中，一個不被進入的區域係藉由多個在其上表面之上的預設高度ε下面的區域所界定。該澆桶10係被控制而不會進入該區域。
每個模式係依循以下的條件，該些條件係根據該澆桶10、模具20、台座14等等的相對位置而被決定。該澆桶10的移動係對應於每個模式而改變，並且該澆桶的位置[yf,zf]係被計算以使得該澆桶並不會撞擊到該模具20或台座14或是其它物體，並且使得該熔融金屬準確地被澆灌到該模具的澆口中。索引1-3係分別對應於模式1-3。在方程式(23)中的條件是使用一箱狀澆桶的那些條件。這些條件係被設定以對應於該澆桶的前端橫向部分的形狀。
該符號df及dp係如下地被表示。
[數學式24] d f =S v (θ,v,L s cos(γ+θ)+ε) (24)
[數學式25] d p =L s sin(γ+θ) (25)
在每個模式中的澆桶的位置係如下地被導出。
<模式1>
在模式1中，一澆桶係被移動以使得在其末端P以及一模具20的頂表面之間的距離ε被保持為固定的。在垂直方向上的位置Z以及在該澆桶的前後方向上的位置Y係如下地加以獲得。
[數學式26] z f1 =L s cos(θ+γ)+ε (26)
[數學式27] y f1 =S v (θ,v,z f1 ) (27)
<模式2>
在模式2中，一澆桶係被移動以使得其末端P的高度持續地對應於其傾斜來改變。亦即，當該末端P的位置低於該座標系統的原點時，該澆桶係被移動以使得該澆桶嘴10a的末端被保持為較低的。該澆桶在垂直方向上的位置可藉由從以下的方程式計算出Zf而加以獲得。
[數學式28] S v (θ,v,z f )+z f tan(θ+γ)=d m (28)
方程式(28)的數值解可藉由利用一種用於獲得一數值解的方法(例如，Newton-Raphson方法)來加以獲得。在澆桶具有一特定形狀的某些情形中，一解析的(analytical)解可加以獲得。在此，吾人係討論一藉由利用該Newton-Raphson方法來導出該澆桶的垂直位置的過程。若方程式(28) 係以方程式(17)-(19)代入，則將會獲得以下的方程式。
若方程式(29)係相對Zf來加以微分，則其將會是如下所列的。
因此，該Zfn將會藉由反覆地利用以下的方程式來加以獲得。
該澆桶的垂直位置係被使用作為用於該方程式(31)的重複使用之一最初的值Zf0。該作為最初的值之垂直位置已經藉由相關於在一取樣期間之前所獲得的值來解出方程式(31)而加以獲得。該澆桶之計算出的垂直位置係被指派給以下的方程式作為該澆桶的一垂直位置Zf2，並且接著在該澆桶的前後方向上的位置Y係加以獲得。
[數學式32] y f2 =S v (θ,v,z f2 ) (32)
<模式3>
在模式3中，澆桶係被移動以使得從其末端P至一台座14的頂表面的距離ε被保持為固定的。如下所列，該澆桶在垂直方向上的位置係利用模式2中的結果來加以獲得。
[數學式33] z f3 =L s cos(θ+α)+ε-d h (33)
該澆桶在前後方向上的位置Yf3可以藉由將該澆桶的垂直位置Zf3代入以下的方程式中來加以獲得。
[數學式34] y f3 =S v (θ,v,z f3 ) (34)
藉由方程式(23)-(34)所獲得的Yf及Zf係分別變成Yref及Zref，並且輸入到用於在前後的方向上移動該澆桶的系統Gy以及用於在垂直的方向上移動該澆桶的控制系統Gz。因此，一種方法係被實現，其中在該澆桶10不撞擊到該模具20或台座14或是其它物體下，該澆桶10的澆桶嘴10a係藉由該方法而造成前進至該模具20的澆口20a，並且該熔融金屬造成被準確地澆灌到該模具的澆口中。
此申請案的發明的澆灌控制方法係被應用至一用於控制熔融金屬的澆灌之程式，該程式可以使得電腦實行該方法。該方法亦被應用至一可藉由一電腦讀取的儲存媒體，並且該程式係被儲存在該儲存媒體中。亦即，該程式係使得該電腦實行用於一具有一傾注型澆桶的自動澆灌 裝置之澆灌控制過程。該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜。該些過程係包括設定待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率，根據從一澆桶流出的熔融金屬的一數學模型之一逆模型以及根據該傾注馬達的一逆模型來產生一將被輸入到一傾注馬達的電壓以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的該落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，以及產生一用於該澆桶的移動的軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度降低並且使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體。
(修改的實例)
除了前饋控制以外，回授控制亦可以修正熔融金屬的落下位置的誤差並且可以準確地控制該位置。例如，一視訊攝影機係被設置在該具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置1的一側邊的旁邊。從一澆桶10的澆桶嘴10a流出的熔融金屬的落下位置係藉由該攝影機而被判斷出。一目標位置係被界定在該攝影機周圍的一座標系統中。在該目標位置以及該落下位置之間的差值係被判斷出。在用於產生一用於一澆桶的移動的軌跡之方塊Dyz，一回授控制係被實行以便於消除該差值。接著，該澆桶10係被移動。藉由此種控制，即使該落下位置的估計有一誤差，但由於該誤差係藉由該回授控制而被最小化，因此該落下位置可以準確地受到控制。
第一實施例的效果
藉由本申請案的發明的澆灌控制方法，由於熔融金屬的一落下位置係被控制，因此從該澆桶10流出的熔融金屬可以準確地被澆灌到 一模具的澆口20a中。亦即，一用於該澆桶的移動的軌跡係被產生，因而該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體，並且使得該澆桶10的澆桶嘴10a在該模具的澆口20a的位準之上的高度係降低。根據該軌跡，該澆桶的移動係被控制，並且該熔融金屬係被澆灌到該模具20中。因此，相較於一種其中一澆桶10的澆桶嘴10a並沒有被控制以使得其接近一模具的一澆口20a之習知的澆灌控制方法的自由落下時間，從該澆桶10被澆灌的該熔融金屬的自由落下時間可被縮短。再者，任何在該熔融金屬的溫度上的降低都可受到限制。再者，當該金屬到達該模具20時的熔融金屬的速度可被降低，並且該金屬的散射因而可受到限制。再者，此申請案的發明可被應用至一用於控制熔融金屬的澆灌之程式，該程式可以使得電腦實行該方法。本發明亦可應用於一可藉由一電腦讀取的儲存媒體，並且該程式係被儲存在該儲存媒體中。
第二實施例
藉由該第一實施例，該澆桶10的移動係被控制，因而其澆桶嘴10a在該模具的澆口20a的位準之上的高度係降低。藉由該第二實施例，一軌跡係根據該撞擊模式而被產生，該模式係存在於該澆桶10以及位在該澆桶10的移動範圍內的物體之間，並且是先前設定的。該軌跡係被產生，因而該澆桶10的澆桶嘴10a在該模具的一澆口20a的位準之上的高度係被最小化。當該熔融金屬正被澆灌時，該澆桶10係被移動以使得其係在其高度不被改變下，繞著一設定在該澆桶嘴10a上的假想軸線傾斜。
藉由該第一實施例，一澆桶10的移動的一軌跡係被產生，因而在其中該澆桶嘴10a的高度在熔融金屬正被澆灌時會改變的動態狀況 下，該澆桶10的澆桶嘴10a的高度係被最小化。藉由該第二實施例，在一靜態狀況下，並不會使得該澆桶10撞擊到任何在其周圍的物體之澆桶10的高度以及該澆桶10的移動的一軌跡係被決定。接著，一熔融金屬被澆灌之最初的位置係被決定。
用於決定該澆桶10的澆桶嘴10a開始接近該模具的澆口20a之澆桶10的一最初的位置之步驟係如下。首先，一伺服馬達的輸入電壓u[V]以及該澆桶的傾斜角度θ[deg]係藉由利用該方程式(20)-(22)，針對於待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率qref來加以決定。藉由將該決定的輸入電壓u[V]以及該傾斜角度θ[deg]指派給方程式(10)-(18)，一相對的落下位置Sv[m]係被決定，該相對的落下位置Sv[m]是介於該位置以及該澆桶嘴10a的末端之間的水平距離。接著，該相對的落下位置Sv[m]之一模式值Mo(Sv)係被獲得。藉由將這些值指派給該澆桶的移動軌跡的元素(該些元素係被展示在方程式(23)-(34)中)，在澆灌熔融金屬的開始時的澆桶之最初的位置係被導出(對應於在申請專利範圍第3項中的產生一用於該澆桶的移動的第二軌跡的步驟)。當該熔融金屬正被澆灌時，該澆桶10係藉由繞著在該澆桶嘴10a的末端設定的假想軸線來轉動該澆桶而加以傾斜。因此，由於相較於該澆桶之最初的位置，該澆桶10將會從該模具20及台座14縮回，因此將不會有撞擊到任一個的可能性。於是，藉由利用一種簡單的控制，該澆桶10的澆桶嘴10a可以在不撞擊到該模具20或台座14下，前進到該模具20的澆口20a。再者，由於該澆桶的澆桶嘴10a的高度在該熔融金屬正被澆灌時是固定的，因此該澆灌可以較少受到一外部的干擾影響。再者，移動該澆桶所需要的電力可以是較小的。不藉由指派該相對的落下位置Sv[m]的模式值 Mo(Sv)，而是藉由指派該位置Sv[m]的一中間值或是一平均值給該澆桶的移動的軌跡的元素，一澆桶在澆灌熔融金屬的開始時的位置係被導出。
再者，此申請案的發明可被應用至一用於控制熔融金屬的澆灌之程式，該程式可以使得電腦實行該方法。本發明亦被應用至一可藉由一電腦讀取的儲存媒體，並且該程式係被儲存在該儲存媒體中。亦即，該程式係使得該電腦實行用於一具有一傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制過程。該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜。該些過程係包括設定待澆灌的熔融金屬的一目標流動速率，根據從一澆桶流出的熔融金屬的一數學模型的一逆模型以及根據該傾注馬達的一逆模型來產生一將被輸入到一傾注馬達的電壓以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的該落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，在該澆桶的該澆桶嘴處設定一假想軸線，以及產生一用於該澆桶的移動的第二軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體並且最小化該澆桶的該澆桶嘴在一模具的一澆口的位準上的高度。
第二實施例的效果
藉由此實施例的澆灌控制方法，由於熔融金屬的落下位置係被控制，因此從該澆桶10流出的熔融金屬可以準確地被澆灌到該模具的澆口20a中。再者，一用於該澆桶10的移動的軌跡係被產生因而該軌跡係使得該澆桶10不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體，並且最小化該澆桶10的澆桶嘴10a在該模具的澆口20a的位準之上的高度。根據該軌跡，該澆桶10的移動係被控制，使得該澆桶繞著一假想軸線轉動，該假想軸線 係被設定在該澆桶的澆桶嘴10a，並且該熔融金屬係被澆灌到該模具20中。因此，相較於一種其中一澆桶10的澆桶嘴10a並沒有被控制以使得其接近一模具的一澆口20a之習知的澆灌控制方法的自由落下時間，從該澆桶10被澆灌的該熔融金屬的自由落下時間可被縮短。再者，任何在該熔融金屬的溫度上的降低都可受到限制。再者，當該金屬到達該模具20的澆口時的該熔融金屬的速度可被降低，並且該金屬的散射可受到限制。由於當該熔融金屬正被澆灌時，該澆桶的澆桶嘴10a的高度是固定的，因此該澆灌可以較少受到一外部的干擾影響。再者，移動該澆桶10所需要的電力可以是較少的。再者，此申請案的發明可被應用至一用於控制熔融金屬的澆灌之程式，該程式可以使得電腦實行該方法。本發明亦可應用於一可藉由一電腦讀取的儲存媒體，並且該程式係被儲存在該儲存媒體中。
實例
為了澄清本申請案的發明的可利用性，藉由本發明所產生的軌跡係和藉由一習知方法所產生的軌跡做比較。在該方法中，一澆桶的澆桶嘴並沒有被控制以使得其接近一模具的一澆口。至於最初的狀況，最初的傾斜角度是θ0=20[deg]，並且介於該模具的澆口的中心以及其側邊之間的最初的距離是dm=0.25[m]。再者，該目標流動由圖8中的鐘形給出，並且具有一固定值的部分是max(qref)=3.5×10-4[m3/s]。
圖9係展示利用一習知的方法所得到的一澆桶的一移動軌跡。圖10係展示利用本申請案的發明的澆灌控制方法所得到的一澆桶的一軌跡。圖11係展示本申請案的發明的一澆桶的一澆桶嘴的末端及其底部相較於一習知的方法的軌跡。檢視當吾人利用本申請案的發明的澆灌控制方 法時的澆桶嘴的末端的軌跡，吾人發現在其移動期間，對應於每個位置的澆桶嘴的高度係低於該習知的方法的高度。相較於該習知的方法，藉由本發明的方法，吾人係達成該熔融金屬被澆灌的位置是比藉由該習知的方法所達成的位置低150[mm]。藉由檢視用於該澆桶的底部的移動之軌跡，吾人發現藉由該習知的方法，隨著澆灌熔融金屬的過程之進行，在該澆桶以及該模具之間的距離係變成較大的。相對地，藉由本發明的方法，該澆桶係移動到接近該模具的表面。由此觀點來看，吾人係發現達成該熔融金屬被澆灌的位置低於藉由該習知的方法所達成的位置。再者，吾人係確認在該澆桶以及該模具之間不會有接觸發生，因為該澆桶的底部的軌跡是沿著該模具的上方及側表面行進的。

Claims (4)

  1. 一種用於具有傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制方法，其中該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜，其中該方法係包括：設定待澆灌的熔融金屬的目標流動速率，根據從澆桶流出的熔融金屬的數學模型之逆模型以及傾注馬達的逆模型來產生電壓以將其輸入到該傾注馬達，以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的該熔融金屬的流動速率，以及估計落下位置並且使得該估計的落下位置成為目標位置，以及產生用於該澆桶的移動的軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶的該澆桶嘴在模具的澆口的水平面上的高度降低並且使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體，其中該方法係控制該澆桶的移動以澆灌該熔融金屬到該模具中，以使得該澆桶的該澆桶嘴在該模具的該澆口的水平面上的高度係降低並且當該熔融金屬被澆灌到該模具中時該澆桶並不撞擊到該物體，以及用於該澆桶的移動的該軌跡係根據該澆桶將要撞擊到該物體的模式(此後稱撞擊模式)並且根據用於改變該澆桶的移動的狀況來加以產生，該模式是預先設定的，而該些狀況係根據該撞擊模式來加以決定的。
  2. 一種用於具有傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制方法，其中該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜，其中該方法係包括：設定待澆灌的熔融金屬的目標流動速率，根據從澆桶流出的該熔融金屬的數學模型的逆模型以及傾斜該澆桶的傾注馬達的逆模型來產生將被輸入到該傾注馬達的電壓以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的該熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，在該澆桶的該澆桶嘴處設定假想軸線，產生用於該澆桶的移動的第二軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體並且最小化該澆桶的該澆桶嘴在模具的澆口的水平面上的高度，其中該方法係控制該澆桶的移動以使得該澆桶在該熔融金屬被澆灌到該模具中時並不撞擊到該物體，並且藉由繞著設定在該澆桶的該澆桶嘴之該假想軸線來轉動該澆桶以使得該澆桶澆灌該熔融金屬到該模具中，以及在產生用於該澆桶的移動的該第二軌跡的步驟之處，該第二軌跡係根據撞擊模式來決定該澆桶的位置，該模式是預先設定的。
  3. 一種可藉由電腦讀取的媒體，程式係被儲存在該媒體中，其中該程式係使得該電腦實行用於具有傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制過程，該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜，其中該些過程係包括設定待澆灌的熔融金屬的目標流動速率，根據從澆桶流出的熔融金屬的數學模型之逆模型以及傾注馬達的逆模型以產生將被輸入到該傾注馬達的電壓以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的該熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，以及產生用於該澆桶的移動的軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶的該澆桶嘴在模具的澆口的水平面上的高度降低並且使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體，其中用於該澆桶的移動的該軌跡係根據該澆桶將要撞擊到該物體的模式(此後稱撞擊模式)並且根據用於改變該澆桶的移動的狀況來加以產生，該模式是預先設定的，而該些狀況係根據該撞擊模式來加以決定的。
  4. 一種可藉由電腦讀取的媒體，程式係被儲存在該媒體中，其中該程式係使得該電腦實行用於具有傾注型澆桶的自動澆灌裝置之澆灌控制過程，該裝置可以控制該澆桶在前後及上下的方向上的移動，並且亦可以控制其傾斜，其中該些過程係包括設定待澆灌的熔融金屬的目標流動速率，根據從澆桶流出的熔融金屬的數學模型的逆模型以及根據傾注馬達的逆模型以產生將被輸入到該傾注馬達的電壓以便於達到該熔融金屬的該目標流動速率，估計從該澆桶流出的該熔融金屬的流動速率，估計該熔融金屬的落下位置並且使得該落下位置成為目標位置，在該澆桶的該澆桶嘴處設定假想軸線，以及產生用於該澆桶的移動的第二軌跡，其中該軌跡係使得該澆桶不去撞擊到任何位在其移動範圍內的物體並且最小化該澆桶的該澆桶嘴在模具的澆口的水平面上的高度，其中在產生用於該澆桶的移動的該第二軌跡的步驟之處，該第二軌跡係根據撞擊模式來決定該澆桶的位置，該模式是預先設定的。
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