JP2012045561A - 湯量管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】湯量を正確に把握することができる湯量管理システムを低コストに提供する。
【解決手段】ロボットアーム５に設けた湯面接触検知部（検知棒９）が湯面と接触したときに、角度検知部（エンコーダ１０）によりロボットアーム５の関節部６ｂの回転角度Ａ₂を検知する。この回転角度Ａ₂に基づいて溶湯保持炉２内の湯量を検知する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋳造装置の溶湯保持炉の湯量を管理するためのシステムに関する。

鋳造装置は、ダイカストマシン等の鋳造機と、溶湯を保持する溶湯保持炉とを備え、所定量の溶湯を溶湯保持炉から鋳造機に供給して、鋳造が行われる。鋳造を繰り返すことにより溶湯保持炉の湯量は減少するため、溶湯保持炉の湯量を管理し、湯量が過少となったら溶湯を補充する必要がある。

例えば特許文献１には、湯面との接触を検知する検知棒で湯面高さを検知する湯面検知器が示されている。

特開平６−２２９８１２号公報

上記のような検知棒を溶湯保持炉の満湯位置に設ければ、溶湯保持炉が満湯状態であるか否かを検知することができる。従って、例えば、検知棒に接触するまで溶湯保持炉に給湯して満湯状態とし、この状態から鋳造１ショットごとにラドル１杯分の湯量を引くことにより、現状の溶湯保持炉内の湯量を推定できる。

しかし、上記のような検知棒を用いた方法では、湯量を正確に検知することが難しい。例えば、検知棒は高温の溶湯に何度も浸漬されるため、徐々に溶け出して短くなる場合がある。あるいは、検知棒に付着した溶湯が検知棒から垂れ下がり、つららのような状態で固化する場合がある。このように、検知棒の長さは不安定であるため、正確に湯面高さを検知することができず、湯量を正確に検知することはできない。このように不正確な満湯時の湯量から１ショットごとにラドル１杯分の湯量を引いて現状の湯量を演算すると、その演算した値も不正確なものとなるため、現状の湯量を正確に把握することができない。

例えば、高さの異なる複数の検知棒を設ければ、どの高さの検知棒まで溶湯が満たされているかを検知することで、湯量を検知することができる。例えば、高さ８０ｃｍの検知棒が湯面との接触を検知する一方、高さ１００ｃｍの検知棒が湯面との接触を検知しなければ、湯面高さが８０ｃｍ〜１００ｃｍの間であることを検知できる。しかし、検知棒の高さの差（上記の例では２０ｃｍ）の誤差は避けられない。例えば、検知棒の数を増やして高さの差を小さくすれば誤差を小さくすることはできるが、それでも検知できる湯面高さは不連続である上、溶湯供給炉に設置できる検知棒の本数には限界があるため、この対応策で湯量の検知精度が十分に高められるとは言えない。

あるいは、検知棒に替えて、湯面高さを非接触で検知する距離センサで湯量を検知する方法も考えられる。しかし、距離センサは非常に高価であるため設備コストが高騰すると共に、溶湯の表面は光沢があるため距離センサによる正確な測定は非常に困難である。

また、上記のように、満湯時の湯量を基準として現状の湯量を演算する方法では、溶湯保持炉に溶湯を補充する際には必ず満湯状態にする必要がある。例えば複数の溶湯保持炉に溶湯を補充する場合、溶湯を搭載した配湯車で順番に溶湯保持炉に満湯まで配湯すると、全ての溶湯保持炉に配湯される前に配湯車に搭載した溶湯が無くなる恐れがある。このため、配湯車が再び溶湯を搭載してもう一度訪れるまでの間に溶湯保持炉内の溶湯が使い果たされ、鋳造機が停止する恐れがある。

本発明の目的は、現状の湯量を正確に把握することができる湯量管理システムを低コストに提供することにある。

上記の目的を達成するためになされた本発明は、鋳造機と、鋳造機に供給される溶湯を保持する溶湯保持炉と、先端にラドルが設けられ、ラドルで掬い取った溶湯を鋳造機に供給するロボットアームとを備えた鋳造装置における溶湯保持炉の湯量を検知するための湯量管理システムであって、ロボットアームに設けられ、湯面との接触を検知する湯面接触検知部と、ロボットアームの関節部の回転角度を検知する角度検知部と、湯面接触検知部が湯面との接触を検知したときの上記の関節部の回転角度に基づいて湯量を算出する湯量算出部とを有する湯量管理システムである。

上記のように、本発明の湯量管理システムでは、湯面接触検知部が湯面と接触したときにロボットアームの関節部の角度を検知し、この角度に基づいて溶湯保持炉内の湯量を算出する。これにより、関節部の任意の角度に対する湯量を算出することができるため、検知棒との接触により湯面高さを検知する従来のシステムと比べてはるかに正確に湯量を検知することが可能となる。また、検知棒や距離センサなどで湯面高さを直接的に検知するのではなく、アームの関節部の角度から間接的に湯量を検知することで、検知棒の長さの変動や距離センサの測定能に左右されることなく、正確に湯量を検知することができる。さらに、この湯量管理システムは、鋳造１ショットごとに湯量を検知することができるため、たとえ湯面の揺らぎ等により検知した湯量に誤差が生じた場合でも、次のショットで改めて正確な湯量を検知することができる。

上記の湯量管理システムに、複数の鋳造装置の溶湯保持炉の湯量を一画面上に表示する表示部を設ければ、配湯車の運転者が当該表示部の画面を見るだけで、各鋳造装置の溶湯保持炉の湯量を確認することができる。これにより、溶湯が少なくなった溶湯保持炉に必要な分だけ給湯することができるため、配湯作業の効率が格段に向上する。

以上のように、本発明の湯量管理システムによれば、ラドルを移動させるアームの関節部の角度に基づいて溶湯保持炉内の湯量を算出することで、現状の湯量を正確に検知することができる。

本発明の実施形態に係る湯量管理システムを備えた鋳造装置の側面図である。 上記鋳造装置を拡大して示す側面図である。 上記鋳造装置を備えた鋳造設備の平面図である。 上記鋳造設備に設けられる表示部の正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す鋳造装置１００は、鋳造機１と、溶湯保持炉２と、溶湯供給手段３とを備える。鋳造機１は、例えばエンジンのシリンダブロックを鋳造するダイカストマシンであり、図示しない供給口から溶湯（例えば溶融アルミニウム）がキャビティに供給される。

溶湯供給手段３は、ラドル４を先端に設けたロボットアーム５で構成される。図示例のロボットアーム５は、３つのリンク５ａ，５ｂ，５ｃを有し、各リンク５ａ，５ｂ，５ｃは２つの関節部６ａ及び６ｂを介して連結される。ロボットアーム５の基端部は、関節部６ｃを介してベース７に回転可能に取り付けられる。ラドル４は、ロボットアーム５の先端部に回転軸８を介して回転可能に取り付けられる。ロボットアーム５の関節部６ａ〜６ｃ及び回転軸８は、それぞれ駆動部（図示省略）で駆動され、制御部（図示省略）で制御される。関節部６ａ〜６ｃ及び回転軸８を適宜駆動することにより、溶湯保持炉２の溶湯をラドル４で掬い取って鋳造機１の供給口へ供給する。

上記の鋳造装置１００の溶湯保持炉２に保持された湯量は、本発明の一実施形態に係る湯量管理システムで管理される。この湯量管理システムは、図２に示すように、ロボットアーム５に設けられた湯面接触検知部としての検知棒９と、ロボットアーム５の関節部に設けられた角度検知部としてのエンコーダ１０と、検知棒９及びエンコーダ１０からの信号に基づいて湯量を算出する湯量算出部１１と、湯量算出部１１で算出した湯量を表示する表示部５０，６０（図３参照）とを備える。

検知棒９の先端は、ラドル４をロボットアーム５に対して回転させる回転軸８よりも下方に位置する。図示例では、２本の検知棒９が回転軸８から下方に突出している。２本の検知棒９は長さが若干異なり、先端部の高さが若干異なっている。検知棒９が湯面との接触を検知すると、ロボットアーム５が自動的に停止する。これにより、ラドル４が溶湯を掬い取ることができる位置に配されると共に、回転軸８が溶湯に浸漬する事態を回避できる。

エンコーダ１０は、ロボットアーム５の関節部に設けられ、本実施形態では、ロボットアーム５に設けられた３つの関節部６ａ〜６ｃのうち、最も先端側の関節部６ｂに設けられる。このエンコーダ１０により、関節部６ｂの回転角度、すなわちリンク５ｂとリンク５ｃとが成す角度が検知される。

上記の湯量管理システムによる湯量の検知は、以下のように行なわれる。まず、ロボットアーム５を駆動してラドル４を溶湯保持炉２の湯面に接近させ、検知棒９が湯面との接触を検知したら、ロボットアーム５を停止する。このときのロボットアーム５の関節部６ｂの回転角度をエンコーダ１０で検知し、検知した回転角度が湯量算出部１１に伝達される。湯量算出部１１で、関節部６ｂの回転角度に基づいて湯量が算出され、算出された湯量が表示部５０，６０に表示される。

次に、湯量算出部１１における湯量の算出について詳しく説明する。鋳造を繰り返して溶湯保持炉２内の溶湯が減ると、図２に鎖線で示すように湯面が下がるため、ラドル４の停止位置が下方に移動する。このとき、エンコーダ１０により検知される関節部６ｂの回転角度は、ラドル４の停止位置と共に変動する。図示例では、満湯状態（実線）の回転角度Ａ₁よりも、湯量が減った状態（鎖線）の関節部６ｂの回転角度Ａ₂が大きくなっている（Ａ₁＜Ａ₂）。すなわち、湯面が下がると共に関節部６ｂの回転角度が大きくなっている。ラドル４は毎回同じ軌道に沿って移動するため、湯面高さと関節部６ｂの回転角度との相関関係を求めれば、関節部６ｂの回転角度に基づいて、湯面高さ、ひいては溶湯保持炉２の湯量を検知することができる。具体的には、湯面高さと関節部６ｂの回転角度との相関関係を湯量算出部１１に記憶させ、この相関関係と、エンコーダ１０から伝達された関節部６ｂの回転角度とから、湯面高さ及び湯量を算出する。

ラドル４は、複数の関節を有するロボットアーム５で移動されるため、湯面付近では円弧状の軌跡に沿って移動する。この円弧状の軌跡に基づいて、湯面高さと関節部６ｂの回転角度との相関関係を求めることが好ましい。ただし、湯面付近でのラドル４の軌跡はほぼ直線状であるため、ラドル４の軌跡を近似的に直線とみなすことで、上記の相関関係を簡略化することができる。具体的には、現状の湯量Ｈ（重量）を、Ｈ＝Ｍ−（Ａ₁−Ａ₂）×Ｋ₂／Ｋ₁で表すことができる。尚、Ｍは溶湯保持炉の満湯重量、Ａ₁は満湯状態における関節部６ｂの回転角度、Ａ₂は現状の関節部６ｂの回転角度、Ｋ₁は湯面高さが単位量変化したときの関節部６ｂの回転角度の変化量、Ｋ₂は単位湯面高さあたりの溶湯重量を表す。上記のパラメータのうち、Ｍ，Ａ₁，Ｋ₁，及びＫ₂は、溶湯保持炉２の容積、ロボットアーム２の構造、あるいは溶湯の材質等により決まる。従って、湯量算出部１１に記憶された上記の相関関係式に、予めＭ，Ａ₁，Ｋ₁，及びＫ₂の値を入力しておき、この状態の相関関係式にエンコーダ１０から伝達された回転角度Ａ₂を入力することで、湯量Ｈが算出される。

上記の湯量管理システムによれば、ロボットアーム５の関節部６ｂの回転角度に基づいて湯量が算出されるため、現状の湯量を正確に検知することができる。また、湯量の検知は、ショットごとに、すなわちラドル４で溶湯保持炉２の溶湯を掬い上げる度に行われるため、例えば湯面の揺らぎにより検知結果に誤差が生じた場合でも、次のショットで改めて正確な湯量を検知できる。また、溶湯保持炉２に溶湯が補充する際は、必ずしも満湯まで補充する必要はなく、任意の量の溶湯を補充すればよい。この場合も、次のショットで補充後の湯量を正確に検知することができる。

尚、エンコーダ１０により検知された関節部６ｂの回転角度は、上記のように湯量を求めるために用いるだけでなく、この回転角度が所定範囲内であるか否かを監視することにより、ロボットアームの異常な動作（例えば、ラドルが溶湯供給炉に衝突するような動作）を防止することができる。

上記のような湯量管理システムを備えた鋳造装置１００を有する鋳造設備を図３に示す。この鋳造設備は、配湯ステーション２００と出湯ステーション３００とからなる。配湯ステーション２００には複数（図示例では５つ）の鋳造装置１００が設けられ、出湯ステーション３００には複数（図示例では３つ）の溶解炉３０が設けられる。溶解炉３０で溶解された溶湯が配湯車４０に出湯され、溶湯を搭載した配湯車４０が出湯ステーション３００から配湯ステーション２００に移動する。この配湯車４０により、溶湯が少なくなった鋳造装置１００の溶湯保持炉２に給湯される。溶湯が無くなった配湯車４０は、再び出湯ステーション３００に戻り、溶解炉３０で溶解された溶湯が供給される。以上を繰り返すことで、各鋳造装置１００への配湯が行われる。

鋳造設備には、各鋳造装置１００の溶湯保持炉２の湯量を一画面上に表示する表示部が設けられる。本実施形態は、配湯ステーション２００に表示部５０が設けられると共に、出湯ステーション３００に表示部６０が設けられる。表示部５０は、例えば図４に示すように、各鋳造装置１００（図中では＃１〜＃５で表示）の満湯量Ｍ（ｋｇ）、満湯時の関節部６ｂの回転角度Ａ₁（°）、現状の（すなわち直前のショットにおける）関節部６ｂの回転角度Ａ₂（°）、湯面が１ｍｍ降下するときの関節部６ｂの回転角度の変化量Ｋ₁（°／ｍｍ）、満湯時の湯面高さと現状の湯面高さとの差Δｈ（ｍｍ）、湯面高さ１ｍｍあたりの溶湯重量Ｋ₂（ｋｇ／ｍｍ）、及び、これらの値に基づいて演算された現時点での使用湯量Ｎ（ｋｇ）が表示される。このうち、Ｍ，Ａ₁、Ｋ₁、Ｋ₂は、各鋳造装置１００によって決まった値が予め入力される。一方、Ａ₂はショットごとにエンコーダ１０により検知された値が表示される。また、Δｈ及びＮは、上記の設定値及び測定値に基づいて、湯量算出部１１で算出された値が表示される。尚、表示部６０の表示項目は表示部５０と同様であるため、説明を省略する。

満湯量Ｍ及び使用湯量Ｎとの差から、現状の湯量Ｈが算出される。この現状の湯量Ｈと、１ショットあたりの使用湯量、及び、１ショットあたりの時間から、溶湯保持炉２の溶湯が無くなるまでの時間が算出される。この時間が、予め設定された警報発令時間を下回った場合に警報が発せられ、例えば表示部５０のうち、該当する鋳造装置の数字が赤字となる。警報発令時間は、例えば、配湯車４０が出湯及び配湯のために鋳造設備内を一周するのに要する時間に設定され、表示部５０，６０に表示される。例えば、配湯車４０が設備内を一周するのに要する時間が２０分である場合、各鋳造装置１００の溶湯保持炉２に２０分以上鋳造を続けることができる量の溶湯が保持されていれば、少なくとも次に配湯車４０が到着するまでの間に当該鋳造装置１００が停止することはない。尚、溶湯保持炉２の溶湯切れを確実に防止するために、警報発令時間を上記よりも長く設定してもよい。

出湯ステーション３００で溶湯を出湯された配湯車４０は、出湯ステーション３００から出て配湯ステーション２００に入る。配湯ステーション２００の入口には、各鋳造装置１００の溶湯保持炉２の湯量が表示された表示部５０が設けられている。配湯車４０を操作する作業者は、表示部５０の表示を見て、どの溶湯保持炉２にどの程度配湯するかを決める。

例えば５つの鋳造装置１００のうち、＃２，＃４，及び＃５の鋳造装置１００の警報が発せられている場合、これらの鋳造装置１００に優先的に配湯する。例えば、配湯車４０を図３に矢印で示す経路に沿って巡回させながら、＃２の鋳造装置１００の溶湯保持炉２から順に満湯となるまで給湯すると、＃５の鋳造装置１００に到達する前に配湯車４０の溶湯が無くなってしまう恐れがある。この場合、警報が発せられた＃５に溶湯が供給されないため、配湯車４０がもう一度戻ってくるまでの間に当該鋳造装置１００が停止してしまう。

本実施形態では、各鋳造装置１００に湯量管理システムが設けられ、現状の正確な湯量が表示部５０に表示されている。従って、上記のように３つの鋳造装置１００の警報が発せられている場合、少なくとも各鋳造装置１００の警報が解除される程度の溶湯を供給すればよい。このように、必ずしも警報が発せられた溶湯保持炉２を満湯にする必要はなく、少なくとも警報発令時間以上鋳造を続けられる分だけ溶湯を補充すればよい。従って、溶湯が少なくなった溶湯保持炉に必要な分だけ溶湯を供給することができ、すなわちジャストインタイムで配湯を行うことができるため、非常に効率よく配湯を行うことができる。こうして配湯された後、次のショットで上記と同様に湯量が算出されて表示部５０，６０に表示されるため、溶湯保持炉２が満湯となっていなくても、作業者は現状の湯量を正確に把握することができる。

出湯ステーション３００では、各溶解炉３０でインゴットを溶解して溶湯を製造する。このとき、表示部５０に表示された各鋳造装置１００の湯量に基づいて、必要な分だけインゴットを溶解させればよい。例えば、インゴットの溶解に要する時間が１０分であり、配湯車４０が出湯及び配湯するのに要する時間が２０分である場合、少なくとも３０分鋳造を続けることができる分だけの溶湯が各溶湯保持炉２に保持されていれば良い。従って、出湯ステーション３００に配置された表示部６０は、警報発令時間がインゴットの溶解に要する時間の分だけ長く設定される。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、関節部の回転角度Ａ₂と湯量Ｈとの相関関係を近似的に直線とみなしているが、これに限らず、ロボットアーム５によるラドル４の実際の軌跡を求め、この軌跡に基づいて回転角度Ａ₂と湯量Ｈとの相関関係を求めても良い。この場合、実際の軌跡に忠実な相関関係が得られるため、湯量をより正確に算出することができる。

また、上記の実施形態では、角度検知部としてのエンコーダが、ロボットアームの最も先端側の関節部６ｂに設けられているが、これに限らず、他の関節部に設けたり、複数箇所に設けても良い。

また、表示部５０，６０の表示項目は上記に限らず、例えば各鋳造装置１００の湯量のみを表示するようにしてもよい。また、表示部５０，６０の設置箇所は上記に限らず、作業者から見やすい場所に設ければ良い。

また、上記の実施形態では、溶湯保持炉の湯量を重量で管理する場合を示したが、これに限らず、例えば湯量を体積や高さで管理することもできる。

また、上記の実施形態では、鋳造機１がダイカストマシンである場合を示したが、溶湯保持炉からラドルで溶湯を供給する鋳造機であれば、他の鋳造機（例えば低圧鋳造機）であってもよい。

１ 鋳造機
２ 溶湯保持炉
３ 溶湯供給手段
４ ラドル
５ ロボットアーム
５ａ，５ｂ，５ｃ リンク
６ａ，６ｂ，６ｃ 関節部
７ ベース
８ 回転軸
９ 検知棒（湯面接触検知部）
１０ エンコーダ（角度検知部）
１１ 湯量算出部
３０ 溶解炉
４０ 配湯車
５０ 表示部
１００ 鋳造装置
２００ 配湯ステーション
３００ 出湯ステーション
Ａ₁ 関節部の回転角度（満湯時）
Ａ₂ 関節部の回転角度
Ｈ 湯量
Ｋ₁ 湯面高さが単位量変化したときの関節部の回転角度の変化量
Ｋ₂ 単位湯面高さあたりの溶湯重量
Ｍ 満湯量
Ｎ 使用湯量
Δｈ 満湯時の湯面高さと現状の湯面高さとの差

Claims (1)

1. 鋳造機と、鋳造機に供給される溶湯を保持する溶湯保持炉と、先端にラドルが設けられ、ラドルで掬い取った溶湯を鋳造機に供給するロボットアームとを備えた鋳造装置における溶湯保持炉の湯量を管理するための湯量管理システムであって、
   ロボットアームに設けられ、湯面との接触を検知する湯面接触検知部と、ロボットアームの関節部の回転角度を検知する角度検知部と、湯面接触検知部が湯面との接触を検知したときの前記関節部の回転角度に基づいて湯量を算出する湯量算出部とを有する湯量管理システム。

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