(57)【要約】中子パッケージ（３０１）を鋳型（５０５）内に自動的に配置する方法を提供する。中子パッケージ（３０１）の少なくとも一部を受けるように設計された空洞（５０３）及びロケータ（５０１）が、鋳型（５０５）内に形成される。鋳型（５０５）は、ロケータ（５０１）を照明しかつ１つ又はそれ以上の画像をロケータ（５０１）から取得することができるように位置決めされる。画像を処理して、空洞（５０３）内における中子パッケージ（３０１）のターゲット位置が決定され、自動装置（３０３）が、鋳型（５０５）内で中子パッケージ（３０１）をターゲット位置に配置する。
2006524137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動装置によって、鋳型の空洞内に少なくとも部分的に取付けることができる中子パッケージを吊上げる段階と、
１つ又はそれ以上のロケータが位置するはずの前記鋳型の少なくとも１つの区域を照明する段階と、
前記鋳型の少なくとも１つの区域の少なくとも１つの画像を取得する段階と、
前記少なくとも１つの画像から、前記１つ又はそれ以上のロケータの少なくとも１つについての基準画像に対する少なくとも１つの示差位置を求める段階と、
前記少なくとも１つの示差位置から、前記空洞におけるターゲット位置を決定する段階と、
前記自動装置によって、前記ターゲット位置に従って前記中子パッケージを配置する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記示差位置を求める段階が、前記少なくとも１つの画像を少なくとも１つの期待画像と比較する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ターゲット位置に従って前記中子パッケージを配置するための命令を前記自動装置に送信する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記配置する段階に先立って、前記中子パッケージを中間位置まで移動させる段階と、前記中間位置において前記ターゲット位置を含む情報を待つ段階とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記鋳型内に空洞を形成する時に、前記鋳型内に１つ又はそれ以上のロケータを形成する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ又はそれ以上のロケータの少なくとも１つが、前記鋳型内に形成された凹部であり、また前記１つ又はそれ以上のロケータの少なくとも１つが、前記空洞の外側に位置決めされる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
生砂内にパターンを押し付けることによって前記鋳型を形成する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記照明する段階が、赤外線によって照明する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記取得する段階が、赤外線によって画像を取得することができる少なくとも１つのカメラを利用する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋳型を型枠内に置く段階と、前記照明する段階を実行する照明源の近傍に前記１つ又はそれ以上のロケータが位置するように、前記鋳型及び型枠を位置決めする段階とをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ターゲット位置が、ｘ方向成分、ｙ方向成分及び回転成分を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記中子パッケージが複数の部分要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
自動装置によって、鋳型の空洞内に少なくとも部分的に取付けることができる中子パッケージを吊上げる段階と、
第１のロケータが位置するはずの前記鋳型の第１の区域を照明する段階と、
第２のロケータが位置するはずの前記鋳型の第２の区域を照明する段階と、
前記鋳型の第１の区域の第１の画像と前記鋳型の第２の区域の第２の画像とを取得する段階と、
前記第１の画像及び第２の画像を少なくとも１つの期待画像と比較する段階と、
前記第１の画像及び第２の画像から、前記第１のロケータ及び第２のロケータについての基準画像に対する示差位置を求める段階と、
前記示差位置から、前記空洞におけるターゲット位置を決定する段階と、
前記ターゲット位置に従って前記中子パッケージを配置するために前記自動装置を起動させる段階と、
前記自動装置によって、前記ターゲット位置に従って前記中子パッケージを配置する段階と、
を含む方法。
【請求項１４】
前記配置する段階に先立って、前記中子パッケージを中間位置まで移動させる段階と、前記中間位置において前記ターゲット位置を含む情報を待つ段階とをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記鋳型内に空洞を形成する時に、前記鋳型内に前記第１のロケータ及び第２のロケータを形成する段階をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のロケータ及び第２のロケータの少なくとも１つが、前記鋳型内に形成された凹部であり、また前記第１のロケータ及び第２のロケータの少なくとも１つが、前記空洞の外側に位置決めされる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
生砂内にパターンを押し付けることによって前記鋳型を形成する段階をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記照明する段階が、赤外線によって照明する段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記取得する段階が、赤外線によって画像を取得することができる少なくとも１つのカメラを利用する段階を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記鋳型を型枠内に置く段階と、前記照明する段階を実行する照明源の近傍に前記第１及び第２のロケータが位置するように、前記鋳型及び型枠を位置決めする段階とをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記ターゲット位置が、ｘ方向成分、ｙ方向成分及び回転成分を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記中子パッケージが複数の部分要素を含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それに限定されないが鉄鋳造品を製造する際に使用する鋳型内への中子パッケージの自動配置を含む自動化製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋳造品及びその他の金属鋳造品の製造は、鋳型内に鋳造中子を挿入する段階と鋳型内に溶融金属を注入する段階とを含むことが知られている。機械的位置合せ法により自動装置を用いて鋳型内に中子を自動的に配置する公知の方法は一般的に、既知の固定位置において型枠内に鋳型を配置する段階と、挿入に先立って、ピン及びブッシュを利用して中子を鋳型と機械的に位置合せする段階とを含む。このような機械的位置合せ法は、ピンが鋳型又は鋳型内に設けた像に対して一定の配向を持っていない場合には失敗する。
【０００３】
今日の鋳造中子は、それらの用途次第で非常に重量がある場合がある。例えば、自動車産業において鋳鉄部品を作るのに利用する鋳造中子は、１００ポンドつまり５０ｋｇを越える重さがある場合がある。時には、中子と鋳型との間の寸法公差が、０．０１０インチというほど小さいこともある。中子が重くまた公差が厳密な場合には、鋳型を損傷させずに効率的な方法で手動配置することは、不可能ではないにせよ非常に困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ピン−鋳型の配向、厳密な公差及び中子の重量に適応する、中子を鋳型内に取付ける自動化方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
自動装置が、鋳型の空洞内に少なくとも部分的に取付けることができる中子パッケージを吊上げる。１つ又はそれ以上のロケータが位置するはずの鋳型の少なくとも１つの区域が、照明される。少なくとも１つの画像が、鋳型の少なくとも１つの区域から取得される。１つ又はそれ以上のロケータの少なくとも１つについての少なくとも１つの示差位置が、基準画像に対する少なくとも１つの画像から求められる。空洞におけるターゲット位置が、少なくとも１つの示差位置から決定される。中子パッケージは、自動装置によってターゲット位置に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下には、鋳型内に中子パッケージを自動的に配置するための装置及びその方法を説明する。中子パッケージの少なくとも一部を受けるように設計された空洞及びロケータが、鋳型内に形成される。鋳型は、ロケータを照明しかつ１つ又はそれ以上の画像をロケータから取得することができるように位置決めされる。画像を処理して、空洞内における中子パッケージのターゲット位置が決定され、自動装置が、鋳型内で中子パッケージをターゲット位置に配置する。
【０００７】
鋳型内に中子パッケージを自動的に配置するのに利用するプロセスを示すフローチャートを、図１及び図２に示す。これらのフローチャートに示すプロセスは、段階を同期させてそれら段階が効率的な方法で実行されるように相互動作する、Ｉｎｄｒａｍａｔから入手可能なＳｅｒｃｏｓ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｄｒｉｖｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ＤＫＣＯ２．３−１００−７−ＦＷのような１台又はそれ以上のコンピュータによって行われる。
【０００８】
段階１０１において、中子パッケージ３０１が配置のために特定される（図３参照）。この中子パッケージは、１つ又はそれ以上の部分要素を含むことができる。Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ  ＆  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．，から入手可能なＬｉｆｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｍｏｄｅｌ  ７００３−Ｍ６００を備えたＧａｎｔｒｙ  Ｒｏｂｏｔ  Ｍｏｄｅｌ  Ｔｉｔａｎ  ＩＩ  Ｈ−２Ｐ−４Ｘのような、１つ又はそれ以上の構成要素を含むことができる自動装置３０３は、例えば、指定した位置まで水平方法及び垂直方向に移動する能力、中子パッケージ３０１のような対象物を摘上げ及び／又は吊上げる能力、対象物を１つの位置から移動させ、次にその対象物を別の位置に置く能力、対象物３０１を解放する能力、対象物３０１を照明する能力及び対象物３０１の画像を所得する能力を含む様々な自動能力を備える。自動装置３０３は、４つのアーム３０５を含み、これらのアーム３０５は、その下端部にフィンガを有する。アーム３０５は、対象物３０１の外周縁部を囲むように拡張することができ、またフィンガは、対象物３０１の下に滑り込むことができ、対象物３０１に対してアーム３０５を押し当てた時に、自動装置３０３が対象物３０１を確実に吊上げかつ移動させることができるようなる。
【０００９】
Ｃｏｇｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＩｎｓｉｇｈｔ（商標）  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｒｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  ９０ｍｍ  Ｄｉｒｅｃｔ  １２Ｖ  ９ＷモデルＣＬＭ−ＬＤＲ９０Ｂ−００のような赤外線ライトであるのが有利であるライト３０７により、中子パッケージ３０１を照明しながら、Ｃｏｇｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なモデル１１５−００５０  ５５ｍｍテレセントリックレンズを備えたＩｎｓｉｇｈｔ（商標）  Ｍｏｄｅｌ  １０００  Ｖｉｓｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＃ＩＳＳ−１０００−００のようなカメラ３０９により、中子パッケージ３０１の画像を撮影する。中子パッケージ３０１の画像を利用して、中子パッケージ３０１の実際の位置及び回転因子を求め、段階１０３において中子パッケージ３０１を吊上げるようにアーム３０５に命令する。中子パッケージ３０１は、その外周縁部内に、アーム３０５が所定の場所で中子パッケージ３０１を把捉するのを助けるための溝３１１を含むのが有利である。中子パッケージ３０１に対してアーム３０５を押し当てた時に、アーム３０５は、溝３１１内に嵌り、中子パッケージ３０１がアーム３０５に対して滑るのを防止する。図３には２つの溝３１１のみを示しているが、自動装置の各アーム３０５に対して１つの溝３１１が設けられる。中子パッケージ３０１がその画像内で期待される十分なパラメータを満たしていない場合には、中子パッケージ３０１を拒絶することができる。段階１０５において、自動装置３０３は、任意選択的に中子パッケージ３０１を中間位置まで移動させることができる。この中間位置は、中子パッケージ３０１を配置しようとする場所近くの位置に近接しており、各中子パッケージ３０１の配置がより時間効率的になるようにするのが有利である。自動装置３０３は、段階１０７において、該自動装置３０３が中子パッケージを配置することになるターゲット位置を受信するのを待っている間に、中子パッケージ３０１を所定の位置に保持する。
【００１０】
段階２０１において、図４に示すようなパターン４００が、図５に示すような１つ又はそれ以上のロケータ５０１及び空洞５０３を含むネガティブ像を鋳型５０５内に形成する。パターン４００は、砂床内に押し付けられて鋳型５０５内にネガティブ像を形成するポジティブ像である。砂は、生砂と呼ばれ、この生砂は一般的に、色が黒く、当業界において容易に入手可能である。パターンは、鋳型５０５の１つの側部に沿っているのが有利である、鋳型５０５内に形成されるロケータ５０１の反転形状部４０１を含む。ロケータ５０１は、図５に示すように鋳型５０５内に形成された凹部又はスロットとすることができる。これに代えて、ロケータ５０１は、鋳型５０５から外向きに延びた隆起部又は膨出部として形成することもできる。パターン４００はまた、鋳型内に形成される空洞５０３の反転形状部４０３を含む。ロケータ５０１は、空洞の外側である鋳型５０５の未利用区域内に位置決めされ、それによってロケータ５０１を識別するイメージング法を利用するためのより良好な環境をもたらすのが有利である。これに代えて、ロケータ５０１は、空洞５０３内に位置決めされても良く、また本来的に空洞５０３の一部である形状部とすることができる。
【００１１】
鋳型５０５は、該鋳型５０５の健全性を維持しまた例えばコンベアシステム５１１によって製造工程全体にわたって鋳型５０５を容易に移動させるために、型枠５０７内に形成される。型枠５０７に対する様々な装置の位置合せは、鋳型５０５の外側で型枠５０７内に置かれた型枠ピン５０９によって得られる。パターン４００は、該パターン４００内に配置された型枠孔４０５によって、型枠５０７に対して機械的に位置合せされる。型枠孔４０５と型枠ピン５０９とは、中子パッケージ３０１に対して鋳型５０５が有する公差、例えば０．０１０インチよりも大きい例えば０．３インチ程度の公差を有するので、パターン４００は、型枠５０７上の領域で浮動して、型枠５０７に対する鋳型５０５の相対位置が変動するようになる。従って、鋳型を損傷させずに型枠５０７に対して中子パッケージ３０１を一定位置に配置することはできない。さらに、機械的位置合せは、鋳型を損傷させずに、時間当たり１００個又はそれ以上のような高い製造速度で鋳型５０５と中子パッケージ３０１とを位置合せするのには実用的でない。
【００１２】
典型的な中子パッケージ及び鋳型構成は、鋳型５０５の一部が図５に示されている下型として知られる下部分と、上型として知られる上部分（図示せず）とを含む２部分要素の鋳型を利用する。本明細書では、簡潔にするために下型を鋳型と呼ぶことにする。
【００１３】
鋳型５０５が形成されると、任意選択的な段階を実行することができる。例えば、溶融金属を鋳型に流入させる時に、鋳型５０５内にフィルタ５１３を挿入することができる。鋳型５０５は、手動又は自動で欠陥を検査して、更なる処理を拒絶することができる。溶融金属用の添加物を鋳型に添加することができる。
【００１４】
段階２０３において、鋳型５０５は、図５、図６及び図７に示すように、各ロケータ５０１の期待位置の上方に位置決めしたカメラ７０１と協働するそれぞれのライト５１５の近くにロケータ５０１の各々が位置する状態で位置決めされる。ライト５１５は、赤外線ＬＥＤ（発光ダイオード）又はその他の光源を含むことができ、また例えばＣｏｇｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＩｎｓｉｇｈｔ（商標）  Ｂａｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｉｒｅｃｔ１２Ｖ  ４．５ＷモデルＣＬＭ−ＬＤＬ７４Ｘ２７Ｎ−００とすることができる。各カメラ７０１は、ライト５１５によってもたらされるタイプの光の下で画像を取得することができる。ライト５１５によって赤外線が放射される場合には、カメラ７０１は、例えばＣｏｇｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＩｎｓｉｇｈｔ（商標）  Ｍｏｄｅｌ  １０００  Ｖｉｓｉｏｎ  ＳｅｎｓｏｒモデルＩＳＳ−１０００−００カメラとすることができ、またレンズ７０３は、Ｃｏｇｎｅｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なモデル１１４−００４レンズとすることができる。赤外線ライトを利用するのが有利ではあるが、その他のタイプのライト及びカメラも利用することができる。段階２０５において、ライトでロケータ５０１を照明しながら、各カメラ７０１（図７参照）は、図６に示すように、そこにロケータ５０１を見出そうとする区域６０１の１つ又はそれ以上の画像を取得する。任意選択的に、段階２０５の間に、Ｍｉｃｒｏ−Ｅｐｓｉｌｏｎ  Ａｍｅｒｉｃａ  ＬＰから入手可能なＩＬＤ２００  Ｌａｓｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｓｅｎｓｏｒモデル４１２００３０のような任意選択的なレーザ測距装置６０３により、鋳型５０５までの距離を取得する。カメラ７０１は、鋳型５０５がライト５１５の近くに置かれている時に、各レンズ７０３をロケータ５０１の１つに向かって下向きに向けた状態で、鋳型５０５の約５〜６フィート上方に置かれる。カメラ７０１は、所定の位置に固定される。
【００１５】
任意選択的な段階２０７において、段階２０５で取得した１つ又はそれ以上の画像が適正でない、例えばロケータ５０１が適正なロケータ５０１のために設定した限界範囲内に位置していない場合には、段階２０９において鋳型５０５は拒絶され、プロセスは段階２０１から続行される。段階２０５で適正な画像が取得された場合には、プロセスは、段階２１１へと続けられる。段階２０７及び段階２０９を利用しない場合には、プロセスは、段階２０５から直接段階２１１に移行する。
【００１６】
段階２１１において、段階２０５で取得した１つ又はそれ以上の画像は、１つ又はそれ以上の基準画像と比較される。基準画像は、例えば、カメラ７０１によって行った較正において得られたような、基準点に対するロケータ５０１の期待位置を含む、鋳型５０５上のロケータ５０１の画像を含むことができる。ロケータ５０１は、簡潔にするためにｘ−ｙ平面内の円形の形状を有しているが、ロケータ５０１は、広範な多様な形状をとることができる。各ロケータ５０１について、示差位置を求めることができる。この示差位置は、ロケータ５０１が基準画像上におけるその期待位置から各方向にどれだけ離れているかを示している。
【００１７】
段階２１３において、ｕ、ｘ、ｙ及び／又はｚ成分を含むターゲット位置が、中子パッケージ３０１の配置のために決定される。ターゲット位置は、示差位置の少なくとも１つ又はそれ以上のから決定される。ターゲット位置は、座標の全体集合に対する絶対項として示すことができ、或いは基準画像に対する示差項として、つまり鋳型５０５内に適正に配置するためには中子パッケージ３０１を基準点から各方向にどれだけ移動させる必要があるかとして示すことができる。ターゲット位置のｘ方向及びｙ方向成分は、カメラ７０１によって取得した画像を１つ又はそれ以上の基準画像と比較することによって得られる。ターゲット位置は、任意選択的なレーザ測距装置６０３によって距離測定値を取り、この距離測定値を鋳型５０５までの期待距離と比較することによって得られたｚ方向成分を含むことができる。ロケータ５０１の各々についての示差位置を利用することにより、ｘ方向成分及びｙ方向成分に加えてターゲット位置の回転（「ｕ方向」）成分を得るのが有利である。回転成分は、それによって期待回転位置に対して空洞を回転させる角度を定める。例えば、１つのロケータ５０１が、ｘ方向に０．００２インチ、ｙ方向に０．００４インチだけずれており、また他のロケータ５０１が、各方向に同一のずれを有する場合には、何らの回転成分も存在しない。この同一の実例において、他のロケータ５０１が、ｘ方向に−０．００２インチ、ｙ方向に−０．００４インチだけずれている場合には、度数又はラジアンで表すことができる回転成分が存在する。空洞５０３上の各点に対するロケータ５０１の相対実定値は既知であるので、ターゲット位置は、空洞上の任意の基準点に対して定めることができる。段階２０１〜段階２１３を行いながら、段階１０１〜段階１０７を行うことができる。
【００１８】
段階２１５において、段階２１３で決定したターゲット位置が自動装置３０３に送信され、このプロセスは、中子パッケージ３０１の配置が確認されるまで待機する。段階１０９において、自動装置３０３は、ターゲット位置を受信し、図８に示すように、ターゲット位置に従って中子パッケージ３０１を配置する。アーム３０５は、そのような機能のために空洞内に形成された開口内で中子パッケージ３０１から分離するので、アーム３０５の分離により、鋳型５０５が損傷されることはない。ターゲット位置を受信することをトリガーとして利用して、中子パッケージ３０１を配置することができ、或いは別の信号をトリガーとして利用することもできる。配置プロセスは、配置が完了したこと、カメラ３０９又は７０１が画像を撮影することができること、又は別のプロセスを利用できることを鋳型プロセスに信号で伝えることができる。段階２１７において、鋳型５０５及び中子パッケージ３０１組立体は、この鋳型５０５及び中子パッケージ３０１組立体上に上型を配置すること、鋳型内に溶融金属を導入すること及び当業界では公知の鋳造プロセスの残り部分を含む更なる処理のために送られる。
【００１９】
本発明は、鋳型内に中子パッケージを正確に配置する自動化方法を提供する。鋳型は、その中に鋳型が置かれる型枠に対して一定のすなわち正確な配向を有する必要はなく、つまり鋳型は、型枠に対して浮動させることができる。型枠は、中子パッケージを配置するシステムに対して一定のすなわち正確な配向を有する必要はない。中子パッケージは、１つ又はそれ以上の部分要素を含むことができ、また例えば１００ポンドを越えるような非常に重量があるものとすることができる。本発明の方法は、自動装置をプログラムし直す或いはターゲット設定し直す必要なしに、あらゆる中子を配置するのに利用することができる。中子パッケージは、該中子パッケージの外周縁部に対して非常に厳密な公差を有する鋳型内に配置することができる。本方法は、手動での中子配置よりも、正確であり、効率的であり、また迅速である。位置合せ用ブッシュは利用せず、従って磨耗ブッシュの交換は不要である。
【００２０】
本発明は、その技術思想及び本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化することができる。説明した実施形態は、あらゆる点で単に例示的なものと見なされるべきであって、限定的なものと見なすべきではない。従って、本発明の範囲は、以上の記載によってではなく、特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲の均等物の意味及び範囲内に入る全ての変更は、特許請求の範囲の範囲内に包含されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による、自動装置による中子配置の自動化方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明による、自動装置による中子配置のための位置を決定する自動化方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明による、自動装置に対する中子パッケージを示す図である。
【図４】本発明による、鋳型を形成するために利用するパターンの図である。
【図５】本発明による、型枠内に置かれた鋳型の斜視図である。
【図６】本発明による、鋳型と共に使用する照明及びカメラシステムの斜視図である。
【図７】本発明による、鋳型内に中子パッケージを配置するプロセスにおける自動装置の斜視図である。
【図８】本発明による、鋳型内に配置された中子パッケージの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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