JP6841216B2 - 枠付き鋳型の枠合わせずれ検出方法及び検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、枠付き鋳型の枠合わせにおいて枠合わせのずれを検出する方法及び装置に関する。

従来から、鋳造用鋳枠の枠合わせのために、鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする方法が用いられている。

上述の方法で鋳造用鋳枠の自動枠合わせをするために、一般に上鋳枠付き上鋳型を自動枠合わせ装置によって引き上げたうえで、その直下に下鋳枠付き下鋳型を搬送し、下鋳枠付き下鋳型の上に上鋳枠付き上鋳型を重ね合せて枠合わせする方法がとられている。この時、上下鋳枠は鋳枠に設けられたピンとブシュによって位置決めされ鋳型がずれないように枠合わせされる方法が提案されている。（例えば、特許文献１、２）。

特開２０１５−１６０２１９号公報 実開昭５８−０６１３４７号公報

しかし、特許文献１、２に記載の技術では、焼き入れなどにより高硬度に仕上げられているピンとブシュであったとしても繰り返しの嵌合による摩擦や鋳造工場特有の砂粉塵による摩擦による摩耗は避けることができない。ピンとブシュが摩耗すると当然枠合わせの精度に問題が生じ、グイチ、ハグミ、型ずれ、鋳バリなどの鋳造欠陥の原因となる問題があった。
また、枠合わせ時に上鋳型と下鋳型との干渉あるいは鋳型と中子との干渉により鋳型や中子が損傷することが有り、一度枠合わせをしたのちに上下枠を分離し作業者が目視で鋳型や中子が損傷していないか確認しており、サイクルタイムが長くなるだけでなく作業者の負荷が増えてしまう問題があった。

そこで、本発明は上記枠付き鋳型の枠合わせずれの問題を解決するためになされたものであり、枠付き鋳型の枠合わせずれの問題を解決して、枠合わせのずれに起因する鋳造欠陥を予め防止することができるようにすることと共に、枠合わせ時の上鋳型と下鋳型との干渉あるいは鋳型と中子との干渉を自動的に判別できるようにすることを目的とする。

上記目的を実現するために、請求項１に記載の発明では、鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする際に、上鋳枠および下鋳枠に設けられたピンとブシュとの嵌合によって発生する力を、少なくとも２軸以上の方向に検出可能な物理量検出センサによって検出し、前記物理量検出センサの出力から演算された嵌合力に基づいて、枠合わせがずれ無く正常に完了したか否かを判定する、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明では、鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする際に、上鋳型と下鋳型との組合せによって発生する力を少なくとも２軸以上の方向に検出可能な物理量検出センサによって検出し、前記物理量検出センサによって検出された組合せ力に基づいて、枠合わせがずれ無く正常に完了したか否かを判定する、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明では、鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする自動枠合わせ装置に組み込まれる枠付き鋳型の枠合わせずれ検出装置であって、前記上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型は、ピンとブッシュとからなる位置決め手段を備えたものであり、前記上鋳枠付き上鋳型を前記下鋳枠付き下鋳型に向けて下降させ、ピンとブッシュとを嵌合させる際に発生する嵌合力を、少なくとも２軸以上の方向に検出する物理量検出センサと、前記物理量検出センサによって測定された嵌合力を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて、枠合わせが正常に完了したか否かを判定する判定手段と、を備えるという技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明では、鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする自動枠合わせ装置に組み込まれる枠付き鋳型の枠合わせずれ検出装置であって、前記上鋳枠付き上鋳型を前記下鋳枠付き下鋳型に向けて下降させ、枠合わせする際に発生する組合せ力を、少なくとも２軸以上の方向に検出する物理量検出センサと、前記物理量検出センサによって測定された組合せ力を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて、枠合わせが正常に完了したか否かを判定する判定手段と、を備えるという技術的手段を用いる。

なお、上記の物理量検出センサとしては、力覚センサを用いることが好ましい。

請求項１及び請求項４に記載の発明によれば、枠合わせ時のピンとブシュの嵌合によって発生する力を物理量検出センサにより検出し、検出された嵌合力を演算手段で演算し、演算結果を基に上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型との枠合わせがずれ無く正常に完了したか否かを判定手段により判定することができる。これにより、繰り返しの嵌合による摩擦や鋳造工場特有の砂粉塵による摩擦によってピンやブシュが摩耗して、枠合わせの精度に問題が生じることで上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型との枠合わせにずれが発生したとしても即座かつ自動的にずれの発生を把握することができる。

請求項２及び請求項５に記載の発明によれば、枠合わせ時の上鋳型と下鋳型との組合せによって発生する力を物理量検出センサにより検出し、検出された組合せ力を演算手段で演算し、演算結果を基に上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型との枠合わせがずれ無く正常に完了したか否かを判定手段により判定することができる。これにより、枠合わせずれによる上鋳型と下鋳型との干渉によって鋳型が損傷したとしても即座かつ自動的に鋳型の損傷を把握することができる。

本発明の一実施の形態にかかわる枠付き鋳型の自動枠合わせ装置の要部正面図である。 本発明の一実施の形態にかかわる枠付き鋳型の自動枠合わせ装置の要部右側面図である。 搬送ローラの加工位置に上枠が搬入した状態を説明する正面図である。 搬送ローラが上枠を持ち上げて上昇位置にあるとともに、この上枠の下方に下枠が搬入した状態を説明する正面図である。 枠合わせ時の搬送ローラの途中（中間）停止位置状態を説明する正面図である。 物理量検出センサ設置箇所の要部矢視図（Ａ−Ａ矢視図）である。 物理量検出センサ設置方法の変更例の一例を説明する図である。 物理量検出センサ設置方法の変更例の一例を説明する図である。

本発明について図面を参照して説明する。図３〜５に示されるように、本実施の形態における自動枠合わせ装置１は、鋳型造型機（図示せず）により造型された上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２をローラコンベヤ２に交互に配置して、図３の紙面右側に配置されるプッシャーシリンダ（図示せず）とクッションシリンダ３によりひと枠送りされる第１搬送ライン４の下流端に配設されている。この自動枠合わせ装置１の上流に配置される上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２を交互に搬入する前記ローラコンベヤ２には、下枠付き下鋳型Ｍ２を載置する第１搬送ライン定盤台車５を案内走行する一対の固定レール６が付設されている。

また、前記第１搬送ライン４には上枠付き上鋳型Ｍ１を反転させる反転機（図示せず）が設置されている。そして、前記上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２を枠合わせしたのち、当該枠合わせされた枠付き上下鋳型Ｍは図３の紙面の垂直方向に設置される注湯機（図示せず）への第２搬送ライン７（図２）に送り出される。本実施の形態では、枠合わせされた枠付き上下鋳型を第２搬送ライン７に送り出すために、前記固定レールの延長線上において第２搬送ライン定盤台車８上部に一体可動となるように固定された一対の定盤台車上部レール９が付設されている。前記第２搬送ライン定盤台車８は前記第１搬送ライン定盤台車５と前記枠付き上下鋳型Ｍとともにアクチュエータ（図示せず）により前記第２搬送ライン７へ送り出される。

前記上枠付き上鋳型Ｍ１の上枠Ｆ１は、対向する両端部に上枠突起部Ｆｆが形成されている。そして、この上枠突起部Ｆｆの上下両面は、上枠付き上鋳型Ｍ１を搬送させるローラコンベヤ２のローラ２ａが転走するために加工されている。この上下両面に加工された上枠突起部上面加工面Ｆｆａおよび上枠突起部下面加工面Ｆｆｂのうち、上枠突起部下面加工面Ｆｆｂに後述する搬送ローラ４９が、第１昇降シリンダ３１の昇降動作と開閉シリンダ４６の開閉動作により着脱可能にされる。

本発明の一実施の形態にかかわる自動枠合わせ装置は、第１昇降シリンダ３１と、該第１昇降シリンダ３１のロッド３１ａの先端に固定される昇降テーブル３２および該昇降テーブル３２に設けられる支持機構３３からなる昇降部３４と、を備えている。

前記第１昇降シリンダ３１は、ロッド３１ａの変位位置を検出できるように検出器としてエンコーダ（図示せず）が付設されており、床面に立設する４本の支柱３７の上方に掛け渡される四方のフレーム３８ａと中央フレーム３８ｂのうち、この中央フレーム３８ｂに下向きに載置されている。また、この第１昇降シリンダ３１の両側には、ガイドロッド３９が設けられている。なお、前記エンコーダに代えてロッド３１ａの変位を計測するために、検出器として、例えばリニアスケール（図示せず）を用いることができる。また、第１昇降シリンダ３１としては、油圧シリンダ、エアシリンダまたは電動シリンダを用いることができる。

図１、図２に示すように、前記支持機構３３は、上枠付き上鋳型Ｍ１、下枠付き下鋳型Ｍ２の搬入する方向（以下、単に搬入方向という）に直交する方向に沿って前記昇降テーブル３２の下面に形成される支持部材４１に固着される一対の水平部材４２と、該水平部材４２の両先端に形成されるガイドピン４３に嵌着されるホルダー４４を有する一対の移動部材４５と、該一対の移動部材４５の中央内側に両端がピン結合される開閉シリンダ４６と、前記ホルダー４４に垂設される４個のアーム４７と、搬入方向に沿って隣接するアーム４７の下端に固着される一対のローラフレーム４８と、それぞれのローラフレーム４８の内面に回転自在に軸支される搬送ローラ（フリーローラ）４９と、から構成されている。なお、ガイドピン４３の先端には、ホルダー４４のストッパーナット４３ａが螺着されている。

また、本実施の形態では、前記一対のローラフレーム４８のうち、一方のローラフレーム４８に上枠付き上鋳型Ｍ１の位置決めを行う上枠クランプ５０が取り付けられている。該上枠クランプ５０は、クランプシリンダと、該クランプシリンダのロッドの先端に固定された楔部材とで構成されている。前記クランプシリンダのロッドを伸長させることにより、上枠付き上鋳型Ｍ１の上枠Ｆ１に装着されたライナ間に楔部材が挿入され、ローラフレーム４８の搬送ローラ４９上の上枠付き上鋳型１が位置決めされて固定されるようになっている。

図６に示すようにローラフレーム４８には高剛性の取り付け部材６３が堅固に接合されており、取り付け部材６３と上枠クランプ５０が物理量検出センサ６０を介して連接するように取り付けられている。この物理量検出センサとしては、力覚センサを用いることができるが、これに限定されるものではない。物理量検出センサ６０は信号配線６２を介して演算記憶判定処理装置６１に接続されている。前記演算記憶判定処理装置６１は前記物理量検出センサ６０から出力された信号を演算することで値を導出し、あらかじめ記憶された値と比較判定する機能を有する。

また、上枠付き上鋳型Ｍ１の位置決めに対して、下枠付き下鋳型Ｍ２の位置決めのための下枠クランプ（図示せず）５１は支柱３７に取り付けられている。

本発明における枠付き鋳型の枠合わせずれ検出方法の実施例１について説明するが、本発明はかかる実施例１に限定されるものではない。

上記のように構成された自動枠合わせ装置１において、まず図３に示されるように、第１搬送ライン４から自動枠合わせ装置１側に送り出された上枠付き上鋳型Ｍ１は、あらかじめ第１昇降シリンダ３１の伸長により下降している昇降テーブル３２の下部の支持機構３３における搬送ローラ４９上に搬入される。続いて、上枠クランプ５０を作動させることで搬送ローラ４９上の上枠付き上鋳型Ｍ１が位置決めされて固定される。

ついで、図４に示されるように、第１昇降シリンダ３１の縮引により昇降テーブル３２の下部の支持機構３３における搬送ローラ４９上の上枠Ｆ１が上昇すると、第１搬送ライン定盤台車５に載せた下枠付き下鋳型Ｍ２の下枠Ｆ２が定盤台車上部レール９上に搬入される。

この状態で図５に示されるように、第１昇降シリンダ３１を伸長させて搬入された下枠Ｆ２上に上枠Ｆ１を降ろすとともに、搬送ローラ４９を上枠Ｆ１の上枠突起部下面加工面Ｆｆｂから離脱させて枠合わせを完了する。

ここで、第１昇降シリンダ３１を伸長させて搬入された下枠Ｆ２上に上枠Ｆ１を降ろす時に、上枠Ｆ１に設けられた位置決めピンＦ１ｇと、下枠Ｆ２に設けられた位置決めブシュＦ２ｇとが嵌合することで上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２が位置ズレなく枠合わせされる。鋳造ラインにおいて上枠Ｆ１と下枠Ｆ２の組み合わせは常に同じとなるように操業されているため、枠合わせにおいて上枠Ｆ１に設けられた位置決めピンＦ１ｇと、下枠Ｆ２に設けられた位置決めブシュＦ２ｇとが嵌合することで上枠Ｆ１に生じる外力は理想状態では一定となる。

ライン新設時あるいはラインメンテナンス完了時などの理想近似状態において、あらかじめ、枠合わせにおいて上枠Ｆ１に設けられた位置決めピンＦ１ｇと、下枠Ｆ２に設けられた位置決めブシュＦ２ｇとが嵌合することで上枠Ｆ１に生じる外力を物理量検出センサ６０によって検出し、演算記憶判定処理装置６１に記憶しておく。この演算記憶判定処理装置６１には、物理量検出センサ６０によって測定された組合せ力を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて、枠合わせが正常に完了したか否かを判定する判定手段とが組み込まれている。一般的な鋳造ラインでは上枠Ｆ１と下枠Ｆ２は常に同じ組み合わせになるよう操業されているので、各組合せの枠合わせ時の数値を記憶しておく。

しかしながら、操業を続けるに従い実際には位置決めピンＦ１ｇや位置決めブシュＦ２ｇの摩耗が生じてくるため、位置決めピンＦ１ｇと位置決めブシュＦ２ｇの嵌合にガタを生じ枠合わせ精度が悪くなってくる。すると、枠合わせにおいて上枠Ｆ１に設けられた位置決めピンＦ１ｇと、下枠Ｆ２に設けられた位置決めブシュＦ２ｇとが嵌合することで上枠Ｆ１に生じる外力は理想状態から乖離して異なった外力が生じるようになる。

毎回の枠合わせにおいて上枠Ｆ１に設けられた位置決めピンＦ１ｇと、下枠Ｆ２に設けられた位置決めブシュＦ２ｇとが嵌合することで上枠Ｆ１に生じる外力を物理量検出センサ６０によって検出し、演算記憶判定処理装置６１において、検出信号を演算によって数値化し、あらかじめ記憶されている理想状態の数値との比較を行う。この時、物理量検出センサ６０における各軸検出外力の比較値が１軸でも２００Ｎ（約２０Ｋｇｆ）以上の乖離を生じている場合、あるいは、物理量検出センサ６０における各軸モーメント検出外力の比較値が１軸モーメントでも２００Ｎ・ｍ（約２０ｋｇｆ・ｍ）以上の乖離を生じている場合に、枠合わせにずれが生じた異常状態として判定する。

実施例１によれば位置決めピンＦ１ｇと位置決めブシュＦ２ｇの損耗によって生じる枠合わせ異常を自動検出することができ、枠合わせがずれた枠付き上下鋳型Ｍにはその後注湯しないなどの対処を取ることができるようになり、鋳物不良の発生率を下げることができる。さらには、位置決めピンと位置決めブシュの損耗を自動検出できるので、位置決めピンと位置決めブシュの交換時期をあらかじめ予測できるようになるなど予知保全が可能となる。

本発明における枠付き鋳型の枠合わせずれ検出方法の実施例２について説明するが、本発明はかかる実施例２に限定されるものではない。

前記したように、第１昇降シリンダ３１を伸長させて搬入された下枠Ｆ２上に上枠Ｆ１を降ろす時に、上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２の島部Ｍｉなど鋳型同士が干渉することなく枠合わせ完了すれば、枠合わせによって上枠Ｆ１に生じる外力は理想状態では一定となる。

ライン新設時あるいはラインメンテナンス完了時などの理想近似状態において、あらかじめ、枠合わせにおいて上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２の島部Ｍｉなど鋳型同士が干渉することなく枠合わせ完了したときの、枠合わせによって上枠Ｆ１に生じる外力を物理量検出センサ６０によって検出し、演算記憶判定処理装置６１に記憶しておく。このとき一般的な鋳造ラインでは上枠Ｆ１と下枠Ｆ２は常に同じ組み合わせになるよう操業されているので各組合せの枠合わせ時の数値を記憶しておく。

しかしながら、操業を続けるに従い鋳型造型の不具合などが生じることがあり、枠合わせにおいて上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２の島部Ｍｉなど鋳型同士が干渉することが有る。すると、上枠Ｆ１に生じる外力は理想状態から乖離して異なった外力が生じるようになる。

毎回の枠合わせにおいて枠合わせ時の上枠Ｆ１に生じる外力を物理量検出センサ６０によって検出し、演算記憶判定処理装置６１において、検出信号を演算によって数値化し、あらかじめ記憶されている理想状態の数値との比較を行う。この時、物理量検出センサ６０における各軸検出外力の比較値が１軸でも５０Ｎ（約５Ｋｇｆ）以上の乖離を生じている場合、あるいは、物理量検出センサ６０における各軸モーメント検出外力の比較値が１軸モーメントでも５０Ｎ・ｍ（約５ｋｇｆ・ｍ）以上の乖離を生じている場合に、枠合わせにずれが生じた異常状態として判定する。

実施例２によれば上枠付き上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２の干渉によって生じる枠合わせ異常を自動検出することができ、異常を検出した枠付き上下鋳型Ｍにはその後注湯しないなどの対処を取ることができるようになり、鋳物不良の発生率を下げることができる。さらには、鋳型造型の異常による上鋳型Ｍ１と下枠付き下鋳型Ｍ２の干渉を自動検出できるので、異常の頻度が自動で明らかにすることができるので鋳型造型機のメンテナンス時期をあらかじめ予測できるようになるなど予知保全が可能となる。

（変更例）
物理量検出センサ６０の設置位置は変更することができる。例えば、図７に示すようにローラフレーム４８と上枠クランプ部材５０が物理量検出センサ６０を介して連接されるように取り付けてもよい。また、図８に示すように第１昇降シリンダ３１のロッド３１ａと昇降テーブル３２の間に挟み込みロッド３１ａと昇降テーブル３２が物理量検出センサ６０を介して連接されるようにして取り付けるなどしてもよい。さらには、支柱３７と下枠クランプ（図示せず）とが物理量検出センサ６０を介して連接されるようにして取り付けてもよく、直接間接問わず上枠付き上鋳型にかかる外力を検出できる箇所であれば、自動枠合わせ装置１のどこに取り付けても構わない。

Ｆ１ 上枠
Ｆｆ 上枠突起部
Ｆｆａ 上枠突起部上面加工面
Ｆｆｂ 上枠突起部下面加工面
Ｆ１ｇ 位置決めピン
Ｆ２ 下枠
Ｆ２ｇ 位置決めブシュ
Ｍ 枠付き上下鋳型
Ｍ１ 上枠付き上鋳型
Ｍ２ 下枠付き下鋳型
Ｍｉ 島部
１ 自動枠合わせ装置
２ ローラコンベヤ
２ａ ローラ
３ クッションシリンダ
４ 第１搬送ライン
５ 第１搬送ライン定盤台車
６ 固定レール
７ 第２搬送ライン
８ 第２搬送ライン定盤台車
９ 定盤台車上部レール
３１ 第１昇降シリンダ
３１ａ ロッド
３２ 昇降テーブル
３３ 支持機構
３４ 昇降部
３７ 支柱
３８ａ フレーム
３８ｂ 中央フレーム
３９ ガイドロッド
４１ 支持部材
４２ 水平部材
４３ ガイドピン
４３ａ ストッパーナット
４４ ホルダー
４５ 移動部材
４６ 開閉シリンダ
４７ アーム
４８ ローラフレーム
４９ 搬送ローラ
５０ 上枠クランプ
６０ 物理量検出センサ
６１ 演算記憶判定処理装置
６２ 信号配線
６３ 取り付け部材

Claims (6)

1. 鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする際に、
   上鋳枠および下鋳枠に設けられたピンとブシュとの嵌合によって発生する力を、少なくとも２軸以上の方向に検出可能な物理量検出センサによって検出し、
   前記物理量検出センサの出力から演算された嵌合力に基づいて、枠合わせがずれ無く正常に完了したか否かを判定することを特徴とする枠付き鋳型の枠合わせずれ検出方法。
2. 鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする際に、
   上鋳型と下鋳型との組合せによって発生する力を少なくとも２軸以上の方向に検出可能な物理量検出センサによって検出し、
   前記物理量検出センサによって検出された組合せ力に基づいて、枠合わせがずれ無く正常に完了したか否かを判定することを特徴とする枠付き鋳型の枠合わせずれ検出方法。
3. 物理量検出センサとして、力覚センサを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の枠付き鋳型の枠合わせずれ検出方法。
4. 鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする自動枠合わせ装置に組み込まれる枠付き鋳型の枠合わせずれ検出装置であって、
   前記上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型は、ピンとブッシュとからなる位置決め手段を備えたものであり、
   前記上鋳枠付き上鋳型を前記下鋳枠付き下鋳型に向けて下降させ、ピンとブッシュとを嵌合させる際に発生する嵌合力を、少なくとも２軸以上の方向に検出する物理量検出センサと、
   前記物理量検出センサによって測定された嵌合力を演算する演算手段と、
   この演算手段の演算結果に基づいて、枠合わせが正常に完了したか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする枠付き鋳型の枠合わせずれ検出装置。
5. 鋳型造型機により造型された上鋳枠付き上鋳型と下鋳枠付き下鋳型を自動で枠合わせする自動枠合わせ装置に組み込まれる枠付き鋳型の枠合わせずれ検出装置であって、
   前記上鋳枠付き上鋳型を前記下鋳枠付き下鋳型に向けて下降させ、枠合わせする際に発生する組合せ力を、少なくとも２軸以上の方向に検出する物理量検出センサと、
   前記物理量検出センサによって測定された組合せ力を演算する演算手段と、
   この演算手段の演算結果に基づいて、枠合わせが正常に完了したか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする枠付き鋳型の枠合わせずれ検出装置。
6. 物理量検出センサが、力覚センサであることを特徴とする請求項４または５に記載の枠付き鋳型の枠合わせずれ検出装置。