專利名稱：鑄造型芯包的自動化安放的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動化制造，包括但不限于在生產(chǎn)鋼鐵鑄件中把鑄造型芯包自動地安放在鑄模內(nèi)。
背景技術(shù)：
眾所周知，鋼鐵鑄造件和其它金屬鑄造件的制造包括把鑄造件的型芯插進(jìn)鑄模內(nèi)并把熔化的金屬澆進(jìn)鑄模。已知的各種用自動化裝置通過機(jī)械對準(zhǔn)過程把型芯自動化地放進(jìn)鑄模的方法典型地包括把鑄模放在位于已知的固定位置的一型箱里，以及在插進(jìn)之前用幾個銷子和襯套機(jī)械地把型芯對準(zhǔn)鑄模。在銷子相對于鑄?；虿贾迷阼T模里的類似物沒有固定的方位時，這種機(jī)械的對準(zhǔn)過程會失敗。當(dāng)今，鑄件型芯可能是非常重的，這將取決于它們的應(yīng)用場合。例如，用于制造汽車工業(yè)中的鑄鐵零件的鑄件型芯可能超過100磅或50千克。型芯和鑄模之間的允差往往是小至0.010英寸。當(dāng)型芯很重并且允差很嚴(yán)緊時，即使以有效的方式進(jìn)行型芯的手工放置，要想不損傷鑄模，即便可能也是非常難的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要有一種自動化的把型芯安放到鑄模里的方法，而且這種方法要能適應(yīng)于銷子-鑄模的方位、嚴(yán)緊的允差以及型芯的重量。
本發(fā)明的一種自動化裝置能夠把型芯包提起來并能把它至少部分地裝配到一鑄模的一型腔里。把該鑄模的至少一個區(qū)域照亮，預(yù)期將一個或多個定位器定位在該區(qū)域。攝取該鑄模的所述至少一個區(qū)域的至少一個圖像。根據(jù)相對于一基準(zhǔn)圖像的至少一個圖像，確定所述一個或多個定位器中的至少一個的至少一個偏差位置。再從所述至少一個偏差位置確定型腔的一目標(biāo)位置。然后由自動化裝置把該型芯包安放到該目標(biāo)位置。


圖1是表示用本發(fā)明的自動化裝置進(jìn)行的自動化型芯放置方法的流程圖。
圖2是表示用本發(fā)明的自動化裝置進(jìn)行的、確定型芯放置位置的自動化方法的流程圖。
圖3是描繪型芯包與本發(fā)明的自動化裝置的關(guān)系的示意圖。
圖4是用于成形本發(fā)明的鑄模的一個模板的立體圖。
圖5是布置在本發(fā)明的一個型箱里的鑄模的立體圖。
圖6是配用于本發(fā)明的鑄模的照明和照像機(jī)系統(tǒng)的立體圖。
圖7是一個自動化裝置的立體圖，該裝置正在按照本發(fā)明把一個型芯包放進(jìn)一個鑄模。
圖8是按照本發(fā)明放在一個鑄模里的型芯包的立體圖。
具體實(shí)施例方式
下面說明一種用于把一個型芯包自動地放置到一個鑄模里的設(shè)備和方法。幾個定位器(locator)和設(shè)計(jì)成能夠接納該型芯包的至少一部分的一個型腔被成形在鑄模里。把鑄模定位成各個定位器可被照亮并且可以獲得各個定位器的一個或多個圖像。對所得到的圖像進(jìn)行處理來確定型芯包在型腔中的一目標(biāo)位置，并且由一個自動化的裝置把型芯包放到鑄模里的該目標(biāo)位置上。
圖1和2分別表示出一個流程圖，它們表示了用于把一個型芯包自動地放到一個鑄模里的過程。這兩個流程圖所表示的過程由一個或多個計(jì)算機(jī)來執(zhí)行，諸如用可從Indramat購買的Sercos Digital Drive Controller Model DKCO2.3-100-7-FW，各計(jì)算機(jī)協(xié)同工作而使各個步驟以有效的方式協(xié)調(diào)地進(jìn)行。
在步驟101，對要放置的型芯包301進(jìn)行識別(見圖3)。型芯包可以是由一塊或多塊組成。包括一個或多個部件的自動化裝置303，諸如可從ElectronicControls & Systems，Inc.購買的、帶有起重裝置Model 7003-M600的Gantry robotModel Titan IIH-2P-4X，提供各種自動化能力，包括例如把對象諸如型芯包301沿水平和垂向移動到指定位置的能力、拾取和/或提起對象301的能力、把對象301從一個位置移開并放到另一個位置的能力、釋放對象301的能力、照亮對象301的能力以及獲得對象301的圖像的能力。自動化裝置303包括四個臂305，各臂305的下端有手指。各臂305能夠伸展而圍繞對象型芯包301的外周，并且各個手指能夠在對象301的下面滑動，以便在各臂305壓靠在型芯包301上時自動化裝置303能夠穩(wěn)固地提起并移動型芯包301。
最好用發(fā)出紅外光的燈，諸如可從Cognex Corpration購買的InsightTMInfraredRing Light 90mm Direct 12/V 9W model CLM-LDR90B-00來照亮型芯包301，同時用照像機(jī)309，諸如可從Cognex Corpration購買的、帶有Model 115-005555mm焦闌鏡頭的InsightTMModel 1000Vision Sensor#ISS-1000-00來攝取型芯包301的圖像。型芯包301的圖像用于確定型芯包301的實(shí)際位置和位置系數(shù)以及指令臂305在步驟103提起型芯包301。型芯包301的外周上可有利地設(shè)置幾個槽311，以幫助各臂305抓住在型芯包301上的預(yù)定部位上。當(dāng)各臂305壓靠在型芯包301上時，各臂305配合在槽311里而能防止型芯包301相對于各臂305滑動。雖然圖3中只表示出兩個槽301，但是應(yīng)為自動化裝置的每個臂305設(shè)置一個槽311。如果型芯包301不滿足在其圖像中預(yù)期的足夠的參數(shù)，可將其廢棄。在步驟105，自動化裝置303可任選地把型芯包301移動到一個中間位置。這個中間位置最好是靠近期望將該型芯包301要放置的一位置，以提高每一型芯包301的放置的時間效率。在步驟107，自動化裝置303在把型芯包301握持在適當(dāng)位置的同時等待把型芯包301放到它將被安放的目標(biāo)位置。
在步驟201，由諸如圖4所示的一模板(pattern)400成形出一個負(fù)的對應(yīng)形狀，包括在鑄模505上的一個或多個定位器501和型腔503，如圖5中所示。模板400是正的形狀，其壓進(jìn)砂床而成形出鑄模505里的負(fù)的對應(yīng)形狀。所說的砂子是指濕的鑄造用砂子，其典型地是黑色的并且是為鑄造行業(yè)制備好了的。模板400包括成形在鑄模505里最好是沿著鑄模505的一側(cè)的諸定位器501的一倒過來的形體401。諸定位器501可以是成形在鑄模505上的諸凹部或槽，如圖5中所示?；蛘?，諸定位器501可成形為從鑄模505向外伸出的諸突部或突起。模板400還包括成形在鑄模505里的型腔503的一倒過來的形體403。諸定位器501最好是定位在型腔的外面，在鑄模505的一沒用的區(qū)域，以便為利用攝像技術(shù)識別諸定位器501提供較好的環(huán)境。或者，可把諸定位器501定位在型腔503里并構(gòu)成型腔503的固有部分。
鑄模505成形在型箱507里以保持鑄模505的完整性以及便于在整個制造過程中移動鑄模505，例如用一輸送機(jī)系統(tǒng)511進(jìn)行移動。各個裝置對型箱507的對準(zhǔn)由設(shè)置在鑄模505外面的型箱507里的諸型箱銷子(flask pin)509來達(dá)到。模板400依靠設(shè)置在其上的多個型箱孔405機(jī)械地對準(zhǔn)型箱507。由于型箱孔405和型箱銷子509具有較大的例如在0.3英寸量級的允差，這個允差比鑄模505相對于型芯包301的允差例如0.010英寸大，模板400可在型箱507上的一個區(qū)域之上浮動，這使得鑄模505相對于型箱507的位置容易變動。這樣，你在把型芯包301相對于型箱507放到一個固定的位置時不可能不損傷鑄模。在以例如每小時100個或更多個鑄模的高生產(chǎn)率進(jìn)行生產(chǎn)時，用機(jī)械對準(zhǔn)鑄模505和型芯包301，要想不損傷鑄模，也是做不到的。
典型的型芯包301和鑄模505的結(jié)構(gòu)布置是采用一個兩件式的鑄模，其中包括一個已知為下模箱的下部和一個已知為上模箱(未示)的上部，鑄模505的下模箱表示于圖5。為了簡明，本文中將把下模箱稱為鑄模。
一旦形成了鑄模505，還可執(zhí)行幾個任選的步驟。例如，可加裝一個用于過濾進(jìn)入鑄模的熔化的金屬的過濾器513?？梢允止せ蜃詣踊貦z驗(yàn)鑄模505的缺陷，并且如果發(fā)現(xiàn)了缺陷可放棄對其進(jìn)行進(jìn)一步的處理?？砂延糜谌刍慕饘俚母鞣N添加劑加到鑄模505里。
在步驟203，定位鑄模505，使每一定位器501靠近各自的一照明燈515，這些照明燈與照像機(jī)701一起工作，照像機(jī)被定位在每一定位器501的預(yù)期位置的上方，如圖5、6和7中所示。照明燈515可包括發(fā)出紅外光的LED(發(fā)光二極管)或其它光源，并且可以是例如可從Cognex Corpration購買的InsightTMBar LightDirect 12/V4.5W Model CLM-LDL74X27N-00。在由照明燈515提供的那種類型的燈光下，每一照像機(jī)701可攝取圖像。在光源是由照明燈515發(fā)出的紅外光時，照像機(jī)701可以是例如可從Cognex Corpration購買的InsightTMModel 1000VisionSensor model ISS-1000-00照像機(jī)。盡管采用紅外光是有利的，但也可用其它類型的光和照像機(jī)。在步驟205，諸照明燈515照亮各個定位器501，同時每一照像機(jī)(見圖7)攝取預(yù)期定位器501處在的區(qū)域601的一個或多個圖像。在步驟205中，還可任選地用任選的激光測距儀603，諸如可從Micro-Epsilon America LP購買的ILD 200型號為4120030的激光光學(xué)位移傳感器(Laser Optical DisplacementSensor)，測量到鑄模505的距離。在鑄模505布置為靠近各照明燈515時各照像機(jī)布置為在鑄模505的上方約5到6英尺處，各個鏡頭703分別向下對準(zhǔn)各個定位器501之一。照像機(jī)701是固定在位的。
在任選的步驟207，如果在步驟205攝取的一個或多個圖像不正確，例如各個定位器501不是在為一正確的定位器501所規(guī)定的界限內(nèi)，在步驟209可廢棄那個鑄模505，并且過程繼續(xù)從步驟201開始進(jìn)行。如果在步驟205得到了正確的圖像，過程繼續(xù)進(jìn)行到步驟211。如果沒有采用步驟207和209，過程可從步驟205直接過渡到步驟211。
在步驟211，把在步驟205得到的一個或多個圖像與一個或多個基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較?；鶞?zhǔn)圖像可包括例如一個定位器501在鑄模505上的圖像，包括那個定位器501相對于一個基準(zhǔn)點(diǎn)的預(yù)期位置，這個基準(zhǔn)點(diǎn)例如是用照像機(jī)701標(biāo)定來建立的。為了簡便，各個定位器501在x-y平面內(nèi)是圓形的，當(dāng)然，定位器可以采用各種各樣的形狀?？蓪γ恳欢ㄎ黄?01確定偏差位置。偏差位置可說明那個定位器501在每一方向距離其在基準(zhǔn)圖像上的預(yù)期位置有多遠(yuǎn)。
在步驟213，為型芯包301的安放確定包括u、x、y和/或z等分量的目標(biāo)位置。這個目標(biāo)位置從至少一個或多個偏差位置來確定。目標(biāo)位置可以以相對于通用坐標(biāo)系的絕對量給出或以相對于基準(zhǔn)圖像的偏差量給出，也就是說，為了把型芯包301安放在鑄模505里，需要在每一方向上把鑄模505相對于一個基準(zhǔn)點(diǎn)移動多少。可通過把用照像機(jī)701得到的圖像與一個或多個基準(zhǔn)圖像作比較得出目標(biāo)位置的x方向分量和y方向分量。目標(biāo)位置可包括由任選的激光測距儀603得到的距離測量值以及比較測量的距離與預(yù)期的到鑄模505的距離后得出的一z方向分量。有利的是，除了一x方向分量和一y方向分量之外，利用每一定位器501的偏差位置可提供一為目標(biāo)定位的旋轉(zhuǎn)(“u方向”)分量。該旋轉(zhuǎn)分量限定了型腔應(yīng)相對于一個預(yù)期的旋轉(zhuǎn)位置轉(zhuǎn)動的一個角度。如果例如把一個定位器501沿x方向位移0.002英寸以及沿y方向位移0.004英寸，以及，把另一個定位器501沿每一方向作同樣的位移，那么就沒有旋轉(zhuǎn)分量。如果在同一例子中，把所述另一個定位器501沿x方向位移-0.002英寸以及沿y方向位移-0.004英寸，就有一個可用度數(shù)或弧度表示的旋轉(zhuǎn)分量。由于諸定位器501相對于型腔503上的每一點(diǎn)的相對正值(positive)是已知的，所以可相對于型腔上的任一基準(zhǔn)點(diǎn)限定目標(biāo)位置?？梢栽谶M(jìn)行步驟201到213的同時進(jìn)行步驟101到107。
在步驟215，把在步驟213確定的目標(biāo)位置發(fā)送給自動化裝置303，并且這一過程將等待到型芯包301的安放被驗(yàn)證無誤。在步驟109，自動化裝置303接收到目標(biāo)位置并按照目標(biāo)位置放置型芯包301，如圖8所示。各個臂305在為這一功能而在型腔里成形的各個開口中脫離型芯包301，這樣，各個臂305的脫離不會損傷鑄模505?？砂炎詣踊b置303接收到目標(biāo)位置用作放置型芯包301的一個觸發(fā)信號，或者，可用另外的信號作為觸發(fā)信號。放置過程可以發(fā)出信號給鑄模建造過程，表明型芯包安放已完成，于是可用照像機(jī)309和照明燈515攝取圖像，或者，可以采用另外的過程。在步驟217，鑄模505和型芯包301組件被發(fā)送去進(jìn)行進(jìn)一步處理，包括把上模箱放在鑄模505和型芯包301組件的頂上，把熔化的金屬澆入鑄模，以及，進(jìn)行這一行業(yè)里已知的鑄造工藝過程的其余步驟。
本發(fā)明提供了一種可把型芯包精確地安放在鑄模里的自動化方法。鑄模不必相對于在其中將放置它用的型箱具有一固定的或精確的方位，也就是說，鑄?？上鄬τ谛拖涓?。型箱不必具有相對于放置型芯包的系統(tǒng)的一固定的或精確的方位。型芯包可包括一個或多個零件并且可以是非常重，例如超過100磅。本發(fā)明的方法可用于安放任何型芯而不必對所述自動化裝置重新編程或重定目標(biāo)?？梢园研托景韵鄬τ谛托景耐庵芏苑浅?yán)緊的允差安放在鑄模里。與手工放置型芯相比，這種方法更精確、更有效以及更快。不采用對準(zhǔn)襯套，因而也不存在襯套被磨損后要更換問題。
在本發(fā)明的精神或根本特征范圍內(nèi)，可以以其它的特定形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。所描述的實(shí)施例無論從那一方面考慮都是示例性的，而不是限制性的。所以，本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求而不是以上的描述來決定。在權(quán)利要求的含義和等效范圍內(nèi)的所有變化都屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于放置型芯包的方法包括以下步驟用一自動化的裝置提起一型芯包并能將其至少部分地裝配進(jìn)一個鑄模的一型腔里；照亮所述鑄模的至少一個區(qū)域，預(yù)期一個或多個定位器將被定位在該區(qū)域里；攝取所述鑄模的所述至少一個區(qū)域的至少一個圖像；從所述至少一個圖像確定所述一個或多個定位器中的至少一個相對于基準(zhǔn)圖像的至少一個偏差位置；從所述至少一個偏差位置為所述型腔確定一個目標(biāo)位置；用所述自動化裝置把所述型芯包放置到所述目標(biāo)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定偏差位置的步驟包括把所述至少一個圖像與至少一個預(yù)期的圖像進(jìn)行比較的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括把一個指令發(fā)送給所述自動化裝置以使其把所述型芯包放置到所述目標(biāo)位置的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括把所述型芯包移動到一個中間位置的步驟；以及，在所述放置步驟之前在所述中間位置等待包括所述目標(biāo)位置的信息的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括在所述鑄模里成形所述型腔時在所述鑄模里成形所述一個或多個定位器的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述一個或多個定位器中的至少一個是成形在所述鑄模上的凹部，以及，所述一個或多個定位器中的至少一個位于所述型腔的外面。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括通過把模板壓進(jìn)濕的鑄造用砂子來成形所述鑄模的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述照亮步驟包括用紅外光照亮。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述攝取圖像的步驟包括用至少一個能夠在紅外光下攝取圖像的照像機(jī)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括把所述鑄模安放在一個型箱里，并定位所述鑄模和型箱以使所述一個或多個定位器靠近執(zhí)行所述照亮步驟的一照明源的步驟。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)位置包括一x方向分量、一y方向分量以及一旋轉(zhuǎn)分量。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述型芯包由多個零件構(gòu)成。
13.一種用于放置型芯包的方法包括以下步驟用一自動化的裝置提起一型芯包并能將其至少部分地裝配進(jìn)一個鑄模的型腔里；照亮所述鑄模的一第一區(qū)域，預(yù)期一第一定位器將被定位在該區(qū)域里；照亮所述鑄模的一第二區(qū)域，預(yù)期一第二定位器將被定位在該區(qū)域里；攝取所述鑄模的所述第一區(qū)域的一第一圖像和所述鑄模的所述第二區(qū)域的一第二圖像；把所述第一圖像和所述第二圖像與至少一個預(yù)期的圖像進(jìn)行比較；從所述第一圖像和所述第二圖像確定所述第一定位器和所述第二定位器相對于基準(zhǔn)圖像的偏差位置；從所述偏差位置為所述型腔確定一個目標(biāo)位置；開動所述自動化裝置以能夠把要被放置的所述型芯包放到所述目標(biāo)位置上；所述自動化裝置把所述型芯包放到所述目標(biāo)位置上。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包括把所述型芯包移動到一中間位置的步驟；以及，在所述放置步驟之前在所述中間位置等待包括所述目標(biāo)位置的信息的步驟。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包括在所述鑄模里成形所述型腔時在所述鑄模里成形所述第一定位器和所述第二定位器的步驟。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一定位器和所述第二定位器中的至少一個是成形在所述鑄模上的一凹部，以及，所述第一定位器和所述第二定位器中的至少一個位于所述型腔的外面。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包括通過把模板壓進(jìn)濕的鑄造用砂子來成形所述鑄模的步驟。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述照明步驟包括用紅外光照明。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述攝取圖像的步驟包括用至少一個能夠在紅外光下攝取圖像的照像機(jī)。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包括把所述鑄模安放在一個型箱里并定位所述鑄模和型箱以使所述第一定位器和所述第二定位器靠近執(zhí)行所述照亮步驟的一照明源的步驟。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)位置包括一x方向分量、一y方向分量以及一旋轉(zhuǎn)分量。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述型芯包由多個零件構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于把型芯包(301)自動地安放在一鑄模(505)里的方法。諸定位器(501)和設(shè)計(jì)成能夠接納所述型芯包(301)的型腔(503)成形在所述鑄模(505)里。鑄模(505)定位成使諸所述定位器(501)可被照亮，并且可用照像機(jī)攝取諸定位器(501)的一個或多個圖像。對圖像進(jìn)行處理以確定型芯包(301)在型腔(503)里的目標(biāo)位置，并且由一個自動化裝置(303)把型芯包(301)放置到鑄模(505)里的所述目標(biāo)位置。
文檔編號B22D33/04GK1777484SQ200480011010
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者G·L·威克, D·K·林恩, W·A·克魯森, J·J·喬帕 申請人:萬國引擎知識產(chǎn)權(quán)有限責(zé)任公司