DE3781996T2 - Vorrichtung und verfahren zum regeln des eingiessens von schmelze in eine giessform. - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gießen von Metall in Gießformen in Gießereianlagen und im besonderen auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung regulieren genau das Eingießen von Schmelze in die Gießformen, wodurch ermöglicht wird, die Gießform schnell, präzise und wiederholbar zu füllen mit einer Fließgeschwindigkeit, die nur vom inneren Aufbau der Gießform bestimmt und nicht von äußeren Faktoren beeinflußt wird.
Hintergrund der Erfindung
• Die Qualität des Gießformens wird in großem Maße vom Verfahren des Füllens der Gießformen mit Metallschmelze beeinflußt. Es ist äußerst wichtig, den Eingußtrichter der Gießform schnell zu füllen und ihn gefüllt zu halten, während Metall durch das Einlaufsystem der Gießform in die Hohlräume derselben einfließt. Dies gewährleistet Gießstücke von hoher Qualität ohne Lunker, Fehlgüsse und Gasblasen. Außerdem ist es, um zu vermeiden, daß Schmelze in großem Umfang überläuft, notwendig, den Fluß des Schmelzestroms während der letzten Phase eines Gießvorgangs zu regulieren (was im Stand der Technik normalerweise als "Abstellen" bezeichnet wird), so daß sogenanntes "Nachlaufmetall" aus einer Gießpfanne oder anderen Quelle die Gießform gerade füllt, ohne sie zu überfüllen.
• Herkömmlicherweise wird dieser Gießvorgang manuell durchgeführt. Vorhergehende Versuche, den Vorgang zu automatisieren, sind nicht erfolgreich gewesen. Gescheiterte Versuche umfassen das Kippen einer mit Gießschnauze versehenen Pfanne oder das Öffnen einer Stopfenpfanne für einen bestimmten Zeitabschnitt (vgl. U.S.-Patente 3,838,727, 3,842,894 und 4,276,921). Diese Verfahren erzielten jedoch nicht das gewünschte Ergebnis, weil sie zu häufigem Eingießen von entweder zuviel oder zuwenig Schmelze führen, da der Metallfluß nicht reguliert wird.
• Ein weiteres nicht erfolgreiches Verfahren des Standes der Technik benutzt optische Sensoren, die Schmelze erfassen, die durch Entlüftungslöcher in der Gießform steigt. Die Sensoren geben ein Signal, das einen Mechanismus aktiviert, um den Fluß abzustellen. Dieses Verfahren hat jedoch auch einige Nachteile. Zum einen wird der tatsächliche Fluß in die Gießformen nicht als Funktion der Gießform reguliert. Des weiteren führt das Erfassen voller Entlüftungslöcher, sogenannter "pop-offs", zum Überfüllen der Gießform, da das Signal "Gießform voll" zu spät erfaßt wird, und das in die Gießform nachlaufende Metall nicht von der Gießform aufgenommen werden kann. Das Verfahren ist auch unzuverlässig, weil Spritzer von Schmelze um den Eingußtrichter herum dem Sensor ein falsches Bild vermitteln und das vorzeitige Abstellen des Flusses verursachen können.
• Noch ein anderes Verfahren wird im U.S.-Patent 4,304,287 beschrieben. Bei dem in diesem Patent beschriebenen Verfahren werden zwei optische Sensoren benutzt. Der eine mißt die Intensität des Lichtes, das von dem Schmelzestrom emittiert wird. Der zweite mißt die Intensität des Lichtes, das von der Schmelze im Eingußtrichter emittiert wird. Die analogen Ausgabedaten dieser Sensoren werden mit Bezugswerten verglichen und, wenn ein schneller Wechsel im Signal von den Lichtsensoren wahrgenommen wird, wodurch angezeigt wird, daß die Gießform den gefüllten Zustand fast erreicht hat, wird der Fluß abgeschnitten. Dieses Verfahren ist besser als volle Entlüftungslöcher ("pop-offs") zu erfassen, hat aber dennoch seine Nachteile. Das Niveau der Schmelze im Eingußtrichter wird auf einen absoluten Bezugswert bezogen, die Position des Sensors, und nicht auf die Oberfläche der Gießform. Das System kann nicht an größere Schwankungen (normalerweise ± ½ Zoll) der Gießformdimensionen angepaßt werden. Des weiteren wird das Signal zum Abstellen des Stromes relativ zu langsam ausgelöst und kann immer noch das Überlaufen von zur Gießform nachlaufendem Metall zur Folge haben. Außerdem kann Schlacke im Eingußtrichter die Intensität des Lichtes verringern, das von den Sensoren erfaßt wird, und zu Fehlern beim Auslösen des Signals zum Abstellen des Stromes führen.
• In "Giesserei", Band 71, Nr. 26, 17. Dezember 1984, Seiten 997- 998, worauf die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 9 basieren, ist ein Verfahren zum Regulieren des Eingießens offenbart. Das Regulieren wurde einfach dadurch bewirkt, daß ein einzelner Gießvorgang von einer Videokamera derart beobachtet wurde, daß die Füllhöhe im Eingußkanal vom digitalisierten Videobild überwacht und das Gießen dann wiederholt wurde.
• Verfahren zum Regulieren der Gießgeschwindigkeit einer Kipppfanne sind bekannt. DE-A-3020076 lehrt die Benutzung eines Servo-Steuersystems zum Regulieren der Pfanne, aber Informationen aus vorhergehenden Gießvorgängen werden nicht benutzt. DD-B-2G6950 minimiert die Frequenz des Kippens der Pfanne während eines Gießvorganges durch Bezugnahme auf Regulierparameter, die sich nicht von Füllzyklus zu Füllzyklus anpassen.
• DE-A-2631015 offenbart ein Verfahren zum Gießen von Metall, wobei zur Aufrechterhaltung eines konstanten Niveaus im Eingußkanal die Messung des Oberflächenbereiches von Schmelze im Eingußtrichter einer Gießform benutzt wird. Der Metallfluß von einer Gießpfanne wird so reguliert, daß er sich der Geschwindigkeit anpaßt, mit welcher die Schmelze von einer Gießform aufgenommen wird. Es wird kein Versuch unternommen, das Gießen durch Vergleich des Oberflächenbereichs mit einem aus einer Reihe vorhergegangener Gießvorgänge erhaltenen Wert zu regulieren.
• Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich erheblich von bekannten Verfahren dadurch, daß sie den Schmelzefluß in die Gießformen während des gesamten Gießvorganges auf anpassungsfähige Weise auf aus vorhergegangenen Gießvorgängen erhaltenen Informationen gestützt reguliert, so daß die Fließgeschwindigkeit von Metall in den Eingußtrichter immer gleich dem Metallfluß in die Gießform durch das Einlaufsystem der Gießform ist. Die Fließgeschwindigkeit, die nicht notwendigerweise konstant ist, wird reguliert während gleichzeitig der zur Gießform nachlaufende Metallstrom aufgenommen wird, so daß das nachlaufende Metall die Gießform gerade füllt anstatt sie zu überfüllen. Die Gießparameter können nach jedem Gießvorgang auf den aktuellen Stand gebracht werden, wodurch dem System nach nur wenigen Gießvorgängen ermöglicht wird zu "lernen", wie eine neue Gießform genau zu füllen ist.
• Darüber hinaus wird die vorliegende Erfindung von externen Faktoren nicht in negativer Weise beeinflußt, wie Veränderungen in der Viskosität der Schmelze oder im Durchmesser des Metallstromes. Sie ist auch unabhängig vom Metallniveau oder der "Druckhöhe" in der Gießpfanne oder einem anderen Metallschmelzebehälter.
• Die vorliegende Erfindung besitzt einige zusätzliche Vorzüge. Sie weist die Fähigkeit auf, den Metallschmelzestrom genau in der Mitte des Eingußtrichters zu positionieren. Und es ist mittels Analyse des durch die vorliegende Erfindung ausgelösten Signals zur Gießregulierung möglich, Unregelmäßigkeiten wahrzunehmen, die durch eine gebrochene Gießform oder andere Fehlfunktionen im Füllsystem der Gießform verursacht wurden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Regulieren des Eingießens von Metallschmelze in einzelne Gießformen mit
• (a) wenigstens einer Gießform mit einem Eingußkanal zur Aufnahme von geschmolzenem Metall und einem Gießform-Einlaufsystem, welches zur Gießform innen befindlich ist,
• (b) einem Vorratsbehälter zum Aufnehmen von geschmolzenem Metall, das in die Gießform zu gießen ist,
• (c) Mitteln zum Regulieren des Flusses, die mit dem Vorratsbehälter wirksam verbunden sind, um das Fließen des geschmolzenen Metalls aus dem Vorratsbehälter in die Gießform zu regulieren, gekennzeichnet durch
• (d) Sensor-Mittel zum kontinuierlichen Erfassen des Bildes der Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Eingußkanal und zum Erzeugen von Bild-Flächen-Informationen, die repräsentativ für die Oberfläche des Metalls relativ zur Oberfläche des Gießform- Eingußkanals sind,
• (e) Abtast-Einrichtungen für wiederholtes Abtasten der Bild- Flächen-Informationen während vorherbestimmter Abtast-Intervalle für einen Gießvorgang und zum Erzeugen von auf dem Abtasten beruhenden Bild-Flächen-Informationen mit einer vorgewählten Abtast-Frequenz,
• (f) Zentraleinheit zum sich wiederholenden Vergleichen der abgetasteten Bild-Flächen-Information mit einem vorgewählten Bezugs-Flächen-Wert und Erzeugen eines Differenz-Wertes, der für die Differenz zwischen der Bild-Flächen-Information und dem Bezugs-Flächen-Wert repräsentativ ist, und
• (g) Reguliermittel, die auf den Differenz-Wert ansprechen, um ein Steuersignal an die Fließ-Reguliereinrichtung abzugeben, um das Fließen der Metallschmelze in den Eingußkanal zu regulieren, um das Fließen der Metallschmelze in die Gießform durch das Gießform-Einlaufsystem anzugleichen und das Fließen des Metalls zu beenden, um das von dem Vorratsbehälter zur Gießform nachlaufende Metall anzupassen, um die Gießform genau zu füllen, wobei das Reguliersignal einen Regulierwert für jedes Abtast-Intervall aufweist und jeder Regulierwert eine Funktion des Differenz-Wertes für sein zugeordnetes Abtast- Intervall und Regulier-Voreinstellung-Wertes für dieses Abtast- Intervall basierend auf vorgewählten Gießparametern von wenigstens einem vorangegangen Gießvorgang ist.
• Die vorliegende Erfindung umfaßt auch eine Methode zum Regulieren des Gießens von Schmelze in einzelne Gießformen, die durch folgende Schritte charakterisiert ist:
• (a) kontinuierliches Erfassen des Bildes des Niveaus der Metallschmelze im Eingußkanal und Erzeugen von Bild-Flächen-Informationen, die für die Oberfläche des Metalls relativ zur Oberfläche der Gießform repräsentativ sind,
• (b) sich wiederholendes Abtasten der Bild-Flächen-Information während vorherbestimmter Erfassungsintervalle für einen Gießvorgang und Erzeugen von erfaßten Bild-Flächen-Informationen mit einer vorgewählten Abtastfrequenz,
• (c) sich wiederholendes Vergleichen der erfaßten Bild-Flächen- Information mit einem vorgewählten Bezugs-Flächenwert und Erzeugen eines Differenz-Wertes, der repräsentativ ist für die Differenz zwischen der Bild-Flächen-Information und dem Bezugs- Flächenwert, und
• (d) Regulieren des Fließens der Metallschmelze in den Eingußkanal, um das in bezug auf die Form innere Fließen des Metalls anzugleichen, und Beenden des Metallflusses, um von einer Quelle desselben zur Gießform nachlaufendes Metall anzupassen, um die Gießform genau zu füllen, wobei das Reguliersignal einen Regulierwert für jedes Abtast-Intervall aufweist und jeder Regulierwert eine Funktion des Differenz- Wertes für sein zugeordnetes Abtast-Intervall und der Regulier- Voreinstellung-Werte für dieses Abtast-Intervall basierend auf vorgewählten Gieß-Parametern von wenigstens einem vorangegangenen Gießvorgang ist.
Beschreibung der Zeichnungen
• Zum Zwecke der Darstellung der Erfindung zeigen die Zeichnungen eine zur Zeit bevorzugte Ausführung, wobei jedoch gilt, daß die Erfindung nicht auf die exakten dargestellten Anordnungen und Vorrichtungen beschränkt ist.
• Fig. 1 ist eine vereinfachte schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in einer Gießerei oder einer Förderer-Produktionslinie eingebaut sein kann.
• Fig. 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung, die sowohl die mechanischen als auch die elektronischen Subsysteme der Erfindung zeigt.
• Die Fig. 3, 3A, 3B und 3C sind vereinfachte schematische Darstellungen gewisser Bestandteile der Erfindung.
Beschreibung der Erfindung
• In den Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt Fig. 1 die Einrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in einer Gießerei oder einer Förderer-Gießlinie eingebaut sein kann. Vorrichtung 10 weist eine herkömmliche Förderlinie 12 auf, die eine Vielzahl von Gießformen 14 zur Gießstation 16 transportiert, wo die Gießformen 14 min der zu gießenden Metallschmelze gefüllt werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, bewegt die Förderlinie 12 die Gießformen 14 von unten links nach oben rechts (die Sichtrichtung in Fig. 1). Förderlinie 12 kann schrittweise schaltbar sein und jeweils eine Gießform zu einer Füllstation in der Nähe der Gießstation 16 schalten. Förderlinie 12 kann auch kontinuierlicher Art sein, wobei Gießformen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden. Förderlinie 12 ist in der Technik allgemein bekannt und anwendbar und braucht deshalb hier nicht weiter beschrieben zu werden.
• Gießstation 16 weist einen Metallschmelze-Behälter 18 auf. Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, umfaßt der Behälter 18 ein Gehäuse 20 und eine feuerfeste Auskleidung 22. Gehäuse 20 und die feuerfeste Auskleidung 22 sind aus geeignetem Hochtemperaturmaterial, um die zu gießende Metallschmelze 24 aufzunehmen. Der Behälter 18 ist an seiner bodenseitigen Oberfläche mit einer Gießöffnung 26 versehen, durch welche Metallschmelze in eine Gießform 14 gegossen wird. Der Metallfluß durch Gießöffnung 26 in die Gießform 14 wird von einer Absperrstange 28 reguliert, die das Gießen von Metall aus dem Behälter 18 in bekannter Weise reguliert. Absperrstange 28 wird durch Hebel 30 und 32 betätigt, die von einem pneumatischen Servomotor 34 angetrieben werden. Der pneumatische Servomotor 34 wird von einer elektrisch/pneumatischen Wandlereinrichtung 36 reguliert, die auf elektronische Reguliersignale anspricht, die auf eine im folgenden genauer beschriebene Weise erzeugt werden.
• Absperrstange 28 bewegt sich vertikal auf und ab in Richtung des Doppelpfeiles in Fig. 2. Außer der Auf-und-Ab-Bewegung ist Absperrstange 28 in bezug auf Behälter 18 fest angebracht, so daß die Achse der Absperrstange 28 immer koaxial zu der Achse der Gießöffnung 26 ist. Der pneumatische Servomotor 34, der die Hebel 30 und 32 betätigt, und die elektrisch/pneumatische Wandlereinrichtung 36 sind alle mittels einer passenden Halterung 38 am Behälter 18 befestigt.
• Gießstation 16 weist auch einen X-Y-Positionierungstisch 40 auf, der in X-Y Richtungen bewegbar ist. Die X und Y Richtungen sind in der Horizontalebene zueinander senkrecht, wie es die X und Y Achsen in Fig- 1 zeigen. Wie am besten in Fig. 2 zu erkennen, wird der X-Y-Tisch 40 von einer Leitspindel 42 und einer Mutter 44 in X-Richtung bewegt. Leitspindel 42 ist an einem Ende 46 drehbar gelagert und wird am anderen Ende von einem Elektro-Motor 48 angetrieben. Der Elektro-Motor 48 wird durch elektrische Signale geschaltet, deren Erzeugung im folgenden genauer beschrieben wird. Andere Mittel zur Bewegung von Tisch 40 schließen Linearmotoren, hydraulische Zylinder und andere geeignete Mittel ein.
• X-Y-Tisch 40 ist zur Bewegung in Y-Richtung auf parallelen Schienen 50, 52 angeordnet, die im Gießereiboden 54 eingebettet sind. X-Y-Tisch 40 bewegt sich in Y-Richtung auf Rädern 56, 58, welche auf Schienen 50 bzw. 52 fahren. X-Y-Tisch 40 wird mittels Leitspindel 60 und Mutter 62 in Y-Richtung bewegt. Genau wie Leitspindel 42 ist Leitspindel 60 an einem Ende drehbar gelagert und am anderen Ende von einem Elektro-Motor 64 angetrieben. Der Elektro-Motor 64 wird mittels elektrischer Signale geschaltet, deren Erzeugung im folgenden genauer beschrieben wird.
• In bezug auf Behälter 18 ebenfalls unbeweglich befestigt ist ein Bildsensor 66, der eine herkömmliche Videokamera, die ein fortlaufendes Videosignal erzeugt, oder eine digitale elektronische Kamera sein kann. Eine digitale elektronische Kamera wird bevorzugt, obwohl nicht erforderlich; solche Kameras sind in der Technik allgemein bekannt. Kamera 66 ist auf die Oberfläche der Gießform 14 um einen Eingußtrichter 68 herum fokussiert, der konusförmig sein kann, jedoch nicht sein muß, um ein digitales Bild der Oberfläche der Schmelze in Eingußtrichter 68 während eines Gießvorganges zu erhalten. Die Kamera 66 ist an einem Ende eine: Schaurohres 70 befestigt. Ein Quarzschirm 72 und ein Infrarotfilter 74 können, wenn gewünscht, vorgesehen sein, um die Kamera 66 vor übermäßiger Hitze, die von der Schmelze beim Gießen ausgeht, zu schützen, werden aber nicht benötigt. Wenn gewünscht, kann gekühlte Luft oder inertes Gas, je nach Art des zu schmelzenden Metalls, durch Einlaß 76 in das Rohr 70 eingeführt werden, um einen Überdruck im Rohr 70 zu erzeugen, damit Dämpfe und Staub am Eintreten in das Rohr 70 gehindert werden, die die Sicht der Kamera 66 beeinträchtigen würden. Die außenseitigen Oberflächen des Rohrs 70 können, wenn gewünscht, mit einem feuerfesten Material beschichtet sein, um der Hitze der Schmelze beim Gießen standzuhalten.
• Die verschiedenen elektronischen Überwachungs-, Verarbeitungs- und Regulier-Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung, die zusammen als das elektronische Subsystem bezeichnet werden können, sind am besten in Fig. 2 zu erkennen. Das elektronische Subsystem wird so beschrieben, wie es bei Verwendung einer digitalen elektronischen Kamera 66 aufgebaut sein würde. Jedoch sind Änderungen am elektronischen Subsystem bei Benutzung einer Videokamera mit kontinuierlichen Signalen in der Technik allgemein bekannt.
• Im Zentrum des elektronischen Subsystems befindet sich eine Zentraleinheit (CPU) 78, für die jeder allgemein bekannte Mikrocomputer oder Mikroprozessor verwendet werden kann. Zentraleinheit 78 steht mit den verschiedenen Elementen des elektronischen Subsystems mittels Computerbus 80 in Verbindung. Zentraleinheit 78 wird von einem im Speicherwerk 82 gespeicherten Regulierprogramm betätigt. Speicher 82 kann ein Random Access Memory (RAM) oder jeder andere geeignete Speicher zur Aufnahme des Regulierprogramms für die Zentraleinheit 78 sein. Zusätzlich zum Speicher 82 zur Aufnahme des Regulierprogramms ist ein nichtflüchtiger Großspeicher 84 vorgesehen zum Speichern von Hilfsprogrammen und -daten, die von der Zentraleinheit 78 zur späteren Verwendung verarbeitet werden.
• Von der Zentraleinheit 78 erzeugte Regulierbefehle werden durch die Ein-/Ausgabe (I/O)-Schnittstelle 86 verarbeitet, die von der Zentraleinheit 78 erzeugte Regulierbefehle in eine zur Benutzung von E/P-Treiber 88 und X-Y-Treiber 90 passende Form umwandelt. Umgewandelte Regulierbefehle an die elektrisch/pneumatische Umwandlervorrichtung 36 werden von E/P- Treiber 88 erzeugt. Umgewandelte Regulierbefehle an die Motoren 48 und 64 werden von den X-Y-Treibern 90 erzeugt.
• Die Output-Daten der digitalen Kamera 66 werden zur Sicht- Schnittstellen-Einheit 98 gesendet. Sicht-Schnittstellen-Einheit 98 enthält zwei Rahmenpufferschaltkreise 100 und 102, so daß das von der digitalen Kamera 66 aufgenommene Bild in einem Puffer aufgefangen werden kann, während das vorher im anderen Puffer aufgefangene Bild in der Zentraleinheit 78 verarbeitet wird. Das gestattet die Verarbeitung von Bildinformation ohne Lücken oder "Totzeiten". Sicht-Schnittstellen-Einheit 98 steht mittels Computerbus 80 mit Zentraleinheit 78 in Verbindung. Sicht-Schnittstellen-Einheit 98 weist auch andere Video-Verarbeitungsschaltkreise auf, um die Videoinformation in eine Form zu bringen, die für die Darstellung auf einem Fernsehmonitor geeignet ist. Das verarbeitete Bild wird von der Sicht-Schnittstellen-Einheit 98 zu einem Fernsehmonitor 94 gesendet, um einer Bedienungs-Person ein visuelles Feedback zu geben. Wenn gewünscht, kann das verarbeitete Bild auch zu einem Video-Kassettenrekorder 96 gesendet werden, wo das Signal zur späteren Analyse oder Archivierungszwecken aufgenommen werden kann.
• Eine Hebelregulierung 92 und eine Tastatur 104 sind vorgesehen, um eine Bedienungs-Person in die Lage zu versetzen, direkt mit CPU 78 nach Wunsch in Verbindung zu treten und das System einzustellen und manuelle Regulierung zu bewirken. Ein Oszillograph 106 ist ebenfalls vorgesehen, um eine visuelle Darstellung verschiedener Daten und Betriebsparameter, die keine aufbereitete Video-Wiedergabe sind, je nach Erfordernis zu bewirken.
• Wie am besten in Fig. 1 zu erkennen ist, können alle elektronischen Komponenten in einer Zelle 108 oder einem ähnlichen Bauteil untergebracht sein, so daß die elektronischen Komponenten gegenüber den hohen Temperaturen der Gießstation 16 isoliert sind. Das elektronische Subsystem kann mit den mechanischen Komponenten der Erfindung durch geeignete Verkabelung, die im Brücken-Kabelkanal 110 verläuft, verbunden werden. Im Bedarfsfall kann die Zelle 108 klimatisiert sein, um die elektronischen Komponenten zusätzlich gegen die Hitze zu schützen und Bedienungskomfort zu ermöglichen.
• Die Wirkungsweise der Erfindung wird im folgenden beschrieben. Für den Fachmann ist klar, daß, abgesehen von den allgemeinen grundsätzlichen Dingen der Erfindung die Einzelheiten des Betriebes dem Fachmann überlassen werden können.
• Aus den Fig. 3, 3A, 3B und 3C geht hervor, daß die digitale Kamera 66 auf die Oberfläche der Gießform 14 um einen Eingußtrichter herum fokussiert ist, der, wie dargestellt, konusförmig sein kann oder der eine andere geeignete Gestalt haben kann, und ein digitales Bild der Oberfläche 112 der Metallschmelze im Eingußtrichter erfaßt. Das von der digitalen Kamera 66 erfaßte Bild ist schematisch in Fig. 3A dargestellt. Die Oberfläche betreffende Bezugswerte, die durch das größere Trapez 116 in Fig. 3A angegeben sind, werden im Speicherwerk 82 gespeichert. Der schraffierte Teil 114 repräsentiert das Bild der tatsächlichen Oberfläche 112, wie es von der digitalen Kamera 86 gesehen wird. Dieses Bild wird zur Bild-Schnittstellen- Einheit 98 gesendet und dann zum CPU 78, und zwar jeweils ein Bild. Vorzugsweise wird eine größere Anzahl von Bildern (d. h., eine hohe Abtastfrequenz beim Gießen jeder Gießform erfaßt. So erfaßt beispielsweise eine typische bekannte digitale Kamera 30 Bilder pro Sekunde. Das Bild wird in CPU 78 verarbeitet und von störenden Einflüssen wie Strömen, Spritzern, Tropfen und Funken befreit. Die tatsächliche Oberfläche der Oberfläche 112 der Metallschmelze wird dann in CPU 78 aus dem digitalen Bild berechnet. Die Bezugsfläche wird mit dem jüngsten digitalen Bild, welches durch die digitale Kamera 66 erfaßt worden ist, verglichen und ein Differenz-Wert E, der die Differenz zwischen der tatsächlichen Oberfläche und der Bezugs-Oberfläche repräsentiert, wird durch CPU 78 errechnet. Eine Ableitung D = dE/dt und Integral I = E werden ebenfalls durch CPU 78 errechnet. An diesem Punkt wird ein Regulierwert durch CPU 78 gemäß folgender Formel errechnet:
• (1) Ci,n = -G(Ei+K&sub1;Di+K&sub2;Ii)
• wobei Ci,n = Regulierwert
• i = Anzahl der Erfassungen
• n = Gießnummer
• G = Verstärkungsfaktor
• K&sub1;= Ableitungsfaktor
• K&sub2;= Integralfaktor
• Die Regulierwerte Ci,n sind in Fig. 3C dargestellt. Sie werden verwendet, um die elektronisch/pneumatische Wandlereinrichtung 36 anzutreiben, die ihrerseits die Position der Absperrstange 28 reguliert und damit das Fließen der Metallschmelze in die Gießform hinein reguliert. Wie Fig. 3C zeigt, weisen die Regulierwerte, die am Beginn eines Gießvorganges sich einstellen (mit 118 bezeichnet), eine größere Amplitude auf als die Regulierwerte, die in der gleichbleibenden Phase des Gießvorganges (mit 120 bezeichnet) auftreten. Dies gibt an, daß die Absperrstange am Beginn eines Gießvorganges ganz offen ist, um den Eingußtrichter 68 schnell mit Metall zu füllen. Nachdem Eingußtrichter 68 gefüllt ist, variieren die Regulierwerte während eines Gießvorganges (120) über die Dauer des Gießvorganges, so daß der Metallfluß in den Eingußtrichter 68 immer gleich dem Fluß innerhalb der Gießform durch das Einlaufsystem der Gießform ist.
• Die Regulierwerte Ci,n können anpaßbar nach jedem Gießvorgang als Funktion der vorangegangenen Gießvorgänge geändert werden, um die Differenz E zu minimieren. Dies kann in der Weise geschehen, daß sogenannte Offset-Voreinstellungswerte Bi,n zu den Regulierwerten Ci,n gemäß folgender Formel hinzugefügt werden:
• (2) Ci,n = -G(Ei+K&sub1;Di+K&sub2;Ii)+Bi,n,
• wobei Bi,n Voreinstellungswerte einer Offset-Voreinstellung sind, die den Regulierwerten hinzugefügt werden.
• Die Offset-Voreinstellung Bi,n wird nach jedem Gießvorgang als eine Funktion vorangegangener Gießvorgänge und dem letzten Gießvorgang errechnet nach der Formel:
• (3) Bi,n = f(Ci,n, Bi,n-1),
• wobei f(C, B) eine empirisch bestimmte Funktion ist.
• Die Regulier-Voreinstellungs-Werte Bi,n können für den ersten Gießvorgang willkürlich festgesetzt und in einer Tabelle in CPU 78 gespeichert werden. Regulierwerte Ci,n werden lediglich für den laufenden Gießvorgang gespeichert. Für einen neuen Gießvorgang werden während des Weiterschaltens der Gießformen 14 die Regulier-Voreinstellungs-Werte Bi,n in CPU 78 auf der Basis der Reguliersignal-Werte des laufenden Gießvorganges und den Regulier-Voreinstellungs-Werten des vorangegangenen Gießvorganges aktualisiert. Auf diese Weise ist das System anpaßbar, welches Differenzen gegenüber vorangegangenen Gießvorgängen berücksichtigt und die Differenz E in wenigen Gießvorgängen minimiert.
• Die Regulier-Voreinstellungs-Werte Bi,n werden beim willkürlichen Festsetzen für den ersten Gießvorgang so festgesetzt, daß sie nachlaufendes Metall basierend auf erwarteten Fließgeschwindigkeiten für die bestimmte Gießform, die gerade gefüllt wird, berücksichtigen. Somit werden die Regulier-Voreinstellungs-Werte Bi,n so gewählt, daß sie allmählich den Metallschmelze-Fluß auf Null am Ende des Gießvorganges sich "verjüngen lassen", so daß die Gießform genau gefüllt wird, ohne daß sie übermäßig oder unzureichend gefüllt wird. Da die Regulier-Voreinstellungs-Werte für den ersten Gießvorgang Bi,1 willkürlich festgesetzt werden, kann die erste Gießform tatsächlich unzureichend oder übermäßig gefüllt werden. Jedoch werden die Voreinstellungswerte für den zweiten und nachfolgende Gießvorgänge Bi,2, Bi,3, . . . , Bi,n gemäß vorstehender Gleichung (2) zur Anpassung aktualisiert, so daß der Fluß am Ende des Gießvorganges in richtiger Weise basierend auf vorangegangenen Gießvorgängen "verdünnt wird", so daß der Fluß genauer reguliert werden kann, um die folgenden Gießformen genauer zu füllen.
• Zusätzlich zum Regulieren des Flusses erzeugt CPU 78 auch Berichtigungswerte für die X- und Y-Positionierung des Metallstromes 122 in bezug auf die Achse des Eingußtrichters 68. Die Mitte des Eingußtrichters wird in CPU 78 aus dem zuletzt von der digitalen Kamera 66 erfaßten Bild errechnet. Die Mitte des Gießvorganges kann bei der Anfangseinstellung des Systems bestimmt werden, so daß die Gießmitte in bezug auf die Kamera 66 festgelegt ist. CPU 78 erzeugt passende Regulierwerte für X-Y-Treiber 90, um die Motoren 48 und 64 einzuschalten und den Vorratsbehälter 18 so zu positionieren, daß die Mitte der Gießöffnung 26 mit der Achse des Eingußtrichters 68 zusammenfällt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Regulieren des Gießens von geschmolzenem Metall in einzelne Gießformen mit

(a) wenigstens einer Gießform (14) mit einem Eingußkanal (68) zur Aufnahme von geschmolzenem Metall und einem Gießform-Einlaufsystem, welches zur Gießform innen befindlich ist,

(b) einem Vorratsbehälter (18) zum Aufnehmen von geschmolzenem Metall, das in die Gießform zu gießen ist,

(c) Mitteln (28) zum Regulieren des Flusses, die mit dem Vorratsbehälter (18) wirksam verbunden sind, um das Fließen des geschmolzenen Metalls aus dem Vorratsbehälter (18) in die Gießform (14) zu regulieren gekennzeichnet durch

(d) Sensor-Mittel (66) zum kontinuierlichen Erfassen des Bildes der Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Eingußkanal (68) und zum Erzeugen von Bildflächen-Informationen, die repräsentativ für die Oberfläche des Metalls relativ zur Oberfläche des Gießform-Eingußkanals (68) sind,

(e) Abtast-Einrichtungen für wiederholtes Abtasten der Bild- Flächen-Informationen während vorherbestimmter Abtast-Intervalle für einen Gießvorgang und zum Erzeugen von auf dem Abtasten beruhenden Bild-Flächen-Informationen mit einer vorgewählten Abtast-Geschwindigkeit,

(f) Zentraleinheit (78) zum sich wiederholenden Vergleichen der auf dem Abtasten beruhenden Bild-Flächen-Information mit einem vorgewählten Bezugs-Flächen-Wert und Erzeugen eines Differenz- Wertes, der für die Differenz zwischen der Bild-Flächen-Information und dem Bezugs-Flächen-Wert repräsentativ ist, und

(g) Reguliermittel (88), die auf den Differenz-Wert ansprechen, um ein Reguliersignal an die Fluß-Reguliereinrichtung zu erzeugen, um das Fließen der Metallschmelze in den Eingußkanal (68) zu regulieren , um das Fließen der Metallschmelze in die Gießform (14) durch das Gießform-Einlaufsystem anzugleichen und das Fließen des Metalls zu beenden, um das von dem Vorratsbehälter (18) zur Gießform (14) nachlaufende Metall zu berücksichtigen, um die Gießform genau zu füllen, wobei das Reguliersignal einen Regulierwert für jedes Abtast-Intervall aufweist und jeder Regulierwert eine Funktion des Differenz-Wertes für sein zugeordnetes Abtast-Intervall und eines Regulier-Voreinstellungs- Wertes für dieses Abtast-Intervall basierend auf vorgewählten Gießparametern von wenigstens einem vorangegangen Gießvorgang ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Sensor (66) eine Videokamera aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Sensor (66) eine digitale elektronische Kamera aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Vorratsbehälter (18) eine Stopfenpfanne aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Fließ-Reguliermittel (28) eine Absperrstange aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch Positionierungsmittel (48, 64, 90) zum Einführen des Metallschmelze-Flusses in bezug auf den Eingußkanal.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Positionierungsmittel (48, 64, 90) Mittel aufweisen, um den Vorratsbehälter in zueinander senkrechten Achsen in einer horizontalen Ebene zu bewegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (66) eine digitale elektronische Kamera zum Erfassen des Bildes der Oberfläche der Metallschmelze im Einlaufkanal aufweist und eine Folge von einzelnen Bildsignalen erzeugt, die für die Oberfläche des Metalls relativ zur Oberfläche der Gießform repräsentativ sind, und die Zentraleinheit (78) einen Mikroprozessor aufweist zum sich wiederholenden Vergleichen jedes Bildsignals mit einem vorgewählten Bezug, wobei ein Differenz-Wert erzeugt wird, der für die Differenz zwischen jedem Bildsignal und dem Bezug repräsentativ ist, und der Mikroprozessor so angeordnet ist, daß er ein Reguliersignal für die Fließ-Steuereinrichtung (28) ansprechend auf den Differenz- Wert erzeugt und der Mikroprozessor Adaptivmittel zum Erzeugen von Regulier-Signal-Voreinstellungs-Werten (Bi,n) während der Dauer des Gießvorganges basierend auf vorangegangenen Gießvorgängen zum Regulieren des Fließens der Metallschmelze in den Eingußkanal aufweist, um das Fließen des Metalls in die Gießform durch das Gießform-Einlaufsystem anzugleichen und das Fließen des Metalls zu beenden, um von der Pfanne zur Gießform nachlaufendes Metall aufzunehmen, um die Gießform genau zu füllen.

9. Verfahren zum Regulieren des Gießens von Metallschmelze in einzelne Gießformen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(a) kontinuierliches Erfassen des Bildes des Niveaus der Metallschmelze im Eingußkanal und Erzeugen von Bild-Flächen-Informationen, die für die Oberfläche des Metalls relativ zur Oberfläche der Gießform repräsentativ sind,

(b) sich wiederholendes Abtasten der Bild-Flächen-Information während vorherbestimmter Abtast-Intervalle für einen Gießvorgang und Erzeugen von auf dem Abtasten beruhenden Bild-Flächen- Informationen mit einer vorgewählten Abtastfrequenz,

(c) sich wiederholendes Vergleichen der auf dem Abtasten beruhenden Bild-Flächen-Information mit einem vorgewählten Bezugs- Flächenwert und Erzeugen eines Differenz-Wertes, der repräsentativ ist für die Differenz zwischen der Bild-Flächen-Information und dem Bezugs-Flächenwert, und

(d) Regulieren des Fließens der Metallschmelze in den Eingußkanal, um das in bezug auf die Form innere Fließen des Metalls anzugleichen, und Beenden des Metallflusses, um von einer Quelle zur Gießform nachlaufendes Metall aufzunehmen, um so die Gießform genau zu füllen, wobei das Reguliersignal einen Regulierwert für jedes Abtast-Intervall aufweist und jeder Regulierwert eine Funktion des Differenz-Wertes für sein zugeordnetes Abtast-Intervall und Regulier-Voreinstellungs-Werte für dieses Abtast-Intervall basierend auf vorgewählten Gießparametern von wenigstens einem vorangegangenen Gießvorgang ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt des Zentrierens des Metallschmelze-Flusses in die Gießform umfaßt.