专利名称：造型台感应和自动化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于铁质和非铁模具的铸造的熔融金属模具铸造系统。更具体地说，本发明提供了一种造型台感应和自动化系统，其提供了关于泄漏检测的多个实施例和方面，以及采用受控的臂或台机构的其它任务的自动化。
背景技术：
金属锭块、方坯和其它铸件通常由铸造工艺形成，其中利用了立式定向模具，其位于处于金属铸造厂的地面之下的大型铸坑之上，然而本发明也可用在卧式模具中。立铸模具的下方部件是起始垫块。当铸造工艺开始时，起始垫块处于其最上方位置并位于模具中。当熔融金属浇注到模具内腔或型腔中并被冷却(通常通过水)时，起始垫块通过液压缸或其它装置以预定的速度缓慢地降低。当起始垫块下降时，凝固金属或铝从模具的底部中浮现出来，并且形成了各种几何形状的锭块、圆料或方坯，它们也称为铸件。
虽然本发明大体上应用于金属的铸造，包括但不限于铝、黄铜、铅、锌、镁、铜、钢等，然而所给出的示例和所公开的优选实施例将针对铝来介绍，因此，虽然本发明可更广泛地应用于各种金属，但为保持一致性将在全文中使用用语“铝”。
有多种方式来实现和构造立铸装置，在
图1中显示了一个例子。在图1中，铝的立铸在车间地面的高度之下在铸坑中进行。在铸坑底面101a的正下方设有沉箱103，其中设置了用于液压缸的液压缸筒体102。
如图1所示，典型的铝立铸装置的下部中的部件显示为处于铸坑101和沉箱103中，它们为液压缸筒体102、冲头106、安装底壳105、台板107和起始垫块基体108(也称为起始头或底块)，它们均显示为处于铸造厂地面104的高度之下。
安装底壳105安装在铸坑101的底面101a上，在其下方为沉箱103。沉箱103由其侧壁103b和其底面103a限定。
在图1中还显示了典型的造型台组件110，其可如图所示地由可推动造型台翻转臂110a的液压缸111来倾斜，从而围绕点112枢轴转动，以便抬起和转动主铸造构架组件，如图1所示。还显示了造型台滑架，其允许造型台组件在铸坑上方移动到铸造位置中以及从中移出。
图1还显示了部分地下降到铸坑101中的台板107和起始垫块基体108，以及正在部分地形成的铸件或方坯113。铸件113处于包括有起始头或底块的起始垫块基体108上，它通常(但不总是)位于起始垫块基体108上，所有这是都是本领域已知的，因此不必更详细地显示或介绍。虽然采用用语“起始垫块”来指部件108，然而应当理解，在该行业中也使用底块和起始头来指部件108，在铸造锭块时通常使用底块，在铸造方坯时通常使用起始头。
虽然图1中的起始垫块基体108仅显示出一个起始垫块108和柱脚115，然而通常在每个起始垫块基体上都安装有若干起始垫块和柱脚，其可在铸造工艺期间当起始垫块下降时同时铸造方坯、特定形状体或锭块，如下面的图所示和所知道的那样。
当液压流体在足够的压力下引入到液压缸中时，冲头106以及起始垫块108被抬起到适于铸造工艺的所需起始高度位置，此时起始垫块处于造型台组件110中。
起始垫块108的下降通过在预定速率下从液压缸中定量供应液压流体来完成，因此可在预定的和受控的速率下降低冲头106，从而降低起始垫块。在工艺期间通常使用水冷装置来受控地冷却模具，以帮助正显露出来的锭块或方坯的凝固。
本领域的普通技术人员已知有多种可适用于造型台的模具和铸造技术，并不是要求用特定的模具和铸造技术来实施本发明的各种实施例。
造型台需以所有尺寸和构造来提供，这是因为造型台所放在其上的铸坑具有多种不同的尺寸和构造。因此，对造型台适于特定应用的需求和要求取决于多种因素，这些因素中的一些包括铸坑的尺寸、水源的位置以及操作铸坑的实体的实践。
典型造型台的上侧与金属配给系统操作性相连或与之相互作用。典型造型台还与其所容纳的模具操作性相连。
当采用立式连铸模具来铸造金属时，熔融金属在模具中冷却，并且在起始垫块基体下降时连续地从模具下端中显露出来。显露出的方坯、锭块或其它结构体需要充分地凝固，以便可维持其所需的形状。通常在所显露凝固金属和可渗透围墙之间存在有气隙。在此之下，在所显露凝固金属和模具下部以及相关设备之间还存在有模具气穴。
由于铸造工艺通常使用了流体，包括润滑剂在内，因此必须设计导管和/或管道以将流体输送到模腔周围的所需位置。虽然在整个说明书中使用了用语“润滑剂”，然而可以理解，它也可指各种类型的流体，可以是润滑剂，也可以不是润滑剂，还可包括脱模剂。
在铸坑和熔融金属中和周围工作是有潜在危险的，一直希望能够找到提高安全性和减少设备操作人员所面临的危险或事故的可能性的方法。
在本发明的一个方面中，其目的是提供一种自动化系统以执行与铸造工艺有关的任务，其可通过使用自动控制机构来提高安全性，该自动控制机构在这里称为受控臂，但其可包括铰接臂、机械手或X-Y机器。虽然所有这些均可被视为x-y机器或x-y装置，然而本领域的普通技术人员可以理解，这里描述并称为x-y机器的机器也可包括在第三维(z方向)上的运动。因此对于本发明的目的而言，用语“x-y装置”的使用包括上述装置以及可在第三方向或z方向上运动的装置。这里所称的两维和三维的任务可包括将成型栓插入到模腔中，在铸造开始之前对起始头进行干燥、清洁和/或上油，施加脱模剂，等等。
附图简介下面将参考附图来介绍本发明的优选实施例。
图1是典型的立式铸坑、沉箱和金属铸造装置的视图；图2是其中可使用本发明实施例的多种模具构架之一的透视图；图3是带有四行七列熔融金属模具的造型台的示意性顶视图；图4是带有安装在其上的受控臂并可为模腔提供成型栓的造型台的视图；图5是本发明可使用的模具的一个实施例的剖视图，其中金属阻流装置为成型栓，其设置在模具入口之上，并且可向下降低到模腔中，以便阻止金属流到模具中；图6是本发明可使用的模具的一个实施例的剖视图，其中金属阻流装置为成型栓，其可插入到模具入口中以阻止金属流到模具中；图7是本发明可使用的模具的一个实施例的剖视图，其中金属阻流装置为槽挡(trough dam)，其插入到金属供给流槽中以阻止金属流到模具中；图8是成型栓和工具架的视图，它们用来固定成型栓、槽挡、压缩空气喷嘴结构和润滑油施加器，这里仅列举了其中的一部分；图9是本发明可使用的控制系统结构的实施例的示意图；图10是泄漏检测器经电线与+24VDC的操作连接以及与输入输出控制器的操作连接的示意图；图11是本发明可使用的控制系统结构的另一实施例的示意图；
图12是本发明一个实施例的示意性图示，其中使用压缩空气喷嘴来从起始头中除去水以及其它不利成分，并且显示了向起始头施加油的油施加器；图13是带有安装在其上的受控臂的造型台的视图，其可向起始头施加压缩空气或油并穿过模腔；图14是造型台的视图，其带有可在本发明的一个方面中使用的受控X-Y构架而非铰接臂，可向模腔提供成型栓；图15是可作为本发明的一部分来使用的X-Y机器的实施例的顶视图；图16是安装在造型台上的本发明一个实施例的透视图，其带有一定的铸造周长；和图17是本发明一个实施例的透视图，其中受控臂正在将成型栓经由耐火金属供给系统而插入到模腔中。
优选实施例的详细描述本发明所用的许多紧固、连接、制造和其它装置和部件是在所述发明领域中普遍知道和使用的，它们的准确特性或类型对本领域或学科的技术人员理解和使用本发明而言不是必需的；因此，它们将不会进行详细讨论。此外，针对本发明的任何特定应用而在这里显示或介绍的各种部件均可如本发明所预期地那样进行修改或变更，具体应用的实践或任何零部件的实施例都已是本领域或学科的技术人员所普遍知道和使用的；因此，它们都将不会进行详细讨论。
权利要求书中使用的用语“一个”或“该”依照长期以来权利要求撰写实践来使用，并无限制意义。除非有具体地阐述，否则用语“一个”或“该”并不限于一个零部件，而是指“至少一个”。
可以理解，本发明可应用于或用在各种金属浇注技术和结构中。还可以理解，本发明可用在卧式或立式铸造装置中。
因此，模具必须能够从熔融金属源中接受熔融金属，无论该特定源的类型如何。因此，模具中的模腔必须相对于熔融金属源定位在流体或熔融金属接受位置中。
本领域的普通技术人员还可以理解，本发明的实施例可与新的系统相结合地使用，和/或用来对目前使用的铸造系统进行改造，这些都属于本发明的范围内。申请人在本文中通过引用结合了美国专利6446704，就如其在本文中完全阐述过一样。
本领域的普通技术人员可以理解，该系统的实施例可包括受控臂或机械手，或者可包括X-Y台，或者是它们的结合，这些都属于本发明实施例的构思内。
图1是立式铸坑、沉箱和金属铸造装置的视图，其在上文中有详细的介绍。
图2是其中可使用本发明实施例的多种模具构架之一的透视图，显示了耐火槽135、模具入口134、模具出口136、通常是石墨环的可透过周壁130、水入口导管133和模具构架131。图2还显示了从模具出口136中显露出来的圆形铸件137。
图3是带有四行152、七列151的熔融金属模具的造型台150的示意性顶视图，并显示了示例性的两维X-Y坐标。图3显示了带有x维度153和y维度154的造型台。
图4是带有安装在其上的受控臂179并为模腔178提供成型栓185a的造型台170的视图。图4显示了造型台构架175、铸坑171和起始垫块基体169。在铸造期间，起始垫块基体169如箭头174所示地垂直运动。该实施例显示为具有熔融金属浇注系统172，其通常包括耐火槽如槽173。图4还显示了第一模腔177和第三模腔178，以及其它未标示的部件。
在该实施例中可以使用机械手、受控臂或铰接臂179，其可以是本发明构思内的多种不同结构中的任一种。图4显示了臂支座180，其带有可枢轴转动地安装在臂支座180上的基部181。如图所示，第一臂部182的第一端可枢轴转动地连接在基部181上，第二臂部183的第一端可枢轴转动地连接第一臂部182的第二端上。
受控臂179还包括连接部168，其可枢轴转动地连接在的第二端或第二臂部分183上，并且带有用于与工具如成型栓、槽挡和空气或油喷嘴相互作用的抓手184(也称为抓爪)。控制臂179还可包括伸缩部183a，以允许将第二臂部183延长一段增加的范围。
图4显示了受控臂179夹持住成型栓185，将其插入到第一模腔(实线)中，以及将其插入到第二模腔(如虚线所示)中。可以容易地对这里提供的控制系统进行编程，以便例如对泄漏状况作出响应，获取成型栓，并且将其放到可以阻止熔融金属流经其中发生了泄漏的模腔的位置。
受控臂179可以是多种可得到的受控臂中的任一种，例如由FanucRobotics of America，Lake Forest，Illinois或Panasonic Robotics公司所售出的受控臂。受控臂可带有控制系统，这是本领域的普通技术人员所公知和使用的。
本领域的普通技术人员还可以理解，在本发明中公开的铰接臂实施例可永久性地或暂时性地安装或定位在所述造型台之上或其附近。在暂时性定位的实施例中，控制系统可被编程或构造为在超过一个模具台上执行相同的功能或任务，而铰接臂或机械手可在设备的造型台之间移动。该一个或多个造型台可处于不同铸坑或同一铸坑中。例如在另一实施例中，受控臂可安装在一个铸坑的附近，可在该铸坑中使用超过一个铸造台，并且用于该受控臂的控制器可被编程、构造或设置成在每一所需的模具台上执行其任务。
图5是本发明可使用的模具的一个实施例的剖视图，其中金属阻流装置为带有把手146的成型栓138，其设置在模具入口之上，并且可向下降低到模腔134中，以便阻止金属流过模具。图5显示了耐火槽135、模具入口134、模具出口136、通常是石墨环的可透过周壁130、水入口导管133以及从模具出口136中显露出来的圆形铸件137。
图6是本发明可使用的模具的一个实施例的剖视图，其中金属阻流装置为带有把手的成型栓138，成型栓138显示为插入到模具入口134中，以便阻止金属流过模具。图6显示了耐火槽135、模具入口134、模具出口136、通常是石墨环的可透过周壁130、水入口导管133以及从模具出口136中显露出来的圆形铸件137。
图7是本发明可使用的模具的一个实施例的剖视图，其中金属阻流装置为槽挡127，其插入到金属供给流槽中，以便阻止金属流过模具。图7显示了耐火槽135、模具入口、模具出口136、通常是石墨环的可透过周壁130、水入口导管133以及从模具出口136中显露出来的圆形铸件137。
图7还显示了本发明的另一方面，其中在模具出口136的周围或附近设置了泄漏检测器129，使其设置成可接受已泄漏出来的熔融金属，然后发出信号或指示控制系统泄漏状况这一事实及其位置。
泄漏检测器129可以是导电体熔丝，在系统实施例中其可构造成多种不同构造中的任一种。例如，泄漏检测器129可以是熔丝传感器，其可将24VDC传导到安装在台上的远程输入/输出(″I/O″)模块(如后图所示)中，该绝缘熔丝可构造成在300华氏度到450华氏度的温度范围内熔化。这将容易导致其响应于泄漏状况而熔化。本领域的普通技术人员可以理解，在本发明的范围内可以使用多种不同控制电路和/或电压中的任一种，其不限于任何一种。
泄漏检测器129即该实施例中的熔丝的熔化导致从远程I/O模块的输入端中撤去了该24VDC。在这种构造中，可使用负载电阻器来防止输入信号浮动到更高。
在泄漏检测器129构造的另一方面中，可以为模腔或模具出口内的绝缘熔丝提供24VDC电源。这样，通到-24VDC的负载电阻器可导致部分熔透，从而完全地断开并将远程I/O的输入降低到0VDC。这一构造对小型造型台而言是理想的，因为大型台对供给电流的要求更高。
在针对泄漏检测器129的构造的本发明的另一实施例中，可为模腔或模具出口中的绝缘熔丝提供+24VDC电源，而将-24VDC连到模腔中。模腔的局部熔透将使24VDC电源短路，完成熔透，完全断开到远程I/O的输入。如同其它构造或实施例中的一样，可使用负载电阻器来防止输入信号不利地浮动到更高。
图8是成型栓和工具架的视图，工具架用来固定成型栓、槽挡、压缩空气喷嘴结构、润滑油施加器以及脱模剂施加器，这里仅列举了其中的一部分。图8显示了工具架构架250；经由固定结构253保持在工具架构架250中的带有把手255的成型栓256；经由固定结构252保持在工具架构架250中的带有把手257的模具槽挡258；以及操作性地连接到供给线路260上并经由固定结构251保持在工具架构架250中的喷嘴259。喷嘴可以是压缩空气喷嘴，而供给线路可以是操作性地连接到压缩空气源上的供给线路，或者，它例如可以是构造成可为起始头供油的油喷嘴，而供给线路可以是操作性地连接到油源上的供油线路。
本领域的普通技术人员可以理解，工具架构架250可以是多种不同的形状和构造中的任一种，例如心轴或其他的构造，所有这些都是本领域中所公知的。
图9是本发明可使用的控制系统结构的一个实施例的示意图，其示意性显示了多个模具或模腔271，272，273，274，275和276，它们均具有设置在模腔或模具出口之内或周围的泄漏检测器，它们设置成可检测泄漏的状况。各模具或模腔经由连接器281(从传感器装置到微型PLC控制器的终端连接)与作为PLC(可编程逻辑控制器)控制器280的一部分的数字输入模块电连接。来自传感器电源的公用连接与数字输入模块的公共端相连。在该示例中，传感器供给和输入模块如图所示地构造成用于24VDC。各模腔传感器也与+24VDC线路277和数字输入模块线路278电连接。各模具或模腔还与+24VDC线路279电连接。输入/输出控制器280经线路282与控制计算机283操作性相连。控制计算机283可被编程以接收信号，识别感应到状况的位置或模具，并且传输指令或信号给铰接臂控制器284，其也可以是X-Y机器控制器。
图10是泄漏检测器经线路与+24VDC的操作性连接以及与输入输出控制器的操作性连接的示意图，其显示了模腔271、位于模腔或模具出口的周边周围的泄漏检测器268、经线路278与泄漏检测器268相连的输入/输出控制器280，以及连到+24VDC的线路277。
图11是本发明可使用的控制系统300的结构的另一实施例的示意图，其示意性显示了多个模具或模腔301，302，303，304，305和306，它们均具有设置在模腔或模具出口之内或周围的泄漏检测器，它们设置成可检测泄漏的状况。各模具或模腔分别经由连接线路308，310，312，314，316和318通过连接器(从传感器装置到远程输入/输出架的终端连接)与输入/输出控制器321电连接。远程I/O架可如图所示地构造成处于-24VDC下。各模具或模腔还经过线路307，309，311，313，315和317与+24VDC线路320电连接。远程输入/输出架321与PLC控制器323操作性相连。PLC控制器经由以太网325或一些其它通信协议而操作性相连，其中以太网325又经由线路328与HMI(人机接口)接口计算机329相连，而PLC控制器还经由线路326与办公SCADA(监控和数据采集)控制计算机327相连。控制计算机327可被编程以接收数字输入模块的信号，识别感应到状况的位置或模具，并传输指令或信号给铰接臂控制器323，其也可以是x-y机器控制器。远程输入/输出架321经由无线连接或经由导体319与PLC控制器相连。
在本发明的这一方面中，泄漏检测传感器(如图7所示)可以是熔丝129，它是绝缘的温度敏感性金属，其可根据多种不同因素如熔化温度来选择。熔丝129也可通过塑料或其它绝缘材料来绝缘并且穿在其中。在本发明的一个方面中，可采用焊料作为熔丝。在这一方面，可对熔丝进行选择、确定、改制以适于具体应用。
虽然熔丝、在此例中为焊料周围的绝缘层可通过浸渍焊料来施加，然而它也可以是预成形的护套类型的绝缘层，或者是其中放置了焊料或其它预定材料的结构。在另一实施例中，泄漏检测器可以设置在模具构架或外壳的附近，使得在产生泄漏时传感器或泄漏检测器和模具外壳之间的绝缘被除去，产生了至接地部即模具外壳的短路状况，因而导致输入/输出卡检测到短路状况。
在本发明的一个方面中，熔丝可包括处于模腔周围的常闭电路回路，当达到其熔化温度时，它便断开了该常闭电路。一旦该常闭电路断开，PLC上的输入/输出卡便检测到开路或“无电路”状况，直到更换熔丝为止。PLC上的输入卡发送字节即数字信息给控制器，并且发送给可显示该状况的处理器。
在本发明的其它方面中，泄漏检测传感器可以是其中至少一个绝缘的扭曲或相邻的电线对，使得当产生泄漏状况时，电线对之间的绝缘熔化掉，产生短路，这又导致输入/输出卡检测到短路状况。
图12是本发明实施例的示意图，其中采用压缩空气喷嘴356来供给空气357，以便从起始头354的表面354a上除去水和其它不需要的成分，图中还显示了油施加器358，用于将油(或润滑剂)359施加到起始头353的表面353a上。图12显示了起始头阵列350的一部分，包括起始头351，352，353和354，它们分别包括顶面351a，352a，353a和354a。受控的铰接臂或X-Y系统可被编程，以便根据所需的顺序依次将压缩空气施加到表面上，以便除去水分和其它不需要的成分，然后类似地施加油359或润滑剂到表面上，以便为铸造工艺做好准备。
图13是类似于图4的带有安装在其上的受控臂的造型台的视图，其中仅显示了向起始头施加压缩空气或油，而不是将成型栓插入到模腔中。图13显示了带有安装在其上的受控臂179的造型台170，其还设有喷嘴191，以便将流体射流192(油或空气)提供给模腔178中的起始头。图13显示了造型台构架175、铸坑171和起始垫块基体169。起始垫块基体169在铸造期间如箭头174所示地垂直运动。该实施例显示为具有熔融金属浇注系统172，其大致包括耐火槽如槽173。图13还显示了第一模腔176、第二模腔177和第三模腔178，以及其它未标出的部件。
图14是在本发明的一个方面中使用的带有受控X-Y构架的造型台的视图，取代了可向模腔提供成型栓的铰接臂。造型台部件是与图4所示相同或相似的部件，其采用相同的标号来显示，因此不再详细讨论。如上所述，本领域的普通技术人员可以理解，虽然在这里使用了用语x-y机器、装置或构架，然而该领域的这些装置可以并确实还包括第三方向即z方向上的运动。
图14显示了带有安装在其上的控制器352的X-Y机器350，其设于造型台之上，还显示了机器构架351。X-Y机器具有连接机构353，以允许其保持各种所需的工具，例如成型栓354。
图15是可以作为本发明的一部分来使用的X-Y机器380的一个实施例的顶部示意图，其显示了位于多个模腔384之上的构架381。连接机构385安装在滑车383上，而滑车383可滑动地安装在支架382上，以提供X方向上的运动。支架382可滑动地安装在构架381上，以提供Y方向上的运动。在图15所示的实施例中，连接机构385显示为夹持住成型栓386，然而成型栓仅仅是其可使用的多种不同工具中的一种。
在本发明的一个实施例中，控制系统将操作受控臂或X-Y机器以获取与压缩空气源操作性相连的空气喷嘴，并且顺序地运动到造型台的各起始头处，以便释放足够的空气以将液体从其表面上除去。这可通过起始头上方的铸造台或通过运动或倾斜的铸造台来完成。然后受控臂或X-Y机器获取油或润滑剂喷嘴，并且顺序地运动到造型台的各起始头处，将油或润滑剂喷射到起始头上，以便使其表面准备好用于铸造工艺。还可以使用结合有受控臂的控制系统来获取与脱模剂源操作性相连的喷嘴，以便对造型台进行喷射而使其准备好以用于铸造工艺。
控制系统与泄漏检测器操作性相连，一旦铸造工艺开始，控制系统便待命对所感应到的泄漏状况作出反应。在这种情况下，根据泄漏的位置，受控臂或X-Y机器将获取成型栓或槽挡，将其插入到可阻止熔融金属流经其中发生了泄漏的模腔的位置。
图16是本发明的一个实施例的透视图，其中显示了铸造区400，其带有周边围栏403，该围栏403包括构成了铸坑区域周围的虚拟围栏的光束或激光束404。如果光束被中断的话，那么该周边围栏可执行一项或多项任务，例如停止铸造工艺、停用受控臂420、激活警报或类似动作。
模具台401安装在铸坑402之上。该造型台包括熔融金属供给系统，其包括带有开口405的耐火槽430，该开口405用来提供接触到各开口405之下的模具的途径。熔融金属供给系统是可在本发明的实施例中使用的多种供给系统中的一种，但没有一种是实施本发明所必须的。在图16中，槽430大体上由耐火材料构成，带有大致由金属材料制成的顶部407。
图16所示的受控臂420的实施例包括安装在与造型台相邻的区域上的底座421，然而在其它实施例中它也可安装在造型台上。受控臂420的其余部分可枢轴转动地安装在底座421上，还包括第一臂部422、第二臂部423和适配部425。受控臂420可以是多种受控臂中的一种，例如由Fanuc Robotics America或Panasonic America所销售的受控臂。典型的受控臂420可包括一个或多个适配部，以便用于不同的应用和任务，但没有一种构造是必须的。在所示实施例中，受控臂连接在成型栓424的把手上，其经过所示耐火槽而插入到模腔中。
在本发明的其中采用受控臂来为起始头施加空气或润滑剂的如上所充分介绍的实施例中，可将导管或软管或其一部分安装在受控臂420上，或者，它们可整个地安装在别处，并且被受控臂420的适当适配部所夹住。
图17是图16所示的本发明实施例的透视图，其仅为特写图。图17显示了受控臂420正将成型栓424穿过耐火性熔融金属供给系统而插入到模腔中。图17显示了带有光束或激光束404的周边围栏403、铸坑402、铸台或成型台401、耐火性熔融金属槽430、模腔上方的耐火槽中的模具开口405，以及带有存储、保持或固定在构架430中以供受控臂420接触到的成型栓把手426a的成型栓426。
图17还显示了第一臂部422、第二臂部423、耐火性顶部407和受控臂底座421。
本领域的普通技术人员可以理解本发明实施例所提供的潜在好处，其可以是仅需较少人员的铸坑区域。尽管通常可持续保持较高的安全警觉性，然而当操作人员处于高温材料如熔融铝和/或重型设备周围时，总是至少存在一些危险。本发明的实施例可以在操作期间和万一发生泄漏时从工作区域中撤走操作人员。现有的方法包括由操作人员人工地夹持成型栓，冒着危险到造型台上将成型栓插入到模腔中以阻止熔融铝的流动。现有系统还通常要求操作人员在将成型台设置在起始头上之前冒着危险亲自到铸坑区域上以将空气施加给起始头并将润滑油施加给起始头，使其准备好用于铸造工艺。本发明的实施例消除了操作人员必须执行这些任务的需要，使得这些任务及其它任务可由上述受控臂或x-y机器来执行。
本领域的普通技术人员可以理解，对于受控臂来说可以有许多不同的受控臂和控制系统，它们可以得到并用在本发明的实施例中，但没有一种是实施所述实施例所必须的。通过使用可在本领域中得到的可用系统，这些可用控制系统便提供了工具，用于使任何特定的受控臂执行这里提供的任务和功能。
因此，在本发明实施例的典型顺序中，受控臂可被编程为可使用各起始头上的空气喷嘴，这通过使造型台移离模腔或从模腔中通过来实现。一旦除去了空气和其它污染物，那么受控臂便可利用润滑剂喷嘴来为起始头施加润滑剂或油，如同本领域中已知的那样。一旦起始头充分地准备好，造型台便可在起始头上向后运动，或者在起始头上往后倾斜，以便开始将熔融金属引入到模腔中，从而开始铸造工艺。
在铸造期间，各模腔包括泄漏检测器来感应或检测泄漏状况。一旦检测到泄漏状况，控制器便识别出模腔，指示受控臂从成型栓构架中获取成型栓，并将其插入到这个或那个模腔中。该系统还可使铸造工艺变更或停止，但不一定要如此。
如同本领域的普通技术人员所理解的那样，本发明具有许多实施例，可对所使用零件和部件进行修改，这些都属于本发明的范围内。
例如，本发明的一个实施例可以是用来阻止熔融金属流经多个模腔中的至少一个的系统，各模腔设置在造型台上的一个x-y坐标处，各模腔均包括模腔入口和模腔出口，该系统包括多个传感器，各传感器相对于多个模腔出口中之一定位，以便检测熔融金属泄漏状况的发生，该多个传感器中的每一个构造成可提供泄漏状况信号；模腔成型栓，其尺寸对应于该多个模腔入口，使得当其插入到模腔入口处或其附近时，模腔成型栓可以阻止熔融金属流经模腔；由机械手控制器所控制的机械手，该机械手具有一定的臂范围，并且设置在相对于模腔成型栓的可重新获取的位置，另外，机械手可以延伸，以将模腔成型栓插入到多个模腔入口中之一处或其附近，以便阻止熔融金属流经该模腔；并且机械手控制器构造成可利用第一泄漏状况信号和发生了第一熔融金属泄漏状况的模腔的第一预定x-y坐标，还可控制机械手以将模腔成型栓置于模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔。其另一实施例还包括多个模腔成型栓，其尺寸对应于该多个模腔入口，使得当其插入到模腔入口处或其附近时，模腔成型栓可以阻止熔融金属流经模腔；并且机械手控制器构造成可利用多个泄漏状况信号和发生了熔融金属泄漏状况的模腔的多个相应的预定x-y坐标，还可控制机械手来将多个模腔成型栓置于模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔。
在上文中的另一实施例中提供了一种系统，包括多个起始头，各起始头在铸造期间设在多个模腔中的一个之下，各起始头具有预定的x-y坐标；其中机械手被进一步控制，以便在铸造之前在多个起始头上施加气体流；和/或，机械手被进一步控制，以便在铸造之前在多个起始头上施加润滑剂。
上述系统还体现为传感器是熔丝传感器，其包括具有预定熔化温度的中心基底金属，该温度低于由铸造模具铸造的熔融金属的温度；以及周向地围绕着中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。熔丝例如可以是焊料。
在本发明的方法实施例中，提供了一种用于阻止熔融金属流经熔融金属造型台上的模腔的方法，包括提供带有多个模腔的熔融金属造型台，该多个模腔中的每一个均设在造型台上的某一x-y坐标处，该多个模腔中的每一个均具有模腔入口和模腔出口；提供多个传感器，各传感器相对于该多个模腔出口中之一来定位，以便检测熔融金属泄漏状况的产生，该多个传感器中的每一个均构造成可提供泄漏状况信号；提供尺寸对应于多个模腔入口的模腔成型栓，使得当插入到模腔入口处或其附近时，模腔成型栓可以阻止熔融金属流经模腔；提供由机械手控制器控制的机械手，机械手设置成可重新获取模腔成型栓，并将模腔成型栓插入到多个模腔入口中之一处或其附近，以便阻止熔融金属流经该模腔；提供机械手控制器，其构造成可利用泄漏状况信号和其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔的预定x-y坐标，还可控制机械手以将模腔成型栓放在模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔；开始通过造型台来铸造熔融金属；感应来自多个模腔中之一的熔融金属泄漏状况；将多个模腔中之一的熔融金属泄漏状况的x-y坐标提供给机械手控制器；控制机械手以重新获取多个模腔成型栓中之一；控制机械手，将多个模腔成型栓中之一插入到其中感应到熔融金属泄漏状况的模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经该模腔。
上一段落中的实施例还可包括提供机械手控制器，其构造成可使用气体喷嘴来给多个起始头施加气体；以及在铸造开始之前，控制机械手以便向多个起始头施加气体流。该气体优选是空气。
在本发明的另一实施例中，提供了一种自动化的熔融金属铸造系统，其用于在铸造区中用造型台来铸造熔融金属，其中铸造系统包括位于熔融金属铸造区中的造型台，该造型台包括多个模具，各模具具有相应的模腔并均设置成可接受熔融金属；多个起始头，各起始头对应于该多个模具中之一；安装在铸造区中的受控臂，该受控臂构造成可接近该多个模具；以及处于铸造区周围的铸造区周边，其限定了在铸造期间其中不需要有操作人员的区域。该实施例还包括多个熔融金属泄漏检测传感器，各泄漏检测传感器设置在多个模具中之一处，各泄漏检测传感器操作性地连接在受控臂上；多个成型栓，其构造成可由受控臂接触到；其中，受控臂构造成在多个模具中之一处感应到泄漏状况时，受控臂与多个成型栓中之一相连，并且将多个成型栓中之一插入到检测到泄漏的模具中，从而阻止熔融金属流经其中检测到泄漏的模具。
上述系统还体现为传感器是熔丝传感器，其包括具有预定熔化温度的中心基底金属，该温度低于由铸造模具铸造的熔融金属的温度；以及周向地围绕着中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。熔丝例如可以是焊料。上一段落中的实施例还可包括提供机械手控制器，其构造成可使用气体喷嘴来给多个起始头施加气体；以及在铸造开始之前，控制机械手以便向多个起始头施加气体流。该气体优选是空气。
上面第二段中的实施例还可包括提供机械手控制器，其构造成可使用安装在铸造区中的液体喷嘴，该液体喷嘴构造成可由受控臂接触到；其中受控臂构造成与液体喷嘴相连，并使液体喷嘴顺序地运动到多个起始头处以向其施加液体。该液体可以是润滑剂和/或脱模剂。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于熔融金属铸造系统的控制系统，该熔融金属铸造系统包括位于铸造区中的造型台，该造型台包括多个模具和对应于该多个模具的多个起始头，控制系统包括多个泄漏检测传感器，它们构造成可放置在多个模具中；以及与多个泄漏检测传感器操作性相连的受控x-y装置，该x-y装置包括构造成连接在熔融金属成型栓上的机械手，x-y装置还构造成可使机械手连接到成型栓上，并且使成型栓运动到其中感应到泄漏状况的多个模具之一中。
上一段落中的控制系统的实施例还可以安装在铸造区内；和/或可以是受控臂。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于利用造型台来铸造熔融金属的自动化系统，该系统包括位于熔融金属铸造区中的造型台，该造型台包括多个模具，各模具具有相应的模腔；多个起始头，各起始头对应于该多个模具中之一；安装在铸造区中的受控臂，该受控臂构造成可接近该多个模具；多个熔融金属泄漏检测传感器，各泄漏检测传感器设置在多个模具中之一处；启动通过造型台来铸造熔融金属；用多个泄漏检测传感器中之一来感应多个模具中之一的泄漏状况；以及移动受控臂以将成型栓放置在感应到泄漏状况的模具中。
上述系统还体现为传感器是熔丝传感器，其包括具有预定熔化温度的中心基底金属，该温度低于由铸造模具铸造的熔融金属的温度；以及周向地围绕着中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。熔丝例如可以是焊料。
还可提供另一方法实施例，该方法用于在铸造区的造型台中自动化地铸造熔融金属，该造型台包括多个模具，各模具具有相应的模腔，该方法包括下述提供安装在铸造区中的受控臂，该受控臂构造成可接近该多个模具；提供多个熔融金属泄漏检测传感器，各泄漏检测传感器设置在多个模具中之一处；启动通过造型台来铸造熔融金属；用多个泄漏检测传感器中之一来感应泄漏状况；以及移动受控臂以与成型栓相连；将带有成型栓的受控臂移动到其中感应到泄漏状况的模具中；将成型栓插入到其中感应到泄漏状况的模具模腔中，从而阻止熔融金属流经所述模具。
在另一实施例中，提供熔丝传感器作为熔融金属铸造模具中的熔融金属泄漏检测器，该熔丝传感器包括具有预定熔化温度的中心基底金属，该温度低于由铸造模具铸造的熔融金属的温度；以及周向地围绕着中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。熔丝例如可以是焊料，但不必如此。本领域的普通技术人员可以理解，在本发明的构思内可以采用许多种不同的材料，并不需要特定的材料来实施本发明。
按照有关规定，已经以针对结构和方法特征为或多或少具体的语言来介绍了本发明。然而可以理解，本发明并不限于所公开和介绍的具体特征，这是因为这里公开的手段由实施本发明的优选形式构成。因此，本发明要求属于根据等同原则合理地解释所附权利要求的正确范围内的任何这种形式或改进。
权利要求
1.一种用于阻止熔融金属流经多个模腔中的至少其中之一的系统，各所述模腔位于造型台上的某一x-y坐标处，各模腔均包括模腔入口和模腔出口，所述系统包括多个传感器，各所述传感器相对于所述多个模腔出口中之一来定位，以便检测熔融金属泄漏状况的发生，各所述多个传感器均构造成可提供泄漏状况信号；模腔成型栓，其在尺寸上对应于所述多个模腔入口，使得当其插入到所述模腔入口处或其附近时，所述模腔成型栓可以阻止熔融金属流经所述模腔；由机械手控制器所控制的机械手，所述机械手具有一定的臂范围，并且设置在相对于所述模腔成型栓的可重新获取的位置，另外，所述机械手可以延伸，以将所述模腔成型栓插入到所述多个模腔入口中之一处或其附近，以便阻止熔融金属流经所述模腔；和所述机械手控制器构造成可利用第一泄漏状况信号和发生了第一熔融金属泄漏状况的模腔的第一预定x-y坐标，还可控制所述机械手以将所述模腔成型栓置于所述模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔。
2.根据权利要求1所述的用于阻止熔融金属流经多个模腔中的至少其中之一的系统，其特征在于，所述系统还包括多个模腔成型栓，其在尺寸上对应于所述多个模腔入口，使得当其插入到所述模腔入口处或其附近时，所述模腔成型栓可以阻止熔融金属流经所述模腔；和所述机械手控制器构造成可利用多个泄漏状况信号和发生了熔融金属泄漏状况的模腔的多个相应的预定x-y坐标，还可控制所述机械手来将所述多个模腔成型栓置于所述模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔。
3.根据权利要求1所述的用于阻止熔融金属流经多个模腔中的至少其中之一的系统，其特征在于，所述系统还包括多个起始头，各所述起始头在铸造期间设在所述多个模腔中的一个之下，各所述起始头具有预定的x-y坐标；其中所述机械手被进一步控制，以便在铸造之前在所述多个起始头上施加气体流。
4.根据权利要求3所述的用于阻止熔融金属流经多个模腔中的至少其中之一的系统，其特征在于，所述机械手被进一步控制，以便在铸造之前在所述多个起始头上施加润滑剂。
5.根据权利要求1所述的用于阻止熔融金属流经多个模腔中的至少其中之一的系统，其特征在于，所述传感器是熔丝传感器，其包括具有预定熔化温度的中心基底金属，所述预定熔化温度低于由所述铸造模具铸造的熔融金属的温度；和周向地围绕着所述中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。
6.根据权利要求5所述的熔丝传感器，其特征在于，所述中心基底金属是焊料。
7.一种用于阻止熔融金属流经熔融金属成型台上的模腔的方法，包括下述提供带有多个模腔的熔融金属造型台，各所述多个模腔均设在所述造型台上的某一x-y坐标处，各所述多个模腔均具有模腔入口和模腔出口；提供多个传感器，各所述传感器相对于所述多个模腔出口中之一来定位，以便检测熔融金属泄漏状况的产生，各所述多个传感器均构造成可提供泄漏状况信号；提供尺寸对应于所述多个模腔入口的模腔成型栓，使得当插入到所述模腔入口处或其附近时，所述模腔成型栓可以阻止熔融金属流经所述模腔；提供由机械手控制器控制的机械手，所述机械手设置成可重新获取所述模腔成型栓，并将所述模腔成型栓插入到所述多个模腔入口中之一处或其附近，以便阻止熔融金属流经该模腔；提供机械手控制器，其构造成可利用泄漏状况信号和其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔的预定x-y坐标，还可控制所述机械手以将所述模腔成型栓放在所述模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经其中发生了熔融金属泄漏状况的模腔；开始通过所述造型台来铸造熔融金属；感应来自所述多个模腔中之一的熔融金属泄漏状况；将所述多个模腔中之一的熔融金属泄漏状况的x-y坐标提供给所述机械手控制器；控制所述机械手，以重新获取所述多个模腔成型栓中之一；控制所述机械手，将所述多个模腔成型栓中之一插入到其中感应到熔融金属泄漏状况的模腔入口处或其附近，以便阻止熔融金属流经所述模腔。
8.根据权利要求7所述的用于阻止熔融金属流经熔融金属成型台上的模腔的方法，其特征在于，所述方法包括提供所述机械手控制器，其构造成可使用气体喷嘴来给所述多个起始头施加气体；和在铸造开始之前，控制所述机械手以便向所述多个起始头施加气体流。
9.一种自动化的熔融金属铸造系统，其用于在铸造区中用造型台来铸造熔融金属，所述铸造系统包括位于熔融金属铸造区中的造型台，所述造型台包括多个模具，各所述模具具有相应的模腔并均设置成可接受熔融金属；多个起始头，各所述起始头对应于所述多个模具中之一；安装在所述铸造区中的受控臂，所述受控臂构造成可接近所述多个模具；和处于所述铸造区周围的铸造区周边，其限定了在铸造期间其中不需要有操作人员的区域。
10.根据权利要求9所述的自动化的熔融金属铸造系统，其特征在于，所述系统还包括多个熔融金属泄漏检测传感器，各所述泄漏检测传感器设置在所述多个模具中之一处，各所述泄漏检测传感器操作性地连接在所述受控臂上；多个成型栓，其构造成可由所述受控臂接触到；和其中，所述受控臂构造成在所述多个模具中之一处感应到泄漏状况时，所述受控臂与所述多个成型栓中之一相连，并且将所述多个成型栓中之一插入到检测到泄漏的模具中，从而阻止熔融金属流经其中检测到泄漏的模具。
11.根据权利要求10所述的自动化的熔融金属铸造系统，其特征在于，所述泄漏检测传感器是熔丝传感器，其包括具有预定熔化温度的中心基底金属，所述预定熔化温度低于由所述铸造模具铸造的熔融金属的温度；和周向地围绕着所述中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。
12.根据权利要求11所述的熔丝传感器，其特征在于，所述中心基底金属是焊料。
13.根据权利要求9所述的自动化的熔融金属铸造系统，其特征在于，所述系统还包括安装在所述铸造区内的气体喷嘴，所述气体喷嘴构造成可由所述受控臂接触到；和所述受控臂构造成可与所述气体喷嘴相连，并且顺序地移动所述气体喷嘴以向多个起始头施加气体。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其特征在于，所述气体喷嘴是空气喷嘴，施加给各所述多个起始头的气体是空气。
15.根据权利要求9所述的自动化的熔融金属铸造系统，其特征在于，所述系统还包括安装在所述铸造区内的液体喷嘴，所述液体喷嘴构造成可由所述受控臂接触到；和所述受控臂构造成可与所述液体喷嘴相连，并且顺序地移动所述液体喷嘴以向所述多个起始头施加液体。
16.根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述液体喷嘴是润滑剂喷嘴，并且为各所述多个起始头施加润滑剂。
17.根据权利要求15所述的控制系统，其特征在于，所述液体喷嘴是脱模剂喷嘴，并且为各所述多个起始头施加脱模剂。
18.一种用于熔融金属铸造系统的控制系统，所述熔融金属铸造系统包括位于铸造区中的造型台，所述造型台包括多个模具和对应于所述多个模具的多个起始头，所述控制系统包括多个泄漏检测传感器，其构造成可放置在多个模具中；和与所述多个泄漏检测传感器操作性相连的受控x-y装置，所述x-y装置包括构造成连接在熔融金属成型栓上的机械手，所述x-y装置还构造成可使所述机械手连接到成型栓上，并且使所述成型栓运动到其中感应到泄漏状况的多个模具之一中。
19.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，所述x-y装置还构造成可与气体喷嘴相连，并将所述气体喷嘴移动到各所述多个起始头处，并且还构造成可经由所述气体喷嘴将气体施加给各所述多个起始头。
20.根据权利要求19所述的控制系统，其特征在于，所述气体喷嘴是空气喷嘴，施加给各所述多个起始头的气体是空气。
21.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，所述x-y装置还构造成可与液体喷嘴相连，并将所述液体喷嘴移动到各所述多个起始头处，所述x-y装置还构造成可经由所述液体喷嘴将液体施加给各所述多个起始头。
22.根据权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述液体喷嘴是润滑剂喷嘴，并且为各所述多个起始头施加润滑剂。
23.根据权利要求22所述的控制系统，其特征在于，所述液体喷嘴是脱模剂喷嘴，并且为各所述多个起始头施加脱模剂。
24.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，所述受控x-y装置安装在所述铸造区内。
25.根据权利要求18所述的控制系统，其特征在于，所述受控x-y装置是受控臂。
26.一种用于利用造型台来铸造熔融金属的自动化系统，所述系统包括下述位于熔融金属铸造区中的造型台，所述造型台包括多个模具，各所述模具具有相应的模腔；多个起始头，各所述起始头对应于所述多个模具中之一；安装在所述铸造区中的受控臂，所述受控臂构造成可接近所述多个模具；多个熔融金属泄漏检测传感器，各所述泄漏检测传感器设置在所述多个模具中之一处；启动通过所述造型台来铸造熔融金属；用所述多个泄漏检测传感器中之一来感应所述多个模具中之一的泄漏状况；和移动所述受控臂以将成型栓放置在感应到泄漏状况的模具中。
27.根据权利要求26所述的用于利用造型台来铸造熔融金属的自动化系统，其特征在于，所述熔融金属泄漏检测传感器是熔丝传感器，其包括具有预定熔化温度的中心基底金属，所述预定熔化温度低于由所述铸造模具铸造的熔融金属的温度；和周向地围绕着所述中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。
28.一种用于在铸造区的造型台中自动化地铸造熔融金属的方法，所述造型台包括多个模具，各所述模具具有相应的模腔，所述方法包括下述提供安装在所述铸造区中的受控臂，所述受控臂构造成可接近所述多个模具；提供多个熔融金属泄漏检测传感器，各所述泄漏检测传感器设置在所述多个模具中之一处；启动通过所述造型台来铸造熔融金属；用所述多个泄漏检测传感器中之一来感应泄漏状况；和移动所述受控臂以与成型栓相连；将带有所述成型栓的受控臂移动到其中感应到泄漏状况的模具中；和将所述成型栓插入到其中感应到泄漏状况的模具的模腔中，从而阻止熔融金属流经所述模具。
29.一种用作熔融金属铸造模具中的熔融金属泄漏检测器的熔丝传感器，所述熔丝传感器包括具有预定熔化温度的中心基底金属，所述预定熔化温度低于由所述铸造模具铸造的熔融金属的温度；和周向地围绕着所述中心基底金属的绝缘层，所述绝缘层具有预定的熔化温度。
30.根据权利要求29所述的熔丝传感器，其特征在于，所述中心基底金属是焊料。
全文摘要
一种用于与金属铸造模具(110)一起使用或设置在其内的熔融金属感应和自动化系统。本发明的方面包括熔融金属自动化系统，其包括能够提供自动化响应的泄漏检测系统(268)，以及用于制备起始块以进行铸造的自动化系统。
文档编号B22D11/20GK1832822SQ200480022888
公开日2006年9月13日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月13日
发明者M·K·安德尔森, R·L·弗莱彻尔 申请人:瓦格斯塔夫公司