特許 7421211 注湯状態の推定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】注湯状態の推定システム

(51)【国際特許分類】

   B22D 39/04 20060101AFI20240117BHJP

   B22D 37/00 20060101ALI20240117BHJP

   B22D 46/00 20060101ALI20240117BHJP

   G01G 23/01 20060101ALI20240117BHJP

   B22D 41/00 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

B22D39/04

B22D37/00

B22D46/00

G01G23/01 Z

B22D41/00 Z

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020012528

(22)【出願日】2020-01-29

(65)【公開番号】P2021115622

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-11-02

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業、研究成果最適展開支援プログラム、試験研究タイプ、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】304023994

【氏名又は名称】国立大学法人山梨大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】野田 善之

(72)【発明者】

【氏名】樺沢 暢俊

(72)【発明者】

【氏名】末木 裕太

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１７４９７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２９０１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７５９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５３５２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ ３７／００

Ｂ２２Ｄ ３９／００

Ｂ２２Ｄ ４１／０６

Ｂ２２Ｄ ４６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

取鍋を傾動させて溶融物を鋳型に注湯させる注湯作業における注湯状態の推定システムであって、
角度取得部と、重量取得部と、取鍋内部形状取得部と、算出部とを備え、
前記角度取得部は、前記注湯作業における前記取鍋の傾動角度および傾動角速度を取得し、
前記重量取得部は、前記注湯作業における前記取鍋の重量を取得し、
前記取鍋内部形状取得部は、前記取鍋の内部形状についてのデータを取得し、
前記算出部は、前記傾動角度と、前記重量と、前記内部形状についてのデータとに基づいて前記溶融物の注湯状態を表す注湯流量モデルを算出し、算出した注湯流量モデルと、前記傾動角度と、前記傾斜角速度と、前記重量とを用いて拡張カルマンフィルタを構成することにより、前記取鍋から注湯される注湯量の推定値を算出する、推定システム。

【請求項2】

請求項１に記載の推定システムであって、
前記算出部は、前記溶融物の前記取鍋の出湯口の下端より上方に位置する部分の体積について、当該部分の垂直方向の高さおよび前記傾動角度のそれぞれに変化に対する変化量を算出し、前記注湯量の推定値を算出する、推定システム。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の推定システムであって、
記憶部をさらに備え、
前記取鍋内部形状取得部は、前記記憶部に記憶されている前記取鍋の内部形状についてのデータを取得する、推定システム。

【請求項4】

請求項３に記載の推定システムであって、
前記取鍋の内部形状についてのデータを測定する測定装置をさらに備え、
前記取鍋内部形状取得部は、前記測定装置が測定した前記取鍋の内部形状についてデータを取得する、推定システム。

【請求項5】

請求項４に記載の推定システムであって、
前記記憶部は、前記測定装置が測定した前記取鍋の内部形状についてのデータを記憶する推定システム。

【請求項6】

請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の推定システムであって、
赤外線を検知可能な撮像部をさらに備え、
前記撮像部は、前記注湯作業において溶融物が鋳型に注入される位置を撮像する、推定システム。

【請求項7】

請求項６に記載の推定システムであって、
前記撮像部は、前記取鍋の傾動方向における当該取鍋の前方と、平面視において前記傾動方向と垂直な方向である当該取鍋の側方とに配置される、推定システム。

【請求項8】

請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の推定システムであって、
評価部をさらに備え、
前記評価部は、基準としての注湯作業における前記推定値である基準値と、評価対象としての注湯作業における前記推定値とを比較して、前記評価対象としての注湯作業の評価を行う、推定システム。

【請求項9】

請求項８に記載の推定システムであって、
前記評価部は、前記基準値と前記推定値との相関係数を算出して前記評価を行う、推定システム。

【請求項10】

請求項８に記載の推定システムであって、
前記評価部は、前記基準値と前記推定値との動的時間伸縮法を用いたマンハッタン距離を算出して前記評価を行う、推定システム。

【請求項11】

請求項８に記載の推定システムであって、
前記評価部は、前記基準値と前記推定値とのマンハッタン距離を算出して前記評価を行う、推定システム。

【請求項12】

請求項８に記載の推定システムであって、
前記評価部は、前記基準値と前記推定値とのユークリッド距離を算出して前記評価を行う、推定システム。

【請求項13】

取鍋を傾動させて溶融物を鋳型に注湯させる注湯作業における注湯状態の推定方法であって、
角度取得ステップと、重量取得ステップと、取鍋内部形状取得ステップと、算出ステップとを備え、
前記角度取得ステップでは、前記注湯作業における前記取鍋の傾動角度および傾動角速度を取得し、
前記重量取得ステップでは、前記注湯作業における前記取鍋の重量を取得し、
前記取鍋内部形状取得ステップでは、前記取鍋の内部形状についてのデータを取得し、
前記算出ステップでは、前記傾動角度と、前記重量と、前記内部形状についてのデータとに基づいて前記溶融物の注湯状態を表す注湯流量モデルを算出し、算出した注湯流量モデルと、前記傾動角度と、前記傾斜角速度と、前記重量とを用いて拡張カルマンフィルタを構成することにより、前記取鍋から注湯される注湯量の推定値を算出する、推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は注湯作業における注湯量の推定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鋳型に溶融物を注湯する注湯作業において、注湯流量を制御した自動注湯装置がある。例えば、特許文献１には、取鍋を傾動させるサーボモータに印加する入力電圧と、取鍋内溶融金属の重量とを計測し、拡張カルマンフィルタに基づく指数減衰型オブザーバを用いて注湯流量を推定し、注湯流量の制御を行う自動注湯装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－２９０１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、手動の注湯作業においては、注湯作業に習熟した作業者と未習熟の作業者との間で、注湯作業による成果物としての鋳物の品質に大きな差が生じていた。注湯作業の成果物の品質は作業時の注湯状態に依存するため、注湯状態を精度良く推定することにより、推定された注湯状態に基づいて注湯量を制御したいというニーズがあった。

【0005】

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、手動の注湯作業における注湯状態を精度よく推定可能にする推定システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、取鍋を傾動させて溶融物を鋳型に注湯させる注湯作業における注湯状態の推定システムであって、角度取得部と、重量取得部と、取鍋内部形状取得部と、算出部とを備え、前記角度取得部は、前記注湯作業における前記取鍋の傾動角度を取得し、前記重量取得部は、前記注湯作業における前記取鍋の重量を取得し、前記取鍋内部形状取得部は、前記取鍋の内部形状についてのデータを取得し、前記算出部は、前記傾動角度と、前記重量と、前記内部形状についてのデータに基づいて、前記取鍋から注湯される注湯量の推定値を算出する、推定システムが提供される。

【0007】

このような構成とすることにより、注湯作業時にリアルタイムで取得した取鍋の傾動角度および重量と、取鍋の内部形状についてのデータとに基づいて注湯量の推定値を算出するため、手動の注湯作業における注湯状態を精度よく推定することが可能となる。

【0008】

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴が独立に発明を構成する。

【0009】

好ましくは、前記算出部は、前記溶融物の前記取鍋の出湯口の下端より上方に位置する部分の体積について、当該部分の垂直方向の高さおよび前記傾動角度のそれぞれに変化に対する変化量を算出し、前記注湯量の推定値を算出する。
好ましくは、記憶部をさらに備え、前記取鍋内部形状取得部は、前記記憶部に記憶されている前記取鍋の内部形状についてのデータを取得する。
好ましくは、前記取鍋の内部形状についてのデータを測定する測定装置をさらに備え、前記取鍋内部形状取得部は、前記測定装置が測定した前記取鍋の内部形状についてデータを取得する。
好ましくは、前記記憶部は、前記測定装置が測定した前記取鍋の内部形状についてのデータを記憶する。
好ましくは、赤外線を検知可能な撮像部をさらに備え、前記撮像部は、前記注湯作業において溶融物が鋳型に注入される位置を撮像する。
好ましくは、前記撮像部は、前記取鍋の傾動方向における当該取鍋の前方と、平面視において前記傾動方向と垂直な方向である当該取鍋の側方とに配置される。
好ましくは、評価部をさらに備え、前記評価部は、基準としての注湯作業における前記推定値である基準値と、評価対象としての注湯作業における前記推定値とを比較して、前記評価対象としての注湯作業の評価を行う。
好ましくは、前記評価部は、前記基準値と前記推定値との相関係数を算出して前記評価を行う。
好ましくは、前記評価部は、前記基準値と前記推定値との動的時間伸縮法を用いたマンハッタン距離を算出して前記評価を行う。
好ましくは、前記評価部は、前記基準値と前記推定値とのマンハッタン距離を算出して前記評価を行う。
好ましくは、前記評価部は、前記基準値と前記推定値とのユークリッド距離を算出して前記評価を行う。

【0010】

本発明の他の態様によると、角度取得ステップと、重量取得ステップと、取鍋内部形状取得ステップと、算出ステップとを備える推定方法であって、前記角度取得ステップでは、前記注湯作業における前記取鍋の傾動角度を取得し、前記重量取得ステップでは、前記注湯作業における前記取鍋の重量を取得し、前記取鍋内部形状取得ステップでは、前記取鍋の内部形状についてのデータを取得し、前記算出ステップでは、前記傾動角度と、前記重量と、前記内部形状についてのデータに基づいて、前記取鍋から注湯される注湯量の推定値を算出する、推定方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本願発明の第１実施形態に係る推定システムＰの全体斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る推定システムＰの機能を示す機能ブロック図である。

【図3】溶融物の注入位置の測定について説明する図である。

【図4】図４Ａは注湯流量モデルの生成におけるパラメータを示す取鍋１の断面図である。図４Ｂは注湯流量モデルの生成におけるパラメータを示す取鍋１の斜視図である。

【図5】図５Ａは傾動角度がθ１における取鍋１の内部形状の解析について説明する図である。図５Ｂは傾動角度がθ２における取鍋１の内部形状の解析について説明する図である。

【図6】実施例における測定結果および推定結果を示すグラフである。

【図7】図６におけるグラフ（ｆ）である。

【図8】実施例における溶融物の注入位置の測定結果を示すグラフである。

【図9】第２実施形態に係る推定システムＰの機能を示す機能ブロック図である。

【図10】評価部１１ｅにおける評価結果の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜１．実施形態＞
（１．１．全体構成）
図１に、実施形態にかかる注湯量推定システムＰの全体図を示す。推定システムＰは、取鍋１と、鋳型２と、姿勢角センサ３と、ロードセル４と、撮像部５と、情報処理装置１０を備える。以下、各構成を詳細に説明する。なお、本開示において「注湯量」とは、注湯重量、注湯体積、または注湯流量など、注湯作業において取鍋から流れ出る溶融物の量の総称である。

【0013】

取鍋１は、一例として有底円筒状に形成され、内部に溶融物を収容可能に構成される。取鍋１の前方には、溶融物を注湯する際の注ぎ口である出湯口１ａが設けられている。取鍋１は、さらに、溶融物を注湯する際に取鍋１を傾動させるためのハンドル１ｂと、上方から吊り下げられたフック付きワイヤ９を引っ掛けるための取手１ｃを備える。作業者は、ハンドル１ｂを操作することにより、取鍋１を所望の角度に傾動させる。

【0014】

鋳型２は、一例として、直方体状に形成される。鋳型２の上面には、溶融物を注入するための注入口２ａが形成されている。注入口２ａから注湯された溶融物が、鋳型２の内部に形成された流通路内を流通して固化することにより、鋳型２内部に所望の造形物が形成される。

【0015】

姿勢角センサ３は、取鍋１の後方（すなわち、出湯口１ａの反対側）に取り付けられている。姿勢角センサ３と取鍋１の間には、取鍋１の内部に収容された溶融物からの熱を遮蔽する遮蔽材６が設けられている。姿勢角センサ３は、取鍋１の傾動角度θおよび傾動角速度ωを測定する。

【0016】

ロードセル４は、取鍋１の上方に設けられており、取鍋１の重量を測定する。取鍋１の重量にはその内部に収容された溶融物の重量も含まれる。ロードセル４と、取鍋１の間には、取鍋１の内部に収容された溶融物からの熱を遮蔽する遮蔽材６が設けられている

【0017】

撮像部５は、注湯作業において溶融物が鋳型２に注入される位置である注入位置を撮像する。溶融物は非常に高温で発光しているため、撮像部５は、赤外線を検知可能なサーモグラフィを用いるのが好ましい。

【0018】

さらに好ましくは、撮像部５は、取鍋１の傾動方向における前方と、平面視において傾動方向と垂直な方向である取鍋１の側方とにそれぞれ配置される。このように配置することにより、溶融物の注入位置をより正確に撮像することが可能となる。

【0019】

情報処理装置１０は、姿勢角センサ３およびロードセル４から受け付けたデータに基づいて、取鍋１から注湯される溶融物の注湯量の推定値を算出する。情報処理装置１０の構成および処理内容については、詳細を後述する。

【0020】

（１．２．情報処理装置１０の構成）
図２を参照し、情報処理装置１０の構成を説明する。情報処理装置１０は、たとえばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）で実現され、制御部１１と、記憶部１２を備える。

【0021】

（１．２．１．制御部１１）
制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等で実現され、情報処理装置１０の全体の動作を制御する。制御部１１は、角度取得部１１ａと、重量取得部１１ｂと、取鍋内部形状取得部１１ｃと、算出部１１ｄを備える。

【0022】

角度取得部１１ａは、姿勢角センサ３が測定した取鍋１の傾動角度θおよび傾動角速度ωを取得する。重量取得部１１ｂは、ロードセル４が測定した取鍋１の重量を取得する。取鍋内部形状取得部１１ｃは、記憶部１２に記憶されている取鍋１の内部形状についてのデータを取得する。

【0023】

算出部１１ｄは、角度取得部１１ａ、重量取得部１１ｂ、取鍋内部形状取得部１１ｃが取得したデータに基づいて、溶融物の注湯状態についての注湯流量モデルを生成する。算出部１１ｄは、さらに、生成した注湯流量モデルに基づいて、溶融物の注湯量の推定値を算出する。また、算出部１１ｄは、撮像部５が撮像したデータに基づいて、溶融物の注入位置を算出する。

【0024】

（１．２．２．記憶部１２）
記憶部１２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で実現されており、制御部１１による各種プログラムに基づく処理の実行時のワークエリア等として用いられる。

【0025】

記憶部１２は、さらに、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性メモリ、またはＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）を備えていてもよく、制御部１１の処理に利用されるプログラムおよび各種データを保存する。一例として、記憶部１２は、３Ｄスキャナー等で構成される測定装置１３が測定した取鍋１の内部形状についてのデータを記憶する。

【0026】

（１．３．注入位置の算出）
図３を参照し、注入位置の算出について説明する。算出部１１ｄは、撮像部５から取得した画像データに対してエッジ処理を施し、注入口２ａにおける溶融物の取鍋１に近い方の端点の位置Ｐｎと、取鍋１に遠い方の端点の位置Ｐｆを算出する。そして、以下の式（１）を用いて、注入口２ａの中心に対する溶融物の注入位置Ｐｐを算出する。

【0027】

【数1】

【0028】

ここで、Ｃｎは注入口２ａの取鍋１に近い方の端点の位置であり、Ｃｆは注入口２ａの取鍋１に遠い方の端点の位置を意味する。溶融物は非常に高温で発光しているため、撮像部５としては赤外線を検知可能なサーモグラフィを用いるのが好ましい。撮像部５としてサーモグラフィを用いる場合には、サーモグラフィの温度表示範囲を常温設置し、鋳型２を構成する砂と空気の温度差から取得した画像データのピクセル間に階調差が生じるので、これをエッジ処理することにより、注入口２ａの端点の位置ＣｎおよびＣｆを検知できる。

【0029】

このようにしてサーモグラフィから取得した端点はピクセルデータであるため、以下の式（２）を用いて実際の寸法としての注入口２ａの中心に対する溶融物の注入位置Ｘｐを算出する。

【0030】

【数2】

【0031】

ここで、Ｄは注入口２ａの直径を意味する。このようにして、式（１）および式（２）を、撮像部５が取得した画像データのフレームごとに実行することにより、取鍋１から流出する溶融物の注入位置を算出する。なお、図３では、取鍋１の側方から撮像した画像データを例に説明しているが、取鍋１の前方から撮像した画像データについても同様の処理を行う。なお、溶融物の注入位置Ｘｐが取得できるのであれば、撮像部５はサーモグラフィ以外の撮像装置を使用してもかまわない。

【0032】

（１．４．注湯流量モデルの生成）
図４および図５を参照し、注湯流量モデルの生成処理について説明する。取鍋１から流出する溶融物の流量ｑ(t)について、以下の式（３）および式（４）が知られている。

【0033】

【数3】

【0034】

【数4】

【0035】

ここで、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、Ｖｒは出湯口１ａの下端Ｒより上部の取鍋１内部の液体（溶融物）の体積、Ｖｓは出湯口１ａの下端Ｒより下部の取鍋１内部の液体の体積、ｈは出湯口１ａでの液体の高さ、Ｌｆは出湯口１ａの幅、ｈｂは取鍋１内における液体表面からの深さ、ｃは流量係数、ｔは時間、をそれぞれ意味している。

【0036】

式（３）において、体積Ｖｓは取鍋１の傾動角度θに依存するため、以下の式（５）が成り立つ。

【0037】

【数5】

【0038】

さらに、体積Ｖｒは取鍋１の傾動角度θと液体の高さｈに依存するため、以下の式（６）が成り立つ。

【0039】

【数6】

【0040】

式（５）および式（６）を、式（３）に代入すると、注湯流量モデルとして以下の式（７）が求まる。

【0041】

【数7】

【0042】

式（７）で示される注湯流量モデルでは、体積Ｖｒについて、高さｈの変化に対する変化量Ｘ(θ,ｈ)および傾動角度θの変化に対するＹ(θ,ｈ)を算出する必要がある。そこで、算出部１１ｄは、取鍋１の内部形状についてのデータに基づいて、Ｘ(θ,ｈ)およびＹ(θ,ｈ)を算出する。

【0043】

具体的には、図５Ａに示すように、算出部１１ｄは、測定装置１３によって測定された取鍋１の内部形状データを、３Ｄキャドを用いて読み込み、３ＤキャドのＡＰＩ（アプリケーション プログラミング インターフェース）機能を用いて、傾動角度が所定の値（図５Ａの例ではθ＝θ１）における高さｈの変化に対する取鍋１内の体積変化量ｄＶ／ｄｈを、所定の高さΔｈ（たとえば１０ｃｍ）ごとに下から順に算出する。

【0044】

さらに、図５Ｂに示すように、算出部１１ｄは、傾動角度θの値を変化させて（図５Ｂの例ではθ＝θ２）、高さｈの変化に対する取鍋１内の体積変化量ｄＶ／ｄｈを、所定の高さΔｈごとに下から順に算出する。

【0045】

このようにして、傾動角度θが取りうる範囲（例えば０°≦θ≦９０°）における予め定められた角度ごと（たとえば１°ごと）のθに対して、高さｈの変化に対する取鍋１内の体積変化量ｄＶ／ｄｈを求めることにより、Ｘ(θ,ｈ)およびＹ(θ,ｈ)を算出する。さらに、算出部１１ｄは、傾動角度θごとのＶｓを算出する。

【0046】

（１．５．注湯量の推定値の算出）
算出部１１ｄは、上述の注湯流量モデル（式（７））、姿勢角センサ３が検知した傾動角度θ、傾動角速度ω、およびロードセル４が測定する取鍋１の重量を用いて拡張カルマンフィルタを構成することにより、取鍋１から実際に流出する溶融物の注湯量の推定値を算出する。

【0047】

ロードセル４が検知した取鍋１から流出した溶融物の重量Ｗ_Ｌについて、ロードセル４の応答遅れを一次遅れ系で表現すると、以下の式（８）および式（９）が成立する。

【0048】

【数8】

【0049】

【数9】

【0050】

ここで、Ｗｏは取鍋１から実際に流出した溶融物の重量、Ｔ_Ｌはロードセル４の応答特性を示す時定数、ρは溶融物の密度である。取鍋１から実際に流出した溶融物の重量Ｗｏに対して、ロードセル４が検知した取鍋１から流出した溶融物の重量Ｗ_Ｌは、ロードセル４の応答遅れの影響を受けている。

【0051】

これらのパラメータを用いて以下の式（１０）および式（１１）に示すように拡張カルマンフィルタを構築する。

【0052】

【数10】

【0053】

【数11】

【0054】

ここで、式（１１－２）には、式（７）として算出された注湯流量モデルが採用されており、Ｔｓはサンプリング時間を意味する。液体の高さｈは以下の式（１２）の条件を有する。

【数12】

【0055】

式（１２）におけるθｂは出湯境界角度（取鍋から液体が流出する取鍋傾動角度）であり、取鍋１の傾動角度θと体積Ｖｓを用いて、以下の式（１３）のように得られる。

【0056】

【数13】

式（１３）において、Ｗciniは注湯開始前のロードセル４によって計測された取鍋内液体重量を意味する。さらに、拡張カルマンフィルタのヤコビ行列Ａ（ｘ）およびＣ（ｘ）は、以下の式（１４）および式（１５）として設定される。

【0057】

【数14】

【0058】

【数15】

【0059】

このようにして構築されたカルマンフィルタを用いて、出湯口１ａでの液体の高さｈ、注湯流量ｑ、ロードセルの応答遅れを除いた注湯重量Ｗｏ、ロードセルの応答遅れを有する注湯重量Ｗ_Ｌを実時間で推定する。なお、流量係数および液体密度は周知の同定方法を用いて同定すればよい（たとえば、国際公開２０１４／１７４９７７を参照）。

【0060】

（１．６．実施例）
図６～図８を参照し、本願発明の実施例を説明する。図６において、グラフ（ａ）は姿勢角センサ３によって計測された取鍋１の傾動角速度ω、グラフ（ｂ）は姿勢角センサ３によって計測された取鍋１の傾動角度θ、グラフ（ｃ）は推定された取鍋１の出湯口１ａでの液体の高さｈ、グラフ（ｄ）は推定された注湯（体積）流量ｑ、グラフ（ｅ）は推定された注湯質量流量、グラフ（ｆ）は推定された注湯重量である。

【0061】

図７に拡大して示すように、図６のグラフ（ｆ）には、ロードセル４によって計測された注湯重量Ｗｘｐ、ロードセルの応答遅れを含む注湯重量の推定データＷ_Ｌ、ロードセルの応答遅れを除く注湯重量の推定データＷｏが示されている。

【0062】

図６のグラフ（ｆ）および図７から見てとれるように、ロードセル４から取得されるデータである注湯重量Ｗｘｐにはノイズやロードセルの応答遅れが発生しており、このデータを時間微分することで得られる注湯質量流量は判然としないことがわかる。このように、手動注湯作業においては、作業者が重たい取鍋を手動で調整して注湯するので、姿勢角センサ３やロードセル４の出力にノイズが発生し、データの解析が難しい。

【0063】

これに対して、本実施形態における拡張カルマンフィルタを用いた推定値のデータ（すなわち、グラフ（ｆ）におけるＷ_ＬおよびＷｏ）はノイズやロードセルの応答遅れが抑制されるため、注湯（体積）流量や注湯重量を明確に把握できる。

【0064】

図８において、グラフ（ａ）は注湯（体積）流量であり、図６におけるグラフ（ｄ）に相当する。図８のグラフ（ｂ）は取鍋側方に設置されたサーモグラフィの温度分布画像から、（１）式と（２）式で推定された取鍋から流出する溶融金属の鋳型上面での前後方向の注入位置であり、グラフ（ｃ）は取鍋前方に設置されたサーモグラフィの温度分布画像から、（１）式と（２）式で推定された取鍋から流出する溶融金属の鋳型上面での左右方向の注入位置である。

【0065】

グラフ（ｂ）およびグラフ（ｃ）において、破線は湯口カップの端を示し、＊印が流出溶融金属の注入位置である。また、グラフ（ｂ）およびグラフ（ｃ）は湯口カップ中心を０とした注入位置を示している。図８からわかるように、この実施例では注入位置は湯口カップ中心付近で注湯していることがわかる。

【0066】

以上のようにして、本実施形態における注湯量推定システムＰは、角度取得部１１ａと、重量取得部１１ｂと、取鍋内部形状取得部１１ｃと、算出部１１ｄを備える。角度取得部１１ａは、注湯作業における取鍋１の傾動角度θを取得する。重量取得部１１ｂは、注湯作業における取鍋１の重量を取得する。取鍋内部形状取得部１１ｃは、取鍋１の内部形状についてのデータを取得する。算出部１１ｄは、傾動角度θと、取鍋１の重量と、内部形状についてのデータに基づいて、取鍋から注湯される溶融物の注湯流量の推定値を算出する。

【0067】

このような構成とすることにより、手動注湯装置における注湯状態を精度よく推定することが可能となる。

【0068】

また、注湯量推定システムＰは、取鍋１の内部形状についてのデータを測定するために、３Ｄスキャナー等で構成される測定装置をさらに備えていてもよい。このような構成とすることで、３Ｄスキャナー等の測定装置で測定される取鍋形状データを用いて取鍋１からの注湯流量モデルを算出することとなり、取鍋の設計データを入手できないような注湯装置（たとえば、補修作業を行った取鍋等）に対しても注湯量の推定値を算出することができる。

【0069】

＜２．第２実施形態＞
図９および図１０を参照し、本願発明の第２実施形態について説明する。図９に示すように、第２実施形態における注湯量推定システムＰは、第１実施形態の構成の他に、評価部１１ｅをさらに備える。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

【0070】

評価部１１ｅは、算出部１１ｄが算出した注湯量の推定データに対して、基準としての注湯作業における推定値である基準値と比較して、評価対象の注湯作業の評価を行う。このように、良好な注湯状態と比較し、作業者に評価結果を明示することにより、注湯作業に起因する鋳物品質のばらつきを抑え、良好な状態で維持することができる。

【0071】

【0072】

【数16】

【0073】

【0074】

【0075】

【数17】

【0076】

【0077】

【0078】

図１０に注湯作業を評価した一例を示す。横軸が相関係数を示し、縦軸が動的時間伸縮法を用いたマンハッタン距離の正負の符号を反転させた座標軸を示す。図１０のグラフは熟練者の３回の注湯作業と未習熟者の６回の注湯作業との評価結果を示している。具体的には、結果Ｔ１～Ｔ３は注湯作業の熟練者による１回目～３回目の作業の評価結果に対応し、結果Ｎ１～Ｎ６は注湯作業の未習熟者による１回目～６回目の作業の評価結果に対応する。

【0079】

ここで、評価結果が図１０のグラフの右上に配置されると（すなわち、結果Ｔ１～Ｔ３に近づくと）、鋳物品質が良い注湯流量データに類似した注湯ができていることを示す。言い換えると、矢印Ｄ１または矢印Ｄ２に向かうほど、良い注湯流量データに類似した注湯ができていることとなる。

【0080】

熟練者の注湯作業の評価結果Ｔ１～Ｔ３が右上にばらつきが小さく配置されていることから、鋳物品質が良好になる注湯作業が安定して行われていることが確認できる。また、未習熟者の注湯作業の評価結果Ｎ１～Ｎ６においては、注湯回数を重ねる度に徐々に右上に近づいてきており、良好な注湯作業に近づいてきていることが確認できる。

【0081】

また、注湯作業を習熟していない作業者が注湯技能を習得する際には、まず動的時間伸縮法を用いたマンハッタン距離がゼロに近づくように、注湯流量全体の大きさが基準データと同等になるような注湯作業をトレーニングし、その後に注湯流量を微調整し、相関係数が１に近づくように注湯作業をトレーニングするのが好ましい。このように定量的な評価に基づいて作業者をトレーニングすることにより、良品鋳物を生み出す注湯作業を効率的に習得させることが可能となる。

【0082】

＜３．その他の実施形態＞
以上、実施形態について説明したが、本願の技術的範囲の適用範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。

【0083】

たとえば、上記実施形態では、取鍋１の内部形状についてのデータは記憶部１２に記憶されていたが、この例に限定されるものではない。たとえば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリなどの外付けの記憶媒体に記憶しておいてもよいし、クラウドサーバーなどの他のサーバに記憶しておいてもよい。

【0084】

また、上記実施形態では、算出部１１ｄは、拡張カルマンフィルタを用いて算出しているが、この例に限定されるものではなく、他の推定手法を用いても本開示の技術的思想を適用することができる。

【0085】

【0086】

【数18】

【0087】

【数19】

【0088】

本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0089】

１ ：取鍋
１ａ ：出湯口
１ｂ ：ハンドル
１ｃ ：取手
２ ：鋳型
２ａ ：注入口
３ ：姿勢角センサ
４ ：ロードセル
５ ：撮像部
６ ：遮蔽材
９ ：フック付きワイヤ
１０ ：情報処理装置
１１ ：制御部
１１ａ ：角度取得部
１１ｂ ：重量取得部
１１ｃ ：取鍋内部形状取得部
１１ｄ ：算出部
１１ｅ ：評価部
１２ ：記憶部
１３ ：測定装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】