因此隨著鑄造的進(jìn)行，熔液Ml的表面(也就是液面)下降。另一方面，也可以設(shè)為在鑄造中隨時(shí)向熔液保持爐101補(bǔ)充熔液，將液面保持為恒定的構(gòu)成。在此，若提高保持爐的設(shè)定溫度，則能夠提高凝固界面的位置，若降低保持爐的設(shè)定溫度，則能夠降低凝固界面的位置。再者，當(dāng)然的是，熔液Ml也可以為其他的除鋁以外的金屬或合金。
[0074]形狀規(guī)定構(gòu)件102由例如陶瓷、不銹鋼等構(gòu)成，被配置于液面附近。在圖1的例子中，形狀規(guī)定構(gòu)件102被配置成與液面接觸。形狀規(guī)定構(gòu)件102規(guī)定鑄造的鑄件M3的截面形狀，并且防止在熔液Ml的表面形成的氧化膜和浮游于熔液Ml表面的異物向鑄件M3中混入。圖1所示的鑄件M3是水平方向的截面(以下稱為橫截面)的形狀為板狀的實(shí)心鑄件。
[0075]圖2是實(shí)施方式I涉及的形狀規(guī)定構(gòu)件102的平面圖。在此，圖1的形狀規(guī)定構(gòu)件102的截面圖與圖2的1-1截面圖相當(dāng)。如圖2所示，形狀規(guī)定構(gòu)件102具有例如矩形形狀的平面形狀，在中央部具有用于熔液通過(guò)的厚度tl X寬度wl的矩形形狀的開口部(熔液通過(guò)部103)。再者，圖2中的xyz坐標(biāo)與圖1 一致。
[0076]如圖1所示，熔液Ml由于其表面膜和表面張力而追隨著鑄件M3被提拉，并通過(guò)形狀規(guī)定構(gòu)件102的熔液通過(guò)部103。S卩，熔液Ml通過(guò)形狀規(guī)定構(gòu)件102的熔液通過(guò)部103，由此由形狀規(guī)定構(gòu)件102對(duì)熔液Ml施加外力，規(guī)定鑄件M3的截面形狀。在此，將由于熔液的表面膜和表面張力而追隨著鑄件M3從液面被提拉的熔液稱為保持熔液M2。另外，鑄件M3與保持熔液M2的邊界為凝固界面。
[0077]支持桿104支持形狀規(guī)定構(gòu)件102。
[0078]支持桿104連接在促動(dòng)器105上。利用促動(dòng)器105，借助于支持桿104，形狀規(guī)定構(gòu)件102能夠在上下方向(鉛垂方向)以及水平方向上移動(dòng)。根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠在由鑄造的進(jìn)行所致的液面下降的同時(shí)，使形狀規(guī)定構(gòu)件102向下向移動(dòng)。另外，由于能夠使形狀規(guī)定構(gòu)件102在水平方向上移動(dòng)，因此能夠使鑄件M3的長(zhǎng)度方向的形狀自由地變化。
[0079]冷卻氣體噴嘴(冷卻部)106，是向鑄件M3噴吹由冷卻氣體供給部107供給的冷卻氣體(空氣、氮?dú)?、氬氣?來(lái)進(jìn)行冷卻的冷卻單元。若增加冷卻氣體的流量，則能夠降低凝固界面的位置，若減少冷卻氣體的流量，則能夠提高凝固界面的位置。
[0080]通過(guò)一面利用與起動(dòng)部ST連接的提拉機(jī)108提拉鑄件M3，一面利用冷卻氣體冷卻鑄件M3，凝固界面附近的保持熔液M2逐漸凝固，鑄件M3被形成下去。若加快提拉機(jī)108的提拉速度，則能夠提高凝固界面的位置，若減慢提拉速度，則能夠降低凝固界面的位置。
[0081]攝像部109，在鑄造的期間連續(xù)地監(jiān)視作為鑄件M3與保持熔液M2的邊界的凝固界面附近。關(guān)于詳細(xì)情況如后所述，能夠從由攝像部109拍攝的圖像決定凝固界面。
[0082]接著，參照?qǐng)D3說(shuō)明實(shí)施方式I涉及的自由鑄造裝置具備的凝固界面控制系統(tǒng)。圖3是實(shí)施方式I涉及的自由鑄造裝置具備的凝固界面控制系統(tǒng)的框圖。該凝固界面控制系統(tǒng)是用于將凝固界面的位置(高度)保持在規(guī)定的基準(zhǔn)范圍內(nèi)的系統(tǒng)。
[0083]如圖3所示，該凝固界面控制系統(tǒng)具備:攝像部109、圖像解析部110、鑄造控制部111、提拉機(jī)108、熔液保持爐101、冷卻氣體供給部107。在此，關(guān)于攝像部109、提拉機(jī)108、熔液保持爐101、冷卻氣體供給部107，參照?qǐng)D1進(jìn)行了說(shuō)明，因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。
[0084]圖像解析部110，從由攝像部109拍攝的圖像檢測(cè)保持熔液M2的表面有無(wú)搖動(dòng)。具體而言，通過(guò)比較連續(xù)地拍攝的多個(gè)圖像，能夠檢測(cè)保持熔液M2的表面有無(wú)搖動(dòng)。另一方面，鑄件M3的表面不產(chǎn)生搖動(dòng)。因此，能夠基于搖動(dòng)的有無(wú)來(lái)決定凝固界面。
[0085]攝像部109和圖像解析部110構(gòu)成凝固界面檢測(cè)裝置。
[0086]再者，可以認(rèn)為通過(guò)測(cè)定凝固界面附近的熔液溫度也能夠決定凝固界面。但是，由于有可能對(duì)鑄件的形狀造成不良影響，因此利用熱電偶等進(jìn)行的接觸式測(cè)定較困難。另外，在熔液為鋁或其合金的情況下，在熔液表面會(huì)形成氧化膜，因此利用輻射溫度計(jì)等進(jìn)行的非接觸式測(cè)定也較困難。
[0087]在此，參照?qǐng)D4更具體地說(shuō)明。圖4是凝固界面附近的3個(gè)圖像例。從圖4的上面開始順序地示出了凝固界面的位置超過(guò)上限的情況的圖像例、凝固界面的位置在基準(zhǔn)范圍內(nèi)的情況的圖像例、凝固界面的位置低于下限的情況的圖像例。如圖4中央的圖像例所示，圖像解析部110例如將在由攝像部109拍攝的圖像中檢測(cè)到搖動(dòng)的區(qū)域(即認(rèn)為是熔液)與沒(méi)有檢測(cè)到搖動(dòng)的區(qū)域(即認(rèn)為是鑄件)的邊界部決定為凝固界面。
[0088]鑄造控制部111具備存儲(chǔ)凝固界面位置的基準(zhǔn)范圍(上限以及下限)的存儲(chǔ)部(未圖示)。而且，在圖像解析部110決定的凝固界面超過(guò)上限的情況下，鑄造控制部111減慢提拉機(jī)108的提拉速度、降低熔液保持爐101的設(shè)定溫度、或者增加由冷卻氣體供給部107供給的冷卻氣體的流量。另一方面，在圖像解析部110決定的凝固界面低于下限的情況下，鑄造控制部111加快提拉機(jī)108的提拉速度、提高熔液保持爐101的設(shè)定溫度、或者減少由冷卻氣體供給部107供給的冷卻氣體的流量。這3個(gè)條件的控制，可以同時(shí)地變更兩個(gè)以上的條件，但只變更I個(gè)條件時(shí)控制變得容易，故優(yōu)選。另外，也可以預(yù)先確定3個(gè)條件的優(yōu)先位次，從優(yōu)先位次高的條件開始依次變更。
[0089]參照?qǐng)D4來(lái)說(shuō)明凝固界面位置的上限以及下限。如圖4上面的圖像例所示，在凝固界面的位置超過(guò)上限的情況下，保持熔液M2發(fā)生“縮頸”，并向“破碎”發(fā)展。凝固界面位置的上限，可通過(guò)使凝固界面的高度變化，預(yù)先調(diào)查保持熔液M2是否發(fā)生“縮頸”來(lái)決定。另一方面，如圖4下面的圖像例所示，在凝固界面的位置低于下限的情況下，鑄件M3的表面發(fā)生凹凸，變得形狀不良。凝固界面位置的下限，可通過(guò)使凝固界面的高度變化，預(yù)先調(diào)查鑄件M3的表面是否發(fā)生凹凸來(lái)決定。
[0090]另外，凝固界面的上限也可通過(guò)計(jì)算來(lái)決定。
[0091]圖5是表示凝固界面上的表面張力與保持熔液的重力的平衡的圖。如圖5所示，使用凝固界面處的鑄件M3的厚度t、寬度W、每單位長(zhǎng)度的表面張力γ，用于保持保持熔液M2的表面張力能夠表示為2γ (w+t) ο另一方面，使用熔液的密度P、凝固界面的從熔液表面(液面)起算的高度h、重力加速度g，施加于保持熔液M2的重力能夠近似為pwthg。在此，由于需要用于保持保持熔液M2的表面張力比施加于保持熔液M2的重力大，因此2 γ (w+t)> Pwthg成立。例如，也可以由滿足該關(guān)系式的凝固界面的高度h決定上限。再者，如圖5所示，保持熔液M2為逐漸擴(kuò)展的形狀，因此鑄件M3的厚度t、寬度w為分別比熔液通過(guò)部103的厚度tl、寬度wl小的值。另外，圖5中的xyz坐標(biāo)與圖1 一致。
[0092]實(shí)施方式I涉及的自由鑄造裝置，具備:拍攝凝固界面附近的圖像的攝像部；從該圖像檢測(cè)熔液表面有無(wú)搖動(dòng)，并決定凝固界面的圖像解析部；和在凝固界面不在基準(zhǔn)范圍內(nèi)的情況下變更鑄造條件的鑄造控制部。因此，能夠進(jìn)行用于檢測(cè)凝固界面，并將該凝固界面維持在規(guī)定的基準(zhǔn)范圍內(nèi)的反饋控制。因此，能夠使鑄件的尺寸精度、表面品質(zhì)提高。
[0093]接著，參照?qǐng)D1說(shuō)明實(shí)施方式I涉及的自由鑄造方法。
[0094]首先，使起動(dòng)部ST下降，并通過(guò)形狀規(guī)定構(gòu)件102的熔液通過(guò)部103，使起動(dòng)部ST的頂端部浸漬于熔液Ml中。
[0095]接著，以規(guī)定的速度開始起動(dòng)部ST的提拉。在此，即使起動(dòng)部ST與液面間隔開，由于表面膜和表面張力，也會(huì)形成追隨著起動(dòng)部ST而被從液面提拉起來(lái)的保持熔液M2。如圖1所示，保持熔液M2形成于形狀規(guī)定構(gòu)件102的熔液通過(guò)部103。也就是說(shuō)，由形狀規(guī)定構(gòu)件102對(duì)保持熔液M2賦予形狀。
[0096]接著，起動(dòng)部ST被從冷卻氣體噴嘴106吹出的冷卻氣體冷卻，因此保持熔液M2從上側(cè)朝向下側(cè)逐漸凝固，鑄件M3生長(zhǎng)下去。這樣能夠連鑄出鑄件M3。在實(shí)施方式I涉及的自由鑄造方法中，進(jìn)行了控制使得將凝固界面保持在規(guī)定的基準(zhǔn)范圍。以下參照?qǐng)D6說(shuō)明凝固界面控制方法。
[0097]圖6是用于說(shuō)明實(shí)施方式I涉及的凝固界面控制方法的流程圖。
[0098]首先，由攝像部109拍攝凝固界面附近的圖像(步驟STl)。
[0099]接著，圖像解析部110對(duì)由攝像部109拍攝的圖像進(jìn)行解析(步驟ST2)。具體而言，通過(guò)比較連續(xù)地拍攝的多個(gè)圖像，來(lái)檢測(cè)保持熔液M2的表面有無(wú)搖動(dòng)。而且，圖像解析部110將在由攝像部109拍攝的圖像中檢測(cè)到搖動(dòng)的區(qū)域與沒(méi)有檢測(cè)到搖動(dòng)的區(qū)域的邊界部決定為凝固界面。
[0100]接著，鑄造控制部111判定圖像解析部110決定的凝固界面的位置是否在基準(zhǔn)范圍內(nèi)(步驟ST3)。在凝固界面的位置不在基準(zhǔn)范圍內(nèi)的情況下(步驟ST3 NO)，鑄造控制部111變更冷卻氣體流量、鑄造速度、保持爐設(shè)定溫度之中的任一項(xiàng)的條件(步驟ST4)。其后，鑄造控制部111判斷鑄造是否完成了(步驟ST5)。
[0101]具體而言，在步驟ST4中，在圖像解析部110決定的凝固界面超過(guò)上限的情況下，鑄造控制部111減慢提拉機(jī)108的提拉速度、降低熔液保持爐101的設(shè)定溫度、或者增加由冷卻氣體供給部107供給的冷卻氣體的流量。另一方面，在圖像解析部110決定的凝固界面低于下限的情況下，鑄造控制部111加快提拉機(jī)108的提拉速度、提高熔液保持爐101的設(shè)定溫度、或者減少由冷卻氣體供給部107供給的冷卻氣體的流量。
[0102]在凝固界面的位置在基準(zhǔn)范圍內(nèi)的情況下(步驟ST3 YES)，不變更鑄造條件，原樣地進(jìn)入到步驟ST5。
[0103]如果鑄造沒(méi)有完成(步驟ST5 NO)，則返回到步驟ST1。另一方面，如果鑄造完成了(步驟ST5 YES)，則結(jié)束對(duì)凝固界面的控制。
[0104]在實(shí)施方式I涉及的自由鑄造方法中，拍攝凝固界面附近的圖像，從該圖像檢測(cè)熔液表面有無(wú)搖動(dòng)，決定凝固界面。而且，在凝固界面不在基準(zhǔn)范圍內(nèi)的情況下變更鑄造條件。即，能夠進(jìn)行用于將凝固界面維持在規(guī)定的基準(zhǔn)范圍內(nèi)的反饋控制。因此，能夠使鑄件的尺寸精度、表面品質(zhì)提尚。
[0105](實(shí)施方