JP3638061B2 - Thin plate manufacturing method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数ミリ以下の薄板を製造するときの、板厚を規制する構造体例えばロールとロールの隙間又はロールと溶融物注出ノズルの隙間であるギャップ寸法の計測制御技術に係わり、特に数十ミクロン程度の金属リボンを製造するのに好適な方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
薄板製造に際し、板厚を薄くするにはロールを用いて圧延する方法が一般的であり、板厚が数十ミクロン程度の金属極薄長尺板であるいわゆる金属リボンの製造においては、回転するロール上に溶融金属を注出して急冷し、リボン化しながら別のロールで圧延する。このとき、板厚を決定する要因がロールとロールの隙間のギャップ寸法であり、所定精度の板厚を得るためにはギャップ寸法を制御する必要がある。
また、金属リボンの製造方法には一個の回転するロールに溶融金属を注出するだけの片ロール法と呼ばれる方法もある。片ロール法で金属リボンの厚さを決めるにはロール表面と溶融金属注出部であるノズル先端との隙間のギャップ寸法を制御する必要がある。
このようにして製造された金属リボンは、非晶質または微細結晶化構造となり、すぐれた磁気特性を有し種々の技術分野へ応用されているが、品質面から厚さバラツキが小さいものが要求されている。厚さバラツキを小さくするためには、ギャップを溶融金属注出中10μm程度以内のバラツキ範囲内に保つことが好ましいが、従来は100μm程度は変動していた。
【0003】
ところで、現在金属リボンの製造には片ロール法が用いられることが多く、実願62−062167に片ロール法によるギャップ寸法バラツキを少なくするための制御方法が開示されている。これはノズルの先端部と回転するロール表面との変位を個々に測定し、ギャップの変動を相対的に算出するものである。ノズルの変位測定は、ノズルの先端を顕微鏡を介してCCDカメラで撮像し、画像処理により測定する。またロールの表面変位については、ロール表面に近接して設けた変位センサで測定する。前記2つの測定値を用いてギャップ変動値として計算し、この変動値をなくすようにノズル位置制御手段を制御し、ギャップを設定値に保とうとするものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記従来技術においては次のような問題がある。
1)CCDカメラは光源をもたず、ノズル先端は母合金が溶解した後の溶融金属(以下溶湯とも言う)を注出中の赤熱状態になっている時しか鮮明に撮像することはできない。このため溶湯注出開始後でなければギャップ制御を行うことができず、制御に遅れを生じ、初期の金属リボンは厚さ等の品質が安定しない。
2)ギャップの絶対寸法を計測することができない。このため、母合金を入れた耐熱容器であるベッセルが冷間状態の時に別途隙間ゲージ等でギャップ設定をしなければならないが、ベッセルは昇温に伴いノズル先端変位を生ずる。このため注出直前のノズル位置をこの変位分修正する必要があるが、この変位測定は難しい。例えば、ダイヤルゲージ等接触式変位計により変位を計測する場合、計測器自身の熱伝達による膨張等により正確に変位を測定することはできない。
3)ロールの表面変位が正確に測定できない。即ち、ロール表面の温度上昇により変位センサ自体の温度が高くなるとともに、ロール表面の膨張でロール表面と変位センサの間隔が狭くなり、測定値が誤差を含むようになる。
従って、本発明はこれらの問題を解決すべく、薄板の厚さ寸法を規定するギャップ寸法又はギャップを通過した薄板厚さそのものを計測し、ギャップ寸法が目標値になるようにギャップ寸法を制御する方法及び装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的に対し、本発明は溶融金属を急速冷却するロールの外周面と溶融金属を注出するノズル先端部との隙間であるギャップにギャップ幅以上の幅を有する平行光束を照射し、ギャップを通過した光を検出し、検出されたデータにノイズ除去処理を施し、データ平均化処理を行ってギャップ寸法を計測し、データ平均化処理が行なわれたデータをもとにギャップ寸法制御を行う薄板の製造方法であって、時間経過とともに出力される前記データについて移動平均を算出するというデータ平均化処理をするとともに、ロールを回転させながらギャップ寸法計測を行いつつ高温になったノズルによりギャップに生じる空気の揺らぎを抑制する所定の速度に前記ロールの外周面の周速が達した後に前記ギャップ寸法制御を行うことを特徴としている。
上記手段を、薄板製造方法によってさらに特徴付けると次のようになる。この方法において、遮光性及び発光抑制性を有するノズルを用いることも有効である。ギャップ寸法計測をノイズ除去をソフトウエアのローパスフィルタで行う技術的手段を組み合わせることもできる。
【0006】
また装置手段としては、溶融した金属が抽出されるノズルを一端に有するとともに遮光性及び発光抑制性を有する金属を溶融する耐熱容器を備え、前記ノズルから抽出された溶融金属を回転するロール外周上に注出して急速冷却することによる薄板の製造装置において、前記ノズルと前記ロールの外周面との間隙であるギャップの幅以上の幅を有する平行光束を前記ギャップを含むように照射する照射手段と、前記ギャップを挟んで前記照射手段に対向し配設され前記照射手段から照射された光を検出素子に受光して前記ギャップの寸法を測長する測長手段と、前記測長手段からの出力の高周波を除去して出力するフィルタ処理部と、時間経過とともに出力されるフィルタ処理部からの出力を移動平均して出力するデータ処理部と、データ処理部からの出力と予め設定した目標値とを比較して前記ギャップの寸法を一定に制御するためのフィードバック指令値を作成するフィードバック処理部を有する制御手段とを備え前記制御手段は、前記ロールの回転数が所定の回転数に達した後に前記フィードバック指令値に基づいて前記ギャップの寸法の制御を行うことを特徴としている。
【0007】
【発明の実施の形態】
第1の実施の形態として、金属リボンを片ロール法で製造する場合について説明する。
図1に装置構成を示すが、ロール5と溶湯を保持し注出できる耐熱容器1は公知の配置である。コリメータ2と、特殊望遠レンズを介したラインセンサカメラ6をロール5の円周上接線方向で耐熱容器1を挟んで対向するようにほぼ水平に設置する。コリメータ2は特殊レンズ群を有しており、光ファイバにて導入されたハロゲン系光源からの光を指向性の優れた平行光束7として、耐熱容器1先端のノズル4とロール表面との隙間であるギャップ3に向けて照射し、ラインセンサカメラ6で受光する。
コリメータ2の平行光束7は直径数十mmのエリアを照射することができるが、ラインセンサカメラ6は、測定位置にある数mmの範囲を特殊望遠レンズにより内部ラインセンサに結像させて計測する。また、受光素子の入力は電圧に変換されてアナログ出力されるが、そのサンプリングスピードは最大で毎秒数百回程度である。
【0008】
耐熱容器1は、少なくともその先端の溶湯注出部であるノズル4が例えば窒化珪素のような遮光性を有するとともに発光を抑制するような材質で製作する。これにより、ラインセンサカメラ6に受光される光は、垂直方向に数mmの範囲でノズル4とロール5の両方に当たるように照射された平行光束7のうち、ギャップ3を通り抜けた光だけとなる。
耐熱容器1は、例えばパルスモータ、サーボモータのようなサーボ駆動手段8により位置制御可能な移動体に取り付けられており、ノズル4とロール5の表面の間隔を位置制御することができる。即ちギャップ3の寸法を所定の制御指令に合わせて制御することができる。
【0009】
サーボ制御手段9は、ラインセンサカメラ6からの入力に対するA/D変換部、フィルタ処理部10、データ処理部11及びフィードバック処理部12を有している。A/D変換部はラインセンサカメラ6からのアナログ入力をデジタル化して出力する。フィルタ処理部10はノイズを除去するフィルタであり、特に入力信号の高周波成分を除去する。データ処理部11はフィルタ処理部10からの出力信号を所定のサンプリング周期で平均化処理を行う。フィードバック処理部12は、データ処理部11を通過した信号と、ギャップ目標値とを比較してフィードバック指令値を作成してサーボ駆動手段8に出力する。またデータ処理部11を通過した信号はモニター信号として外部にとりだすこともできる。
【0010】
次に作用について説明する。
まず所定量の母合金13を耐熱容器1に入れ、耐熱容器1周辺に配置した加熱手段14で加熱する。母合金13が溶解し始める頃から、溶湯がノズル4の開口部から重力で滴下しないよう耐熱容器1内を減圧制御する(減圧制御手段は図示せず)。この時、耐熱容器1はロール5に対し実際に金属リボンを製造する時の位置で、そのギャップ寸法だけが製造する時の設定ギャップ寸法より少し大きく、即ち耐熱容器1が膨張してもノズル4の先端がロール5の表面に当たらないようにしておく。この状態でコリメータ2から平行光束7を照射し、ギャップ3を通過した光をラインセンサカメラ6で受光し、ギャップ寸法の計測を開始する。図2に示すように、平行光束7は金属リボン製造時に溶湯や形成される金属リボンで遮蔽されない位置で、前述したようにノズル4の先端部とロール5の表面にも当たるように照射する。
【0011】
母合金13が全て溶解する頃からロール5を例えば矢印A方向に回転させる。ロールの回転が金属リボンを製造する時の設定回転数に達し、かつ母合金13が溶湯として耐熱容器1の中に準備された段階で、耐熱容器1をロール表面に近づけるように移動制御する。この間前記で説明したようにギャップ寸法は計測しており、予め決めた設定ギャップ値になった時移動を停止する。
この移動制御に当たり、最初からギャップ目標値と計測値をもとにフィードバック制御を行ってもよいが、ギャップ目標値近傍の予め決めた位置までは定速度で移動し、その後フィードバック制御を行うようにしてもよい。また、ギャップ寸法値をモニタしながら、別途設けた手動操作手段(図示せず)でサーボ駆動手段8を駆動させて行ってもよい。
【0012】
ところで、耐熱容器1が加熱され内部の溶湯によりノズル4も高温になると、ギャップ3近傍の空気密度が不均一になる。これによっていわゆる空気の揺らぎが発生し、ギャップ3を通り抜ける光の直進が妨げられ、ラインセンサの検出値にバラツキが生じてしまう。しかしロール5を回転させることにより、空気がロール表面に引きずられて流れるためこの揺らぎを抑制することができる。
また、フィルタ処理部10は、周辺の他装置から発生しラインセンサ出力信号にのったノイズを除去する。例えば、耐熱容器1内に入れた母合金13を溶解するために用いられる高周波コイル14用の電源ノイズに対しては、数Mhz程度のローパスフィルタが有効である。さらにデータ処理部11では、ロール5の偏心による回転ブレや耐熱容器1の微小振動等によるギャップ通過光量の変動を平均化処理して、安定したギャップ計測値として取り出すものである。
これらの手段により、ラインセンサカメラ6からの出力を安定させることができ精度の良い信頼性の高い測定値を得ることが可能である。これにより加熱による耐熱容器1の熱膨張に影響されずに、溶湯注出直前のギャップ3を予め決めた目標寸法に位置決めすることができる。
【0013】
その後溶湯を回転するロールの外周に注出することにより連続的に金属リボンを製造していく。ロールが矢印A方向に回転しておれば、金属リボンはロール回転方向に従い矢印B方向に飛び出していく。溶湯が注出するに従い、耐熱容器側は重量が減少していくため耐熱容器を保持している部材の弾性撓みは復帰していく。また熱容量も減少していくため、温度低下により耐熱容器1は収縮し、ギャップ3は広がってゆく。一方、ロール側は内部を冷却しているとはいえ、外周部は高温になって熱膨張し、ギャップ3は狭くなる方向にいく。
これらの変位を、直接的に非常に短いサンプリング間隔でデジタル変換してフィルタ処理をした後平均化処理をし、所定間隔で目標値と比較して例えばPID制御することにより、金属リボン製造の全期間にわたりギャップをほぼ目標値に維持することができる。
【0014】
以上、耐熱容器1は母合金13を溶解するときから、ロール5に対し実際に金属リボンを製造する時の位置にセットし、ギャップを計測する場合について説明した。しかし、万一ノズル4の開口部から溶湯が漏れると、ロールを損傷させてしまう。このような事態を避けるために、母合金13の溶解が完了するまでは耐熱容器1はロール5上から退避した位置に置くようにすることもできる。
この場合はコリメータ2とラインセンサカメラ6は耐熱容器1の移動部に設け、耐熱容器1がロール5上で金属リボンを製造する時の位置に位置決めされたとき、コリメータ2、ラインセンサカメラ6、耐熱容器1及びロール5の相互位置関係は前述したと同様になるようにしておく。
耐熱容器1がロール5上から退避した位置にある時は、コリメータ2から照射された平行光束7はノズル4だけに当たり、ラインセンサカメラ6はノズル4のエッジ位置を計測することができる。このエッジ位置計測値をモニタすればノズル4の先端位置変動を知ることができ、耐熱容器1をロール5上に移動するとき、干渉させないようにすることができる。
【0015】
次に第2の実施の形態として、ロールで圧延して板厚を規制する場合について説明する。
この場合はロールとロールの間のギャップ寸法を制御する必要があり、やはりギャップ寸法を計測する。このときは、前記ロール間ギャップにコリメータ2からの平行光束を照射するようにすれば、ラインセンサカメラ6ではロール間ギャップを計測することができる。即ち、第1の実施の形態においてノズル4が、別のロールに置き換わった形になるだけで、基本的な構成、作用は同様である。
また、数百μm以上の比較的厚いものについては、ギャップ寸法の代わりに実際に形成された板厚を測定することもでき、この測定値を用いてギャップ寸法を制御することもできる。この場合は、板厚方向に平行に、板厚より広い範囲で水平光束7を照射するようにコリメータ2とラインセンサカメラ6を配設すればよい。ラインセンサカメラ6に検出される光は、板で遮断されなかった光となるが、これから逆に板厚を計測することができる。この場合のギャップ寸法制御に用いるデータは、計測された板厚と予め設定した目標板厚となるが、基本的な考え方は第1の実施の形態と同様である。
【0016】
【実施例】
以下、実際に本発明を用いて片ロール法により金属リボンを製造した実施例について説明する。
金属リボンとしてナノ結晶軟磁性材料のファインメット(日立金属登録商標)を製造した。金属リボンは幅50mm、厚さ20μmの仕様で、厚さはバラツキは2μm以内を目標とした。
耐熱容器1は、ロール5外周直上の金属リボン製造のための所定位置において、ギャップ3を約1mmになるようにプリセットし、母合金13を高周波コイル14で加熱溶解した。溶解開始時点からコリメータ2及びラインセンサカメラ6を用い、ギャップ寸法の計測をした。
コリメータ2は直径40mmのエリアを平行光束7で照射するものを用いた。ラインセンサカメラ6は、測定位置にある縦5mmの範囲を特殊望遠レンズにより内部ラインセンサの5000個のホトダイオードの受光素子アレー上に結像させるような、分解能が約1μmのものを用いた。なお、5000個の受光素子の入力は5ms毎にサンプリングされ、0〜10Vの電圧に変換されてアナログ出力された。
【0017】
耐熱容器1を加熱するとともに圧力制御を開始し、内部を予め設定した減圧状態とし、溶湯がノズル3の開口部から滴下しないようにした。母合金13がほぼ溶解された頃に、ロール5の回転をスタートさせた。ロール5は外周周速が30m/sになるように回転数を設定しておき、別途設けた回転数計で所定回転数に達したことを確認するとともに、母合金13が全て溶解されていることを確認し、ギャップ制御をスタートさせた。
【0018】
冷間時にギャップ3を約1mmにプリセットしていたが、この間の寸法変化は計測しており、この時には約700μmに狭まっていることが確認できた。
ギャップ制御は、予め設定したギャップ目標値と計測値の差分をPI処理して制御出力としサーボモータ8に出力した。ラインセンサカメラ6からのアナログ測定値は5ms毎にデジタルデータ化され、フィルタ処理部10に入力された。フィルタ処理部10ではソフトウエア処理で5Mhzのローパスフィルタ処理を行った。平均値処理部では、30個のデータの移動平均処理を行った。ギャップ寸法が目標値になった時点で、耐熱容器1内を加圧状態にし、溶湯をノズルから注出した。
この間のギャップ寸法の計測結果の一例を図3に示すが、バラツキは10μm以内であった。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は以下の効果を有する。
1)遮光性及び発光抑制性を有する材質で形成されたギャップに平行光束を照射し、ギャップを通過した光のみを受光素子で検出するので、ギャップ寸法を直接計測することができる。
2)ギャップ寸法制御は、ロールを回転しギャップ部の空気の揺らぎを抑えた状態のギャップ通過光を検出して行うので、ギャップ周辺が高温状態になっても異常値のない測定値を得ることができる。
3)受光素子の検出出力を、フィールタ処理及び平均化処理をするので、ギャップ寸法のノイズ成分を除去することができ、信頼性の高い測定値を得ることができる。
4)ギャップの寸法を直接検出するので、加熱や溶湯注出による耐熱容器の伸縮、又はロール表面の膨張等、ノズルやロール個々の変位状況にかかわらずギャップ寸法を精度よく計測することができるので、ギャップ寸法を予め決めた目標値になるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示す概要図
【図2】照射する平行光束とノズル及びロールの関係を示す図
【図3】ギャップ寸法の計測結果の一例を示す図
【符号の説明】
1…耐熱容器
2…コリメータ
3…ギャップ
4…ノズル
5…ロール、
6…ラインセンサカメラ
7…平行光束
8…サーボ駆動手段
9…サーボ制御手段
10…フィルタ処理部
11…データ処理部
12…フィードバック処理部
13…母合金
A…ロール回転方向
B…金属リボン飛び出し方向
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a measurement control technology for a gap dimension which is a structure that regulates a plate thickness when manufacturing a thin plate of several millimeters or less, such as a gap between a roll and a roll or a gap between a roll and a melt discharge nozzle. The present invention relates to a method and an apparatus suitable for producing a metal ribbon of about several tens of microns.
[0002]
[Prior art]
In the production of a thin plate, a method of rolling with a roll is generally used to reduce the plate thickness. In the production of a so-called metal ribbon, which is a metal ultrathin long plate having a plate thickness of about several tens of microns, it is rotated. The molten metal is poured onto a roll, quenched, and rolled with another roll while forming a ribbon. At this time, the factor determining the plate thickness is the gap size of the gap between the rolls, and it is necessary to control the gap size in order to obtain a plate thickness with a predetermined accuracy.
In addition, a method for manufacturing a metal ribbon includes a method called a single roll method in which molten metal is simply poured into one rotating roll. In order to determine the thickness of the metal ribbon by the single roll method, it is necessary to control the gap size of the gap between the roll surface and the nozzle tip which is the molten metal pouring portion.
The metal ribbon thus manufactured has an amorphous or fine crystallized structure and has excellent magnetic properties and is applied to various technical fields. However, it needs to have a small thickness variation in terms of quality. Has been. In order to reduce the thickness variation, it is preferable to keep the gap within a variation range of about 10 μm or less during molten metal pouring, but conventionally, the gap has varied about 100 μm.
[0003]
By the way, at present, the single roll method is often used for the production of the metal ribbon, and the actual application 62-062167 discloses a control method for reducing gap size variation by the single roll method. In this method, the displacement between the tip of the nozzle and the rotating roll surface is individually measured, and the fluctuation of the gap is relatively calculated. In measuring the displacement of the nozzle, the tip of the nozzle is imaged with a CCD camera through a microscope and measured by image processing. The roll surface displacement is measured by a displacement sensor provided close to the roll surface. The gap measurement value is calculated using the two measured values, and the nozzle position control means is controlled so as to eliminate the fluctuation value, and the gap is kept at the set value.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
1) The CCD camera does not have a light source, and the tip of the nozzle can capture a clear image only when the molten metal (hereinafter also referred to as molten metal) after the mother alloy is melted is in a red hot state. For this reason, the gap control cannot be performed unless after the start of the molten metal pouring, the control is delayed, and the quality such as the thickness of the initial metal ribbon is not stable.
2) The absolute dimension of the gap cannot be measured. For this reason, when the vessel, which is a heat-resistant container containing the mother alloy, is in a cold state, the gap must be set with a gap gauge or the like. For this reason, it is necessary to correct the displacement of the nozzle immediately before the dispensing, but this displacement measurement is difficult. For example, when the displacement is measured by a contact displacement meter such as a dial gauge, the displacement cannot be measured accurately due to expansion or the like due to heat transfer of the measuring instrument itself.
3) The surface displacement of the roll cannot be measured accurately. That is, the temperature of the displacement sensor itself increases due to the temperature rise of the roll surface, and the interval between the roll surface and the displacement sensor becomes narrow due to the expansion of the roll surface, and the measurement value includes an error.
Therefore, in order to solve these problems, the present invention measures the gap dimension that defines the thickness dimension of the thin sheet or the thickness of the thin sheet that has passed through the gap, and controls the gap dimension so that the gap dimension becomes the target value. It is an object to provide a method and apparatus.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
To the object, the present invention is irradiated with a parallel beam with a clearance gap in formic cap width or more width that is between the nozzle tip to dispense with the outer peripheral surface of the roll to rapidly cool the molten metal to the molten metal, Light that has passed through the gap is detected, noise removal processing is performed on the detected data, data averaging processing is performed to measure the gap size, and gap size control is performed based on the data that has been subjected to data averaging processing. A thin plate manufacturing method for performing a data averaging process of calculating a moving average for the data output as time passes , and measuring a gap size while rotating a roll while performing a gap measurement by a nozzle that has become hot. as characterized in that the gap dimension control after the peripheral speed of the outer peripheral surface of the roll has reached a fluctuation predetermined speed suppressing air occurring That.
The above means can be further characterized by a thin plate manufacturing method as follows . In this method, it is effective to use a nozzle having a light-shielding property and the light emitting inhibitory. It is also possible to combine the technical means for performing formic cap size measurement noise removal by software low-pass filter.
[0006]
As the apparatus unit, the outer circumference of the roll rotating molten metal comprising a heat-resistant container, which are extracted from the nozzle for molten metal having a light-shielding property and the light emitting inhibitory and having at one end a nozzle the molten metal is extracted in the production apparatus of the thin plate due to out Note rapidly cooled on the surface, irradiating the Yukimitsu Taira flux having a width larger than that of the gap is a gap between the outer peripheral surface of the said nozzle roll to include the gap irradiating means, a length measuring means for measuring the size of the gap by receiving a detection element was irradiated light from the disposed opposite to the irradiating means across the gap the irradiation unit, the measuring A filter processing unit that removes high-frequency output from the means and outputs the data, a data processing unit that outputs a moving average of the output from the filter processing unit that is output over time, and a data And compared with the target value set in advance with the output from the processing unit and a control means having a feedback processing section for creating a feedback command value for controlling constant the size of said gap, said control means, said The size of the gap is controlled based on the feedback command value after the number of rotations of the roll reaches a predetermined number of rotations .
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a first embodiment, a case where a metal ribbon is manufactured by a one-roll method will be described.
Although the apparatus configuration is shown in FIG. 1, the heat-resistant container 1 capable of holding and pouring the roll 5 and the molten metal is a known arrangement. The collimator 2 and the line sensor camera 6 via the special telephoto lens are installed almost horizontally so as to face each other with the heat-resistant container 1 sandwiched in the circumferential tangent direction of the roll 5. The collimator 2 has a special lens group, and the light from the halogen-based light source introduced by the optical fiber is converted into a parallel light beam 7 having excellent directivity in the gap between the nozzle 4 at the tip of the heat-resistant container 1 and the roll surface. Irradiation toward a gap 3 is received by the line sensor camera 6.
The collimated light beam 7 of the collimator 2 can irradiate an area having a diameter of several tens of millimeters. However, the line sensor camera 6 measures a range of several millimeters at a measurement position by forming an image on an internal line sensor using a special telephoto lens. . The input of the light receiving element is converted into a voltage and output in analog form, and the sampling speed is about several hundreds per second at the maximum.
[0008]
The heat-resistant container 1 is manufactured with a material in which at least the nozzle 4 which is a molten metal pouring portion at the tip has a light shielding property such as silicon nitride and suppresses light emission. Thereby, the light received by the line sensor camera 6 is only the light that has passed through the gap 3 among the parallel light beams 7 irradiated so as to strike both the nozzle 4 and the roll 5 within a range of several mm in the vertical direction. .
The heat-resistant container 1 is attached to a movable body whose position can be controlled by a servo drive means 8 such as a pulse motor or a servo motor, and the position of the surface of the nozzle 4 and the roll 5 can be controlled. That is, the dimension of the gap 3 can be controlled in accordance with a predetermined control command.
[0009]
The servo control unit 9 includes an A / D conversion unit, a filter processing unit 10, a data processing unit 11, and a feedback processing unit 12 for an input from the line sensor camera 6. The A / D converter digitizes the analog input from the line sensor camera 6 and outputs it. The filter processing unit 10 is a filter that removes noise, and in particular removes high-frequency components of the input signal. The data processing unit 11 averages the output signal from the filter processing unit 10 at a predetermined sampling period. The feedback processing unit 12 compares the signal that has passed through the data processing unit 11 with the target gap value to create a feedback command value and outputs it to the servo drive unit 8. Further, the signal passing through the data processing unit 11 can be taken out as a monitor signal.
[0010]
Next, the operation will be described.
First, a predetermined amount of the mother alloy 13 is put into the heat-resistant container 1 and heated by the heating means 14 arranged around the heat-resistant container 1. From the time when the mother alloy 13 starts to melt, the inside of the heat-resistant container 1 is controlled to be depressurized so that the molten metal does not drop by gravity from the opening of the nozzle 4 (depressurization control means is not shown). At this time, the heat-resistant container 1 is the position when the metal ribbon is actually manufactured with respect to the roll 5, and only the gap dimension is slightly larger than the set gap dimension when manufacturing, that is, the nozzle 4 even if the heat-resistant container 1 expands. The tip of is not allowed to hit the surface of the roll 5. In this state, the collimator 2 irradiates the parallel light beam 7, and the light passing through the gap 3 is received by the line sensor camera 6, and measurement of the gap dimension is started. As shown in FIG. 2, the parallel light beam 7 is irradiated so as to hit the tip of the nozzle 4 and the surface of the roll 5 as described above at a position not shielded by the molten metal or the metal ribbon formed when the metal ribbon is manufactured.
[0011]
The roll 5 is rotated in the direction of arrow A, for example, from the time when the mother alloy 13 is completely dissolved. When the rotation of the roll reaches the set rotation speed for producing the metal ribbon and the master alloy 13 is prepared in the heat-resistant container 1 as a molten metal, the movement of the heat-resistant container 1 is controlled so as to approach the roll surface. During this time, as described above, the gap dimension is measured, and the movement is stopped when the predetermined gap value is reached.
In this movement control, feedback control may be performed from the beginning based on the gap target value and the measured value, but the movement is performed at a constant speed to a predetermined position near the gap target value, and then feedback control is performed. May be. Alternatively, the servo driving means 8 may be driven by manually operating means (not shown) provided separately while monitoring the gap dimension value.
[0012]
By the way, when the heat-resistant container 1 is heated and the nozzle 4 is also heated by the molten metal inside, the air density in the vicinity of the gap 3 becomes non-uniform. As a result, so-called air fluctuations occur, the light traveling through the gap 3 is prevented from going straight, and the detection values of the line sensors vary. However, when the roll 5 is rotated, air is dragged and flows to the roll surface, so that this fluctuation can be suppressed.
The filter processing unit 10 removes noise generated from other peripheral devices and carried on the line sensor output signal. For example, a low-pass filter of about several Mhz is effective against power noise for the high-frequency coil 14 used for melting the mother alloy 13 placed in the heat-resistant container 1. Further, the data processing unit 11 averages fluctuations in the amount of light passing through the gap due to rotational blur due to the eccentricity of the roll 5, minute vibrations of the heat-resistant container 1, and the like, and takes it out as a stable gap measurement value.
By these means, it is possible to stabilize the output from the line sensor camera 6 and to obtain a highly accurate and highly reliable measurement value. Thereby, the gap 3 immediately before pouring the molten metal can be positioned at a predetermined target dimension without being affected by the thermal expansion of the heat-resistant container 1 due to heating.
[0013]
Thereafter, the metal ribbon is continuously produced by pouring the molten metal onto the outer periphery of the rotating roll. If the roll rotates in the arrow A direction, the metal ribbon jumps out in the arrow B direction according to the roll rotation direction. As the molten metal is poured out, the weight of the heat-resistant container decreases, so that the elastic deflection of the member holding the heat-resistant container is restored. Further, since the heat capacity also decreases, the heat-resistant container 1 contracts and the gap 3 widens due to the temperature decrease. On the other hand, although the roll side is cooling the inside, the outer peripheral portion becomes high temperature and thermally expands, and the gap 3 goes in the direction of narrowing.
These displacements are directly converted into digital data at a very short sampling interval, filtered, averaged, and compared with a target value at a predetermined interval, for example, by PID control. The gap can be maintained at almost the target value over a period of time.
[0014]
As described above, the case where the heat-resistant container 1 is set at the position where the metal ribbon is actually manufactured with respect to the roll 5 from when the mother alloy 13 is melted and the gap is measured has been described. However, if the molten metal leaks from the opening of the nozzle 4, the roll is damaged. In order to avoid such a situation, the heat-resistant container 1 can be placed at a position retracted from the roll 5 until the melting of the mother alloy 13 is completed.
In this case, the collimator 2 and the line sensor camera 6 are provided in the moving part of the heat-resistant container 1, and when the heat-resistant container 1 is positioned on the roll 5 when the metal ribbon is manufactured, the collimator 2, the line sensor camera 6, The mutual positional relationship between the heat-resistant container 1 and the roll 5 is set to be the same as described above.
When the heat-resistant container 1 is in a position retracted from the roll 5, the parallel light beam 7 irradiated from the collimator 2 hits only the nozzle 4, and the line sensor camera 6 can measure the edge position of the nozzle 4. By monitoring this edge position measurement value, it is possible to know the tip position fluctuation of the nozzle 4 and to prevent interference when the heat-resistant container 1 is moved onto the roll 5.
[0015]
Next, as a second embodiment, a case where the sheet thickness is regulated by rolling with a roll will be described.
In this case, it is necessary to control the gap dimension between the rolls, and the gap dimension is also measured. At this time, the line sensor camera 6 can measure the gap between rolls by irradiating the gap between rolls with a parallel light beam from the collimator 2. That is, the basic configuration and operation are the same except that the nozzle 4 is replaced with another roll in the first embodiment.
Moreover, about the comparatively thick thing of several hundred micrometers or more, the board thickness actually formed can also be measured instead of a gap dimension, and a gap dimension can also be controlled using this measured value. In this case, the collimator 2 and the line sensor camera 6 may be disposed so as to irradiate the horizontal light flux 7 in a range wider than the plate thickness in parallel with the plate thickness direction. The light detected by the line sensor camera 6 is light that is not blocked by the plate, but the plate thickness can be measured conversely. The data used for the gap dimension control in this case is the measured plate thickness and the preset target plate thickness, but the basic idea is the same as in the first embodiment.
[0016]
【Example】
Hereinafter, examples in which metal ribbons were actually manufactured by the one-roll method using the present invention will be described.
Finemet (Hitachi Metals registered trademark) of nanocrystalline soft magnetic material was manufactured as a metal ribbon. The metal ribbon was designed to have a width of 50 mm and a thickness of 20 μm, and the target thickness variation was within 2 μm.
The heat-resistant container 1 was preset so that the gap 3 was about 1 mm at a predetermined position for manufacturing a metal ribbon just above the outer periphery of the roll 5, and the master alloy 13 was heated and melted by the high-frequency coil 14. The gap dimension was measured using the collimator 2 and the line sensor camera 6 from the start of dissolution.
The collimator 2 used irradiates an area with a diameter of 40 mm with a parallel light beam 7. The line sensor camera 6 has a resolution of about 1 μm so that a 5 mm vertical range at the measurement position is imaged on a 5000 photodiode photodiode array of the internal line sensor by a special telephoto lens. The inputs of 5000 light receiving elements were sampled every 5 ms, converted to a voltage of 0 to 10 V, and output as analog.
[0017]
The heat-resistant container 1 was heated and pressure control was started, and the inside was set to a preset reduced pressure state so that the molten metal was not dripped from the opening of the nozzle 3. When the mother alloy 13 was almost melted, the rotation of the roll 5 was started. The roll 5 has a rotational speed set so that the outer peripheral peripheral speed is 30 m / s, and it is confirmed that the rotational speed has reached a predetermined rotational speed with a separately provided rotational speed meter, and the mother alloy 13 is completely dissolved. After confirming this, gap control was started.
[0018]
The gap 3 was preset to about 1 mm when cold, but the dimensional change during this time was measured, and it was confirmed that the gap was narrowed to about 700 μm at this time.
In the gap control, the difference between the preset gap target value and the measured value is PI-processed and output to the servo motor 8 as a control output. Analog measurement values from the line sensor camera 6 were converted into digital data every 5 ms and input to the filter processing unit 10. In the filter processing unit 10, low-pass filter processing of 5 Mhz was performed by software processing. In the average value processing unit, moving average processing of 30 data was performed. When the gap dimension reached the target value, the inside of the heat-resistant container 1 was pressurized and the molten metal was poured out from the nozzle.
An example of the measurement result of the gap dimension during this period is shown in FIG. 3, and the variation was within 10 μm.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
1) Since a parallel light beam is irradiated to a gap formed of a material having light shielding properties and light emission suppression properties, and only light passing through the gap is detected by a light receiving element, the gap size can be directly measured.
2) Gap size control is performed by detecting the light passing through the gap while rotating the roll and suppressing air fluctuations in the gap, so that a measurement value having no abnormal value can be obtained even when the temperature around the gap becomes high. Can do.
3) Since the detection output of the light receiving element is filtered and averaged, the noise component of the gap dimension can be removed, and a highly reliable measurement value can be obtained.
4) Because the gap dimensions are detected directly, the gap dimensions can be accurately measured regardless of the displacement of each nozzle or roll, such as expansion or contraction of the heat-resistant container due to heating or pouring of molten metal, or expansion of the roll surface. The gap dimension can be controlled to be a predetermined target value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a parallel light beam to be irradiated, a nozzle and a roll. FIG. 3 is a diagram showing an example of a gap dimension measurement result.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat-resistant container 2 ... Collimator 3 ... Gap 4 ... Nozzle 5 ... Roll,
6 ... Line sensor camera 7 ... Parallel beam 8 ... Servo drive means 9 ... Servo control means 10 ... Filter processing section 11 ... Data processing section 12 ... Feedback processing section 13 ... Mother alloy A ... Roll rotation direction B ... Metal ribbon pop-out direction

Claims (2)

溶融金属を急速冷却するロールの外周面と溶融金属を注出するノズル先端部との隙間であるギャップにギャップ幅以上の幅を有する平行光束を照射し、ギャップを通過した光を検出し、検出されたデータにノイズ除去処理を施し、データ平均化処理を行ってギャップ寸法を計測し、データ平均化処理が行なわれたデータをもとにギャップ寸法制御を行う薄板の製造方法であって、
時間経過とともに出力される前記データについて移動平均を算出するというデータ平均化処理をするとともに、ロールを回転させながらギャップ寸法計測を行いつつ高温になったノズルによりギャップに生じる空気の揺らぎを抑制する所定の速度に前記ロールの外周面の周速が達した後に前記ギャップ寸法制御を行うことを特徴とする薄板の製造方法。
Molten metal is irradiated with a parallel beam with a rapid cooling to the clearance gap in formic cap width or wider an outer peripheral surface and the nozzle tip the molten metal to dispense a roll, and detect light passing through the gap, A method of manufacturing a thin plate that performs noise removal processing on detected data, performs data averaging processing, measures gap size, and performs gap size control based on the data averaged processing data ,
A data averaging process of calculating a moving average for the data output as time elapses , and measuring the gap size while rotating the roll and suppressing air fluctuation generated in the gap by the nozzle that has become hot The gap dimension control is performed after the peripheral speed of the outer peripheral surface of the roll reaches the speed of the roll.
溶融した金属が抽出されるノズルを一端に有するとともに遮光性及び発光抑制性を有する金属を溶融する耐熱容器を備え、前記ノズルから抽出された溶融金属を回転するロール外周上に注出して急速冷却することによる薄板の製造装置において、
前記ノズルと前記ロールの外周面との間隙であるギャップの幅以上の幅を有する平行光束を前記ギャップを含むように照射する照射手段と、
前記ギャップを挟んで前記照射手段に対向し配設され前記照射手段から照射された光を検出素子に受光して前記ギャップの寸法を測長する測長手段と、
前記測長手段からの出力の高周波を除去して出力するフィルタ処理部と、時間経過とともに出力されるフィルタ処理部からの出力を移動平均して出力するデータ処理部と、データ処理部からの出力と予め設定した目標値とを比較して前記ギャップの寸法を一定に制御するためのフィードバック指令値を作成するフィードバック処理部を有する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ロールの回転数が所定の回転数に達した後に前記フィードバック指令値に基づいて前記ギャップの寸法の制御を行うことを特徴とする薄板の製造装置。
It has a heat-resistant container that melts the metal having light-shielding properties and light-emission suppressing properties at one end and a nozzle from which the molten metal is extracted, and the molten metal extracted from the nozzle is poured onto the outer peripheral surface of the rotating roll In thin plate manufacturing equipment by rapid cooling,
Irradiating means for irradiating a Yukimitsu Taira bundle with a gap a is wider than the width of the gap between the outer peripheral surface of the said nozzle roll to include the gap,
A length measuring means for measuring the size of the gap by receiving a detection element was irradiated light from the disposed opposite to the irradiating means across the gap the irradiation unit,
And filtering unit for outputting to remove high frequency output from the measuring means, and a data processing unit and outputting the moving average output from the filter processing unit output with time, the output from the data processing unit And a control means having a feedback processing unit for creating a feedback command value for controlling the gap size to be constant by comparing a preset target value with
The said control means controls the dimension of the said gap based on the said feedback command value after the rotation speed of the said roll reaches predetermined rotation speed, The manufacturing apparatus of the thin board characterized by the above-mentioned .
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