JP4027507B2 - 溶融物収納量検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融物収納体内に収納した溶融物量を自動的に計測検出する溶融物収納量検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属材の精錬製造において、鉄鋼材は、溶融された鉄鋼材を所定の形状に固化した後、圧延装置で板上に圧延し、かつロール状に巻回して加工メーカに搬送されている。一方、アルミニウムの製造では、精錬されたアルミニウム溶融物は、鋳型に注入冷却凝固させて、所定の形状と重量に成形した後、合金または加工メーカに搬送されている。その凝固されたアルミニウム材の重量は均一の重量で成形される必要がある。そのために、溶融アルミニウム材の前記鋳型内への注入量を正確に計測管理する必要がある。この鋳型内の注入量計測は、溶融アルミニウムが高温であることと、計測管理の効率化を図るために、各種の自動計測方法が用いられている。この自動計測方法の代表的例を、図４を用いて説明する。なお、図中同一部分は、同一符号を付している。
【０００３】
図４（ａ）に示す計測方法は、ガンマ（γ）線式レベル検出方法である。図中の符号４１は、鋳型であり、上面が開口し、所定の縦・横・深さ寸法を有する前記溶融アルミニウムが注入される矩形状の溶融物収納部４２が形成されている。この鋳型４１の一方の側面には、ガンマ線放射源４３が埋設され、対向する他方の側面には、放射線検出器４４が埋設されている。この放射線検出器４４は、コンピュータ機器４５に接続されている。前記鋳型４１の上面開口から溶融物収納部４２に注入された溶融アルミニウム４６の注入量の計測は、前記鋳型４１の溶液物収納部４２の縦・横寸法は、事前に設定固定されているために、前記溶融物収納部４２内に注入された溶融物４６の液面位置レベル４７を計測して、その液面位置レベル４７の寸法と前記縦・横寸法の積から前記溶融物収納部４２に注入された溶融アルミニウム４６の量が求められる。このため、前記液面位置レベル４７の計測用として、前記ガンマ線放射源４３から前記溶融物収納部４２を介して、前記放射線検出器４４に対して図中点線で示したガンマ線４８を放射させる。前記ガンマ線放射源４３から放射されたガンマ線４８は、溶融アルミニウム４６で吸収される部分と、前記液面位置レベル４７で反射される部分と、前記溶融物収納部４２の溶融アルミニウム４６が注入されていない部分とが存在し、前記放射線検出器４４には、前記溶融アルミニウム４６から反射された部分と前記溶融部収納部４２の溶融アルミニウム４６が注入されていない部分のガンマ線が入射される。つまり、前記ガンマ線放射源４３から放射されたガンマ線は、前記液面位置レベル４７からの反射線量と前記ガンマ線放射源４３からの直接線量が前記放射線検出器４４に入射される。この放射線検出器４４に入射されたガンマ線量値を前記コンピュータ機器４５に供給する。このコンピュータ機器４５では、事前に設定された入射ガンマ線量に応じた液面位置レベル４７の算出アルゴリズムを用いて、計測時の液面位置レベル４７を求めるとともに、基準の液面位置レベルと比較し、前記鋳型４１の溶融物収納部４２に注入された溶融アルミニウム４６の量の良否を判定し、その判定結果を出力端子からモニター機器に表示したり、または、前記溶融アルミニウム４６の注入機器に再注入の指示を与えている。
【０００４】
このガンマ線式レベル検出方法は、液面位置レベル計測にガンマ放射線を用いているために、計測装置の取扱いには、細心の注意と厳密な管理の基で、かつ、放射線取扱い許可を得た作業員のみが操作管理する必要がある。また、アルミニウム精錬工程で用いる前記鋳型４１全てに前記ガンマ線放射源４３と放射線検出器４４を事前に埋設されたものを準備する必要があり、計測装置に高額なコストと専門性の高い作業員を要していた。
【０００５】
次に、図４（ｂ）に示す、熱電対式レベル検出方法について説明する。この方法は、前記鋳型４１の一方の側面に所定の間隔を設けて複数の熱電対４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄが埋設されている。この熱電対４８ａ〜４８ｄは、前記コンピュータ機器４５に接続されている。前記鋳型４１の溶融物収納部４２内に注入された溶融アルミニウム４６は、高温状態であり、図中溶融アルミニウム４６の液面位置レベル４７の上と下とでは、前記熱電対４８ａ〜４８ｄが計測する温度は相違する。つまり、図中の熱電対４８ｂ〜４８ｄは、ほぼ同じ溶融アルミニウム４６の温度を計測し、熱電対４８ａは、前記溶融物収納部４２の溶融アルミニウム４６が注入されていない部分の温度を計測する。その計測された溶融アルミニウム４６の温度と溶融アルミニウム４６以外の温度に差が生じており、前記各熱電対４８ａ〜４８ｄの計測値を前記コンピュータ機器４５に取り込み、どの位置に取り付けた熱電対間で温度差が生じているかを検出して、前記溶融アルミニウム４６の液面位置レベル値を算出する。
【０００６】
この熱電対を用いた計測方法では、液面位置レベル４７を精密に計測するためには、熱電対を多数かつ狭間隔で前記鋳型４１の側面に埋設し、アルミニウム精錬工程で用いる全ての鋳型４１に事前埋設する必要があり、さらに、前記液面位置レベル４７の上近傍の温度差を正確に計測できる熱電対４８を用いるために、高額なコストの計測装置となる。
【０００７】
さらに、図４（ｃ）に示した渦電流式レベル検出方法について説明する。前記鋳型４１の溶融物収納部４２の上方に励磁コイル４９を設置する。この励磁コイル４９は、図示していない駆動源からの駆動電力により、高周波磁界５０を発生させ、かつ、この高周波磁界５０が前記溶融アルミニウム４６の液面位置レベル４７に垂直に作用するようにしている。この高周波磁界５０は、前記溶融アルミニウム４６に作用して、渦電流５１を発生させる。一方、前記液面位置レベル４７の上方には、前記溶融アルミニウム４６内に生じた渦電流５１を検出する検出コイル５２を配置固定し、その検出コイル５２は、前記コンピュータ機器４５に接続されている。なお、前記励磁コイル４９と前記検出コイル５２は、前記鋳型４１の上面から所定の距離を設けて固定され、かつ励磁コイル４９から発生する磁力は一定とする。
【０００８】
このような構成の溶融アルミニウム４６の液面位置レベル４７の計測方法は、前記励磁コイル４９と前記液面位置レベル４７の距離により前記溶融アルミニウム４６に生ずる渦電流５１の量が変化する。よって、前記溶融アルミニウム４６に生じた渦電流５１を前記検出コイル５２で検出した電流値を前記コンピュータ機器４５に供給する。前記コンピュータ機器４５では、事前に設定された電流値毎の前記鋳型４１の溶融物収納部４２内の溶融アルミニウム５６の液面位置レベル４７の値を算出する。
【０００９】
この方法は、図４（ａ）と（ｂ）で示した方法に比較して、アルミニウム精錬工程で用いる鋳型４１に何等事前準備が必要なく、鋳型４１内に溶融アルミニウム４６を注入直後の工程に前記励磁コイル４９と検出コイル５２を固定設置するのみで廉価な計測装置が設置可能であるが、前記溶融アルミニウム４６に前記渦電流５１により電磁撹拌が生じて、前記液面位置レベル４７が正確に計測できない課題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の溶融物を収納する鋳型内の収納溶融量を計測する装置として、放射線を用いた計測方法では、厳格な管理と特殊な資格を有する者のみが取り扱う必要があり、熱電対を用いた計測方法では、高性能な温度を計測する熱電対が必要とする等の高額なコストの装置となり、さらに、渦電流を用いた方法では、正確な溶融液面位置レベルの計測が困難である等の課題があった。
【００１１】
本発明は、特殊能力を有する作業員を要せず、正確にかつ迅速に溶融物の液面位置レベルを計測して、溶融物量を算出する溶融物収納量検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
溶融物を収納する矩形立方体の溶融物収納体と、前記溶融物収納体の少なくとも上面と、２っの側面と、及び溶融物の液面とを撮像する電子撮像手段と、前記電子撮像手段で撮像した映像信号の２値化情報データを生成する２値化変換手段と、前記２値化変換手段で変換された２値化情報データから、前記溶融物収納体の上面と２っの側面で形成される２っの稜線と前記両側面で形成される縦稜線との第１の交点を探索し、その第１の交点位置をデータ化する第１の交点探索データ生成手段と、前記２値化情報データから、前記溶融物収納体内の溶融物液面と２っの側面で形成される２っの稜線と、前記両側面で形成される縦稜線との第２の交点を探索し、第２の交点位置をデータ化する第２の交点探索データ生成手段と、前記第１と第２の交点探索データ生成手段で生成された、第１の交点位置と第２の交点位置から前記溶融物体内の溶融物の収納量を算出する溶融物収納レベル算出手段とを具備し、前記溶融物収納レベル算出手段で得られた前記溶融物収納体内の収納溶融物量を表示する溶融物収納量検出装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に係る溶融物収納量検出装置の実施の形態の全体構成を示す斜視図で、図１（ｂ）は撮像画面の説明に用いる平面図である。
【００１４】
本発明の実施形態をアルミニウム精錬における例を用いて説明する。従来例でも説明したように、アルミニウム精錬においては、精錬された溶融アルミニウムは、鋳型内に注入し、冷却凝固成形されて、アルミニウム素材として生成されている。この鋳型により成形時に均一な形状寸法と重量のアルミニウム素材とする必要がある。
【００１５】
図中の符号１１は、前記溶融アルミニウムの成形用の鋳型である。この鋳型１１は、矩形立方体で上面は溶融アルミニウム注入用の開口１２と、縦側面１３ａ、１３ｂと、横側面１４ａ、１４ｂ及び底面１５からなるアルミニウム収納部１６を有している。このアルミニウム収納部１６に開口１２から溶融アルミニウムを所定の液面位置１７まで注入後、溶融アルミニウムを鋳型１１に注入された状態で冷却凝固させる。冷却凝固されたアルミニウムは、前記鋳型１１から抜き取り矩形立方体のアルミニウム素材として製品化される。
【００１６】
なお、前記鋳型１１は、コンベア上に所定の間隔をおいて、複数個配置し、この個々の鋳型１１に順次溶融アルミニウムを注入するように精錬及び成形工程が形成されている。
【００１７】
この矩形立方体のアルミニウム素材の形状寸法及び重量の内、縦横寸法は、前記鋳型１１の縦側面１３ａ、１３ｂと横側面１４ａ、１４ｂ及び底面１５で決定されるが、高さ寸法は、前記鋳型１１のアルミニウム収納部１６への注入量である溶融アルミニウムの液面位置１７によって決定される。この高さ寸法は、成形後のアルミニウム素材の重量にも影響される。このために、前記鋳型１１のアルミニウム収納部１６に注入された溶融アルミニウムの液面位置１７を常時計測管理するための電子撮像機器２１が前記鋳型１１へ溶融アルミニウムを注入直後の成形工程中に設けられている。
【００１８】
この電子撮像機器２１は、例えば、前記鋳型１１の斜め上方から鋳型１１の上面、開口１２、縦側面１３ａ、横側面１４ａ及び液面位置１７を撮像範囲となるように前記鋳型１１の搬送コンベアの近傍に配置する。この電子撮像機器２１で撮像した前記鋳型１１の映像画面を図１（ｂ）に示している。つまり、前記電子撮像機器２１で撮象された映像画面には、前記鋳型１１の上面の一部と、縦側面１３ａ、横側面１４ａ及び液面位置１７の各一部分が表示される。この映像画面から後述する方法によって、前記鋳型１１の上面と縦側面１３ａ及び横側面１４ａとで形成される第１の横稜線１３ａ’、１４ａ’と、前記縦・横側面１３ａ、１４ａで形成される縦稜線１８との第１の交点１９の映像画面位置と、並びに、前記縦・横側面１３ａ、１４ａと前記液面位置１７とで形成される第２の横稜線１３ａ”、１４ａ”と、この第２の横稜線１３ａ”、１４ａ”と前記縦稜線１８との第２の交点２０の映像画面位置を求める。つまり、第１の交点１９と第２の交点２０との間の寸法Ｔと前記鋳型１１の上面から液面位置１７の寸法Ｔは、比例することから、映像画面の寸法Ｔを求めることにより、前記鋳型１１のアルミニウム収納部１６への溶融アルミニウムの注入量を計測するものである。
【００１９】
前記電子撮像機器２１で撮像した映像画面は、アナログ映像信号の場合には、図示されていないアナログ／ディジタル変換手段によりディジタル映像信号に変換する。前記アナログ／ディジタル変換されたディジタル映像信号、または、前記電子機器２１がディジタル映像信号の場合には、そのディジタル映像信号を用いて、２値化情報データに変換して、コンピュータ機器２２に供給される。
【００２０】
この２値化情報データの変換について、説明する。
【００２１】
前記電子撮像機器２１は、一般に電子管撮像素子またはＣＣＤ撮像素子が用いられているが、本発明の説明の理解を容易にするために、ＣＣＤ撮像素子を用いた電子撮像機器を例として説明する。ＣＣＤ撮像素子は、所定の形状の光電変換素子に数百個以上の画素がマトリクス状に配置されている。このマトリクス状の画素上に結象された前記鋳型１１の映像画面の内、液面位置１７の計測に必要な部分は、映像画面の水平方向の所定の画素ドット幅数ｔ１と、垂直方向のライン幅数ｔ２、ｔ３、ｔ４を設定し、その画素ドット幅数ｔ１とライン幅数ｔ２〜ｔ４内の映像画面から前記第１と第２の交点１９、２０を求めることが可能となる。
【００２２】
この具体的動作を図２を用いて説明する。この図は、前記電子撮像機器２１で撮像して得たディジタル映像信号から２値化された情報データの映像画面を示している。この２値化された映像画面は、前記鋳型１１の上面の外側面で形成される稜線は、水平方向のドット幅数ｔ１のドッド番号Ｄ３４５〜Ｄ３５５と垂直方向ライン幅数ｔ２のライン番号Ｌ３〜Ｌ８の範囲の座標内の図中斜線で表示している。次に前記第１の交点１９及び差の第１の交点１９に関係する稜線１３ａ’、１４ａ’、１８は、水平方向のドット幅数ｔ１と垂直方向ライン幅数ｔ３のライン番号Ｌ２０２〜Ｌ２１０の範囲の座標内に、前記第２の交点２０及びこの第２の交点２０に関する稜線１３ａ”、１４ａ”、１８は、水平方向のドット幅数ｔ１と垂直方向ライン幅数ｔ４のライン番号Ｌ４０１〜Ｌ４１０の範囲の座標内に、図中斜線で表示している。つまり、前記各種稜線部分と稜線以外の部分とでは、例えば、座標の中が空白は０の値、座標の中が斜線は１の値とする２値化が行われる。この２値化された表示画面情報をデータとして、前記第１の交点１９と第２の交点座標を求めるが、前記水平ドット幅数ｔ１と垂直方向ライン幅数ｔ２の範囲内に表示される２値化情報は、前記鋳型１１の上面と外側面から形成される２っの稜線部分が認識される。一方、第１の交点１９部分を表示する前記ドット幅数ｔ１とライン幅数ｔ３で構成される座標範囲には、２っの横稜線１３ａ’、１４ａ’と１っの縦稜線１８の計３っの稜線情報が認識され、第２の交点２０部分を表示する前記ドット幅数ｔ１とライン幅数ｔ４で構成される座標範囲には、２っの横稜線１３ａ”、１４ａ”と１っの縦稜線１８の計３っの稜線情報が認識される。この３種類の稜線情報の内、前記座標ｔ１とｔ２の範囲は前記鋳型１１の外側稜線である２っの稜線情報のみが存在する。この前記鋳型１１の外側稜線情報は、アルミニウム収納部の１６内の溶融アルミニウム量を計測するためのデータとしては不要となる。一方、前記座標ｔ１とｔ３およびｔ１とｔ４の範囲には、各々３っの稜線情報が存在し、この稜線情報は溶融アルミニウム量を計測するために必要な情報となる。
【００２３】
したがって、第１と第２の交点１９、２０の探索を行う際に、３っの稜線情報が存在する場合のみ交点探索を行うとする条件設定を事前に行うことにより、求める交点探索を可能とし、不要な交点探索を誤って探索することも無くすことができる。
【００２４】
この探索条件のもとで、座標ｔ１とｔ３の範囲の３っの稜線１３ａ’、１４ａ’、１８の交点を探索すると、第１の交点１９は、ドット番号Ｄ３５０とライン番号Ｌ２０２の交点に位置することが認識できる。つぎに座標ｔ１とｔ４の範囲の３っの稜線１３ａ”，１４ａ”，１８の交点を探索すると第２の交点２０は、ドッド番号Ｄ３５０とライン番号Ｌ４０４の交点に位置することが認識できる。ここで認識された第１の交点１９と第２の交点２０のライン番号の差が前記鋳型１１の開口１２の上面から液面位置１７の寸法Ｔに相当する。つまり、この寸法Ｔが基準値以上に大きい場合には、前記アルミニウム収納部１６への溶融アルミニウムの注入量が不足していることになり、基準値以下の場合には、注入量が過剰であることを示すことになる。
【００２５】
前記図２で説明した第１と第２の交点の探索認識と寸法Ｔの算出は、前記コンピュータ機器２２で行うが、その探索認識と算出手順について、図３のフローチャート図を用いて説明する。
【００２６】
前記電子撮像危機２１で撮像された映像信号は、ディジタルの２値化情報データにステップ１で変換される。変換された２値化情報データは、ステップ２に転送される。転送された２値化情報データから前記第１の交点１９を探索するための第１の交点１９の探索及び決定に関係する前記第１の横稜線１３ａ’、１４ａ’と縦稜線１８の条件を第１交点探索条件メモリ３１から読み出し、前記第１の交点１９の探索条件と一致する座標を探索する。前記ステップ２で探索された第１の交点１９座標は、ステップ３に転送されて、第１の交点１９の探索決定を確認するとともに、第１交点データメモリ３２にその座標を記憶させる。前記第１の交点１９の探索決定確認が終了するとステップ４へ移行し、第２の交点２０の探索決定に関係する前記第２の横稜線１３ａ”、１４ａ”及び縦稜線１８の条件を第２の交点探索条件メモリ３３から読み出し、前記第２の交点２０の探索条件と一致する座標を探索する。前記ステップ４で探索された第２の交点２０の座標は、ステップ５に転送されて、第２の交点の探索決定を確認するとともに、第２交点データメモリ３４にその座標を記憶させる。前記第２の交点２０の探索決定確認が終了するとステップ７へ移行し、このステップ７で前記第１交点データメモリ３２と前記第２交点データメモリ３４から第１と第２の座標データを読み出し、その座標差から前記液面位置Ｔを算出する。前記ステップ７で算出された前記液面位置Ｔのデータは、ステップ７に転送され、事前設定された基準液面位置データメモリ３５から読み出し、比較し、前記鋳型１１のアルミニウム収納部１６に注入された溶融アルミニウム量の合否を判定する。このステップ７での比較判定の結果は、ステップ８に転送されて、前記コンピュータ機器２２のディスプレィに、前記液面位置Ｔと基準液面位置との比較判定結果を表示するとともに、作業員または注入機器などにしかるべき指示を与える。
【００２７】
以上説明したように、本発明の溶融アルミニウムを鋳型１１に注入した際の注入量の計測は、電子撮像機器で前記鋳型の上面とその鋳型に注入された溶融アルミニウムの液面から構成される一部の稜線を撮像し、その撮像した映像信号から前記稜線差または交点差を求めて溶融アルミニウムの注入液面位置を計測し、注入量の基準値と比較することにより、注入量の過不足を判定表示できる。これにより、特別な資格を有する作業員を要することもなく、また鋳型に何等事前準備または細工を行う必要性もなく、さらに溶融アルミニウムの液面を変動させることもなく、正確にかつ容易に計測が実現でき、連続精錬工程での生成製品素材の形状寸法の計測用装置として廉価に実現できた。
【００２８】
なお、上記本発明の実施例では、溶融アルミニウムの鋳込み、冷却、凝固及び成形の例を用いたが、同種の溶融部を鋳型に注入して冷却凝固して製品を成形する際の溶融部の注入量の計測にも用いることも可能であることは明かであり、また、各種溶液を溶液注入用の開口の広い容器に注入する際の注入量の計測にも用いること可能であることも明かである。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、電子撮像装置で撮像した鋳型の上面の複数の稜線と、前記鋳型内に注入された溶融物の液面と前記鋳型で形成される複数の稜線から交点を求め、その交点差から溶融物量が計測でき、特殊資格を有する作業員を要することもなく、かつ、精錬工程中に前記電子撮像装置を設置するのみで、前記鋳型に何等細工を施すことなく、廉価に計測装置が実現できる効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶融物収納量検出装置の一実施の形態を示し、図１（ａ）は全体構成を示す斜視図で、図１（ｂ）は撮像画面の説明に用いる平面図。
【図２】本発明を構成する撮像機器で撮像した画面を２値化情報データに変換状態を説明するマトリクス図。
【図３】本発明を構成する第１と第２の交点の探索と液面位置を算出する動作を説明するためのフローチャート図。
【図４】従来の溶融物収納量検出装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…鋳型、１２…開口、１３ａ、１３ｂ…縦側面、１４ａ、１４ｂ…横側面、１３ａ’、１４ａ’…第１の稜線、１３ａ”、１４ａ”…第２の稜線、１５…底面、１６…アルミニウム収納部、１７…液面位置、１８…縦稜線、１９…第１の交点、２０…第２の交点、２１…電子撮像機器、２２…コンピュータ機器。

Claims (3)

1. 溶融物を収納する矩形立方体の溶融物収納体と、
   前記溶融物収納体の少なくとも上面と、２っの側面と、及び溶融物の液面とを撮像する電子撮像手段と、
   前記電子撮像手段で撮像した映像信号の２値化情報データを生成する２値化変換手段と、
   前記２値化変換手段で変換された２値化情報データから、前記溶融物収納体の上面と２っの側面で形成される２っの稜線と前記両側面で形成される縦稜線との第１の交点を探索し、その第１の交点位置をデータ化する第１の交点探索データ生成手段と、
   前記２値化変換手段で変換された２値化情報データから、前記溶融物収納体内の溶融物液面と２っの側面で形成される２っの稜線と、前記両側面で形成される縦稜線との第２の交点を探索し、第２の交点位置をデータ化する第２の交点探索データ生成手段と、
   前記第１と第２の交点探索データ生成手段で生成された、第１の交点位置と第２の交点位置から前記溶融物体内の溶融物の収納量を算出する溶融物収納レベル算出手段と、
   を具備し、前記溶融物収納レベル算出手段で得られた前記溶融物収納体内の収納溶融物量を表示することを特徴とし溶融物収納量検出装置。
2. 前記溶融物収納レベル算出手段で得られた溶融物収納体内の溶融物量と、事前設定された前記溶融物収納体内の基準溶融物収納量とを比較し、その比較結果を用いて、前記溶融物収納体内の溶融物量の良否を判定する判定手段を具備することを特徴とした請求項１に記載の溶融物収納量検出装置。
3. 前記第１と第２の交点探索データ生成手段と、前記溶融物収納レベル算出手段または前記判定手段を電子計算機器で構成することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融物収納量検出装置。

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