JP7437817B2 - 2つの導電性本体の間を流れる1つまたは複数の横断方向局所電流セグメントの長さおよび位置の推定または制御 - Google Patents
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Description
本出願は、(i)出願人KW Associates LLCならびに発明者Matthew A.Cibula、Paul E.King、Joshua R.Motley、およびNathan L.Pettingerの名義で、2020年3月16日に出願された、「Estimation or control of lengths and positions of one or more transversely localized electric current segments flowing between two conductive bodies」と題する米国仮出願第62/990,436号、(ii)出願人KW Associates LLCならびに発明者Matthew A.Cibula、Paul E.King、Joshua R.Motley、およびNathan L.Pettingerの名義で、2021年3月14日に出願された、「Estimation or control of lengths and positions of one or more transversely localized electric current segments flowing between two conductive bodies」と題する米国非仮出願第17/200,875号の優先権を主張する。前記出願の両方は、それらの全体が本明細書において記載されるかのように、参照により本明細書に組み込まれる。
- Matthew A.Cibula、Paul E.King、およびC.Rigel Woodsideの名義で2016年9月26日に出願された、「Estimation of arc location in three dimensions」と題する米国仮出願第62/400,018号、
- Cibulaらに対して2019年12月24日に発行された、「Estimation of arc location in three dimensions」と題する米国特許第10,514,413号、
- Matthew A.Cibula、Paul E.King、およびC.Rigel Woodsideの名義で2019年12月18日に出願された、「Estimation of arc location in three dimensions」と題する米国非仮出願第16/719,792号、
- Matthew A.Cibula、Joshua R.Motley、C.Rigel Woodside、およびPaul E.Kingの名義で2018年1月12日に出願された、「Vacuum Arc Control using Arc Position Sensing and Induced Magnetic Fields」と題する米国仮出願第62/617,036号、
- Matthew A.Cibula、Joshua R.Motley、C.Rigel Woodside、およびPaul E.Kingの名義で2018年3月28日に出願された、「Sensing and control of position of an electrical discharge」と題する米国仮出願第62/649,570号、
- Motleyらの名義で2019年7月18日に公開された、「Sensing and control of position of an electrical discharge」と題する米国許可前公開第2019/0219615号
に開示されている主題に関し得る。
Claims (23)
- 1つまたは複数の横断方向に局在する電流セグメントの感知ボリューム内の対応する長さパラメータおよび長手方向位置を推定するための装置であって、前記装置は、
(a)1つまたは複数の電子プロセッサと、それに結合された1つまたは複数のデジタル記憶媒体とを備えるコンピュータシステムと、
(b)前記感知ボリュームの側方周辺部に沿って長手方向に移動可能な1つまたは複数の磁界センサーであって、電流が、前記感知ボリュームを通って長手方向に、(i)少なくとも部分的に前記感知ボリューム内の第1の導電性本体を通って、(ii)少なくとも部分的に前記感知ボリューム内の第2の導電性本体を通って、および(iii)前記1つまたは複数の横断方向に局在する電流セグメントとして構成された前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の間隙にわたって長手方向に、流れて、1つまたは複数の前記電流セグメントが前記間隙において横断方向に移動するものであり、前記横断方向は前記長手方向と垂直であり、前記1つまたは複数の磁界センサーが、1つまたは複数の前記電流セグメントの長手方向の移動および位置に対応して、長手方向に移動するように構成されている磁界センサーと、
(c)前記コンピュータシステムによって生成され、前記コンピュータシステムから送信されたセンサー位置制御信号に応答して、前記感知ボリュームに沿って長手方向に前記1つまたは複数の移動可能なセンサーを移動させるように配列された1つまたは複数のセンサーアクチュエータと
を備え、
(d)ここにおいて、前記コンピュータシステムが、(i)前記1つまたは複数の移動可能なセンサーに、および前記1つまたは複数のセンサーアクチュエータに動作可能に結合され、(ii)前記感知ボリュームに沿った前記1つまたは複数の移動可能なセンサーの対応する長手方向位置を示す前記1つまたは複数のセンサーアクチュエータからの信号と、前記1つまたは複数の移動可能なセンサーによって測定された対応する磁界成分を示す前記1つまたは複数の移動可能なセンサーからの信号とを受信するように構成および接続され、(iii)前記センサー位置制御信号を生成し、前記センサー位置制御信号を前記1つまたは複数のセンサーアクチュエータに送信するように構成、接続、およびプログラムされ、
(e)ここにおいて、前記コンピュータシステムが、前記1つまたは複数の電流セグメントの対応する推定長さパラメータおよび長手方向位置を算出するように構成、接続、およびプログラムされ、その算出は、(i)前記感知ボリュームに沿った複数の異なる長手方向位置において測定された磁界成分、および(ii)それらの測定された磁界成分の各々についての、その磁界成分が前記1つまたは複数の移動可能なセンサーのうちの対応する1つによってそこにおいて測定された、前記感知ボリュームに沿った対応する長手方向位置に少なくとも部分的に基づく、
装置。 - (i)前記1つまたは複数の電流セグメントの長手方向位置が、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙の前記感知ボリューム内の長手方向位置におよそ等しく、前記1つまたは複数の電流セグメントの長さが、前記1つまたは複数の電流セグメントの前記間隙内の対応する横断方向位置における、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙にわたる対応する距離におよそ等しく、
(ii)前記コンピュータシステムが、(i)前記感知ボリュームの前記側方周辺部の少なくとも一部分の周りの複数の異なる円周位置において測定された磁界成分、および(ii)それらの測定された磁界成分の各々についての、その磁界成分がそこにおいて測定された、前記感知ボリュームの周りの対応する円周位置に少なくとも部分的に基づいて、前記1つまたは複数の電流セグメントの前記間隙内の対応する推定横断方向位置を算出するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項1に記載の装置。 - 前記コンピュータシステムが、前記間隙内の複数の異なる推定横断方向位置における1つまたは複数の電流セグメントの推定長さパラメータおよび位置に基づいて、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙の推定横断方向トポグラフィを算出するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項2に記載の装置。
- (i)前記コンピュータシステムに動作可能に結合され、(ii)前記感知ボリュームの前記側方周辺部に配置され、(iii)前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙を含む、前記感知ボリュームの少なくとも一部分にわたって横断方向に向けられた対応する非ゼロ成分を有する対応する印加磁界を、前記コンピュータシステムによって生成され、前記コンピュータシステムから送信された制御信号に応答して印加するように配列された1つまたは複数の磁界源をさらに備え、ここにおいて、前記コンピュータシステムは、前記生じた印加磁界が、前記1つまたは複数の電流セグメントについての選択された横断方向位置、横断方向軌道、または横断方向分布に従って、前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定横断方向位置を制御または変更するように、前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定横断方向位置と、1つまたは複数の対応する磁界源位置とに少なくとも部分的に基づいて、前記対応する制御信号を生成し、前記対応する制御信号を前記1つまたは複数の磁界源に送信するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項2に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、サーボ機構配列において前記磁界源のうちの1つまたは複数と前記磁界センサーのうちの1つまたは複数とを結合する、請求項4に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の移動可能なセンサーが、前記感知ボリュームの前記側方周辺部の少なくとも一部分の周りの複数の異なる円周位置に配置された移動可能なセンサーを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記感知ボリュームの前記側方周辺部の少なくとも一部分の周りの複数の異なる円周位置に配置された複数の静止した磁界センサーをさらに備える、請求項1に記載の装置。
- (i)前記感知ボリュームが、再溶融炉のるつぼの内部ボリュームを含み、(ii)前記第1の導電性本体が、前記再溶融炉の電極であり、(iii)前記第2の導電性本体が、前記電極の溶融によって前記再溶融炉の前記るつぼ中に形成されたインゴットであり、(iv)前記1つまたは複数の移動可能なセンサーおよび前記1つまたは複数のセンサーアクチュエータが、前記再溶融炉のるつぼの外側に配置された、請求項1に記載の装置。
- (i)前記1つまたは複数の電流セグメントのうちの少なくとも1つが、前記電極から前記インゴットの上部表面上の溶融池の中に前記間隙にわたって滴下する溶融金属の液滴を通る過渡短絡であるか、または(ii)前記1つまたは複数の電流セグメントのうちの少なくとも1つが、前記電極と前記インゴットとの間の前記間隙にわたって形成された放電または電気アークである、請求項8に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、再溶融プロセスのための溶融時間に応じて、前記1つまたは複数の電流セグメントの推定長手方向位置および長さパラメータのプロファイルを生成および記憶し、その記憶されたプロファイルを、その再溶融プロセスによってもたらされた前記インゴットに関連付けるように構成および接続された、請求項8に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、前記1つまたは複数の移動可能なセンサーのうちの少なくとも1つを、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙の推定長手方向位置の選択された長手方向距離限界内に配置するように、前記1つまたは複数のセンサーアクチュエータのうちの1つまたは複数に指示するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項1に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、前記間隙の前記推定長手方向位置の前記選択された長手方向距離限界内に前記移動可能なセンサーのうちの少なくとも1つの前記長手方向位置を維持するように、サーボ機構配列において前記1つまたは複数のセンサーアクチュエータのうちの1つまたは複数と前記1つまたは複数の移動可能なセンサーのうちの1つまたは複数とを結合する、請求項11に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙にわたって流れる前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定長さパラメータを、前記感知ボリュームに沿った2つまたはそれ以上の長手方向位置において測定された対応する横断方向磁界成分に少なくとも部分的に基づいて算出するように構成、接続、およびプログラムされており、前記感知ボリュームに沿った長手方向位置に応じて測定された横断方向磁界成分の大きさが、前記間隙の前記長手方向位置においてまたは前記間隙の前記長手方向位置の近くで局所最大値を呈し、(i)前記電流セグメントのうちの少なくとも1つの横断方向ロケーションにおける推定長さパラメータの算出が、前記最大値にわたる長手方向距離に少なくとも部分的に基づくものであり、または(ii)前記間隙の推定長手方向位置の算出が、最大の測定された横断方向磁界成分の長手方向位置、または前記測定された横断方向磁界成分の重心の長手方向位置に基づく、請求項1に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙にわたって流れる前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定長さパラメータを、前記感知ボリュームに沿った2つまたはそれ以上の長手方向位置において測定された対応する長手方向磁界成分に少なくとも部分的に基づいて算出するように構成、接続、およびプログラムされており、前記感知ボリュームに沿った長手方向位置に応じて測定された長手方向磁界成分が、前記間隙の前記長手方向位置においてまたは前記間隙の前記長手方向位置の近くで局所最小値および局所最大値を呈し、(i)前記電流セグメントのうちの少なくとも1つの横断方向ロケーションにおける推定長さパラメータの算出が、前記最大値と前記最小値との間の長手方向距離に少なくとも部分的に基づくものであり、または(ii)前記間隙の推定長手方向位置が、前記最大値と前記最小値との間の中間の長手方向位置として、または前記最大値と前記最小値との間の前記長手方向距離の指定されたフラクションにおいて算出される、請求項1に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、(i)前記間隙をスパンする少なくとも1つの移動可能なセンサーの走査移動を指示するように、および(ii)前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙にわたって流れる前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定長さパラメータを、前記少なくとも1つの走査移動可能なセンサーによって前記感知ボリュームに沿った2つまたはそれ以上の長手方向位置において測定された対応する磁界成分に少なくとも部分的に基づいて算出するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項1に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムが、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙にわたって流れる前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定長さパラメータを、前記移動可能なセンサーのうちの対応する2つまたはそれ以上によって前記感知ボリュームに沿った2つまたはそれ以上の長手方向位置において測定された対応する磁界成分に少なくとも部分的に基づいて算出するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項1に記載の装置。
- 前記コンピュータシステムに動作可能に結合され、前記コンピュータシステムによって生成され、前記コンピュータシステムから送信された制御信号の指示の下で、前記感知ボリューム内で長手方向に前記第1の導電性本体を移動し、それにより、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の、前記間隙にわたる距離、および前記1つまたは複数の電流セグメントの長さを変更するために配列された、導電性部材アクチュエータをさらに備え、
前記コンピュータシステムは、前記1つまたは複数の電流セグメントの1つまたは複数の対応する推定長さパラメータが、長さパラメータの選択された範囲内にあるように、前記第1の導電性本体を配置するように前記導電性部材アクチュエータに指示するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項1に記載の装置。 - 前記コンピュータシステムが、長さパラメータの選択された範囲内に前記1つまたは複数の電流セグメントの前記1つまたは複数の対応する推定長さパラメータを維持するように、サーボ機構配列において前記導電性部材アクチュエータと前記移動可能なセンサーのうちの1つまたは複数とを結合する、請求項17に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定長さパラメータの所与の算出において使用される各測定された磁界成分について、それらの磁界成分がそこにおいて測定された前記感知ボリュームに沿った前記対応する長手方向位置が、前記間隙にわたる選択されたターゲット距離の2、3、5、または10倍よりも大きい前記感知ボリュームに沿った長手方向範囲をスパンする、請求項1に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の電流セグメントの前記推定長さパラメータの所与の算出において使用される各測定された磁界成分について、それらの磁界成分がそこにおいて測定された前記感知ボリュームに沿った前記対応する長手方向位置が、前記間隙にわたる選択されたターゲット距離の1/2、1/3、1/5、または1/10よりも小さい長手方向間隔だけ長手方向に離間された、請求項1に記載の装置。
- (i)チャンバであって、前記チャンバの外側に位置決めされた1つまたは複数の前記磁界センサーをもつ前記感知ボリュームの前記側方周辺部を画定するチャンバをさらに備え、(ii)ここにおいて、前記磁界センサーのうちの2つまたはそれ以上が、実質的に長手方向次元において磁界成分を測定するように配列され、(iii)ここにおいて、前記コンピュータシステムが、前記第1の導電性本体または前記第2の導電性本体と前記チャンバとの間で主に横断する方向に流れる二次局所電流セグメントを示す、測定された磁界の大きさまたは長手方向成分の1つまたは複数のセットを認識するように構成、接続、およびプログラムされ、その認識が、電流の大きさ、前記1つまたは複数の電流セグメントの推定長手方向位置、および前記測定された長手方向磁界成分のうちの2つまたはそれ以上に少なくとも部分的に基づく、請求項1に記載の装置。
- (i)前記コンピュータシステムに動作可能に結合され、(ii)前記感知ボリュームの前記側方周辺部に配置され、(iii)前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記間隙を含む、前記感知ボリュームの少なくとも一部分にわたって横断方向に向けられた対応する非ゼロ成分を有する対応する印加磁界を、前記コンピュータシステムによって生成され、前記コンピュータシステムから送信された制御信号に応答して印加するように配列された1つまたは複数の磁界源をさらに備え、ここにおいて、前記コンピュータシステムが、前記第1の導電性本体または前記第2の導電性本体と前記チャンバとの間で主に横断する方向に流れる二次局所電流セグメントを示す、測定された磁界の大きさまたは長手方向成分の1つまたは複数のセットの認識に応答して、対応する制御信号を生成し、前記二次局所電流セグメントのうちの1つまたは複数の低減または除去を生じる前記磁界源のうちの対応する1つに、その制御信号を送信するように構成、接続、およびプログラムされた、請求項21に記載の装置。
- 請求項1に記載の前記装置を使用する、前記第1の導電性本体と前記第2の導電性本体との間の前記1つまたは複数の横断方向に局在する電流セグメントの対応する長さパラメータおよび長手方向位置を推定するための方法であって、前記方法は、
(A)前記第1の導電性本体および前記第2の導電性本体中を流れる前記電流を用いて、前記1つまたは複数の移動可能なセンサーを使用して2つまたはそれ以上の長手方向位置において磁界成分を測定することと、
(B)前記コンピュータシステムを使用して、前記感知ボリュームに沿った前記移動可能なセンサーのうちの1つまたは複数の前記長手方向位置を示す、前記1つまたは複数のセンサーアクチュエータからの信号と、前記対応する測定された磁界成分を示す、前記移動可能なセンサーのうちの1つまたは複数からの信号とを受信することと、
(C)前記コンピュータシステムを使用して、前記1つまたは複数の電流セグメントの対応する推定長さパラメータおよび長手方向位置を算出することであって、その算出が、(i)前記感知ボリュームに沿った複数の異なる長手方向位置において測定された磁界成分、および(ii)それらの測定された磁界成分の各々についての、その磁界成分が前記1つまたは複数の移動可能なセンサーのうちの対応する1つによってそこにおいて測定された、前記感知ボリュームに沿った対応する長手方向位置に少なくとも部分的に基づく、算出することと
を備える、方法。
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