JPH0372921B2 - - Google Patents

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JPH0372921B2
JPH0372921B2 JP60071362A JP7136285A JPH0372921B2 JP H0372921 B2 JPH0372921 B2 JP H0372921B2 JP 60071362 A JP60071362 A JP 60071362A JP 7136285 A JP7136285 A JP 7136285A JP H0372921 B2 JPH0372921 B2 JP H0372921B2
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JP
Japan
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melted
arc
electrode
tip
spacing
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JP60071362A
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English (en)
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JPS61230019A (ja
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Hidekazu Makabe
Naoki Harada
Katsuhiko Murakami
Hideaki Mizukami
Kinya Inamoto
Hirotaka Nakagawa
Katsujiro Watabe
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
Nippon Kokan Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はアーク溶解させる対向配置した鋼等の
被溶解材間の間隔およびセンタ位置を測定する溶
解位置測定装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
鋼や合金等に溶解にはアークを発生させこのア
ーク熱により溶解するアーク溶解法なる技術があ
る。この技術のうち特開昭55−165271号公報に開
示されているVADER(Vacuum Arc Double
Electrode Remelting)法と呼ばれるものがあ
る。これは第9図に示すように非水冷鋳型1上部
に一対の消耗電極2,3を水平方向に対向させて
設置し、これら電極2,3間に真空中でアークA
を発生させ、このアーク熱により電極2,3を溶
融するものである。
また、他の溶解方法として第10図に示す技術
もある。すなわち、消耗電極4,5を鋳型6上部
にその中心線が交わるように水平または下方向き
に対向させて設置し、真空下あるいは、不活性ガ
ス雰囲気中で各電極4,5間及び各電極4,5と
鋳型6及び再溶解インゴツト7間にアークBを発
生させ、そのアーク熱により電極4,5を溶融さ
せるものである。
なお、消耗電極4,5は長手方向イ,ロにスラ
イド可能であるとともにハ,ニ方向に移動可能な
構成となつており、溶解の進行に従つて消耗電極
4,5を送出させて各電極4,5間のギヤツプが
調整されている。このようにして溶融した溶融金
属は落下して鋳型6に入り、この鋳型6において
溶融プール8となり凝固してインゴツト7として
製造される。
ところで、以上のアーク熱溶解法の技術におい
てアークを安定して発生して効率良く溶解し高品
質で均一なインゴツトを製造するには、各電極
2,3および4,5間の間隔および電極間のセン
タ位置の情報を知ることが重要な事項である。つ
まり、間隔が長いとアークが発生しなくなり、ま
た間隔が短かく各電極が接触する状態となるとア
ークは発生しなくなり再点弧が困難となつてしま
う。また、断面積の小さいインゴツトやホローピ
ース等の製造に際しては、粒滴状の溶解金属を鋳
型内の所定位置に落下させる必要があり、このた
め電極の間隔およびそのセンタ位置を高精度に制
御しなければならない。
〔背景技術の問題点〕
しかしながら従来、各電極間の間隔、センタ位
置はオペレータの目視によりその情報を得、この
情報に基づいて電極間の間隔、センタ位置を制御
しているのが現状である。したがつてアーク発生
に適切な電極間隔およびセンタ位置が得られずそ
の制御装置の実現が要望されている。
〔発明の目的〕
本発明は上記実情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは、オンラインで電極間隔
およびそのセンタ位置が測定できる溶解位置測定
装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、アーク光成分を除去して放射輝度成
分を通過させる光学フイルタが設けられた輝度検
出器により対向配置された被溶解材の輝度を検出
し、この検出信号から被溶解材の温度分布を求
め、さらにこの温度分布から間隔位置演算手段が
被溶解材の間隔およびセンタ位置を求める溶解位
置測定装置である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。第1図は溶解位置測定装置の全体構
成図である。同図において10は溶解炉の真空容
器であり、11,12は被溶解材としての各電極
である。Cはアークであり、13は落下している
粒滴状の溶解金属である。
20は輝度検出器としての撮像装置であつて、
これは電極11,12の放射輝度分布を真空容器
10に設けられている測定窓を通して検出するも
ので、その視野5は各電極11,12が入るよう
な1次元となつている。
30はアーク位置演算装置であつて、これは撮
像装置20からのビデオ信号を受けてこのビデオ
信号から各電極11,12の温度分布を求め、こ
の温度分布から電極間隔およびそのセンタ位置を
演算し求めるものである。
ここで、撮像装置20およびアーク位置演算装
置30の具体的な構成について第2図を参照して
説明する。
撮像装置20は、その先端に光学フイルタ21
が設けられ、この光学フイルタ21を通つた輝度
光がレンズ22を通つてセンサ23上に結像され
るようになつている。このセンタ23は光電変換
素子を1次元に多数配列した構成のもので、例え
ば光電変換素子としてシリコン・フオト・ダイオ
ード・アレイ(リニア・アレイ、CCD一次元セ
ンタ)を1024素子配列した構成となつている。
ここで、光学フイルタ21について説明する。
第3図は電極11,12間で発生するアークCの
分光放射特性と黒体炉を用いて得られた黒体の分
光放射特性との相対的比較を示している。なお、
同図においてアーク・スペクトルは被溶解材とし
て数種ある中の一例であるが、他の被溶解材を用
いた場合でも、また不活性雰囲気、或は真空度を
変えた場合でもスペクトルは異なるが0.85μm以
上については黒体放射に比べ殆んど無視しうるこ
とが判明している。また同図はシリコン・フオ
ト・ダイオード・アレイを検出器としたマルチ・
チヤンネル分光器を用いて測定したもので、これ
に用いたレンズ、回析格子、フオト・ダイオー
ド・アレイの総合的な分光感度は第4図に示すよ
うになつていることが判明している。
第3図に示すようにアーク光の放射分光特性
は、波長0.80μm付近まで強いスペクトルが存在
する。一方、波長0.80μm以下ではシリコン・フ
オト・ダイオード・アレイを用いたアーク光のス
ペクトルは、例えば1500℃P1、1650℃P2の黒
体放射と比較して非常に弱くほとんど無視しうる
ことがわかる。
従つて、本実施例における光学フイルタ21
は、S/Nを向上させるために波長0.90μm以上
の赤外線透過フイルタを用いてアーク光を除去
し、各電極11,12の放射輝度分布を検出する
ようになつている。この場合、第4図からわかる
ように波長0.90μm以上でもシリコン・フオト・
ダイオード・アレイは感度を持つておりしかも測
定対象温度が1400℃以上であつて十分は出力値が
得られる。
また、レンズ22は各電極11,12の移動範
囲領域を視野とするような焦点距離のものが選定
されて設けられている。さらに撮像装置20に
は、センタ23を駆動するドライバ回路24およ
びビデオ信号増幅回路25が内設されている。
次にアーク位置演算装置30の構成について説
明する。スタートパルス発生回路31はドライバ
回路24を起動するスタートパルスを発生するも
ので、このスタートパルスの周波数(センタ23
での走査周波数)は一定輝度の対象を測定する場
合、出力電圧とは反比例の関係にあるので、黒体
炉校正を行う時に測定する温度範囲を満たすよう
な周波数をもつて発生する。32はビデオ信号増
幅回路25からのビデオ信号のレベルを判定して
溶解温度付近に達したかを判断してこの旨をシー
ケンス制御部33に送出するとともにビデオ信号
を放射輝度分布記憶部34に送出するものであ
る。なお、ビデオ信号は放射輝度分布記憶部34
に記憶される前にデイジタル化されるようになつ
ている。35は間隔位置演算部であつて、これは
放射輝度分布記憶部34に記憶されたデイジタル
ビデオ信号を読み出して電極11,12の温度分
布を求め、この温度分布における各電極11,1
2の各ピークレベル位置を求めてこれらピークレ
ベル位置をセンタ23の光電変換素子の位置に換
算して電極11,12の間隔およびそのセンタ位
置を求める機能を持つたものである。初期値設定
部36には、アーク溶解開始前の電極11,12
の間隔およびそのセンタ位置の情報が予め設定さ
れている。
次に上記の如く構成された装置の動作について
説明する。各電極11,12に電流が供給されて
アークCが発生し、このアーク熱により溶解温度
に達すると各電極11,12は溶解して粒滴状の
溶解金属13として鋳型内に向かつて落下する。
一方、シーケンス制御部33の指令によりスタ
ートパルス発生回路31からスタートパルスがド
ライバ回路24に送出されると、センサ23の各
光電変換素子(シリコン・フオト・ダイオード・
アレイ)が駆動走査される。ところで撮像装置2
0は、その視野5が各電極11,12を補えるよ
うに設置されているので、各電極11,12の像
は光学フイルタ21、レンズ22を通つてセンサ
23上に結像される。ここで、光学フイルタ21
は赤外線透過フイルタが用いられているためアー
ク光は除去され各電極11,12の放射輝度成分
のみがセンサ23に達する。これによりセンサ2
3からは放射輝度分布に応じたビデオ信号がビデ
オ信号増幅回路25を通つて走査周波数判定部3
2に送られる。この走査周波数判定部32では入
力したビデオ信号のレベルを判定して溶解温度に
達したかを判断し、溶解温度に達していればその
旨をシーケンス制御部33に送出する。ここで、
溶解温度に達していなければシーケンス制御部3
3の指令により初期値設定部36からアーク溶解
開始前の間隔およびセンタ位置の情報が読み出さ
れ、この情報に基づいて各電極11,12の位置
が制御される。
さて、溶解温度に達するとビデオ信号は走査周
波数判定部32を通つてデイジタルビデオ信号に
変換されて放射輝度分布記憶部34に記憶され
る。そこで、間隔位置演算部35はこの記憶部3
4に記憶されたデイジタルビデオ信号を読み出し
て各電極11,12の間隔およびそのセンタ位置
を演算し求める。すなわち、デイジタルビデオ信
号から各電極11,12の温度分布が求められ
る。ここで、温度分布が第5図に示す如くとする
と、ピークレベルVnax(Va)は電極11の先端部
分、またピークレベルVnax(Vb)は電極12の先
端部分に相当している。なお、このピークレベル
Va,Vbは各電極11,12の最高温度部分に相
当する。そこで、これらピークレベルVa,Vbの
位置をセンサ23の各シリコン・フオト・ダイオ
ード・アレイの素子位置に換算するがこの換算処
理について第6図を参照して説明する。出力電圧
の各ピークレベルVa,Vbに対してVnax・α(0<
α<1)の閾値を設定して1番目の素子から順次
次式を満足する素子naを検索する。
V(oa)>αVa>V(oa+1) …(1) 次にn(1024)番目の素子に向つて順次検索し
て次式を満足する素子nbを検出する。
V(ob)<αVb<V(ob+1) …(2) このようにして求められた各電極11,12の
先端部分に相当する素子位置na,nbから各電極1
1,12の間隔が求められる。すなわち、間隔
Ncは、 Nc=nb−na …(3) を演算して求められる。
次に電極11,12の間のセンタ位置ncは nc=(na+nb)/2 …(4) なる演算を行なつて求められる。なお、以上のよ
うに求められた間隔Ncおよびそのセンタ位置nc
はセンサ23の各素子位置に対応するセンタ位置
が求められる。そうして求められた間隔およびセ
ンタ位置の情報は、例えば各電極11,12に供
給する電流量や各電極11,12の位置制御を行
なう電極位置制御部に送られる。なお、電極位置
制御部40,41を加えた構成を第7図に示す。
このように上記一実施例においては、赤外線透
過フイルタが設けられた撮像装置20からのビデ
オ信号を受けてアーク位置演算装置30が、ビデ
オ信号から各電極11,12の温度分布を求め、
この温度分布におけるレベルのピークレベルに基
づいて各電極11,12の最高温度部分となる電
極の先端位置を求め、もつてこの先端位置から電
極間隔およびそのセンタ位置を求めるので、アー
ク溶解中に各電極11,12の先端位置およびそ
のセンタ位置が正確に測定でき、これらの情報に
基づいて各電極11,12の間隔および位置が制
御できる。したがつて、アークCを安定して発生
して効率良く溶解でき高品質で均一なインゴツト
を常に製造できる。しかも、粒滴状の溶解金属の
落下位置も正確に制御できるので、断面積の小さ
いインゴツトやホローピース等も高品質で均一に
製造できる。
なお、本発明は上記一実施例に限定されるもの
ではない。例えば第8図に示すように撮像装置5
0は2次元像の撮像装置(シリコン・ビジコン・
二次元固体撮像装置等)を用いてセンタ位置演算
装置51により各電極の温度分布を求めて間隔お
よびセンタ位置を求めるようにしてもよい。ま
た、VADER法によるアーク溶解装置に対して適
用してもよい。
〔発明の効果〕
以上詳記したように本発明によれば、オンライ
ンで電極間隔およびそのセンタ位置が測定できる
溶解位置測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る溶解位置測定装置の一実
施例を示す構成図、第2図は本発明装置の具体的
な構成図、第3図はアークおよび黒体の分光放射
特性の相対的比較を示す図、第4図はマルチチヤ
ンネル分光器の分光感度を示す図、第5図は本発
明装置による温度分布測定結果を示す図、第6図
は本発明装置の間隔およびセンタ位置の演算動作
を説明するための模式図、第7図および第8図は
本発明装置の変形例を示す図、第9図および第1
0図はアーク溶解法を用いた装置の構成図であ
る。 10……真空容器、11,12……電極、20
……撮像装置、21……光学フイルタ、22……
レンズ、23……センサ、30……アーク位置演
算装置、32……走査周波数判定部、34……放
射輝度分布記憶部、35……間隔位置演算部、3
6……初期値設定部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アークを発生しこのアーク熱により対向配置
    した各被溶解材を溶解する装置において、前記各
    被溶解材の各先端部分における輝度を検出する複
    数の光電変換素子を配列した輝度検出器と、この
    輝度検出器に設けられアーク光成分を除去する赤
    外線透過フイルタと、前記輝度検出器から出力さ
    れる検出信号から前記各被溶解材が溶解温度レベ
    ル以上の信号により前記各被溶解材の先端部分の
    温度分布を求める温度演算手段と、この温度演算
    手段により求められた温度分布の各温度に対応す
    る電圧とこの電圧のピークレベルに基づき決定し
    た基準値とを比較して前記各被溶解材の各先端部
    分に相当する位置にある前記光電変換素子を決定
    するとともに、これらの光電変換素子の位置に基
    づいて前記被溶解材の先端部分の間隔及びセンタ
    位置を演算し求める間隔位置演算手段とを具備し
    たことを特徴とする溶解位置測定装置。 2 赤外線透過フイルタは0.90μm以上の波長の
    光を透過させる特許請求の範囲第1項記載の溶解
    位置測定装置。 3 間隔位置演算手段は、各被溶解材の各先端部
    分に相当する位置にある光電変換素子の位置をそ
    れぞれna,nbとした場合、各被溶解材の各先端
    部分の間隔Nc及びセンタ位置ncは Nc=nb−na nc=(na+nb)/2 を演算して求める特許請求の範囲第1項記載の溶
    解位置測定装置。
JP60071362A 1985-04-04 1985-04-04 溶解位置測定装置 Granted JPS61230019A (ja)

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JPS61230019A JPS61230019A (ja) 1986-10-14
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