JPH10314926A - 鋳型の湯面高さ計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳型に金属溶湯を注湯する際、溶湯内に溶湯内
黒色不純物があったり、鋳型の湯口表面付近に炎が生じ
た場合、それらも撮像画像に取り込まれて画像面積が湯
面高さに比例しなくなり、正確に湯面高さを計測出来な
い点である。 【解決手段】幅が底部から上方開口の湯口７ａに拡径し
た鋳型７に金属溶湯４を自動注湯して湯面高さＨａ…に
応じて湯面表面積ｆａ…を異ならせる工程と、略真上か
ら湯面高さ計測センサ８により湯口７ａ全域を二次元的
に撮像して湯面画像を得る工程と、外乱の炎が撮像され
た場合、炎を除くように湯面画像にウィンドウをかけて
ウィンドウ内の画像面積を計測する工程と、外乱の溶湯
内不純物が撮像された場合、湯面画像を不純物を除いた
画像と同じ重心を持つ外接矩形に変換して外接矩形の画
像面積を算出する工程と、各画像面積より湯面高さの目
標値に対する適合度をファジィ推論により判別して湯面
高さを計測する工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳型に注湯された
金属溶湯の湯面高さ計測方法に関し、詳しくは湯面高さ
を不純物等の外乱の影響を受けずに計測する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳造は、鉄等の金属溶湯を貯溜した取鍋
と称する容器から鋳型に溶湯を注湯して行われる。その
際、鋳型内の湯面高さが低い場合、空気が鋳型に混入し
て巣が発生し、高い場合は、鋳肌を荒らし砂カミの原因
となり、鋳型内の湯面位置は鋳物の品質向上に大きく影
響を及ぼす。そのため、注湯の際、湯面高さを計測し、
鋳型内の湯面位置を決められた高さ、例えば約８分目を
目安として一定高さに保持しつつ注湯する必要があり、
その注湯装置の一例を図３を参照して次に示す。

【０００３】図において（１）は鋳型、（２）は取鍋、
（３）は注湯レベルセンサである。上記鋳型（１）は上
方開口の湯口（１ａ）を有する円筒状カップからなる。
取鍋（２）は内部に金属溶湯（４）を貯溜し、湯口（１
ａ）の斜め上方に上下傾動自在に配された容器で、ハン
ドル等による傾動操作により注ぎ口（２ａ）を傾け、湯
口（１ａ）を経て鋳型（１）内に金属溶湯（４）を注湯
する。注湯レベルセンサ（３）は湯口（１ａ）の斜め上
方に配されたＣＣＤカメラ等の撮像手段で、溶湯（４）
の湯面形状を斜め上方から撮像して湯面高さ（Ｈａ）
（Ｈｂ）…を計測する。

【０００４】上記構成によれば、注湯レベルセンサ
（３）によって湯面形状を湯口（１ａ）の斜め上方から
撮像し、図４（ａ）に示す撮像画像（Ｆ）を得ると、し
きい値で２値化し、図４（ｄ）に示す２値化画像
（Ｆ’）を得る。そうすると、湯面表面の一部が鋳型側
壁によりレベルセンサ（３）の死角領域（Ａ）に入り、
且つ、その領域（Ａ）が湯面高さ（Ｈａ）（Ｈｂ）…に
よって変動する。そのため、図４（ｇ）に示す直線
（Ｌ）のように、レベルセンサ（３）による撮像面（Ｆ
ａ）（Ｆｂ）…の２値化画像（Ｆａ’）（Ｆｂ’）…の
面積が湯面高さ（Ｈａ）（Ｈｂ）…に比例し、画像（Ｆ
ａ’）（Ｆｂ’）…が大きくなる程、湯面高さ（Ｈａ）
（Ｈｂ）…も高くなる。それによって画像（Ｆａ’）
（Ｆｂ’）…から湯面高さ（Ｈａ）（Ｈｂ）…を計測し
て、決められた所望の高さに安定に保持しつつ注湯す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、図３に示すように、溶湯（４）内にのろ（溶湯内黒
色不純物）（５）があったり、鋳型（１）に含まれるガ
スが引火して湯口表面付近に炎（６）が生じた場合、図
４（ｂ）（ｃ）に示すように、炎画像（Ｆｄ）やのろ画
像（Ｆｅ）も撮像画像（Ｆ）に取り込まれ、図４（ｅ）
（ｆ）に示すように、それらの２値化画像（Ｆｄ’）
（Ｆｅ’）…を含んだ撮像画像が湯面高さ（Ｈａ）（Ｈ
ｂ）…に比例しなくなり、正確に湯面高さ（Ｈａ）（Ｈ
ｂ）…を計測出来ない点である。例えば図４（ｇ）に示
すように、炎（６）がある場合、２値化画像面積に対す
る湯面高さの変動は直線（Ｌ）よりも緩やかで曲線（Ｃ
ａ）となり、のろ（５）がある場合、直線（Ｌ）よりも
急峻で曲線（Ｃｂ）となって両者共に画像面積は湯面高
さに比例しない。

【０００６】本発明の目的は、のろや炎等の外乱の影響
を受けずに鋳型の湯面高さを正確に計測出来る鋳型の湯
面高さ計測方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、幅が底部から
上方開口の湯口に拡径した鋳型に金属溶湯を自動注湯し
て湯面高さに応じて湯面表面積を異ならせる工程と、上
記湯口の略真上から湯面高さ計測センサにより湯口全域
を二次元的に撮像して湯面画像を得る工程と、上記湯面
画像に外乱の炎が撮像された場合、炎を除くように湯面
画像にウィンドウをかけてウィンドウ内の画像面積を計
測する工程と、上記湯面画像に外乱の溶湯内不純物が撮
像された場合、湯面画像を不純物を除いた画像と同じ重
心を持つ外接矩形に変換して外接矩形の画像面積を算出
する工程と、上記各画像面積より湯面高さの目標値に対
する適合度をファジィ推論により判別して湯面高さを計
測する工程とを具備したことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係る鋳型の湯面高さ計測
方法の実施の形態を図１及び図２を参照して以下に説明
する。まず図２は本発明に用いられる自動注湯装置の部
分断面側面図を示し、図において（２）は従来と同じ金
属溶湯収納用取鍋、（７）は鋳型、（８）は高さ計測セ
ンサである。上記鋳型（７）は上方開口の湯口（７ａ）
及び傾斜側壁（７ｂ）を有し、幅が底部から上方に拡径
したラッパ状カップ体からなる。そこで、傾動により取
鍋（２）から湯口（７ａ）を経て鋳型（７）に金属溶湯
（４）を自動注湯すると、カップ幅が湯面高さ（Ｈａ）
（Ｈｂ）…に比例して変化するため、湯面高さ（Ｈａ）
（Ｈｂ）…に比例して湯面表面積（ｆａ）…が変動す
る。高さ計測センサ（８）は湯口（７ａ）の略真上に配
され、湯口（７ａ）の全域を視野に収めたＣＣＤカメラ
等の撮像手段で、湯口全域を略真上から二次元的に撮像
して湯面画像を得る。

【０００９】ここで、図２及び図３に示すように、溶湯
（４）内にのろ（溶湯内黒色不純物）（５）があった
り、鋳型（７）に含まれるガスが引火して湯口表面付近
に炎（６）が生じた場合、その影響を受けて湯面高さ
（Ｈａ）（Ｈｂ）…に応じて湯面表面積（ｆａ）…を正
確に反映せず、湯面高さ計測が困難になる。そこで、一
個の高さ計測センサ（８）を切り替えて正常な湯面、炎
のある湯面、及びのろのある湯面画像を取り込み、又
は、外乱有と無に応じて専用カメラを配し、例えば正常
な湯面、炎のある湯面、及びのろのある湯面をそれぞれ
３個のカメラで撮像するか、又は２個のカメラで一個を
切り替えて撮像しても良い。

【００１０】上記構成に基づき本発明の動作を次に説明
する。まず高さ計測センサ（８）により湯口表面全域の
湯面形状を撮像して、図１（ａ）に示す湯面画像（Ｐ
ａ）を得たとする。そうすると、湯口（７ａ）が二次元
平面的に撮像されて湯面の波打ちが平均化され、湯面画
像（Ｐａ）に波高等の波打ち画像が現れず、安定した撮
像画像を得る。しかも、湯面高さ（Ｈａ）…に比例して
湯面表面積（ｆａ）…が変動し、湯面が底部に下がる
程、表面積が小さく、又、上方に上がる程、表面積が大
きくなる。そこで、高さ計測センサ（８）による湯面画
像（Ｐａ）の画像面積（Ｓａ）から湯面高さ（Ｈａ）…
を正確に計測出来る。

【００１１】ここで、上述したように、溶湯（４）内に
のろ（５）があったり、湯口表面付近に炎（６）が生じ
た場合、その影響を受けて湯面高さ（Ｈａ）…に応じて
湯面表面積（ｆａ）…を正確に反映せず、湯面高さ計測
が困難になる。そこで、例えば、図１（ｂ）（ｃ）に示
すように、炎画像（Ｐｄ）を含む湯面画像（Ｐｂ）及び
のろ画像（Ｐｅ）を含む湯面画像（Ｐｃ）を得た場合、
各湯面画像（Ｐｂ）（Ｐｃ）を画像処理してのろ（５）
や炎（６）の影響を排除して正確に湯面高さ（Ｈａ）…
を計測する。

【００１２】即ち、まず炎（６）がある場合、図１
（ｄ）に示すように、湯口開口縁内だけを取り込む円ウ
ィンドウ（Ｗ）を湯面画像（Ｐｂ）にかけて画像処理し
た後、円ウィンドウ（Ｗ）内の画像面積（Ｓｂ）を計測
し、開口周囲の炎画像（Ｐｄ）を撮像画像として取り込
まない。次に、のろ（５）がある場合、図１（ｅ）に示
すように、湯面画像（Ｐｃ）からのろ画像（Ｐｅ）…を
除いた画像の重心を算出し、その重心を中心に湯面画像
（Ｐｃ）のＸＹ方向の平均画素数分だけＸＹ方向に線引
きし、同じ重心を持つ外接矩形（Ｐｓ）に変換して外接
矩形（Ｐｓ）の画像面積（Ｓｃ）を算出する。

【００１３】次に、上記画像面積（Ｓａ）（Ｓｂ）（Ｓ
ｃ）からファジィ推論により湯面高さ（Ｈａ）…を判定
する。上記ファジィ推論は確率による判定手段により判
別するもので、まず図１（ｆ）に示すファジィの湯面高
さ用メンバーシップ関数（Ｍ）を作成する。上記メンバ
ーシップ関数（Ｍ）は画像面積（Ｓａ）（Ｓｂ）（Ｓ
ｃ）に対する湯面高さの確率分布を描いたもので、（Ｎ
ａ）（Ｎｂ）（Ｎｃ）（Ｎｄ）はそれぞれ正常画像（Ｐ
ａ）、のろのある画像（Ｐｃ）、炎のある画像（Ｐｂ）
及び湯こぼれ等の異常のある画像の各ファジィ集合を示
し、横軸は計測面積（Ｓ）、縦軸は湯面高さの目標値に
対する適合度（ｈ）を示す。

【００１４】例えば計測面積（Ｓ）として（Ｓｍ）を計
測したとすると、ファジィ集合（Ｎａ）（Ｎｂ）（Ｎ
ｃ）（Ｎｄ）における各適合度（Ｈ）は（ｈa ）、０、
（ ｈc）、０となり、 h ａ＞h ｃとなって湯面画像は
正常画像の目標湯面高さに近付く。又、計測面積（Ｓ）
として（Ｓn ）を計測したとすると、ファジィ集合（Ｎ
ａ）（Ｎｂ）（Ｎｃ）（Ｎｄ）における各適合度（h ）
は０、０、１、０となって湯面画像は炎のある画像の目
標湯面高さに適合している。

【００１５】これにより湯面高さを算出でき、又、のろ
や炎等の阻害要因、異常との区別も同時に行える。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、鋳造の自動注湯装置に
おいて鋳型の湯面高さを計測する際、上方に拡径した鋳
型に金属溶湯を自動注湯し、略真上から湯口全域を二次
元的に撮像して不純物や炎等の外乱のある湯面画像を画
像処理してファジィ推論により湯面高さを判別したか
ら、外乱の影響なく湯面高さを計測出来、湯面高さ計測
精度が大幅に向上し、注湯時の鋳物品質を確保出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明に係る高さ計測セ
ンサによって撮像した正常湯面、炎のある湯面、のろの
ある湯面の各撮像画像。（ｄ）（ｅ）は炎のある湯面画
像及びのろのある湯面画像の各処理画像。（ｆ）は本発
明に係るファジィ推論のメンバーシップ関数のグラフ。

【図２】本発明に係る鋳型の湯面高さ計測方法の実施の
形態を示す自動注湯装置の部分断面側面図。

【図３】従来の自動注湯装置の一例を示す部分断面側面
図。

【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は従来の注湯レベルセンサ
によって撮像した正常な湯面画像、炎のある湯面画像、
のろのある湯面画像。（ｄ）（ｅ）（ｆ）は従来の注湯
レベルセンサによって撮像した画像の正常な湯面の２値
化画像、炎のある湯面の２値化画像、のろのある湯面の
２値化画像。（ｇ）は従来の正常な湯面、炎のある湯面
及びのろのある湯面の各２値化画像面積に対する湯面高
さの変化を示すグラフ。

【符号の説明】

４ 溶湯 ７ 鋳型 ７ａ 湯口 ８ 湯面高さ計測センサ ｆａ 湯面表面積 Ｈａ 湯面高さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】幅が底部から上方開口の湯口に拡径した鋳
   型に金属溶湯を自動注湯して湯面高さに応じて湯面表面
   積を異ならせる工程と、上記湯口の略真上から湯面高さ
   計測センサにより湯口全域を二次元的に撮像して湯面画
   像を得る工程と、上記湯面画像に外乱の炎が撮像された
   場合、炎を除くように湯面画像にウィンドウをかけてウ
   ィンドウ内の画像面積を計測する工程と、上記湯面画像
   に外乱の溶湯内不純物が撮像された場合、湯面画像を不
   純物を除いた画像と同じ重心を持つ外接矩形に変換して
   外接矩形の画像面積を算出する工程と、上記各画像面積
   より湯面高さの目標値に対する適合度をファジィ推論に
   より判別して湯面高さを計測する工程とを具備したこと
   を特徴とする鋳型の湯面高さ計測方法。