(57)【要約】【課題】人的要因等に左右されていた面損傷度に基づくプレートれんがの交換判定をバラツキなく高精度で行うことが可能なプレートれんがの交換判定装置及び交換判定方法を提供する。【解決手段】プレートれんが交換判定装置１０は、プレートれんが摺動面に形成される凹凸の形状測定を行う表面形状測定器１１と、形状測定結果に基づいて、全閉条件下におけるプレートれんがの隙間高さを算出し、算出された隙間高さに基づいてプレートれんが交換の可否を判断する交換判断手段１２と、隙間高さ及び交換の可否を表示する表示手段１３とを備えている。表面形状測定器１１は、２台のＣＣＤカメラ１４、１５と、プレートれんがに縞パターンを投影するプロジェクタ１６と、ＣＣＤカメラ１４、１５及びプロジェクタ１６の制御を行う制御部１７と、撮像データに基づいてプレートれんが摺動面の形状を三次元座標値として構成する画像処理部１８とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属容器の底部に固定される固定プレートと、前記固定プレートの一方の面に沿って摺動する摺動プレートとからなるプレートれんがの交換判定装置であって、
前記固定プレート及び前記摺動プレートの各摺動面に形成される凹凸の形状測定を行う表面形状測定器と、
前記プレートれんがのノズル孔が全閉となるように前記固定プレート及び前記摺動プレートの摺動面を重ね合わせた状態における、該各摺動面の凹凸によって生じる前記プレートれんがの隙間高さを前記表面形状測定器の測定結果に基づいて算出し、該隙間高さに基づいて前記プレートれんが交換の可否を判断する交換判断手段とを具備することを特徴とするプレートれんが交換判定装置。
【請求項２】
請求項１記載のプレートれんが交換判定装置において、前記交換判断手段は、前記固定プレートのノズル孔と前記摺動プレートのノズル孔で挟まれたエリアにおける前記隙間高さの最小値が１．０ｍｍを超えた場合に、該プレートれんがは交換時期にあると判定するプレートれんが交換判定装置。
【請求項３】
溶融金属容器の底部に固定される固定プレートと、前記固定プレートの一方の面に沿って摺動する摺動プレートとからなるプレートれんがの交換判定方法であって、
前記固定プレート及び前記摺動プレートの各摺動面に形成される凹凸形状を光学的に測定し、前記プレートれんがのノズル孔が全閉となるように前記固定プレート及び前記摺動プレートの摺動面を重ね合わせた状態における、該各摺動面の凹凸によって生じる前記プレートれんがの隙間高さを前記測定結果に基づいて算出し、該隙間高さに基づいて前記プレートれんが交換の可否を判断することを特徴とするプレートれんが交換判定方法。
【請求項４】
請求項３記載のプレートれんが交換判定方法において、前記固定プレートのノズル孔と前記摺動プレートのノズル孔で挟まれたエリアにおける前記隙間高さの最小値が１．０ｍｍを超えた場合に、該プレートれんがは交換時期にあると判定するプレートれんが交換判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋やタンディッシュなどの溶融金属容器から排出される溶融金属の流量制御を行うスライディングノズル装置に使用されるプレートれんがの交換判定（ライフ判定）に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属の流量制御に用いられるプレートれんが（以下では、「ＳＮプレート（スライディングノズルプレート）」と呼ぶこともある。）に発生する損傷は、絞り注入時にノズル孔のエッジ部が溶損するエッジ溶損と、ＳＮプレートの摺動動作によってＳＮプレートの摺動面が損傷するストローク損傷に大別されるが、これら以外にも、酸化による組織劣化、プレート摺動過多、地金引き込み等から起こる摺動面の面荒れがある。
【０００３】
これらの損傷（損耗）は、ＳＮプレートが再使用されるたびに進行する。このため、ＳＮプレートは使用回数が制限されており、主にＳＮプレートの面損傷度に基づいて、ＳＮプレートの交換判定が行われている。具体的には、深さ０．５ｍｍ以上損傷している範囲を面損傷と定義し、オンライン(操業中)は目視で、オフライン(操業後)はストレートエッジ（下端定規）と隙間ゲージを用いて、人の手でＳＮプレートの面損傷度を測定している。即ち、室温近くに温度が下がったＳＮプレートの表面にストレートエッジを当て、ストレートエッジとＳＮプレートの損傷箇所との間に隙間ゲージを差し込むことによって損傷深さを計測する。隙間ゲージは厚さ０．０１〜１ｍｍ程度の短冊状の金属板であり、厚さの異なる複数枚の金属板で一組の隙間ゲージが構成されている。
【０００４】
一方、ＳＮプレートの交換時期を自動的に判定する方法として、例えば特許文献１では、取鍋又はタンディッシュ内の溶融金属を排出した状態で、スライドプレート（ＳＮプレート）を摺動させて摺動圧力を検出し、この摺動圧力が予め設定した摺動圧力を超えた場合に警報を発するようにした発明が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２９１０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、人の手でＳＮプレートの面損傷度を測定する場合、以下のような問題があった。
（１）０．５ｍｍという深さは微妙な寸法であり、計測する作業員によって判断が分かれ、計測値のバラツキにつながる。図６（Ａ）に示すように、人の手でＳＮプレートのストローク消化値を測定した場合、大きなバラツキが生じることがわかる。なお、ストローク消化値は、図６（Ｂ）に示すように、ストローク損傷の程度を示す値である。
（２）隙間ゲージは、ある幅（５〜２０ｍｍ程度）をもっているため、隙間ゲージの幅より狭い凹凸（例えば幅が５ｍｍ未満の凹凸）を計測することができない。
（３）本来、ＳＮプレートを構成する固定プレートと摺動プレートを重ね合わせた状態における損傷量（隙間高さ）に基づいてＳＮプレートを交換する必要があるかどうか判定することが望ましい。しかし、固定プレートと摺動プレートを重ね合わせた状態で、隙間ゲージを用いて損傷量を計測することは非常に困難である。このため、固定プレートと摺動プレート各々について、深さ０．５ｍｍ以上の損傷をＳＮプレート交換の判定値として採用せざるを得なかった。
（４）使用後の固定プレートと摺動プレートの摺動面には、細かい凹凸が形成されており、凸部ではストレートエッジが浮くため、正確な面損傷度を測定することができない。
（５）上記（１）〜（４）の外乱の影響を最終的に人が判断するため、人的バラツキが避けられない。
【０００７】
一方、特許文献１に記載された発明の場合、ＳＮプレートの損傷量と摺動圧力との相関性が明らかではなく、ＳＮプレートの損傷量に基づいたＳＮプレートの交換判定ではないという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、人的要因等に左右されていた面損傷度に基づくプレートれんがの交換判定をバラツキなく高精度で行うことが可能なプレートれんがの交換判定装置及び交換判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、溶融金属容器の底部に固定される固定プレートと、前記固定プレートの一方の面に沿って摺動する摺動プレートとからなるプレートれんがの交換判定装置であって、前記固定プレート及び前記摺動プレートの各摺動面に形成される凹凸の形状測定を行う表面形状測定器と、前記プレートれんがのノズル孔が全閉となるように前記固定プレート及び前記摺動プレートの摺動面を重ね合わせた状態における、該各摺動面の凹凸によって生じる前記プレートれんがの隙間高さを前記表面形状測定器の測定結果に基づいて算出し、該隙間高さに基づいて前記プレートれんが交換の可否を判断する交換判断手段とを具備することを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明は、溶融金属容器の底部に固定される固定プレートと、前記固定プレートの一方の面に沿って摺動する摺動プレートとからなるプレートれんがの交換判定方法であって、前記固定プレート及び前記摺動プレートの各摺動面に形成される凹凸形状を光学的に測定し、前記プレートれんがのノズル孔が全閉となるように前記固定プレート及び前記摺動プレートの摺動面を重ね合わせた状態における、該各摺動面の凹凸によって生じる前記プレートれんがの隙間高さを前記測定結果に基づいて算出し、該隙間高さに基づいて前記プレートれんが交換の可否を判断することを特徴としている。
【００１１】
ここで、「全閉」とは、固定プレートのノズル孔と摺動プレートのノズル孔の位置が最も離れるように摺動プレートを摺動させた状態をいう。通常、この状態では、摺動プレートのノズル孔が固定プレートのプレート面によって完全に塞がれ、湯が止められる（湯止り）。
【００１２】
全閉条件にもかかわらず通湯する湯止り不良が起きないようにするためには、操業状態に即したプレートれんがの損傷量評価が必要となる。即ち、全閉条件下における両プレートの面間距離、即ちプレートれんがのノズル孔が全閉となるように固定プレートと摺動プレートの摺動面を重ね合わせた状態における隙間高さに基づいてプレートれんがの交換時期を判定する必要がある。しかし、固定プレートと摺動プレートの摺動面を重ね合わせた状態で隙間高さを測定することは従来、困難と考えられていた。本発明では、表面形状測定器などの光学的装置を用いて、固定プレート及び摺動プレートの各摺動面に形成される凹凸形状を三次元もしくは二次元座標値として数値化し、例えば、光学的測定データに基づいて、全閉条件下におけるプレートれんがの隙間高さを算出するようにした。これにより、バラツキを排除したプレートれんがの正確なライフ判定が可能となった。
【００１３】
また、本発明に係るプレートれんが交換判定装置では、前記交換判断手段は、前記固定プレートのノズル孔と前記摺動プレートのノズル孔で挟まれたエリアにおける前記隙間高さの最小値が１．０ｍｍを超えた場合に、該プレートれんがは交換時期にあると判定するようにしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明に係るプレートれんが交換判定方法では、前記固定プレートのノズル孔と前記摺動プレートのノズル孔で挟まれたエリアにおける前記隙間高さの最小値が１．０ｍｍを超えた場合に、該プレートれんがは交換時期にあると判定するようにしてもよい。
【００１５】
全閉時に、固定プレートのノズル孔と摺動プレートのノズル孔で挟まれたエリアにおいて、隙間高さの最小値が、ある限界値より大きくなると、固定プレートのノズル孔と摺動プレートのノズル孔とをつなぐ連通路が発生し、全閉条件にもかかわらず連通路を介して固定プレートのノズル孔から摺動プレートのノズル孔へ溶融金属が流れる。
湯止り不良とされた使用済みプレートれんがの隙間高さの最小値を検証したところ、１．５ｍｍを超えていたケースが大半であった。しかし、プレートれんが交換判定後の操業中においてもプレートれんがの損傷が進行することを考慮すると、隙間高さの最小値が１．０ｍｍを超えた場合に、プレートれんがを交換するのが安全であると考えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、固定プレート及び摺動プレートの各摺動面に形成される凹凸形状を光学的に測定し、全閉条件下で固定プレート及び摺動プレートの摺動面を重ね合わせた状態における隙間高さを光学的測定データに基づいて算出し、当該隙間高さに基づいてプレートれんが交換の可否を判断するので、プレートれんがの交換判定をバラツキなく高精度で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
【００１８】
図１に、本発明の一実施の形態に係るプレートれんが交換判定装置１０の構成図を示す。
プレートれんが交換判定装置１０は、プレートれんがを構成する固定プレートと摺動プレートの各摺動面（プレートれんが摺動面）に形成される凹凸（面損傷）の形状測定を行う表面形状測定器１１と、表面形状測定器１１の測定データに基づいて、全閉条件下におけるプレートれんがの隙間高さを算出し、算出された隙間高さに基づいてプレートれんが交換の可否を判断する交換判断手段１２と、隙間高さ及び交換の可否を表示する表示手段１３とを備えており、表面形状測定器１１と交換判断手段１２及び表示手段１３は、有線／無線のＬＡＮ（Local  Area  Network）やＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）などを介して接続される。
【００１９】
表面形状測定器１１は、プレートれんが摺動面の表面形状を深さ方向を含めて測定することが可能な測定器である。具体的には、例えば、レーザーを用いて表面形状を測定する三次元測定器や、カメラで撮像した画像を処理して表面形状を測定する三次元測定器など、三次元方向の形状を取得することが可能な任意の測定器を用いることができる。
【００２０】
対象物の三次元形状を非接触で測定する方法は、受動的方法と能動的方法に大別できる。能動的方法は、光波や電波など何らかの制御されたエネルギーを対象物に照射する方法であり、受動的方法はそのようなエネルギー照射を行わない方法である。一般的に、能動的方法のほうが空間分解能や計測時間、計算コストなど多くの点で優れており、信頼性が高い。能動的方法には、光レーダー法、アクティブステレオ法、モアレトポグラフィ法、干渉法などがある。中でもアクティブステレオ法は、複雑な三次元形状を比較的高い精度で測定できることで知られている。アクティブステレオ法では、ある角度から光を対象物に投影して、少し異なった位置からそれを観測し、投影方向と撮像方向の二つから三角測量の原理を用いて対象物の三次元位置を決定する。
【００２１】
本実施の形態で使用する表面形状測定器１１は、２台のＣＣＤカメラ１４、１５と、２台のＣＣＤカメラ１４、１５の中間位置にセットされ、プレートれんが摺動面に縞パターンを投影するプロジェクタ１６と、２台のＣＣＤカメラ１４、１５及びプロジェクタ１６の制御を行う制御部１７と、２台のＣＣＤカメラ１４、１５によって撮像された撮像データに基づいてプレートれんが摺動面の形状を三次元座標値として構成する画像処理部１８とを備えている。
図２に示すように、プロジェクタ１６を用いて対象物２０の表面（プレートれんが摺動面）に縞パターン２１を投影し、縞パターン２１が投影された対象物２０を２台のＣＣＤカメラ１４、１５で撮像する。そして、画像処理部１８において、撮像された画像データから三角測量の原理を用いて縞パターン２１上の点Ｐの三次元座標値を決定する。この際、２台のＣＣＤカメラ１４、１５のレンズ中心間距離である基線長Ｌ、及び点Ｐと各レンズ中心とを結ぶ線が基線となす角度α、βは既知である。
【００２２】
図３（Ａ）は、溶融金属容器の底部に設置して使用した後の固定プレート３１及び摺動プレート３２の摺動面の状態を示した平面図である。両プレート３１、３２とも、ノズル孔３３ａ、３３ｂの縁から各プレート３１、３２の中央部にかけて凹凸３４が形成されていることがわかる。即ち、固定プレート３１のノズル孔３３ａと摺動プレート３２のノズル孔３３ｂで挟まれたエリアにおいて面損傷が大きいことがわかる。
【００２３】
交換判断手段１２は、パーソナルコンピュータ（以下では、「パソコン」と呼ぶ。）などの情報処理装置からなり、画像処理部１８において得られたプレートれんが３０の摺動面の三次元座標値に基づいて、プレートれんが３０のノズル孔３３ａ、３３ｂが全閉となるように固定プレート３１及び摺動プレート３２の摺動面を重ね合わせた状態における、両プレート３１、３２の凹凸３４によって生じるプレートれんが３０の隙間高さ（全閉条件下における両プレート３１、３２の面間距離）を算出し、算出された隙間高さに基づいてプレートれんが３０の交換の可否を判断する。具体的には、両ノズル孔３３ａ、３３ｂの中心を結ぶ線分上における隙間高さが最も小さいところで１．０ｍｍを超えると、プレートれんが３０が交換時期にあると判定する。これは、両ノズル孔３３ａ、３３ｂの中心を結ぶ線分上の損傷が最も大きくなるからである（図３（Ａ）参照）。
【００２４】
図３（Ｂ）に、交換判断手段１２によって算出された、両ノズル孔３３ａ、３３ｂの中心を通過する直線上における隙間高さ３５の一例を示す。同図の例では、全閉条件にもかかわらず、固定プレート３１のノズル孔３３ａと摺動プレート３２のノズル孔３３ｂが連通しており、湯止り不良のプレートれんが３０であることがわかる。なお、図中、Ａ寸方向は摺動方向を示し、Ｃ寸方向は隙間高さの方向を示している。
【００２５】
次に、上記プレートれんが交換判定装置１０を用いたプレートれんが交換判定方法について、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２６】
（Ｓ１）プレートれんが３０（固定プレート３１及び摺動プレート３２のいずれか一方）の摺動面を上にして載置し、三脚２２等を用いて表面形状測定器１１を、プレートれんが３０の摺動面が見渡せる位置（死角が発生しない位置）にセットする（図４参照）。また、表面形状測定器１１とパソコン１９とをケーブル２３等で接続する。本実施の形態では、パソコン１９が交換判断手段１２及び表示手段１３を兼ねている。即ち、交換判断手段１２は、パソコン１９上で起動するソフトウェアとして構成されている。
（Ｓ２）２台のＣＣＤカメラ１４、１５の中間に設けられたプロジェクタ１６からプレートれんが３０の摺動面に向けて縞パターンを投影する。
（Ｓ３）２台のＣＣＤカメラ１４、１５を用いて、縞パターンが投影されたプレートれんが３０の摺動面を撮像する。
（Ｓ４）表面形状測定器１１の画像処理部１８において、２台のＣＣＤカメラ１４、１５によって撮像された撮像データに基づいて、プレートれんが３０の摺動面の形状を三次元座標値として構成する。得られた三次元座標値は、パソコン１９のハードディスクに保存される。
【００２７】
（Ｓ５）固定プレート３１もしくは摺動プレート３２の一方のプレートの画像処理が終了すると、他方のプレートについて（Ｓ１）から（Ｓ４）までの処理を行う。
（Ｓ６）パソコン１９に搭載された交換判断手段１２を用いて、固定プレート３１及び摺動プレート３２の各三次元座標値に基づき、全閉条件下におけるプレートれんが３０の隙間高さ３５を算出する。図３（Ｂ）に示すように、算出された隙間高さ３５はパソコン１９の画面上に表示される。なお、パソコン１９の画面上には、スライディングノズル装置（図示省略）のストロークに応じた隙間高さ３５を表示させることができる。
（Ｓ７）交換判断手段１２は、固定プレート３１のノズル孔３３ａと摺動プレート３２のノズル孔３３ｂで挟まれたエリアにおける隙間高さ３５の最小値が１．０ｍｍを超えているかどうか判断し、隙間高さ３５の最小値が１．０ｍｍを超えている場合は、再使用不可とパソコン１９の画面上に表示し、隙間高さ３５の最小値が１．０ｍｍ以下の場合は、再使用可とパソコン１９の画面上に表示する。
【００２８】
本発明によれば、バラツキを排除したプレートれんが３０の正確なライフ判定が行えるので、プレートれんが３０を限界まで使用することができる。その結果、耐用性向上によるコストメリットに加えて、廃棄物の量を抑えることができるため環境対策にもなる。
【００２９】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、三次元測定器でプレートれんが摺動面の形状を測定しているが、固定プレートと摺動プレートそれぞれのノズル孔の中心を通過する直線上の損傷深さを計測することが可能な二次元測定器などを用いてもよい。
また、上記実施の形態では、表面形状測定器が画像処理部を備えるようにしたが、画像処理部をパソコン上で起動するソフトウェアとして構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプレートれんが交換判定装置の構成図である。
【図２】三次元形状測定の原理を説明するための模式図である。
【図３】（Ａ）は、使用後のプレートれんが摺動面の状態を示した平面図、（Ｂ）は、交換判断手段によって算出された、両ノズル孔の中心を通過する直線上における隙間高さの一例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るプレートれんが交換判定方法を説明するための模式図である。
【図５】同プレートれんが交換判定方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】（Ａ）は、作業員によるプレートれんがのストローク消化値測定結果の一例を示すグラフ、（Ｂ）は、ストローク消化値の説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：プレートれんが交換判定装置、１１：表面形状測定器、１２：交換判断手段、１３：表示手段、１４、１５：ＣＣＤカメラ、１６：プロジェクタ、１７：制御部、１８：画像処理部、１９：パソコン、２０：対象物、２１：縞パターン、２２：三脚、２３：ケーブル、３０：プレートれんが、３１：固定プレート、３２：摺動プレート、３３ａ、３３ｂ：ノズル孔、３４：凹凸、３５：隙間高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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