(57)【要約】【課題】取鍋からタンディシュへの注湯が、シュラウドボックス注湯方式によりなされている鋳造設備におけるスラグ検出方法およびスラグ検出装置を提供する。【解決手段】シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出を、赤外線カメラ１と演算処理装置１０とを備えたスラグ検出装置によりなすもので、前記外線カメラ１からのシュラウドボックス内の溶鋼の流れの撮像画像を画像処理して検出対象領域の明暗パターンを作成し、その明暗パターンと標準明暗パターンとのパターンマッチングを行い、そのパターンマッチングの結果に基づいてスラグ流出の判定をなす。そして、スラグ検出がなされその結果は例えば警報装置に出力される。【選択図】  図１
2004209520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出方法であって、
シュラウドボックス内の溶鋼の流れを赤外線カメラで撮像する手順と、
前記撮像された画像を画像処理して検出対象領域の明暗パターンを作成する手順と、
前記明暗パターンと標準明暗パターンとのパターンマッチングをとる手順と、
前記パターンマッチングの結果に基づいてスラグ流出の判定をなす手順とを含んでいることを特徴とするスラグ検出方法。
【請求項２】
シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出方法であって、
シュラウドボックス内の溶鋼の流れを赤外線カメラで撮像する手順と、
前記撮像された画像を画像処理して検出対象領域の明暗パターンを作成する手順と、
前記検出対象領域の各細分化領域の明度変化を算出する手順と、
前記明度変化に基づいてスラグ流出の判定をなす手順
とを含んでいることを特徴とするスラグ検出方法。
【請求項３】
シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出装置であって、
赤外線カメラと演算処理装置とを備え、
前記演算処理装置が、前記赤外線カメラからの撮像画像を画像処理して検出対象領域の明暗パターンを作成する画像処理部と、該画像処理部により作成された明暗パターンと標準明暗パターンとのパターンマッチングを行うパターンマッチング部と、該パターンマッチングの結果に基づいてスラグ流出の判定をなすスラグ流出判定部とを有してなる
ことを特徴とするスラグ検出装置。
【請求項４】
シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出装置であって、
赤外線カメラと演算処理装置とを備え、
前記演算処理装置が、前記赤外線カメラからの撮像画像を画像処理して検出対象領域のグレースケールによる明暗パターンを作成する画像処理部と、前記検出対象領域の各細分化領域の明度変化を算出する明度変化算出部と、前記明度変化に基づいてスラグ流出の判定をなすスラグ流出判定部とを有してなる
ことを特徴とするスラグ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスラグ検出方法およびスラグ検出装置に関する。さらに詳しくは、シュラウドボックス注湯方式に好適なスラグ検出方法およびスラグ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、連続鋳造設備においては、取鍋からタンディシュへの注湯はロングノズルを用いたいわゆるロングノズル注湯方式によりなされている。
【０００３】
しかるに、近時、シュラウドボックスを用いて取鍋からタンディシュへ注湯するいわゆるシュラウドボックス注湯方式が開発され、そのロングノズル注湯方式に対する優位性が明らかとなり、取鍋からタンディシュへの注湯がシュラウドボックス注湯方式に転換されるようになってきている。
【０００４】
このシュラウドボックス注湯方式においても、ロングノズル注湯方式と同様に取鍋からのスラグ流出を検出する必要がある。この検出をロングノズル注湯方式において用いられていた、渦流センサを用いたスラグ検出装置や温度センサを用いたスラグ検出装置により行った場合、シュラウドボックス注湯方式ではタンディシュへ落下する湯とシュラウドボックス内壁との間に空隙が生ずるため、スラグ流出を精度よく検出できないおそれがある。
【０００５】
そのため、関係者の間でシュラウドボックス注湯方式おいて、スラグ流出を精度よくしかも迅速に検出できるスラグ検出方法およびスラグ検出装置の出現が熱望されている。
【０００６】
なお、特開平９−１９２８２１号公報には、溶融金属の排出流の輝度をＣＣＤカメラにより測定し、その測定値に基づいてスラグ流出を検知するスラグ検知方式が提案されているが、このスラグ検知方式もロングノズル注湯方式に対するものであるため、シュラウドボックス注湯方式におけるスラグ流出の検出には適用すべくもない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、取鍋からタンディシュへの注湯がシュラウドボックス注湯方式によりなされている鋳造設備におけるスラグ検出方法およびスラグ検出装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はかかる従来技術の課題に対し鋭意研究した結果、シュラウドボックス内での流れのパターンが、スラグが混入している場合とそうでない場合とで変化することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のスラグ検出方法の第１形態は、シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出方法であって、シュラウドボックス内の溶鋼の流れを赤外線カメラで撮像する手順と、前記撮像された画像を画像処理して検出対象領域の明暗パターンを作成する手順と、前記明暗パターンと標準明暗パターンとのパターンマッチングをとる手順と、前記パターンマッチングの結果に基づいてスラグ流出の判定をなす手順とを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のスラグ検出方法の第２形態は、シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出方法であって、シュラウドボックス内の溶鋼の流れを赤外線カメラで撮像する手順と、前記撮像された画像を画像処理して検出対象領域の明暗パターンを作成する手順と、前記検出対象領域の各細分化領域の明度変化を算出する手順と、前記明度変化に基づいてスラグ流出の判定をなす手順とを含んでいることを特徴とする。
【００１１】
一方、本発明のスラグ検出装置の第１形態は、シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出装置であって、赤外線カメラと演算処理装置とを備え、前記演算処理装置が、前記赤外線カメラからの撮像画像を画像処理して検出対象領域の明暗パターンを作成する画像処理部と、該画像処理部により作成された明暗パターンと標準明暗パターンとのパターンマッチングを行うパターンマッチング部と、該パターンマッチングの結果に基づいてスラグ流出の判定をなすスラグ流出判定部とを有してなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のスラグ検出装置の第２形態は、シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備におけるスラグ検出装置であって、赤外線カメラと演算処理装置とを備え、前記演算処理装置が、前記赤外線カメラからの撮像画像を画像処理して検出対象領域のグレースケールによる明暗パターンを作成する画像処理部と、前記検出対象領域の各細分化領域の明度変化を算出する明度変化算出部と、前記明度変化に基づいてスラグ流出の判定をなすスラグ流出判定部とを有してなることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備における、取鍋からタンディシュへの注湯の際のスラグ検出が精度よくしかも迅速になし得る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１５】
実施形態１
本発明の実施形態１に係るスラグ検出方法に適用されるスラグ検出装置を図１にブロック図で示し、そのスラグ検出装置によりスラグ流出を検出している様子を図２に模式図で示す。
【００１６】
スラグ検出装置（以下、単に検出装置という）Ａは、図１および図２に示すように、シュラウドボックスＳを撮像する赤外線カメラ１と、この赤外線カメラ１の撮像画像に基づいてスラグ流出を検出する演算処理装置１０と、この演算処理装置１０により検出されたスラグ検出を出力する出力装置３とを主要構成要素として備えてなるものとされる。なお、図２中、符号Ｂはレードル（取鍋）を示し、符号Ｃはモールドを示し、符号Ｔはタンディシュを示す。
【００１７】
赤外線カメラ１は、２次元赤外ＣＣＤセンサを備えてなるものとされる。
【００１８】
演算処理装置１０は、画像処理部１１と、パターンマッチング部１２と、スラグ流出判定部１３とを有するものとされる。
【００１９】
画像処理部１１は、赤外線カメラ１により撮像された画像のシュラウドボックスＳ内に係る領域（以下、検出対象領域という）を任意の格子で切り分けて細分化（量子化）し、その細分化された領域（以下、細分化領域という）の各々について適当な明度の閾値（以下、明度閾値という）により２値化して当該検出対象領域の明暗パターン（明暗マップ、明暗テーブル）を作成する。明度閾値は、適用される鋳造設備に応じて適宜設定される。
【００２０】
このように、明度閾値により検出対象領域を２値化して明暗パターンを作成するのは、検出対象領域には湯が落下しているため高温で明るい領域と、湯が存在しないために低温で暗い領域とが存在するので、これにより検出対象領域における湯の存在領域、つまり湯の落下パターンを特定することができるからである。
【００２１】
図３および図４に、赤外線カメラ１による撮像画像と、その細分化された検出対象領域（図示例では、検出対象領域は４ｘ８（＝３２）の領域に細分化されている。）を示す。ここで、図３はスラグが存在しない場合の一例を示し、図４はスラグが存在する場合の一例を示す。図３および図４より、スラグが存在しない場合には、落下する湯のパターンつまり湯道が一定して乱れがないのがわかる一方、スラグが存在する場合には、湯道が一定せずに乱れているのがわかる。
【００２２】
表１および表２に、図３および図４に示す各細分化領域を明度閾値により２値化して得られた明暗パターン（明暗マップ、明暗テーブル）をそれぞれ示す。なお、表１および表２において、１は明部を示し、０は暗部を示す。
【００２３】
【表１】
2004209520.tif 000003
【００２４】
【表２】
2004209520.tif 000004
【００２５】
パターンマッチング部１２は、スラグが存在しない場合の標準明暗パターン（標準明暗マップ、標準明暗テーブル）と、画像処理部１１により得られた明暗パターン（以下、判定対象パターンという）とのパターンマッチングを行う。
【００２６】
スラグ流出判定部１３は、前記パターンマッチングにより判定対象パターンが標準明暗パターンとマッチングしない場合、スラグが流出したものと判定してスラグ流出の検出を行う。この検出結果は、演算処理装置１０より出力装置３に送出される。
【００２７】
出力装置３は例えば警報装置とされて、演算処理装置１０からのスラグ検出信号に応答して警報を発する。
【００２８】
次に、検出装置Ａによるスラグ検出について説明する。
【００２９】
（１）取鍋ＢからタンディシュＴへの注湯の開始と同時に赤外線カメラ１によるシュラウドボックスの撮像を開始する。
【００３０】
（２）撮像画像を赤外線カメラ１から演算処理装置１０に連続して送出する。
【００３１】
（３）演算処理装置１０の画像処理部１１は、入力された画像から検出対象画像を切り取りった後、その検出探傷領域を細分化するとともに各細分化領域を逐次２値化してその明暗パターン（明暗マップ、明暗テーブル）、つまり判定対象パターンを作成する。
【００３２】
（４）演算処理装置１０のパターンマッチング部１２は、作成された判定対象パターンに対して標準明暗パターンとのパターンマッチングを逐次行う。
【００３３】
（５）演算処理装置１０のスラグ流出判定部１３は、前記パターンマッチングの結果に基づいてスラグ流出の有無を判定する。
【００３４】
（６）演算処理装置１０は前記判定においてスラグ流出の判定がなされると、スラグ検出信号を出力装置３に送出する。
【００３５】
（７）出力装置３は演算処理装置１０からのスラグ検出信号に基づいて、例えばスラグ検出がなされたことを知らせる警報を発する。
【００３６】
このように、この実施形態１によれば、シュラウドボックスＳを赤外線カメラ１により撮像し、その撮像画像を２値化して明暗パターンつまり判定対象パターンを作成し、それにより得られた判定対象パターンと標準明暗パターンとのパターンマッチングを取るという簡単な処理により、迅速かつ精度よくスラグ検出がなし得る。
【００３７】
実施形態２
本発明の実施形態２に係るスラグ検出方法に適用されるスラグ検出装置を図５にブロック図で示し、この実施形態２のスラグ検出方法は、実施形態１のスラグ検出方法を改変してなるものであって、各細分化領域の明度変化に基づいてスラグ検出をなすようにしてなるものである。
【００３８】
まず、この実施形態２におけるスラグ検出の原理について説明する。
【００３９】
前述したように、実施形態１では、スラグが流出すると湯の落下パターンに変化が生じ、その落下パターンの変化によりスラグ検出をなすようにしているが、落下パターンが変化する前には、細分化された検出対象領域において明度が変化する個所が発生する。例えば、落下パターンつまり湯道が変化すると、それまでは明部であった細分化領域のあるものは明度が徐々に減少して暗部に移行する一方、それまでは暗部であった細分化領域のあるものは明度が徐々に増加して明部に移行する。また、スラグが混入している湯の温度はスラグが混入していない湯の温度よりも高いため、スラグが混入している個所の明度はそれ以外の個所よりも高くなる。それ故、細分化領域の明度をグレースケールによりキメ細かに測定してその変化を観察することにより、湯道が変化する前にスラグ流出の検出がなし得る。
【００４０】
そこで、この実施形態２では、図５に示すように、演算処理装置２０は、赤外線カメラ１により撮像された撮像画像をグレースケールで処理する画像処理部２１と、画像処理されたグレースケールによる画像における各細分化領域の明度変化を算出する明度変化算出部２２と、前記明度変化算出部２２により算出された各細分化領域の明度変化に基づいてスラグ流出を検出するスラグ流出判定部２３と、を有してなるものとされる。なお、その余の構成は実施形態１と同様とされているので、実施形態１と同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４１】
図６および図７に、画像処理部２１により撮像画像を７段階のグレースケールにより画像処理した画像を細分化された検出対象領域とともに示す。ここで、図６はスラグが存在しない場合を示し、図７はスラグが存在する場合を示す。
【００４２】
また、表３および表４に、図６および図７における細分化された検出対象領域のグレースケールによる明暗パターン（明暗マップ、明暗テーブル）を示す。なお、表３および表４においては、数字が増加するにしたがって明度が高くなるものとされる。つまり、６が最明部を示し、０が最暗部を示す。
【００４３】
図６および図７ならびに表３および表４より、スラグが存在しない場合は明度が一定しているのがわかる一方、スラグが存在する場合は明度にムラがあるとともにスラグがある個所の明度が高いのがわかる。
【００４４】
【表３】
2004209520.tif 000005
【００４５】
【表４】
2004209520.tif 000006
【００４６】
明度変化算出部２２は例えば下記式１により各細分化領域の明度の変化を算出するものとされる。つまり、パターンマッチング距離を算出するものとされる。
【００４７】
ｄｗｉｊ（ｔ）＝ａｂｓ（Ｍｉｊ（ｔ＋１）−Ｍｉｊ（ｔ））        （１）
【００４８】
ここに、
ｄｗｉｊ（ｔ）：時刻（ｔ）における細分化領域（ｉ，ｊ）のパターンマッチング距離
Ｍｉｊ（ｔ）：時刻（ｔ）における細分化領域（ｉ，ｊ）の明度
Ｍｉｊ（ｔ＋１）：時刻（ｔ＋１）における細分化領域（ｉ，ｊ）の明度
ａｂｓ（）：（）内の絶対値を示す記号
ｉ＝１，２，３…ｍ
ｊ＝１，２，３…ｎ
【００４９】
なお、表３および表４に示す例においては、（ｍ，ｎ）＝（６，１２）とされる。
【００５０】
スラグ流出判定部２３は、次のようにしてスラグ流出が発生しているか否か判定する。
【００５１】
（１）前記パターンマッチング距離を閾値処理して当該領域に明度変化があるか否か判定する。なお、閾値は検出対象となる設備に応じて適宜設定される。
【００５２】
（２）明度変化があるとされた領域数を合計してその割合を算出する。
【００５３】
（３）その割合が基準値を超えていれば、スラグ流出が発生したと判定する。なお基準値は検出対象となる設備に応じて適宜設定される
このように、この実施形態２においては、各細分化領域の明度の時間的変化に基づいてスラグ検出を行っているので、実施形態１に比してスラグ検出がより迅速になし得る。
【００５４】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態２ではパターンマッチング距離により、各細分化領域の明度の時間的変化を算出するようにされているが、各細分化領域の明度の時間的変化は例えば下記式２により算出することもできる。つまり、単純類似度により各細分化領域の明度の時間的変化を算出することもできる。
【００５５】
ｓｗｉｊ（ｔ）＝（Ｍ（ｔ＋１）・Ｍ（ｔ））／（ａｂｓ（Ｍ（ｔ＋１））・ａｂｓ（ｔ））                                          （２）
【００５６】
ここに、
ｓｗｉｊ（ｔ）：時刻（ｔ）における細分化領域（ｉ，ｊ）の単純類似度
Ｍ（ｔ＋１）・Ｍ（ｔ）：Ｍ（ｔ＋１）とＭ（ｔ）との内積
【００５７】
なお、ｓｗｉｊ（ｔ）は−１〜１の値をとり、−１に近いほど変化が大きい。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、シュラウドボックス注湯方式が用いられている鋳造設備において、取鍋からタンディシュへのスラグ流出の検出が精度よくしかも迅速になし得るという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るスラグ検出方法に適用されるスラグ検出装置のブロック図である。
【図２】同スラグ検出装置によりスラグ検出を行っている様子を示す模式図である。
【図３】同スラグ検出装置の赤外線カメラにより撮像された画像であって、スラグが存在しない場合を示す。
【図４】同スラグ検出装置の赤外線カメラにより撮像された画像であって、スラグが存在する場合を示す。
【図５】本発明の実施形態２に係るスラグ検出方法に適用されるスラグ検出装置のブロック図である。
【図６】同スラグ検出装置の赤外線カメラにより撮像された画像であって、スラグが存在しない場合を示す。
【図７】同スラグ検出装置の赤外線カメラにより撮像された画像であって、スラグが存在する場合を示す。
【符号の説明】
１      赤外線カメラ
３      出力装置
１０      演算処理装置
１１      画像処理部
１２      パターンマッチング部
１３      スラグ流出判定部
２０      演算処理装置
２１      画像処理部
２２      明度変化算出部
２３      スラグ流出判定部
Ａ      スラグ検出装置
Ｂ      レードル（取鍋）
Ｓ      シュラウドボックス
Ｔ      タンディッシュ
Ｃ      モールド
Ｄ      冷却装置
【図１】
2004209520.tif 000007
【図２】
2004209520.tif 000008
【図３】
2004209520.tif 000009
【図４】
2004209520.tif 000010
【図５】
2004209520.tif 000011
【図６】
2004209520.tif 000012
【図７】
2004209520.tif 000013