特開 2023-96648 金属インゴットを製造するための装置、方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023096648

(43)【公開日】2023-07-07

(54)【発明の名称】金属インゴットを製造するための装置、方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/041 20060101AFI20230630BHJP

   B22D 27/02 20060101ALI20230630BHJP

   B22D 11/16 20060101ALI20230630BHJP

   C22B 9/22 20060101ALI20230630BHJP

【ＦＩ】

B22D11/041 D

B22D27/02 C

B22D11/16 104

B22D11/16 104A

C22B9/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021212547

(22)【出願日】2021-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】390007227

【氏名又は名称】東邦チタニウム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】隅田 恒

(72)【発明者】

【氏名】藤本 大雅

【テーマコード（参考）】

4E004

4K001

【Ｆターム（参考）】

4E004MA10

4E004MC30

4E004PA05

4K001FA13

4K001GA19

(57)【要約】

【課題】高品質の金属インゴットを選択的に製造・提供するための装置と方法、およびこの方法を実行するためのプログラムを提供する。
【解決手段】
金属インゴットを製造するための装置は、チャンバー、ハース、鋳型、撮像装置、および制御装置を備える。ハースはチャンバー内に配置され、金属を含む原料を受け取る。鋳型もチャンバー内に配置され、ハース内で形成される金属の溶湯が注入される。撮像装置は、チャンバー外に配置され、鋳型の動画像を取得するように構成される。制御装置は、取得された動画像に基づいて、溶湯と固体状の金属を識別するように構成される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶解炉と制御装置を含み、
前記溶解炉は、
チャンバー、
前記チャンバー内に配置され、金属を含む原料を受け取るためのハース、
前記チャンバー内に配置され、前記ハース内で形成される前記金属の溶湯が注入される鋳型、および
前記チャンバー外に配置され、前記鋳型の動画像を取得するように構成され、前記制御装置に接続される撮像装置を含み、
前記制御装置は、前記動画像に基づいて、前記動画像中の前記溶湯と固体状の前記金属を識別するように構成される、金属インゴットを製造するための装置。

【請求項2】

前記撮像装置は、前記鋳型と鉛直方向において重ならない、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記撮像装置は、前記チャンバーに設けられる窓を介して前記動画像を取得するように配置される、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記動画像は、前記ハースの一部を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記動画像は複数のフレーム画像によって構成され、
前記撮像装置は、前記複数のフレーム画像の各々において前記溶湯に対応するデータポイントの平均階調が一定の範囲内の階調になる条件下、前記複数のフレーム画像を取得する、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記動画像を構成する複数のフレーム画像のそれぞれにおいて、
前記鋳型の内側の評価領域を構成する複数の評価領域データポイントから、第１の閾値以下の階調を有するデータポイントを低階調データポイントとして選択すること、および
前記評価領域データポイントの数に対する前記低階調データポイントの数の比が第２の閾値以上である場合、前記フレーム画像を特定すること、
を実行するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記動画像を構成する複数のフレーム画像のそれぞれにおいて、
前記鋳型の内側の評価領域を分割した複数のサブ領域ごとに、前記複数のサブ領域を構成する複数の評価領域データポイントから、第１の閾値以下の階調を有するデータポイントを低階調データポイントとして選択すること、および
前記複数のサブ領域の少なくとも一つにおいて、前記評価領域データポイントの数に対する前記低階調データポイントの数の比が第２の閾値以上である場合、前記フレーム画像を特定すること、
を実行するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記複数のサブ領域は、互いに一部が重なる、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記第２の閾値は、前記鋳型と前記撮像装置の間の距離が増大するに従って、前記サブ領域ごとに減少する、請求項７に記載の装置。

【請求項10】

前記評価領域は、前記鋳型の内壁から１０ｍｍ以上離れる、請求項６または７に記載の装置。

【請求項11】

請求項１に記載の装置を利用する、金属インゴットの製造方法。

【請求項12】

請求項１に記載の前記制御装置に対し、
前記撮像装置を介して前記鋳型の動画像を取得すること、および
前記動画像に基づいて、前記溶湯と固体状の前記金属を識別することを実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態の一つは、チタンなどの金属のインゴット（鋳塊）を製造するための装置、方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

金属のインゴットを製造する方法の一つとして、溶解鋳造法が挙げられる。この方法では、原料となる金属単体または合金の粉体、ペレット、ワイヤー、スポンジ、ブリケット、プレート、またはビレットなどを溶解することで得られる液体状態の金属（溶湯）を鋳型に注入し、凝固することで鋳型の形状を反映したインゴットが得られる。例えば特許文献１では、原料であるチタン合金に電子ビームを照射して溶湯を形成し、溶湯を円筒状の鋳型に注入・冷却することで円柱形状を有するチタン合金のインゴットが製造できることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２０４０５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態の一つは、金属単体または合金のインゴットを製造するための新規な装置と方法、およびこの方法を実行するためのプログラムを提供することを課題の一つとする。例えば、本発明の実施形態の一つは、溶解鋳造法を適用し、高品質の金属インゴットを選択的に製造・提供するための装置と方法、およびこの方法を実行するためのプログラムを提供することを課題の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る実施形態の一つは、金属インゴットを製造するための装置である。この装置は、チャンバー、ハース、鋳型、撮像装置、および制御装置を備える。ハースはチャンバー内に配置され、金属を含む原料を受け取る。鋳型もチャンバー内に配置され、ハース内で形成される金属の溶湯が注入される。撮像装置は、チャンバー外に配置され、鋳型の動画像を取得するように構成される。制御装置は、取得された動画像に基づいて、溶湯と固体状の金属を識別するように構成される。

【0006】

本発明に係る実施形態の一つは、上記装置を利用する、金属インゴットの製造方法である。

【0007】

すなわち、上記製造方法は、チャンバー内に配置されるハース内で金属を含む原料を溶解して溶湯を形成すること、チャンバー内において溶湯を鋳型に注入すること、チャンバー外に備えられる撮像装置を用いて鋳型の動画像を取得すること、および動画像に基づき、溶湯と固体状の金属を識別することを含む。

【0008】

本発明に係る実施形態の一つは、プログラムである。このプログラムは、金属の溶湯を鋳型に注入して金属インゴットを製造するための製造装置に備えられる撮像装置に接続される制御装置に対し、撮像装置を介して鋳型の動画像を取得すること、および取得された動画像に基づいて、溶湯と固体状の金属を識別することを実行させるように構成される。

【0009】

本発明に係る実施形態の一つは、上記プログラムが記録されたコンピュータ可読記憶媒体である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造装置のブロック図。

【図2】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造装置の模式的端面図。

【図3A】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造装置の模式的端面図。

【図3B】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造装置の模式的上面図。

【図4】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を示すフローチャート。

【図5A】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式的斜視図。

【図5B】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式的斜視図。

【図6】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式的斜視図。

【図7A】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式図。

【図7B】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式図。

【図8A】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式図。

【図8B】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式図。

【図9A】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式図。

【図9B】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式図。

【図10】本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法を説明する模式図。

【図11】実施例における評価領域とサブ領域を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

【0012】

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。符号が付された要素の一部を表記する際には、符号に小文字のアルファベットが添えられる。同一または類似の構造を有する複数の要素をそれぞれ区別して表記する際には、符号の後にハイフンと自然数を付す。同一または類似の構造を有する複数の要素を纏めて表記する際には、符号のみを用いる。

【0013】

ここで、溶解とは液体に気体、液体、固体が混合して均一な液相を形成する現象であるが、以下の記載においては、固体が液体へ変化する現象である溶融を包含する用語として使用する。

【0014】

１．金属インゴットの製造装置
１－１．概要
まず、本発明の実施形態の一つに係る製造装置１００について説明する。製造装置１００は溶解鋳造法で金属単体または合金のインゴット（以下、金属単体のインゴットと合金のインゴットを総じて金属インゴットと記す。）を製造するための装置であり、金属（０価の金属）を含む原料に対して熱エネルギーを供給することによって加熱・溶解し、得られる溶湯を鋳型に注入するように構成される。溶湯が鋳型内で冷却されることで、金属インゴットが得られる。原料の加熱は熱源を用いて行われる。熱源としては、電子銃やプラズマトーチが挙げられる。前者を用いる場合には電子銃から放出される電子ビームにより、後者を用いる場合にはプラズマトーチから放出されるアーク放電により熱エネルギーが供給される。前者の方法は電子ビーム溶解鋳造法と呼ばれ、後者の方法はプラズマアーク溶解鋳造法と呼ばれる。以下、熱源として電子銃を用いる電子ビーム溶解鋳造法について記述するが、本発明の実施形態の一つは、熱源としてプラズマトーチを用いるプラズマアーク溶解鋳造法にも適用することができる。

【0015】

製造装置１００で使用可能な金属に制約はなく、チタン、銅、ニッケル、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、タンタル、またはこれらの金属から選択される金属を含む合金など、様々な金属を含む原料を取り扱うことができる。原料の形状にも制約はなく、粉体状、ペレット状、棒状、ワイヤー状、プレート状の原料だけでなく、例えば金属を切削加工する際に副生し、様々な形状の原料が混在する金属屑を原料として用いてもよい。原料の密度も任意であり、例えばチタンを含む原料を用いる場合には、クロール法またはハンター法などに例示される四塩化チタンの還元で生じるスポンジチタンを用いてもよい。なお、チタンを含む金属は、チタン単体だけでなく、チタン－アルミニウム合金などのチタン合金を含む。

【0016】

図１は製造装置１００のブロック図であり、図２は製造装置１００の模式的な端面図である。図１に示すように、製造装置１００は、溶解炉１１０と制御装置１６０を含む。制御装置１６０は、図示しないアプリケーションプログラミングインターフェースを介して溶解炉１１０または溶解炉１１０に設けられる少なくとも一つの構成（後述）に接続され、溶解炉１１０の機能の全てまたは一部を制御するように構成してもよい。あるいは、制御装置１６０と溶解炉１１０は互いに非接続の独立した装置であってもよい。

【0017】

１－２．溶解炉
図２に示すように、溶解炉１１０は、主な構成として、原料を溶解・凝固するための空間を提供するチャンバー１１２、チャンバー１１２内に設けられるハース１２０、鋳型１２４、一つまたは複数の電子銃１４０、一つまたは複数の電子銃１４２、およびチャンバー１１２外に設けられる撮像装置１５０を有する。溶解炉１１０はさらに、金属を含む原料１０４が充填されたドラムフィーダ１１４や、チャンバー１１２内を減圧するための排気装置（真空ポンプ）１１６、ドラムフィーダ１１４から供給される原料１０４をハース１２０へ輸送するための振動フィーダ１１８などを設けることができる。排気装置１１６により、チャンバー１１２内を０．０１Ｐａ以下の減圧雰囲気にすることができ、これにより、活性の高い金属、例えば溶解状態で容易に酸素や窒素と反応するチタンなどの金属を取り扱うことができる。振動フィーダ１１８は、ハース１２０側がドラムフィーダ１１４側よりも低くなるように設けられ、図示しない振動装置に連結される。このため、例えばドラムフィーダ１１４を回転させて原料１０４を振動フィーダ１１８へ供給し、振動フィーダ１１８を振動させることで原料１０４をハース１２０に搬送することができる。

【0018】

電子銃１４０は、ハース１２０に供給された原料１０４に熱エネルギーを供給する熱源である。図示しないが、電子銃１４０は、熱電子を発生させるためのフィラメント、および電子ビームを偏向させるための磁石を基本構成として備える。磁石の磁界を制御することで電子ビームの照射方向が制御され、電子ビームをハース１２０上で走査することができる。電子ビームによって供給されるエネルギーによって原料１０４に含まれる金属が溶解し、溶湯１０６が形成される。

【0019】

ハース１２０は、原料１０４と溶湯を保持し、溶湯を鋳型１２４に供給するように構成される。このため、図２には示されないが、ハース１２０には溶湯１０６を鋳型１２４に注ぐための注ぎ口が鋳型１２４と重なるように設けられる。また、ハース１２０は、その上方で溶解された原料を受け取るように構成されてもよい。さらに、ハース１２０上には、予め原料に含まれる金属を溶解・凝固することで得られるスカル１２２が形成されていてもよい。スカル１２２は溶湯１０６の流路としても機能するが、一部を再溶解して溶湯１０６の供給源として機能させてもよい。

【0020】

鋳型１２４は、ハース１２０内で形成された溶湯１０６を受容する容器であり、ハース１２０の注ぎ口の下に配置される。鋳型１２４の数に制約はなく、一つまたは複数の鋳型１２４をチャンバー１１２内に配置してもよい。ハース１２０の注ぎ口の数は、鋳型１２４の数と同数またはそれ以上になるように設けられる。鋳型１２４は、例えば銅などの熱伝導率の高い金属を用いて構成される。任意の構成として、鋳型１２４は鋳型１２４を冷却するための流路１２６を有していてもよい。流路１２６に水、エチレングリコールやプロピレングリコールなどのグリコール類、エタノールやイソプロパノールなどのアルコール類、テトラデカフルオロヘキサンやパーフルオロ２－ブチルテトラヒドロフランなどのフッ素含有化合物、シリコンオイル、ビフェニルとジフェニルエーテルの混合物などの常温で固体の芳香族化合物などに例示される冷却媒体を環流させることで、鋳型１２４に注入された溶湯１０６を効果的に冷却することができる。

【0021】

鋳型１２４の形状にも制約はなく、鋳型１２４の水平断面の形状、より詳細には水平断面における内壁の形状は矩形などの多角形でもよく、あるいは円であってもよい。水平断面が矩形や円の内壁を有する鋳型１２４を用いることで、それぞれ直方体と円柱の金属インゴット１０８が得られる。さらに、鋳型１２４の内壁の水平断面は楕円でもよく、あるいは直線と曲線によって構成されていてもよい。鋳型１２４の大きさにも制約はなく、例えば水平断面の面積が１５００ｃｍ^２以上１５０００ｃｍ^２以下になるように適宜設定すればよい。

【0022】

鋳型１２４の底部には、底蓋として機能するダブテール１２８が設けられ、ダブテール１２８には図示しない引出機構が接続される。ダブテール１２８上にはスタブとも呼ばれるスターティングブロック１３０が形成されてもよい。スターティングブロック１３０は、鋳造に供される原料１０４に含まれる金属を含み、ダブテール１２８上に溶湯１０６を流し込み、その後凝固させることで形成される。

【0023】

スターティングブロック１３０には、直接、またはダブテール１２８を介して図示しない引き抜き機構が接続される。鋳型１２４に注入された溶湯１０６はダブテール１２８側やスターティングブロック１３０側から凝固を開始するため、引き抜き機構を利用してダブテール１２８および／またはスターティングブロック１３０を鋳型１２４から下方向（図２の直線矢印参照）引き抜くことで、溶湯１０６が鋳型１２４内で凝固した部分を金属インゴット１０８として得ることができる。なお、スターティングブロック１３０は、溶湯１０６が凝固する際に一体化され、金属インゴット１０８の一部を構成してもよい。他方、金属インゴット１０８の鋳造後においてスターティングブロック１３０を切断除去しても構わない。

【0024】

任意の構成として、チャンバー１１２は金属インゴット１０８を冷却するための冷却管１３４を備えてもよい。冷却管１３４は、スターティングブロック１３０や得られる金属インゴット１０８を囲むように設けられる。鋳型１２４と同様、冷却管１３４も熱伝導率の高い銅などの金属を含むことが好ましい。冷却管１３４にも冷却媒体を環流させるための流路１３６を設けてもよい。

【0025】

電子銃１４２は、電子銃１４０とは異なり、鋳型１２４内の溶湯１０６に電子ビームを照射するように配置される。電子銃１４２を配置することで、溶湯１０６の温度を調整し、凝固速度を制御することができる。また、意図せず蒸着物（後述）が鋳型１２４内の溶湯に落下した場合、当該蒸着物を溶解させることにも電子銃１４２を使用できる。電子銃１４０と同様、電子銃１４２もフィラメントと磁石を備える。磁石の磁界を制御することで、溶湯１０６を含む任意の対象物に電子ビームを選択的に照射することが可能となる。

【0026】

撮像装置１５０としては、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）素子を含む撮像装置などが例示される。撮像装置１５０は、鋳型１２４の上面の動画像を取得するように配置される。より具体的には、鋳型１２４の全体、および鋳型１２４内の溶湯１０６の動画像を取得するように配置される。よって、後述する評価領域、さらにはサブ領域を含むように撮像装置１５０を予め配置することもできる。また、ハース１２０の鋳型１２４側の壁面や注ぎ口も同時に撮像できるように撮像装置１５０を配置してもよい。これにより、金属インゴット１０８の製造過程において鋳型１２４や鋳型１２４内の溶湯１０６、ハース１２０の一部などの動画像を同時に取得することができる。

【0027】

撮像装置１５０が取得する動画像は、複数のフレーム画像によって構成される。換言すると、撮像装置１５０は、静止画像であるフレーム画像を連続的に取得し、得られる複数のフレーム画像によって一つの動画像が構成される。フレーム画像の取得間隔（フレーム間隔）にも制約はなく、例えば０．１秒（１秒あたりに取得されるフレーム画像数が１０）以上１０秒（１秒あたりに取得されるフレーム画像数が０．１）以下の範囲から適宜選択すればよい。なお、動画像は溶湯と固体状の金属との識別に使用される複数のフレーム画像を含めばよい。動画像は、例えば、フレーム画像の明るさ調整を行ったときのものなど、溶湯と固体状の金属との識別に使用される複数のフレーム画像以外のフレーム画像を含むこともある。

【0028】

図３Ａに、撮像装置１５０とその近傍の模式的な端面図を示す。チャンバー１１２の上部には開口部が形成され、窓１５２が開口部に設けられてよい。窓１５２は、ガラス、石英ガラス、および鉛ガラスのうち一つまたは複数を含み、例えば石英ガラスと鉛ガラスの積層でもよい。撮像装置１５０は、窓１５２を介して鋳型１２４の上面の画像を取得できるように配置されてよい。

【0029】

開口部が設けられる位置は任意に設定することができる。ただし、チャンバー１１２内で原料１０４を溶解させると、金属の種類によっては一部が蒸発し、その結果、チャンバー１１２の内壁や窓１５２の内側に金属が堆積することがある。特に鉛直方向で鋳型１２４と重なる位置は溶湯から蒸発する金属が堆積しやすい。このため、図２に示すように、開口部を鋳型１２４やハース１２０などと鉛直方向において重ならない位置に設けることが好ましい。したがって、撮像装置１５０も、鋳型１２４やハース１２０と重ならないように配置され、開口部を通して鋳型１２４に対して斜めの方向から撮像することが好ましい（図３Ａ参照。）。すなわち、撮像装置１５０のレンズの光軸が鉛直方向から傾くように撮像装置１５０を配置することが好ましい。

【0030】

図３Ａ、図３Ｂに示すように、窓１５２と重なる防着板１５４を任意の構成としてチャンバー１１２内に設けてもよい。防着板１５４はほぼ円形の形状を有する金属板である。防着板１５４を設けることで、金属の蒸気が窓１５２に付着することが抑制され、その結果、金属の堆積が防止され、窓１５２の透明度を長時間に亘って維持することができる。撮像装置１５０による鋳型１２４の撮像を可能にするため、防着板１５４に一つまたは複数の開口１５４ａを設け、図示しないモータなどによって回転させてもよい。開口１５４ａの形状も任意であり、開口１５４ａと撮像装置１５０が重なる際に鋳型１２４を撮像できるように形成すればよい。例えば開口１５４ａは円形でもよく、矩形でもよい。開口１５４ａを複数設ける場合、その配置は任意であり、例えば防着板１５４の中心に対して対称に配置すればよい。また、防着板１５４の回転方向に沿って等間隔に複数の開口１５４ａを配置してもよい。撮像装置１５０は、開口１５４ａが撮像装置１５０と重なる時にフレーム画像を取得するように構成される。なお、開口１５４ａはスリットでもよい。

【0031】

さらに任意の構成として、防着板１５４とともに、あるいは防着板１５４に替わり、窓１５２の内側にアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを吹き付けるためのノズル１５６をチャンバー１１２に設けてもよい（図２）。ノズル１５６はチャンバー１１２外に設けられる不活性ガス供給源（図示しない）と接続される。原料を溶解する際、不活性ガス供給源から不活性ガスを窓１５２の内側へ供給することで、金属蒸気の窓１５２への付着が抑制されるため、窓１５２の透明度が維持される。

【0032】

図示しないが、チャンバー１１２内に不活性ガスを導入するためのガス導入口をさらに設けてもよい。ガス導入口にも不活性ガス供給源が接続される。

【0033】

１－２．制御装置
制御装置１６０は通信機能と計算機能を有するコンピュータであり、ノート型、または据え置き型のコンピュータでもよく、あるいはタブレットコンピュータなどの携帯型通信端末でもよい。制御装置１６０は、インターネットのような外部ネットワーク、あるいはＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの内部ネットワークを介してチャンバー１１２、またはチャンバー１１２に設けられる構成の全て若しくは一部（例えば電子銃１４２や撮像装置１５０など）と接続される。

【0034】

図１のブロック図に示すように、制御装置１６０には、制御装置１６０の動作を制御する制御部１６２に加え、制御部１６２によって制御される入力部１６４、出力部１６６、送受信部１６８、記憶部１７０、音声出力部１７２、入力ポート１７４などが設けられる。記憶部１７０には、制御装置１６０を動作させるための基本アプリケーションプログラムとともに、後述する金属インゴット１０８の製造方法を実施するためのプログラムが格納される。制御部１６２は中央演算ユニット（ＣＰＵ）などのプロセッサを備え、記憶部１７０に格納される基本アプリケーションプログラムや上記プログラムを動作させて制御装置１６０で実行される各種処理を制御する。入力部１６４は制御装置１６０に命令や情報を入力する際に用いられるユーザインターフェースであり、典型的にはキーボードやタッチパネル、マウス、またはこれらの組み合わせが挙げられる。出力部１６６は記憶部１７０に格納された各種データを画像や印刷物として提供するものであり、液晶表示装置や有機電界発光表示装置などの表示装置、あるいはプリンタなどの出力デバイスである。送受信部１６８は、ネットワークを介して溶解炉１１０またはそれに設けられる構成との通信を行う機能を有する。例えば送受信部１６８は、撮像装置１５０で取得された画像を受信するとともに、電子銃１４０、１４２など、チャンバー１１２に設けられる構成に対して信号を送信するように構成してもよい。音声出力部１７２は種々の音を発生する機能を有するスピーカーである。入力ポート１７４は、撮像装置１５０または撮像装置１５０に装着されるメモリカードなどの記憶媒体と物理的に接続されることができる有線インターフェースである。制御装置１６０と溶解炉１１０が接続されない場合でも、撮像装置１５０または記憶媒体を入力ポート１７４を介して制御装置１６０に接続することで、取得された動画像を読み込み、記憶部１７０に格納することができる。

【0035】

図１のブロック図では、溶解炉１１０に備えられるドラムフィーダ１１４や排気装置１１６、振動フィーダ１１８、電子銃１４０と１４２、および撮像装置１５０の全てが制御装置１６０によって制御される例が示されている。しかしながら、制御装置１６０はこれらの構成の全てを制御する必要は無く、例えば撮像装置１５０のみを制御・操作するように構成されてもよい。あるいは、制御装置１６０は撮像装置１５０のみに接続され、撮像装置１５０で取得された動画像のデータを受信または格納し、そのデータを処理するように構成されてもよい。この場合には、他の構成、例えばドラムフィーダ１１４や振動フィーダ１１８、排気装置１１６、引き抜き機構（図示しない）、電子銃１４０、１４２などは制御装置１６０から独立した制御システムによって制御・操作すればよい。あるいは、上述したように、制御装置１６０は溶解炉１１０に接続されず、独立してもよい。この場合、入力ポート１７４を介して撮像装置１５０で取得された動画像が制御装置１６０に入力される。

【0036】

上述したように、溶解鋳造法による金属インゴット１０８の製造工程では、ハース１２０や鋳型１２４内の高温の溶湯１０６から金属が徐々に蒸発することがある。金属の蒸気がハース１２０の側壁、チャンバー１１２の天井や内壁などに付着すると冷却され、金属が析出・堆積する。このような堆積物は、液体状態の溶湯１０６と異なって固体状の金属であり、蒸着物と呼ばれる。蒸着物の堆積が進むと、蒸着物が鋳型１２４やハース１２０内の溶湯１０６に落下することがある。落下した蒸着物が再度溶解すれば溶湯１０６と均一に混ざり合うため、均一な密度や組成を有する金属インゴット１０８が得られる。しかしながら、蒸着物が完全に溶解しない場合、溶湯１０６の冷却過程において蒸着物は固体状態を維持し、蒸着物を取り込むように溶湯１０６が凝固する。蒸着物の密度は、溶湯１０６が凝固して得られる金属インゴット１０８の密度よりも小さい。このため、取り込まれた蒸着物は、金属インゴット１０８中に局所的に密度の小さい欠陥を作り出す。このような欠陥は低密度介在物（ＬＤＩ：Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）と呼ばれる。ＬＤＩが金属インゴット１０８中に存在すると、ＬＤＩは金属インゴット１０８の圧延後に表面疵として現れ、材料として致命的な欠陥を引き起こす。また、金属インゴット１０８の製造後、内部にＬＤＩが存在するかどうかを判断するのは必ずしも容易ではない。

【0037】

以下に詳述するように、製造装置１００を用いることにより、溶解鋳造法による金属インゴット１０８の製造工程において蒸着物を容易にかつ速やかに検出することができる。このため、蒸着物が溶湯１０６内に混入しても、その挙動を詳細に追跡することができ、蒸着物による影響を確実に把握することができる。その結果、ＬＤＩを含む、または含む可能性の高い金属インゴット１０８を除去し、良品の金属インゴット１０８のみを確実に確保・提供することが可能となる。

【0038】

２．金属インゴットの製造方法
以下、製造装置１００を用いる金属インゴットの製造方法について説明する。図４は、本発明の実施形態の一つに係る金属インゴットの製造方法の一例を示すフローチャートである。

【0039】

２－１．原料からの溶湯の形成
まず、チャンバー１１２内の雰囲気を適宜調整する。例えば排気装置１１６を用い、チャンバー１１２内を減圧状態にしてもよい。チタンなどの溶解状態で高い反応性を示す金属を含む原料１０４を用いる場合には、チャンバー１１２内を０．００１Ｐａ～０．００５Ｐａの圧力に調整することが好ましい。溶解状態における反応性が低い金属を含む原料１０４を用いる場合には、チャンバー１１２内の雰囲気は空気でもよく、あるいはガス導入口から導入された不活性ガスでもよい。

【0040】

引き続き、ドラムフィーダ１１４から振動フィーダ１１８へ原料１０４を導入する（Ｓ１、図２）。例えば原料１０４が充填されたドラムフィーダ１１４を用い、ドラムフィーダ１１４を回転させて原料１０４を振動フィーダ１１８へ落下させればよい（図２、曲線矢印参照。）。振動フィーダ１１８には図示しない振動装置が設けられ、振動フィーダの振動により原料１０４がハース１２０側へ移動し、最終的にハース１２０内に供給される。

【0041】

この後、一つまたは複数の電子銃１４０を用い、原料１０４に電子ビームが照射されるよう、電子ビームをハース１２０上で走査する。これにより、原料１０４に含まれる金属が溶解し、溶湯１０６が形成される（Ｓ２）。溶湯１０６が一定量貯まるとハース１２０の注ぎ口から溶湯１０６が流出し、鋳型１２４へ注入される（Ｓ３）。鋳型１２４への溶湯１０６の供給速度は、原料１０４の供給量と電子ビームの強度を適宜制御することで調節することができる。なお、溶湯１０６を鋳型１２４に注入する前に鋳型１２４の底部には予めダブテール１２８を配置してもよい。あるいは、ダブテール１２８とその上に形成されたスターティングブロック１３０を配置してもよく（図２参照）、ダブテール１２８に替わってスターティングブロック１３０のみを単独で配置してもよい。スターティングブロック１３０が配置される場合、溶湯１０６は凝固する際にスターティングブロック１３０と一体化し金属インゴット１０８が形成される。

【0042】

鋳型１２４に供給された溶湯１０６の表面にも電子銃１４２から射出される電子ビームを走査してもよい。電子銃１４２からの電子ビームの強度や走査速度を適宜制御することで、凝固速度を調節することができる。

【0043】

溶湯１０６の注入後、ダブテール１２８および／またはスターティングブロック１３０を下方向にスライドさせて鋳型１２４から金属インゴット１０８を引き出す。引出速度は、例えば０．５ｔ／ｈから４ｔ／ｈの範囲から適宜設定すればよい。これにより、金属インゴット１０８を得ることができる。

【0044】

２－２．動画像の取得
蒸着物の検出のため、鋳型１２４の動画像を撮像装置１５０を用いて取得する。上述したように、好ましくは、撮像装置１５０は、鉛直方向においてハース１２０や鋳型１２４とは重ならず、溶湯１０６の表面に対して斜めの方向から撮像できるように予め配置される（図２、図３Ａ参照）。このとき、図５Ａに示すように、鋳型１２４の内壁の上面視形状が矩形である場合、撮像装置１５０は、そのレンズの光軸が鋳型１２４の短辺方向と交差または直交するように配置してもよく、あるいは図５Ｂに示すように、鋳型１２４の長手方向と交差または直交するように配置してもよい。撮像装置１５０は、少なくとも鋳型１２４と溶湯１０６の表面の全体の動画像が取得できるように配置され、好ましくはさらにハース１２０の注ぎ口１２０ａおよび／または鋳型１２４側の側壁１２０ｂが動画像に含まれるように配置する（図６参照。）。なお、チャンバー１１２に鋳型１２４が複数配置される場合には、各鋳型１２４に対応する撮像装置１５０を用いてもよく、あるいは複数の鋳型１２４を一つの撮像装置１５０を用いて動画像を取得してもよい。

【0045】

動画像の取得は任意のタイミングで開始でき、例えば、電子銃１４２からの電子ビームの照射を開始した後に開始してもよく、鋳型１２４内に溶湯１０６が形成された後に開始してもよく、あるいはダブテール１２８および／またはスターティングブロック１３０の鋳型１２４からの引き抜きを開始した後に開始してもよい。また、ハレーションを防ぐため、各フレーム画像を取得する際には、電子銃１４２からの電子ビームの照射を一時的に停止してもよい。

【0046】

上述したように、動画像は、連続的に取得された静止画像である複数のフレーム画像によって構成される。各フレーム画像は、複数の列と複数の行で構成されるマトリクス形状に配置されるデータポイントのそれぞれの座標と階調データの組み合わせの集合として取得される。各データポイントは、最も暗い第０階調から最も明るい第２５５階調の合計２５６の階調から選択される階調として表現される。なお、この画像を表示装置のディスプレイ上で表示する場合には、各データポイントは画素に対応し、その階調が輝度として表現される。すなわち、２５６段階の異なる輝度を与える画素の集合体として鋳型１２４や溶湯１０６の画像がディスプレイ上で視認される。

【0047】

ここで、後の評価対象となるフレーム画像を取得する前に、撮像装置１５０の絞りや減光フィルタ（ＮＤフィルタ）などを用いてフレーム画像の明るさ調整を行う（Ｓ４）。具体的には、各フレーム画像において、溶湯１０６に対応するデータポイントの平均階調が一定の範囲内の階調（基準階調）となるように明るさ調整を行う。基準階調は、例えば第１２０階調から第２００階調の範囲から適宜選択すればよい。上述したように、溶解鋳造法では、溶湯１０６から金属の蒸気が発生して堆積し、蒸着物を形成するが、蒸着物が撮像用の窓１５２に付着して窓１５２が曇ると、窓１５２を通過する光量が徐々に低下する。このため、動画像の階調が全体として徐々に低下し、画質が低下することがある。また、後述するように、フレーム画像において蒸着物は溶湯１０６と比較して低階調の領域として表現される。このため、フレーム画像の取得前に明るさ調整を行って溶湯１０６に対応するデータポイントの階調を一定レベル以上に確保することで、フレーム画像の品質の低下を防ぎ、蒸着物を階調の低いデータポイントの集合としてより確実に検出することができる。明るさ調整は、各フレーム画像を取得する都度行ってもよく、複数のフレーム画像ごとに行ってもよい。あるいは、一定時間ごとに明るさ調整を行ってもよい。また、平均階調として、後述する評価領域に対応するデータポイントの階調の平均を採用してもよい。さらに、蒸着物がない状態で階調の平均を取得してもよい。

【0048】

明るさ調整を行った後、フレーム画像を取得する（Ｓ５）。フレーム画像は、制御装置１６０の送受信部１６８を介して記憶部１７０に恒久的にまたは一時的に格納される。

【0049】

溶湯１０６と固体状の金属の識別、さらには溶湯１０６と蒸着物の識別に供する動画像を取得できることを前提に、上述した撮像装置１５０の配置、フレーム画像の明るさ調整、鋳型１２４内の溶湯１０６の形成などは任意の順序にて実施すればよい。よって、図４に示したフローチャート以外の順序にて動画像を取得してもよい。例えば、撮像装置１５０を所定位置に配置し、鋳型１２４内に溶湯１０６を形成し、フレーム画像の明るさ調整を行い、上記識別に供するフレーム画像の取得を開始し、インゴットの引き抜きを開始する、という順序を適用してもよい。

【0050】

２－３．溶湯と蒸着物の識別
引き続き、各フレーム画像を処理し、溶湯１０６と蒸着物を識別する。

【0051】

（１）評価領域の選択
まず、各フレーム画像において評価領域を選択する（Ｓ６）。評価領域の選択は適宜実行可能であり、例えばオペレータが行ってよいし、また例えば制御装置１６０と撮像装置１５０との関係に鑑みてあらかじめ設定した範囲を評価領域として選択してもよい。上述したように、溶解鋳造法では溶湯から蒸気が発生して蒸着物が生成するが、蒸気の一部は鋳型１２４の内壁や上面にも堆積し、図６中の拡大図に示すように、比較的小さな金属の塊を形成することがある。また、鋳型１２４内の溶湯１０６に照射される電子ビームによって溶湯１０６の一部が弾き飛ばされて鋳型１２４の上面や内壁に付着・凝固することでも金属の塊が形成されることもある。このような小さな金属の塊は、鋳付き１８２と呼ばれ、蒸着物とは区別される。鋳付き１８２を検出せずに蒸着物１８０を選択的に検出するため、鋳付き１８２が発生し得る領域を排除することで評価領域を選択することが好ましい。例えば、図７Ａに示すように、溶湯１０６が表示される領域のうち、鋳型１２４の内壁から一定の距離ｄ以上離れた領域を評価領域１８４として選択する。距離ｄは、例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲から選択すればよい。あるいは、溶湯１０６を中心とし、溶湯１０６の面積の７０％以上９０％以下の面積を有する領域を評価領域１８４としてもよい。このように評価領域１８４を選択することで、鋳付き１８２に起因する検出ノイズを排除することができる。なお、撮像装置１５０は固定した状態で動画像を取得することが多いので、実質的な評価領域の選択は撮像装置１５０の配置とともに行われうる。

【0052】

（２）蒸着物の検出とフレーム画像の特定
その後、図７Ｂに模式的に示すように、評価領域を構成するデータポイント（以下、評価領域データポイントＤＰと記す。）の各階調を算出し、その中から一定の階調（閾値階調）以下のデータポイントＤＰ_２を特定する。閾値階調は、上述した平均階調よりも低い階調から適宜選択され、例えば第４０階調以下、または第７０階調以下の範囲から選択すればよい。閾値諧調の下限値は、例えば第０階調でもよく、第１０階調でもよい。蒸着物１８０は目視でも溶湯１０６に対して明らかに暗く認識され、上述したように、動画像においても蒸着物１８０は溶湯１０６と比較して極めて暗い領域として表現される。このため、閾値階調を超えるデータポイントＤＰ_１、および閾値階調以下の低階調領域を構成するデータポイントＤＰ_２は、それぞれ溶湯１０６と蒸着物１８０を構成するデータポイントであると判断することができる。また、上述した平均階調と閾値階調をある程度の隔たりをもって設定することで誤検出（ノイズ）を低減できる。

【0053】

次に、各フレーム画像の評価領域において、低階調領域の面積が一定の閾値以上であるかどうかを判断する（Ｓ８）。具体的には、評価領域データポイントＤＰの数に対するデータポイントＤＰ_２の数の比を計算し、この比が一定の閾値（以下、面積閾値）以上である場合、蒸着物１８０が検出されたと判断する。面積閾値は、例えば０．０００５以上の範囲から選択すればよい。上述した範囲で面積閾値を設定することで、撮像時のエラーに起因する低階調領域や、鋳型１２４から遊離した鋳付き１８２、溶湯１０６に速やかに溶解し得る程度に非常に小さい蒸着物１８０などを排除することができる。すなわち、誤検出や過剰検出を防止するとともに、溶湯１０６と蒸着物１８０を正確に識別し、追跡すべき蒸着物１８０を選択的にかつ確実に検出することができる。

【0054】

各フレーム画像において、上記比が面積閾値以上である場合には、追跡すべき蒸着物１８０が存在していることが示唆される。この場合、そのフレーム画像を特定する（Ｓ９）。特定方法に限定は無く、例えば、一つの動画像に含まれる全てのフレーム画像に対して順にフレーム番号を付与し、上記比が面積閾値以上である場合に該当するフレーム番号を記憶部１７０に格納すればよい。このとき、同時に音声出力部１７２から警告音を発してもよく、出力部１６６を構成する表示装置上にアラートを表示してもよい。さらに、閾値階調以下のデータポイントＤＰ_２を囲む図形を表示装置上に表示してもよい。

【0055】

蒸着物１８０の有無の判断を行った後、鋳造が終了していない場合には引き続きＳ４からＳ９の工程を繰り返す。鋳造が終了したときまでに撮像された複数のフレーム画像によって一つの動画像が構成される。なお、別の実施形態として、鋳造終了までの動画像取得を先行させ、取得した動画像の複数のフレーム画像に対して蒸着物１８０の有無の判断を行ってもよい。動画像取得が先行する場合、明るさの調整（Ｓ４）を実施することが好ましい。以上のとおり、動画像の取得と蒸着物１８０の有無の判断は同時に進行させてもよいし、適宜別のタイミングで行ってもよい。

【0056】

（３）鋳造工程の検証
次に、取得した動画像に基づいて鋳造工程を検証する。この検証工程は、フレーム画像が特定されたときに行ってもよく、一つの動画像を取得した後に行ってもよい。

【0057】

金属インゴット１０８の鋳造時に取得された一つの動画像中に蒸着物１８０が含まれているとして特定されたフレーム画像が存在しない場合には、鋳型１２４内の溶湯１０６の表面に蒸着物が発生していない、または発生していても金属インゴット１０８の品質に大きな影響を及ぼさない程度に無視できると判断する。

【0058】

一方、一つの動画像中に蒸着物１８０が含まれているとして特定されたフレーム画像が一つ以上存在する場合には、特定されたフレーム画像以降の動画像を解析し、蒸着物１８０の挙動を追跡する（Ｓ１０）。その結果、蒸着物１８０が溶湯１０６内で完全に溶解したことが確認されれば、その蒸着物１８０は、得られた金属インゴット１０８の品質に大きな影響を及ぼさない程度に無視できると判断する。あるいは、蒸着物１８０が溶湯１０６に混入せず、鋳造終了まで鋳型１２４やハース１２０などの溶解炉１１０の構成部材に付着した状態を維持していることが確認された場合にも、その蒸着物１８０は金属インゴット１０８に取り込まれていないと判断することができる。

【0059】

しかしながら、蒸着物１８０が溶湯１０６内で完全に溶解せず、蒸着物１８０が固体状態を維持した状態で溶湯１０６に取り込まれながら溶湯１０６が凝固したと認定された場合には、得られる金属インゴット１０８にはＬＤＩが含まれる可能性が高いと判断する。この場合、得られる金属インゴット１０８を出荷対象から除外する、原料１０４として再利用するなどの処置を行えばよい（Ｓ１１）。

【0060】

このように、本発明の実施形態の一つに係る製造方法によると、溶解鋳造法による金属インゴット１０８の製造工程において、鋳型１２４中の溶湯１０６の動画像に基づいて蒸着物１８０と溶湯１０６を識別することでき、金属インゴット１０８の品質を維持するために追跡すべき蒸着物１８０を検出することができる。さらに、蒸着物１８０を追跡することで、金属インゴットに対する適切な処置を選択することができるので、この製造方法を適用することで、高品質の金属インゴット１０８を選択的に提供することができる。

【0061】

２－４．変形例
本製造方法では、評価領域１８４を複数の領域（サブ領域）に分割し、サブ領域ごとに蒸着物１８０と溶湯１０６の識別を行ってもよい（図４、Ｓ７）。分割方法に制約はない。例えば、図８Ａや図８Ｂに示すように、複数のサブ領域（ここでは四つのサブ領域１８４－１から１８４－４）が鋳型１２４の長手方向または長手方向に垂直な方向に整列するように評価領域１８４を分割してもよい。また、サブ領域の面積や形状は互いに同一でもよく、あるいは図９Ａに示すように、少なくとも一つのサブ領域（ここではサブ領域１８４－３）の面積または形状が他のサブ領域（ここではサブ領域１８４－１、１８４－２）の面積または形状と異なるように評価領域１８４を分割してもよい。さらに、図９Ｂに示すように、少なくとも二つのサブ領域が互いに部分的に重なるように評価領域１８４を分割してもよい。図９Ｂに示す例では、サブ領域１８４－１から１８４－３が互いに部分的に重なっている。

【0062】

評価領域１８４を複数のサブ領域に分割し、各サブ領域で蒸着物１８０と溶湯１０６の識別を行うことで、誤検出範囲を狭めることが可能となる。すなわち、誤検出が継続するサブ領域以外のサブ領域では、継続して蒸着物の落下の有無などを監視できる。蒸着物の挙動は様々であり、例えばある程度の大きさになったところで落下する蒸着物１８０もあれば、ハース１２０の側壁やチャンバー１１２の天井などから伸び垂れ下がる蒸着物１８０もあり、後者の場合は、鋳型１２４上部空間に蒸着物１８０が長時間存在し続ける。後者の場合は溶湯１０６内に蒸着物１８０は落下してしないが、動画像では低階調のデータポイントＤＰ_２として記録されるため誤検出となる。評価領域１８４を分割しないと蒸着物１８０を誤検出したフレーム画像の全てについて蒸着物１８０の挙動を追跡する必要が発生する。一方、評価領域１８４を複数のサブ領域に分割することで誤検出しない領域を増やすことができるので、正常な検査が可能な範囲を確保できる。

【0063】

さらに本製造方法では、撮像方向の傾きを考慮し、評価領域データポイントＤＰの数に対するデータポイントＤＰ_２の数の比の計算において補正を行ってもよい。上述したように、溶解鋳造時における金属蒸気の堆積の影響を最小限にするため、動画像の取得のための窓１５２や撮像装置１５０は、鉛直方向においてハース１２０や鋳型１２４と重ならないように設けられることが好ましい。このため、動画像は、鋳型１２４に対して斜めの方向から取得される。動画像では、撮像装置１５０に近い位置に存在する物体は、遠方に存在する物体と比較して大きく映し出されるので、図１０に模式的に示すように、完全に同一の形状と面積を有する蒸着物１８０が存在する場合でも、撮像装置１５０から遠い位置（水平方向において遠い位置）にある蒸着物１８０に対応するデータポイントＤＰ_２は、撮像装置１５０に近い位置（水平方向において近い位置）にある蒸着物１８０に対応するデータポイントＤＰ_２と比較して少なくなる。その結果、撮像装置１５０の鋳型１２４までの距離や撮像方向によっては、撮像装置１５０からの距離が蒸着物１８０の検出に大きな影響を与える。

【0064】

このような影響を排除してより高精度で蒸着物１８０を検出するため、撮像装置１５０からの距離に応じて面積閾値に対する補正を行ってもよい。例えば、撮像装置１５０からの距離が増大するに従って面積閾値を低減させればよい。より具体的には、評価領域１８４の分割を行う場合には、サブ領域ごとに補正を行ってもよい。例えば、図９Ｂに示すように評価領域１８４を三つのサブ領域１８４－１から１８４－３に分割し、サブ領域１８４－３が撮像装置１５０に最も近い場合、サブ領域１８４－３に最も大きな面積閾値を設定し、サブ領域１８４－１と１８４－２に対し、互いに同一であり、かつ、サブ領域１８４－３の面積閾値よりも小さい面積閾値を設定してもよい。また、各サブ領域でも撮像装置１５０からの距離が増大するに従って面積閾値を低減させてもよい。また、一つの撮像装置１５０で複数の鋳型１２４の動画像を取得する場合や、撮像装置１５０を鋳型１２４の長手方向と交差または直交するように配置する場合には、動画像の奥行き方向だけでなく、左右の方向においても面積閾値を変化させてもよい。

【0065】

従来、溶解鋳造法による金属インゴットの製造においては、その製造工程中に亘って鋳型を目視で観察することで蒸着物の有無を確認していた。なお、蒸着物が落下するタイミングや位置、蒸着物の大きさを事前に精確に予想することは不可能である。また、蒸着物の大きさや密度、溶湯の温度によって蒸着物の溶解速度や溶湯中への沈降速度が大きく異なる。以上より、目視による検出は作業者の負荷が大きいのみならず、蒸着物の溶湯への落下を見落とすおそれがあり、より高精度の検出手法が望まれていた。本発明の実施形態の一つに係る製造装置と製造方法を適用することで、蒸着物をより確実に検出することができ、その発生時刻もフレーム番号から瞬時に特定することができる。さらに、蒸着物の挙動は、蒸着物が発生したとき以降の動画像から確認することができるので、金属インゴット中のＬＤＩの存否を容易に判断することができる。このため、良品の金属インゴットを選択的に提供することが可能である。

【0066】

３．プログラム
本発明の実施形態の一つに係る製造方法は、上述した製造装置１００、およびその制御装置１６０に搭載されるプログラムによって実施することができる。よって、本発明に係る実施形態の一つは、溶解鋳造法によって金属インゴットを製造するため上記Ｓ１からＳ９の処理の一部または全てを制御装置１６０に実行させるためのプログラムである。

【0067】

また、このプログラムが記録されたコンピュータ可読記録媒体も本発明に係る実施形態の一つである。コンピュータ可読記録媒体の例としては、ハードディスク、フレキシブルディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤのような光媒体、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような光磁気媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのような、当該プログラムを格納して実行するように構成されたハードウェア装置が含まれる。当該プログラムは、コンパイラによって生成されるもののような機械語コードだけではなく、インタプリタなどを使用してサーバによって実行される高級言語コードを含む。当該プログラムは、コンピュータ可読媒体から記憶部１７０にインストールされる。なお、当該プログラムは、ネットワークから記憶部１７０にダウンロード可能であってもよい。

【実施例0068】

本実施例では、本発明の実施形態の一つに係る製造方法を適用してチタンインゴットを製造した結果について述べる。

【0069】

溶解炉として、図２に模式的に示された溶解炉１１０を用いた。振動フィーダ１１８を介してドラムフィーダ１１４からスポンジチタンを含む金属片をハース１２０に連続的に供給し、ハース１２０上に配置された電子銃１４０（アルデンヌ社製、型式ＥＨ－８００Ｖ）から電子ビームを照射して溶湯１０６を形成した。内壁の水平断面が長方形（縦１１００ｍｍ×横２５０ｍｍ）を有し、一つの短辺がハース１２０の下に配置された鋳型１２４に溶湯１０６を注入した。その後、鋳型１２４上に配置した電子銃１４２（アルデンヌ社製、型式ＥＨ－８００Ｖ）を用いて溶湯１０６に対する電子ビーム照射を開始した。その後、ダブテール１２８を降下させた。

【0070】

上記操作の間、上述したＳ４からＳ９に至る一連の工程を反復実施した。撮像装置１５０（キーエンス社製ＣＭＯＳカメラ、型式ＣＡ－Ｈ５００Ｃ）は、図２に示すように、鋳型１２４と鉛直方向において重ならいように配置し、ハース１２０に対して反対側の鋳型１２４の短辺側から撮像を行った（図６参照。）。画像の取得は、防着板１５４を回転させながら窓１５２を介して行った。

【0071】

工程Ｓ４の明るさ調整は、鋳型１２４内の溶湯１０６の階調が１２０から２００の範囲となるように行った。得られたフレーム画像のうち、鋳型１２４の内壁から１０ｍｍ以内の領域を除外し、残りの領域を評価領域１８４として設定した。さらに、図９Ｂに示すように評価領域１８４を三つのサブ領域１８４－１から１８４－３に分割し、動画像の評価を行った。図１１に示すように、サブ領域１８４－３はハース１２０の反対側であり、撮像装置１５０に最も近い位置の領域である。サブ領域１８４－３の幅Ｗは２３０ｍｍであり、長さｌ_３は６５０ｍｍであった。サブ領域１８４－１は、ハース１２０側に位置し、かつ、一方の長辺側に位置する。これに対し、サブ領域１８４－２は、ハース１２０側に位置し、かつ、他方の長辺側に位置する。サブ領域１８４－１、１８４－２の幅ｗ_１、ｗ_２はいずれも１４０ｍｍであり、長さｌ_１、ｌ_２はいずれも５５０ｍｍであった。図１１から理解されるように、三つのサブ領域１８４－１から１８４－３は互いに部分的に重なり合う。

【0072】

蒸着物１８０の有無を判断するための閾値階調は、第６０階調に設定した。工程Ｓ８における面積閾値は、各サブ領域で長さ５０ｍｍ四方のサイズに相当する蒸着物１８０が検出できるように設定した。具体的には、サブ領域１８４－１から１８４－３の面積閾値をそれぞれ０．０１７、０．０１６、０．０１３に設定した。

【0073】

上記条件下で合計１８本のチタンインゴットを製造した。鋳造工程において、長さ５０ｍｍ四方のサイズに相当する蒸着物１８０は１５個検出された。それぞれの蒸着物１８０の挙動を取得した動画像に基づいて検討した結果、いずれの蒸着物１８０もチタンインゴットの特性に影響を与えるものではなく、全てのチタンインゴットが良品であると判断された。

【0074】

このように、本発明の実施形態に係る製造方法を適用することで、長時間にわたる鋳造工程において鋳型１２４を目視で観察し続ける必要は無く、既定のサイズの蒸着物１８０が検出されたフレーム画像以降の動画像を解析することで、蒸着物の挙動を確実に把握することができる。このため、本製造方法により、金属インゴットの品質管理において要求される人的資源を有効に活用することが可能となる。

【0075】

本発明の実施形態として上述した実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、または工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

【符号の説明】

【0076】

１００：製造装置、１０４：原料、１０６：溶湯、１０８：金属インゴット、１１０：溶解炉、１１２：チャンバー、１１４：ドラムフィーダ、１１６：排気装置、１１８：振動フィーダ、１２０：ハース、１２０ａ：注ぎ口、１２０ｂ：側壁、１２２：スカル、１２４：鋳型、１２６：流路、１２８：ダブテール、１３０：スターティングブロック、１３４：冷却管、１３６：流路、１４０：電子銃、１４２：電子銃、１５０：撮像装置、１５２：窓、１５４：防着板、１５４ａ：開口、１５６：ノズル、１６０：制御装置、１６２：制御部、１６４：入力部、１６６：出力部、１６８：送受信部、１７０：記憶部、１７２：音声出力部、１７４：入力ポート、１８０：蒸着物、１８２：鋳付き、１８４：評価領域、１８４－１：サブ領域、１８４－２：サブ領域、１８４－３：サブ領域、１８４－４：サブ領域

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】