JP2004333154A - 熱間変位測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設した熱間変位測定装置において、前記レーザ送光部とレーザ受光部を結ぶ線に直交する方向に、試料の供給・排出手段を設けたものである。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱炉の一側にレーザ送光部、対向側にレーザ受光部を配設した熱間変位測定装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、熱間変位測定装置として、試料加熱炉一方の側に2組の照明装置を他方の側に2組の固体走査受光素子を内蔵レンズ系と組み合わせたカメラとカメラコントロール部より構成した変位測定装置をそれぞれ配置して加熱時の試料の変位を自動的に測定する装置が色々提案されている(特開昭60−39540号公報、特開昭61−7452号公報、特開昭61−172041号公報)。
【0003】
しかし、これらの装置は試料のセットが煩雑であると供に、試料のセット状態を目視により確認することができないため適正なセットがしにくい。さらに、変位測定装置の分解能が低いため、小型試料では測定精度が低く、また、測定範囲が片側で3mm 程度と狭いため、異常膨張する試料とか収縮の大きい試料は測定できない。
【0004】
このような小寸法の試料をサブミクロンオーダーの分解能で高精度に変位測定する手段としてレーザ変位測定器を使用することにより高精度の測定を可能とした、「セラミックス等の熱間における変位測定装置」(特開平3−77053号公報)を提案している。
さらに、この装置に改良を加えて加熱炉の適正位置への試料のセットを容易にし、使い勝手が良く、高精度の熱間での変位測定を可能にした特開2002−82077号提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記変位測定装置により高分解能を達成でき、異常膨張する試料や収縮の大きい試料の測定も可能になったが、以下のような問題がある。
▲1▼特開平3−77053号公報では、加熱炉への試料セットのセットは従来と同様、操作が煩雑であるとともに、試料の適正なセツトがしがたい。
図8により概略説明すると、加熱炉1内の試料8を支持する炉芯管7内の両端部に計測窓4を設けて炉芯管7内を気密構造とし、炉芯管7の両端に排気口9(真空ポンプ19で排気)、及びガス導入口10を設けて、各種の雰囲気で試料8の変位を測定可能とし、水冷構造の計測窓固定金物17で固定された計測窓4及びその内側に炉内輻射熱防止スリットを有する断熱材6、炉内輻射光防止スリット金物5を配設し、炉内の熱により計測窓4のガラスが歪み、誤差になるのを防止する。レーザ送光部2の送光口2′とレーザ受光部3の受光口3′それぞれの端面に炉内輻射光低減スリット30′が設けられた炉内輻射光防止スリット板30及び炉内輻射光低減光学フィルタ29を配設し、高温測定時に炉内光がレーザ送光部2、レーザ受光部3に入射して試料8の変位計測誤差になるのを防止している。試料の変位は、レーザ送光部2より一定速度で水平に試料の長さ以上の幅で走査したレーザビームが遮られた時間、すなわちレーザ受光部3からの出力が0の時間を電気的に測定し、表示器12にデジタル表示するとともに、その出力信号と試料温度測定用デジタル温度計13の出力(熱電対20の検出信号をデジタル信号に変換)をインターフェース14を介してパーソナルコンピュータ15に入力して演算し、デジタルプロッタ16に温度と熱膨張率の関係曲線を描かせる。そして、試料8を加熱炉1内へセットするには、レーザ送光部2またはレーザ受光部3、計測窓4、炉心管7中の断熱材6の順に取り外し、炉心管7内へ試料台に載せた試料8を挿入治具等により挿入してセットしたのち、断熱材6、計測窓4、レーザ送光部2またはレーザ受光部3を装着していた。
▲2▼特開2002−82077号公報は、加熱炉の適正位置への試料のセットを容易にし、使い勝手が良く高精度の熱間での変位測定を可能にしたが、加熱炉への試料セットを人が行うため、就業時間外での測定装置への試料のセットができない。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためのもので、加熱炉の適正な位置へ試料のセットを自動で行うことが出来、高精度で操作性の良い全自動でも測定可能な熱間変位測定装置を提供することを目的とする。
そのために請求項1の発明は、加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設した熱間変位測定装置において、前記レーザ送光部とレーザ受光部を結ぶ線に直交する方向に、試料の供給・排出手段を設けたことを特徴とする。
請求項2の発明は、前記試料の供給・排出手段は、加熱炉に設けられた試料の入口蓋及び出口蓋と炉心管、入口蓋側に設けられた試料搬送台と、それに載せる試料台、試料挿入用ブリッジ及び試料挿入用プッシャ、出口蓋側に設けられた試料排出用ヤードからなることを特徴とする。
請求項3の発明は、前記試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより、自動で試料の供給および排出するように制御されることを特徴とする。
請求項4の発明は、前記加熱炉の温度制御手段、レーザ変位測定器の変位測定手段、試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより全自動で熱間において試料の変位測定を行うように制御されることを特徴とする。
請求項5の発明は、前記試料台の端部と、試料挿入用プッシャの先端部に凹凸を形成し、この凹凸を係合させる構造としたこと特徴とする。
請求項6の発明は、前記加熱炉の端面に設けた計測窓ガラスの内側に輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材を配設し、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットを配設したことを特徴とする。
請求項7の発明は、前記レーザ送光部とレーザ受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フイルターを配設したことを特徴とする。
請求項8の発明は、前記計測窓ガラス冷却機構を設けたことを特徴とする。
請求項9の発明は、前記計測窓ガラスは、耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスでからなり、ガラスの両面が平行であることを特徴とする。
請求項10の発明は、加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、耐火物材料試料の形状が、長さ方向が20〜150mm、高さ方向が5〜40mm、幅方向が5〜30mmで、変位測定部が扇形または弓形のR部先端で、曲率半径Rが2.5mm〜20mmであることを特徴とする。
請求項11の発明は、耐火物材料としてR部先端の面精度を160μm以下に仕上たものを用いることを特徴とする。
請求項12の発明は、加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、測定終了後に加熱炉の炉蓋を開放状態とし、加熱炉内部の冷却促進をさせることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の熱間変位測定装置の全体構成を説明する図、図2は自動試料供給装置の構成を説明する装置上面図、図3は自動試料供給装置の炉内試料挿入状態を説明する側面図、図4は炉蓋の詳細図で、図4(a)は炉蓋が閉まった状態を示す図、図4(b)は炉蓋が開いた状態を示す図、図5は自動試料供給装置の試料取り出し状況を説明する図、図6は試料台を説明する図である。
【0008】
加熱炉31には熱間変位を測定する試料48が試料台54に置かれ、加熱炉31の左右には変位計コントローラ37で制御されるレーザ送光部32、レーザ受光部33が配置され、加熱炉両側に設けられた計測窓(石英ガラス)43 を通して走査レーザ光が受光される。尚、計測窓43の内側には、輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットをそれぞれ配設、内蔵し、また、レーザ送光部とレーザ受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フィルターを配設するようにし、計測窓ガラスが加熱炉からの輻射熱によって歪曲し、計測誤差を招くのを防ぐため、冷却機構を計測窓ガラスにもうけるようにするとともに、計測窓ガラスは耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスで、ガラス両面が平行な計測窓ガラスであるようにしている。
【0009】
加熱炉31の前部にコンピュータ等からなるCPU38 で制御出来るエァーシリンダー59(図2)で作動する試料挿入用ブリッジ52(図3)を装備した炉入口蓋46と、後部に同じ構造の試料排出用ブリッジ52′(図5)を装備した炉出口蓋47が設けられている。加熱炉31はヒータコントローラ36で駆動制御されるヒータ45で加熱されるとともに、制御用熱電対42で検出された炉内温度信号が温度計49でデジタル信号に変換されてCPU38に取り込まれ、検出結果に基づいてCPU38はヒータコントローラ36を制御している。また,測温用熱電対44で試料温度が検出されて温度計40でデジタル信号に変換されてCPU38に取り込まれる。試料の熱間変位は、インプット装置49よりCPU38に対して試料名、試験温度、昇温速度等を入力し、レーザ送光部32より一定速度で水平に試料の長さ以上の幅で走査したレーザ光が遮られた時間、すなわちレーザ受光部33からの出力が「0」の時間を変位コントローラ37からの信号によりCPU38で演算して求め、同時に温度計40から取り込んだ温度データとにより、温度と熱膨張率の関係を求めてプリンター39に出力する。
【0010】
本発明の熱間変位測定装置は、詳細は後述するように、加熱炉31の中に試料を自動で挿入・排出できる自動試料供給装置34を有していて、その供給装置と連動して開閉する為の炉入口蓋46、炉出口蓋47、排出ヤード35を装備して、連続して試料を容易にセット出来る。また、一度に6個の試料の登録が出来ると共に途中で試料を継ぎ足すことができ、エンドレスで高精度の熱間での変位測定が可能な構成としたことを特徴としている。
【0011】
次に、図2〜図6により試料を炉内に挿入し、変位測定を行い、排出する機構について詳細に説明する。
図2において、駆動ベルトコンベヤー55には試料搬送台53が円周方向に18個付いていて、図では上面側の9個が示されている。試料48は、試料搬送台53に設けられた試料台54上にセットされる。そのうち、試料48が載せられる試料搬送台53は炉入口蓋46までに6個あり、CPU38で制御して駆動モータ61により駆動ベルトコンベャー55を駆動して搬送される。図示するように6個の試料を並べ、炉入口蓋46の付近に位置センサー58を設けて、試料台54が炉入口蓋46の前に正確に停止するようにしている。
【0012】
試料台54、試料48が炉入口蓋46前に停止し、図3に示すように、エアーシリンダー56に駆動されて炉入口蓋46が開く。図4に示すように、炉入口蓋46の下端には試料挿入用ブリッジ52が取り付けられていて、エアーシリンダ56が延びて炉入口蓋が閉まった状態(図4(a))では試料挿入用ブリッジ52はベルトコンベアより下方に位置し、エアーシリンダ56が引き込まれて炉入口蓋が開いた状態(図4(b))では試料挿入用ブリッジ52は試料台が載る位置に上昇するようになっている。したがって、炉入口蓋46が開くと同時に試料挿入用ブリッジ52が上昇し、挿入用ブリッジ52と、加熱炉31内に設けられた炉心管51と、試料搬送台53が一直線に並び(図5(a))、試料挿入用エアーシリンダー59の先端部59Aが試料台54に設けられた試料の安定を保つための固定穴57の中に入り(図6)、加熱炉31内に設けられた炉心管51上を摺動されて炉内中央まで挿入し炉入口蓋46が閉まり測定を開始する。
【0013】
測定が終了すると炉入口蓋46、炉出口蓋47が上昇し、図5(b)に示すように、試料挿入用エアーシリンダー59の先端部が延びて炉内試料台54の固定穴57の中に入り、反対側の排出用ブリッジ52′を通して排出ヤード35まで押し出す(図5(c))。なお、排出ヤード35には試料台54がスムーズに動くように移動ローラー61を設けている。
【0014】
以上のような一連の動作はCPU38 に予め格納されたプログラムにより制御されて自動で行われる。なお、炉入口蓋46、炉出口蓋47を測定終了後に強制的に開放状態として加熱炉内部を冷却させる事により、次の測定試料の待ち時間が短縮でき効率化を図ることができる。
【0015】
次に、測定試料形状について図7により説明する。なお、図7(A)は平面図、図7(B)は正面図である。
熱間変位を測定する耐火物試料の形状としては、膨張測定部が70〜85°のエッジで形成されているのが一般的であり、このようなエッジ形状の試料は作成中にエッジが欠け易く、欠けを生じないように意識するため操作性も低下し、特に組織が粗く均質でない場合に問題となる。そこで、本発明では、膨張測定部をR形状としたものである。図示するように、長さ方向i、高さh、幅をdとしたとき、
i:20〜150mm
h:5〜40mm
d:5〜30mm
で、曲率半径Rは2.5mm〜20mmがよく、さらに好ましくは5mm〜15mmである。Rが2.5mmより小さいとRの欠けが生じ易く、20mmより大きいと高精度の変位測定が難しい。また、端面の面精度が悪いと、端面が膨張で変位したとき、測定面の凹凸が原因で正確な熱膨張率を求めることができないので、R形状部の面精度は、試料の長さ寸法が大きい場合は160μm程度以下でよいが、試料の長さ寸法が小さい場合には50μm以下の面精度とするのが好ましい。
【0016】
【発明の効果】
請求項1乃至3の発明によれば、加熱炉に設けられた試料供給・排出装置により試料が適正な位置に自動的にもセットできるため測定精度が向上すると共に、就業時間外での測定が可能となりの効率化が図れる。
請求項4の発明によれば、加熱炉の温度制御手段、レーザ変位測定器の変位測定手段、試料の供給・排出手段を予めコンピュータにプログラムし全自動で熱間において試料の変位測定ができる機能を設けることにより更に測定の効率化が図れる。
請求項5の発明によれば、試料台の端部と、試料挿入用プッシャの先端部に形成された凹凸を係合させる構造とすることにより、炉心管に試料を安定して挿入させることができる。
請求項6の発明によれば、加熱炉の端面に設けた計測窓の内側に輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材を配設し、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットを配設することにより、レーザ送光・受光部に輻射熱及び輻射光の入射されるのが抑制されるため、高精度の変位測定が可能となる。
請求項7の発明によれば、レーザ送光部・受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フィルタを配設したことにより、レーザ送光部・受光部に輻射光が入射されるのを抑制されるため、高精度の寸法測定が可能となる。
請求項8の発明によれば、計測窓ガラスは冷却機構を計測窓ガラスに設けることにより、加熱炉からの輻射熱による窓ガラスの変形を抑制できるため、計測窓ガラスの平面性が保たれ、レーザ光の屈折等による変位測定精度に影響を及ぼすことはない。
請求項9の発明によれば、計測窓ガラスの材質が耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスで、かつ、ガラスの両面が平行であるので、高温においても変形が最小限に抑制されるとともに、ガラスの平面性が良好であるため高精度の変位測定が可能となる。
請求項10の発明によれば、耐火物試料の測定端面にR形状を持たせるようにしたので、端部の欠けを生じにくくし、かつ操作性を向上させることができる。
請求項11の発明によれば、R端部の面精度を規定したことにより、高精度の測定を行うことが可能となる。
請求項12の発明によれば、測定終了後に加熱炉の炉蓋を開放状態とし、強制的に加熱炉内部の冷却させる事により、次の測定試料の待ち時間が短縮され効率化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱間変位測定装置の全体構成を説明する図である。
【図2】自動試料供給装置の構成を説明する装置上面図である。
【図3】自動試料供給装置の炉内試料挿入状態を説明する側面図である。
【図4】炉蓋の詳細図である。
【図5】自動試料供給装置の試料取り出し状況を説明する図である。
【図6】試料台を説明する図である。
【図7】測定試料形状を説明する図である。
【図8】従来の熱間変位測定装置の例を説明する図である。
【符号の説明】
31…加熱炉、32…レーザ送光部、33…レーザ受光部、34…自動試料供給装置、35…排出ヤード、36…ヒータコントローラ、37…変位コントローラ、38…CPU、40,49…温度計、42…制御用熱電対、43…計測窓、45…ヒータ、46…炉入口蓋、47…炉出口蓋、48…試料、52…試料挿入用ブリッジ、52′…試料排出用ブリッジ、53…自動試料搬送台、54…試料台、55…ベルトコンベア、57…固定穴、58…試料確認センサ、59…試料挿入用エアーシリンダー。
Claims (12)
- 加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設した熱間変位測定装置において、前記レーザ送光部とレーザ受光部を結ぶ線に直交する方向に、試料の供給・排出手段を設けたことを特徴とする熱間変位測定装置。
- 前記試料の供給・排出手段は、加熱炉に設けられた試料の入口蓋及び出口蓋と炉心管、入口蓋側に設けられた試料搬送台と、それに載せる試料台、試料挿入用ブリッジ及び試料挿入用プッシャ、出口蓋側に設けられた試料排出用ヤードからなることを特徴とする請求項1記載の熱間変位測定装置。
- 前記試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより、自動で試料の供給および排出するように制御されることを特徴とする請求項1または2記載の熱間変位測定装置。
- 前記加熱炉の温度制御手段、レーザ変位測定器の変位測定手段、試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより全自動で熱間において試料の変位測定を行うように制御されることを特徴とする請求項1乃至3何れか記載の熱間変位測定装置。
- 前記試料台の端部と、試料挿入用プッシャの先端部に凹凸を形成し、この凹凸を係合させる構造としたこと特徴とする請求項2乃至4何れか記載の熱間変位測定装置。
- 前記加熱炉の端面に設けた計測窓ガラスの内側に輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材を配設し、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットを配設したことを特徴とする請求項1乃5何れか記載の熱間変位測定装置。
- 前記レーザ送光部とレーザ受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フイルターを配設したことを特徴とする請求項1乃至6何れか記載の熱間変位測定装置。
- 前記計測窓ガラス冷却機構を設けたことを特徴とする請求項1乃至7何れか記載の熱間変位測定装置。
- 前記計測窓ガラスは、耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスでからなり、ガラスの両面が平行であることを特徴とする請求項1乃至8何れか記載の熱間変位測定装置。
- 加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、耐火物材料試料の形状が、長さ方向が20〜150mm、高さ方向が5〜40mm、幅方向が5〜30mmで、変位測定部が扇形または弓形のR部先端で、曲率半径Rが2.5mm〜20mmであることを特徴とする熱間変位測定方法。
- 耐火物材料としてR部先端の面精度を160μm以下に仕上たものを用いることを特徴とする請求項10記載の熱間変位測定方法。
- 加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、測定終了後に加熱炉の炉蓋を開放状態とし、加熱炉内部の冷却促進をさせることを特徴とする熱間変位測定方法。
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