JP2005188994A - 金型上の塗布剤の膜厚測定方法及び金型上の塗布剤の塗布量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 膜厚検出を高精度に行える金型上の塗布剤の膜厚測定方法を提供する。
【解決手段】 赤外線画像装置８及び２色放射温度計９を用いて放射率を求める。２色放射温度計９を用いることで、放射率の影響を受けずに鍛造型２上の潤滑剤５の測定対象ポイント１１における温度が求まるので、測定対象ポイント１１の温度の検出精度が向上し、当該温度を真値として黒体放射輝度を算出する。この黒体放射輝度と赤外線画像装置８が得た測定対象ポイント１１における放射輝度とから測定対象ポイント１１における放射率を求め、この放射率を、予め設定された鍛造型２上の潤滑剤５の放射率−膜厚特性に適用して潤滑剤５の膜厚を求めるので、放射率を考慮した膜厚検出が行われる。このため、放射率の影響を受けるにも拘らずその影響が考慮されずに膜厚を算出する従来技術に比べて、良好な精度を持って潤滑剤５の膜厚を検出できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金型上の塗布剤の膜厚測定方法及び金型上の塗布剤の塗布量制御方法に関する。

従来の金型上の離型剤膜厚測定方法の一例として、特許文献１に示す方法がある。
この離型剤膜厚測定方法では、赤外線カメラ（赤外線画像装置）にて離型剤塗布前後の金型温度を測定し、予め求めておいた膜厚・温度変化の関係から金型の表面に塗布された離型剤の膜厚を推定するようにしている。
特開平４−３３３３４１号公報

ところで、金型に対する離型剤の塗布状態によって、放射率〔赤外線カメラ（赤外線画像装置）で得られる赤外線エネルギーを温度値に変換するときの係数で、対象となる物体、表面形状、計測角度などに影響されてその値が変化する。〕が異なる。このため、上述した従来技術では、放射率が異なることによる影響を受けて赤外線カメラにより得られる放射輝度分布を示す熱画像が、必ずしも真の温度を示さないことがある。例えば金型における離型剤を塗布した部分と塗布していない部分が同等温度であるにもかかわらず、離型剤の有無により放射率が異なり、これより温度が異なっている（離型剤を塗布した部分が塗布しない部分より温度が高い）と読み取り、膜厚の検出精度の低下を招くことになる。

また、金型では、生産工程の進行によっても離型剤が継続して同等に付着している部分があり、この部分については、温度ひいては膜厚の検出精度の大きな低下を招かない。しかし、生産工程の進行に伴い離型剤の付着状況が大きく変化する部分（例えば金型の突起部分）では、膜厚の検出精度の低下が顕著になり、この改善が求められているというのが実情であった。

また、上述した従来技術では、膜厚の検出精度が低いことにより、金型への離型剤の塗布量が適正値から外れやすいという問題点を有していた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、金型上の塗布剤の膜厚検出を高精度に行える金型上の塗布剤の膜厚測定方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、膜厚の高精度検出により塗布剤の適正量の塗布を容易に行うことができる金型上の塗布剤の塗布量制御方法を提供することを目的とする。

請求項１記載に係る金型上の塗布剤の膜厚測定方法の発明は、赤外線画像装置により得られた金型上の塗布剤の放射輝度分布における測定対象ポイントの放射輝度と、２色放射温度計により得られた前記測定対象ポイントの温度とから前記測定対象ポイントの放射率を求める放射率算出工程と、予め設定された前記金型上の塗布剤の放射率−膜厚特性に前記放射率算出工程で求めた放射率を適用することにより塗布剤の膜厚を求める膜厚算出工程と、を備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金型上の塗布剤の膜厚測定方法において、前記塗布剤は、離型剤又は潤滑剤であることを特徴とする。

請求項３に記載に係る金型上の塗布剤の塗布量制御方法の発明は、前記膜厚算出工程で求めた塗布剤の膜厚を予め定めた膜厚基準値と比較し、比較結果に基づいて、前記金型への塗布剤の供給を制御する塗布剤制御工程を有すること特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の金型上の塗布剤の塗布量制御方法おいて、前記塗布剤は、離型剤又は潤滑剤であることを特徴とする。

請求項１又は２に記載の発明によれば、２色放射温度計を用いることにより、放射率の影響を受けずに金型上の塗布剤における測定対象ポイントの温度が求まるので、測定対象ポイントの温度の検出精度が向上する。そして、この検出精度の高い測定対象ポイントの温度と、赤外線画像装置が得た測定対象ポイントにおける放射輝度とから測定対象ポイントにおける放射率を求め、この放射率を、予め設定された前記金型上の塗布剤の放射率−膜厚特性に適用して塗布剤の膜厚を求めるので、放射率を考慮した膜厚検出が行われる。このため、放射率の影響を受けるにも拘らずその影響が考慮されずに膜厚を算出する従来技術に比べて、良好な精度を持って塗布剤の膜厚を検出できる。
請求項３又は４に記載の発明によれば、良好な精度で検出された塗布剤の膜厚を、金型への塗布剤の供給の制御に用いているので、塗布剤の供給制御性の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る塗布剤制御装置を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１において、塗布剤制御装置１は、鍛造型２（ＳＫＤ６１製。請求項１の金型を構成する。）の近傍に配置されたノズル３を有している。ノズル３には潤滑剤供給部４が接続されている。潤滑剤供給部４は、ノズル３を通して潤滑剤５（塗布剤）を鍛造型２に供給するようにしている。潤滑剤供給部４は、後述する制御装置６のコントローラ７に制御されて、鍛造型２への潤滑剤５の供給量（塗布量）を調整できるようになっている。また、塗布剤制御装置１は、鍛造型２を冷却する冷却部２０ａに冷却水を供給する冷却水供給部２０を有している。冷却水供給部２０は、コントローラ７に制御されて冷却部２０ａに冷却水を供給して鍛造型２を冷却するようになっている。この実施の形態では、金型として鍛造型２を用いる場合を例にするが、後述するように金型として鋳造型を用いることも可能であり、この場合には、冷却水供給部２０は鋳造型を冷却することになる。

塗布剤制御装置１は、さらに、鍛造型２の近傍に配置された赤外線画像装置８及び２色放射温度計９と、赤外線画像装置８、２色放射温度計９及び潤滑剤供給部４に接続された前記制御装置６と、制御装置６のコントローラ７に接続された表示器からなる報知器１０と、を有している。報知器１０は、スピーカで構成してもよい。
赤外線画像装置８は、鍛造型２上の潤滑剤５の放射輝度を読取り、その放射輝度分布を、当該赤外線画像装置８に備えられたディスプレイ８ａに表示させる。また、前記熱画像の元となる放射輝度分布情報は、コントローラ７に送られ、後述する温度ひいては潤滑剤５の膜厚測定に用いられるようになっている。

２色放射温度計９は、鍛造型２における予め設定された測定対象ポイント１１の温度を検出するようになっている。この場合、２色放射温度計９は、略直径１０ｍｍの円領域の温度検出を行う性能を有している。測定対象ポイント１１は、鍛造型２における突起部分、又はノズル３が容易には届き難い部分などの鍛造型２における放射率の影響が懸念される部分とされている。

２色放射温度計９は、異なる２種類の波長の放射エネルギー強度を検出し、その比から測定対象の温度を求めるものであり、放射率の影響を受けないようになっている。このため、２色放射温度計９では、放射率の影響を受けない分、測定対象の真の温度をより確実に把握し得るようになっている。２色放射温度計９は、異なる波長の放射エネルギー強度をそれぞれ検出する第１、第２検出部１２ａ，１２ｂと、第１、第２検出部１２ａ，１２ｂの各検出値から測定対象の温度を求める演算部１３と、から構成されている。

制御装置６は、前記コントローラ７と、記憶部１４と、を備えている。記憶部１４には、鍛造型２上の潤滑剤５の放射率−膜厚特性Ａ、鍛造型２に対する潤滑剤５の基準塗布量、予め設定された膜厚基準値及び温度基準値が予め記憶され、かつ、コントローラ７の演算処理過程で得られた演算データが適宜記憶される。
コントローラ７は、赤外線画像装置８が得た放射輝度分布のうち測定対象ポイント１１における放射輝度と、２色放射温度計９が上述したように得た温度とから測定対象ポイント１１の放射率を求める（放射率算出工程）。この放射率の算出方法については後述する。

また、コントローラ７は、記憶部１４から放射率−膜厚特性Ａを読み出して、これに放射率算出工程で求めた放射率を適用し、潤滑剤５の膜厚を求める（膜厚算出工程）。
さらに、コントローラ７は、膜厚算出工程で求めた潤滑剤５の膜厚を記憶部１４に記憶している膜厚基準値と比較し、さらに２色放射温度計９が検出した温度を予め定めた温度基準値と比較し、比較結果に基づいて潤滑剤供給部４、冷却水供給部２０及び報知器１０を制御する。

そして、潤滑剤供給部４を制御して鍛造型２への潤滑剤５の供給量を調整させ、冷却水供給部２０を制御して冷却部２０ａに対する冷却水の供給量を調整させ、また報知器１０を制御して比較結果の内容を報知させる。
例えば膜厚算出工程で求めた潤滑剤５の膜厚寸法が前記膜厚基準値と異なるときには、潤滑剤供給部４を制御して鍛造型２への潤滑剤５の供給量を調節させる。また、２色放射温度計９の検出温度が前記温度基準値より大きい場合には、冷却水の供給量を多くし、温度基準値より小さい場合には、冷却水の供給量を少なくさせる。

コントローラ７は、上述したように、２色放射温度計９の温度の大きさに応じて冷却水の供給量を調整させるようにフィードバック制御を行っているが、このフィードバック制御にもかかわらず、予め定めた基準時間ｔｍ０が経過しても２色放射温度計９の検出温度が前記温度基準値になっていない場合には、正常でないと判定し、この旨を報知器１０に報知させ、オペレータに注意を促す。
また、コントローラ７は、鍛造型２への潤滑剤５の供給量の調整作業にも拘らず、潤滑剤５の膜厚が前記膜厚基準値に達しない場合、正常でないと判定し、この旨を報知器１０に報知させ、オペレータに注意を促す。

記憶部１４に記憶される放射率−膜厚特性Ａは、鍛造型２（ＳＫＤ６１製）及びその上の潤滑剤５を対象にした計測・解析結果（型材で作製されたテストピースをホットプレートで熱し、潤滑剤を塗布し、この状態で膜厚計で測定される膜厚と、この測定膜厚に対応して得られる放射率）に基づいて定めている。本実施の形態では、計測・解析結果は、図３に記号◆で示す値とされ、この計測・解析結果に基づいて放射率−膜厚特性Ａを定めている。本願発明者等は、この放射率−膜厚特性Ａを用いて後述するように温度を求めた場合と、前記計測・解析結果（記号◆）を用いて後述するように温度を求めた場合とについて、その差を求めたところ、その差が±１０℃であるという検証結果を得た。そして、±１０℃の温度差は鍛造型２（使用時の温度は、潤滑剤が付着しやすいように２００℃位とされている。）を用いた生産作業では、無視し得る値であることから、前記放射率−膜厚特性Ａを記憶部１４に記憶し、後述する膜厚算出に用いている。

上述した放射率は、式（１）で示されるウィーンの法則から温度Ｔ≪３０００℃を条件として導かれる近似式（２）及び測定物の放射輝度と黒体放射輝度との対応関係を示す式（３）に基づいて算出するようにしている。

Ｍλ＝（Ｃ１／λ⁵）×〔ｅ^(c2/λ^T)−１〕^-1〔Ｗ／（ｃｍ²・μｍ）〕 … （１）
Ｍλ：波長λにおける単位面積・単位時間の熱放射エネルギー量（放射輝度に相当する 。以下、適宜、放射輝度という。）、Ｃ１：定数、Ｃ２：定数、Ｔ：絶対温度、λ：波 長。

Ｍλ＝（Ｃ１／λ⁵）×ｅ^-(c2/λ^T) … （２）
〔但し、Ｔ≪３０００℃〕
式（１）及び（２）は、黒体〔入射した熱放射エネルギー（放射輝度）を完全吸収し、反射も透過もしない。〕における放射輝度と温度との関係を示している。

Ｍλ（Ｓ）＝ε・Ｍλ（Ｔ） … （３）
Ｓ：放射温度、Ｔ：真温度、ε：放射率、Ｍλ（Ｓ）：測定物の放射輝度、Ｍλ（Ｔ） ：黒体放射輝度

測定物は、黒体よりも熱放射エネルギー量（放射輝度）が小さく、その両者の割合を放射率εを用いて、測定物の放射輝度Ｍλ（Ｓ）及び黒体放射輝度Ｍλ（Ｔ）の関係を示したのが式（３）である。この式（３）から明らかなように、黒体放射輝度Ｍλ（Ｔ）及び測定物の放射輝度Ｍλ（Ｓ）を求めると、その結果、放射率ε〔ε＝Ｍλ（Ｓ）／Ｍλ（Ｔ）〕が求まることになり、本実施の形態では、この手順で放射率εを求めている。

すなわち、２色放射温度計９が検出した温度を式（１）に適用することにより式（３）の黒体放射輝度Ｍλ（Ｔ）を求め、式（３）の測定物の放射輝度Ｍλ（Ｓ）としては、赤外線画像装置８が得た測定対象ポイント１１における放射輝度を用い、これにより、放射率εを求めている。

上述したように構成した塗布剤制御装置１の作用（金型上の塗布剤の膜厚測定方法及び金型上の塗布剤の塗布量制御方法）を、図２に基づいて説明する。
まず、鍛造型２上に潤滑剤５が供給される(ステップＳ１)、鍛造型２上の潤滑剤５の放射輝度分布を示す熱画像を赤外線画像装置８により得る（ステップＳ２。熱画像取得工程）。
次に、鍛造型２上の潤滑剤５の測定対象ポイント１１における温度を２色放射温度計９により取得する（ステップＳ３。温度検出工程）。

続いて、ステップＳ３で２色放射温度計９が得た測定対象ポイント１１の温度を式（１）に適用して式（３）の黒体放射輝度Ｍλ（Ｔ）に相当する測定対象ポイント１１における黒体放射輝度Ｍλ（Ｔ）を求めると共に、測定対象ポイント１１における黒体放射輝度Ｍλ（Ｔ）と、ステップＳ２で得た測定対象ポイント１１における放射輝度〔前記測定物の放射輝度Ｍλ（Ｓ）に対応する〕とから、式（３）に基づいて測定対象ポイント１１の放射率を求める（ステップＳ４。放射率算出工程）。
このステップＳ４において、さらに、記憶部１４に記憶されている放射率−膜厚特性Ａに、上述したように得られた放射率を適用することにより潤滑剤５の膜厚を求める（膜厚算出工程）。

次に、ステップＳ５において、ステップＳ４（膜厚算出工程）で求めた潤滑剤５の膜厚を前記膜厚基準値と比較し、潤滑剤５の膜厚量が膜厚基準値になっているか否かの判定（膜厚量良否判定）を行い、さらに、ステップＳ３で取得した２色放射温度計９の検出温度に基づいて、鍛造型２の温度が温度基準値になっているか否かの判定（鍛造型温度良否判定）を行う。

ステップＳ５の判定で膜厚量又は鍛造型２の温度が基準値（膜厚基準値及び温度基準値）になっていない（Ｎｏ）との最初の判定が行われた場合、時間ｔの計測が開始され、時間ｔが予め定めた基準時間ｔｍ０に達したか否かの判定が行われる (ステップＳ６)。ステップＳ６でＮｏ（時間ｔが基準時間ｔｍ０に達していない）と判定すると、ステップＳ５の処理結果（膜厚量良否判定及び鍛造型温度良否判定）に基づいて鍛造型２への潤滑剤５の供給制御(塗布剤制御工程)、冷却水供給部２０及び報知器１０に対する制御を行い(ステップＳ７) 、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ５において、例えば膜厚算出工程で求めた潤滑剤５の膜厚寸法が膜厚基準値よりも小さい（Ｎｏ）という判定結果を得たときには、ｔ＜ｔｍ０の範囲でステップＳ７に進んで、潤滑剤供給部４を制御して鍛造型２に対して潤滑剤５をさらに供給させると共に、報知器１０にその旨の報知をさせる。また、ステップＳ５において、例えば膜厚算出工程で求めた潤滑剤５の膜厚寸法が膜厚基準値よりも大きい（Ｎｏ）という判定結果を得たときには、ｔ＜ｔｍ０の範囲でステップＳ７に進んで、潤滑剤５の希釈濃度を下げるか、塗布量を下げるかすると共に、報知器１０にその旨の報知をさせる。
また、ステップＳ５で鍛造型２の温度が温度基準値より高い、又は低い（Ｎｏ）と判定されたときには、ｔ＜ｔｍ０の範囲でステップＳ７に進んで、冷却水供給部２０に冷却水の供給量を調整させる。

ステップＳ５で、膜厚量が膜厚基準値で、かつ鍛造型２の温度が温度基準値になっていると判定すると、報知器１０にその旨（潤滑剤５の膜厚量及び鍛造型２の温度が共に良）の報知を行わせて（ステップＳ８）、処理を終了する。
ステップＳ６で、時間ｔが基準時間ｔｍ０に達した（Ｙｅｓ）と判定すると、鍛造型２及び潤滑剤５には、温度又は膜厚に関して何らかの問題があるとして、そのことが報知器１０により報知され、オペレータの対処を促すようにしている(ステップＳ９)。

上述したように、２色放射温度計９を用いることにより、放射率の影響を受けずに鍛造型２上の潤滑剤５の測定対象ポイント１１における温度を求めるので、測定対象ポイント１１の温度の検出精度が向上し、かつ当該温度を真値（黒体放射輝度算出のための温度）として利用することができる。
さらに、２色放射温度計９の検出温度（真値）を用いて測定対象ポイント１１の放射率を求め、この放射率を図３の放射率−膜厚特性Ａに適用して対応する潤滑剤５の膜厚を算出するので、放射率を考慮した膜厚検出が行われる。このため、放射率の影響を受けるにも拘らずその影響が考慮されずに膜厚を算出する上述した従来技術に比べて、良好な精度を持って潤滑剤５の膜厚を検出できる。

また、良好な精度で検出された潤滑剤５の膜厚を潤滑剤供給部４の制御判定及び潤滑剤５の膜厚量の良否判定に用いているので、潤滑剤供給部４の制御及び潤滑剤５の膜厚量の良否判定を精度高く行える。そして、このように潤滑剤５の膜厚量の良否判定を精度高く行うことにおり、鍛造型２の摩耗の発生を確実に防止でき、ひいては鍛造型２の寿命を延ばすことが可能となる。

上記実施の形態では、金型が鍛造型２で、塗布剤が潤滑剤５である場合を例にしたが、これに代えて、金型として鋳造型を用い、塗布剤として離型剤を用いるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、測定対象ポイント１１は、鍛造型２における突起部分、又はノズル３が容易には届き難い部分などの鍛造型２における放射率の影響が懸念される部分とされている場合を例にしたが、これに限らず、金型における塗布剤が常時塗布される部分を測定対象ポイント１１として２色放射温度計９で温度計測を行うようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る塗布剤制御装置を模式的に示す図である。 図１の塗布剤制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。 図１の記憶部に記憶される放射率−膜厚特性及びその設定を説明するための示す図である。

符号の説明

１…塗布剤制御装置、２…鍛造型（金型）、５…潤滑剤（塗布剤）、８…赤外線画像装置、９…２色放射温度計。

Claims (4)

1. 赤外線画像装置により得られた金型上の塗布剤の放射輝度分布における測定対象ポイントの放射輝度と、２色放射温度計により得られた前記測定対象ポイントの温度とから前記測定対象ポイントの放射率を求める放射率算出工程と、
   予め設定された前記金型上の塗布剤の放射率−膜厚特性に前記放射率算出工程で求めた放射率を適用することにより塗布剤の膜厚を求める膜厚算出工程と、を備えたことを特徴とする金型上の塗布剤の膜厚測定方法。
2. 前記塗布剤は、離型剤又は潤滑剤であることを特徴とする請求項１に記載の金型上の塗布剤の膜厚測定方法。
3. 請求項１又は２に記載の金型上の塗布剤の膜厚測定方法の膜厚算出工程で求めた塗布剤の膜厚を予め定めた膜厚基準値と比較し、比較結果に基づいて、前記金型への塗布剤の供給を制御する塗布剤制御工程を有すること特徴とする金型上の塗布剤の塗布量制御方法。
4. 前記塗布剤は、離型剤又は潤滑剤であることを特徴とする請求項３に記載の金型上の塗布剤の塗布量制御方法。
   
   

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