JP2006162568A

JP2006162568A - Molten metal behavior visualization device, and molten metal behavior analytical method

Info

Publication number: JP2006162568A
Application number: JP2004358763A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Yamada; 靖二山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molten metal behavior visualization device capable of grasping precisely a behavior of molten metal under casting in a casting mold comprising a metal material. <P>SOLUTION: This molten metal behavior visualization device 1 is provided with an X-ray irradiating means 2 for emitting an X-ray, the mold 3 comprising the metal material and having a prescribed wall thickness capable of transmitting the X-ray emitted from the X-ray irradiating means, an image pick-up tube 4 for converting an intensity of the irradiated X-ray into an intensity of a visible ray to form a transmission image, an image pick-up means 5 for imaging the transmission image, a molten metal supply means 6 for supplying the molten metal into the mold for a test, and mold temperature regulating means 7, 8, 9 for regulating temperatures in the mold for the test. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、鋳型の内部に供給された溶湯の挙動を可視化し、解析する技術に関する。 The present invention relates to a technique for visualizing and analyzing the behavior of a molten metal supplied into a mold.

従来、医療や食品の分野において、エックス線を対象物に照射し、対象物を透過したエックス線の強度に基づいて画像を形成することにより、該対象物の内部の状況を非破壊で観察する方法が知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。 Conventionally, in the medical and food fields, there is a method of irradiating an object with X-rays and forming an image based on the intensity of the X-rays transmitted through the object, thereby observing the state inside the object in a nondestructive manner. Are known. For example, as described in Patent Document 1.

また、鋳造品の内部に形成される鋳巣等の欠陥を、エックス線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）により検出する技術も公知となっている。例えば、特許文献２に記載の如くである。
非破壊で鋳造品の内部の欠陥を検出することは、鋳造品の検査工程における検査精度の向上だけでなく、鋳造条件の最適化、ひいては鋳造品の品質の向上に寄与するものである。
しかし、エックス線ＣＴにより鋳造品から得られる欠陥の位置、大きさ、分布等の情報はあくまでも溶湯が凝固した後のものであるため、鋳型の内部における溶湯の流れの状況（溶湯の自由表面の形状およびその移動状況）、あるいは欠陥の発生状況（溶湯へのガスの巻き込み状況）といった鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することができないという問題がある。 In addition, a technique for detecting defects such as a cast hole formed inside a cast product by using X-ray CT (Computerized Tomography) is also known. For example, as described in Patent Document 2.
Non-destructive detection of defects inside the cast product not only improves the inspection accuracy in the inspection process of the cast product, but also contributes to optimization of the casting conditions and consequently to the quality of the cast product.
However, since the information on the position, size, distribution, etc. of defects obtained from a cast product by X-ray CT is only after the molten metal has solidified, the state of the molten metal flow in the mold (the shape of the free surface of the molten metal) In addition, there is a problem that the behavior of the molten metal during casting, such as the state of movement thereof and the state of occurrence of defects (the state of entrainment of gas in the molten metal), cannot be accurately grasped.

このような問題を解決する方法として、鋳型に溶湯を供給しつつ該鋳型にエックス線を照射し、テレビカメラ等の撮像手段で動画を撮影することにより、鋳型の内部への溶湯の供給開始から凝固完了までの溶湯の挙動をリアルタイムで観察する技術も検討されている。例えば、非特許文献１に記載の如くである。
特開２００３−２１５０６５号公報特開２００４−０３４１４４号公報社団法人日本鋳造工学会編鋳造工学第７６巻（２００４）第４号ｐ．３０９−ｐ．３１５ As a method for solving such a problem, the molten metal is supplied to the mold while irradiating the mold with X-rays, and a moving image is taken by an imaging means such as a television camera, so that the molten metal is solidified from the start of the supply to the inside of the mold. A technique for observing the behavior of the molten metal until completion in real time has also been studied. For example, as described in Non-Patent Document 1.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-215065 JP 2004-034144 A Japan Foundry Engineering Society, Casting Engineering Volume 76 (2004) No. 4 p. 309-p. 315

しかし、実際の製造現場で使用される鋳型にエックス線を照射した場合には、エックス線の大半が鋳型を構成する金属材料に吸収され、エックス線の透過量が少なくなる。
その結果、分解能の高い画像を得ることが困難となり、例えば「そこに溶湯が有るか否か」程度の知見しか得ることができず、鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが困難であった。 However, when X-rays are irradiated onto a mold used at an actual manufacturing site, most of the X-rays are absorbed by the metal material constituting the mold, and the amount of X-ray transmission is reduced.
As a result, it becomes difficult to obtain a high-resolution image, for example, it is possible to obtain only knowledge about whether or not there is a molten metal, and it is difficult to accurately grasp the behavior of the molten metal during casting. there were.

また、上記非特許文献１においては、実際の製造現場で使用される鋳型を使用した場合の上記問題点を考慮し、エックス線が透過し易いセラミックスや黒鉛からなる試験用の鋳型を用いている。
しかし、セラミックスや黒鉛の熱伝達係数は、鋳型を構成する材料として通常用いられる金属材料の熱伝達係数と異なるため、実際の製造現場で使用される鋳型における溶湯の挙動を精度良く反映していない可能性がある。 Moreover, in the said nonpatent literature 1, in consideration of the said problem at the time of using the casting_mold | template used at an actual manufacturing field, the casting_mold | template for a test which consists of ceramics and graphite which an X-ray permeate | transmits easily is used.
However, since the heat transfer coefficient of ceramics and graphite is different from the heat transfer coefficient of metal materials that are usually used as the material constituting the mold, it does not accurately reflect the behavior of the molten metal in the mold used at the actual manufacturing site. there is a possibility.

本発明は以上の如き状況に鑑み、金属材料からなる鋳型における鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能な溶湯挙動可視化装置および溶湯挙動解析方法を提供するものである。 In view of the above situation, the present invention provides a molten metal behavior visualization apparatus and a molten metal behavior analysis method capable of accurately grasping the behavior of molten metal during casting in a mold made of a metal material.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項１においては、
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備するものである。 That is, in claim 1,
X-ray irradiation means for irradiating X-rays;
A test mold made of a metal material and having a predetermined thickness through which X-rays irradiated by the X-ray irradiation means can pass;
An imaging tube that converts the intensity of irradiated X-rays into visible light intensity to form a transmission image; and
Imaging means for capturing the transparent image;
Molten metal supply means for supplying molten metal into the test mold;
Mold temperature adjusting means for adjusting the temperature of the test mold;
It comprises.

請求項２においては、
前記エックス線照射手段は、
エックス線をパルス状に照射するものである。 In claim 2,
The X-ray irradiation means is
X-rays are irradiated in pulses.

請求項３においては、
前記撮像手段は、
前記エックス線照射手段が照射するパルス状のエックス線に同期して開閉するシャッターを具備するものである。 In claim 3,
The imaging means includes
A shutter that opens and closes in synchronization with a pulsed X-ray irradiated by the X-ray irradiation means is provided.

請求項４においては、
前記試験用の鋳型の肉厚を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下とするものである。 In claim 4,
The wall thickness of the test mold is 1 mm or more and 3 mm or less.

請求項５においては、
前記鋳型温度調整手段は、
エックス線の透過経路から外れた位置に配置されるものである。 In claim 5,
The mold temperature adjusting means is
It is arranged at a position deviating from the X-ray transmission path.

請求項６においては、
前記鋳型温度調整手段は、
所定の温度の流体を前記試験用の鋳型に接触させるものである。 In claim 6,
The mold temperature adjusting means is
A fluid having a predetermined temperature is brought into contact with the test mold.

請求項７においては、
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
該試験用の鋳型に照射され、透過したエックス線の強度差に基づいて透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備する溶湯挙動可視化装置を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程と、
該正規画像の特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、
該正規画像の特徴点に基づいて溶湯の移動方向および移動距離を算出する溶湯移動方向・距離算出工程と、
該溶湯の移動方向および移動距離と、溶湯の移動時間と、に基づいて溶湯の移動速度を算出する溶湯移動速度算出工程と、
を具備するものである。 In claim 7,
X-ray irradiation means for irradiating X-rays;
A test mold made of a metal material and having a predetermined thickness through which X-rays irradiated by the X-ray irradiation means can pass;
An imaging tube that forms a transmission image based on the intensity difference of the transmitted X-rays irradiated to the test mold; and
Imaging means for capturing the transparent image;
Molten metal supply means for supplying molten metal into the test mold;
Mold temperature adjusting means for adjusting the temperature of the test mold;
A molten metal behavior analysis method performed using a molten metal behavior visualization apparatus comprising:
A reference image created based on a transmission image taken when there is no molten metal inside the test mold, and a transmission image taken when molten metal is supplied into the test mold. A regular image creation process for creating a regular image based on the
A feature point extracting step of extracting feature points of the regular image;
A molten metal moving direction / distance calculating step for calculating a moving direction and a moving distance of the molten metal based on the feature points of the regular image;
A molten metal moving speed calculating step for calculating a moving speed of the molten metal based on the moving direction and moving distance of the molten metal and the moving time of the molten metal;
It comprises.

請求項８においては、
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
該試験用の鋳型に照射され、透過したエックス線の強度差に基づいて透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備する溶湯挙動可視化装置を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程と、
正規画像の輝度の変化を抽出する輝度変化抽出工程と、
予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、正規画像の輝度の変化と、に基づいて溶湯の流量を算出する溶湯流量算出工程と、
を具備するものである。 In claim 8,
X-ray irradiation means for irradiating X-rays;
A test mold made of a metal material and having a predetermined thickness through which X-rays irradiated by the X-ray irradiation means can pass;
An imaging tube for forming a transmission image based on the intensity difference of the transmitted X-rays irradiated to the test mold; and
Imaging means for capturing the transparent image;
Molten metal supply means for supplying molten metal into the test mold;
Mold temperature adjusting means for adjusting the temperature of the test mold;
A molten metal behavior analysis method performed using a molten metal behavior visualization apparatus comprising:
A reference image created based on a transmission image taken when there is no molten metal inside the test mold, and a transmission image taken when molten metal is supplied into the test mold. A regular image creation process for creating a regular image based on the
A luminance change extraction step for extracting a change in luminance of the regular image;
A molten metal flow rate calculating step for calculating a flow rate of the molten metal based on the relationship between the thickness of the molten metal in the X-ray transmission direction and the luminance acquired in advance, and the change in luminance of the regular image,
It comprises.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

請求項１においては、金属材料からなる鋳型における鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。 According to the first aspect, it is possible to accurately grasp the behavior of the molten metal during casting in a mold made of a metal material.

請求項２においては、エックス線照射手段のターゲットの発熱量を抑えつつ、照射時のエックス線の強度を向上させることが可能である。 In Claim 2, it is possible to improve the intensity | strength of the X-ray at the time of irradiation, suppressing the emitted-heat amount of the target of an X-ray irradiation means.

請求項３においては、鋳型の内部の溶湯の挙動が高速であってもぶれが少ない静止画像として取得することが可能であり、鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to obtain a still image with less blur even when the behavior of the molten metal inside the mold is high speed, and it is possible to accurately grasp the behavior of the molten metal during casting.

請求項４においては、鋳型の強度を確保しつつ、十分にエックス線を透過させることが可能である。 According to the fourth aspect, it is possible to sufficiently transmit the X-ray while ensuring the strength of the mold.

請求項５においては、鋳型温度調整手段が鋳型を透過するエックス線の量を減少させることが無い。 According to the fifth aspect, the mold temperature adjusting means does not reduce the amount of X-rays that pass through the mold.

請求項６においては、鋳型温度調整手段をエックス線の透過経路から外れた位置に配置した場合でも、鋳型において透過経路と重なる部分の温度調整を容易に行うことが可能である。 According to the sixth aspect of the present invention, even when the mold temperature adjusting means is arranged at a position deviating from the X-ray transmission path, it is possible to easily adjust the temperature of the portion overlapping the transmission path in the mold.

請求項７においては、鋳型の内部に供給される溶湯の移動速度を精度良く検出することが可能であり、鋳型の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。 According to the seventh aspect, it is possible to accurately detect the moving speed of the molten metal supplied into the mold, and it is possible to accurately grasp the behavior of the molten metal inside the mold.

請求項８においては、鋳型の内部に供給される溶湯の流量を精度良く検出することが可能であり、鋳型の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。 According to the eighth aspect, it is possible to detect the flow rate of the molten metal supplied into the mold with high accuracy, and to accurately grasp the behavior of the molten metal inside the mold.

以下では図１および図２を用いて本発明の溶湯挙動可視化装置の実施の一形態である溶湯挙動可視化装置１の全体構成について説明する。
ここで、本出願における「溶湯」とは、溶融状態の金属材料を指すものとする。本実施例における溶湯は溶融状態のアルミニウムからなるが、本発明は鋳鉄等の他の金属材料からなる溶湯に対しても適用可能である。
また、本出願における「溶湯の挙動」とは、溶湯の移動方向、溶湯の移動距離、溶湯の移動速度、鋳型の内部の所定の地点における溶湯厚さおよびこれらの時間変化を含むものとする。 Below, the whole structure of the molten metal behavior visualization apparatus 1 which is one Embodiment of the molten metal behavior visualization apparatus of this invention is demonstrated using FIG. 1 and FIG.
Here, “molten metal” in the present application refers to a molten metal material. Although the molten metal in the present embodiment is made of molten aluminum, the present invention can also be applied to a molten metal made of other metal materials such as cast iron.
Further, “the behavior of the molten metal” in the present application includes the moving direction of the molten metal, the moving distance of the molten metal, the moving speed of the molten metal, the thickness of the molten metal at a predetermined point inside the mold, and the temporal change thereof.

溶湯挙動可視化装置１は、主にエックス線パルス源２、鋳型３、撮像管４、ＴＶカメラ５、ダイカスト装置６、ヒーター７、バーナー８、クーラー９、制御装置１０等を具備する。 The molten metal behavior visualization device 1 mainly includes an X-ray pulse source 2, a mold 3, an imaging tube 4, a TV camera 5, a die casting device 6, a heater 7, a burner 8, a cooler 9, a control device 10, and the like.

エックス線パルス源２は、本発明に係るエックス線照射手段の実施の一形態であり、エックス線をパルス状に照射するものである。
エックス線パルス源２は、タングステン等からなるターゲットを具備するエックス線管と、該エックス線管にパルス状の直流電流を供給する電源装置と、を具備する。 The X-ray pulse source 2 is an embodiment of the X-ray irradiation means according to the present invention, and irradiates X-rays in a pulse shape.
The X-ray pulse source 2 includes an X-ray tube having a target made of tungsten or the like, and a power supply device that supplies a pulsed direct current to the X-ray tube.

鋳型３は、本発明に係る試験用の鋳型の実施の一形態であり、その内部空間であるキャビティに供給された溶湯を凝固することにより所定の形状の鋳造品を成形するものである。
鋳型３にはエックス線パルス源２によりエックス線がパルス状に照射される。
鋳型３は鋳型の内部に供給された溶湯の挙動を可視化するために用いられる鋳型であり、キャビティの形状を、対象となる実際の製造現場で使用される鋳型のキャビティの形状と略同じとしている。 The mold 3 is an embodiment of a test mold according to the present invention, and a cast product having a predetermined shape is formed by solidifying molten metal supplied to a cavity that is an internal space of the mold.
The casting mold 3 is irradiated with X-rays in a pulse form by the X-ray pulse source 2.
The mold 3 is a mold used for visualizing the behavior of the molten metal supplied into the mold, and the shape of the cavity is substantially the same as the shape of the cavity of the mold used in the actual manufacturing site. .

図２に示す如く、本実施例の鋳型３は、プレート３１、プレート３２等を具備する。
プレート３１は略矩形の板状の部材であり、その周縁部には型枠３１ａが設けられている。同様に、プレート３２は略矩形の板状の部材であり、その周縁部には型枠３２ａが設けられている。プレート３１およびプレート３２は、鋳型を構成する通常の材料である鉄鋼材料、例えば熱間金型用鋼であるＳＫＤ６等からなる。
プレート３１とプレート３２とを重ねて型枠３１ａと型枠３２ａとをボルト等で締結することにより、プレート３１とプレート３２との間に、鋳造品に対応する形状のキャビティ３３が形成される。 As shown in FIG. 2, the mold 3 of this embodiment includes a plate 31, a plate 32, and the like.
The plate 31 is a substantially rectangular plate-like member, and a frame 31a is provided on the peripheral edge thereof. Similarly, the plate 32 is a substantially rectangular plate-like member, and a frame 32a is provided on the peripheral edge thereof. The plate 31 and the plate 32 are made of a steel material which is a normal material constituting the mold, for example, SKD6 which is a steel for hot die.
By overlapping the plate 31 and the plate 32 and fastening the mold frame 31a and the mold frame 32a with bolts or the like, a cavity 33 having a shape corresponding to the cast product is formed between the plate 31 and the plate 32.

プレート３１のエックス線透過方向の肉厚Ｔ１およびプレート３２のエックス線透過方向の肉厚Ｔ２は、所定の範囲に定められる。
ここで、上記「所定の範囲」の上限値は鋳型３に要求されるエックス線の透過量に基づいて定められ、下限値は鋳型３に要求される強度に基づいて定められる。すなわち、プレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２は、エックス線パルス源２によりパルス状に照射されるエックス線が十分に透過し、かつ、プレート３１・３２が温度および圧力の影響で変形しない十分な強度を有する範囲に定められる。
具体的には、本実施例のプレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２はそれぞれ２ｍｍとしている。実験の結果から、プレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２はそれぞれ１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが望ましい。
また、プレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２は、少なくともエックス線の透過経路１００に重なっている部分については略均一とすることが好ましい。これは、鋳型３に起因するエックス線の透過量の減少量を鋳型３の位置に関わらず略均一とするためである。 The thickness T1 of the plate 31 in the X-ray transmission direction and the thickness T2 of the plate 32 in the X-ray transmission direction are determined within a predetermined range.
Here, the upper limit value of the “predetermined range” is determined based on the amount of X-ray transmission required for the mold 3, and the lower limit value is determined based on the intensity required for the mold 3. That is, the thickness T1 of the plate 31 and the thickness T2 of the plate 32 are sufficiently transmitted by the X-rays irradiated in a pulse form by the X-ray pulse source 2, and the plates 31 and 32 are not deformed by the influence of temperature and pressure. It is determined within a range having sufficient strength.
Specifically, the thickness T1 of the plate 31 and the thickness T2 of the plate 32 of this embodiment are each 2 mm. From the results of the experiment, it is desirable that the thickness T1 of the plate 31 and the thickness T2 of the plate 32 are 1 mm or more and 3 mm or less, respectively.
Further, it is preferable that the thickness T1 of the plate 31 and the thickness T2 of the plate 32 are substantially uniform at least in a portion overlapping the X-ray transmission path 100. This is because the amount of decrease in the amount of X-ray transmission caused by the mold 3 is made substantially uniform regardless of the position of the mold 3.

撮像管４は本発明に係る撮像管の実施の一形態であり、エックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像するものである。
本実施例の撮像管４は、入口側から出口側に拡径した筒状の胴体と、該胴体の入口側に設けられ、イメージインテンシファイアと呼ばれる蛍光体が表面に塗布されたレンズと、該胴体の入口側に設けられた二次蛍光面と、を具備する。
鋳型３に照射され、透過したエックス線が撮像管４のレンズに塗布された蛍光体に照射されると、該蛍光体はエックス線の強度に応じて電子を放出し、当該電子が二次蛍光面に衝突して二次蛍光面が可視光を発することにより透過画像が結像される。 The imaging tube 4 is an embodiment of the imaging tube according to the present invention, and forms a transmission image by converting the intensity of X-rays into the intensity of visible light.
The imaging tube 4 of the present embodiment has a cylindrical body whose diameter is enlarged from the entrance side to the exit side, a lens provided on the entrance side of the body, and a phosphor called an image intensifier applied to the surface, A secondary fluorescent screen provided on the entrance side of the body.
When the X-rays irradiated and transmitted through the mold 3 are irradiated onto the phosphor applied to the lens of the imaging tube 4, the phosphors emit electrons according to the intensity of the X-rays, and the electrons are emitted to the secondary phosphor screen. When the secondary fluorescent screen collides and emits visible light, a transmission image is formed.

なお、撮像管４の構成は本実施例に限定されず、照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して結像可能であれば他の構成でも良い。 Note that the configuration of the imaging tube 4 is not limited to the present embodiment, and other configurations may be used as long as the intensity of the irradiated X-rays can be converted into the intensity of visible light to form an image.

ＴＶカメラ５は本発明に係る撮像手段の実施の一形態であり、撮像管４が結像した透過画像を撮像するものである。
ＴＶカメラ５は透過画像を動画として取得することが可能である。また、ＴＶカメラ５はエックス線パルス源２が照射するパルス状のエックス線に同期して開閉する（より厳密には、エックス線パルス源２がエックス線を照射しているときに開き、エックス線パルス源２がエックス線を照射していないときに閉じる）図示せぬシャッターを具備する。
なお、本出願における撮像手段は本実施例の如き通常のＴＶカメラに限定されず、ＣＣＤカメラ等の他のカメラでも良い。
また、本実施例のＴＶカメラ５においてシャッターが開いている時間は２０μｓｅｃ程度であるが、エックス線の強度や撮像手段の種類に応じて適宜選択することが望ましい。 The TV camera 5 is an embodiment of the imaging means according to the present invention, and captures a transmission image formed by the imaging tube 4.
The TV camera 5 can acquire a transmission image as a moving image. The TV camera 5 opens and closes in synchronization with the pulsed X-rays irradiated by the X-ray pulse source 2 (more precisely, the X-ray pulse source 2 opens when the X-ray pulse source 2 is irradiating X-rays, and the X-ray pulse source 2 (Closed when not irradiated) with a shutter (not shown).
Note that the imaging means in the present application is not limited to a normal TV camera as in the present embodiment, and may be another camera such as a CCD camera.
In the TV camera 5 of the present embodiment, the shutter is open for about 20 μsec, but it is desirable to select the time appropriately according to the X-ray intensity and the type of the imaging means.

ダイカスト装置６は本発明に係る溶湯供給手段の実施の一形態であり、鋳型３の内部、すなわちキャビティ３３に溶湯を供給するものである。
ダイカスト装置６は主として油圧シリンダ６１、溶湯シリンダ６２、溶湯経路６３等を具備する。
油圧シリンダ６１は油圧で作動する油圧アクチュエータである。溶湯シリンダ６２は筒状のシリンダ内にピストンが設けられており、該ピストンは油圧シリンダ６１のシリンダロッドの端部に設けられる。溶湯シリンダ６２のシリンダの内部空間において、ピストンを挟んで油圧シリンダ６１の反対側の空間は、溶湯が充填される溶湯室である。
溶湯経路６３は鋳型３のキャビティ３３と溶湯シリンダ６２の溶湯室とを接続する配管である。
油圧シリンダ６１を作動させることにより、溶湯シリンダ６２の溶湯室に充填された溶湯は、溶湯経路６３を経て鋳型３のキャビティ３３に供給される。 The die casting apparatus 6 is an embodiment of the molten metal supply means according to the present invention, and supplies molten metal to the inside of the mold 3, that is, to the cavity 33.
The die casting apparatus 6 mainly includes a hydraulic cylinder 61, a molten cylinder 62, a molten metal path 63, and the like.
The hydraulic cylinder 61 is a hydraulic actuator that operates by hydraulic pressure. The molten metal cylinder 62 is provided with a piston in a cylindrical cylinder, and the piston is provided at the end of the cylinder rod of the hydraulic cylinder 61. In the internal space of the cylinder of the molten metal cylinder 62, the space on the opposite side of the hydraulic cylinder 61 across the piston is a molten metal chamber filled with the molten metal.
The molten metal path 63 is a pipe connecting the cavity 33 of the mold 3 and the molten metal chamber of the molten cylinder 62.
By operating the hydraulic cylinder 61, the molten metal filled in the molten metal chamber of the molten metal cylinder 62 is supplied to the cavity 33 of the mold 3 through the molten metal path 63.

なお、本発明に係る溶湯供給手段は本実施例のダイカスト装置６に限定されるものではなく、鋳型の内部に溶湯を供給可能であれば他の構成でも良い。
また、本発明に係る溶湯供給手段は、溶湯を加圧して鋳型に供給するダイカスト鋳造、鋳型の内部を減圧して溶湯を吸引することにより鋳型の内部に溶湯を供給する吸引鋳造、あるいは溶湯の自重で鋳型内に溶湯を供給する重力鋳造等、種々の鋳造方法に適用可能である。 The molten metal supply means according to the present invention is not limited to the die casting apparatus 6 of the present embodiment, and may have other configurations as long as the molten metal can be supplied into the mold.
Further, the molten metal supply means according to the present invention includes a die casting for pressurizing and supplying the molten metal to the mold, a suction casting for supplying the molten metal into the mold by reducing the pressure inside the mold and sucking the molten metal, or The present invention can be applied to various casting methods such as gravity casting in which molten metal is supplied into the mold by its own weight.

ヒーター７は本発明に係る鋳型温度調整手段の実施の一形態であり、図２に示す如く、鋳型３の型枠３１ａ・３２ａの外周部に巻回された発熱体である。
ヒーター７は自身が発熱することにより、鋳型３の温度を調整する（より厳密には、鋳型３の温度を上昇させる）ことが可能である。 The heater 7 is an embodiment of the mold temperature adjusting means according to the present invention, and is a heating element wound around the outer periphery of the molds 31a and 32a of the mold 3 as shown in FIG.
The heater 7 can adjust the temperature of the mold 3 (more strictly speaking, increase the temperature of the mold 3) by generating heat.

バーナー８は本発明に係る鋳型温度調整手段の実施の一形態であり、図１および図２に示す如く、高温の流体たる燃焼ガスを鋳型３に吹き付けて接触させることにより、鋳型３の温度を調整する（より厳密には、鋳型３の温度を上昇させる）ことが可能である。 The burner 8 is an embodiment of the mold temperature adjusting means according to the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the temperature of the mold 3 is controlled by spraying combustion gas, which is a high-temperature fluid, onto the mold 3 and bringing it into contact therewith. It is possible to adjust (more precisely, the temperature of the mold 3 is raised).

クーラー９は本発明に係る鋳型温度調整手段の実施の一形態であり、図１および図２に示す如く、低温の流体たる冷気を鋳型３に吹き付けて接触させることにより、鋳型３の温度を調整する（より厳密には、鋳型３の温度を下降させる）ことが可能である。 The cooler 9 is an embodiment of the mold temperature adjusting means according to the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the temperature of the mold 3 is adjusted by spraying cold air, which is a low-temperature fluid, onto the mold 3 and bringing it into contact therewith. (Strictly speaking, the temperature of the mold 3 can be lowered).

ヒーター７、バーナー８およびクーラー９は、いずれもエックス線パルス源２により照射されるエックス線の透過経路１００から外れた位置に配置される。 All of the heater 7, the burner 8, and the cooler 9 are disposed at a position away from the X-ray transmission path 100 irradiated by the X-ray pulse source 2.

なお、本発明に係る鋳型温度調整手段は本実施例のヒーター７、バーナー８およびクーラー９に限定されず、鋳型の温度を調整（上昇または下降）することが可能であれば、他の構成でも良い。
また、本実施例では、バーナー８およびクーラー９はプレート３２側からのみ燃焼ガスまたは冷気を吹き付ける構成としているが、プレート３１側からのみ吹き付ける構成としても、プレート３１およびプレート３２の両側から吹き付ける構成としても良い。
さらに、鋳型３の鋳造時の温度分布を、対象となる実際の製造現場で使用される鋳型の鋳造時の温度分布と略同じとすることが可能であれば、ヒーター７、バーナー８およびクーラー９の一部または全部を省略することも可能である。 The mold temperature adjusting means according to the present invention is not limited to the heater 7, the burner 8 and the cooler 9 of this embodiment, and other configurations can be used as long as the mold temperature can be adjusted (increased or lowered). good.
Further, in this embodiment, the burner 8 and the cooler 9 are configured to spray combustion gas or cold air only from the plate 32 side, but the configuration in which the burner 8 and the cooler 9 are sprayed only from the plate 31 side are also configured to be sprayed from both sides of the plate 31 and the plate 32. Also good.
Further, if the temperature distribution during casting of the mold 3 can be made substantially the same as the temperature distribution during casting of the mold used in the actual manufacturing site, the heater 7, the burner 8, and the cooler 9 are used. It is also possible to omit part or all of.

制御装置１０はエックス線パルス源２、ＴＶカメラ５、ダイカスト装置６、ヒーター７、バーナー８、クーラー９に接続され、これらの動作を制御する。なお、制御装置１０は鋳型３に設けられ、鋳型３の各部の温度を検出する図示せぬ温度センサと接続されており、当該温度センサから取得した鋳型３の各部の温度に基づいて、ヒーター７、バーナー８、クーラー９の動作を制御する。
本実施例の制御装置１０は、市販のパーソナルコンピュータやワークステーションを用いて達成することが可能である。 The control device 10 is connected to the X-ray pulse source 2, the TV camera 5, the die casting device 6, the heater 7, the burner 8, and the cooler 9, and controls these operations. The control device 10 is provided in the mold 3 and is connected to a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of each part of the mold 3, and based on the temperature of each part of the mold 3 obtained from the temperature sensor, the heater 7. The operation of the burner 8 and the cooler 9 is controlled.
The control device 10 of this embodiment can be achieved using a commercially available personal computer or workstation.

以上の如く、本実施例の溶湯挙動可視化装置１は、
エックス線を照射するエックス線パルス源２と、
金属材料からなり、エックス線パルス源２により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型３と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管４と、
該透過画像を撮像するＴＶカメラ５と、
該鋳型３の内部に溶湯を供給するダイカスト装置６と、
該鋳型３の温度を調整するヒーター７、バーナー８およびクーラー９と、
を具備するものである。 As described above, the molten metal behavior visualization apparatus 1 according to the present embodiment is
X-ray pulse source 2 for irradiating X-rays;
A test mold 3 made of a metal material and having a predetermined thickness capable of transmitting X-rays irradiated by the X-ray pulse source 2;
An imaging tube 4 for converting the intensity of irradiated X-rays into visible light intensity and forming a transmission image;
A TV camera 5 for capturing the transparent image;
A die casting device 6 for supplying molten metal into the mold 3;
A heater 7, a burner 8 and a cooler 9 for adjusting the temperature of the mold 3,
It comprises.

このように構成することにより、鋳型３を透過するエックス線の量を十分に確保し、鋳型３の内部に供給される溶湯のエックス線透過方向の厚さを、撮像手段により撮像される透過画像の輝度として精度良く検出することが可能である。
従って、金属材料からなる鋳型における鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。 With this configuration, a sufficient amount of X-rays transmitted through the mold 3 is secured, and the thickness of the molten metal supplied into the mold 3 in the X-ray transmission direction is determined by the luminance of the transmission image captured by the imaging unit. Can be detected with high accuracy.
Therefore, it is possible to accurately grasp the behavior of the molten metal during casting in a mold made of a metal material.

なお、本実施例の場合、鋳型３の肉厚を実際の製造現場で使用される鋳型の肉厚よりも薄くしているが、鋳型温度調整手段であるヒーター７、バーナー８およびクーラー９により、試験用の鋳型３の鋳造時の温度分布を、実際の製造現場で使用される鋳型の鋳造時の温度分布と略同じとすることが可能である。
従って、鋳型３における溶湯の挙動は、実際の製造現場で使用される鋳型における溶湯の挙動を精度良く反映したものとなり、溶湯挙動可視化装置１により得られた溶湯の挙動に関するデータの信頼性が向上する。 In the case of the present embodiment, the thickness of the mold 3 is made thinner than the thickness of the mold used at the actual manufacturing site, but by the heater 7, the burner 8 and the cooler 9 which are mold temperature adjusting means, The temperature distribution at the time of casting of the test mold 3 can be made substantially the same as the temperature distribution at the time of casting of the mold used in an actual manufacturing site.
Therefore, the behavior of the molten metal in the mold 3 accurately reflects the behavior of the molten metal in the mold used at the actual manufacturing site, and the reliability of the data regarding the behavior of the molten metal obtained by the molten behavior visualization device 1 is improved. To do.

また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のエックス線パルス源２は、
エックス線をパルス状に照射するものである。 Moreover, the X-ray pulse source 2 of the molten metal behavior visualization apparatus 1 of the present embodiment is
X-rays are irradiated in pulses.

このように構成することにより、エックス線パルス源２が具備するエックス線管のタングステン等からなるターゲットの発熱量を抑えつつ、照射時のエックス線の強度を向上させることが可能である。
結果として、鋳型３を透過するエックス線の量を多くして撮像手段により撮像される透過画像のコントラストを大きくすることが可能である。 With this configuration, it is possible to improve the intensity of X-rays during irradiation while suppressing the amount of heat generated by a target made of tungsten or the like of the X-ray tube included in the X-ray pulse source 2.
As a result, it is possible to increase the amount of X-rays that pass through the mold 3 and increase the contrast of the transmitted image picked up by the image pickup means.

また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のＴＶカメラ５は、エックス線パルス源２が照射するパルス状のエックス線に同期して開閉する図示せぬシャッターを具備するものである。 Moreover, the TV camera 5 of the molten metal behavior visualization apparatus 1 according to the present embodiment includes a shutter (not shown) that opens and closes in synchronization with a pulsed X-ray irradiated by the X-ray pulse source 2.

このように構成することにより、鋳型３の内部の溶湯の挙動が高速であってもぶれが少ない静止画像として取得することが可能であり、鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
また、ＴＶカメラ５が透過画像を撮像するときのみＴＶカメラ５の撮像素子に可視光が照射されることから、撮像された透過画像のデータに含まれる統計的なノイズが低減され、ＴＶカメラ５により撮像された透過画像のＳ／Ｎ比が向上する。 By configuring in this way, it is possible to obtain a still image with less blur even when the behavior of the molten metal inside the mold 3 is high speed, and it is possible to accurately grasp the behavior of the molten metal during casting. It is.
In addition, since the visible light is irradiated on the imaging element of the TV camera 5 only when the TV camera 5 captures a transmission image, statistical noise included in the data of the captured transmission image is reduced, and the TV camera 5 This improves the S / N ratio of the transmission image captured by.

本実施例の溶湯挙動可視化装置１は、
試験用の鋳型３の肉厚（より厳密には、図２に示すプレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２）を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下とするものである。 The molten metal behavior visualization apparatus 1 of the present embodiment is:
The thickness of the test mold 3 (more precisely, the thickness T1 of the plate 31 and the thickness T2 of the plate 32 shown in FIG. 2) is 1 mm or more and 3 mm or less.

このように構成することにより、鋳型３の強度を確保しつつ、十分にエックス線を透過させることが可能である。 By configuring in this way, it is possible to sufficiently transmit X-rays while ensuring the strength of the mold 3.

また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のヒーター７、バーナー８およびクーラー９は、
エックス線の透過経路１００から外れた位置に配置されるものである。 Moreover, the heater 7, the burner 8, and the cooler 9 of the molten metal behavior visualization apparatus 1 of a present Example are as follows.
It is arranged at a position off the X-ray transmission path 100.

このように構成することにより、ヒーター７、バーナー８およびクーラー９が鋳型３を透過するエックス線の量を減少させることが無い。 By comprising in this way, the amount of the X-ray which the heater 7, the burner 8, and the cooler 9 permeate | transmit the casting_mold | template 3 is not reduced.

また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のバーナー８およびクーラー９は、高温の燃焼ガスや低温の冷気等の所定の温度の流体を試験用の鋳型３に吹き付けることにより接触させるものである。
このように構成することにより、バーナー８およびクーラー９をエックス線の透過経路１００から外れた位置に配置した場合でも、鋳型３において透過経路１００と重なる部分の温度調整を容易に行うことが可能である。 Moreover, the burner 8 and the cooler 9 of the molten metal behavior visualization apparatus 1 of the present embodiment are made to contact each other by spraying a fluid of a predetermined temperature such as high-temperature combustion gas or low-temperature cold air onto the test mold 3.
With this configuration, even when the burner 8 and the cooler 9 are arranged at positions away from the X-ray transmission path 100, it is possible to easily adjust the temperature of the portion of the mold 3 that overlaps the transmission path 100. .

以下では、図１、図２および図３を用いて溶湯挙動可視化装置１を用いて行う溶湯挙動解析方法の実施例について説明する。 Below, the Example of the molten metal behavior analysis method performed using the molten metal visualization apparatus 1 is described using FIG.1, FIG2 and FIG.3.

本実施例の溶湯挙動解析方法は、主に非鋳造時撮像工程Ｓ１００、基準画像作成工程Ｓ１１０、鋳造時撮像工程Ｓ２００、正規画像作成工程Ｓ３００、特徴点抽出工程Ｓ４００、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０、溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０、輝度変化抽出工程Ｓ５００、溶湯流量算出工程Ｓ５１０等を具議する。
なお、本実施例は制御装置１０に上記溶湯挙動解析方法を行うためのプログラムを格納する構成としたが、上記溶湯挙動解析方法を行うためのプログラムを別の制御装置に格納し、制御装置１０との間で必要なデータを相互に転送可能とする構成としても良い。 The melt behavior analysis method of the present embodiment mainly includes a non-casting imaging step S100, a reference image creation step S110, a casting imaging step S200, a regular image creation step S300, a feature point extraction step S400, and a molten metal movement direction / distance calculation step. S410, molten metal movement speed calculation step S420, luminance change extraction step S500, molten metal flow rate calculation step S510, and the like are discussed.
In this embodiment, the control device 10 stores a program for performing the molten metal behavior analysis method. However, the control device 10 stores the program for performing the molten metal behavior analysis method in another control device. A configuration may be adopted in which necessary data can be transferred to and from each other.

非鋳造時撮像工程Ｓ１００は、鋳型３の内部に溶湯が無い時、すなわち非鋳造時の透過画像を撮像する工程である。 The non-casting imaging step S100 is a step of capturing a transmission image when there is no molten metal in the mold 3, that is, during non-casting.

非鋳造時撮像工程Ｓ１００において、制御装置１０は、エックス線パルス源２によりエックス線をパルス状に照射し、キャビティ３３に溶湯が供給されていない状態の鋳型３を透過したエックス線により撮像管４に結像された透過画像をＴＶカメラ５で撮像し、該透過画像に係る画像データを取得する。
ここで、「画像データ」とは、撮像手段たるＴＶカメラ５の各画素の座標と、各画素で検出した可視光の輝度と、を含むデータであり、通常は撮像時の走査順に輝度を配列することにより、各画素の座標に係るデータを省略可能としたものである。
本実施例の場合、制御装置１０は上記非鋳造時の透過画像を撮像する動作を複数回行う。
非鋳造時撮像工程Ｓ１００が終了したら、基準画像作成工程Ｓ１１０に移行する。 In the non-casting imaging step S100, the control device 10 irradiates the X-ray with the X-ray pulse source 2 in a pulse shape, and forms an image on the imaging tube 4 by the X-ray transmitted through the mold 3 in a state where the molten metal is not supplied to the cavity 33. The transmitted transmission image is captured by the TV camera 5, and image data relating to the transmission image is acquired.
Here, the “image data” is data including the coordinates of each pixel of the TV camera 5 that is the imaging means and the luminance of visible light detected by each pixel, and the luminance is usually arranged in the scanning order at the time of imaging. By doing so, data relating to the coordinates of each pixel can be omitted.
In the case of the present embodiment, the control device 10 performs the operation of capturing the transmission image during non-casting a plurality of times.
When the non-casting imaging step S100 ends, the process proceeds to a reference image creation step S110.

基準画像作成工程Ｓ１１０は、非鋳造時撮像工程Ｓ１００において撮像された複数回分の非鋳造時の透過画像に基づいて、基準画像を作成する工程である。 The reference image creation step S110 is a step of creating a reference image based on a plurality of non-casting transmission images captured in the non-casting imaging step S100.

基準画像作成工程Ｓ１１０において、制御装置１０は、複数回分の非鋳造時の透過画像の各画素に対応する輝度の平均値を算出し、撮像時の走査順に該平均値を配列することにより基準画像に係る画像データＭ（ｉ，ｊ）を作成する。ここで、（ｉ，ｊ）は各画素の座標を表す。
基準画像作成工程Ｓ１１０が終了したら、正規画像作成工程Ｓ３００に移行する。 In the reference image creation step S110, the control device 10 calculates the average value of the luminance corresponding to each pixel of the transmission image at the time of non-casting for a plurality of times, and arranges the average value in the scanning order at the time of imaging, thereby arranging the reference image. The image data M (i, j) related to is created. Here, (i, j) represents the coordinates of each pixel.
When the reference image creation step S110 is completed, the process proceeds to a regular image creation step S300.

鋳造時撮像工程Ｓ２００は、鋳型３に溶湯を供給している時、すなわち鋳造時の透過画像を撮像する工程である。 The casting imaging step S200 is a step of capturing a transmission image when casting is supplied to the mold 3, that is, during casting.

鋳造時撮像工程Ｓ２００において、制御装置１０は、ヒーター７、バーナー８およびクーラー９を作動させて鋳型３を所定の（実際の製造現場で使用される鋳型と略同じ）温度分布に保持する。その後、制御装置１０はダイカスト装置６を作動させて溶湯を鋳型３のキャビティ３３に供給しつつ、エックス線パルス源２により鋳型３にエックス線をパルス状に照射し、鋳型３を透過したエックス線により撮像管４に結像された透過画像をＴＶカメラ５で撮像し、該透過画像に係る画像データＳ（ｉ，ｊ）を取得する。
なお、本実施例では、制御装置１０は、エックス線パルス源２が照射するパルス状のエックス線に同期して高速度（露光時間；約２０μｓｅｃ）でシャッターを開閉しつつ、ＴＶカメラ５により鋳造の開始から終了まで（溶湯が全て凝固するまで）透過画像を連続的に撮像する。
鋳造時撮像工程Ｓ２００が終了したら、正規画像作成工程Ｓ３００に移行する。 In the casting imaging step S200, the control device 10 operates the heater 7, the burner 8, and the cooler 9 to maintain the mold 3 in a predetermined temperature distribution (substantially the same as the mold used in an actual manufacturing site). After that, the control device 10 operates the die casting device 6 to supply molten metal to the cavity 33 of the mold 3, and the X-ray pulse source 2 irradiates the mold 3 with pulses in the form of X-rays. 4 is captured by the TV camera 5, and image data S (i, j) relating to the transmitted image is acquired.
In the present embodiment, the control device 10 starts casting by the TV camera 5 while opening and closing the shutter at a high speed (exposure time: about 20 μsec) in synchronization with the pulsed X-ray irradiated by the X-ray pulse source 2. The transmission image is continuously taken from the end to the end (until the molten metal is completely solidified).
When the casting imaging step S200 ends, the process proceeds to a regular image creation step S300.

正規画像作成工程Ｓ３００は、基準画像作成工程Ｓ１１０において作成された基準画像と、鋳造時撮像工程Ｓ２００において撮像された鋳造時の透過画像と、に基づいて正規画像を作成する工程である。 The regular image creation step S300 is a step of creating a regular image based on the reference image created in the reference image creation step S110 and the transmission image during casting imaged in the imaging step S200 during casting.

正規画像作成工程Ｓ３００において、制御装置１０は、基準画像に係る画像データＭ（ｉ，ｊ）と、鋳造時の透過画像に係る画像データＳ（ｉ，ｊ）と、に基づいて正規画像に係る画像データＮ（ｉ，ｊ）を作成する。ここで、画像データＭ（ｉ，ｊ）、画像データＳ（ｉ，ｊ）および画像データＮ（ｉ，ｊ）の間には、以下の式（１）が成立する。
Ｎ（ｉ，ｊ）＝Ａ×Ｓ（ｉ，ｊ）／Ｍ（ｉ，ｊ）式（１）
ここで、式（１）中のＡは指定ダイナミックレンジを表す。
正規画像は、鋳造時の撮像画像から鋳型によるエックス線吸収の影響を除去したものであり、鋳型の内部に供給される溶湯を透過するエックス線の量、ひいてはエックス線の透過方向の溶湯の厚さを反映したものである。
なお、本実施例では、制御装置１０は、時系列的に撮像された鋳造中の透過画像のそれぞれについて正規画像を作成する。
正規画像作成工程Ｓ３００が終了したら、特徴点抽出工程Ｓ４００および輝度変化抽出工程Ｓ５００に移行する。 In the normal image creation step S300, the control device 10 relates to the normal image based on the image data M (i, j) related to the reference image and the image data S (i, j) related to the transmission image at the time of casting. Image data N (i, j) is created. Here, the following expression (1) is established between the image data M (i, j), the image data S (i, j), and the image data N (i, j).
N (i, j) = A × S (i, j) / M (i, j) Equation (1)
Here, A in Formula (1) represents a designated dynamic range.
The regular image is obtained by removing the influence of X-ray absorption by the mold from the image taken at the time of casting, and reflects the amount of X-ray that passes through the molten metal supplied into the mold, and thus the thickness of the molten metal in the X-ray transmission direction. It is what.
In the present embodiment, the control device 10 creates a normal image for each of the transmission images being cast imaged in time series.
When the regular image creation step S300 is completed, the process proceeds to the feature point extraction step S400 and the luminance change extraction step S500.

特徴点抽出工程Ｓ４００は、正規画像作成工程Ｓ３００において作成された正規画像の特徴点を抽出する工程である。 The feature point extraction step S400 is a step of extracting feature points of the regular image created in the regular image creation step S300.

特徴点抽出工程Ｓ４００において、制御装置１０は、同一の正規画像の中で最も輝度が高い部分に隣接し、かつ該部分よりも輝度が低くなっている部分、すなわち溶湯の自由表面に対応すると考えられる部分、あるいは、周囲に比べて輝度が高い（明るい）部分、すなわち溶湯に巻き込まれた気泡に対応すると考えられる部分等を「特徴点」として抽出する。
特徴点抽出工程Ｓ４００が終了したら、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０に移行する。 In the feature point extraction step S400, the control device 10 is considered to correspond to a portion adjacent to the highest brightness portion in the same regular image and having a lower brightness than that portion, that is, a free surface of the molten metal. Or a portion having a higher brightness (brighter) than the surroundings, that is, a portion considered to correspond to bubbles entrained in the molten metal, is extracted as a “feature point”.
When the feature point extraction step S400 is completed, the process proceeds to the molten metal movement direction / distance calculation step S410.

溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０は、特徴点抽出工程Ｓ４００において抽出された正規画像の特徴点に基づいて溶湯の移動方向および移動距離を算出する工程である。 The molten metal moving direction / distance calculating step S410 is a step of calculating the moving direction and moving distance of the molten metal based on the feature points of the regular image extracted in the characteristic point extracting step S400.

溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０において、制御装置１０は、時刻の異なる二つの正規画像の間で対応する特徴点の座標を比較することにより、特徴点の移動方向および移動距離を算出し、これを鋳型３の内部に供給された溶湯の移動方向および移動距離とする。
溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０が終了したら、溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０に移行する。 In the molten metal moving direction / distance calculation step S410, the control device 10 calculates the moving direction and moving distance of the feature points by comparing the coordinates of the corresponding feature points between two regular images having different times. Is the moving direction and moving distance of the molten metal supplied into the mold 3.
When the molten metal moving direction / distance calculating step S410 is completed, the flow proceeds to the molten metal moving speed calculating step S420.

溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０は、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０において算出された溶湯の移動方向および移動距離と、溶湯の移動時間と、に基づいて溶湯の移動速度を算出する工程である。 The molten metal moving speed calculating step S420 is a step of calculating the moving speed of the molten metal based on the moving direction and moving distance of the molten metal calculated in the molten metal moving direction / distance calculating step S410 and the molten metal moving time.

溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０において、制御装置１０は、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０において算出された特徴点の移動方向および移動距離と、二つの正規画像の間の時刻差（より厳密には、該二つの正規画像の基となった二つの鋳造時の透過画像が撮像された時刻差）と、に基づいて特徴点の移動速度を算出し、これを溶湯の移動速度、あるいは、溶湯の内部に巻き込まれた気泡の移動速度とする。 In the molten metal movement speed calculation step S420, the control device 10 calculates the difference between the movement direction and distance of the feature points calculated in the molten metal movement direction / distance calculation step S410 and the time difference between the two regular images (more precisely, The movement speed of the feature point is calculated based on the difference between the time at which the two transmission images at the time of casting that were the basis of the two regular images were taken, and this is calculated as the movement speed of the molten metal or the inside of the molten metal It is set as the moving speed of the bubble caught in.

輝度変化抽出工程Ｓ５００は、正規画像の輝度の変化を抽出する工程である。 The luminance change extraction step S500 is a step of extracting a luminance change of the regular image.

輝度変化抽出工程Ｓ５００において、制御装置１０は、時刻の異なる二つの正規画像の間で対応する画素の輝度差を算出することにより、当該画素の輝度の変化を抽出する。
輝度変化抽出工程Ｓ５００が終了したら、溶湯流量算出工程Ｓ５１０に移行する。 In the luminance change extraction step S500, the control device 10 extracts the luminance change of the corresponding pixel by calculating the luminance difference of the corresponding pixel between two regular images having different times.
When the luminance change extraction step S500 is completed, the process proceeds to the molten metal flow rate calculation step S510.

溶湯流量算出工程Ｓ５１０は、予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、正規画像の輝度の変化と、に基づいて溶湯の流量を算出する工程である。 The molten metal flow rate calculation step S510 is a step of calculating the molten metal flow rate based on the relationship between the thickness of the molten metal in the X-ray transmission direction and the luminance acquired in advance and the change in luminance of the normal image.

溶湯流量算出工程Ｓ５１０において、制御装置１０は、予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、前記輝度変化抽出工程Ｓ５００において抽出された正規画像の輝度の変化と、に基づいて二つの正規画像の間における溶湯の厚さの変化を算出する。
次に、制御装置１０は、エックス線透過方向に垂直な方向の溶湯の面積と、当該溶湯の厚さの変化と、の積を算出することにより、二つの正規画像の間における溶湯の体積の変化を算出する。
最後に、制御装置１０は、溶湯の体積の差と、二つの正規画像の時刻差と、に基づいて単位時間当たりの溶湯の体積変化、すなわち鋳型３に供給される溶湯の流量を算出する。 In the molten metal flow rate calculation step S510, the control device 10 is based on the relationship between the thickness of the molten metal in the X-ray transmission direction and the luminance acquired in advance and the luminance change of the regular image extracted in the luminance change extraction step S500. The change in the thickness of the molten metal between the two regular images is calculated.
Next, the control device 10 calculates the product of the area of the molten metal in the direction perpendicular to the X-ray transmission direction and the change in the thickness of the molten metal, thereby changing the volume of the molten metal between the two regular images. Is calculated.
Finally, the control device 10 calculates the change in the molten metal volume per unit time, that is, the flow rate of the molten metal supplied to the mold 3 based on the difference in the molten metal volume and the time difference between the two regular images.

なお、「溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係」は、例えば、キャビティのエックス線透過方向のキャビティの幅（厚さ）が異なる鋳型を複数用意し、これらに溶湯を満たした状態でそれぞれ透過画像を撮像し、各透過画像を正規化する（当該透過画像と基準画像とに基づいて正規画像を作成する）ことにより求められる。 The “relationship between the thickness of the molten metal in the X-ray transmission direction and the brightness” refers to, for example, preparing a plurality of molds having different cavity widths (thicknesses) in the X-ray transmission direction of the cavity, It is obtained by capturing a transmission image and normalizing each transmission image (creating a normal image based on the transmission image and the reference image).

以上の如く、本実施例の溶湯挙動解析方法は、
エックス線を照射するエックス線パルス源２と、
金属材料からなり、エックス線パルス源２により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型３と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管４と、
該透過画像を撮像するＴＶカメラ５と、
該鋳型３の内部に溶湯を供給するダイカスト装置６と、
該鋳型３の温度を調整するヒーター７、バーナー８およびクーラー９と、
を具備する溶湯挙動可視化装置１を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型３の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型３の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程Ｓ３００と、
該正規画像の特徴点を抽出する特徴点抽出工程Ｓ４００と、
該正規画像の特徴点に基づいて溶湯の移動方向および移動距離を算出する溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０と、
該溶湯の移動方向および移動距離と、溶湯の移動時間と、に基づいて溶湯の移動速度を算出する溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０と、
を具備するものである。 As described above, the molten metal behavior analysis method of this example is
X-ray pulse source 2 for irradiating X-rays;
A test mold 3 made of a metal material and having a predetermined thickness capable of transmitting X-rays irradiated by the X-ray pulse source 2;
An imaging tube 4 for converting the intensity of irradiated X-rays into visible light intensity and forming a transmission image;
A TV camera 5 for capturing the transparent image;
A die casting device 6 for supplying molten metal into the mold 3;
A heater 7, a burner 8 and a cooler 9 for adjusting the temperature of the mold 3,
A molten metal behavior analysis method using a molten metal behavior visualization device 1 comprising:
A reference image created based on a transmission image taken when there is no molten metal inside the test mold 3, and a transmission image taken when the molten metal is supplied into the test mold 3. , A regular image creating step S300 for creating a regular image based on
A feature point extraction step S400 for extracting feature points of the regular image;
A molten metal moving direction / distance calculating step S410 for calculating the moving direction and moving distance of the molten metal based on the feature points of the regular image;
A molten metal moving speed calculating step S420 for calculating a moving speed of the molten metal based on the moving direction and moving distance of the molten metal and the moving time of the molten metal;
It comprises.

このように構成することにより、鋳型３の内部に供給される溶湯の移動速度を精度良く検出することが可能であり、鋳型３の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。 By comprising in this way, the moving speed of the molten metal supplied into the inside of the casting_mold | template 3 can be detected accurately, and the behavior of the molten metal inside the casting_mold | template 3 can be grasped | ascertained accurately.

また、本実施例の溶湯挙動解析方法は、
エックス線を照射するエックス線パルス源２と、
金属材料からなり、エックス線パルス源２により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型３と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管４と、
該透過画像を撮像するＴＶカメラ５と、
該鋳型３の内部に溶湯を供給するダイカスト装置６と、
該鋳型３の温度を調整するヒーター７、バーナー８およびクーラー９と、
を具備する溶湯挙動可視化装置１を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型３の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型３の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程Ｓ３００と、
正規画像の輝度の変化を抽出する輝度変化抽出工程Ｓ５００と、
予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、正規画像の輝度の変化と、に基づいて溶湯の流量を算出する溶湯流量算出工程Ｓ５１０と、
を具備するものである。 In addition, the molten metal behavior analysis method of this example is
X-ray pulse source 2 for irradiating X-rays;
A test mold 3 made of a metal material and having a predetermined thickness capable of transmitting X-rays irradiated by the X-ray pulse source 2;
An imaging tube 4 for converting the intensity of irradiated X-rays into visible light intensity and forming a transmission image;
A TV camera 5 for capturing the transparent image;
A die casting device 6 for supplying molten metal into the mold 3;
A heater 7, a burner 8 and a cooler 9 for adjusting the temperature of the mold 3,
A molten metal behavior analysis method using a molten metal behavior visualization device 1 comprising:
A reference image created based on a transmission image taken when there is no molten metal inside the test mold 3, and a transmission image taken when the molten metal is supplied into the test mold 3. , A regular image creating step S300 for creating a regular image based on
A luminance change extraction step S500 for extracting a change in luminance of the regular image;
A melt flow rate calculation step S510 for calculating the flow rate of the melt based on the relationship between the thickness of the melt in the X-ray transmission direction and the brightness obtained in advance and the change in brightness of the regular image;
It comprises.

このように構成することにより、鋳型３の内部に供給される溶湯の流量を精度良く検出することが可能であり、鋳型３の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。 By comprising in this way, the flow volume of the molten metal supplied into the inside of the casting_mold | template 3 can be detected accurately, and the behavior of the molten metal inside the casting_mold | template 3 can be grasped | ascertained accurately.

本発明に係る溶湯挙動可視化装置の実施の一形態を示す模式図。The schematic diagram which shows one Embodiment of the molten metal behavior visualization apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る試験用の鋳型を示す側面断面図。Side surface sectional drawing which shows the casting_mold | template for a test which concerns on this invention. 本発明に係る溶湯挙解析方法の実施の一形態を示すフロー図。The flowchart which shows one Embodiment of the molten metal rise analysis method which concerns on this invention.

Explanation of symbols

１溶湯挙動可視化装置
２エックス線パルス源（エックス線照射手段）
３鋳型
４撮像管
５ＴＶカメラ（撮像手段）
６ダイカスト装置（溶湯供給手段）
７ヒーター（鋳型温度調整手段）
８バーナー（鋳型温度調整手段）
９クーラー（鋳型温度調整手段） 1 Molten metal flow visualization device 2 X-ray pulse source (X-ray irradiation means)
3 Mold 4 Imaging tube 5 TV camera (imaging means)
6 Die casting equipment (Melt supply means)
7 Heater (Mold temperature adjustment means)
8 Burner (Mold temperature adjustment means)
9 Cooler (Mold temperature control means)

Claims

X-ray irradiation means for irradiating X-rays;
A test mold made of a metal material and having a predetermined thickness through which X-rays irradiated by the X-ray irradiation means can pass;
An imaging tube that converts the intensity of irradiated X-rays into visible light intensity to form a transmission image; and
Imaging means for capturing the transparent image;
Molten metal supply means for supplying molten metal into the test mold;
Mold temperature adjusting means for adjusting the temperature of the test mold;
An apparatus for visualizing molten metal behavior, comprising:

The molten metal behavior visualization apparatus according to claim 1, wherein the X-ray irradiation unit irradiates X-rays in a pulse shape.

The molten image visualization apparatus according to claim 2, wherein the imaging unit includes a shutter that opens and closes in synchronization with a pulsed X-ray irradiated by the X-ray irradiation unit.

The molten metal behavior visualization apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a thickness of the test mold is 1 mm or more and 3 mm or less.

The molten metal behavior visualizing device according to any one of claims 1 to 4, wherein the mold temperature adjusting means is arranged at a position deviated from the X-ray transmission path.

The molten metal behavior visualization apparatus according to claim 5, wherein the mold temperature adjusting means makes a fluid having a predetermined temperature contact the mold for testing.

X-ray irradiation means for irradiating X-rays;
A test mold made of a metal material and having a predetermined thickness through which X-rays irradiated by the X-ray irradiation means can pass;
An imaging tube for forming a transmission image based on the intensity difference of the transmitted X-rays irradiated to the test mold; and
Imaging means for capturing the transparent image;
Molten metal supply means for supplying molten metal into the test mold;
Mold temperature adjusting means for adjusting the temperature of the test mold;
A molten metal behavior analysis method performed using a molten metal behavior visualization apparatus comprising:
A reference image created based on a transmission image taken when there is no molten metal inside the test mold, and a transmission image taken when molten metal is supplied into the test mold. A regular image creation process for creating a regular image based on the
A feature point extracting step of extracting feature points of the regular image;
A molten metal moving direction / distance calculating step for calculating the moving direction and moving distance of the molten metal based on the feature points of the regular image;
A molten metal moving speed calculating step for calculating a moving speed of the molten metal based on the moving direction and moving distance of the molten metal and the moving time of the molten metal;
The molten metal behavior analysis method characterized by comprising.

X-ray irradiation means for irradiating X-rays;
A test mold made of a metal material and having a predetermined thickness through which X-rays irradiated by the X-ray irradiation means can pass;
An imaging tube for forming a transmission image based on the intensity difference of the transmitted X-rays irradiated to the test mold; and
Imaging means for capturing the transparent image;
Molten metal supply means for supplying molten metal into the test mold;
Mold temperature adjusting means for adjusting the temperature of the test mold;
A molten metal behavior analysis method performed using a molten metal behavior visualization apparatus comprising:
A reference image created based on a transmission image taken when there is no molten metal inside the test mold, and a transmission image taken when molten metal is supplied into the test mold. A regular image creation process for creating a regular image based on the
A luminance change extraction step for extracting a change in luminance of the regular image;
A molten metal flow rate calculating step for calculating a flow rate of the molten metal based on the relationship between the thickness of the molten metal in the X-ray transmission direction and the luminance acquired in advance, and the change in luminance of the regular image,
The molten metal behavior analysis method characterized by comprising.