JP2016200446A - 鋳型内部のひずみ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳型の内表面にマーキングされたパターンの鋳造前後における画像を比較するひずみ測定方法において、鋳造によるマーキングの消失を抑制する鋳型内部のひずみ測定方法を提供する。
【解決手段】凹部に溶湯が入り込まない微細凹凸パターンを、鋳型の内表面に形成するステップＳＴ１と、鋳造前に、凹凸パターンの第１の画像を撮像するステップＳＴ２と、鋳造後に、凹凸パターンの第２の画像を撮像するステップＳＴ３と、第１及び第２の画像のパターンマッチングを行い、鋳造前後における凹凸パターンのずれ量を計測するステップＳＴ４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋳型内部のひずみ測定方法に関し、特に鋳型の内表面にマーキングされたパターンの鋳造前後における画像を比較する鋳型内部のひずみ測定方法に関する。

例えばダイカスト鋳造において、鋳造前後における金型内部のひずみデータを蓄積し、金型設計に利用することができれば、鋳物の加工代低減や金型の長寿命化を図ることが可能となる。鋳造前後における金型内部のひずみ測定方法としては、非接触で測定可能な画像相関法が有望である。画像相関法は、測定対象の表面にランダムパターンをマーキングし、変形前後におけるパターン画像のパターンマッチングを行うことにより、両者のずれ量を測定する手法である。得られたずれ量から、ひずみを知ることができる。

非特許文献１では、画像相関法を用いた骨のひずみ分布測定が開示されている。非特許文献１では、白色及び黒色のスプレー塗料を用いて、試験片の表面にランダムパターンをマーキングしている。

日本金属学会誌、２０１０年、第７４巻、第３号、ｐ．２１４−２２０

発明者は鋳型内部のひずみ測定方法に関し、以下の課題を見出した。
非特許文献１に記載されているように、測定対象である金型すなわち鋳型の内表面に塗料を用いてパターンをマーキングした場合、鋳造時の溶湯の流れや熱により、パターンが消失してしまう虞があった。パターンが消失した箇所については、ひずみを測定することができなくなってしまう。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、鋳型の内表面にマーキングされたパターンの鋳造前後における画像を比較するひずみ測定方法において、鋳造によるマーキングの消失を抑制するものである。

鋳型内部のひずみ測定方法は、
凹部に溶湯が入り込まない微細凹凸パターンを、鋳型の内表面に形成するステップと、
鋳造前に、前記凹凸パターンの第１の画像を撮像するステップと、
鋳造後に、前記凹凸パターンの第２の画像を撮像するステップと、
前記第１及び第２の画像のパターンマッチングを行い、鋳造前後における前記凹凸パターンのずれ量を計測するステップと、を備えたものである。

本発明の一態様に係る鋳型内部のひずみ測定方法では、凹部に溶湯が入り込まない微細凹凸パターンを、鋳型の内表面に形成する。そのため、鋳造時の溶湯の流れや熱によるマーキングの消失を抑制することができる。

前記パターンマッチングには、画像相関法が好適である。
また、前記第１の画像を撮像するステップの前に、前記凹凸パターンが、前記パターンマッチングに必要なコントラストを有しているか否か判定するステップをさらに備えることが好ましい。測定のやり直しを抑制し、測定を効率化することができる。
ブラスト加工により前記凹凸パターンを形成することが好ましい。簡易に微細かつランダムな凹凸パターンを形成することができる。

本発明により、鋳型の内表面にマーキングされたパターンの鋳造前後における画像を比較するひずみ測定方法において、鋳造によるマーキングの消失を抑制することができる。

第１の実施形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法を説明するためのフローチャートである。 ブラスト加工により微細な凹凸パターンを形成した金型の内表面の平面写真及び断面写真である。 撮像時の固定型、可動型、及びカメラの位置関係を示す模式的平面図である。 鋳造時の固定型、可動型、及びカメラの位置関係を示す模式的平面図である。 第２の実施形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法について説明する。図１は、第１の実施形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法を説明するためのフローチャートである。一例として、画像相関法を用いたアルミダイカスト用金型内部のひずみ測定方法について説明する。

まず、図１に示すように、凹部に溶湯が入り込まない程度に微細な凹凸パターンを、鋳型すなわち金型の内表面に形成する（ステップＳＴ１）。

溶湯が入り込まない凹部の寸法は、溶湯の種類、鋳造方法などにより変化し得る。アルミダイカスト鋳造の場合、凹部の幅を１００μｍ以下とすると、溶湯が入り込まなくなる。ここで、この凹凸パターンは、凸部による白色部と凹部による黒色部とからなる白黒パターンとして画像認識される。凹部の幅が１０μｍ未満では、凹部を黒色部として認識することができなるため、凹部の幅は１０μｍ以上であることが好ましい。すなわち、凹部の幅は１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。

凹部の深さ（すなわち凸部の高さ）が大きい程、画像認識時の白黒コントラストが大きくなる。そのため、凹部の深さ（すなわち凸部の高さ）は、１０μｍ以上であることが好ましい。他方、凹部の深さが大きい程、加工は難しくなる。

画像相関法では、測定対象に対してランダムなパターンを付与する必要がある。そこで、金型の内表面に微細かつランダムな凹凸パターンを形成する方法としては、ブラスト加工が好ましい。微細かつランダムな凹凸パターンを簡易に形成することができる。ここで、ブラスト加工とは、加工対象に対して粒状体を衝突させ、表面に凹凸を付与する表面加工全般を意味し、ショットブラスト、ショットピーニング、サンドブラストなどを包含するものとする。ブラスト加工において用いる粒状体の種類、粒径を適宜選択することにより、金型の内表面に５０〜１００μｍ程度の微細な凹凸パターンを形成することができる。
なお、凹凸パターンは、金型の内表面全体に形成してもよいし、ひずみ測定が必要な個所のみに部分的に形成してもよい。

ここで、図２は、ブラスト加工により微細な凹凸パターンが形成された金型の内表面の平面写真及び断面写真である。図２の断面写真に示すように、金型の内表面に、幅５０μｍ程度、深さ２０〜３０μ程度の凹部が形成されている。凹部と凹部の間には凸部が形成されている。この結果、図２の平面写真に示すように、凸部による白色部と凹部による黒色部とからなるランダムな白黒パターンが得られた。

次に、図１に示すように、鋳造前に、金型の内表面に形成された凹凸パターンの画像を撮像する（ステップＳＴ２）。
ここで、図３をさらに参照して、固定型及び可動型からなるアルミダイカスト用金型の固定型の内表面に形成された凹凸パターンの画像を撮像する具体例について説明する。図３は、撮像時の固定型、可動型、及びカメラの位置関係を示す模式的平面図である。図３に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｘｙ平面が水平面を構成し、ｚ軸プラス向きが鉛直上向きとなる。

図３に示すように、ｘ軸方向に移動可能な支持ロッド３１に固定された左右２台のカメラ３２Ｒ、３２Ｌにより、固定型１０の内表面に形成された凹凸パターンの鋳造前の画像を撮像する。撮像時、ｙ軸方向に移動可能な可動型２０は後方（ｙ軸マイナス方向）において待機している。なお、分かり易いように、図３では、固定型１０及び可動型２０を面図で示している。

次に、図１に示すように、鋳造後に、金型の内表面に形成された凹凸パターンの画像を撮像する（ステップＳＴ３）。
ここで、図３に続けて図４を参照して、上記具体例における鋳造から鋳造後の凹凸パターンの画像の撮像に至る手順について説明する。図４は、鋳造時の固定型、可動型、及びカメラの位置関係を示す模式的平面図である。

図３に示すように、鋳造前の凹凸パターンの画像を撮像した後、支持ロッド３１がｘ軸マイナス方向に後退する。続いて、図４に示すように、可動型２０がｙ軸プラス方向に前進し、固定型１０に当接することにより、固定型１０と可動型２０との間に鋳造される製品形状に応じたキャビティＣが形成される。続いて、このキャビティＣに溶湯が射出され、製品が鋳造される。続いて、可動型２０がｙ軸マイナス方向に後退し、鋳造された製品が取り出される。続いて、支持ロッド３１がｘ軸プラス方向に前進し、固定型１０、可動型２０、及びカメラ３２Ｒ、３２Ｌの位置関係図３の状態に戻る。そして、左右２台のカメラ３２Ｒ、３２Ｌにより、鋳造後の凹凸パターンの画像を撮像する。

最後に、図１に示すように、鋳造前後の凹凸パターンの画像のパターンマッチングを行い、鋳造前後の凹凸パターンのずれ量を計測する（ステップＳＴ４）。このずれ量から鋳型内部のひずみを測定することができる。
このように、鋳型の内表面にマーキングされたパターンの鋳造前後における画像を比較することにより、鋳型内部のひずみを測定することができる。

従来の鋳型内部のひずみ測定方法では、図１に示したステップＳＴ１において、スプレー塗料などを用いてパターンをマーキングしていた。そのため、鋳造時の溶湯の流れや熱により、パターンが消失してしまい、鋳型内部のひずみ測定ができない場合があった。これに対し、本実施の形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法では、鋳型の内表面に凹部に溶湯が入り込まない程度に微細な凹凸パターンを形成する。そのため、鋳造時の溶湯の流れや熱によるマーキングの消失を抑制することができる。また、凹部に溶湯が入り込まない程度に微細な凹凸パターンであるため、凹部に溶湯が入り込むことにより、凹凸パターンが平坦になってしまうこともない。

さらに、従来の鋳型内部のひずみ測定方法では、測定毎にパターンをマーキングし直す必要があった。本実施の形態に係る凹凸パターンは、一回マーキングした後は、マーキングし直す必要がない。すなわち、本実施の形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法では、図１におけるステップＳＴ１は、最初の測定においてのみ実行すればよい。つまり、その後に異なる条件で測定する場合などには、ステップＳＴ２〜ＳＴ４のみを繰り返せばよい。従って、同じ鋳型について繰り返し鋳型内部のひずみを測定する場合、従来よりも効率よくひずみを測定することができる。

（第２の実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法について説明する。図５は、第２の実施形態に係る鋳型内部のひずみ測定方法を説明するためのフローチャートである。

第２の実施形態では、第１の実施形態におけるステップＳＴ１とステップＳＴ２との間において、鋳型の内表面に形成した凹凸パターンが、パターンマッチングに必要なコントラストを有しているか否か判定する（ステップＳＴ１１）。例えば凹凸パターンの画像をテスト撮像し、凹凸パターンのコントラストを判定する。パターンマッチングに必要なコントラストを有していない場合（ステップＳＴ１１ＮＯ）、ステップＳＴ１に戻り、例えば凹部の深さが深くなるような条件で凹凸パターンを再加工する。パターンマッチングに必要なコントラストを有している場合（ステップＳＴ１１ＹＥＳ）、鋳造前に、金型の内表面に形成された凹凸パターンの画像を撮像する（ステップＳＴ２）。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

第１の実施形態では、ステップＳＴ１において鋳型の内表面に形成した凹凸パターンが、パターンマッチングに必要なコントラストを有していない場合、ステップＳＴ２〜ＳＴ４における実際の測定を実行してからステップＳＴ１に戻る。そのため、測定をやり直すことになる。これに対し、第２の実施形態では、ステップＳＴ１１において、パターンマッチングに必要なコントラストを有していることを確認した後に、ステップＳＴ２〜ＳＴ４における実際の測定に移行する。そのため、測定のやり直しを抑制し、測定を効率化することができる。

（その他の実施形態）
鋳型の内表面に凹凸パターンを形成する方法は、ブラスト加工に限定されず、エッチングによるシボ加工などを用いてもよい。
また、凹凸パターンのコントラストが不足している場合、凹部に例えば黒色インクを充填して着色してもよい。凹部を着色した際に、凸部に付着したインクは、ダミー鋳造により除去すればよい。
さらに、鋳造方法はダイカスト鋳造に限定されるものではなく、重力鋳造その他の鋳造方法であってもよい。また、溶湯の金属はアルミニウムに限定されるものではなく、マグネシウム、鉄その他の金属もしくは合金であってもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 固定型
２０ 可動型
３１ 支持ロッド
３２Ｒ、３０Ｌ カメラ
Ｃ キャビティ

Claims (4)

1. 凹部に溶湯が入り込まない微細凹凸パターンを、鋳型の内表面に形成するステップと、
   鋳造前に、前記凹凸パターンの第１の画像を撮像するステップと、
   鋳造後に、前記凹凸パターンの第２の画像を撮像するステップと、
   前記第１及び第２の画像のパターンマッチングを行い、鋳造前後における前記凹凸パターンのずれ量を計測するステップと、を備えた、
   鋳型内部のひずみ測定方法。
2. 前記パターンマッチングに画像相関法を用いることを特徴とする、
   請求項１に記載の鋳型内部のひずみ測定方法。
3. 前記第１の画像を撮像するステップの前に、
   前記凹凸パターンが、前記パターンマッチングに必要なコントラストを有しているか否か判定するステップをさらに備える、
   請求項１又は２に記載の鋳型内部のひずみ測定方法。
4. ブラスト加工により前記凹凸パターンを形成することを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳型内部のひずみ測定方法。