JP2017172998A - Non-contact type strain measuring device and cooling processing facility - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、加熱された対象物を高温状態で歪み測定可能な非接触式歪測定装置及びこれを備えた冷却処理設備に関する。 The present invention relates to a non-contact type strain measuring apparatus capable of measuring strain of a heated object in a high temperature state and a cooling processing facility provided with the same.
従来、焼入れ時の冷却手法の一つとして、加熱室で焼入れ温度まで加熱された金型を加熱室から出してそのまま油冷槽内に入れて焼入れする方法が知られている。
しかしながら、大型の金型において高温状態にある金型にこのような急速冷却を直接行うと、各部位の間で、例えば金型の角部と中央部との間で大きな温度差が生じ、熱応力にて金型が大きく歪んだり割れたりしてしまう。
Conventionally, as one cooling method at the time of quenching, there is known a method in which a mold heated to a quenching temperature in a heating chamber is taken out of the heating chamber and directly placed in an oil cooling bath for quenching.
However, when such rapid cooling is performed directly on a mold that is in a high temperature state in a large mold, a large temperature difference occurs between each part, for example, between the corner and the center of the mold. The mold is greatly distorted or cracked by the stress.
このような熱処理時に発生する金型の歪みは、特に600℃以上の高温時における冷却条件による影響が大きいため、焼入れ時の冷却処理の途中で、高温状態にある金型の歪み度合いが確認できることが望ましい。
しかしながら高温状態の金型に接近すればその放射熱により測定装置の破損や劣化が生じ易く、一方で測定対象の金型から離れた状態にあっては測定精度が悪化してしまう。
また、焼入れ時の冷却処理の途中で測定することを考慮すれば、高温の金型は時間とともに温度変化(温度低下)してしまうため、歪み測定は短時間で行う必要がある。
The distortion of the mold that occurs during such heat treatment is particularly affected by the cooling conditions at a high temperature of 600 ° C. or higher, so that the degree of distortion of the mold in a high temperature state can be confirmed during the cooling process during quenching. Is desirable.
However, when approaching a high temperature mold, the measuring device is likely to be damaged or deteriorated by the radiant heat. On the other hand, if it is away from the measurement target mold, the measurement accuracy deteriorates.
Considering that measurement is performed during the cooling process during quenching, the temperature of the high-temperature mold changes with time (temperature decrease), so that strain measurement must be performed in a short time.
尚、下記特許文献1では、角錐の頂部を切り落としたメガフォン形状のセンサフードの内部に非接触式のセンサを収容するとともに、センサフードの上下及び左右方向に延びる形態で防熱カーテンを配置し、熱処理中の高温材料の形状測定を可能とした形状測定装置が開示されている。
しかしながらこの特許文献1に記載のものは、センサフードの先端部に開口が形成されており、センサと測定対象の高温材料との間に放射熱を遮蔽する壁が無い。このため、センサを対象物に接近させて形状測定を行うのが難しく、測定精度の向上に限界があった。
また測定ポイントを移動させる際にセンサ及びセンサフードの移動と連動させて周囲に配された防熱カーテンの巻き取り及び引き出しを行なわなければならず、測定ポイントの数が多いと移動に要する時間が長くなってしまう問題があった。
In the following
However, in the device described in
Also, when moving the measurement points, the thermal curtain placed around must be wound up and pulled out in conjunction with the movement of the sensor and sensor hood. There was a problem that would become.
本発明は以上のような事情を背景とし、加熱された高温状態での金型等の対象物の歪み量を、短時間で精度良く測定することが可能な非接触式歪測定装置及び冷却処理設備を提供することを目的としてなされたものである。 The present invention is based on the circumstances as described above, and a non-contact strain measuring apparatus and a cooling process capable of accurately measuring a strain amount of an object such as a mold in a heated high temperature state in a short time. It was made for the purpose of providing facilities.
而して請求項1は非接触式歪測定装置に関するのもので、対象物の変位を検出する非接触式のセンサと、箱状を成し、内部に前記センサを位置固定状態にて収容し、該センサと一体で位置移動する熱遮蔽体と、を備え、該熱遮蔽体には前記内部に冷却用ガスを導入する導入口が設けられていることを特徴とする。
Thus,
請求項2のものは、請求項1において、3次元方向に位置移動可能な可動アームの先端部に前記熱遮蔽体が保持されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the thermal shield is held at the tip of a movable arm that can move in a three-dimensional direction.
請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、前記センサがレーザ式の変位検出センサであって、照射されるレーザ光が波長350〜450nmの青色レーザ光であることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first and second aspects, the sensor is a laser type displacement detection sensor, and the irradiated laser beam is a blue laser beam having a wavelength of 350 to 450 nm. To do.
請求項4のものは、請求項1〜3の何れかにおいて、変位検出の際、前記対象物と前記センサとの間に位置する前記熱遮蔽体の第1の壁面に、水冷機構部が設けられていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a water-cooling mechanism is provided on the first wall surface of the thermal shield located between the object and the sensor when detecting displacement. It is characterized by being.
請求項5は冷却処理設備に関するのもので、請求項1〜4の何れかに記載の非接触式歪測定装置と、前記対象物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、吐出口から冷却用ガスを吐出させて前記対象物の表面を冷却する冷却手段と、を備え、3次元方向に位置移動な可動アームの先端部に、前記熱遮蔽体が回転可能に取り付けられ、更に、変位検出の際に前記対象物と前記センサとの間に位置する前記熱遮蔽体の第1の壁面とは異なる第2の壁面から、前記冷却用ガスが吐出されるように、前記冷却手段の吐出口が形成されており、前記先端部の回転動作により前記熱遮蔽体の前記第1の壁面と前記第2の壁面とが交互に前記対象物の表面に対して対向可能とされていることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention relates to a cooling processing facility, wherein the non-contact strain measuring device according to any one of the first to fourth aspects, a temperature detecting means for detecting a temperature distribution on the surface of the object, and a discharge port Cooling means for discharging a cooling gas to cool the surface of the object, and the heat shield is rotatably attached to the tip of a movable arm that is movable in a three-dimensional direction. In the detection, the cooling means discharges so that the cooling gas is discharged from a second wall surface different from the first wall surface of the thermal shield located between the object and the sensor. An outlet is formed, and the first wall surface and the second wall surface of the heat shield can be alternately opposed to the surface of the object by the rotation operation of the tip portion. Features.
以上のように本発明の非接触式歪測定装置は、対象物の変位を検出する非接触式のセンサと、箱状を成し、内部にセンサを位置固定状態にて収容し、センサと一体で位置移動する熱遮蔽体と、を備えたものである。
かかる本発明の非接触式歪測定装置によれば、センサが熱遮蔽体に位置固定され、センサと熱遮蔽体とが一体構造をなしているため、従来の熱遮蔽部を備えた形状測定装置のように、センサ移動の際にこれと連動して熱遮蔽部を移動又は変形させる機構を別途設けておく必要がなく。本発明によれば、センサと、熱遮蔽手段としての箱状の熱遮蔽体と、の両方を1つの移動手段で同時に位置移動させることが可能となるため、従来の形状測定装置と比較して高速で位置移動させることが可能である。
また本発明は、センサを箱状の熱遮蔽体の内部に収容するとともに、熱遮蔽体に冷却用ガスの導入口を設けたもので、本発明ではこの熱遮蔽体により、高温状態の対象物から発せられる放射熱からセンサを保護するとともに、内部に導入する冷却用ガスにより熱遮蔽体及びセンサの温度が上昇するのを防止することができるため、従来の形状測定装置に比べ、より高温の対象物に接近することが可能となり、測定精度を高めた状態で歪み量の測定を行うことができる。
As described above, the non-contact type strain measuring device of the present invention has a box shape with a non-contact type sensor that detects the displacement of an object, and accommodates the sensor in a fixed position inside, and is integrated with the sensor. And a heat shield that moves in position.
According to the non-contact type strain measuring device of the present invention, since the sensor is fixed to the heat shield and the sensor and the heat shield have an integral structure, the conventional shape measuring device including the heat shield is provided. Thus, it is not necessary to provide a separate mechanism for moving or deforming the heat shield in conjunction with the sensor movement. According to the present invention, it is possible to simultaneously move the position of both the sensor and the box-shaped heat shield as the heat shield means by one moving means, so compared with the conventional shape measuring apparatus. It is possible to move the position at high speed.
In the present invention, the sensor is housed in a box-shaped heat shield, and a cooling gas inlet is provided in the heat shield. In the present invention, the heat shield provides a high-temperature object. In addition to protecting the sensor from the radiant heat emitted from the heat, it is possible to prevent the temperature of the heat shield and the sensor from rising due to the cooling gas introduced into the interior. It becomes possible to approach the object, and the distortion amount can be measured in a state where the measurement accuracy is improved.
本発明ではまた、変位検出の際、対象物とセンサとの間に位置する熱遮蔽体の第1の壁面に水冷機構部を設けておくことができる(請求項4)。変位検出の際、対象物とセンサとの間に位置する熱遮蔽体の第1の壁面は高温の対象物から放射熱を最も強く受けるため、この第1の壁面に水冷機構部を設けて、第1の壁面の温度上昇を抑制することが内部のセンサの温度上昇の防止に有効である。 In the present invention, a water-cooling mechanism can be provided on the first wall surface of the heat shield positioned between the object and the sensor when detecting the displacement. At the time of displacement detection, the first wall surface of the heat shield located between the object and the sensor receives the radiant heat most strongly from the high-temperature object. Therefore, a water cooling mechanism is provided on the first wall surface. Suppressing the temperature rise of the first wall surface is effective in preventing the temperature rise of the internal sensor.
本発明ではまた、センサをレーザ式の変位検出センサとして、照射されるレーザ光を波長350〜450nmの青色レーザ光とすることができる(請求項3)。焼入れ温度まで加熱された高温状態の対象物表面の歪み量を測定する際に、センサから照射されるレーザ光が赤色だと、対象物自体の赤熱の影響を受け易く、測定精度悪化の要因となる。これに対し請求項3に従って波長が350〜450nmの青色レーザ光を用いることで測定対象物自体の赤熱の影響を排除して精度良く歪み量を測定することが可能である。 In the present invention, the sensor may be a laser type displacement detection sensor, and the irradiated laser beam may be a blue laser beam having a wavelength of 350 to 450 nm. When measuring the amount of distortion on the surface of a high-temperature object heated to the quenching temperature, if the laser light emitted from the sensor is red, it is easily affected by the red heat of the object itself, which may cause a deterioration in measurement accuracy. Become. On the other hand, by using blue laser light having a wavelength of 350 to 450 nm according to claim 3, it is possible to accurately measure the amount of distortion by eliminating the influence of red heat on the measurement object itself.
また本発明では、3次元方向に位置移動可能な可動アームの先端部に熱遮蔽体を保持されておくことができる(請求項2)。本発明では、対象物の歪み量を精度良く測定するためセンサを対象物に接近させる必要がある。しかしながら焼入れ温度まで加熱された対象物は、1000℃又はそれ以上の高温となる場合もある。そこで請求項2に従って可動アームの先端部に熱遮蔽体を保持させた構成としておけば、極めて高温となる対象物に接近する部位を可動アームの先端部及びそこに取り付けられた熱遮蔽体に限定することができ、十分な耐熱性を備えていない駆動機構等を対象物から離した配置とすることができる。 In the present invention, the heat shield can be held at the tip of the movable arm that can move in the three-dimensional direction (claim 2). In the present invention, it is necessary to bring the sensor close to the object in order to accurately measure the amount of distortion of the object. However, the object heated to the quenching temperature may be as high as 1000 ° C. or higher. Therefore, if the heat shield is held at the tip of the movable arm according to the second aspect, the portion approaching the object that becomes extremely hot is limited to the tip of the movable arm and the heat shield attached thereto. It is possible to dispose a drive mechanism or the like that does not have sufficient heat resistance away from the object.
次に請求項5は冷却処理設備に関するもので、本発明の非接触式歪測定装置に加えて、更に対象物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、吐出口から冷却用ガスを吐出させて対象物の表面を冷却する冷却手段と、を備えて、検知した対象物の表面の温度分布に基づいて対象物の特定部位に対して冷却用ガスを吐出させて局所冷却する機能を備えたものである。
更に請求項5の冷却処理設備では、3次元方向に位置移動な可動アームの先端部に、熱遮蔽体を回転可能に取り付けるとともに、変位検出の際に対象物とセンサとの間に位置する熱遮蔽体の第1の壁面とは異なる第2の壁面から、冷却用ガスが吐出されるように、冷却手段の吐出口を形成したことを特徴としたもので、先端部の回転動作により、熱遮蔽体の第1の壁面を対象物の表面に対向させて行う歪み測定動作と、熱遮蔽体の第2の壁面を対象物の表面に対向させて行う局所冷却動作と、を切り替えて実施することができる。
この請求項5によれば、先端部の回転動作により簡便に歪み測定動作と、局所冷却動作とを切り替えることができるため、焼入れ時の冷却過程において対象物の歪み度合いを簡便に短時間で確認するのに好適である。
Next, claim 5 relates to a cooling treatment facility. In addition to the non-contact type strain measuring apparatus of the present invention, the temperature detecting means for detecting the temperature distribution of the surface of the object and the cooling gas are discharged from the discharge port. And a cooling means for cooling the surface of the object, and having a function of locally cooling by discharging a cooling gas to a specific part of the object based on the detected temperature distribution of the surface of the object It is a thing.
Further, in the cooling processing facility according to claim 5, a heat shield is rotatably attached to the tip of the movable arm whose position is moved in a three-dimensional direction, and the heat located between the object and the sensor when detecting the displacement. The discharge port of the cooling means is formed so that the cooling gas is discharged from the second wall surface different from the first wall surface of the shield. Switching between a strain measurement operation that is performed with the first wall surface of the shield facing the surface of the object and a local cooling operation that is performed with the second wall surface of the heat shield facing the surface of the object. be able to.
According to the fifth aspect, since the distortion measuring operation and the local cooling operation can be easily switched by the rotation operation of the tip portion, the degree of distortion of the object can be easily confirmed in a short time in the cooling process during quenching. It is suitable for doing.
以上のような本発明によれば、加熱された高温状態での金型等の対象物の歪み量を短時間で精度良く測定することが可能な非接触式歪測定装置及び冷却処理設備を提供することができる。 According to the present invention as described above, there is provided a non-contact strain measuring apparatus and a cooling processing facility capable of accurately measuring a strain amount of a target object such as a mold in a heated high temperature state in a short time. can do.
次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。図1は、本実施形態の冷却処理設備10の全体構成を示した図である。図1において、12は被処理物としての金型で、図示を省略した加熱室にて焼入れ温度にまで加熱された後にクレーン等によってセット治具14上に載置される。20は後述する局所冷却用のノズル22が取り付けられたロボット、24は金型12の前方に位置し、金型12表面の温度分布を検知する温度検知手段としての赤外線カメラである。
またこの冷却処理設備10では、図1(A)中左側に圧縮エアを生成・貯留するための一連の装置であるコンプレッサ26、ドライヤ27、エアタンク28を有している。更にこの冷却処理設備10では、設備の動作制御を行う制御部30を有している。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a
Further, the
金型12は、工具鋼(SKD61)から成り、幅600mm×高さ600mm×厚み150mmで、凹凸を有する意匠面12aと、この意匠面12aとは反対側に位置する平坦な背面12bを備えており、本例では背面12bを前方(ロボット20及び赤外線カメラ24が配されている側)に向けた状態で、金型12がセット治具14上に載置されている。
尚、金型12に用いられる鋼種は特に限定されるものではなく、焼入れ性に優れた特殊鋼を適宜採用することが可能である。また金型のサイズについても特に限定されるものではないが、焼入れ時の冷却過程で温度差(冷却速度のばらつき)が生じ易い重量150kg以上のものにおいて、本発明は特に有効である。
The
The steel type used for the
赤外線カメラ24は、金型12の背面12b全体が検知範囲に含まれるようにその位置が設定されており、金型12の(詳しくは背面12bの)表面の温度分布を検知するとともに、金型12表面の最高温度部位を特定し、且つ、最高温度部位の温度を検知する。そして赤外線カメラ24による温度検知の結果は制御部30へと送られる。制御部30は、その検知結果に基づいて金型12に対する冷却条件を制御する。
The position of the
ロボット20は、架台32上に固定された基部34と、そこから延びる可動アーム36とを有している。可動アーム36は回転又は屈曲する複数の関節部を有し、可動アーム36の先端部38は図1中2点鎖線で示す可動範囲内を上下、左右、及び前後方向に、即ち3次元方向に移動可能とされている。そしてその先端部38には金型12を局所冷却するためのノズル22が取り付けられている。
尚、焼入れ温度にまで加熱された直後の金型12は非常に高温となる。本例では金型12からの放射熱の影響がロボット20全体に及ぶのを防止するため、金型12の正面からずれた位置にロボット20が設置されている。
The
The
図2は可動アーム36の先端部38を拡大して示した図である。同図で示すように先端部38は、関節軸Pを中心に可動アーム36の根元側に対し回転可能に連結されている。
そして先端部38の、関節軸Pとは反対側に位置する取付部材40には、箱状の熱遮蔽体42が取付ボルト44により取付固定されている。
FIG. 2 is an enlarged view of the
A box-shaped
熱遮蔽体42は、可動アーム36側の取付部材40に直接固定される板状の被固定部42aと、この被固定部42aに直交する状態で固定されている平板状の基体42bと、基体42b上の一方の面を覆うように基体42bに固定された蓋体42cと、を備え、全体として上下、左右、及び前後の各方向に熱遮蔽用の壁が形成された箱形状を成している。熱遮蔽体42は、金型12から可動アーム36の先端部38に向かって放射される熱を遮蔽して、内部に収納されているセンサ等を保護する。
The
46は、金型12の表面の歪みを測定するために用いるレーザ式の変位検出センサで、熱遮蔽体42の内部に収納された状態で、断面T字状のブラケット47を介して基体42bの内面に固定されている。図2(A)及び(B)で示すように、センサ46は、関節軸Pから最も離間した(図中左側の)位置、即ち金型12の表面に対して最も接近可能な位置にある熱遮蔽体42の第1の壁面48の近傍に配設されている。第1の壁面48には開口51が形成され、そこに耐熱ガラス52が嵌め込まれており、センサ46の発光部46aから発せらせた変位検出用のレーザ光は開口51を通じて外部に向けて出射され、対象物である金型12表面にて反射した後、同じく開口51を通じて、受光部46bにて受光される。受光された反射光は受光部46b内の光位置検出素子上で結像され、その結像位置に基づいて、金型12表面までの高さ方向の変位量が計測される。
本例ではセンサ46、熱遮蔽体42及びこれらを移動可能に保持している可動アーム36により非接触式の歪測定装置11が構成されている。
In this example, the non-contact type
本例では、センサ46を用いて、焼入れ温度まで加熱された高温状態の金型12の表面の変位量(歪み量)を測定するため、センサ46から出射されるレーザ光が赤色だと、金型12自体の赤熱の影響を受け易い。従って本例のセンサ46では、波長が350〜450nmの青色レーザ光を用いている。
In this example, the
図4は、レーザ式変位センサ46から出射されるレーザ光が赤色の場合(同図(B))及び青色(波長が350〜450nm)の場合(同図(C))での測定精度を示した図である。これら図4(B)及び(C)で示した測定結果は、図4(A)で示す300mm×300mm×300mmのブロック13の中心付近に10mm×10mm×高さ1mmの段差を作成し、このブロック13を800℃に加熱した状態でその段差を測定した結果である。詳しくはこの1mmの段差を10回測定し、10回の平均値及び平均値との差が一番大きい測定値を誤差棒としてプロットしたものである。測定はブロック13とセンサ46との測定距離を逐次変化させながら行っている。
FIG. 4 shows the measurement accuracy when the laser light emitted from the
図4(B)で示すように赤色レーザの場合、ブロック13の赤熱の影響を受け、1mmの段差をまともに測定することができない。一方、青色レーザの場合は、図4(C)で示すように測定距離(ブロック13とセンサ46との距離)が近いほど正確に段差を測定できている。金型の歪み測定では、繰り返し精度0.2mm以内であることが必要とされる。図4で示した結果によれば青色レーザであれば測定距離を500mm以下とすることで、繰り返し精度0.2mm以内、即ち段差1mmに対し、±0.1mmの誤差範囲以内で測定することが可能であることが分かる。
As shown in FIG. 4B, in the case of a red laser, a step of 1 mm cannot be measured accurately due to the influence of red heat of the
但し金型12は非常な高温であるため、測定距離(図3(A)のL1)を500mm以下とすると熱遮蔽体42内部のセンサ46の温度が動作保証範囲を超える場合がある。このため本例では、図2で示すように熱遮蔽体42の被固定部42aに、熱遮蔽体42の内部に冷却用の圧縮エアを導入するための導入口54が設けられている。この導入口54を通じて、図示を省略する流量調節バルブを介してエアタンク28と連結された配管55の先端が、熱遮蔽体42の内部に挿入されており、本例では制御部30の制御に基づいて導入口54からエアタンク28内の圧縮エアが熱遮蔽体42の内部に供給される。尚、基体42bには排気口58が外部と連通する状態で形成されており、熱遮蔽体42の内部に導入された圧縮エアは排気口58を通じて外部に排出される。
このように本例では、圧縮エアが熱遮蔽体42の内部を流通する構成とすることで、センサ46が高温(具体的には50℃以上)になるのを防止している。尚、後述するように歪み測定の際にセンサ46と金型12との間に位置して遮熱を行う第1の壁面48に水冷機構部を設けることで、センサ46が高温になるのを防止することも可能である。
However, since the
As described above, in this example, the configuration in which the compressed air circulates inside the
一方、金型12を局所冷却するためのノズル22は、図2(A)で示すように熱遮蔽体42の被固定部42aの内側にブラケット60を介して取付固定されており、その先端の吐出口22aは、熱遮蔽体42内のセンサ46が近接配置されている第1の壁面48とは異なる第2の壁面49から外方に向けて突出している。
このノズル22は、図示を省略する流量調節バルブを介してエアタンク28と連結されており、制御部30の制御に基づいてノズル22の吐出口22aからは、金型12を局所冷却のための冷却用ガスとして、圧縮エアが吐出される。
On the other hand, as shown in FIG. 2 (A), the
The
以上のように本例では、熱遮蔽体42の第1の壁面48とは異なる第2の壁面49から、冷却用ガスが吐出されるようにノズル22の吐出口22aが設けられており、先端部38を関節軸P周りに回転させることで、歪み測定と局所冷却との切替を行なう。即ち、金型12の歪み測定を行う場合には図3(A)で示すように、熱遮蔽体42の第1の壁面48を金型12の表面に対向させる。また金型12の局所冷却を行う場合には図3(B)で示すように熱遮蔽体42の第2の壁面49を金型12の表面に対向させる。
As described above, in this example, the
以下に本実施形態の冷却処理設備10を用いて冷却処理を行った場合の動作を具体的に説明する。尚、この例では、SKD61から成り、幅600mm×高さ600mm×厚み150mmの金型12における最高温度部位、即ち最遅冷却部位での冷却速度が10℃/minとなるように冷却処理を行うものとする。
図1で示すように先ず、金型12は図示を省略した加熱室にて焼入れ温度にまで加熱された後にクレーン等によってセット治具14上に載置される。
そして金型12は大気中で放冷される。これとともに赤外線カメラ24が金型12表面の温度分布を検知する。そしてその温度分布の検知結果に基づいて金型12表面の最高温度部位が特定される。制御部30は最高温度部位の位置情報(X,Y座標)をロボット20に出力する。
The operation when the cooling process is performed using the
As shown in FIG. 1, first, the
The
ロボット20は、図3(B)で示すように、可動アーム36の先端部38に取り付けられたノズル22の吐出口22aを、特定された最高温度部位のポイントGに位置移動させる。そして最高温度部位のポイントGの上方L2の距離(ここでは300mm)から冷却用の圧縮エアを最高温度部位に向けて吹き付け、最高温度部位(若しくは最高温度部位及びその周辺部)を局所的に冷却する。
As shown in FIG. 3B, the
この例では、最高温度部位が600℃になるまでこの冷却動作を継続させる。図5の1点鎖線で示すように、制御部30は、冷却動作を開始してからの予定表面温度の推移、即ち冷却速度(本例では10℃/min)が予め設定されており、赤外線カメラ24の監視により随時特定される最高温度部位にノズル22の吐出口22aを位置移動させながら、その最高温度部位での検知温度と予定表面温度との差分に基づいて、冷却条件を制御する。
詳しくは、最高温度部位の検知温度が図5に示した予定表面温度を上回っている場合には局部冷却用の圧縮エアの量を増加させ、検知温度が予定表面温度を下回っている場合には局部冷却用の圧縮エアの量を減少させる。このようにすることで冷却処理の対象となった背面12bにおける最高温度部位を、予定していた冷却速度若しくはこれに近似する冷却速度で冷却することができる。
尚、最高温度部位の検知温度が600℃を下回った以降についても予め設定された予定表面温度の推移と一致するように引き続き冷却処理を行うことも可能である。また場合によっては最高温度部位の検知温度が600℃以下の所定温度となった時点で、油冷に切り替えて引き続き冷却処理を行うことも可能である。
In this example, this cooling operation is continued until the maximum temperature portion reaches 600 ° C. As indicated by the one-dot chain line in FIG. 5, the
Specifically, if the detected temperature of the highest temperature part is higher than the planned surface temperature shown in FIG. 5, the amount of compressed air for local cooling is increased, and if the detected temperature is lower than the planned surface temperature, Reduce the amount of compressed air for local cooling. By doing in this way, the highest temperature site | part in the
Even after the detected temperature of the highest temperature region falls below 600 ° C., it is possible to continue the cooling process so as to coincide with the transition of the preset surface temperature set in advance. In some cases, when the detected temperature of the highest temperature portion reaches a predetermined temperature of 600 ° C. or lower, it is possible to switch to oil cooling and continue the cooling process.
図6は金型模擬試験片のブロック(SKD61、幅600mm×高さ600mm×厚み150mm)を用いて、1000℃〜500℃の間、図5で示すように一定の冷却速度となるように最高温度部位の局所冷却を行い、冷却処理完了後に模擬試験片の焼入れ状態及び最大歪みについて評価した結果を示した図である。尚、冷却ガスは大気を使用し、ノズル吐出口の高さL2は金型表面から300mmとした。
FIG. 6 shows a maximum of a mold cooling test piece block (SKD61,
ここで焼入れ状態については、冷却処理完了後に模擬試験片の表面の所定箇所における硬度を調査して所定硬度(HRC48以上)が得られているか否かで評価した。
最大歪みについては、冷却処理完了後に模擬試験片の表面の、周辺部2箇所及び中央部1箇所の所定位置について高さ方向の変位を測定し、周辺部両端を結んだ線を基準線とした場合の高さ方向の変位量を最大歪み量として評価した。
Here, the quenching state was evaluated by examining the hardness at a predetermined location on the surface of the simulated test piece after completion of the cooling treatment to determine whether a predetermined hardness (
For the maximum strain, after completion of the cooling treatment, the displacement in the height direction was measured at a predetermined position at two peripheral portions and one central portion on the surface of the mock test piece, and a line connecting both ends of the peripheral portion was used as a reference line. The amount of displacement in the height direction was evaluated as the maximum strain amount.
同図によれば、冷却速度が9℃/min未満だと焼入れ不良が生じている。一方、冷却速度9℃/min以上であれば正常な焼入れが行われているが、冷却速度が速くなると最大歪み量が大きくなっている。この結果から金型模擬試験片における好適な冷却速度、即ち焼入れ不良が生じることなく且つ最大歪み量0.05mm以内となるような冷却速度は9〜15℃/minであることが分かる。本例では、このようにして得られた好適な冷却速度を基に、予め制御部30に予定表面温度の推移を設定して、最高温度部位の検知温度がかかる予定表面温度の推移と一致するように冷却条件の制御を行うことで、焼入れ不良及び歪みの発生を良好に防止することが可能である。
According to the figure, quenching failure occurs when the cooling rate is less than 9 ° C./min. On the other hand, normal quenching is performed when the cooling rate is 9 ° C./min or more, but the maximum strain increases as the cooling rate increases. From this result, it can be seen that a suitable cooling rate in the die simulation test piece, that is, a cooling rate that does not cause quenching failure and is within a maximum strain of 0.05 mm is 9 to 15 ° C./min. In this example, based on the preferable cooling rate obtained in this way, the transition of the planned surface temperature is set in the
また本実施形態の冷却処理設備では、冷却処理中に局所冷却を行なっている面の歪み度合いを確認することが可能である。
本例では、熱遮蔽体42の、変位検出用のレーザ光を出射させる第1の壁面48とは90°異なる第2の壁面49から局所冷却用の圧縮エアが吐出されるように、ノズル22の吐出口22aが設けられており、先端部38を関節軸P周りに90°回転させることで、局所冷却を行う状態と歪み量を測定する状態とを切替ることができる。
In the cooling processing facility of the present embodiment, it is possible to check the degree of distortion of the surface on which local cooling is performed during the cooling processing.
In this example, the
歪み量を測定する場合、図3(A)に示す熱遮蔽体42の第1の壁面48を、測定対象物である金型12の表面に対して対向させた状態で、歪み量を測定したいポイント(X、Y座標)までセンサ46を移動させ、金型12表面上の指定された測定ポイントにおいて、金型12表面までの距離を測定する。そしてセンサ46の位置情報及びセンサ46で測定した金型12表面までの距離情報に基づいて、金型12の表面の高さ方向の変位、即ち歪み量を測定することができる。図7は冷却処理途中の800℃の時点で、センサ46を金型12の背面12bに沿って水平方向に移動させ、直線上に位置する複数の測定ポイントについて変位を検出した結果を示した図である。
When measuring the amount of strain, it is desired to measure the amount of strain in a state where the
このように本例では、冷却処理中に、金型表面の温度分布情報に加えて、金型表面の歪みの状態を検出することができるため、歪みの状態に応じて冷却条件を変更することも可能である。尚、歪み量測定中は局所冷却が中断されることになるが、本例では局所冷却状態と歪み量測定状態とを短時間で切替ることができるので、冷却処理途中に歪み量測定を行うことで局所冷却が中断される時間帯を短くすることができる。 In this way, in this example, since the mold surface distortion state can be detected in addition to the temperature distribution information on the mold surface during the cooling process, the cooling condition can be changed according to the distortion state. Is also possible. Note that local cooling is interrupted during strain measurement, but in this example, the local cooling state and strain measurement state can be switched in a short time, so the strain measurement is performed during the cooling process. Thus, the time period during which local cooling is interrupted can be shortened.
以上のような本実施形態の歪測定装置11は、センサ46が熱遮蔽体42に位置固定され、センサ46と熱遮蔽体42とが一体構造をなしているため、これらを可動アーム36で同時に位置移動させることができ、移動動作の高速化を図ることができる。
また本実施形態では、箱状の熱遮蔽体42により、高温状態の金型12から発せられる放射熱からセンサ46を保護するとともに、内部に導入する冷却用ガスにより熱遮蔽体42及びセンサ46の温度が上昇するのを防止することができるため、従来の形状測定装置に比べて高温の金型12に対してより接近することが可能となり、測定精度を高めた状態で歪み量の測定を行うことができる。
In the
In the present embodiment, the box-shaped
本実施形態ではまた、センサ46をレーザ式の変位検出センサとして、照射されるレーザ光を波長350〜450nmの青色レーザ光としているため、高温の金型12の歪み量を測定する場合であっても金型12自体の赤熱の影響を排除して精度良く歪み量を測定することが可能である。
In the present embodiment, the
また本実施形態では、3次元方向に位置移動可能な可動アーム36の先端部38に熱遮蔽体42を保持させた構成とすることで、極めて高温となる金型12に接近する部位を可動アーム36の先端部38及びそこに取り付けられた熱遮蔽体42に限定することができ、十分な耐熱性を備えていないロボット20の駆動機構等を金型12から離した配置とすることができる。
In the present embodiment, the
また本実施形態の冷却処理装置10は、歪測定装置11に加えて、更に金型12の表面の温度分布を検知する赤外線センサ24と、吐出口22aから冷却用ガスを吐出させて金型12の表面を冷却するノズル22と、を備えて、検知した金型12の表面の温度分布に基づいて金型12の特定部位に対して冷却用ガスを吐出させて局所冷却する機能を備えている。
更に冷却処理装置10では、3次元方向に位置移動な可動アーム36の先端部38の回転動作により、熱遮蔽体42の第1の壁面48を金型12の表面に対向させて行う歪み測定動作と、熱遮蔽体の第2の壁面49を金型12の表面に対向させて行う局所冷却動作と、を切り替えて実施することができるため、焼入れ時の冷却過程において金型12の歪み度合いを簡便に短時間で確認することができる。
In addition to the
Further, in the
図8は、本発明の他の実施形態の要部を拡大して示した図である。
この実施形態は、変位検出の際に金型12とセンサ46との間に位置する熱遮蔽体42の第1の壁面48に水冷機構部64を設けたものである。
水冷機構部64は、第1の壁面48に接して取り付けられ、内部に冷却水を流通させる本体部65と、冷却水を本体部65の内部に導入する導入管66と、冷却水を本体部65の内部から排出する排出管67とを備えている。尚、69及び70はセンサ46から発せられたレーザ光及び金型表面で反射した反射光を通過させるための開口である。
変位検出の際、金型12とセンサ46との間に位置する熱遮蔽体42の第1の壁面48は高温の金型12から放射熱を最も強く受けるため、この第1の壁面48に水冷機構部64を設けて、第1の壁面48の温度上昇を抑制することで内部に収容されているセンサ46の温度上昇を防止することができる。
FIG. 8 is an enlarged view showing a main part of another embodiment of the present invention.
In this embodiment, a
The
When the displacement is detected, the
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, this is merely an example. The present invention can be implemented in variously modified forms without departing from the spirit of the present invention.
10 冷却処理設備
11 歪測定装置
12 金型(対象物)
20 ロボット
22 ノズル(冷却手段)
22a 吐出口
24 赤外線カメラ(温度検知手段)
30 制御部
36 可動アーム
38 先端部
42 熱遮蔽体
46 変位検出センサ
48 第1の壁面
49 第2の壁面
54 導入口
64 水冷機構部
10
20
DESCRIPTION OF
Claims (5)
箱状を成し、内部に前記センサを位置固定状態にて収容し、該センサと一体で位置移動する熱遮蔽体と、を備え、
該熱遮蔽体には前記内部に冷却用ガスを導入する導入口が設けられていることを特徴とする非接触式歪測定装置。 A non-contact sensor for detecting the displacement of the object;
A box-like shape, containing the sensor in a fixed position inside, and having a heat shield that moves in position integrally with the sensor,
The non-contact type strain measuring apparatus, wherein the heat shield is provided with an inlet for introducing a cooling gas into the inside.
前記対象物の表面の温度分布を検知する温度検知手段と、
吐出口から冷却用ガスを吐出させて前記対象物の表面を冷却する冷却手段と、を備え、
3次元方向に位置移動な可動アームの先端部に、前記熱遮蔽体が回転可能に取り付けられ、
更に、変位検出の際に前記対象物と前記センサとの間に位置する前記熱遮蔽体の第1の壁面とは異なる第2の壁面から、前記冷却用ガスが吐出されるように、前記冷却手段の吐出口が形成されており、前記先端部の回転動作により前記熱遮蔽体の前記第1の壁面と前記第2の壁面とが交互に前記対象物の表面に対して対向可能とされていることを特徴とする冷却処理設備。 The non-contact type strain measuring device according to any one of claims 1 to 4,
Temperature detecting means for detecting a temperature distribution on the surface of the object;
Cooling means for cooling the surface of the object by discharging a cooling gas from the discharge port,
The heat shield is rotatably attached to the tip of a movable arm that is movable in a three-dimensional direction,
Further, the cooling gas is discharged so that the cooling gas is discharged from a second wall surface different from the first wall surface of the thermal shield positioned between the object and the sensor when detecting displacement. The discharge port of the means is formed, and the first wall surface and the second wall surface of the thermal shield can be alternately opposed to the surface of the object by the rotation operation of the tip portion. A cooling treatment facility characterized by
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