JP3166804U - シェル中子高さ測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳物製品の空中部を形成する中子等の立体的な構造を有する物の高さを簡易に測定する測定器を提供する。【解決手段】パソコンの制御の下、レーザー式変位センサー２を用い、シェル中子の立体的な高さを非接触にて測定するシェル中子高さ測定器１において、Ｙ軸方向に固定されたＹ軸固定支持台３１と、Ｙ軸固定支持台に垂直に取り付けＹ軸方向に移動可能なＸ軸移動支持台３２と、Ｘ軸移動支持台に取り付けるレーザー式変位センサー駆動部３３と、レーザー光を照射するときの高さ基準面を備えた複数のシェル中子を置くシェル中子配置盤５１とから構成する。また、レーザー式変位センサーを順次移動させつつ、シェル中子の各箇所での所定の高さ基準面４からの高低差を測定し、この間のレーザー式変位センサーの移動制御とデータ処理をパソコンにより行うこととしてシェル中子高さ測定器を構成する。【選択図】図２

Description

本考案は、鋳物製品の中空部を形成するシェル中子の高さ測定器に関するものである。

中子とは、鋳物の中空部分を作るための心型をいい、一般には、砂型で作られる。この中子の製造方法としては、手込め造型方法、機械的造型方法他多くの方法がある。寸法等形状の精度が要求される中子の製造方法として、細粒ケイ砂に少量のレンジを混合し、このレンジの熱硬化性を利用して余熱された金型面で重合させて作るシェルモールド法があり、この方法で作られた中子をシェル中子という。シェル中子は、金型から取り出されるときには、約２００℃あり、空気中にて放冷されるが、その過程でそりや捻りが生ずる。シェル中子は鋳物の製造過程で崩壊し、形状のない砂となるが、鋳物の中空部を形成させるため、所定の寸法精度が必要とされる。

精度が要求されるシェル中子は、放冷中に生じたそりや捻りが許容範囲内にあるか否かを測定する必要がある。シェル中子は、３次元的構造であり、縦、横の寸法だけでなく、高さ、それもシェル中子の各箇所での高さを測定して許容範囲内にあるか否かを確かめていく必要がある。中子は、消耗品であり、大量生産されるため、中子の高さ等を物差しで測定するには手間と時間がかかり過ぎ、コストアップの原因となってしまう。これを改善するため、測定する中子の形状に合わせた冶具にダイヤルゲージを取り付け、中子の各箇所を同時に測定する方法もとられている。しかし、この方法も、多くの人の労力を必要とし、シェル中子の測定に携わる人の大きな負荷となっている。

長年、シェル中子の製造を業として営んできた本考案者は、こうした状況下で、シェル中子の三次元的な高さを効率よく測定する方法がないか思案してきた。そして、製造されたシェル中子の各箇所における高さを効率よく測定するため、被測定物と接触せず、レーザー光を利用する方法がないか調査したところ、多くの先行技術が見受けられた。例えば、ドリル等棒状工具について、再研磨を実施した後、合否判定を行うため、レーザー変位計を旋回テーブル上で直線的に移動させ、対向する切れ刃の測定点までの距離を測定する工具形状測定装置(特許文献１)、半筒状に切断したパイプ又はチューブの腐食状態を肉厚測定により検出するために、チューブの肉厚を少なくとも基準面からの距離として測定し、最小肉厚だけでなく測定値から直ちに腐食深さを評価可能とするチューブ用腐蝕深さ測定装置(特許文献２)等他があった。

しかし、パソコンの制御の下、１の被測定物、例えば１のシェル中子の各箇所の高さを、所定の面を基準とし、その基準面からの高低差をレーザー光を移動しつつ測定し、その値を演算処理していく例は調べた限りにおいて見当たらなかった。

こうした状況下で、本考案者は、レーザー式変位センサーが市販されていることを知り、これを用いることにより、パソコンの制御の下、非接触にてシェル中子の所定箇所の高さを測定し、さらに、その測定結果を演算処理して製造したシェル中子の各ロットについて合否判定を行うシェル中子高さ測定器を試行錯誤の末考案するに至った。

さて、レーザー式変位センサーとは、三角測量を応用した方式で、発光素子と光位置検出素子（PSD）の組み合わせで構成され、発光素子には、半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーの光は投光レンズを通し集光され、測定対象物に照射され、対象物から拡散反射された光線の一部は受光レンズを通して光位置検出素子上にスポットを結び、そのスポットの位置を検出することで対象物までの変位量を知ることができるものである(非特許文献１)。

特開２００６−１６２３４４ 実願平６−１３１１２

キーエンス判別変位センサ：ハイコストパフォーマンスで高精度 カタログダウンロードや技術資料 www.keyence.co.jp（インターネット上 Ｈ２２．８．２４）

本考案の課題は、パソコンの制御の下で、立体的なシェル中子の各箇所の高さを、レーザー式変位センサーを用いて、非接触により効率よく測定し、顧客の要求する検査基準に従い合否を判定することにある。

すなわち、第1考案は、パソコンの制御の下、レーザー式変位センサーを用い、シェル中子の立体的な高さを非接触にて測定するシェル中子高さ測定器において、Ｙ軸方向に固定されたＹ軸固定支持台と、Ｙ軸固定支持台に垂直に取り付けＹ軸方向に移動可能なＸ軸移動支持台と、Ｘ軸移動支持台に取り付けるレーザー式変位センサー駆動部と、複数のシェル中子を配置させ、さらに高さ基準面を備えたシェル中子配置盤とからなり、高さ基準面を起点とし、複数のシェル中子にレーザー式変位センサーを順次移動させつつ、各シェル中子の高さを、高さ基準面を基準として測定し、この間のレーザー式変位センサーの移動制御と測定データの処理をパソコンにより行うシェル中子高さ測定器である。

シェル中子高さ測定器に向かい、前後をＹ軸方向、左右をＸ軸方向、上下をＺ方向とする。Ｙ軸固定支持台は、Ｘ軸の右側端に固定して設置される。但し構造上Ｘ軸の左側端でもよい。Ｘ軸移動支持台は、Ｙ軸固定支持台に垂直に取り付けられ、Ｙ軸方向すなわち前後に移動可能とし、レーザー式変位センサー駆動部は、Ｘ軸移動支持台に取り付けられＸ軸方向すなわち左右方向に移動可能である。Ｘ軸移動支持台をＹ軸方向に移動させるとともに、レーザー式変位センサー駆動部をＸ軸方向に移動させることにより、レーザー式変位センサーは、シェル中子配置盤上を自在に移動することができる。こうしたレーザー式変位センサーの移動及びレーザー光の投射時期はパソコンにより制御される。レーザー式変位センサーを移動させるＹ軸固定支持台、Ｘ軸移動支持台、レーザー式変位センサー駆動部を総称して、以下レーザー式変位センサー移動手段とする。

シェル中子配置盤は、高さ基準面を備え、複数のシェル中子が固定して配置される構造となっている。高さ基準面は、この面の高さを基準としてシェル中子の高さを測定するものである。レーザー式変位センサーは、測定時の最初にシェル中子配置盤の高さ基準面にレーザー光を投射し、この高さを基準として各シェル中子の高さ測定を開始する。レーザー式変位センサーは、パソコンに連動し、測定結果はパソコンに記憶される。

続いて、第２考案は、１のシェル中子について複数の測定箇所を設け、その測定箇所に、レーザー式変位センサーを移動させ、１のシェル中子について複数の箇所の高さ測定をすることとした第１考案のシェル中子高さ測定器である。

１のシェル中子とは、１個毎のシェル中子と言う意味である。シェル中子は、立体的構造であり、シェル中子配置盤にシェル中子を置いたときに、その高さは、１のシェル中子において、各箇所により異なってくる。また、前述のように、シェル中子成形後の放冷中にそりや捻りが生ずる。そこで、シェル中子の高さは１か所だけでなく、その構造上そりや捻りが生じやすい複数の箇所の高さを測定することが必要である。こうして、シェル中子の検査基準には、１のシェル中子について、高さを測定する箇所が複数決められる。そして、シェル中子配置盤に置かれた複数のシェル中子の個々について、決められた複数の測定箇所にレーザー式変位センサーからレーザー光を投射し、高さを測定していくことになる。

続いて、第３考案は、パソコンに記憶されたシェル中子高さ測定器により測定された各高さの値について、演算処理し、顧客の要求する検査基準に従い、シェル中子の合否の判定をする第１又は第２考案のいずれかのシェル中子高さ測定器である。

顧客の要求する検査基準には、抜き取り検査の母集団とサンプル数、高さ寸法の許容差等があり、シェル中子の種類により検査基準は異なるものとなる。この検査基準は、予めパソコンに記憶され、合否判定の基準となり、測定結果より各シェル中子の合否及びその製造ロット毎の合否の判定がされる。

これまでシェル中子の高さ測定にはダイヤルゲージ等を用い多くの手間と時間をかけてきたが、第１の考案のシェル中子高さ測定器を利用することにより、非接触で短時間にて測定が可能となる。第２の考案では、１のシェル中子について、多数の箇所の高さが測定でき、シェル中子のそりや捻りが容易に数値化できることになる。また、第３の考案では、顧客の要求に応える品質を有するシェル中子を提供できることとなる。

図１は、シェル中子高さ測定器の概略平面図である。 図２は、シェル中子高さ測定器の概略正面図である。 図３は、シェル中子高さ測定器の概念図である。 図４は、中子高さ測定器の測定部の写真である。 図５は、シェル中子の形状等を示した写真である。 図６は、シェル中子の高さ測定点を示した写真である。 図７は、シェル中子高さ測定器の全体写真である。

図１、図２は、シェル中子高さ測定器の概略平面図と概略正面図である。但し、図２においては、操作盤は破線で書かれている。シェル中子高さ測定器１に向かって右側端にＹ軸固定支持台３１が固定して設けられ、Ｘ軸移動支持台３２が、Ｙ軸固定支持台３１に沿って移動できるように垂直にＹ軸固定支持台３１に取り付けられている。レーザー式変位センサー駆動部３３は、Ｘ軸移動支持台３２に沿って移動できるように、Ｘ軸移動支持台３２に取り付けられている。Ｘ軸移動支持台３２は、Ｙ軸方向に、レーザー式変位センサー駆動部３３はＸ軸方向に移動することができ、レーザー式変位センサー駆動部３３に取り付けられたレーザー式変位センサー２は、シェル中子配置盤５１上の任意の場所に移動することができる。

図３は、シェル中子高さ測定器の概念図である。Ｙ軸固定支持台３１、Ｘ軸移動支持台３２、レーザー式変位センサー駆動部３３、これらの総称であるレーザー式変位センサー移動手段３の移動、レーザー式変位センサー２のレーザー光の投射等の起動、測定値の記録の記憶等はパソコンにより制御されている。
レーザー式変位センサー２からシェル中子５へ、レーザー光２１が投射され、シェル中子５から拡散反射された光線の一部が受光レンズを通して光位置検出素子上にスポットを結び、その変位量から高さ測定するものである。

図４は、中子高さ測定器の測定部の写真である。最初に、高さ基準面４にレーザー光が投射され、その高さを基準としてシェル中子５の高さが測定される。レーザー式変位センサー２は、パソコンによる制御の下、決められた位置に順次移動し、シェル中子５の高さが測定される。高さを測定するため、シェル中子配置盤５１は、シェル中子５を固定、配置して、上下方向すなわちＺ軸方向の動きが生じないように、測定するシェル中子５の形状に合わせ、精密に作られている。

図５は、シェル中子の形状等を示した写真である。シェル中子配置盤５１に、高さ基準面４及びシェル中子５が配置されている。
図６は、シェル中子の高さ測定点を示した写真である。○で示した箇所５２の高さを順次測定していくが、その測定箇所は予めパソコンに記憶させておく。図７は、シェル中子高さ測定器の全体写真であり、シェル中子配置盤の下に電源盤、パソコン等が配備されている。

立体的構造のシェル中子の高さを測定することは、これまで手間と時間を要しコストアップの要因となっていた。本考案により、その測定を短時間で行うことができ、さらにその結果を演算処理して合否の判定を容易にすることができるようにした。こうした効果により、本考案は、立体的なシェル中子の高さ測定に今後有用であると考えられ、需要が期待される。

１ シェル中子高さ測定器
２ レーザー式変位センサー ２１ レーザー光
２２ （レーザー式変位センサーの）演算器
３ レーザー式変位センサー移動手段 ３１ Ｙ軸固定支持台
３２ Ｘ軸移動支持台 ３３ レーザー式変位センサー駆動部
４ 高さ基準面
５ シェル中子 ５１シェル中子配置盤
６ パソコン
７ 操作盤

Claims (3)

1. パソコンの制御の下、レーザー式変位センサーを用い、シェル中子の立体的な高さを非接触にて測定するシェル中子高さ測定器において、Ｙ軸方向に固定されたＹ軸固定支持台と、Ｙ軸固定支持台に垂直に取り付けＹ軸方向に移動可能なＸ軸移動支持台と、Ｘ軸移動支持台に取り付けるレーザー式変位センサー駆動部と、複数のシェル中子を配置させ、さらに高さ基準面を備えたシェル中子配置盤とからなり、高さ基準面を起点とし、複数のシェル中子にレーザー式変位センサーを順次移動させつつ、各シェル中子の高さを、高さ基準面を基準として測定し、この間のレーザー式変位センサーの移動制御と測定データの処理をパソコンにより行うシェル中子高さ測定器。
2. １のシェル中子について複数の測定箇所を設け、その測定箇所に、レーザー式変位センサーを移動させ、１のシェル中子について複数の箇所の高さ測定をすることとした請求項１のシェル中子高さ測定器。
3. パソコンに記憶されたシェル中子高さ測定器により測定された各高さの値について、演算処理し、顧客の要求する検査基準に従い、シェル中子の合否の判定をする請求項１又は請求項２のいずれかのシェル中子高さ測定器。