JP5943402B1

JP5943402B1 - 鋳造欠陥を定量化するための測定装置、方法、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体

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Publication number: JP5943402B1
Application number: JP2015055068A
Authority: JP
Inventors: 吉田　誠; 吉田　　誠; 恵太深澤; 悠矢柴田; 俊光大池; 直樹野中; 貴之小池; 山治北岡
Original assignee: Waseda University
Current assignee: Waseda University
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: JP2016175088A

Abstract

【課題】鋳造欠陥の混入位置および混入方向に影響を受けにくく、且つ、特別な装置を使用することなく簡便な方法で、ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するための測定装置、方法、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。【解決手段】ダイカスト３の製品部５または方案部６の一部を切断または破断した断面７の鋳造欠陥４の各々の長さを表す第１欠陥サイズＦＳをべき乗して第２欠陥サイズＳＳを算出し、全ての第２欠陥サイズＳＳを足し合わせて全体欠陥量ＡＳを算出し、全体欠陥量ＡＳを断面７の断面積Ａで除算し、任意の定数Ｃを乗算して、鋳造欠陥４の混入状態を定量的に評価するためのＣＦＩ（ＣｏｌｄＦｌａｋｅＩｎｄｅｘ）を求める構成とした。【選択図】図１

Description

本発明は、鋳造欠陥を定量化するための測定装置に関する。さらに詳しくは、ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を評価または検査する際に、該鋳造欠陥を定量化するための測定装置、方法、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

ダイカスト法では、鋳造の際に、ダイカストの内部に破断チル層、鋳巣、ガス巣、介在物および湯境等の鋳造欠陥が発生することが多い。特にアルミニウムダイカストでは、アルミニウム溶湯がスリーブに注湯された際、溶湯がスリーブとの温度差で急速に凝固し、凝固層が形成される。その凝固層がプランジャチップの駆動によりスリーブ内壁から剥離され、破断チル層としてダイカストの製品部内部に混入する。この破断チル層の影響による製品の実体強度の低下が問題となっている。

従来、破断チル層の混入状態の評価には、製品部の一部を切断したり、試験片を作製して引張試験を行ったりして、切断面や破断面に確認できる破断チル層から求められる投影面積率が使用されてきた。

例えば、非特許文献１では、製品部から引張試験片を切り出し、破断面に現れた破断チル層を投影面積率で評価することで、破断チル層により製品部の機械的特性が低下することが報告されている。また、この報告では、投影面積率の増加にほぼ比例して引張強さが低下するとされている。

特許文献１では、ランナー内の凝固部から検査片を切り出し、露出した破断チル層の面積を検査面の面積で割った面積率と、所定の基準値とを比較することにより、ダイカストが不良品となる程度の量の破断チル層がダイカスト中に含まれているか否かを判断している。

特許文献２および３では、超音波探傷やＸ線ＣＴ測定によって製品部の破断チル層を測定する非破壊検査方法が提案されている。

特許文献４では、製品部または方案部に連続する試験片を注湯時に同時に鋳込み、溶湯の凝固後に試験片を採取し、切破して破面検査を行っている。

また、溶湯中に存在する酸化物や酸化皮膜、その他の介在物を検出し、鋳造欠陥等の不良の発生を防止するＫモールド試験法が知られている。Ｋモールド試験法は、溶湯を鋳型に鋳込み、鋳込まれた試料を検査することで、良否の判定を行うものである。

岩堀弘昭、戸沢勝利、山本善章：軽金属、Vol.34、No.9、1984、Pages 525-530、「アルミニウムダイカスト鋳物に存在する破断チル層の性状」

特開２００７−１１１７２８号公報特開２０１３−８８３１０号公報特開２００５−９１２８８号公報特開平３−４２１７２号公報

しかしながら、破断チル層は、混入位置および混入方向がランダムであり、切断面や破断面で確認できる破断チル層の面積だけで、そのサイズを正確に評価することは困難である。図１６は引張試験片の破断面を真上（上面）から見た写真である。実線で囲まれた光沢のある部位が破断チル層である。この破断チル層の投影面積率を算出すると約８％である。図１７は、破断させた引張試験片を側面から見た写真である。上面から見た写真と比較して、破断チル層の占める割合が大きくなっている。このように、破断チル層は面欠陥であることから、例えば図１６および１７のように破断チル層が破断面に対して垂直方向に混入した場合、非特許文献１や特許文献１に開示されるように図１６の面の破断チル層の投影面積率を算出すると、実際のサイズよりも過小評価となるおそれがある。さらに、製品部から引張試験片を切り出すためには放電加工等の加工が必要となることから、評価または検査に掛かるコストや時間が増加してしまう。

特許文献２および３のように超音波探傷やＸ線ＣＴ測定を行うためには、特別な装置を使用する必要があることから、初期投資やメンテナンス等の維持費が必要になる。

特許文献４では、試験片の金型部を別途設計して設ける必要があるので、設計の手間が増えてしまう。また、試験片の分の余計な材料が増えてしまうので、コストや環境資源の面からも好ましくない。

Ｋモールド試験法は、溶湯の品質を判断するものである。すなわち、溶けた金属中の介在物等を検出するものであり、凝固した物を対象にするものではない。したがって、鋳造プロセスでの欠陥を検出できるものではなく、製品部内の破断チル層を見つけることはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、破断チル層等の鋳造欠陥の立体的な要素を考慮することにより、鋳造欠陥の混入位置および混入方向に影響を受けにくく、且つ、特別な装置を使用することなく簡便な方法で、ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するための測定装置、方法、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを課題とする。

請求項１記載の発明は、ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するための測定装置であって、前記ダイカストの製品部または方案部の一部を切断または破断した断面の画像を入力する画像入力部と、入力された前記画像を格納するバッファ部と、前記バッファ部に格納された前記画像から前記鋳造欠陥を検出してその各々を識別する鋳造欠陥検出部と、検出された前記鋳造欠陥の混入状態を求めるように構成されている処理システム部とを備え、前記処理システム部は、前記鋳造欠陥の各々の長さを表す第１欠陥サイズを２乗または３乗して第２欠陥サイズを算出し、全ての前記第２欠陥サイズを足し合わせて全体鋳造欠陥量を算出し、前記全体欠陥量を前記断面の断面積で除算し、任意の定数を乗算するように構成されていることを特徴とする装置である。

請求項２記載の発明は、前記第１欠陥サイズが前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤであり、前記第１欠陥サイズをべき乗する際のべき数αが２または３であり、前記断面内の前記鋳造欠陥の個数がｎ個であり、前記断面の断面積がＡであり、前記任意の定数がＣであるときに、前記鋳造欠陥の混入状態を下記の式（１）で算出することを特徴とする装置である。

請求項３記載の発明は、前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように前記任意の２点をとり、前記最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を前記第１欠陥サイズとすることを特徴とする装置である。

請求項４記載の発明は、ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するための方法であって、前記ダイカストの製品部または方案部の一部を切断または破断するステップと、切断または破断した断面の前記鋳造欠陥の各々の長さを表す第１欠陥サイズを求めるステップと、前記第１欠陥サイズを２乗または３乗して第２欠陥サイズを算出し、全ての前記第２欠陥サイズを足し合わせて全体欠陥量を算出し、前記全体欠陥量を前記断面の断面積で除算し、任意の定数を乗算するステップとを備えることを特徴とする方法である。

請求項５記載の発明は、前記第１欠陥サイズが前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤであり、前記第１欠陥サイズをべき乗する際のべき数αが２または３であり、前記断面内の前記鋳造欠陥の個数がｎ個であり、前記断面の断面積がＡであり、前記任意の定数がＣであるときに、前記鋳造欠陥の混入状態を下記の式（２）で算出することを特徴とする方法である。

請求項６記載の発明は、前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように前記任意の２点をとり、前記最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を前記第１欠陥サイズとすることを特徴とする方法である。

請求項７記載の発明は、ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、前記ダイカストの製品部または方案部の一部を切断または破断した断面の前記鋳造欠陥の各々の長さを表す第１欠陥サイズを２乗または３乗して第２欠陥サイズを算出し、全ての前記第２欠陥サイズを足し合わせて全体欠陥量を算出し、前記全体欠陥量を前記断面の断面積で除算し、任意の定数を乗算するステップを実行させるためのコンピュータプログラムである。

請求項８記載の発明は、前記第１欠陥サイズが前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤであり、前記第１欠陥サイズをべき乗する際のべき数αが２または３あり、前記断面内の前記鋳造欠陥の個数がｎ個であり、前記断面の断面積がＡであり、前記任意の定数がＣであるときに、前記鋳造欠陥の混入状態を下記の式（３）で算出することを特徴とするコンピュータプログラムである。

請求項９記載の発明は、前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように前記任意の２点をとり、前記最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を前記第１欠陥サイズとすることを特徴とするコンピュータプログラムである。

請求項１０記載の発明は、上記のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

請求項１記載の装置、請求項４記載の方法、請求項７のコンピュータプログラム、および、請求項１０のコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、破断チル層等の鋳造欠陥の立体的な要素を考慮した計算により鋳造欠陥の混入状態を求めることで、鋳造欠陥の混入位置および混入方向に影響を受けにくく、且つ、特別な装置を使用することなく簡便な方法で、ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するための測定装置、方法、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができる。さらに、当該方法は初期投資をほとんど必要とせずに実施可能であり、特別な装置も必要ないので、インラインでの検査に効果的に導入されることができる。

請求項２記載の装置、請求項５記載の方法、請求項８のコンピュータプログラム、および、請求項１０のコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、第１欠陥サイズを鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さとすることで、より簡便で正確に第１欠陥サイズを決定することができる。

請求項３記載の装置、請求項６記載の方法、請求項９のコンピュータプログラム、および、請求項１０のコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように任意の２点をとり、最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を第１欠陥サイズとすることで、第１欠陥サイズを用いて求められる鋳造欠陥の混入状態を過小評価するおそれが減少し、より安定した評価を実現することができる。

本発明の実施形態に係る測定装置のハードウェア構成の一例を概略的に示すブロック図である。同上、ダイカスト装置の概略断面図である。同上、鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さの一例を示す概念図である。同上、鋳造欠陥の外接円の直径の大きさの一例を示す概念図である。同上、曲げ破断したランナー部の破断面を示す写真である。同上、定量化方法の流れを示すフローチャートである。本発明の実施例１に係るランナー部の破断された断面に確認できる破断チル層のＣＦＩと、製品部の引張試験片の破断チル層のＣＦＩとを比較して示す棒グラフである。同上、比較例として、ランナー部の破断された断面に確認できる破断チル層の投影面積率と、製品部の引張試験片の破断チル層の投影面積率とを比較して示す棒グラフである。本発明の実施例２において、水溶性潤滑剤を使用した場合、粉体潤滑剤を使用した場合、および断熱スリーブを使用した場合のランナー部の破断された断面に確認できる破断チル層のＣＦＩを示す棒グラフである。本発明の実施例３において、ＣＦＩで評価した破断チル層の混入状態に対する引張強さの変化を表したグラフである。同上、比較例として、投影面積率で評価した破断チル層の混入状態に対する引張強さの変化を表したグラフである。同上、ＣＦＩで評価した破断チル層の混入状態に対する伸びの変化を表したグラフである。同上、比較例として、投影面積率で評価した破断チル層の混入状態に対する伸びの変化を表したグラフである。本発明の実施例４において、スリーブの潤滑剤を変化させたときのＣＦＩで評価した破断チル層の混入状態に対する引張強さの変化を表したグラフである。同上、比較例として、スリーブの潤滑剤を変化させたときの投影面積率で評価した破断チル層の混入状態に対する伸びの変化を表したグラフである。参考例として、引張試験片の破断面を真上から見た写真である。同上、破断させた引張試験片を側面から見た写真である。

以下、本発明に係るダイカストの内部に混入した鋳造欠陥を定量化するための測定装置、方法、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体について説明する。図１は、当該測定システム１のハードウェア構成の一例を概略的に示すブロック図である。

図１の測定システム１が有している測定装置２は、図２に示すダイカスト３の製品部５または方案部６の一部を切断または破断した断面７（図５を参照）の画像を入力する画像入力部８と、入力された画像を格納するバッファ部９と、バッファ部９に格納された画像から鋳造欠陥４（図５を参照）を検出してその各々を識別する鋳造欠陥検出部10と、検出された鋳造欠陥４の混入状態を求めるように構成されている処理システム部11とを備える。ここで鋳造欠陥４は、破断チル層、鋳巣、ガス巣、介在物および湯境等を含むものである。

図２はダイカスト装置20の概略断面図である。ダイカスト装置20は、互いに組み合わされることで金型27を形成する固定型31および可動型32を備える。金型27に連通するように円筒形のスリーブ21が接続される。アルミダイカストの場合、溶けたアルミニウムをスリーブ21の開口部26から流し込む。それをプランジャチップ33で高速、高圧で金型27内に押し込む。溶湯が凝固した後、可動型32を開き、イジェクトピン34により製品を押し出す。方案部６は、製品部５に連結されたビスケット部22、ランナー部23、ゲート部24およびオーバーフロー部25を含む。ここで、ビスケット部22、ランナー部23、ゲート部24およびオーバーフロー部25は、金型27内のビスケット、ランナー、ゲートおよびオーバーフローのそれぞれにおいて凝固した溶湯を指すものとする。方案部６は、鋳造時のみに必要なもので、最終製品には不要な部品である。したがって、製品部５から方案部６を切り離してダイカスト製品の完成となる。

図１に戻り、本発明の測定システム１について説明する。測定装置２は、例えばＣＰＵ（中央演算装置）13を有するコンピュータにおいて、例えばＨＤＤ（ハードディスク駆動装置）からなる記憶装置14に、コンピュータプログラムからなるソフトウェア15をインストールすることによって実現される。測定装置２の機能は、コンピュータのハードウェア資源とソフトウェア15（コンピュータプログラム）とが協働して実現される。

ＣＰＵ13は、ソフトウェア15に基づき様々な演算処理を実行する。ソフトウェア15は、例えばＦＤ（フレキシブルディスク）やＣＤ−ＲＯＭ、その他の可搬性記録媒体から記憶装置14に取り込まれてもよく、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）やインターネットといったコンピュータネットワークから記憶装置14に取り込まれてもよい。ＣＰＵ１３と記憶装置14とは例えばバス18で相互に接続される。バス18には、さらに画像入力部８、バッファ部９およびインターフェース17が接続される。

画像入力部８は、画像を測定装置２に入力する一種のインターフェースとして機能するものであり、画像取得装置または外部メモリ12に接続される。画像取得装置は、例えばデジタルカメラであり、ダイカスト３の製品部５または方案部６の一部を切断または破断した断面７を直接撮影してもよいし、実体顕微鏡や光学顕微鏡を介して撮影してもよい。外部メモリは、例えばＣＦカードやＳＤカード、スマートメディア、ＵＳＢメモリ等である。

バッファ部９は例えばＲＡＭにより構成され、画像入力部８から入力された画像を格納する。格納された画像は、バス18を介してバッファ部９と接続された記憶装置14内の後述する構造欠陥検出部10での処理に使用される。

インターフェース17は、例えばディスプレイ等の出力装置16に接続される。このインターフェース17を介して、測定装置２に取り込まれた画像や、ソフトウェア15による演算結果等が、出力装置16に表示される。

尚、図１では、画像取得装置または外部メモリ12および出力装置16を、測定装置２の外部に配置しているが、これらを測定装置２に含め、一体として設けるようにしてもよい。すなわち、測定システム１を１つの測定装置として構成するようにしてもよい。

構造欠陥検出部10は、記憶装置14内に配置され、例えばソフトウェア15に基づく演算処理により、バッファ部９に格納された画像から鋳造欠陥４を検出してその各々を識別する。鋳造欠陥４の検出および識別は、輪郭抽出やパターン認識といった周知の画像認識技術を利用して行うことができる。さらに、構造欠陥検出部10は検出および識別された鋳造欠陥４の各々の第１欠陥サイズＦＳを決定する。第１欠陥サイズＦＳは、ソフトウェア15に基づく演算処理により自動で求めてもよいし、断面７の画像を出力装置16に表示し、ソフトウェア15のＧＵＩを介して、マウス等の入力装置（図示せず）を用いて手動で求めたり、あるいは自動で求めたものを、画像を見ながら手動で修正したりするようにしてもよい。

処理システム部11は、記憶装置14内に配置され、例えばソフトウェア15に基づく演算処理により、鋳造欠陥４の混入状態を定量的に示すためのＣＦＩ（ＣｏｌｄＦｌａｋｅＩｎｄｅｘ）を求めるように構成される。処理システム部では、構造欠陥検出部10で求められた各々の第１欠陥サイズＦＳをべき乗して第２欠陥サイズＳＳを算出し、全ての第２欠陥サイズＳＳを足し合わせて全体欠陥量ＡＳを算出し、全体欠陥量ＡＳを断面７の断面積Ａで除算し、任意の定数Ｃを乗算するように構成されている。

第１欠陥サイズＦＳは、鋳造欠陥４の長さを表すものである。その第１欠陥サイズＦＳを決定する方法は、図３に示すように鋳造欠陥４上の任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線の長さＤを用いる方法が有用である。特に、鋳造欠陥４上の任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように任意の２点Ｐ１、Ｐ２をとり、その最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を第１欠陥サイズＦＳとすることが、第１欠陥サイズＦＳを用いて求められる鋳造欠陥４の混入状態を定量的に示すためのＣＦＩの値が過小評価となるおそれを低減できるので好ましい。任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線の長さＤまたはその最大値Ｄ_ｍａｘを用いることで、より簡便で正確に第１欠陥サイズＦＳを決定することができる。また、図４に示すように鋳造欠陥４の外接円ＣＣをとれる場合には、その外接円ＣＣの直径の大きさＲを用いる方法が有用である。外接円ＣＣを用いる際には、特に最大外接円をとると、その直径の大きさＲは鋳造欠陥４上の任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線の長さＤの最大の長さＤ_ｍａｘと同等かそれよりも大きな値となるので好ましい。すなわち、鋳造欠陥４上の任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線は、外接円ＣＣの中心点ＣＰを通る場合は外接円ＣＣの直径の大きさＲと同等となり、中心点ＣＰを通らない場合には直径の大きさＲよりも短くなる。外接円ＣＣの直径の大きさＲを用いることで、上記と同様にＣＦＩを過小評価するおそれが減少し、より安定した評価を実現することができる。任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線の長さＤを用いる場合の数式を数４に、外接円ＣＣの直径の大きさＲを用いる場合の数式を数５に示す。ここで、αは第１欠陥サイズＦＳ（Ｄ、Ｒ）をべき乗する際のべき数であり、ｎは断面７内の鋳造欠陥４の個数であり、Ａは断面７の断面積であり、Ｃは任意の定数である。べき数αは製品部５および方案部６の形状や寸法等により決定される。尚、べき数αの値は、１より大きく１０以下の実数であることが好ましく、１．５以上３．０以下の実数であることがさらに好ましい。

図５の写真を用いて計算例を説明する。図５は曲げ破断したランナー部23の破断面を示している。断面７には、最大外接円ＣＣの直径の大きさＲが約２ｍｍの破断チル層および約３ｍｍの２個の破断チル層が確認できる。断面７の断面積Ａは７０．５ｍｍ^２であり、べき数αを２とし、任意の定数Ｃを１００とすると、ＣＦＩは数６により求められる。

この算出式では、断面７に露出している破断チル層をすべて正方形の面欠陥とみなし、その面積を求めている。この方法は、特に断面７に対して垂直に混入した破断チル層を定量化するのに適している。

図６に本発明の定量化方法の流れをフローチャートで示す。まず、ステップＳ１で、ダイカスト３の製品部５または方案部６の一部を切断または破断する。次に、ステップＳ２で、断面７上の各々の鋳造欠陥４の長さを表す第１欠陥サイズＦＳを求める。次に、ステップＳ３で、第１欠陥サイズＦＳをべき乗して第２欠陥サイズＳＳを算出し、全ての第２欠陥サイズＳＳを足し合わせて全体欠陥量ＡＳを算出し、全体欠陥量ＡＳを断面積で除算し、任意の定数を乗算する。

上記方法は、前述の測定装置２でも実現できるが、測定装置２を必ずしも使う必要はない。すなわち、ステップＳ１でダイカスト３の製品部５または方案部６の一部を切断または破断した後、ステップＳ２で目視により断面７上の鋳造欠陥４を確認し、その長さを表す第１欠陥サイズを測定する。そして、測定した第１欠陥サイズＦＳを用いてステップＳ３の計算を行えばよい。このように、本発明は非常に簡便な方法であるから、インラインでの検査に効果的に活用されることができる。

また、上記方法は、測定装置２等のハードウェアが行う構成として実現する他に、コンピュータに処理を実行させるコンピュータプログラム（図示せず）として実現することもできる。さらに、このコンピュータプログラムのソースコードを、コンピュータで読み取り可能な記録媒体（図示せず）に記録する構成とすることもできる。これにより、上記方法を用いて鋳造欠陥４を定量化するためのコンピュータプログラムを記録した持ち運び自在な記録媒体を提供することができる。尚、記録媒体としては、例えば、磁気テープ、または、ＦＤやＨＤＤ等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭやＭＯ、ＤＶＤ等の光ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリを用いた記録媒体等が挙げられる。

尚、ＣＦＩの算出に使用する部位は、製品部５でもよいし、方案部６を構成するビスケット部22、ランナー部23、ゲート部24およびオーバーフロー部25のいずれでもよい。後述するように、製品部５を使用した場合と方案部６を使用した場合とでは定量的な相関性がある。したがって、インラインでの検査を行う場合には、方案部６を使用することで、製品部５を破断させることなく製品部５の定量的な予測評価が可能となるので、方案部６のいずれかの部品を使用することが好ましい。

また、製品部５および方案部６の破断チル層等の鋳造欠陥４の混入状態は、ゲートやランナーの形状や寸法等に影響される。したがって、方案部６のＣＦＩにより製品部５のＣＦＩを定量的に予測評価するためには、各ダイカストの金型27において個別に相関性を求めることが好ましい。

本実施例では、ランナー部23の一部を破断させて試験片を作製し、その破断された断面７を観察することでＣＦＩを求めた。破断させる方法や位置は特に限られない。例えば、製品部５をトリミングした状態のビスケット部22を万力などで固定し、曲げ破断させる方法が簡便である。

まず、ランナー部23を上述の方法で曲げ破断させ、破断された断面７に確認できる破断チル層を、数５により算出して定量化した。ここで、任意の定数Ｃは１００とした。

また、製品部５の定量的な評価として、製品部５から引張試験片を作製して、引張試験を行い、その破断面の破断チル層を数５により算出した。

図７は、ランナー部23の破断された断面７に確認できる破断チル層のＣＦＩと、製品部５の引張試験片の破断チル層のＣＦＩとを比較して示す棒グラフである。ＡｌｌｏｙＡはダイカスト用アルミニウム合金ＪＩＳＡＤＣ３であり、ＡｌｌｏｙＢはＡｌｌｏｙＡにＴｉＢを添加した合金である。２つ並んだ棒グラフの内、左側の粗い斜線がランナー部23のＣＦＩであり、右側の細かい斜線が製品部５の引張試験片のＣＦＩである。両者を比較すると、ほぼ同程度であり、定量的な相関関係が確認できる。

一方、図８は、比較例として、ランナー部23の破断された断面７に確認できる破断チル層の投影面積率と、製品部５の引張試験片の破断チル層の投影面積率とを比較して示す棒グラフである。ＡｌｌｏｙＡおよびＡｌｌｏｙＢのいずれにおいても、ランナー部23の投影面積率は、製品部５の引張試験片の投影面積率の半分以下となっており、差異が非常に大きくなっている。ランナー部23においては、破断された断面７に対して垂直方向に破断チル層が混入し、鋳造欠陥の立体的な要素を考慮しない投影面積率では、過小評価される結果となったものと考えられる。

スリーブ21内に塗布する潤滑剤やスリーブ材質を変化させた場合の破断チル層の混入状態をＣＦＩにより定量化した。本実施例では、水溶性潤滑剤と、断熱性の高い粉体潤滑剤を使用した。また、スリーブとして、ＳＫＤ６１材およびＴｉサーメット材の断熱スリーブを使用した。

図９は、水溶性潤滑剤を使用した場合、粉体潤滑剤を使用した場合、および断熱スリーブを使用した場合において、ランナー部23の破断された断面７に確認できる破断チル層のＣＦＩを示す棒グラフである。粗い斜線がＡｌｌｏｙＡ（ＪＩＳＡＤＣ３）であり、細かい斜線がＡｌｌｏｙＢ（ＡｌｌｏｙＡにＴｉＢを添加した合金）である。断熱スリーブに関しては、ＡｌｌｏｙＢのみの評価結果を示す。

水溶性潤滑剤に関しては、ＡｌｌｏｙＢのＣＦＩがＡｌｌｏｙＡのＣＦＩの５割程度となっており、ＴｉＢを添加した効果を適切に評価できている。また、粉体潤滑剤においてはＴｉＢの添加の有無に関わらず、また断熱スリーブにおいても、ＣＦＩの値は０．６２〜２．０２と大幅に減少している。これは、スリーブ21の内壁を断熱することで、溶湯の温度変化を低減できるので、破断チル層の生成が抑制されるためである。ＣＦＩによる評価結果は、粉体潤滑剤および断熱スリーブの効果も適切に評価できている。

図１０はＣＦＩで評価した破断チル層の混入状態に対する引張強さの変化を表したグラフであり、図１１は投影面積率で評価した破断チル層の混入状態に対する引張強さの変化を表したグラフである。ＡｌｌｏｙＡはダイカスト用アルミニウム合金ＪＩＳＡＤＣ３であり、ＡｌｌｏｙＢはＡｌｌｏｙＡにＴｉＢを添加した合金である。スリーブ21には水溶性潤滑剤を塗布している。前述したように、破断チル層により製品部の機械的特性が低下し、投影面積率の増加にほぼ比例して引張強さが低下することが知られている。このことは、図１１の投影面積率による評価においても確認できる。これに対し、図１０のＣＦＩによる評価においても、ＣＦＩが大きくなるにつれて引張強さが低下しており、ＣＦＩにより引張強さとの相関性も適切に評価できている。

また、図１２はＣＦＩで評価した破断チル層の混入状態に対する伸びの変化を表したグラフであり、図１３は投影面積率で評価した破断チル層の混入状態に対する伸びの変化を表したグラフである。図１３の投影面積率による評価においても、図１２のＣＦＩによる評価においても、破断チル層の混入が増加すると伸びが小さくなる傾向を示しており、ＣＦＩにより伸びとの相関性も適切に評価できている。

以上の結果より、ＣＦＩで破断チル層の定量化を行うことで、ダイカスト製品の機械的性質への影響を評価することができることが分かる。

図１４はスリーブ21の潤滑剤を変化させたときのＣＦＩで評価した破断チル層の混入状態に対する引張強さの変化を表したグラフであり、図１５はスリーブ21の潤滑剤を変化させたときの投影面積率で評価した破断チル層の混入状態に対する伸びの変化を表したグラフである。ＡｌｌｏｙＡはダイカスト用アルミニウム合金ＪＩＳＡＤＣ３であり、ＡｌｌｏｙＢはＡｌｌｏｙＡにＴｉＢを添加した合金である。潤滑剤は水溶性潤滑剤および粉体潤滑剤を使用した。図１４の引張強さおよび図１５の伸びの両方において、粉体潤滑材を使用した場合に、ＣＦＩの値が小さく、引張強さおよび伸びが大きい領域に値が集中している。このことから、粉体潤滑剤を使用した場合に、破断チル層が低減されるものと評価することができる。

上記に説明したように、本発明の装置、方法、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体によれば、破断チル層等の鋳造欠陥４の立体的な要素を考慮した計算により鋳造欠陥４の混入状態を求めることで、鋳造欠陥４の混入位置および混入方向に影響を受けにくく、且つ、特別な装置を使用することなく簡便な方法で、ダイカスト３の内部に発生した鋳造欠陥４を定量化して評価することができる。さらに、当該方法は初期投資をほとんど必要とせずに実施可能であり、特別な装置も必要ないので、インラインでの検査に効果的に導入されることができる。

また、第１欠陥サイズＦＳを鋳造欠陥４上の任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線の長さＤとすることで、より簡便で正確に第１欠陥サイズＦＳを決定することができる。

さらに、鋳造欠陥４上の任意の２点Ｐ１、Ｐ２を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように任意の２点Ｐ１、Ｐ２をとり、最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を第１欠陥サイズＦＳとすることで、第１欠陥サイズＦＳを用いて求められる鋳造欠陥４の混入状態を定量的に示すためのＣＦＩを過小評価するおそれが減少し、より安定した評価を実現することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。例えば、実施例では破断された断面７で確認できる鋳造欠陥４を用いて評価を行っているが、鋳造欠陥４を確認できる面であれば、その面の鋳造欠陥４からＣＦＩを求めることで、鋳造欠陥４の混入状態を評価することが可能である。

本発明は、ダイカスト、特にアルミニウムダイカストにおいて発生する破断チル層等の鋳造欠陥を定量的に評価することが可能であり、測定および評価プロセスの簡略化にも有用である。したがって、本発明は、従来の金属工業、及びダイカストを部材として使用する自動車関連産業のみならず、近年の金型技術の発達を背景に通信機器、建築材料、産業機械産業の発達に大きく寄与する。

２測定装置
３ダイカスト
４鋳造欠陥
５製品部
６方案部
７断面
８画像入力部
９バッファ部
10 鋳造欠陥検出部
11 処理システム部
ＦＳ第１欠陥サイズ
ＳＳ第２欠陥サイズ
ＡＳ全体欠陥量
Ｄ任意の２点を結ぶ線の長さ
Ｄ_ｍａｘ任意の２点を結ぶ線の長さＤの最大の長さ
Ｐ１、Ｐ２任意の点
α べき数
ｎ鋳造欠陥の個数
Ａ断面の断面積
Ｃ任意の定数

Claims

ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するための測定装置であって、
前記ダイカストの製品部または方案部の一部を切断または破断した断面の画像を入力する画像入力部と、
入力された前記画像を格納するバッファ部と、
前記バッファ部に格納された前記画像から前記鋳造欠陥を検出してその各々を識別する鋳造欠陥検出部と、
検出された前記鋳造欠陥の混入状態を求めるように構成されている処理システム部とを備え、
前記処理システム部は、前記鋳造欠陥の各々の長さを表す第１欠陥サイズを２乗または３乗して第２欠陥サイズを算出し、全ての前記第２欠陥サイズを足し合わせて全体鋳造欠陥量を算出し、前記全体欠陥量を前記断面の断面積で除算し、任意の定数を乗算するように構成されている
ことを特徴とする鋳造欠陥を定量化するための測定装置。
前記第１欠陥サイズが前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤであり、前記第１欠陥サイズをべき乗する際のべき数αが２または３であり、前記断面内の前記鋳造欠陥の個数がｎ個であり、前記断面の断面積がＡであり、前記任意の定数がＣであるときに、前記鋳造欠陥の混入状態を下記の式（１）で算出することを特徴とする請求項１に記載の鋳造欠陥を定量化するための測定装置。
前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように前記任意の２点をとり、前記最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を前記第１欠陥サイズとすることを特徴とする請求項２に記載の鋳造欠陥を定量化するための測定装置。
ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するための方法であって、
前記ダイカストの製品部または方案部の一部を切断または破断するステップと、
切断または破断した断面の前記鋳造欠陥の各々の長さを表す第１欠陥サイズを求めるステップと、
前記第１欠陥サイズを２乗または３乗して第２欠陥サイズを算出し、全ての前記第２欠陥サイズを足し合わせて全体欠陥量を算出し、前記全体欠陥量を前記断面の断面積で除算し、任意の定数を乗算するステップとを備える
ことを特徴とする方法。
前記第１欠陥サイズが前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤであり、前記第１欠陥サイズをべき乗する際のべき数αが２または３であり、前記断面内の前記鋳造欠陥の個数がｎ個であり、前記断面の断面積がＡであり、前記任意の定数がＣであるときに、前記鋳造欠陥の混入状態を下記の式（２）で算出することを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように前記任意の２点をとり、前記最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を前記第１欠陥サイズとすることを特徴とする請求項５に記載の方法。
ダイカストの内部に発生した鋳造欠陥を定量化するためのコンピュータプログラムであって、コンピュータに、
前記ダイカストの製品部または方案部の一部を切断または破断した断面の前記鋳造欠陥の各々の長さを表す第１欠陥サイズを２乗または３乗して第２欠陥サイズを算出し、全ての前記第２欠陥サイズを足し合わせて全体欠陥量を算出し、前記全体欠陥量を前記断面の断面積で除算し、任意の定数を乗算するステップを実行させるためのコンピュータプログラム。
前記第１欠陥サイズが前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤであり、前記第１欠陥サイズをべき乗する際のべき数αが２または３であり、前記断面内の前記鋳造欠陥の個数がｎ個であり、前記断面の断面積がＡであり、前記任意の定数がＣであるときに、前記鋳造欠陥の混入状態を下記の式（３）で算出することを特徴とする請求項７に記載のコンピュータプログラム。
前記鋳造欠陥上の任意の２点を結ぶ線の長さＤが最大の長さＤ_ｍａｘとなるように前記任意の２点をとり、前記最大の長さＤ_ｍａｘの値またはそれよりも大きな値を前記第１欠陥サイズとすることを特徴とする請求項８に記載のコンピュータプログラム。
請求項７〜９のいずれか１項に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。