特許 6686588 非接触式歪測定装置及び冷却処理設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6686588

(24)【登録日】2020年4月6日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】非接触式歪測定装置及び冷却処理設備

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20200413BHJP

   G01B 21/32 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/16 Z

   G01B21/32

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-56099(P2016-56099)

(22)【出願日】2016年3月18日

(65)【公開番号】特開2017-172998(P2017-172998A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2019年1月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076473

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100198247

【弁理士】

【氏名又は名称】並河 伊佐夫

(74)【代理人】

【識別番号】100112900

【弁理士】

【氏名又は名称】江間 路子

(72)【発明者】

【氏名】宇野 聡

(72)【発明者】

【氏名】清水 崇行

【審査官】 仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２６２５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５５１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１５２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１９２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−６３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−９０１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−８２２３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

２１／００−２１／３２

Ｂ２２Ｄ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
３次元方向に位置移動可能であり、先端部に前記熱遮蔽体を保持する可動アームと、を備え、
前記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、
前記可動アームは、前記センサが前記対象物の変位を検出可能な位置に、前記熱遮蔽体を移動させることを特徴とする非接触式歪測定装置。

【請求項2】

請求項１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非接触式歪測定装置。

【請求項3】

請求項１，２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非接触式歪測定装置。

【請求項4】

請求項１〜３の何れかにおいて、前記対象物が金型であることを特徴とする非接触式歪測定装置。

【請求項5】

請求項１〜４の何れかにおいて、前記可動アームが前記熱遮蔽体を回転させることを特徴とする非接触式歪測定装置。

【請求項6】

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冷却処理設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−２１９２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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、３次元方向に位置移動可能であり、先端部に前記熱遮蔽体を保持する可動アームと、を備え、前記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、前記可動アームは、前記センサが前記対象物の変位を検出可能な位置に、前記熱遮蔽体を移動させることを特徴とする。

【0009】

請求項２のものは、請求項１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。

【0010】

請求項３のものは、請求項１，２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。
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記対象物が金型であることを特徴とする。
請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記可動アームが前記熱遮蔽体を回転させることを特徴とする。

【0011】

請求項６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。

【0012】

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。

【0013】

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。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。

【0014】

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。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。

【0015】

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。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。そこで本発明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。

【0016】

次に本発明の冷却処理設備は、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。
更に本発明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。
この本発明の冷却処理設備によれば、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。

【発明の効果】

【0017】

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。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態の冷却処理設備の全体構成を示した図である。

【図2】図１の可動アームの先端部を拡大して示した図である。

【図3】図２の可動アームの先端部を回転させた場合の前後の状態を示した図である。

【図4】歪み測定に用いるレーザ光の色と、測定精度との関係を示した図である。

【図5】同実施形態の冷却動作を説明するための図である。

【図6】冷却速度と、金型の焼入れ状態及び最大歪み量の関係を示した図である。

【図7】冷却処理途中に行う歪み量測定の結果の一例を示した図である。

【図8】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。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

但し金型１２は非常な高温であるため、測定距離（図３（Ａ）のＬ_１）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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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Ｌ_２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。

【0034】

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。

【0035】

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Ｌ_２は金型表面から３００ｍｍとした。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【符号の説明】

【0047】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】