(57)【要約】【課題】金属材料からなる鋳型における鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能な溶湯挙動可視化装置を提供する。【解決手段】溶湯挙動可視化装置１に、エックス線を照射するエックス線照射手段２と、金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型３と、照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管４と、該透過画像を撮像する撮像手段５と、該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段６と、該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段７・８・９と、を具備した。【選択図】図１
2006162568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備することを特徴とする溶湯挙動可視化装置。
【請求項２】
前記エックス線照射手段は、エックス線をパルス状に照射することを特徴とする請求項１に記載の溶湯挙動可視化装置。
【請求項３】
前記撮像手段は、前記エックス線照射手段が照射するパルス状のエックス線に同期して開閉するシャッターを具備することを特徴とする請求項２に記載の溶湯挙動可視化装置。
【請求項４】
前記試験用の鋳型の肉厚を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の溶湯挙動可視化装置。
【請求項５】
前記鋳型温度調整手段は、エックス線の透過経路から外れた位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の溶湯挙動可視化装置。
【請求項６】
前記鋳型温度調整手段は、所定の温度の流体を前記試験用の鋳型に接触させることを特徴とする請求項５に記載の溶湯挙動可視化装置。
【請求項７】
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
該試験用の鋳型に照射され、透過したエックス線の強度差に基づいて透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備する溶湯挙動可視化装置を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程と、
該正規画像の特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、
該正規画像の特徴点に基づいて溶湯の移動方向および移動距離を算出する溶湯移動方向・距離算出工程と、
該溶湯の移動方向および移動距離と、溶湯の移動時間と、に基づいて溶湯の移動速度を算出する溶湯移動速度算出工程と、
を具備することを特徴とする溶湯挙動解析方法。
【請求項８】
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
該試験用の鋳型に照射され、透過したエックス線の強度差に基づいて透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備する溶湯挙動可視化装置を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程と、
正規画像の輝度の変化を抽出する輝度変化抽出工程と、
予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、正規画像の輝度の変化と、に基づいて溶湯の流量を算出する溶湯流量算出工程と、
を具備することを特徴とする溶湯挙動解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型の内部に供給された溶湯の挙動を可視化し、解析する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、医療や食品の分野において、エックス線を対象物に照射し、対象物を透過したエックス線の強度に基づいて画像を形成することにより、該対象物の内部の状況を非破壊で観察する方法が知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００３】
また、鋳造品の内部に形成される鋳巣等の欠陥を、エックス線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）により検出する技術も公知となっている。例えば、特許文献２に記載の如くである。
非破壊で鋳造品の内部の欠陥を検出することは、鋳造品の検査工程における検査精度の向上だけでなく、鋳造条件の最適化、ひいては鋳造品の品質の向上に寄与するものである。
しかし、エックス線ＣＴにより鋳造品から得られる欠陥の位置、大きさ、分布等の情報はあくまでも溶湯が凝固した後のものであるため、鋳型の内部における溶湯の流れの状況（溶湯の自由表面の形状およびその移動状況）、あるいは欠陥の発生状況（溶湯へのガスの巻き込み状況）といった鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することができないという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、鋳型に溶湯を供給しつつ該鋳型にエックス線を照射し、テレビカメラ等の撮像手段で動画を撮影することにより、鋳型の内部への溶湯の供給開始から凝固完了までの溶湯の挙動をリアルタイムで観察する技術も検討されている。例えば、非特許文献１に記載の如くである。
【特許文献１】特開２００３−２１５０６５号公報
【特許文献２】特開２００４−０３４１４４号公報
【非特許文献１】社団法人日本鋳造工学会編  鋳造工学  第７６巻（２００４）  第４号  ｐ．３０９−ｐ．３１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際の製造現場で使用される鋳型にエックス線を照射した場合には、エックス線の大半が鋳型を構成する金属材料に吸収され、エックス線の透過量が少なくなる。
その結果、分解能の高い画像を得ることが困難となり、例えば「そこに溶湯が有るか否か」程度の知見しか得ることができず、鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが困難であった。
【０００６】
また、上記非特許文献１においては、実際の製造現場で使用される鋳型を使用した場合の上記問題点を考慮し、エックス線が透過し易いセラミックスや黒鉛からなる試験用の鋳型を用いている。
しかし、セラミックスや黒鉛の熱伝達係数は、鋳型を構成する材料として通常用いられる金属材料の熱伝達係数と異なるため、実際の製造現場で使用される鋳型における溶湯の挙動を精度良く反映していない可能性がある。
【０００７】
本発明は以上の如き状況に鑑み、金属材料からなる鋳型における鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能な溶湯挙動可視化装置および溶湯挙動解析方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備するものである。
【００１０】
請求項２においては、
前記エックス線照射手段は、
エックス線をパルス状に照射するものである。
【００１１】
請求項３においては、
前記撮像手段は、
前記エックス線照射手段が照射するパルス状のエックス線に同期して開閉するシャッターを具備するものである。
【００１２】
請求項４においては、
前記試験用の鋳型の肉厚を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下とするものである。
【００１３】
請求項５においては、
前記鋳型温度調整手段は、
エックス線の透過経路から外れた位置に配置されるものである。
【００１４】
請求項６においては、
前記鋳型温度調整手段は、
所定の温度の流体を前記試験用の鋳型に接触させるものである。
【００１５】
請求項７においては、
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
該試験用の鋳型に照射され、透過したエックス線の強度差に基づいて透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備する溶湯挙動可視化装置を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程と、
該正規画像の特徴点を抽出する特徴点抽出工程と、
該正規画像の特徴点に基づいて溶湯の移動方向および移動距離を算出する溶湯移動方向・距離算出工程と、
該溶湯の移動方向および移動距離と、溶湯の移動時間と、に基づいて溶湯の移動速度を算出する溶湯移動速度算出工程と、
を具備するものである。
【００１６】
請求項８においては、
エックス線を照射するエックス線照射手段と、
金属材料からなり、該エックス線照射手段により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型と、
該試験用の鋳型に照射され、透過したエックス線の強度差に基づいて透過画像を結像する撮像管と、
該透過画像を撮像する撮像手段と、
該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給する溶湯供給手段と、
該試験用の鋳型の温度を調整する鋳型温度調整手段と、
を具備する溶湯挙動可視化装置を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程と、
正規画像の輝度の変化を抽出する輝度変化抽出工程と、
予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、正規画像の輝度の変化と、に基づいて溶湯の流量を算出する溶湯流量算出工程と、
を具備するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１８】
請求項１においては、金属材料からなる鋳型における鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
【００１９】
請求項２においては、エックス線照射手段のターゲットの発熱量を抑えつつ、照射時のエックス線の強度を向上させることが可能である。
【００２０】
請求項３においては、鋳型の内部の溶湯の挙動が高速であってもぶれが少ない静止画像として取得することが可能であり、鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
【００２１】
請求項４においては、鋳型の強度を確保しつつ、十分にエックス線を透過させることが可能である。
【００２２】
請求項５においては、鋳型温度調整手段が鋳型を透過するエックス線の量を減少させることが無い。
【００２３】
請求項６においては、鋳型温度調整手段をエックス線の透過経路から外れた位置に配置した場合でも、鋳型において透過経路と重なる部分の温度調整を容易に行うことが可能である。
【００２４】
請求項７においては、鋳型の内部に供給される溶湯の移動速度を精度良く検出することが可能であり、鋳型の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
【００２５】
請求項８においては、鋳型の内部に供給される溶湯の流量を精度良く検出することが可能であり、鋳型の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下では図１および図２を用いて本発明の溶湯挙動可視化装置の実施の一形態である溶湯挙動可視化装置１の全体構成について説明する。
ここで、本出願における「溶湯」とは、溶融状態の金属材料を指すものとする。本実施例における溶湯は溶融状態のアルミニウムからなるが、本発明は鋳鉄等の他の金属材料からなる溶湯に対しても適用可能である。
また、本出願における「溶湯の挙動」とは、溶湯の移動方向、溶湯の移動距離、溶湯の移動速度、鋳型の内部の所定の地点における溶湯厚さおよびこれらの時間変化を含むものとする。
【００２７】
溶湯挙動可視化装置１は、主にエックス線パルス源２、鋳型３、撮像管４、ＴＶカメラ５、ダイカスト装置６、ヒーター７、バーナー８、クーラー９、制御装置１０等を具備する。
【００２８】
エックス線パルス源２は、本発明に係るエックス線照射手段の実施の一形態であり、エックス線をパルス状に照射するものである。
エックス線パルス源２は、タングステン等からなるターゲットを具備するエックス線管と、該エックス線管にパルス状の直流電流を供給する電源装置と、を具備する。
【００２９】
鋳型３は、本発明に係る試験用の鋳型の実施の一形態であり、その内部空間であるキャビティに供給された溶湯を凝固することにより所定の形状の鋳造品を成形するものである。
鋳型３にはエックス線パルス源２によりエックス線がパルス状に照射される。
鋳型３は鋳型の内部に供給された溶湯の挙動を可視化するために用いられる鋳型であり、キャビティの形状を、対象となる実際の製造現場で使用される鋳型のキャビティの形状と略同じとしている。
【００３０】
図２に示す如く、本実施例の鋳型３は、プレート３１、プレート３２等を具備する。
プレート３１は略矩形の板状の部材であり、その周縁部には型枠３１ａが設けられている。同様に、プレート３２は略矩形の板状の部材であり、その周縁部には型枠３２ａが設けられている。プレート３１およびプレート３２は、鋳型を構成する通常の材料である鉄鋼材料、例えば熱間金型用鋼であるＳＫＤ６等からなる。
プレート３１とプレート３２とを重ねて型枠３１ａと型枠３２ａとをボルト等で締結することにより、プレート３１とプレート３２との間に、鋳造品に対応する形状のキャビティ３３が形成される。
【００３１】
プレート３１のエックス線透過方向の肉厚Ｔ１およびプレート３２のエックス線透過方向の肉厚Ｔ２は、所定の範囲に定められる。
ここで、上記「所定の範囲」の上限値は鋳型３に要求されるエックス線の透過量に基づいて定められ、下限値は鋳型３に要求される強度に基づいて定められる。すなわち、プレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２は、エックス線パルス源２によりパルス状に照射されるエックス線が十分に透過し、かつ、プレート３１・３２が温度および圧力の影響で変形しない十分な強度を有する範囲に定められる。
具体的には、本実施例のプレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２はそれぞれ２ｍｍとしている。実験の結果から、プレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２はそれぞれ１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが望ましい。
また、プレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２は、少なくともエックス線の透過経路１００に重なっている部分については略均一とすることが好ましい。これは、鋳型３に起因するエックス線の透過量の減少量を鋳型３の位置に関わらず略均一とするためである。
【００３２】
撮像管４は本発明に係る撮像管の実施の一形態であり、エックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像するものである。
本実施例の撮像管４は、入口側から出口側に拡径した筒状の胴体と、該胴体の入口側に設けられ、イメージインテンシファイアと呼ばれる蛍光体が表面に塗布されたレンズと、該胴体の入口側に設けられた二次蛍光面と、を具備する。
鋳型３に照射され、透過したエックス線が撮像管４のレンズに塗布された蛍光体に照射されると、該蛍光体はエックス線の強度に応じて電子を放出し、当該電子が二次蛍光面に衝突して二次蛍光面が可視光を発することにより透過画像が結像される。
【００３３】
なお、撮像管４の構成は本実施例に限定されず、照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して結像可能であれば他の構成でも良い。
【００３４】
ＴＶカメラ５は本発明に係る撮像手段の実施の一形態であり、撮像管４が結像した透過画像を撮像するものである。
ＴＶカメラ５は透過画像を動画として取得することが可能である。また、ＴＶカメラ５はエックス線パルス源２が照射するパルス状のエックス線に同期して開閉する（より厳密には、エックス線パルス源２がエックス線を照射しているときに開き、エックス線パルス源２がエックス線を照射していないときに閉じる）図示せぬシャッターを具備する。
なお、本出願における撮像手段は本実施例の如き通常のＴＶカメラに限定されず、ＣＣＤカメラ等の他のカメラでも良い。
また、本実施例のＴＶカメラ５においてシャッターが開いている時間は２０μｓｅｃ程度であるが、エックス線の強度や撮像手段の種類に応じて適宜選択することが望ましい。
【００３５】
ダイカスト装置６は本発明に係る溶湯供給手段の実施の一形態であり、鋳型３の内部、すなわちキャビティ３３に溶湯を供給するものである。
ダイカスト装置６は主として油圧シリンダ６１、溶湯シリンダ６２、溶湯経路６３等を具備する。
油圧シリンダ６１は油圧で作動する油圧アクチュエータである。溶湯シリンダ６２は筒状のシリンダ内にピストンが設けられており、該ピストンは油圧シリンダ６１のシリンダロッドの端部に設けられる。溶湯シリンダ６２のシリンダの内部空間において、ピストンを挟んで油圧シリンダ６１の反対側の空間は、溶湯が充填される溶湯室である。
溶湯経路６３は鋳型３のキャビティ３３と溶湯シリンダ６２の溶湯室とを接続する配管である。
油圧シリンダ６１を作動させることにより、溶湯シリンダ６２の溶湯室に充填された溶湯は、溶湯経路６３を経て鋳型３のキャビティ３３に供給される。
【００３６】
なお、本発明に係る溶湯供給手段は本実施例のダイカスト装置６に限定されるものではなく、鋳型の内部に溶湯を供給可能であれば他の構成でも良い。
また、本発明に係る溶湯供給手段は、溶湯を加圧して鋳型に供給するダイカスト鋳造、鋳型の内部を減圧して溶湯を吸引することにより鋳型の内部に溶湯を供給する吸引鋳造、あるいは溶湯の自重で鋳型内に溶湯を供給する重力鋳造等、種々の鋳造方法に適用可能である。
【００３７】
ヒーター７は本発明に係る鋳型温度調整手段の実施の一形態であり、図２に示す如く、鋳型３の型枠３１ａ・３２ａの外周部に巻回された発熱体である。
ヒーター７は自身が発熱することにより、鋳型３の温度を調整する（より厳密には、鋳型３の温度を上昇させる）ことが可能である。
【００３８】
バーナー８は本発明に係る鋳型温度調整手段の実施の一形態であり、図１および図２に示す如く、高温の流体たる燃焼ガスを鋳型３に吹き付けて接触させることにより、鋳型３の温度を調整する（より厳密には、鋳型３の温度を上昇させる）ことが可能である。
【００３９】
クーラー９は本発明に係る鋳型温度調整手段の実施の一形態であり、図１および図２に示す如く、低温の流体たる冷気を鋳型３に吹き付けて接触させることにより、鋳型３の温度を調整する（より厳密には、鋳型３の温度を下降させる）ことが可能である。
【００４０】
ヒーター７、バーナー８およびクーラー９は、いずれもエックス線パルス源２により照射されるエックス線の透過経路１００から外れた位置に配置される。
【００４１】
なお、本発明に係る鋳型温度調整手段は本実施例のヒーター７、バーナー８およびクーラー９に限定されず、鋳型の温度を調整（上昇または下降）することが可能であれば、他の構成でも良い。
また、本実施例では、バーナー８およびクーラー９はプレート３２側からのみ燃焼ガスまたは冷気を吹き付ける構成としているが、プレート３１側からのみ吹き付ける構成としても、プレート３１およびプレート３２の両側から吹き付ける構成としても良い。
さらに、鋳型３の鋳造時の温度分布を、対象となる実際の製造現場で使用される鋳型の鋳造時の温度分布と略同じとすることが可能であれば、ヒーター７、バーナー８およびクーラー９の一部または全部を省略することも可能である。
【００４２】
制御装置１０はエックス線パルス源２、ＴＶカメラ５、ダイカスト装置６、ヒーター７、バーナー８、クーラー９に接続され、これらの動作を制御する。なお、制御装置１０は鋳型３に設けられ、鋳型３の各部の温度を検出する図示せぬ温度センサと接続されており、当該温度センサから取得した鋳型３の各部の温度に基づいて、ヒーター７、バーナー８、クーラー９の動作を制御する。
本実施例の制御装置１０は、市販のパーソナルコンピュータやワークステーションを用いて達成することが可能である。
【００４３】
以上の如く、本実施例の溶湯挙動可視化装置１は、
エックス線を照射するエックス線パルス源２と、
金属材料からなり、エックス線パルス源２により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型３と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管４と、
該透過画像を撮像するＴＶカメラ５と、
該鋳型３の内部に溶湯を供給するダイカスト装置６と、
該鋳型３の温度を調整するヒーター７、バーナー８およびクーラー９と、
を具備するものである。
【００４４】
このように構成することにより、鋳型３を透過するエックス線の量を十分に確保し、鋳型３の内部に供給される溶湯のエックス線透過方向の厚さを、撮像手段により撮像される透過画像の輝度として精度良く検出することが可能である。
従って、金属材料からなる鋳型における鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
【００４５】
なお、本実施例の場合、鋳型３の肉厚を実際の製造現場で使用される鋳型の肉厚よりも薄くしているが、鋳型温度調整手段であるヒーター７、バーナー８およびクーラー９により、試験用の鋳型３の鋳造時の温度分布を、実際の製造現場で使用される鋳型の鋳造時の温度分布と略同じとすることが可能である。
従って、鋳型３における溶湯の挙動は、実際の製造現場で使用される鋳型における溶湯の挙動を精度良く反映したものとなり、溶湯挙動可視化装置１により得られた溶湯の挙動に関するデータの信頼性が向上する。
【００４６】
また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のエックス線パルス源２は、
エックス線をパルス状に照射するものである。
【００４７】
このように構成することにより、エックス線パルス源２が具備するエックス線管のタングステン等からなるターゲットの発熱量を抑えつつ、照射時のエックス線の強度を向上させることが可能である。
結果として、鋳型３を透過するエックス線の量を多くして撮像手段により撮像される透過画像のコントラストを大きくすることが可能である。
【００４８】
また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のＴＶカメラ５は、エックス線パルス源２が照射するパルス状のエックス線に同期して開閉する図示せぬシャッターを具備するものである。
【００４９】
このように構成することにより、鋳型３の内部の溶湯の挙動が高速であってもぶれが少ない静止画像として取得することが可能であり、鋳造中の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
また、ＴＶカメラ５が透過画像を撮像するときのみＴＶカメラ５の撮像素子に可視光が照射されることから、撮像された透過画像のデータに含まれる統計的なノイズが低減され、ＴＶカメラ５により撮像された透過画像のＳ／Ｎ比が向上する。
【００５０】
本実施例の溶湯挙動可視化装置１は、
試験用の鋳型３の肉厚（より厳密には、図２に示すプレート３１の肉厚Ｔ１およびプレート３２の肉厚Ｔ２）を、１ｍｍ以上３ｍｍ以下とするものである。
【００５１】
このように構成することにより、鋳型３の強度を確保しつつ、十分にエックス線を透過させることが可能である。
【００５２】
また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のヒーター７、バーナー８およびクーラー９は、
エックス線の透過経路１００から外れた位置に配置されるものである。
【００５３】
このように構成することにより、ヒーター７、バーナー８およびクーラー９が鋳型３を透過するエックス線の量を減少させることが無い。
【００５４】
また、本実施例の溶湯挙動可視化装置１のバーナー８およびクーラー９は、高温の燃焼ガスや低温の冷気等の所定の温度の流体を試験用の鋳型３に吹き付けることにより接触させるものである。
このように構成することにより、バーナー８およびクーラー９をエックス線の透過経路１００から外れた位置に配置した場合でも、鋳型３において透過経路１００と重なる部分の温度調整を容易に行うことが可能である。
【００５５】
以下では、図１、図２および図３を用いて溶湯挙動可視化装置１を用いて行う溶湯挙動解析方法の実施例について説明する。
【００５６】
本実施例の溶湯挙動解析方法は、主に非鋳造時撮像工程Ｓ１００、基準画像作成工程Ｓ１１０、鋳造時撮像工程Ｓ２００、正規画像作成工程Ｓ３００、特徴点抽出工程Ｓ４００、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０、溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０、輝度変化抽出工程Ｓ５００、溶湯流量算出工程Ｓ５１０等を具議する。
なお、本実施例は制御装置１０に上記溶湯挙動解析方法を行うためのプログラムを格納する構成としたが、上記溶湯挙動解析方法を行うためのプログラムを別の制御装置に格納し、制御装置１０との間で必要なデータを相互に転送可能とする構成としても良い。
【００５７】
非鋳造時撮像工程Ｓ１００は、鋳型３の内部に溶湯が無い時、すなわち非鋳造時の透過画像を撮像する工程である。
【００５８】
非鋳造時撮像工程Ｓ１００において、制御装置１０は、エックス線パルス源２によりエックス線をパルス状に照射し、キャビティ３３に溶湯が供給されていない状態の鋳型３を透過したエックス線により撮像管４に結像された透過画像をＴＶカメラ５で撮像し、該透過画像に係る画像データを取得する。
ここで、「画像データ」とは、撮像手段たるＴＶカメラ５の各画素の座標と、各画素で検出した可視光の輝度と、を含むデータであり、通常は撮像時の走査順に輝度を配列することにより、各画素の座標に係るデータを省略可能としたものである。
本実施例の場合、制御装置１０は上記非鋳造時の透過画像を撮像する動作を複数回行う。
非鋳造時撮像工程Ｓ１００が終了したら、基準画像作成工程Ｓ１１０に移行する。
【００５９】
基準画像作成工程Ｓ１１０は、非鋳造時撮像工程Ｓ１００において撮像された複数回分の非鋳造時の透過画像に基づいて、基準画像を作成する工程である。
【００６０】
基準画像作成工程Ｓ１１０において、制御装置１０は、複数回分の非鋳造時の透過画像の各画素に対応する輝度の平均値を算出し、撮像時の走査順に該平均値を配列することにより基準画像に係る画像データＭ（ｉ，ｊ）を作成する。ここで、（ｉ，ｊ）は各画素の座標を表す。
基準画像作成工程Ｓ１１０が終了したら、正規画像作成工程Ｓ３００に移行する。
【００６１】
鋳造時撮像工程Ｓ２００は、鋳型３に溶湯を供給している時、すなわち鋳造時の透過画像を撮像する工程である。
【００６２】
鋳造時撮像工程Ｓ２００において、制御装置１０は、ヒーター７、バーナー８およびクーラー９を作動させて鋳型３を所定の（実際の製造現場で使用される鋳型と略同じ）温度分布に保持する。その後、制御装置１０はダイカスト装置６を作動させて溶湯を鋳型３のキャビティ３３に供給しつつ、エックス線パルス源２により鋳型３にエックス線をパルス状に照射し、鋳型３を透過したエックス線により撮像管４に結像された透過画像をＴＶカメラ５で撮像し、該透過画像に係る画像データＳ（ｉ，ｊ）を取得する。
なお、本実施例では、制御装置１０は、エックス線パルス源２が照射するパルス状のエックス線に同期して高速度（露光時間；約２０μｓｅｃ）でシャッターを開閉しつつ、ＴＶカメラ５により鋳造の開始から終了まで（溶湯が全て凝固するまで）透過画像を連続的に撮像する。
鋳造時撮像工程Ｓ２００が終了したら、正規画像作成工程Ｓ３００に移行する。
【００６３】
正規画像作成工程Ｓ３００は、基準画像作成工程Ｓ１１０において作成された基準画像と、鋳造時撮像工程Ｓ２００において撮像された鋳造時の透過画像と、に基づいて正規画像を作成する工程である。
【００６４】
正規画像作成工程Ｓ３００において、制御装置１０は、基準画像に係る画像データＭ（ｉ，ｊ）と、鋳造時の透過画像に係る画像データＳ（ｉ，ｊ）と、に基づいて正規画像に係る画像データＮ（ｉ，ｊ）を作成する。ここで、画像データＭ（ｉ，ｊ）、画像データＳ（ｉ，ｊ）および画像データＮ（ｉ，ｊ）の間には、以下の式（１）が成立する。
Ｎ（ｉ，ｊ）＝Ａ×Ｓ（ｉ，ｊ）／Ｍ（ｉ，ｊ）    式（１）
ここで、式（１）中のＡは指定ダイナミックレンジを表す。
正規画像は、鋳造時の撮像画像から鋳型によるエックス線吸収の影響を除去したものであり、鋳型の内部に供給される溶湯を透過するエックス線の量、ひいてはエックス線の透過方向の溶湯の厚さを反映したものである。
なお、本実施例では、制御装置１０は、時系列的に撮像された鋳造中の透過画像のそれぞれについて正規画像を作成する。
正規画像作成工程Ｓ３００が終了したら、特徴点抽出工程Ｓ４００および輝度変化抽出工程Ｓ５００に移行する。
【００６５】
特徴点抽出工程Ｓ４００は、正規画像作成工程Ｓ３００において作成された正規画像の特徴点を抽出する工程である。
【００６６】
特徴点抽出工程Ｓ４００において、制御装置１０は、同一の正規画像の中で最も輝度が高い部分に隣接し、かつ該部分よりも輝度が低くなっている部分、すなわち溶湯の自由表面に対応すると考えられる部分、あるいは、周囲に比べて輝度が高い（明るい）部分、すなわち溶湯に巻き込まれた気泡に対応すると考えられる部分等を「特徴点」として抽出する。
特徴点抽出工程Ｓ４００が終了したら、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０に移行する。
【００６７】
溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０は、特徴点抽出工程Ｓ４００において抽出された正規画像の特徴点に基づいて溶湯の移動方向および移動距離を算出する工程である。
【００６８】
溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０において、制御装置１０は、時刻の異なる二つの正規画像の間で対応する特徴点の座標を比較することにより、特徴点の移動方向および移動距離を算出し、これを鋳型３の内部に供給された溶湯の移動方向および移動距離とする。
溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０が終了したら、溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０に移行する。
【００６９】
溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０は、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０において算出された溶湯の移動方向および移動距離と、溶湯の移動時間と、に基づいて溶湯の移動速度を算出する工程である。
【００７０】
溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０において、制御装置１０は、溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０において算出された特徴点の移動方向および移動距離と、二つの正規画像の間の時刻差（より厳密には、該二つの正規画像の基となった二つの鋳造時の透過画像が撮像された時刻差）と、に基づいて特徴点の移動速度を算出し、これを溶湯の移動速度、あるいは、溶湯の内部に巻き込まれた気泡の移動速度とする。
【００７１】
輝度変化抽出工程Ｓ５００は、正規画像の輝度の変化を抽出する工程である。
【００７２】
輝度変化抽出工程Ｓ５００において、制御装置１０は、時刻の異なる二つの正規画像の間で対応する画素の輝度差を算出することにより、当該画素の輝度の変化を抽出する。
輝度変化抽出工程Ｓ５００が終了したら、溶湯流量算出工程Ｓ５１０に移行する。
【００７３】
溶湯流量算出工程Ｓ５１０は、予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、正規画像の輝度の変化と、に基づいて溶湯の流量を算出する工程である。
【００７４】
溶湯流量算出工程Ｓ５１０において、制御装置１０は、予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、前記輝度変化抽出工程Ｓ５００において抽出された正規画像の輝度の変化と、に基づいて二つの正規画像の間における溶湯の厚さの変化を算出する。
次に、制御装置１０は、エックス線透過方向に垂直な方向の溶湯の面積と、当該溶湯の厚さの変化と、の積を算出することにより、二つの正規画像の間における溶湯の体積の変化を算出する。
最後に、制御装置１０は、溶湯の体積の差と、二つの正規画像の時刻差と、に基づいて単位時間当たりの溶湯の体積変化、すなわち鋳型３に供給される溶湯の流量を算出する。
【００７５】
なお、「溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係」は、例えば、キャビティのエックス線透過方向のキャビティの幅（厚さ）が異なる鋳型を複数用意し、これらに溶湯を満たした状態でそれぞれ透過画像を撮像し、各透過画像を正規化する（当該透過画像と基準画像とに基づいて正規画像を作成する）ことにより求められる。
【００７６】
以上の如く、本実施例の溶湯挙動解析方法は、
エックス線を照射するエックス線パルス源２と、
金属材料からなり、エックス線パルス源２により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型３と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管４と、
該透過画像を撮像するＴＶカメラ５と、
該鋳型３の内部に溶湯を供給するダイカスト装置６と、
該鋳型３の温度を調整するヒーター７、バーナー８およびクーラー９と、
を具備する溶湯挙動可視化装置１を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型３の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型３の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程Ｓ３００と、
該正規画像の特徴点を抽出する特徴点抽出工程Ｓ４００と、
該正規画像の特徴点に基づいて溶湯の移動方向および移動距離を算出する溶湯移動方向・距離算出工程Ｓ４１０と、
該溶湯の移動方向および移動距離と、溶湯の移動時間と、に基づいて溶湯の移動速度を算出する溶湯移動速度算出工程Ｓ４２０と、
を具備するものである。
【００７７】
このように構成することにより、鋳型３の内部に供給される溶湯の移動速度を精度良く検出することが可能であり、鋳型３の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
【００７８】
また、本実施例の溶湯挙動解析方法は、
エックス線を照射するエックス線パルス源２と、
金属材料からなり、エックス線パルス源２により照射されたエックス線が透過可能な所定の肉厚を有する試験用の鋳型３と、
照射されたエックス線の強度を可視光の強度に変換して透過画像を結像する撮像管４と、
該透過画像を撮像するＴＶカメラ５と、
該鋳型３の内部に溶湯を供給するダイカスト装置６と、
該鋳型３の温度を調整するヒーター７、バーナー８およびクーラー９と、
を具備する溶湯挙動可視化装置１を用いて行う溶湯挙動解析方法であって、
前記試験用の鋳型３の内部に溶湯が無い時に撮像された透過画像に基づいて作成された基準画像と、該試験用の鋳型３の内部に溶湯を供給している時に撮像された透過画像と、に基づいて正規画像を作成する正規画像作成工程Ｓ３００と、
正規画像の輝度の変化を抽出する輝度変化抽出工程Ｓ５００と、
予め取得された溶湯のエックス線透過方向の厚さと輝度との関係と、正規画像の輝度の変化と、に基づいて溶湯の流量を算出する溶湯流量算出工程Ｓ５１０と、
を具備するものである。
【００７９】
このように構成することにより、鋳型３の内部に供給される溶湯の流量を精度良く検出することが可能であり、鋳型３の内部の溶湯の挙動を精度良く把握することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る溶湯挙動可視化装置の実施の一形態を示す模式図。
【図２】本発明に係る試験用の鋳型を示す側面断面図。
【図３】本発明に係る溶湯挙解析方法の実施の一形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【００８１】
１    溶湯挙動可視化装置
２    エックス線パルス源（エックス線照射手段）
３    鋳型
４    撮像管
５    ＴＶカメラ（撮像手段）
６    ダイカスト装置（溶湯供給手段）
７    ヒーター（鋳型温度調整手段）
８    バーナー（鋳型温度調整手段）
９    クーラー（鋳型温度調整手段）
【図１】
2006162568.tif 000003
【図２】
2006162568.tif 000004
【図３】
2006162568.tif 000005