(57)【要約】【課題】型内において流体が巻き込んでいる空気の量を精度よく算出することが可能な空気巻き込み量算出方法を提供すること。【解決手段】本発明の空気巻き込み量算出方法は、着色した流体１１を無色透明な型１０に注入するステップＳ１と、型１０に注入された流体１１の流れを撮影するステップＳ２と、撮影された流体１１の濃淡のレベルに応じて色濃度の閾値を設定するステップＳ３と、撮影された流体１１の色濃度を設定された閾値を用いて多値化するステップＳ４と、多値化された色濃度を用いて、流体１１に巻き込まれている空気の量を算出するステップＳ５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
型内における空気の巻き込み量を算出する方法であって、
着色した流体を無色透明な型に注入するステップと、
前記型に注入された流体の流れを撮影するステップと、
前記撮影された流体の濃淡のレベルに応じて色濃度の閾値を設定するステップと、
前記撮影された流体の色濃度を前記設定された閾値を用いて多値化するステップと、
前記多値化された色濃度を用いて、前記流体に巻き込まれている空気の量を算出するステップと、を備える、
空気巻き込み量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気巻き込み量算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶湯を型に流し込んで鋳物を製造する鋳造技術では、溶湯を型に注入する際に、溶湯に空気が巻き込まれ、この巻き込まれた空気が原因で鋳物に欠陥が生じる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、このような欠陥の発生を防止するために、溶湯に空気が巻き込まれる様子を、コンピューターシミュレーションを用いて予め調べる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９６１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている技術では、スリーブ内における溶湯の流れを解析し、溶湯中に空気が巻き込まれる挙動をシミュレーションしている。
【０００６】
しかしながら、鋳物に生じる欠陥を精度よくシミュレーションするためには、型内における溶湯の挙動をモデル化し、型内において溶湯が巻き込んでいる空気の量を精度よく算出する必要がある。すなわち、モデル化した型内において流体が巻き込んでいる空気の量を実際に測定し、この測定結果を用いてコンピューターシミュレーションの評価を行うことで、コンピューターシミュレーションの精度を向上させることができる。このためには、モデル化した型内において流体が巻き込んでいる空気の量を精度よく算出する必要がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、型内において流体が巻き込んでいる空気の量を精度よく算出することが可能な空気巻き込み量算出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、型内における空気の巻き込み量を算出する方法であって、着色した流体を無色透明な型に注入するステップと、前記型に注入された流体の流れを撮影するステップと、前記撮影された流体の濃淡のレベルに応じて色濃度の閾値を設定するステップと、前記撮影された流体の色濃度を前記設定された閾値を用いて多値化するステップと、前記多値化された色濃度を用いて、前記流体に巻き込まれている空気の量を算出するステップと、を備える。
【０００９】
本発明にかかる空気巻き込み量算出方法では、着色した流体を無色透明な型に注入し、流体の濃淡のレベルに応じて色濃度の閾値を設定している。そして、この閾値を用いて流体の色濃度を多値化し、この多値化された色濃度を用いて、流体に巻き込まれている空気の量を算出している。よって、型内において流体が巻き込んでいる空気の量を精度よく算出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、型内において流体が巻き込んでいる空気の量を精度よく算出することが可能な空気巻き込み量算出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態にかかる空気巻き込み量算出装置を表す全体図である。
【図２】実施の形態にかかる空気巻き込み量算出方法のフローチャートである。
【図３】実施の形態にかかる空気巻き込み量算出方法における閾値設定処理の一例を示す図である。
【図４】実施の形態にかかる空気巻き込み量算出方法における多値化処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態にかかる空気巻き込み量算出方法を実施するための装置（空気巻き込み量算出装置）を表す全体図である。図１に示すように、空気巻き込み量算出装置１は、型１０、プランジャー１２、板１３、スリーブ１５、カメラ２０、及び演算部２１を備える。
【００１４】
型１０は、無色透明な材料で構成されており、内部に空洞を有する。例えば、型１０は、透明なアクリル樹脂を用いて構成することができる。スリーブ１５は、内部に空洞を有し、湯口１４を介して型１０の内部の空洞と空間的につながっている。スリーブ１５の内部には、プランジャー１２が設けられており、スリーブ１５の内面をプランジャー１２がＸ方向にスライドすることで、流体１１がスリーブ１５の内部から湯口１４を介して型１０の内部に注入される。
【００１５】
本実施の形態では、溶湯を鋳型に注入した際に溶湯に空気が巻き込まれる挙動をモデル化するので、型１０の形状は、モデル化しようとする鋳型の形状に対応する形状とすることが好ましい。ここで、型１０の内部の空洞の形状は、鋳型のキャビティの形状に対応している。
【００１６】
本実施の形態において、流体１１は着色されている。また、型１０の背面側、つまり、カメラ２０が配置されている側とは逆側の面側には、板１３が配置さている。よって、カメラ２０で型１０を撮影した際、型１０の内部おいて流体１１が存在する箇所が着色してみえる。
【００１７】
ここで、流体１１は、空気と流体１１との色差をつけることができ、かつ、流体１１中における空気の量を流体１１の色濃度で表すことができるように着色されている。つまり、流体１１は、濁度（明度）に影響を及ぼさない着色剤で着色されており、堆積量に応じて堆積方向の色濃度が変化する。よって、流体１１に巻き込まれている空気の量に応じて、型１０をカメラ２０側からみた際の流体１１の色濃度の濃淡が変化するため、型１０の内部において流体１１が巻き込んでいる空気の量を観察することができる。
【００１８】
例えば、流体１１には水を用いることができ、着色剤には水性インク等を用いることができる。また、例えば、板１３には白色の板を用いることができる。白色の板１３を用いることで、型１０の内部の流体１１の濃淡を正確に撮影することができる。
【００１９】
なお、板１３の色は白色に限定されることはなく、型１０の内部の流体１１の濃淡を正確に撮影することができる色であれば、どのような色であってもよい。また、板１３の色は、型１０と対向する面において均一であることが好ましい。また、図１では、型１０と板１３とを離間して配置した例を示したが、本実施の形態では、型１０と板１３とを接するように配置してもよい。
【００２０】
カメラ２０は、型１０の正面側、つまり、板１３が配置されている側とは逆側の面側に配置さている。カメラ２０は、型１０の正面の画像を撮影し、撮影した画像データを演算部２１に出力する。
【００２１】
演算部２１は、カメラ２０から供給された画像データに対して画像処理を施す。具体的には、演算部２１は、カメラ２０から供給された画像データに基づいて、色濃度の閾値を設定する処理（図２のステップＳ３参照）、及び多値化処理（ステップＳ４参照）を実施する。また、演算部２１は、多値化された色濃度を用いて、流体１１に巻き込まれている空気の量を算出する処理（ステップＳ５参照）を実施する。
【００２２】
次に、空気巻き込み量算出方法について、図２に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００２３】
まず、図１に示すように、着色した流体１１を無色透明な型１０に注入する（ステップＳ１）。具体的には、プランジャー１２をＸ方向にスライドさせて、スリーブ１５の内部から湯口１４を介して型１０の内部に流体１１を注入する。プランジャー１２をＸ方向にスライドさせる際は、例えば、プランジャー１２をスライドさせるスライド機構（不図示）を設けて、演算部２１の指示に応じてスライド機構を動作させるようにしてもよい。また、人手によってプランジャー１２をＸ方向にスライドさせてもよい。
【００２４】
ステップＳ１を実施すると同時に、型１０に注入されている流体１１の流れをカメラ２０を用いて撮影する（ステップＳ２）。つまり、型１０に流体１１が注入される際、流体１１に空気が巻き込まれる。本実施の形態では、流体１１に巻き込まれている空気の量に応じて流体１１の色濃度の濃淡が変化するため、型１０の内部において流体１１が巻き込んでいる空気の量を観察することができる。
【００２５】
ここで、カメラ２０で撮影された画像における流体１１の色濃度は、流体１１のＸ方向（換言すると、型１０の厚さ方向）における堆積量に比例している。よって、カメラ２０を用いて流体１１の流れを撮影し、撮影した画像の色濃度を定量化することで、流体１１が巻き込んでいる空気の量を定量化することができる。
【００２６】
次に、ステップＳ２で撮影された流体１１の濃淡のレベルに応じて色濃度の閾値を設定する（ステップＳ３）。具体的には、型１０に流体１１を注入する前、つまり、型１０が空気で満たされているときの撮影画像における色濃度を色濃度０％とする。また、型１０を流体１１で満たしたとき、つまり、空気が存在しないときの撮影画像における色濃度を色濃度１００％とする。そして、色濃度０％と色濃度１００％との間に、少なくとも１つの閾値を設定する。複数の閾値を設定する場合、閾値間の色濃度は等分されていることが望ましい。また、設定する閾値の数に制限はなく、設定する閾値の数が多いほど空気の巻き込み量を精度よく算出することができる。ステップＳ３の処理は、演算部２１で画像処理ソフトを実行することで実施することができる。
【００２７】
図３は、閾値設定処理の一例を示す図である。図３に示す例では、色濃度が２０％、４０％、６０％、８０％である点を閾値として設定している。４つの閾値を設定したことにより、撮影画像を５つの領域に分けることができる。ここで、各領域を色濃度が薄いものから順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと定義する。また、各領域において流体が占める割合を領域Ａ：０％、領域Ｂ：２５％、領域Ｃ：５０％、領域Ｄ：７５％、領域Ｅ：１００％と定義する。なお、各領域Ａ〜Ｅにおいて流体が占める割合は、空気巻き込み量算出処理を実施するユーザが任意に決定することができる値である。
【００２８】
なお、色濃度の閾値を設定する処理（ステップＳ３）は、図２に示すフローチャートの処理を行う前に予め実施しておいてもよい。つまり、型１０が空気で満たされている状態の撮影画像（色濃度０％）と型１０が流体１１で満たされている状態の撮影画像（色濃度１００％）を予め撮影しておき、これらの撮影画像を用いて予め色濃度の閾値を設定してもよい。
【００２９】
次に、撮影された流体１１の色濃度を、設定された閾値を用いて多値化する（ステップＳ４）。つまり、ステップＳ３で設定した色濃度の閾値に従って、撮影画像に多値化処理を施す。具体的には、撮影画像に画像処理を施して、撮影画像における色濃度を判定する。そして、ステップＳ３で設定した閾値に従って撮影画像を複数の領域に分割し、各領域を多値化する。このとき分割された領域は、図３に示した領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのいずれかに分類される。ステップＳ４の処理は、演算部２１で画像処理ソフトを実行することで実施することができる。
【００３０】
図４は多値化処理の一例を示す図である。図４の左図はカメラ２０で撮影された原画像であり、右図は多値化処理後の画像である。図４の右図に示す多値化処理後の画像では、図３で設定した４つの閾値（２０％、４０％、６０％、８０％）に従って、５つの領域Ａ〜Ｅに多値化されている。図４の例では、各領域Ａ〜Ｅをハッチングによって区別しているが、多値化処理後の各領域Ａ〜Ｅは、カラーによって区別してもよい。
【００３１】
次に、多値化された色濃度を用いて、流体１１に巻き込まれている空気の量（流体１１と空気との比率でもよい）を算出する（ステップＳ５）。つまり、ステップＳ４において多値化された色濃度は、型１０の内部の各領域において流体１１が巻き込んでいる空気の量に対応している。よって、多値化された色濃度を用いて、流体１１に巻き込まれている空気の量を算出することで、型１０の内部の各領域において流体１１が空気を巻き込んでいる挙動を定量的に分析することができる。
【００３２】
具体的には、多値化後の撮影画像における各領域Ａ〜Ｅの面積に、各領域Ａ〜Ｅにおける空気の割合を掛け、さらに、型１０のＸ方向における厚み（つまり、型１０の内部のＸ方向における厚み）を掛けることにより、各領域Ａ〜Ｅにおける空気の量を算出することができる。
【００３３】
ここで、「各領域Ａ〜Ｅにおける空気の割合」は、「１００−（各領域Ａ〜Ｅにおいて流体が占める割合）」を用いて求めることができる。上記例では、各領域Ａ〜Ｅにおいて流体が占める割合は、領域Ａ：０％、領域Ｂ：２５％、領域Ｃ：５０％、領域Ｄ：７５％、領域Ｅ：１００％であるので、各領域Ａ〜Ｅにおける空気の割合はそれぞれ、領域Ａ：１００％、領域Ｂ：７５％、領域Ｃ：５０％、領域Ｄ：２５％、領域Ｅ：０％となる。
【００３４】
また、各領域Ａ〜Ｅにおける空気の量を加算することで、型１０の内部において流体１１が巻き込んでいる空気の総量を求めることができる。例えば、厚みが５ｍｍであり、面積が６５ｍｍ２である型１０において流体１１が巻き込んでいる空気の総量を算出する場合を考える。各領域の面積が、Ａ：１０ｍｍ２、Ｂ：１０ｍｍ２、Ｃ：５ｍｍ２、Ｄ：２０ｍｍ２、Ｅ：２０ｍｍ２であるとき、型１０の内部において流体１１が巻き込んでいる空気の量（体積Ｖ）は、下記の式（１）を用いて求めることができる。
【００３５】
Ｖ＝（１０×０＋１０×０．２５＋５×０．５＋２０×０．７５＋２０×１）×５＝２００ｍｍ３      ・・・（１）
【００３６】
本実施の形態では、流体１１を型１０に注入している状態をカメラ２０で撮影し、各タイミングにおいて撮影した画像を用いて空気の巻き込み量を算出している。よって、流体１１を型１０に注入している際に流体１１が巻き込んでいる空気の量の変化を経時的に算出することができる。
【００３７】
以上で説明した本実施の形態にかかる空気巻き込み量算出方法では、着色した流体１１を無色透明な型１０に注入し、流体１１の濃淡のレベルに応じて色濃度の閾値を設定している。そして、この閾値を用いて流体１１の色濃度を多値化し、この多値化された色濃度を用いて、流体１１に巻き込まれている空気の量を算出している。よって、型１０の内部において流体１１が巻き込んでいる空気の量を精度よく算出することができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記では溶湯を型に流し込んで鋳物を製造する鋳造技術に本発明を適用した場合について説明した。しかし本発明は、型に流体を流し込んで成形体を製造する技術であればどのような技術にも適用することができる。例えば本発明は、型に樹脂を注入して成形体を形成する射出成形技術等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１    空気巻き込み量算出装置
１０  型
１１  流体
１２  プランジャー
１３  板
１４  湯口
１５  スリーブ
２０  カメラ
２１  演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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