(57)【要約】【課題】加熱炉の適正な位置へ試料のセットを自動で行うことが出来、高精度で操作性の良い全自動でも測定可能な熱間変位測定装置を提供する。【解決手段】加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設した熱間変位測定装置において、前記レーザ送光部とレーザ受光部を結ぶ線に直交する方向に、試料の供給・排出手段を設けたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設した熱間変位測定装置において、前記レーザ送光部とレーザ受光部を結ぶ線に直交する方向に、試料の供給・排出手段を設けたことを特徴とする熱間変位測定装置。
【請求項２】
前記試料の供給・排出手段は、加熱炉に設けられた試料の入口蓋及び出口蓋と炉心管、入口蓋側に設けられた試料搬送台と、それに載せる試料台、試料挿入用ブリッジ及び試料挿入用プッシャ、出口蓋側に設けられた試料排出用ヤードからなることを特徴とする請求項１記載の熱間変位測定装置。
【請求項３】
前記試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより、自動で試料の供給および排出するように制御されることを特徴とする請求項１または２記載の熱間変位測定装置。
【請求項４】
前記加熱炉の温度制御手段、レーザ変位測定器の変位測定手段、試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより全自動で熱間において試料の変位測定を行うように制御されることを特徴とする請求項１乃至３何れか記載の熱間変位測定装置。
【請求項５】
前記試料台の端部と、試料挿入用プッシャの先端部に凹凸を形成し、この凹凸を係合させる構造としたこと特徴とする請求項２乃至４何れか記載の熱間変位測定装置。
【請求項６】
前記加熱炉の端面に設けた計測窓ガラスの内側に輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材を配設し、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットを配設したことを特徴とする請求項１乃５何れか記載の熱間変位測定装置。
【請求項７】
前記レーザ送光部とレーザ受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フイルターを配設したことを特徴とする請求項１乃至６何れか記載の熱間変位測定装置。
【請求項８】
前記計測窓ガラス冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至７何れか記載の熱間変位測定装置。
【請求項９】
前記計測窓ガラスは、耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスでからなり、ガラスの両面が平行であることを特徴とする請求項１乃至８何れか記載の熱間変位測定装置。
【請求項１０】
加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、耐火物材料試料の形状が、長さ方向が２０〜１５０ｍｍ、高さ方向が５〜４０ｍｍ、幅方向が５〜３０ｍｍで、変位測定部が扇形または弓形のＲ部先端で、曲率半径Ｒが２．５ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする熱間変位測定方法。
【請求項１１】
耐火物材料としてＲ部先端の面精度を１６０μｍ以下に仕上たものを用いることを特徴とする請求項１０記載の熱間変位測定方法。
【請求項１２】
加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、測定終了後に加熱炉の炉蓋を開放状態とし、加熱炉内部の冷却促進をさせることを特徴とする熱間変位測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱炉の一側にレーザ送光部、対向側にレーザ受光部を配設した熱間変位測定装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱間変位測定装置として、試料加熱炉一方の側に２組の照明装置を他方の側に２組の固体走査受光素子を内蔵レンズ系と組み合わせたカメラとカメラコントロール部より構成した変位測定装置をそれぞれ配置して加熱時の試料の変位を自動的に測定する装置が色々提案されている（特開昭６０−３９５４０号公報、特開昭６１−７４５２号公報、特開昭６１−１７２０４１号公報）。
【０００３】
しかし、これらの装置は試料のセットが煩雑であると供に、試料のセット状態を目視により確認することができないため適正なセットがしにくい。さらに、変位測定装置の分解能が低いため、小型試料では測定精度が低く、また、測定範囲が片側で３ｍｍ  程度と狭いため、異常膨張する試料とか収縮の大きい試料は測定できない。
【０００４】
このような小寸法の試料をサブミクロンオーダーの分解能で高精度に変位測定する手段としてレーザ変位測定器を使用することにより高精度の測定を可能とした、「セラミックス等の熱間における変位測定装置」（特開平３−７７０５３号公報）を提案している。
さらに、この装置に改良を加えて加熱炉の適正位置への試料のセットを容易にし、使い勝手が良く、高精度の熱間での変位測定を可能にした特開２００２−８２０７７号提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記変位測定装置により高分解能を達成でき、異常膨張する試料や収縮の大きい試料の測定も可能になったが、以下のような問題がある。
▲１▼特開平３−７７０５３号公報では、加熱炉への試料セットのセットは従来と同様、操作が煩雑であるとともに、試料の適正なセツトがしがたい。
図８により概略説明すると、加熱炉１内の試料８を支持する炉芯管７内の両端部に計測窓４を設けて炉芯管７内を気密構造とし、炉芯管７の両端に排気口９（真空ポンプ１９で排気）、及びガス導入口１０を設けて、各種の雰囲気で試料８の変位を測定可能とし、水冷構造の計測窓固定金物１７で固定された計測窓４及びその内側に炉内輻射熱防止スリットを有する断熱材６、炉内輻射光防止スリット金物５を配設し、炉内の熱により計測窓４のガラスが歪み、誤差になるのを防止する。レーザ送光部２の送光口２′とレーザ受光部３の受光口３′それぞれの端面に炉内輻射光低減スリット３０′が設けられた炉内輻射光防止スリット板３０及び炉内輻射光低減光学フィルタ２９を配設し、高温測定時に炉内光がレーザ送光部２、レーザ受光部３に入射して試料８の変位計測誤差になるのを防止している。試料の変位は、レーザ送光部２より一定速度で水平に試料の長さ以上の幅で走査したレーザビームが遮られた時間、すなわちレーザ受光部３からの出力が０の時間を電気的に測定し、表示器１２にデジタル表示するとともに、その出力信号と試料温度測定用デジタル温度計１３の出力（熱電対２０の検出信号をデジタル信号に変換）をインターフェース１４を介してパーソナルコンピュータ１５に入力して演算し、デジタルプロッタ１６に温度と熱膨張率の関係曲線を描かせる。そして、試料８を加熱炉１内へセットするには、レーザ送光部２またはレーザ受光部３、計測窓４、炉心管７中の断熱材６の順に取り外し、炉心管７内へ試料台に載せた試料８を挿入治具等により挿入してセットしたのち、断熱材６、計測窓４、レーザ送光部２またはレーザ受光部３を装着していた。
▲２▼特開２００２−８２０７７号公報は、加熱炉の適正位置への試料のセットを容易にし、使い勝手が良く高精度の熱間での変位測定を可能にしたが、加熱炉への試料セットを人が行うため、就業時間外での測定装置への試料のセットができない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためのもので、加熱炉の適正な位置へ試料のセットを自動で行うことが出来、高精度で操作性の良い全自動でも測定可能な熱間変位測定装置を提供することを目的とする。
そのために請求項１の発明は、加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設した熱間変位測定装置において、前記レーザ送光部とレーザ受光部を結ぶ線に直交する方向に、試料の供給・排出手段を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、前記試料の供給・排出手段は、加熱炉に設けられた試料の入口蓋及び出口蓋と炉心管、入口蓋側に設けられた試料搬送台と、それに載せる試料台、試料挿入用ブリッジ及び試料挿入用プッシャ、出口蓋側に設けられた試料排出用ヤードからなることを特徴とする。
請求項３の発明は、前記試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより、自動で試料の供給および排出するように制御されることを特徴とする。
請求項４の発明は、前記加熱炉の温度制御手段、レーザ変位測定器の変位測定手段、試料の供給・排出手段は、予めコンピュータにプログラムされることにより全自動で熱間において試料の変位測定を行うように制御されることを特徴とする。
請求項５の発明は、前記試料台の端部と、試料挿入用プッシャの先端部に凹凸を形成し、この凹凸を係合させる構造としたこと特徴とする。
請求項６の発明は、前記加熱炉の端面に設けた計測窓ガラスの内側に輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材を配設し、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットを配設したことを特徴とする。
請求項７の発明は、前記レーザ送光部とレーザ受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フイルターを配設したことを特徴とする。
請求項８の発明は、前記計測窓ガラス冷却機構を設けたことを特徴とする。
請求項９の発明は、前記計測窓ガラスは、耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスでからなり、ガラスの両面が平行であることを特徴とする。
請求項１０の発明は、加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、耐火物材料試料の形状が、長さ方向が２０〜１５０ｍｍ、高さ方向が５〜４０ｍｍ、幅方向が５〜３０ｍｍで、変位測定部が扇形または弓形のＲ部先端で、曲率半径Ｒが２．５ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする。
請求項１１の発明は、耐火物材料としてＲ部先端の面精度を１６０μｍ以下に仕上たものを用いることを特徴とする。
請求項１２の発明は、加熱炉の一側にレーザ変位測定器のレーザ送光部を、対向側にレーザ受光部をそれぞれ配設するとともに、加熱炉への試料供給装置と測定後試料排出機構を設けた測定装置による耐火材料試料の熱間変位測定方法であって、測定終了後に加熱炉の炉蓋を開放状態とし、加熱炉内部の冷却促進をさせることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の熱間変位測定装置の全体構成を説明する図、図２は自動試料供給装置の構成を説明する装置上面図、図３は自動試料供給装置の炉内試料挿入状態を説明する側面図、図４は炉蓋の詳細図で、図４（ａ）は炉蓋が閉まった状態を示す図、図４（ｂ）は炉蓋が開いた状態を示す図、図５は自動試料供給装置の試料取り出し状況を説明する図、図６は試料台を説明する図である。
【０００８】
加熱炉３１には熱間変位を測定する試料４８が試料台５４に置かれ、加熱炉３１の左右には変位計コントローラ３７で制御されるレーザ送光部３２、レーザ受光部３３が配置され、加熱炉両側に設けられた計測窓（石英ガラス）４３  を通して走査レーザ光が受光される。尚、計測窓４３の内側には、輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットをそれぞれ配設、内蔵し、また、レーザ送光部とレーザ受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フィルターを配設するようにし、計測窓ガラスが加熱炉からの輻射熱によって歪曲し、計測誤差を招くのを防ぐため、冷却機構を計測窓ガラスにもうけるようにするとともに、計測窓ガラスは耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスで、ガラス両面が平行な計測窓ガラスであるようにしている。
【０００９】
加熱炉３１の前部にコンピュータ等からなるＣＰＵ３８  で制御出来るエァーシリンダー５９（図２）で作動する試料挿入用ブリッジ５２（図３）を装備した炉入口蓋４６と、後部に同じ構造の試料排出用ブリッジ５２′（図５）を装備した炉出口蓋４７が設けられている。加熱炉３１はヒータコントローラ３６で駆動制御されるヒータ４５で加熱されるとともに、制御用熱電対４２で検出された炉内温度信号が温度計４９でデジタル信号に変換されてＣＰＵ３８に取り込まれ、検出結果に基づいてＣＰＵ３８はヒータコントローラ３６を制御している。また，測温用熱電対４４で試料温度が検出されて温度計４０でデジタル信号に変換されてＣＰＵ３８に取り込まれる。試料の熱間変位は、インプット装置４９よりＣＰＵ３８に対して試料名、試験温度、昇温速度等を入力し、レーザ送光部３２より一定速度で水平に試料の長さ以上の幅で走査したレーザ光が遮られた時間、すなわちレーザ受光部３３からの出力が「０」の時間を変位コントローラ３７からの信号によりＣＰＵ３８で演算して求め、同時に温度計４０から取り込んだ温度データとにより、温度と熱膨張率の関係を求めてプリンター３９に出力する。
【００１０】
本発明の熱間変位測定装置は、詳細は後述するように、加熱炉３１の中に試料を自動で挿入・排出できる自動試料供給装置３４を有していて、その供給装置と連動して開閉する為の炉入口蓋４６、炉出口蓋４７、排出ヤード３５を装備して、連続して試料を容易にセット出来る。また、一度に６個の試料の登録が出来ると共に途中で試料を継ぎ足すことができ、エンドレスで高精度の熱間での変位測定が可能な構成としたことを特徴としている。
【００１１】
次に、図２〜図６により試料を炉内に挿入し、変位測定を行い、排出する機構について詳細に説明する。
図２において、駆動ベルトコンベヤー５５には試料搬送台５３が円周方向に１８個付いていて、図では上面側の９個が示されている。試料４８は、試料搬送台５３に設けられた試料台５４上にセットされる。そのうち、試料４８が載せられる試料搬送台５３は炉入口蓋４６までに６個あり、ＣＰＵ３８で制御して駆動モータ６１により駆動ベルトコンベャー５５を駆動して搬送される。図示するように６個の試料を並べ、炉入口蓋４６の付近に位置センサー５８を設けて、試料台５４が炉入口蓋４６の前に正確に停止するようにしている。
【００１２】
試料台５４、試料４８が炉入口蓋４６前に停止し、図３に示すように、エアーシリンダー５６に駆動されて炉入口蓋４６が開く。図４に示すように、炉入口蓋４６の下端には試料挿入用ブリッジ５２が取り付けられていて、エアーシリンダ５６が延びて炉入口蓋が閉まった状態（図４（ａ））では試料挿入用ブリッジ５２はベルトコンベアより下方に位置し、エアーシリンダ５６が引き込まれて炉入口蓋が開いた状態（図４（ｂ））では試料挿入用ブリッジ５２は試料台が載る位置に上昇するようになっている。したがって、炉入口蓋４６が開くと同時に試料挿入用ブリッジ５２が上昇し、挿入用ブリッジ５２と、加熱炉３１内に設けられた炉心管５１と、試料搬送台５３が一直線に並び（図５（ａ））、試料挿入用エアーシリンダー５９の先端部５９Ａが試料台５４に設けられた試料の安定を保つための固定穴５７の中に入り（図６）、加熱炉３１内に設けられた炉心管５１上を摺動されて炉内中央まで挿入し炉入口蓋４６が閉まり測定を開始する。
【００１３】
測定が終了すると炉入口蓋４６、炉出口蓋４７が上昇し、図５（ｂ）に示すように、試料挿入用エアーシリンダー５９の先端部が延びて炉内試料台５４の固定穴５７の中に入り、反対側の排出用ブリッジ５２′を通して排出ヤード３５まで押し出す（図５（ｃ））。なお、排出ヤード３５には試料台５４がスムーズに動くように移動ローラー６１を設けている。
【００１４】
以上のような一連の動作はＣＰＵ３８  に予め格納されたプログラムにより制御されて自動で行われる。なお、炉入口蓋４６、炉出口蓋４７を測定終了後に強制的に開放状態として加熱炉内部を冷却させる事により、次の測定試料の待ち時間が短縮でき効率化を図ることができる。
【００１５】
次に、測定試料形状について図７により説明する。なお、図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は正面図である。
熱間変位を測定する耐火物試料の形状としては、膨張測定部が７０〜８５°のエッジで形成されているのが一般的であり、このようなエッジ形状の試料は作成中にエッジが欠け易く、欠けを生じないように意識するため操作性も低下し、特に組織が粗く均質でない場合に問題となる。そこで、本発明では、膨張測定部をＲ形状としたものである。図示するように、長さ方向ｉ、高さｈ、幅をｄとしたとき、
ｉ：２０〜１５０ｍｍ
ｈ：５〜４０ｍｍ
ｄ：５〜３０ｍｍ
で、曲率半径Ｒは２．５ｍｍ〜２０ｍｍがよく、さらに好ましくは５ｍｍ〜１５ｍｍである。Ｒが２．５ｍｍより小さいとＲの欠けが生じ易く、２０ｍｍより大きいと高精度の変位測定が難しい。また、端面の面精度が悪いと、端面が膨張で変位したとき、測定面の凹凸が原因で正確な熱膨張率を求めることができないので、Ｒ形状部の面精度は、試料の長さ寸法が大きい場合は１６０μｍ程度以下でよいが、試料の長さ寸法が小さい場合には５０μｍ以下の面精度とするのが好ましい。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明によれば、加熱炉に設けられた試料供給・排出装置により試料が適正な位置に自動的にもセットできるため測定精度が向上すると共に、就業時間外での測定が可能となりの効率化が図れる。
請求項４の発明によれば、加熱炉の温度制御手段、レーザ変位測定器の変位測定手段、試料の供給・排出手段を予めコンピュータにプログラムし全自動で熱間において試料の変位測定ができる機能を設けることにより更に測定の効率化が図れる。
請求項５の発明によれば、試料台の端部と、試料挿入用プッシャの先端部に形成された凹凸を係合させる構造とすることにより、炉心管に試料を安定して挿入させることができる。
請求項６の発明によれば、加熱炉の端面に設けた計測窓の内側に輻射熱及び輻射光防止スリットを有する断熱材を配設し、その外側に輻射熱及び輻射光防止スリットを配設することにより、レーザ送光・受光部に輻射熱及び輻射光の入射されるのが抑制されるため、高精度の変位測定が可能となる。
請求項７の発明によれば、レーザ送光部・受光部それぞれの端面に炉内輻射光防止スリットと光学フィルタを配設したことにより、レーザ送光部・受光部に輻射光が入射されるのを抑制されるため、高精度の寸法測定が可能となる。
請求項８の発明によれば、計測窓ガラスは冷却機構を計測窓ガラスに設けることにより、加熱炉からの輻射熱による窓ガラスの変形を抑制できるため、計測窓ガラスの平面性が保たれ、レーザ光の屈折等による変位測定精度に影響を及ぼすことはない。
請求項９の発明によれば、計測窓ガラスの材質が耐熱性が高く、熱膨張係数の小さい石英ガラスで、かつ、ガラスの両面が平行であるので、高温においても変形が最小限に抑制されるとともに、ガラスの平面性が良好であるため高精度の変位測定が可能となる。
請求項１０の発明によれば、耐火物試料の測定端面にＲ形状を持たせるようにしたので、端部の欠けを生じにくくし、かつ操作性を向上させることができる。
請求項１１の発明によれば、Ｒ端部の面精度を規定したことにより、高精度の測定を行うことが可能となる。
請求項１２の発明によれば、測定終了後に加熱炉の炉蓋を開放状態とし、強制的に加熱炉内部の冷却させる事により、次の測定試料の待ち時間が短縮され効率化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱間変位測定装置の全体構成を説明する図である。
【図２】自動試料供給装置の構成を説明する装置上面図である。
【図３】自動試料供給装置の炉内試料挿入状態を説明する側面図である。
【図４】炉蓋の詳細図である。
【図５】自動試料供給装置の試料取り出し状況を説明する図である。
【図６】試料台を説明する図である。
【図７】測定試料形状を説明する図である。
【図８】従来の熱間変位測定装置の例を説明する図である。
【符号の説明】
３１…加熱炉、３２…レーザ送光部、３３…レーザ受光部、３４…自動試料供給装置、３５…排出ヤード、３６…ヒータコントローラ、３７…変位コントローラ、３８…ＣＰＵ、４０，４９…温度計、４２…制御用熱電対、４３…計測窓、４５…ヒータ、４６…炉入口蓋、４７…炉出口蓋、４８…試料、５２…試料挿入用ブリッジ、５２′…試料排出用ブリッジ、５３…自動試料搬送台、５４…試料台、５５…ベルトコンベア、５７…固定穴、５８…試料確認センサ、５９…試料挿入用エアーシリンダー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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