(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されたか否かを判定する金属製ビレットの加熱状態判定方法において、
前記金属製ビレットを搬送手段に設けられたグリップ部材により保持して加熱手段に搬送するとともに、前記搬送手段に備えられた重量検出手段により、前記加熱手段への搬送中に前記金属製ビレットの加熱前の重量を検出する第１の工程と、
前記加熱手段にて前記金属製ビレットを溶け落ちが生じる固相状態に加熱する第２の工程と、
加熱された前記金属製ビレットを前記搬送手段の前記グリップ部材により保持して成形機に搬送するとともに、前記成形機への搬送中に前記金属製ビレットの硬度を検出する第３の工程と、
前記金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されたか否かを判定する第４の工程とを有し、
前記第３の工程は、前記成形機への搬送中に前記搬送手段に備えられた前記重量検出手段により、前記金属製ビレットの加熱後の重量を検出する工程を含み、
前記第４の工程では、前記金属製ビレットの検出硬度が所定の範囲にあるか否かを判定する工程と、前記金属製ビレットの加熱前後の重量差を算出し、前記重量差に基づき前記金属製ビレットの溶け落ち量を算出した後、前記溶け落ち量が所定の範囲にあるか否かを判定する工程とを実施することにより、前記金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されたか否かを判定することを特徴とする金属製ビレットの加熱状態判定方法。
【請求項２】
請求項１記載の加熱状態判定方法において、前記金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されていないと判定された際、前記金属製ビレットの加熱条件を変更する第５の工程を有することを特徴とする金属製ビレットの加熱状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱された金属製ビレットを成形機に搬送する途上で、前記金属製ビレットの加熱状態を検出するための金属製ビレットの加熱状態判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、金属予備成形品（以下、金属製ビレットという）を加熱装置を介して半凝固状態に加熱した後、この金属製ビレットを前記半凝固状態に維持して成形装置により成形作業を行って、所定の金属成形品を得る方法が知られている。
【０００３】
この種の方法に使用される加熱装置は、例えば、特公平２−７７４８号公報に開示されているように、回転可能なテーブル上の周囲に絶縁された一連の台を設けた載置装置の上方に、ビレットに対応して複数個の誘導加熱器を配置しており、この誘導加熱器は、前記テーブルの回転により前記ビレットが誘導加熱器の位置に導かれたとき、側面が支えられることなしに立っている状態のビレットのエンタルピーを該ビレットが部分半固体状態になる水準まで順次上昇せしめるように構成されている。
【０００４】
ところで、上記の加熱装置から取り出されたビレットに対し、成形装置により所定の成形作業が行われる。このため、成形装置を介して高品質な成形品を得るためには、ビレットを所定の加熱状態、すなわち、所定の固相率（半凝固状態）に維持する必要がある。そこで、加熱終了後のビレットが所定の固相率に維持されているか否かを検出するために、従来から種々の作業が行われている。
【０００５】
例えば、加熱完了後のビレットを任意に抜き取り、このビレットをナイフ等で切断して加熱状態の良否を判断する方法（以下、第１方法という）や、量産前に予めビレットに熱電対を挿入しておき、この熱電対から得られた温度測定結果に基づいて加熱条件を決定する方法（以下、第２方法という）や、オペレータの目視によりビレットの倒れや変形からこのビレットの加熱状態を判断する方法（以下、第３方法という）等が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の第１方法では、ビレットを抜き取り検査するために、気温や水温等の外気要因に対してオンラインでフィードバックすることが不可能となり、製品品質を安定的に維持することが困難である。また、上記の第２方法では、量産前に予め条件を決定するため、量産時に定量的な条件管理を行うことは不可能である。さらにまた、上記の第３方法では、ビレットの倒れや変形を確認するために、生産工程を停止させる場合があり、生産性が著しく阻害されるという問題が指摘されている。
【０００７】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、ビレットの加熱状態を簡単かつ確実に検出することができ、製品品質を安定的に維持するとともに、生産性の向上が可能な金属製ビレットの加熱状態判定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
前記の課題を解決するために、本発明に係る金属製ビレットの加熱状態判定方法では、金属製ビレットを搬送手段に設けられたグリップ部材により保持して加熱手段に搬送するとともに、前記搬送手段に備えられた重量検出手段により、前記加熱手段への搬送中に前記金属製ビレットの加熱前の重量を検出する第１の工程と、前記加熱手段にて前記金属製ビレットを溶け落ちが生じる固相状態に加熱する第２の工程と、加熱された前記金属製ビレットを前記搬送手段の前記グリップ部材により保持して成形機に搬送するとともに、前記成形機への搬送中に前記金属製ビレットの硬度を検出する第３の工程と、前記金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されたか否かを判定する第４の工程とを有し、前記第３の工程は、前記成形機への搬送中に前記搬送手段に備えられた前記重量検出手段により、前記金属製ビレットの加熱後の重量を検出する工程を含み、前記第４の工程では、前記金属製ビレットの検出硬度が所定の範囲にあるか否かを判定する工程と、前記金属製ビレットの加熱前後の重量差を算出し、前記重量差に基づき前記金属製ビレットの溶け落ち量を算出した後、前記溶け落ち量が所定の範囲にあるか否かを判定する工程とを実施することにより、前記金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されたか否かが判定される。
【００１０】
このため、加熱後の各金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されたか否かを、リアルタイムで簡単かつ確実に検出することができる。さらに、金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されていない場合には、前記金属製ビレットの加熱条件、例えば、出力電圧や加熱時間が補正される。従って、金属製ビレットの加熱状態を一層安定して維持することができ、不良率の発生を有効に低減することが可能になる。
【００１１】
本発明に係る金属製ビレットの加熱状態判定方法では、搬送手段に保持されている金属製ビレットの重量を検出する重量検出手段により検出される金属製ビレットの加熱前後の重量差から前記金属製ビレットの溶け落ち量が算出され、この溶け落ち量から該金属製ビレットの半凝固状態の良否判定を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置１０を組み込む加熱ライン１２の概略構成説明図である。
【００１６】
加熱ライン１２は、金属製、例えば、アルミニウム製ビレット１４をグリップ部材である一対の断熱材（例えば、セラミックス）１５で保持して搬送する搬送ロボット（搬送手段）１６と、この搬送ロボット１６を介して搬入および搬出される前記ビレット１４を誘導加熱するための誘導加熱装置（加熱手段）１８と、前記搬送ロボット１６および前記誘導加熱装置１８を駆動制御するＣＰＵ２０とを備えている。
【００１７】
誘導加熱装置１８は、ビレット１４を立位姿勢で載置する台座２２と、この台座２２に載置された前記ビレット１４を囲繞するとともに昇降自在な誘導加熱用コイル２４と、前記ビレット１４の上端部を押圧保持自在な押さえ部材２６とを備え、前記コイル２４は、電源を内蔵する制御器２８に接続されている。制御器２８は、コイル２４に低周波から高周波の電流を供給自在である。
【００１８】
加熱状態判定装置１０は、搬送ロボット１６の一方の断熱材１５に設けられ、この搬送ロボット１６で搬送中のビレット１４の硬度をオンラインで検出する硬度測定手段３０と、この硬度測定手段３０により検出された硬度に基づいて前記ビレット１４が所定の固相状態に加熱されたか否かを判定する判定手段３２とを備える。
【００１９】
図２に示すように、硬度測定手段３０は、一方の断熱材１５に保持される清掃用筒体３３と、この筒体３３内に進退自在に配設される検出子３４と、前記検出子３４をビレット１４から離間する方向（矢印Ａ方向）に付勢するスプリング３６とを備える。
【００２０】
硬度測定手段３０は、検出子３４がビレット１４に差し込まれる際の荷重や進入速度に基づいて前記ビレット１４の硬度を測定するものであり、その硬度データがＣＰＵ２０に送られる。このＣＰＵ２０では、その機能である判定手段３２を介し予め設定された最適加熱時の硬度と前記検出された硬度データとが比較され、前記ビレット１４の固相率の良否が判定される。
【００２１】
このように構成される第１の実施形態に係る加熱状態判定装置１０の動作について、加熱ライン１２との関連で、図３に示すフローチャートに基づいて以下に説明する。
【００２２】
先ず、ＣＰＵ２０では、予めビレット１４を用いて測定および算出した最適加熱時の硬度に基づいて、前記ビレット１４の固相率の良否を判定するための基準硬度範囲を記憶している（ステップＳ１）。そこで、ＣＰＵ２０を介して搬送ロボット１６が駆動され、この搬送ロボット１６が、ビレット１４を誘導加熱装置１８を構成する台座２２上に載置する。
【００２３】
誘導加熱装置１８では、コイル２４および押さえ部材２６が下降され、台座２２上のビレット１４をこのコイル２４で囲繞するとともに、前記押さえ部材２６が前記ビレット１４を台座２２側に押圧保持する。この状態で、制御器２８が駆動されてコイル２４に電流が流れることにより、ビレット１４が誘導加熱される（ステップＳ２）。
【００２４】
誘導加熱装置１８によるビレット１４の誘導加熱処理が終了した後、コイル２４および押さえ部材２６が上昇されるとともに、搬送ロボット１６が、加熱後の前記ビレット１４を保持して図示しない成形装置に搬送する。その搬送途上で、図２に示すように、検出子３４が外部押圧手段（図示せず）により矢印Ｂ方向に付勢される。このため、検出子３４は、スプリング３６の弾発力に抗して矢印Ｂ方向に移動し、その先端を加熱後のビレット１４内に所定の長さだけ差し込まれ、前記検出子３４に作用する荷重等から前記ビレット１４の硬度が検出される。硬度測定手段３０で検出されたビレット１４の硬度データは、ＣＰＵ２０に送られる（ステップＳ３）。
【００２５】
ＣＰＵ２０の判定手段３２では、ステップＳ４において、硬度測定手段３０により検出されたビレット１４の硬度が、予め記憶されている基準硬度範囲内にあるか否かが判断される。この検出硬度が基準硬度範囲内にあると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ビレット１４が所定の固相率に加熱されたと判定され、このビレット１４が図示しない成形装置に送られる。
【００２６】
一方、検出硬度が基準硬度範囲外であると判断されると（ステップＳ４中、ＮＯ）、ステップＳ５に進んでＮＧ処理が施される。具体的には、ビレット１４が廃棄されたり、このビレット１４が、再度、誘導加熱装置１８による加熱処理に移行される。さらに、ステップＳ６に進み、制御器２８による加熱条件が変更される。具体的には、制御器２８の出力電圧および加熱時間等の制御条件が補正されることになる。
【００２７】
この場合、第１の実施形態では、搬送ロボット１６を構成する一方の断熱材１５に硬度測定手段３０が装着されている。そして、搬送ロボット１６を介し誘導加熱処理後のビレット１４を保持して図示しない成形装置に搬送する際、このビレット１４の硬度が硬度測定手段３０を介してオンラインで直接検出される。次いで、硬度測定手段３０により検出されたビレット１４の硬度が基準硬度範囲と比較されることにより、前記ビレット１４の固相率の良否が判定される。
【００２８】
このため、各ビレット１４毎に、リアルタイムでそれぞれの固相率の良否を正確かつ容易に検出することができ、前記ビレット１４を用いて行われる成形作業が高品質に遂行されて、製品品質のばらつきを有効に防止することが可能になるという効果が得られる。しかも、加熱ライン１２の運転を停止させる必要がなく、所望の固相率を有するビレット１４を効率的に送り出すことができ、生産性を大幅に向上させることが可能になる。
【００２９】
さらにまた、加熱後のビレット１４が所定の固相率を有しない場合には、ＣＰＵ２０が制御器２８の加熱条件をオンラインで変更することができ、製品品質の安定化が図られる。その際、硬度測定手段３０により、順次検出されるビレット１４の硬度が低下傾向にある場合や、前記ビレット１４の硬度が増加傾向にある場合には、ＣＰＵ２０により制御器２８の出力電圧および加熱時間等を補正する。これにより、ビレット１４を最適加熱時の硬度に近づけることができ、所定の固相率を有する前記ビレット１４を効率的にかつ安定して得ることが可能になる。
【００３０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る金属ビレットの加熱状態判定装置４０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る加熱状態判定装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
加熱状態判定装置４０は、搬送ロボット１６の移動範囲内に配置される硬度測定手段４２を備える。この硬度測定手段４２は、図示しないスプリングにより付勢される検出子４６と、この検出子４６に作用する荷重を計測する測定器４８とを備え、この測定器４８により測定されるビレット１４からの荷重が硬度データとしてＣＰＵ２０に送られる。
【００３２】
このように構成される加熱状態判定装置４０では、加熱後のビレット１４が搬送ロボット１６を構成する一対の断熱材１５で把持されて図示しない成形装置に搬送される途上で、このビレット１４が硬度測定手段４２に移送される。そして、搬送ロボット１６がビレット１４を把持した状態で、このビレット１４の上面または底面を硬度測定手段４２を構成する検出子４６側に移動させる。
【００３３】
このため、検出子４６が加熱後のビレット１４内に差し込まれ、この差し込み時に生じる荷重が前記検出子４６を介して測定器４８により検出され、前記ビレット１４の硬度データとしてＣＰＵ２０に送られる。ＣＰＵ２０では、検出された硬度データが予め記録されている基準硬度範囲と比較され、加熱後のビレット１４が所定の固相状態にあるか否かが判定される。
【００３４】
次いで、搬送ロボット１６が、硬度測定手段４２から離間する方向に移動してビレット１４から検出子４６が離脱する。そして、ビレット１４は、搬送ロボット１６を介して図示しない成形装置、またはＮＧ処理ステーション等に選択的に搬送される。
【００３５】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置５０の概略構成説明図である。なお、第１および第２の実施形態に係る加熱状態判定装置１０、４０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
加熱状態判定装置５０は、搬送ロボット１６に硬度測定手段３０が装着されるとともに、この搬送ロボット１６の移動範囲内に硬度測定手段４２が配設される。従って、加熱状態判定装置５０では、搬送ロボット１６に設けられている硬度測定手段３０によりビレット１４の側面から硬度を測定する一方、硬度測定手段４２を介して前記ビレット１４の上面または底面から硬度の測定が行われる。
【００３７】
これにより、第３の実施形態では、加熱後のビレット１４の硬度を一層正確に検出することができ、前記ビレットの固相状態の良否を精度よく判定することが可能になるという効果が得られる。
【００３８】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置６０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る加熱状態判定装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
加熱状態判定装置６０は、硬度測定手段３０の他、搬送ロボット１６の断熱材１５に保持されたビレット１４の誘導加熱前後の重量を検出するための重量測定器（重量検出手段）６２を備える。
【００４０】
このように構成される加熱状態判定装置６０では、先ず、加熱前のビレット１４が搬送ロボット１６の断熱材１５に把持されて誘導加熱装置（図示せず）側に移送される際、この搬送ロボット１６に装着された重量測定器６２が前記加熱前のビレット１４の重量を検出する。次いで、ビレット１４が誘導加熱された後、搬送ロボット１６がこの加熱後のビレット１４を把持して図示しない成形装置側に移送するとともに、この移送途上で、重量測定器６２を介して前記加熱後のビレット１４の重量が測定される。
【００４１】
ＣＰＵ２０では、硬度測定手段３０から入力される加熱後のビレット１４の硬度データに基づいて前記ビレット１４が所定の固相状態に加熱されたか否かを判断する他、重量測定器６２から入力される重量データに基づいて該加熱後のビレット１４の固相状態の良否を重ねて判定する。
【００４２】
すなわち、ＣＰＵ２０では、ビレット１４の加熱前後における重量差に基づいてこのビレット１４の溶け落ち量が算出され、この溶け落ち量が、予め測定および算出された最適加熱時の基準重量範囲と比較される。そして、検出された重量差（溶け落ち量）が、基準重量範囲内にあると判断されると、ビレット１４が所定の固相率に加熱されたと判定される。
【００４３】
このように、第４の実施形態では、加熱後のビレット１４の検出硬度を、予め記憶された最適加熱時の基準硬度範囲と比較する他、加熱前後の前記ビレット１４の重量差を、予め記憶された最適加熱時の基準重量範囲と比較する。これにより、ビレット１４が所定の固相率に加熱されたか否かの判定が、一層高精度かつ確実に遂行されるという効果が得られる。
【００４４】
図７は、本発明の第５の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置８０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る加熱状態判定装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
加熱状態判定装置８０は、硬度測定手段（図示せず）の他、搬送ロボット１６に装着されて断熱材１５に保持されたビレット１４の誘導加熱後の温度を検出するための熱電対（温度検出手段）８２を備える。
【００４６】
このように構成される加熱状態判定装置８０では、ＣＰＵ２０において、予めビレット１４を用いて測定した最適加熱時の温度からこのビレット１４の固相率の良否を判定するための基準温度範囲が記憶されている。そこで、ビレット１４が、図示しない誘導加熱装置により誘導加熱された後、搬送ロボット１６がこのビレット１４を保持して図示しない成形装置に搬送する。
【００４７】
その際、搬送ロボット１６を構成する一対の断熱材１５が加熱後のビレット１４を保持すると、一方の前記断熱材１５に設けられている熱電対８２の先端がこのビレット１４内に所定量だけ差し込まれる。このため、熱電対８２を介して加熱後のビレット１４の温度が検出され、その温度データがＣＰＵ２０に送られる。ＣＰＵ２０の判定手段３２では、ビレット１４の検出温度が基準温度範囲内にあるか否かを判断し、このビレット１４が所定の固相率に加熱されたか否かの判定が行われる。
【００４８】
一方、搬送ロボット１６に設けられている図示しない硬度測定手段により、加熱後のビレット１４の硬度が検出され、前記ビレット１４の固相状態の良否が判定される。これにより、ビレット１４が所定の固相状態に加熱されたか否かの判定作業が一層高精度に遂行されることになる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る金属製ビレットの加熱状態判定方法では、加熱された金属製ビレットを搬送手段により保持して成形機に搬送する途上で、この搬送手段に設けられた硬度測定手段を介して前記加熱後のビレットの硬度が検出される。そして、検出された硬度に基づいて、金属製ビレットが所定の半凝固状態に加熱されたか否かの判定が行われる。このため、各金属製ビレット毎に所定の半凝固状態であるか否かをオンラインで容易かつ確実に判定することができ、製品品質にばらつきを生ずることがなく、高品質の製品を効率的かつ容易に得ることが可能になる。しかも、金属製ビレットの半凝固状態を判定する際に、ラインの停止を惹起することがなく、生産性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置を組み込む加熱ラインの概略構成説明図である。
【図２】前記第１の実施形態に係る加熱状態判定装置の平面概略説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置の概略構成説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置の概略構成説明図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置の概略構成説明図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る金属製ビレットの加熱状態判定装置の概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０、４０、５０、６０、８０…加熱状態判定装置
１２…加熱ライン                １５…断熱材
１６…搬送ロボット              １８…誘導加熱装置
２０…ＣＰＵ                    ３０、４２…硬度測定手段
３４、４６…検出子              ８２…熱電対
【図１】
0003884828.tif 000002
【図２】
0003884828.tif 000003
【図３】
0003884828.tif 000004
【図４】
0003884828.tif 000005
【図５】
0003884828.tif 000006
【図６】
0003884828.tif 000007
【図７】
0003884828.tif 000008