(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎焼入れ用トーチから噴出する炎により加熱されたワーク表面の温度を測定し、その測定値を作業者の知覚に訴える物理量に変換し、測定値を予め設定された基準温度範囲と比較し、測定値が基準温度範囲の上限または下限に近づいたとき警告信号を発生させ、かつ、警告信号の強度を、測定値が基準温度範囲の上限または下限に近づくにつれて段階的に変化させることを特徴とする、作業者がトーチを手に持って作業する火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視方法。
【請求項２】
測定値を記録手段により記録することを特徴とする請求項１の火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視方法。
【請求項３】
火炎焼入れ用のトーチと、トーチから噴出する炎の移動軌跡上で、かつ、ワーク表面の加熱点近傍の温度を測定するための温度センサーと、前記温度センサーと接続され、その測定値を予め設定された基準温度範囲と比較し、測定値が基準温度範囲の上限または下限に達したとき信号を発する制御手段と、前記制御手段からの信号に応答して作動する警告手段とを具備し、前記制御手段が、測定値が基準温度範囲の上限または下限に達する前から警告手段に信号を送り、前記警告手段の作動によって作業者の知覚に訴える物理量が発生し、かつ、測定値が基準温度範囲の上限または下限に近づくにつれて前記物理量が段階的に変化することを特徴とする、作業者がトーチを手に持って作業する火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視装置。
【請求項４】
前記温度センサーが、トーチの一部にセンサーヘッドを取り付け、光ファイバーを介して前記制御装置と接続した赤外線温度センサーであることを特徴とする請求項３の火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視装置。
【請求項５】
前記制御装置に測定値の記録をするための記録手段を接続したことを特徴とする請求項３の火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視または制御に関するもので、より詳しくは、ワーク加熱温度の変化を作業者に知らしめて、ワーク加熱温度が予め設定された温度範囲内に維持されるように作業者がトーチの位置や移動速度を制御できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
火炎焼入れは表面硬化法の一種であって、ガス流量を高めた燃料ガスと酸素を混合してトーチ（吹管）に導き、火口で燃焼させて得た高温の炎で、処理品（ワーク）の表面層を急速に加熱して焼入れする。火炎焼入れでは加熱速度が速く、また、炎による加熱はワーク内の温度分布曲線がゆるやかで、所定の深さにおける焼入れ目的温度を得るには表面温度は高くなる。そして、この温度傾斜は伝熱現象による熱移動のため、表面温度の測定が重要な役割を果たすことになる。急速加熱のため温度計による測定・設定は困難であり、目測による温度判定が重要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、たとえば自動車部品用の成型プレスに使用される金型の切刃部の焼入れは、熟練作業者の目視による経験的作業に頼っていた。しかし、近年、製品品質の向上と熟練作業者の不足から、熟練に頼った従来の方法は問題となりつつある。すなわち、製品品質の向上を図るためには、焼入れ硬度のバラツキをなくして均質な切刃硬度特性を維持し、かつ、品質データとして残すことが必要となる。ところが、作業者が焼入れ部の鋼材の色をみながらトーチを移動して行っていたため、個人の特性や周辺の照明状況により大きく結果にバラツキが出ていた。また、ワーク表面の加熱温度を計数的なデータとして残すことができないため、製品を出荷した後、焼入れ不良に起因するクレーム等が発生したとき、その原因の遡及追跡が不可能になる等の問題点も指摘されている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視方法は、火炎焼入れ用トーチから噴出する炎により加熱されたワーク表面の温度を測定し、その測定値を作業者の知覚に訴える物理量に変換し、測定値を予め設定された基準温度範囲と比較し、測定値が基準温度範囲の上限または下限に近づいたとき警告信号を発生させる。
【０００５】
作業者はこれだけでも従来とは違った作業環境が得られ、作業が非常にやりやすくなる。本発明ではさらに精度の向上と作業性を考え、前記警告信号の強度を測定値の変化に対応して変化させるようにした。具体的には、測定値が基準温度範囲の上限または下限に近づくにつれて警告信号の強度を段階的に変化させる。
【０００６】
したがって、作業者は、基準温度範囲の上限または下限に達する前から、それに近づきつつあること、そして間もなく達するという情報のフィードバックを受けることになる。その結果、ワーク加熱温度が常に所定の基準温度範囲内に維持されるから、焼入れ温度の過不足やバラツキによる不良品の発生を未然に回避して品質の向上を図ることができる。また、熟練度の低い作業者でも精度の高い焼入れ作業を実施することができるから、焼入れ工程の合理化や省力化の面でも大きな効果が発揮される。
【０００７】
測定値を記録手段により記録するようにすれば、火炎焼入れの作業結果を、温度グラフ、数値データ表等の形態で出力できることから、品質管理機能の向上にも役立つものである。さらに、焼入れ温度の経時的変化を記録に残すこともできるため、工程管理や不良品の遡及追跡が容易になる。
【０００８】
本発明の火炎焼入れにおけるワーク加熱温度の監視装置は、火炎焼入れ用のトーチと、トーチから噴出する炎の移動軌跡上で、かつ、ワーク表面の加熱点近傍の温度を測定するための温度センサーと、前記温度センサーと接続され、その測定値を予め設定された基準温度範囲と比較し、測定値が基準温度範囲の上限または下限に達したとき信号を発生する制御手段と、前記制御手段からの信号に応答して作動する警告手段とを具備する。
【０００９】
前記制御手段は、測定値が基準温度範囲の上限または下限に達する前から警告手段に信号を送り、かつ、前記測定値の変化に対応して警告手段の出力を変化させる。警告手段の作動によって作業者の知覚に訴える物理量が発生し、かつ、測定値が基準温度範囲の上限または下限に近づくにつれて前記物理量が段階的に変化するようにする。
【００１０】
温度センサーとしては、非接触式の種々のタイプのものを採用することができるが、一例として、赤外線式温度センサーが挙げられる。この場合、トーチの一部にセンサーヘッドを取り付け、可撓性の光ファイバーを介して制御装置と接続する。
【００１１】
測定値を記録するためには、前記制御装置に記録手段を接続する。記録手段としては、ペンレコーダーやプリンタにより紙に印刷するほか、テープ、カード、ディスク等の磁気的記録手段を採用することもできる。
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の具体例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ワーク加熱温度制御装置のブロック線図である。
【図２】温度監視装置のブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
火炎焼入れ装置は、図１に示すように、トーチ３と、センサーヘッド４を含む温度センサーと、制御装置８と、警報手段５、９、１０とを主要な構成要素としている。
【００１５】
トーチ３は、作業者が手に持って火炎焼入れ作業を行うためのもので、図示するように、燃料ガスとして例えば酸素とアセチレンとの混合ガスを使用し、先端の火口から炎を噴出させるようになっている。トーチ３の一部に直接、あるいはブラケットを介して、温度センサーのセンサーヘッド４を取り付けてある。この温度センサーとしては、非接触式の、たとえば、赤外線温度センサーを採用することができ、センサーヘッド４から石英ファイバーその他の可撓性の光ファイバー６を介して制御装置８に赤外線を取り込み、その波長に基づいて温度を測定する。図１において参照数字２が指しているのは、ワーク１の表面の温度測定位置を確認するために照射する赤色ＬＥＤ光である。ＬＥＤ光の照射スポットを参照して、センサーヘッド４の取付け位置ないしは姿勢を調節する。通常、図１の右から左へ炎を移動させて火炎焼入れを行う場合、炎よりも僅かに後方のワーク１表面の温度を測定するように、センサーヘッド４の位置ないしは姿勢を設定するのが好ましい。
【００１６】
図２に制御装置８の詳細を示す。センサーヘッド４は光ファイバー６を介して制御装置８の光電変換部１４と接続されている。センサーヘッド４の集光レンズ１３により集光された赤外線は、光ファイバー６を通じて光電変換部１４に送られ、電気信号に変換される。その電気信号はＡ／Ｄ変換器１５を経てＣＰＵすなわち信号処理部１６に伝達される。
【００１７】
信号処理部１６は、温度測定値をデジタルおよび／またはアナログ表示するための温度表示部１７、設定値（上限値および下限値）を表示するための設定表示部２３を備えている。そして、測定値を設定値と比較し、測定値が設定値に達したときに警報を発する上限温度判定ブザー１８および下限温度判定ブザー１９を設けてある。また、ペンレコーダー１１を接続してなる温度アナログ出力部２０、ならびに、プリンター１２を接続してなる温度データのプリントアウト部２５を設け、測定値を連続的にモニターすると同時に記録するようになっている。
【００１８】
信号処理部１６にはさらに温度を他の物理量に変換するための変換部２４を接続してある。この変換部２４は、センサーヘッド４で検出されたワーク表面の温度を他の物理量に変換して、その物理量に応じた出力を警告手段に与える。さらに、ワーク１の表面温度の測定値が設定値（上限値または下限値）に近づくにつれて段階的に警告手段の出力を変化させることにより、作業者は、上限値または下限地に達する前から、間もなくそれらの設定値に達することを了知できる。しかも、設定値に近づくにつれて警告手段の出力が段階的に変化していくため、作業者はワーク表面の現在の温度と設定値との関係を容易に把握できる。したがって、トーチ３とワーク１との距離を微妙に変化させて最適の温度範囲内で火炎焼入れ作業を遂行することができるのである。
【００１９】
警告手段の出力信号すなわち、作業者に測定温度の変化を知らしめるための信号としては、音、光、振動その他の作業者の知覚に訴える物理量を任意に選択して、あるいは組み合わせて、利用することができる。たとえば音の場合、警報手段としてイヤホンまたはスピーカ９を設け、測定温度の変化に対応して音量または音質を変化させる。光の場合、トーチ３にランプ５を取りつけておき、測定温度の変化に対応して光量または点滅の周期を変化させる。振動の場合、作業者にバイブレーター１０を携帯させ、測定温度の変化に対応して振動の振幅または周波数を変化させる。
【００２０】
どのような物理量を採用した場合でも、トーチ３によって加熱されるワーク１の表面温度の測定値が予め設定された温度範囲の上限または下限に近づくと、警告手段が警告信号を発し始め、測定温度が上限または下限に近づくにつれて段階的に変化する。音の場合を例にとるならば、上限または下限に近づくほど音量が大きくなる。したがって、この警告信号に基づき、作業者がトーチ３とワーク１との離間距離を変えたり、トーチ３の移動速度や炎の単位時間当り噴出量を調整したりすることによって、ワーク１の表面加熱温度が予め設定された温度範囲内に維持される。なお、図１に、横軸に加熱点からの距離、縦軸にワーク表面の温度をとった温度分布曲線を例示してあり、Ｌ．Ｌ．およびＵ．Ｌ．は、それぞれ、予め設定された温度範囲の下限および上限を表している。
【図１】
0004302325.tif 000002
【図２】
0004302325.tif 000003