JPH0244927Y2

JPH0244927Y2 -

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Publication number: JPH0244927Y2
Application number: JP16204184U
Authority: JP
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1990-11-28
Also published as: JPS6177158U

Description

【考案の詳細な説明】１産業上の利用分野この考案は高周波誘導加熱式やアーク放電式な
どの加熱手段によつて各種鋳物材料を加熱融解し
義歯・歯科用修複物または装飾品などの小型精密
鋳造品を鋳造するについて、鋳造タイミングの決
定を自己走査型画像検出器を用いて行うようにし
た精密鋳造装置に関する。

２従来技術精密鋳造装置において溶湯の鋳型への注湯タイ
ミング（以下鋳造タイミングと記す）の決定手段
は従来一般に術者が目視で行つているのが通例で
あるが、溶湯の鋳込みに適正な温度（以下鋳造温
度と記す）は一般に材料の融点より若干高く、か
つその温度範囲がきわめて狭く、その温度範囲を
超えてもあるいはそれに満たなくても鋳造品は欠
陥品となる。したがつて鋳造タイミングの決定は
鋳造工程中でもつとも重要な要素であり、その適
否を目視で判定するには高度の塾練者においても
往々にして判定を誤まり、ために製品の歩留りが
低く、特に高価な合金材を用いる歯科用のばあ
い、その損失は大きく問題となつている。これを
解決し、実用的かつ的確に最適の鋳造タイミング
を決定する手段として筆者らが考案し、既に出願
した３件の発明は「特願昭59−085400号特開昭60
−227962号）精密鋳造装置」（以下発明（Ａ）と
記す）、「特願昭59−102325号特開昭60−244458
号）精密鋳造方法およびその装置」（以下発明
（Ｂ）と記す）、「特願昭59−115071号特開昭60−
257962号輝度分布撮影式精密鋳造装置」（以下発
明（Ｃ）と記す）である。これら一連の発明の装
置は画像検出器として近年急速に発達し、テレビ
カメラなどに盛んに用いられ、一般にCCD
（Charge Coupled Device）と称される一次元ま
たは二次元半導体素子撮像デパイスをイメージ・
センサとして用いている。このCCDイメージ・
センサは衆知のとおり、光を信号電荷に変換し
て、感光蓄積と転送ができるよう構成されている
ので、自己走査型撮像デバイスとも呼ばれてい
る。したがつてこの考案では、上記一次元または
二次元CCDイメージ・センサを総括して自己走
査型画像検出器と表現することとし、明細書の文
中にては簡単のためイメージ・センサと略記して
いる。このイメージ・センサがるつぼ内鋳物材料
が発する放射光像を上記発明（Ａ）のばあいは平
面像、発明（Ｂ）（Ｃ）のばあいは輝度分布像と
して撮像し、前者の装置は平面像の輪郭形状が変
化する時点を、後者のばあいはその分布像の頂部
が直線化する時点をそれぞれ基準として鋳造タイ
ミングを決定するようにしたものである。上記発
明（Ｂ）の装置は映像表示器を用いて目視判定を
行うが、発明（Ａ）および（Ｃ）の装置は映像表
示器を要せず、画像信号を信号処理して自動的に
鋳造できるように構成されている。上記イメー
ジ・センサは可視光域から約1000nmの赤外線域
までの広い波長範囲にわたり光検出能力がすぐ
れ、かつ自己走査ができるので融解室ののぞき窓
が融解中の発生ガスや金属蒸気によつて曇つても
るつぼ内材料の形状や輝度分布の変化を刻々に撮
像し、その輪郭形状の変化または輝度分布像の頂
部の平担化する時点を映像または信号のいずれか
で容易にとらえることができる。したがつて塾練
を全く要せず、鋳造全工程が自動化され、精密鋳
造界の永年の問題点を一挙に解決するものである
が、上記３件の装置はいずれもイメージ・センサ
の受光面に対する融解材放射光の結像手段として
集射レンズ系を用いているので、融解材の結像光
の輝度が高すぎ、イメージ・センサの受光能力を
超え、画像がくずれる現象（一般にブルーミング
という）を生じる。このため光量を適正に減衰さ
せるフイルタを併用しなければならない。またレ
ンズが有する諸収差のうち上記装置において特に
問題となるのは、像の湾曲および歪曲であり、衆
知の如く、前者は物体の水平な平面像の中央を遠
方に、周縁を近方に湾曲せしめて映像するのでピ
ントを中央に合わせると周縁がぼけ、周縁に合わ
せると中央がぼける。後者はたとえば正方形の物
体を糸巻のような四角の尖つた形に映像するな
ど、いずれもるつぼ内の物体の形状を正確かつ鮮
明に映像しえない。このため上記装置の集射レン
ズ系は特別な光学的性質を有するガラスを用い、
かつレンズを数枚組合せ、上記像の湾曲および歪
曲を補正し、残存収差を実用上無視しうるまで少
なくしている。このようにして作られた集射レン
ズ系は構造複雑で高価であるだけでなく、焦点深
度が浅く、したがつてるつぼ内の材料が融解の進
行に伴ないその表面高さが変化することによつて
イメージ・センサの画像の鮮明度が低下するとい
う問題がある。

３目的この考案は上記イメージ・センサを用いた精密
鋳造装置の集射レンズ系の問題点を解消し、るつ
ぼ内融解材の高輝度の放射光を減光フイルタなし
でイメージ・センサに適する輝度で結像し、また
レンズがないので、像の湾曲や歪曲などの収差が
全くなく、とくにどの距離でも常焦点を結ぶとい
う特長によつてるつぼ内の融解材の放射光像を常
に鮮明にイメージ・センサに結像せしめるピンホ
ール・カメラの原理にもとづく結像系を設け、最
適の鋳造タイミングを決定し、良質の鋳造品を高
能率で生産しうる構造簡素にして低廉な精密鋳造
装置を提供しようとするものである。

４構成この考案はるつぼ内の少量の鋳物材料を加熱手
段たとえば高周波誘導加熱装置などによつて加熱
融解し、この溶湯を鋳型に注湯する鋳造タイミン
グを決定する手段として、上記るつぼ内の鋳物材
料の融解進行状態をイメージ・センサによつて撮
像し、その画像信号を介して行うようにした装置
における上記撮像結像系をつぎのように構成した
ものである。すなわちるつぼ内融解材の放射光光
路にたとえば円筒状の暗箱を形成し、この暗箱の
前記光路軸に直交する一端面の光軸位置にピンホ
ールを設けるとともに、このピンホールに対向す
る暗箱の他端中心部に前記イメージ・センサを内
設したピンホール．カメラ形結像系により、るつ
ぼ内融解材の放射光像を常に鮮明にイメージ・セ
ンサ受光面に相似形または同形に結像せしめるよ
うにした装置にかかるものである。

５実施例以下図面を用いてこの考案の実施例を説明す
る。第１図は加熱手段を高周波誘導加熱式とした
実施例精密鋳造装置の外観斜視図である。装置１
は加熱室の底面外表面部２と鋳型受台を内部に有
する上下可動筐体３と、下室上表面部４とを外部
に露出し、他を上部、下部器筐５，６でもて包装
している。この考案の第１の実施例装置は前述の
発明（Ｂ）にかかるものであり、操作盤７上に映
像表示器たとえばデイスプレイCRT８を必ず設
けるが、この考案の第２、第３の実施例装置すな
わち発明（Ａ）、発明（Ｃ）にかかる装置におい
ては鋳造タイミングを信号処理回路によつて決定
するので必ずしも映像表示器８を要しない。しか
し第２、第３の装置にては上記鋳造タイミング決
定用ではなくるつぼ内状況を時々目視するための
観察窓９（点線で示す）を併設した装置もある。
操作盤上の１０は操作押ボタン群、１１は表示灯
群であり、これらは上記第１へ第３のいずれの実
施例装置にても大差はない。つぎに第２図によつ
て第１〜第３の実施例装置に共通する加熱室１３
まわりと、この考案の要部であるピンホール・カ
メラ型結像系１４との構成を説明する。凸状鋳型
１５はその上部突出部のるつぼ１６と、ロストワ
ツクス法にて造形した精密鋳造空洞部１７および
湯道１８とを１体的に成型し、上記るつぼ１６を
耐火筒状体１９の内部すなわち加熱室１３に収容
され、凸状鋳型基部２０は鋳型受台２１上にアス
ベストリング２２を介して支承されている。この
受台２１は第１図で示した上下可動筐体３の中心
軸上でたとえば空気圧シリンダピストン２３によ
つて所定の圧力にて押上げられ、上記鋳型基部２
０の肩部をアスベストパツキング２４を介して上
記加熱室底面外表面部２に圧接されている。耐火
筒状体１９の周囲には高周波誘導コイル２５が巻
回してあり、さらに加熱室１３の上端部を密封す
る透明耐火材でなるのぞき窓２６を設けるととも
に、加熱室１３内を減圧する排気管２７および注
湯加圧用の不活性ガス導入出管２８を設けてい
る。以上加熱室１３まわりの構成は従来装置と同
一であり、さらにるつぼ１６内の鋳物材料（Ｍ）
の融解進行状態を撮像するイメージ・センサ３０
本体もまた前述した３件の装置と同一である。異
なるのは上記るつぼ内材料（Ｍ）の放射光光路
（RL）上に設けた暗箱すなわちピンホール・カメ
ラ型結像系１４の構成である。結像系１４は円筒
体３１と、その一端のピンホール３２を有する受
光部３３と他端の上記イメージ・センサ３０を内
蔵し、上記暗箱の他端面を形成する検出部３４
と、それらを上記加熱部フレーム基板３５に対し
保持する支持機構３６とからなつている。円筒体
３１は上記るつぼ１６内の融解材（Ｍ）の全貎を
イメージ・センサ３０の受光面３７に完全にかつ
十分大きく結像しうるに足る長さすなわち、ピン
ホール３２からセンサ受光面まで距離（L₁）た
とえば200mmに対応するものであり、その一端
（この例では下端）に上記受光部３３とベアリン
グ３８を介して回動自在に結合される大径のリン
グ体３９を接合している。このリング体３９の外
周縁には図示しない丸形ベルトがはまり込むＵ字
溝４０が削設されている。受光部３３は上記ピン
ホール３２を放射光路中心軸（RLc）に合致せし
めるとともにピンホール板４２を上記中心軸
（RLc）に正確に直交せしめて固定するピンホー
ル設定部４３を備えるとともに、上記ベアリング
３８を保持し、さらに上記ピンホール３２にじん
あいなどが付着するのを防止する透明ガラス４４
にてなる防護窓４５を上記光軸（RLc）に対し
45゜の傾斜角で設けている。この防護窓４５に透
明材を用いるのは映像表示器８を用いる第１の実
施例装置と、第２、第３の装置のうち第１図で示
した観察窓９を併設しない装置とである。観察窓
９を併設するばあいは、上記防護窓４５にはたと
えばブラウンスモーク色のアクリル樹脂材４４′
をはめ込み、放射光の一部を点線矢印（ａ）方向
に分光する。図は簡単のためガラス４４による光
の屈折は省略して描いている。つぎにこの考案の
要部の一つであるピンホール対物距離調整手段の
一具体例のピンホール対物距離調整機構４１を説
明する。受光部基台４６に樹設した上下１対のア
ーム４７，４７′は上記支持機構３６の同じく１
対の支柱４８に摺動可能に志承され、かつ上側の
アーム４７はねじ棒４９の先端を回転自在に係合
している。ねじ棒４９は支持機構３６の上記１対
の支柱４８の上部に架設した横ばり５０に螺合し
ている。この構成によつてねじ棒４９を回転させ
ることにより、受光部３３すなわちピンホール３
２の位置を矢印（ｂ）方向に微動せしめ、前述し
た受光面３７の光像の大きさを最適にする対物距
離（L₂）に調整設定することができる。つぎに
検出部３４は上記円筒体３１の他端（この例では
上端）に溶接などによつて結合したつば板５２上
に組立てた基板部５３と、カバー５４とで密封容
器を形成している。上記基板部５３に樹設した支
柱Ａ５５に突設したプレートＡ５６に前述したイ
メージ・センサ３０が取付けられ、同じく支柱Ｂ
５７のプレートＢ５８上には、第１の実施例にて
は映像信号発生回路５９を、第２、第３の実施例
にては、それぞれの信号処理回路６０，６１が載
設されている。以上がピンホール・カメラ型結像
系１４の構成であり、この構成において上記ピン
ホール３２の口径を出来るだけ小径にすることに
よつて解像力のすぐれた結像ができ、かつ小径で
あるが故に高輝度の放射光が減衰されイメージ・
センサはブルーミングを生じない。さらにイメー
ジ・センサ３０の受光面３７はその長さ（ｌ）が
短小（たとえば30mm）であるにもかかわらず、
２，600個に及ぶ感光画素を有しているので、る
つぼ１６内の材料（Ｍ）の放射光像をきわめて高
い解像力で融解状況を刻々に撮像する。また融解
進行に伴う材料（Ｍ）の形状変化によつてピンホ
ール３２と距離（L₂）が増すことがあつても常
にセンサ受光面に焦点を結び、像の鮮鋭度にはい
ささかの変化も生じない。つぎに第３図によつて
この考案の第１の実施例装置の回路構成およびそ
の映像についてのべる。その詳細は発明（Ｂ）の
明細書に示しているので、ここでは簡単に説明す
る。イメージ・センサ３０は一次元（線撮像型）
または二次元（面撮像型）のいずれでもよいが通
常一次元センサを用い、かつ第２図の結像系１４
はベアリング３８が不要で、リング体３９も簡単
な固定式結像系１４′（図示を省略）を用いる。
図においてセンサ３０の信号（D₁）は材料
（Ｍ）のたとえば中心線上の輝度分布（Ｉ・Ｂ）
信号であり、検出部３４内の映像信号発生回路５
９によつて輝度分布映像信号（D₂）に変換され
て映像表示器８に入力される。図は上記表示器
８の画像を示し、横軸（Ｐ）はるつぼ１６のたと
えばＸ方向（第２図において紙面に沿う方向）の
位置を示し、（ｄ）はるつぼ１６の内径に対応す
る。タテ軸（Ｂ）は材料（Ｍ）の輝度を示す。図
は輝度分布像（Ｉ・Ｂ）の（t₁）〜（t₄）は加熱
進行に伴う変化を時系列的に示したものであり、
（t₄）のように頂部がほぼ平担化した時点が材料
（Ｍ）が完全に融解し、前述した鋳造温度に達し
たときである。したがつてこの（t₄）時点を基準
として所定の係留時間をおいて注湯するのであ
る。

つぎに第４図によつてこのの考案の第２の実施
例装置すなわち発明（Ａ）にかかる装置について
のべる。上記同様詳細は発明（Ａ）の明細書に示
しているので、ここでは主として一次元イメー
ジ・センサ３０の回動手段について説明する。第
１図で説明した円筒体３１に接合したリンク体３
９のＵ字溝４０と図示しない加熱部フレーム基板
（第２図３５）に固定した可逆回転モータ６３の
プーリ６４との間に断面円形のたとえばゴムベル
ト６５を張設される。上記モータ６３は検出部３
４内の信号処理回路６０のマイクロコンピユータ
のCPU６０Ａおよび回転制御回路６０Ｂによつ
て結像系１４のイメージ・センサ３０をたとえば
矢印（Ｃ）方向に30゜づつ６回間欠的に回動せし
め６方向の撮像を行い、撮像完了すれば逆方向に
すばやく元の位置に復帰させる。この撮像による
材料（Ｍ）の平面画像信号（D₃）は上記CPU６
０Ａによつて制御される同じく検出部３４内の輪
郭画像有意差判定回路群６０Ｃすなわち、上記平
面画像の輪郭が融解の進行によつて所定の変化を
生じたことを判定する信号処理を行い、この判定
信号（Ｓ）が出力されると図に示す６６〜６９の
各回路・装置が作動し、自動的に鋳型への注湯が
行われるのである。なおイメージ・センサ３０に
二次元センサを用いたばあいは結像系１４はモー
タ６３による回動を要せず、上記したベアリング
３８の無い固定式結像系１４′でよい。

つぎに第５図によつてこの考案の第３の実施例
装置すなわち発明（Ｃ）にかかる装置についての
べる。上記同様詳細は発明（Ｃ）の明細書に示し
ているので、ここでは要点を簡単に説明する。こ
の装置は第１の装置と同様通常一次元センサを用
い、結像系１４は固定式とし、上記一次元センサ
の信号（D₁）は第３図で示したような輝度分
布（Ｉ・Ｂ）信号である。検出部３４内に収容さ
れた信号処理回路６１はCPU６１Ａと、輝度分
布像符号化および判定回路群６１Ｂとで構成さ
れ、第３図で示したような輝度分布（Ｉ・Ｂ）
画像を２値信号に符号化し、基準２値信号との比
較判定によつて図の（t₄）で示した頂部の平担
化したことを判定し、判定信号（Ｓ）を出力する
ものである。この信号（Ｓ）によつて作動する回
路・装置は第２の装置と同一であり図は第２の装
置において信号発生回路６６に含まれていた係留
時間設定器６６Ａを分離して示している。

以上がこの考案の３つの実施例であるが、この
考案は図示や説明に限定されるものでなく、たと
えば第２図におけるるつぼ上の放射光路（RL）
に45゜傾斜の反射鏡を設け、たとえば点線矢印
（ａ）方向に光路を変更し、そこに結像系１４を
設けるとか、更に数枚の反射鏡を併用することに
よつて放射光路の方向ならびに結像系の位置を自
在に設定できる。また結像系の暗箱は円筒状に限
定されず、角筒状でもよい。さらにピンホール対
物距離調整手段の機構４１は図示のものに限定さ
れない。また説明は高周波誘導加熱式にて行つた
が、アーク放電式加熱装置においてもるつぼ内材
料の融解状況が常に撮像しうるように構成すれば
ピンホール・カメラ型結像系によつて鋳造タイミ
ングが決定できる。したがつてこの考案の範ちゆ
うに属するものである。

６効果この考案は以上のように構成されているので、
イメージ・センサによつてるつぼ内の鋳物材料を
撮像し、鋳造タイミングを決定するようにした精
密鋳造装置の集射レンズ系の問題点を解決するも
のである。すなわち一般にＦ数（口径比の逆数で
絞り番号ともいう）が大きく露出に時間がかかる
という欠点を有するピンホール・カメラの上記欠
点を逆に利用し高輝度のるつぼ内融解材の放射光
像を減光フイルタを用いることなく、イメージ・
センサの受光能力内に減衰せしめ、かつ上記光像
の刻々の変化に対応して忠実に結像するとともに
像の湾曲や歪曲などのレンズ収差がなく、さらに
上記材料の融解進行中のるつぼ内レベルの変動に
影響されることなく常に焦点を結び上記放射光像
を鮮明にイメージ・センサに結像するピンホー
ル・カメラ型結像系によつて、イメージ・センサ
の高解像力の光検出性と相まつて最適の鋳造タイ
ミングにて注湯でき、高品質の鋳造品が能率良く
製造しうる構造簡素で製作しやすく廉価な装置を
提供しえたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例としての高周波溶解
加圧精密鋳造装置の外観斜視図、第２図は上記装
置の加熱部および結像系の構成を示す縦断面図、
第３図はこの考案の第１の実施例装置の回路ブ
ロツク図、図は上記装置の映像表示器画面の輝
度分布像を示す図、第４図はこの考案の第２の実
施例装置の回路ブロツク図、第５図はこの考案の
第３の実施例装置の回路ブロツク図である。１……精密鋳造装置、８……映像表示器、１３
……加熱室、１５……凸型鋳型、１４……暗箱
（ピンホール・カメラ型結像系）１６……るつぼ、
１７……精密鋳型空洞部、（Ｍ）……少量の鋳物
材料、（RL）……るつぼ内融解材の放射光光路、
（RLe）……上記放射光路軸、３０……自己走査
型画像検出器（CCDイメージ・センサ）、３２…
…ピンホール、３４……上記１４の他端面（検出
部）、３７……上記３０の受光面、４１……ピン
ホール対物距離調整機構、４２……上記１４の１
端面（ピンホール板）、６０Ａ，６０Ｂ，６１Ｃ，
６１Ａ，６１Ｂ……画像信号処理回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１るつぼ内に収容した少量の鋳物材料を加熱手
段を介して融解し、この融解進行状態を自己走
査型画像検出器によつて撮像し、この画像信号
を直接映像表示するかまたは信号処理を行うか
して、溶湯を鋳型に注湯するタイミングを決定
するようにした装置において、前記るつぼ内の
融解材の放射光光路を包み覆う暗箱を形成し、
この暗箱の前記光路軸が直交する一端面の光軸
位置にピンホールを設け、かつこのピンホール
に対向する暗箱他端面の中心部に前記検出器を
内設するとともに、この暗箱のピンホールの位
置を光軸に沿つて移動させ設定するピンホール
対物距離調整手段を設け、前記検出器受光面に
前記るつぼ内融解材の放射光像を結像せしめた
ことを特徴とする精密鋳造装置。２自己走査型画像検出器が一次元検出器である
実用新案登録請求の範囲第１項記載の精密鋳造
装置。３自己走査型画像検出器が二次元検出器である
実用新案登録請求の範囲第１項記載の精密鋳造
装置。