JP2017181397A

JP2017181397A - 液深判定装置、液深判定プログラム、液深判定方法

Info

Publication number: JP2017181397A
Application number: JP2016071696A
Authority: JP
Inventors: 利忠武居; Toshitada Takei
Original assignee: Otari Inc
Current assignee: Otari Inc
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】超音波洗浄装置の洗浄槽内における洗浄液の最適な液深をより容易に把握することができる技術を提供する。【解決手段】洗浄槽に貯溜された洗浄液に対して前記洗浄槽の底部から該洗浄液の液面に向けた超音波を振動子の振動によって発生させる超音波洗浄装置における前記洗浄液の液深を判定する液深判定装置であって、前記振動子に印加される電圧波形を取得する電圧波形取得部３０１と、前記振動子に流れる電流波形を取得する電流波形取得部３０２と、前記電圧波形と前記電流波形との位相差を算出する位相差算出部３０３と、前記位相差に基づいて、前記洗浄液が所定の液深であるか否かを判定する判定部３０４とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、超音波洗浄装置の洗浄槽内における洗浄液の液深を判定する技術に関する。

従来、洗浄槽内の洗浄液に浸されたワークを超音波により洗浄する超音波洗浄装置において、洗浄能力が高まる条件が存在することが知られている。超音波洗浄装置の洗浄槽の底部には、上方に向かって超音波を発生させる超音波発生部が設けられており、これにより発生された超音波は洗浄液内を通過した後、洗浄液の液面によって下方の超音波発生部方向へ反射される。この際、洗浄槽内の液深が超音波の波長の１／２の整数倍である場合、超音波発生部から出力された出力波と液面により反射された反射波とが互いに干渉しあって定在波が生じ、これによりキャビテーションがより多く発生することとなり、したがってワークの洗浄能力が高まる。

このように洗浄槽内の液深を最適なものとするため、最適な液深となる際の洗浄液の液面位置への洗浄槽に対するマーキングや、視認可能な洗浄液の状態や洗浄槽から発せられる音などに基づく作業者による最適な液深の判断などがなされている。

また、関連する技術として、洗浄槽内の洗浄水の水面と超音波振動子の振動面との距離を、その振動面から放射された超音波の波長の四分の１を整数倍した値とほぼ同じ値に設定し、容器の底部が洗浄水に浸漬される深さを、超音波の波長の四分の１以上の値に設定する超音波洗浄装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。

特開平９−２９０２２７号公報

しかしながら、洗浄槽へのマーキングによれば、経年変化による超音波発生部から発生される超音波の周波数の変動や、洗浄液の種類や温度による洗浄液内の超音波の周波数の変動などによって、マーキングに基づいた液深と最適な液深とが異なる場合がある。また、作業者による判断によれば、超音波洗浄装置の設置場所の環境等により音による判断が妨げられ、更に、洗浄液の種類や状態等により目視による判断が妨げられる場合がある。いずれの場合においても、洗浄槽内の洗浄液を最適な液深とするには、超音波洗浄装置に係る条件を相応のものとする必要があり、これによって、最適な液深を把握することが困難となっている。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、超音波洗浄装置の洗浄槽内における洗浄液の最適な液深をより容易に把握することができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本実施形態における液深判定装置は、洗浄槽に貯溜された洗浄液に対して前記洗浄槽の底部から該洗浄液の液面に向けた超音波を振動子の振動によって発生させる超音波洗浄装置における前記洗浄液の液深を判定する液深判定装置であって、前記振動子に印加される電圧波形を取得する電圧波形取得部と、前記振動子に流れる電流波形を取得する電流波形取得部と、前記電圧波形と前記電流波形との位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差に基づいて、前記洗浄液が所定の液深であるか否かを判定する判定部とを備える。

本発明によれば、超音波洗浄装置の洗浄槽内における洗浄液の最適な液深をより容易に把握することができる。

本実施形態に係る液深判定装置のハードウェア構成を示す概略ブロック図である。超音波発生部、電圧検出部及び電流検出部を示す回路図である。整形される波形を示す図である。液深判定装置の機能構成を示すブロック図である。液深判定装置の動作を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

まず、本実施の形態に係る液深判定装置について説明する。図１は、本実施形態に係る液深判定装置のハードウェア構成を示す概略ブロック図である。図２は、超音波発生部、電圧検出部及び電流検出部を示す回路図である。なお、図１においては、超音波洗浄装置が側断面図により示される。

図１に示すように、液深判定装置２０による判定対象である超音波洗浄装置１０は、洗浄液を貯溜可能な容器である洗浄槽１１と、この洗浄槽１１の底部に設けられて振動を発生することにより洗浄液に液面に向いた超音波を発生させる超音波発生部１２と、超音波発生部１２による振動を洗浄槽１１へ伝達する振動板１３とを備える。

液深判定装置２０は、ハードウェアとして、ＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２０１、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）２０２、電圧検出部２０３、波形整形部２０４、ＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）２０５、電流検出部２０６、波形整形部２０７、ＡＤＣ２０８、表示部２０９を備える。液深判定装置２０は、洗浄液の液深が最適な液深、即ち、洗浄液中の超音波の波長×１／２の整数倍である液深となった場合に、ＲＬＣ直列回路として構成される超音波発生部１２において直列共振が発生するという現象を利用して、洗浄液が最適な液深となっているか否かを判定する。

ＭＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０２と協働して、後述する各種機能を実行する。電圧検出部２０３は、超音波発生部１２の電圧を検出する。波形整形部２０４は、電圧検出部２０３により検出された電圧の波形を整形する。ＡＤＣ２０５は、波形整形部２０４により整形された電圧波形に対してＡＤ変換したデータをＭＰＵ２０１へ出力する。電流検出部２０６は、超音波発生部１２の電流を検出する。波形整形部２０７は、電流検出部により検出された電流の波形を整形する。ＡＤＣ２０８は、波形整形部２０７により整形された電流波形に対してＡＤ変換したデータをＭＰＵ２０１へ出力する。表示部２０９は、図示しない第１ＬＥＤ２０９ａ、第２ＬＥＤ２０９ｂ、第３ＬＥＤ２０９ｃを備え、超音波洗浄装置１０を用いる作業員に対して、液深の判定結果を表示する。なお、表示部２０９の代わりにブザーを用いることにより作業員に対して判定結果を伝達しても良い。

図２に示すように、超音波発生部１２は、コンデンサＣと抵抗器Ｒとを有する振動子１２１と、共振を得るための外付けのインダクタＬとを備え、電圧検出部２０３は、振動子１２１に印加される電圧を検出する電圧検出用トランスとして構成され、電流検出部２０６は、振動子１２１に流れる電流を検出する電流検出用トランスとして構成される。

波形整形部２０４及び波形整形部２０７は、互いに略同様に構成されており、それぞれ、スライサとコンパレータとを有する波形整形回路として構成される。波形整形部２０４及び波形整形部２０７によれば、図３（ａ）に示すような入力波形に対して、図３（ｂ）に示すようにスライサによって上限及び下限のスライスレベルにより定められた範囲内の波形のみが抽出され、この波形が図３（ｃ）に示すようにコンパレータによって矩形波に整形される。

次に、液深判定装置の機能構成について説明する。図４は、液深判定装置の機能構成を示すブロック図である。

図４に示すように、液深判定装置２０は、機能として、電圧波形取得部３０１、電流波形取得部３０２、位相差算出部３０３、判定部３０４、提示部３０５を備える。電圧波形取得部３０１は、ＡＤＣ２０５によりＡＤ変換された電圧値の時系列データを電圧波形として取得する。電流波形取得部３０２は、ＡＤＣ２０８によりＡＤ変換された電圧値の時系列データを電流波形として取得する。位相差算出部３０３は、電圧波形取得部３０１により取得された電圧波形と、電流波形取得部３０２により取得された電流波形との位相差を、図３（ｃ）に示す立ち上がりエッジを比較基準として算出する。判定部３０４は、位相差算出部３０３により算出された位相差に基づいて、洗浄液が最適な液深であるか否かを判定する。提示部３０５は、判定部３０４による判定結果を表示部２０９により作業者に提示する。

次に、液深判定装置の動作について説明する。図５は、液深判定装置の動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される動作は所定の周期毎に実行されるものとし、電圧波形及び電流波形の周期は既知であるものとする。

図５に示すように、まず、電圧波形取得部３０１が電圧波形を取得する（Ｓ１０１）とともに、電流波形取得部３０２が電流波形を取得する（Ｓ３０２）。その後、位相差算出部３０３は、取得された電圧波形と電流波形との位相差θを算出する（Ｓ１０３）。本実施形態においては、電圧波形を基準とした位相差を算出するものとするが、いずれの波形を基準としても良い。

次に、判定部３０４は、位相差算出部３０３により算出された位相差θが、０°より所定角度だけ遅れた第１角度から０°より所定角度だけ進んだ第２角度までの角度範囲である第１範囲内、本実施形態においては３５５°≦θ≦５°であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。ここで、判定部３０４は、位相差θが第１範囲内であるか否かによって電圧波形と電流波形との位相が一致するか否か、即ち、洗浄液が最適な液深となっているか否かを判定する。

位相差θが第１範囲内ではない場合（Ｓ１０４，ＮＯ）、判定部３０４は、位相差θが第２角度から第２角度より所定角度だけ進んだ第３角度までの角度範囲である第２範囲内、本実施形態においては５°＜θ≦１０°であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。

位相差θが第２範囲内ではない場合（Ｓ１０５，ＮＯ）、判定部３０４は、位相差θが第１角度より所定角度だけ遅れた第４角度から第１角度までの角度範囲である第３範囲内、本実施形態においては３５０°≦θ＜３５５°であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。

位相差θが第３範囲内ではない場合（Ｓ１０６，ＮＯ）、判定部３０４は、処理を終了する。

一方、位相差θが第３範囲内である場合（Ｓ１０６，ＹＥＳ）、提示部３０５は、表示部２０９における第３ＬＥＤ２０９ｃを点灯させ、作業者に対して洗浄液の液深が最適な液深近傍にある旨を提示する（Ｓ１０７）。

また、ステップＳ１０５において、位相差θが第２範囲内である場合（Ｓ１０５，ＹＥＳ）、提示部３０５は、表示部２０９における第２ＬＥＤ２０９ｂを点灯させ、作業者に対して洗浄液の液深が最適な液深近傍にある旨を提示する（Ｓ１０８）。

また、ステップＳ１０４において、位相差θが第１範囲内である場合（Ｓ１０４，ＹＥＳ）、提示部３０５は、表示部２０９における第１ＬＥＤ２０９ａを点灯させ、作業者に対して洗浄液の液深が最適な液深である旨を提示する（Ｓ１０９）。

以上説明したように、液深判定装置によれば、洗浄液が最適な液深となっているか、また、調整中の液深が最適な液深近傍にあるか否かを、作業者が容易に把握することができる。

本実施の形態において、液深判定プログラムは上述した液深判定装置の内部に予めインストールされているものとして記載したが、本発明における液深判定プログラムは記憶媒体に記憶されたものも含まれる。ここで記憶媒体とは、磁気テープ、磁気ディスク（ハードディスクドライブ等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、フラッシュメモリ等、液深判定装置に対し脱着可能な媒体や、さらにネットワークを介することで伝送可能な媒体等、上述した液深判定装置におけるコンピュータで読み取りや実行が可能な全ての媒体をいう。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０超音波洗浄装置
１１洗浄槽
１２超音波発生部
２０液深判定装置
３０１電圧波形取得部
３０２電流波形取得部
３０３位相差算出部
３０４判定部
３０５提示部

Claims

洗浄槽に貯溜された洗浄液に対して前記洗浄槽の底部から該洗浄液の液面に向けた超音波を振動子の振動によって発生させる超音波洗浄装置における前記洗浄液の液深を判定する液深判定装置であって、
前記振動子に印加される電圧波形を取得する電圧波形取得部と、
前記振動子に流れる電流波形を取得する電流波形取得部と、
前記電圧波形と前記電流波形との位相差を算出する位相差算出部と、
前記位相差に基づいて、前記洗浄液が所定の液深であるか否かを判定する判定部と
を備える液深判定装置。
前記判定部は、前記電圧波形の位相と前記電流波形の位相とが一致する場合、前記洗浄液が所定の液深であると判定することを特徴とする請求項１に記載の液深判定装置。
前記判定部は、前記位相差が、０°より所定角度だけ遅れた第１角度から０°より所定角度だけ進んだ第２角度までの角度範囲である第１範囲内にある場合、前記電圧波形の位相と前記電流波形の位相とが一致すると判定することを特徴とする請求項２に記載の液深判定装置。
前記判定部は、前記位相差が、前記第２角度から該第２角度より所定角度だけ進んだ第３角度までの角度範囲である第２範囲内にある場合、前記洗浄液の液深が所定の液深近傍であると判定することを特徴とする請求項３に記載の液深判定装置。
前記判定部は、前記位相差が、前記第１角度より所定角度だけ遅れた第４角度から前記第１角度までの角度範囲である第３範囲内にある場合、前記洗浄液の液深が所定の液深近傍であると判定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液深判定装置。
前記電圧波形取得部は矩形波に整形された電圧波形を取得し、前記電流波形取得部は矩形波に整形された電流波形を取得することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液深判定装置。
洗浄槽に貯溜された洗浄液に対して前記洗浄槽の底部から該洗浄液の液面に向けた超音波を振動子の振動によって発生させる超音波洗浄装置における前記洗浄液の液深を判定する液深判定プログラムであって、
前記振動子に印加される電圧波形を取得し、
前記振動子に流れる電流波形を取得し、
前記電圧波形と前記電流波形との位相差を算出し、
前記位相差に基づいて、前記洗浄液が所定の液深であるか否かを判定する
処理をコンピュータに実行させる液深判定プログラム。
洗浄槽に貯溜された洗浄液に対して前記洗浄槽の底部から該洗浄液の液面に向けた超音波を振動子の振動によって発生させる超音波洗浄装置における前記洗浄液の液深を判定する液深判定方法であって、
コンピュータが、
前記振動子に印加される電圧波形を取得し、
前記振動子に流れる電流波形を取得し、
前記電圧波形と前記電流波形との位相差を算出し、
前記位相差に基づいて、前記洗浄液が所定の液深であるか否かを判定する液深判定方法。