JP4915695B2 - 有機ケイ素化合物の吐出量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、バーナーによる酸化炎を介してワークの表面に酸化ケイ素膜を形成するイトロ処理の燃焼状態を検知して、イトロ添加剤の吐出量を制御するための制御装置に関するものである。

従来、例えばプラスチックなどの樹脂性の基材，ポリウレタンフォームなどの中間層及び表皮から成る三層構造の、所謂ソフトインストルメトパネルに関して、基材と中間層との接着性を確保するために、火炎処理が行なわれている。
この火炎処理は、例えば図６に示すように、ワークとしての基材１の表面、即ち中間層との接着面に対して、バーナー２による火炎を近接させることにより行なわれている。

ここで、バーナー２は、燃料ガスとして例えばＬＰＧが供給され、このＬＰＧに対して空気（ＡＩＲ）が導入されることで燃焼が行なわれる。そして、このような火炎処理により、図６に示すように、基材１の表面にＣＯＯＨ基，ＯＨ基等の鎖状の基が付着することにより、中間層との接着性が高められるようになっている。

ここで、このような火炎処理を確実に行なって、上述した接着性を確保するためには、第一に安定した燃焼即ち炎の温度及び長さ、第二にバーナーとワーク間の距離、さらに処理速度を一定に保持することが重要であり、これらの条件を満足するためには、バーナー２を連続燃焼させた状態にて、図７に示すように、順次にワークをバーナー２に対して接近させて、間欠的に火炎処理を行なうようにしている。このため、バーナー２の連続燃焼により、火炎処理が行なわれていないワーク交換の間もバーナー２が燃焼していることになるため、ＬＰＧの消費量が増大してしまい、エネルギー損失が大きくなると共に、コストが増大してしまう。

これに対して、このような火炎処理におけるバーナー２の炎の管理を行なうことなく、上記接着性を確保するための手法としては、有機化合物、例えば有機ケイ素化合物による所謂イトロ添加剤の添加による高接着工法が知られている。
この高接着工法は、図８に示すように、導入する空気に対して例えば有機ケイ素化合物等のイトロ添加剤をバルブを介して混入すると共に、図９に示すように、処理時にのみバーナー２を燃焼させるようにしている。このような、バーナーによる酸化炎を介してワークの表面に酸化ケイ素膜を形成する表面処理、所謂イトロ処理を施すことにより、図８に示すように、基材１の表面にＳｉＯ基が付着することによって、中間層などの他の物体との接着性が高められる。

これに対して、特許文献１には、燃焼炎をカラーテレビカメラで撮像して、炎の色から炎の温度を検出すると共に、炎の画素数から炎の大きさを検出し、燃焼終了点および燃焼終了状態を検出する方法が開示されている。
特開平１１−３７８４８号公報

ところで、このようなイトロ処理は、従来の火炎処理の装置をそのまま利用して行なうと、以下のような不具合が生ずる。
イトロ添加剤の吐出量の調整は、フローセルに基づいてバルブ調整により行なわれるようになっており、自動調整が困難であることから、イトロ添加剤を適正量に高精度で制御することが難しく、火炎処理の品質安定化を容易に実現することはできなかった。即ち、イトロ処理におけるイトロ添加剤の吐出量が異なると、品質のばらつきが生じることになる。

これに対して、特許文献１による方法では、燃焼終了を判定することはできるが、燃焼状態が適正であるか否かを判定することはできなかった。

本発明は、以上の点に鑑み、有機ケイ素化合物の添加量を燃焼炎の色の画像処理により検出し、有機ケイ素化合物の吐出量を調整して、適正で安定した燃焼状態を維持するようにした有機ケイ素化合物の吐出量制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、燃料ガスおよび空気が供給されることによりワークの火炎処理を行なうバーナーに対して、バルブから導入される有機ケイ素化合物の添加量を調整する装置であって、バーナーの炎の色を撮像する撮像手段と、撮像手段からの撮像信号に基づいて、炎の色から有機ケイ素化合物の添加量を演算し、この演算結果である有機ケイ素化合物の添加量に基づいて、有機ケイ素化合物の添加量が適正範囲内にあるか、少な過ぎるかを判定する制御手段と、制御手段による判定結果に基づいて、バルブを調整することにより、有機ケイ素化合物の添加量を調整する調整手段と、を含むことを特徴としている。

本発明による有機ケイ素化合物の吐出量制御装置は、好ましくは、各ワークの火炎処理開始時にバーナーを点火するパイロットバーナーと、バーナーおよびパイロットバーナーの着火を確認する火炎検出器と、を含んでいる。

本発明による有機ケイ素化合物の吐出量制御装置は、好ましくは、上記制御手段が、バーナーの炎の色から有機ケイ素化合物の添加量を演算し、この演算結果に基づいて、有機ケイ素化合物の添加量の適否を判定する。

本発明による有機ケイ素化合物の吐出量制御装置は、好ましくは、上記制御手段が、撮像手段からの撮像信号に基づいて、炎の色をＲＧＢ関数に変換し、その各色の値Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて、有機ケイ素化合物の添加量を演算する。

本発明による有機ケイ素化合物の吐出量制御装置は、好ましくは、上記制御手段が、ＲＧＢ関数の各色の値Ｒ，Ｇ，Ｂのうち、Ｒが、２００≦Ｒ≦２５５の範囲内にある場合、有機ケイ素化合物の添加量が適正であり、またＲ＜２００の場合、有機ケイ素化合物の添加量が不足であると判定する。

上記構成によれば、有機ケイ素化合物を利用した高接着工法により、有機ケイ素化合物を添加することにより可視化されたワークの火炎処理のためのバーナーの炎の色を、撮像手段で撮像して、その炎の画像を画像処理することで、炎の色を間接的に解析することになるので、有機ケイ素化合物の添加の影響を受けることなく、正確に燃焼状態を確認して、有機ケイ素化合物の添加量を検出することができる。よって、検出した有機ケイ素化合物の添加量に基づいてバルブを調整することにより、有機ケイ素化合物の吐出量を正確に制御することができる。

各ワークの火炎処理開始時にバーナーを点火するパイロットバーナーとバーナーおよびパイロットバーナーの着火を確認する火炎検出器とを含んでいる場合には、ワークの火炎処理の間だけバーナーを燃焼させることができる。このような断続燃焼によって、燃料ガスの消費量が大幅に節減され、コストが低減する。また、火炎検出器によりバーナーおよびパイロットバーナーの着火を確認することができ、バーナーの点火そして火炎処理が確実に行なわれることができる。

上記制御手段が、撮像手段からの撮像信号に基づいて、炎の色をＲＧＢ関数に変換し、その各色の値Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて、有機ケイ素化合物の添加量を演算する場合、さらに、制御手段が、ＲＧＢ関数の各色の値Ｒ，Ｇ，Ｂのうち、Ｒが、２００≦Ｒ≦２５５の範囲内にある場合、有機ケイ素化合物の添加量が適正であり、またＲ＜２００の場合、有機ケイ素化合物の添加量が不足であると判定する場合には、有機ケイ素化合物により可視化されたバーナーの炎の色に基づいて、ＲＧＢ関数を利用して、容易にそして正確にバーナーの炎の色を解析することができる。

本発明によれば、有機ケイ素化合物の添加により可視化されたワークの火炎処理のためのバーナーの炎の色を、画像処理を利用して間接的に解析することにより、有機ケイ素化合物の添加の影響を受けることなく、正確に燃焼状態を確認して、有機ケイ素化合物の添加量を検出することができる。したがって、検出した有機ケイ素化合物の添加量に基づいて、バルブを調整することにより、有機ケイ素化合物の吐出量を正確に制御して、適正で安定した燃焼状態を維持することが可能になる。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明によるイトロ添加剤吐出量制御装置の一実施形態を組み込んだ火炎処理システムの全体構成を示している。
図１において、火炎処理システム１０は、ワーク１１を支持するワーク台１２と、ワーク台１２に支持されたワーク１１の火炎処理を行なうメインバーナー１３と、このメインバーナー１３を支持し且つワーク１１に対して火炎処理のための所定位置に移動させるための作業用ロボット１４と、メインバーナー１３の着火を行なうためのパイロットバーナー１５と、メインバーナー１３及びパイロットバーナー１５の着火を確認するための火炎検出器１６と、イトロ添加剤吐出量制御装置２０と、から構成されている。

ここで、ワーク台１２は、互いに反対方向に延出していて鉛直軸まわりに回転可能な一対のアーム１２ａ，１２ｂを備えており、各アーム１２ａ，１２ｂによってワーク１１（例えば前述したインストルメントパネルの基材１）を同時に両側で支持し得るように構成されている。各ワーク１１は、アーム１２ａ，１２ｂの回転によって、それぞれ作業位置及び反対側の取出し位置に移動し得るようになっている。なお、図１において、作業位置にあるワーク１１を実線で示し、取出し位置にあるワーク１１を点線で示している。
そして、作業位置に在るワーク１１に対して、メインバーナー１３によりイトロ処理を含む火炎処理が行なわれると共に、取出し位置にて、火炎処理が終了したワーク１１が取り外され、新たなワーク１１が取り付けられ得るようになっている。なお、ワーク台１２は、火炎処理が終了したワーク１１に対して、火炎処理が正常に終了したとき当該ワーク１１の一部を切除するエアニッパー１２ｃを備えている。

メインバーナー１３は、従来の火炎処理用のものと同様の構成であって、燃料ガスとして例えばＬＰＧが供給されると共に、このＬＰＧに対して空気が導入され、さらにこの空気に対して、例えば有機ケイ素化合物等のイトロ添加剤１８がバルブ１３ａを介して混入される。このバルブ１３ａは、空気に対するイトロ添加剤１８の混入の量を外部制御により自動調整され得るように、流量可変バルブとして構成されている。

作業用ロボット１４は、メインバーナー１３を三軸方向に自在に回転可能にそして移動可能に支持しており、メインバーナー１３をパイロットバーナー１５に接近させて点火した後、ワーク台１２の作業位置に支持されたワーク１１に対してメインバーナー１３を接近させて火炎処理を行なうようになっている。パイロットバーナー１５は、ワーク台１２に隣接して配置されており、メインバーナー１３が接近してきたときメインバーナー１３の点火を行なう。

火炎検出器１６は例えば紫外線火炎検出器として構成されており、メインバーナー１３及びパイロットバーナー１５の火炎から出ている紫外線を検出して、メインバーナー１３及びパイロットバーナー１５の着火を確認する。ワーク台１２，作業用ロボット１４は、図示しない制御部により制御され、各ワーク１１に対する火炎処理が行なわれるようになっている。

イトロ点火剤吐出量制御装置２０は、メインバーナー１３がパイロットバーナー１５に接近して着火したときに、その炎を撮像する撮像手段２１と、この撮像手段２１からの撮像信号を画像処理し、さらにイトロ添加剤１８の添加量の適否を判定する制御手段２２と、制御手段２２の判定結果に基づいてバルブ１３ａを調整する調整手段２３と、から構成されている。

撮像手段２１は、例えばＣＣＤカメラ等から構成されており、メインバーナー１３の炎を撮像し、撮像信号を制御手段２２に送出する。制御手段２２は、撮像手段２１からの撮像信号に基づいて、メインバーナー１３の炎の画像を画像処理して、炎の色からイトロ添加剤１８の添加量の適否を判定すると共に、火炎検出器１６からの検出信号に基づいてメインバーナー１３及びパイロットバーナー１５の着火確認を行なう。上述した画像処理は、制御手段２２内に設けられたマイコン等のコンピュータ上で動作する画像処理ソフトウェアにより容易に実現され得る。

ここで、メインバーナー１３の炎の色が、通常のバーナーの燃焼状態と比較して、イトロ添加剤１８の添加によって赤外領域から紫外線側にシフトして、最適燃焼の範囲が可視領域にずれ込むことにより、この炎の色を観察することによって燃焼状態を正確に把握することができる。即ち、上記炎の色は、イトロ添加量１８の増減により、そのスペクトルが図２（Ａ）にて符号Ａに示す範囲から符号Ｂで示す範囲に移動し、イトロ添加剤１８の添加量の適正範囲が可視領域の範囲内に位置する。
したがって、炎の色は、イトロ添加剤１８の添加量が増えるにしたがって、例えばＲＧＢ関数で表わしたときの値Ｒが増大することから、当該炎の色を識別することにより、上記値Ｒが設定値以上となるように、イトロ添加量１８を適正に制御することができる。これにより、適正なイトロ添加剤の吐出量を調整することが可能である。例えば、炎の色が、ＲＧＢ関数で表わしたときに２００≦Ｒ≦２５５の値Ｒになるように、イトロ添加剤の吐出量を調整する。

そこで、本発明の実施形態に係るイトロ点火剤吐出量制御装置２０においては、光学スペクトルに関して、メインバーナー１３の炎の色がイトロ添加剤１８の添加量を多くすると、紫外線側にずれることに着目して、撮像手段２１からの撮像信号のうち、炎の画像に基づいて炎の色をＲＧＢ関数に変換し、炎の色を検出するようになっている。

ここで、炎の色は、イトロ添加剤１８の添加量が少ないと、例えば図３に示すように青色であるが、イトロ添加剤１８の添加量が適正であると紫色となる。その際、青色は、ＲＧＢ関数にて、Ｒが０，Ｇが１７５そしてＢが２３０程度であるが、紫色は、同様にしてＲＧＢ関数にて、Ｒが２００，Ｇが１６５そしてＢが２００程度である。したがって、メインバーナー１３の炎の色が、青色から紫色に変化するときに、大幅に変動する値Ｒを指標として利用し、このＲ＝２００を設定値とする。
なお、イトロ添加剤の種類が変更された場合、この設定値も変更する必要があるが、上述した画像処理ソフトウェアのパラメータ変更により、設定値は容易に変更できる。

これにより、制御手段２２は、撮像手段２１により撮像した炎の色に関して、図４に示すようにそのＲＧＢ関数の値Ｒが２００以上（２００≦Ｒ≦２５５）の場合には、イトロ添加剤１８の添加量が適正であると判定し、また上記値Ｒが２００未満（Ｒ＜２００）の場合には、イトロ添加剤１８の添加量が不足であると判定する。そして、制御手段２２は、その判定結果を調整手段２３へ送出する。

調整手段２３は、制御手段２２の判定結果に基づいてバルブ１３ａを調整する。即ち、調整手段２３は、イトロ添加剤１８の添加量が適正である場合には、バルブ１３ａの調整を行なわずに、イトロ添加剤１８のバルブ１３ａからの吐出量をそのまま保持する。一方、調整手段２３は、イトロ添加剤１８の添加量が不足である場合には、イトロ添加剤１８の吐出量を増大させるように、バルブ１３ａの調整を行なう。なお、調整手段２３は、バルブ１３ａにおけるイトロ添加剤１８の流量を変えるために、バルブ１３ａの弁の開き度合いを変更するためのモーターとして構成されており、制御手段２２から送られてくる駆動信号に基づいて動作し、イトロ添加剤１８の流量を変えるバルブ１３ａの開きドアを調整するようになっている。

次に、本発明の実施形態に係る火炎処理システム１０の動作を、図５のフローチャートに基づいて説明する。
先ずステップＳＴ１にて火炎処理システム１０を起動する。そして、ステップＳＴ２にて、パイロットバーナー１５を点火する。火炎検出器１６がパイロットバーナー１５の炎を検出し、検出信号を制御手段２２に送出することで、ステップＳＴ３にて、制御手段２２が、火炎検出器１６からの検出信号に基づいてパイロットバーナー１５の着火を確認する。なお、パイロットバーナー１５が着火していない場合には、再びステップＳＴ２にて、パイロットバーナー１５が点火される。

この状態で、一つのワーク１１の火炎処理が開始され、ステップＳＴ４にて、メインバーナー１３が作業用ロボット１４によってパイロットバーナー１５に接近され、パイロットバーナー１５によって点火される。
ステップＳＴ５にて、火炎検出器１６がメインバーナー１３の炎を検出し、この検出信号に基づいて、制御手段２２がメインバーナー１３の着火を確認する。メインバーナー１３が着火していない場合には、再びステップＳＴ４にて、メインバーナー１３が点火される。

続いて、ステップＳＴ５でメインバーナー１３の着火が確認された場合には、ステップＳＴ６にて、撮像手段２１がパイロットバーナー１５の炎を撮像することにより、制御手段２２が、撮像手段２１により撮像されたメインバーナー１３の炎の画像に基づいて、この炎の色からイトロ添加剤１８の添加量の適否を判定する。即ち、メインバーナー１３の炎の色の画像に基づいてＲＧＢ関数のＲ値を求める。ここで、画像中の炎の領域を抽出し、各画素ごとにＲ値を求め、さらにその平均値をメインバーナー１３の炎のＲ値として算出する。そのＲ値が、２００≦Ｒ≦２５５の範囲内にあるか否か比較する。
そして、イトロ添加剤１８の添加量が不足している場合、即ち、Ｒ値が２００≦Ｒ≦２５５の範囲内に含まれていない場合には、ステップＳＴ７にて、調整手段２３がバルブ１３ａを自動調整してイトロ添加剤の吐出量を増大させ、ステップＳＴ６に戻る。

ステップＳＴ６にて、イトロ添加剤の添加量が適正範囲内（２００≦Ｒ≦２５５）である場合には、続いてステップＳＴ８にて、メインバーナー１３が作業用ロボット１４によりワーク台１２の作業位置に位置するワーク１１に接近された後、メインバーナー１３によるワーク１１に対するイトロ処理を含む火炎処理が行なわれる。
火炎処理の終了後に、ステップＳＴ９にて、火炎検出器１６がメインバーナー１３の炎を検出することにより、この検出信号に基づいて、制御手段２２がメインバーナー１３の着火を確認する。
ここで、メインバーナー１３が着火していない場合には、ステップＳＴ１０にて、ワーク１１の火炎処理が正常に行なわれなかったものとして、設備異常処理が行なわれ、作業が中止される。

これに対して、ステップＳＴ９でメインバーナー１３の着火が確認された場合には、火炎処理の間、メインバーナー１３が正常に燃焼していたとして、ステップＳＴ１１にて、メインバーナー１３が消火されると共に、ステップＳＴ１２にて、エアニッパ１２ｃが作動して、火炎処理されたワーク１１の一部を切除し、火炎処理が正常に完了した旨のマーキング（ＯＫ加工）が当該ワーク１１に施されてステップＳＴ４に戻る。

ここで、当該ワーク１１は、ワーク台１２が回動することにより、取出し位置に移動されると同時に、新たなワーク１１が作業位置にセットされ、火炎処理の開始を待つ。
同時に、取出し位置に移動された処理済みのワーク１１は、ワーク台１２から取り外され、新たな未処理のワーク１１が取り付けられる。
このようにして、一つのワーク１１に対する火炎処理が終了する。
以上のステップＳＴ４からステップＳＴ１１までの工程が繰返し行なわれることによって、順次にワーク１１の火炎処理が行なわれる。その際、メインバーナー１３はステップＳＴ４で点火され、ステップＳＴ１１で消火されることで、断続的に点火されることになり、燃料ガスの消費が低減される。

また、メインバーナー１３の炎の色は、撮像手段２１により撮像され、制御手段２２で画像処理されることで解析されて、間接的にイトロ添加剤１８の添加量が判定されるので、正確なイトロ添加剤１８の添加量の判定が行なわれ、燃焼状態が確認されることができる。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施できる。例えば、上述した実施形態においては、イトロ添加剤１８として、有機ケイ素化合物の場合について説明したが、これに限らず、シラン化合物等の他の有機化合物をイトロ添加剤として使用してもよいことは明らかである。
また、上述した実施形態においては、制御手段は、メインバーナーの炎の色をＲＧＢ関数で表わして、その値Ｒの変動に基づいて、イトロ添加剤１８の添加量の適否を判定するようになっているが、イトロ添加剤１８の種類に応じて、上記炎の色の変動に対応して、他の値ＧまたはＢの変動に基づいて、イトロ添加剤１８の添加量の適否を判定するようにしてもよいことは明らかである。

本発明によるイトロ添加剤吐出量制御装置の一実施形態を組み込んだ火炎処理システムの全体構成を示す概略図である。 図１の火炎処理システムにおいて、（Ａ）はイトロ添加剤の添加量によるメインバーナーの炎の色の変化を示す概略図、（Ｂ）はイトロ添加剤の吐出量の調整を示す概略図である。 図１の火炎処理システムにおけるイトロ添加剤の添加量によるメインバーナーの炎の色の青色および紫色におけるＲＧＢ関数の各値を示す図表である。 図１の火炎処理システムにおけるイトロ添加剤の添加量によるメインバーナーの炎の色のＲＧＢ関数の値Ｒの変動および適正範囲を示すグラフである。 図１の火炎処理システムにおける火炎処理及びイトロ添加剤吐出量制御の動作を示すフローチャートである。 従来のバーナーによる基材の火炎処理を示す概略図である。 図６の火炎処理による基材の連続火炎処理を時間経過と共に示す概略図である。 従来のイトロ処理を付加したバーナーによる基材の火炎処理を示す概略図である。 図８の火炎処理による基材の連続火炎処理を時間経過と共に示す概略図である。

符号の説明

１０ 火炎処理システム
１１ ワーク
１２ ワーク台
１２ａ，１２ｂ アーム
１２ｃ エアニッパ
１３ メインバーナー
１４ 作業用ロボット
１５ パイロットバーナー
１６ 火炎検出器
１８ イトロ添加剤
２０ イトロ添加剤吐出量制御装置
２１ 撮像手段
２２ 制御手段
２３ 調整手段

Claims (5)

1. 燃料ガスおよび空気が供給されることによりワークの火炎処理を行なうバーナーに対して、バルブから導入される有機ケイ素化合物の添加量を調整する装置であって、
   上記バーナーの炎の色を撮像する撮像手段と、
   上記撮像手段からの撮像信号に基づいて、上記バーナーの炎の画像処理により、上記有機ケイ素化合物の添加量の適否を判定する制御手段と、
   上記制御手段による判定結果に基づいて、上記バルブを調整することにより、上記有機ケイ素化合物の添加量を調整する調整手段と、
   を含んでいることを特徴とする、有機ケイ素化合物の吐出量制御装置。
2. 各ワークの火炎処理開始時に前記バーナーを点火するパイロットバーナーと、前記バーナーおよびパイロットバーナーの着火を確認する火炎検出器と、を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の有機ケイ素化合物の吐出量制御装置。
3. 前記制御手段が、前記バーナーの炎の色から有機ケイ素化合物の添加量を演算し、この演算結果に基づいて、有機ケイ素化合物の添加量の適否を判定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機ケイ素化合物の吐出量制御装置。
4. 前記制御手段が、撮像手段からの撮像信号に基づいて、炎の色をＲＧＢ関数に変換し、その各色の値Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて、有機ケイ素化合物の添加量を演算することを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の有機ケイ素化合物の吐出量制御装置。
5. 前記制御手段が、前記ＲＧＢ関数の各色の値Ｒ，Ｇ，Ｂのうち、Ｒが、２００≦Ｒ≦２５５の範囲内にある場合、有機ケイ素化合物の添加量が適正であり、またＲ＜２００の場合、有機ケイ素化合物の添加量が不足であると判定することを特徴とする、請求項４に記載の有機ケイ素化合物の吐出量制御装置。