JP4944900B2 - 工業的プロセスを監視する搬送システム - Google Patents

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Description

本発明は、装置を環境内に導入し且つ環境から引き出す、特に、カメラを高温度の環境内に導入し且つその高温度の環境から引き出すシステム及び方法に関する。
工業的プロセスは、そのプロセスパラメータの全てが仕様値の範囲内にあることを確認することができるよう正確に監視しなければならない。この監視は、多くの形態をとることができ、また、通常、2つの広い範疇に分類される。すなわち、物理的検査及び人間による観察、又は、物理的検査及びコンピュータシステムによる監視である。その双方の場合、検査及び監視は、あらゆる型式のセンサ(温度、空気の質、粘度、密度、外観等)のような、多くのその他の装置による助けを受ける。
しかし、幾つかの状況において、監視しなければならない環境は、人間又は標準的な装置又は装置にとって極めて苛酷であり且つ極端である。苛酷で且つ極端な環境は、炉内部のような高温度の環境、苛性の化学的環境及び高圧力の環境を含む。しかし、これらの環境の極端さは、工業的プロセスを監視する必要性を軽減するものではない。そのため、極端な状態下にて工業的プロセスを監視することができるシステムがあれば、工業界にとって有益であろう。
以下の詳細な説明において、説明のため、本発明を実施することのできる特定の実施の形態を示す、添付図面を参照する。これらの実施の形態は、当該技術の当業者が本発明を実施することを可能にするのに十分、詳細に説明されている。本発明の色々な実施の形態は、相違するものの、必ずしも相互に排他的なものではないことを理解すべきである。例えば、1つの実施の形態に関して本明細書に記載した特定の特徴、構造又は特性は、本発明の範囲から逸脱せずに、その他の実施の形態にて実施することができる。更に、開示された実施の形態の各々における別個の要素の位置又は配置は、本発明の範囲から逸脱せずに、改変することができることを理解すべきである。このため、以下の詳細な説明は、限定的な意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、本発明が権利を請求する等価物の全範囲と共に、適正に解釈すべき特許請求の範囲によってのみ規定されるものである。図面において、同様の参照番号は、幾つかの図面の全体を通じて同一の又は同様の機能を示す。
図1及び図2には、工業的ハウジング内に収容された可視及び(又は)赤外線(IR)カメラをレールに沿って動かす搬送システムの1つの実施の形態が示されている。図1及び図2の実施の形態は、IRカメラと関係した本発明の搬送システムを示すが、当該技術の当業者は、本発明はIRカメラに限定されず、図1及び図2の搬送システムの実施の形態は、その他の装置も同様に搬送することができることが容易に理解されよう。更に、図1の実施の形態は、工業炉に関して説明されているが、当該技術の当業者には、図1及び図2の搬送システムは、その他の工業的装置と関係して使用することができることが容易に理解されよう。更に、図1及び図2の搬送システムは、空圧システムと関係するものとして説明されているが、当該技術の当業者は、電動モータのような、搬送システムを作動させるその他の手段を歯車、ベルト、チェーン及び(又は)プーリーと組み合わせて使用することもできることが理解されよう。
図1の支持及び搬送構造体100は、フレーム105を有している。フレーム105には、第一の動き搬送システムが装着されている。1つの実施の形態において、第一の動き搬送システムは、レール110と、トロリー構造体115とから成る空圧搬送システムである。別の実施の形態において、レール110は、ミネソタ州ハーメルのトル・オー・マティック(Tol−o−matic)(登録商標名)(www.tolomatic.com)が製造するものである。1つの実施の形態において、フレーム105は、工業的ハウジング140の壁の外側に装着され、また、空圧搬送システムは、フレーム105に装着される。1つの特定の実施の形態において、工業的ハウジング140の壁は、炉の外壁である。トロリー構造体115の頂部には、エンクロージャ120が配置されている。エンクロージャ120は、ステッパモータ126と、軸127とを保持している。ステッパモータ及び軸には、ホイール128、129がそれぞれ装着されており、また、ホイール128、129は、ベルト、チェーン、歯車系又はその他の手段130を介して連結されている(図2参照)。
制御プロセッサと、電気的制御装置及び空圧制御装置とを収容する制御ボックス137がケーブル136を介してエンクロージャ120と接続されている。また、空圧空気を貯蔵するためのリザーバ138が制御ボックス137に装着されている。第二の工業的ハウジング135は、ホイール129と対向した軸127の端部と接続されている。1つの実施の形態において、工業的ハウジング135は、IRカメラのようなカメラを収容する。また、第一の動き搬送システムと同様に、空圧搬送システムとすることのできる第二の動き搬送システムがフレーム105に装着されている。図1の実施の形態において、かかる空圧搬送システムは、レール150と、第二のトロリー構造体156と、ドア154とを有している。第二のトロリー構造体は、装着具157及び張力ばね153によりドア154に装着されており、該装着具及び張力ばねは、ドア154をドアトロリー構造体156を介して空圧搬送システムに装着する。図1及び図2のドアトロリー156は、ドア154をトロリー構造体156と接続するため当該技術にて既知の幾つかの接続機構を使用することができることを示すため、全体的な形態にて示されている。その詳細を図1a及び図2aに示した、1つの特別な実施の形態において、装着具157は、三角形のブラケット157aと、ブラケット157aをトロリー構造体156と接続するローラ158bとを含む。ドアは、工業的ハウジングの壁140(図2)の開口部160を閉じる。
搬送システム100は、工業的ハウジング135を支持し且つ工業的環境内に且つ工業的環境から外に搬送する。1つの実施の形態において、工業的環境は、炉であり、工業的ハウジング135は、IRカメラを収容する。工業的ハウジング135及びIRカメラの1つの実施の形態を示す分解図が図3に示されている。ハウジング135は、底部板171を有し且つ、カメラ170を収容する。開口部172は、カメラ170に装着されるカメラレンズ(図3に図示せず)を受け入れる。カメラレンズは、窓173と、工業的ハウジングに装着されるレンズハウジング174とにより取り囲まれ且つ保護されている。継手ユニット175は、ハウジング壁に装着し、ハウジング135を軸127と接続する働きをする。1つの実施の形態において、工業的ハウジング135は、焼入れしたステンレススチールにて製造され、窓173は、サフィアにて出来ている。異なる実施の形態において、カメラに装着されたレンズは、広角レンズ、狭角レンズ及び(又は)伸縮式レンズとすることができる。
次に、図2を参照すると、ドア154は、矢印Aの方向に向いて動かされている。図4に関して詳細に説明するように、第二の空圧搬送システムを作動させることにより矢印Aに沿ったドアの動きが行われ、この空圧搬送システムの作動により、ドアトロリー156及びドア154は、レール150に沿って動き、これにより工業的壁140の開口部160を露出させる。次に、図2Aを参照すると、1つの実施の形態において、装着具157A及び157B及び張力ばね153A及び153Bは、ドア154をドアトロリー156に固定する。ドアトロリー156とドア154との間の装着具157は、ドアトロリー156が下降した位置にあるとき、ドア154と壁140との間の緊密なシールを保証する圧縮ばね157Cを有している。ドア154とドアトロリー156との間の張力ばね153A及び153Bは、ドアトロリーが上方位置にあるとき、ドアがドアトロリーに対し且つ壁140から離れた位置に保持されることを保証するためのものである。ドアトロリー156が最初に上昇し始めると、装着具157A及び157Bの圧縮ばね力は解放し、張力ばね153A及び153Bは、ドア154をドアトロリー156に向け且つ壁140から離れる方向に引っ張る。このことは、ドア154と壁140又はその他の構造体との間に何らの干渉が存在しないことを保証する。ドアトロリー156が上昇を続けると、ドアトロリー156及びドア154の双方は矢印Aの方向に向けて動く。ドア154及びドアトロリー156が第二の空圧搬送システムを作動させることにより下降されると、ドア154に固定されたローラ158Aがフレーム105aの水平部分と接触する迄、ドアは、最初にドアトロリーと共に矢印Bの方向に向けて下方に動く。ドア154は動くことができない一方、ドアトロリー156は下方に動きを続け、圧縮ばね負荷が加えられた装着具157Bがドアを工業的壁140に向けて動かすようにする。装着具157B、ローラ158A及び張力ばね153Bの詳細は、図1A及び図2Aに示されている。図1Aを参照すると、ドアトロリー156は、ローラ158Bと共に第二の空圧搬送システムにより下方に動かされ、矢印Bの方向に向けた更なる動きを阻止するとき、装着具157Aは、ドア154をドアトロリー156から壁140に向けて押す。ドアトロリー156が第二の空圧システムにより上昇されると、張力ばね153Aは、最初にドア154を工業的壁140から離れるように引き戻し、次に、ドアトロリー156及びドア154は、共に矢印Aの方向に向けて動く。工業的ハウジング140が円筒状の形状であり又は平坦なハウジング壁の表面が完全には平坦でない状況において、アダプタを工業的ハウジングの壁に溶接し又はその他の方法にて連結することができる。次に、ドア154と接触するアダプタの表面をドアと正確に合わさるよう機械加工することができる。
図2には、第一の空圧搬送システムの作動を介してレール110に沿ってエンクロージャ120、軸127及びハウジング135が動かされたことが更に示されている。ハウジング135自体は、開口部160を通って工業的ハウジング140内に動いている。図2には、工業的ハウジング135は、図1に示したホームポジション(定位置)(窓173及びレンズハウジング174が向いた方向により決定される)から図2に示した展開した位置まで回転したことが更に示されている。別の実施の形態において、工業的ハウジングは、工業的ハウジング140内にあるとき、工業的ハウジング135が傾動するのを許容する機構により軸127に装着されている。
1つの実施の形態において、搬送構造体100は、搬送システム100の機能を制御する制御ボックス137内に収容されたプロセッサと接続されている。制御プロセスの1つの実施の形態の概略を示す流れ図が図4に示されている。図4において、ブロック405における制御プロセス400(プロセス制御コンピュータ)は、信号をカメラ170に伝送し、カメラの温度を決定する。例えば、カメラが最近に炉に入ったため、カメラの温度が高過ぎる場合、プロセス制御は、カメラを炉内に動かさない。1つの実施の形態において、温度を再度、測定し、また、温度が炉内に挿入するのに十分低いかどうかを調べるための、時間設定したループがプロセッサ論理装置内にプログラム化されている。別の実施の形態において、カメラの挿入は、時間設定し且つ計画した予定に基づいて行なわれ、次に、システムは、カメラを炉内に挿入するため次の計画した予定を待つ。更に別の実施の形態において、オペレータは、カメラを炉内に動かすための命令をプロセッサに与え、カメラの温度が高過ぎるため、挿入が行なわれない場合、オペレータは、命令が再発行される迄、待つことができる。
1つの実施の形態において、ブロック410にてカメラの温度が作動範囲内であることが分かった場合、像及び回転角度の命令がカメラから制御ボックス137内に収容されたプログラム化可能な論理コントローラ(PLC)に伝送される(ブロック412)。像の命令は、IRカメラ170に像を取得するための準備をさせ、また、回転命令は、制御ボックス137内に収容されたステッパモータコントローラと通信するPLCに送られ、ブロック427で該ステッパモータコントローラは、カメラを回転させ、このため、窓173及びレンズハウジング174は、所望の方向に向けられる。ブロック415において、PLCは、工業的ハウジング135、エンクロージャ120及び制御ボックス137が成功裏に浄化(パージ)されたかどうかを点検する。制御ボックス137内に収容されたパージシステム139は、エンクロージャ120、制御ボックス137及びハウジング135内にて正の圧力を確立する。この正の圧力は、汚染物がこれらの構造体に漏洩するのを防止する。パージがOKである場合、次に、PLCは、ブロック420にて、カメラ135が外に出て、ドア154が閉じられているかどうかを点検する。カメラが外に出ており、ハウジング140に対するドア154が閉じられている場合、PLCは、ブロック425にて、カメラの窓173及びレンズハウジング174がホームポジションに配置されているかどうかを調べる。カメラがホームポジションにある場合、次に、ブロック427にて信号がステッパモータに送られ、このため、カメラは、所望の角度(すなわち、展開位置)となるように、所望の角度だけ回転される。ブロック415にてパージがOKでない場合、又は、カメラが外に出ず且つ/又はドアがブロック420にて閉じられず、又は、ステッパモータがブロック425にてホームポジションにない場合、ブロック430にて、PLCの健全性すなわち状況を表わす可変値が零設定され且つ、カメラに送られ、カメラは、PLCの健全性の誤り表示をプロセスコンピュータに連絡する。
ブロック440にて、プロセッサは、ハウジング140を密封するドア154を開ける空圧弁を作動させる信号を送る。ブロック445にて、プロセッサは、ドアが成功裏に開いたかどうかを調べる。ドアが成功裏に開かなかった場合、PLCの健全性の状況は、ブロック430にて零設定され、PLCは、その情報をカメラに送る。ドアが成功裏に開いた場合、ブロック447にて、第一の空圧搬送システムを作動させ、ハウジング135及びカメラ170は、ハウジング壁140を通って移動される。次に、プロセッサは、ブロック450にてカメラが成功裏にハウジング内に動いたかどうかを判断する。否であれば、PLCの状況は、再度、零設定される。プロセッサがカメラは炉内に成功裏に動いたと判断した場合、像は、ブロック460にてカメラにより捕捉される。次に、カメラは、ブロック448にてプロセスコンピュータと連絡し且つ、その像を伝送する。これらの像は有線又は無線手段を介して伝送することができる。次に、ブロック465にて炉内での短時間(1つの実施の形態にて3秒)の後、PLCは、プロック470にて信号を第一の空圧搬送システムに送り、弁を再度、作動させ、ハウジング及びカメラが炉から除去される。PLCは、カメラがブロック475にて成功裏に炉から除去されたかどうかを調べる。否であれば、PLCの状況は、零設定される。カメラが炉から成功裏に除去された場合、ブロック480にて第二の空圧搬送システムのドアを閉じる弁が再作動され、ドア154は、閉じられる。PLCは、ドアが成功裏に閉じられたかどうかを調べ(485)、否であれば、PLCの状況は零設定される。
搬送システムが上述した問題点の何れか(例えば、ドア154がブロック485にて成功裏に閉じないこと)又は電力の損失又は空圧の損失のようなその他の何らかの問題点を感知した場合、プロセッサの状況は零設定され、システムは、フェールセーフ状態に入る。フェールセーフ状態にて装置の空気が失われた場合、システムは、リザーバ138内の空圧空気を使用してカメラを炉から除去し(問題が生じた際にカメラが炉内にある場合)且つ、ドア154を閉じる(この場合にも、問題が生じた際にドアが開いている場合)。このフェールセーフの作動は、システムの何らかの部品の故障のため、ドアが開いたままとなる状況となるのを防止する。上記の工業的ハウジング135及び上記ドア154を動かすため電気モータを使用する1つの実施の形態において、バッテリ又は気体作動式発電装置のような代替的な電源を使用して、システムをフェールセーフモードにすることができる。
本発明の実施の形態に関する上記の詳細な説明にて、開示を簡略化するため、色々な特徴が1つ又はより多くの実施の形態に共にグループ化されている。この開示方法は、本発明の権利を請求する実施の形態は、請求項の各々に明白に記載されたもの以外の特徴を要求するとの意図を反映するものと解釈してはならない。請求項が反映するように、本発明の主題事項は、単一の開示された実施の形態の全ての特徴にあるものではない。このため、特許請求の範囲は、請求項の各々がそれ自体、別個の実施の形態にて存在するように、本発明の実施の形態の詳細な説明に含まれる。上述した実施の形態は、単に一例にしか過ぎず、限定的であることを意図するものではないことが理解される。また、全ての変更例、改変例及び等価物が特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に包含することを意図するものである。上記の説明を検討するとき、多くのその他の実施の形態が当該技術の当業者に明らかであろう。このため、本発明の範囲は、特許請求の範囲が権利を認められる等価物の全範囲と共に、特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。特許請求の範囲において、「含む」及び「そこにおいて」という語は、「備える」、「その場合」というそれぞれの語の平易な英語の等価物として使用される。更に、「第一の」、「第二の」及び「第三の」等という語は、単に識別のため使用されるものであり、それらのものに対し数値的な条件を課すものではない。
ホームポジションにある搬送システムの一例としての実施の形態を示す図である。 本発明の一例としての実施の形態と関係して使用することができる、圧縮モードにある機械的アクチュエータの1つの実施の形態を示す詳細図である。 展開した位置にある搬送システムの一例としての実施の形態を示す図である。 本発明の一例としての実施の形態と関係して使用することができる、拡張モードにある機械的アクチュエータの1つの実施の形態を示す詳細図である。 本発明の一例としての実施の形態と関係して使用することができる、工業的カメラ及びハウジングの分解図である。 本発明の一例としての実施の形態と関係して使用することができるプロセス制御のフロー図である。

Claims (9)

  1. 装置において、
    フレーム(105)と、
    前記フレームに装着された第一の空圧システム(110、115、137)と、
    前記フレームに装着された第二の空圧システム(137、150、156)と、
    前記第一の空圧システムと接続された工業的ハウジング(135)と、
    前記第一の空圧システム(110、115、137)及び前記工業的ハウジング(135)と接続されたモータ(126)と、
    前記モータ(126)を前記工業的ハウジング(135)と接続する軸(127)と、
    前記第一の空圧システム(110、115、137)及び前記第二の空圧システム(137、150、156)に連結されたプログラム化可能な論理コントローラ(137)であって、制御ボックス(137)内に収容された前記プログラム化可能な論理コントローラ(137)と、
    前記モータを収容するエンクロージャ(120)と、
    前記第二の空圧システムと接続されたドア(154)と
    前記制御ボックス(137)、前記モータ(126)を収容する前記エンクロージャ(120)及び前記工業的ハウジング(135)内にて正圧を確立するパージシステム(139)と、
    前記フレーム(105)が装着された工業的装置(140)とを備える、装置。
  2. 請求項に記載の装置において、前記工業的装置は炉(140)である、装置。
  3. 請求項1に記載の装置において、前記工業的ハウジング(135)内に保持されたカメラ(170)を更に備え、該カメラは、広角レンズ(173)を含む赤外線カメラを有する、装置。
  4. 請求項に記載の装置において、
    前記第二の空圧システム(137、150)に装着された第二のトロリー(156)と、
    前記第二のトロリーを前記ドア(154)と接続するアクチュエータ(157)とを更に備え、
    前記第二の空圧システム(137、150、156)は、前記ドア(154)を第一の方向(A)に向けて移動させ、前記アクチュエータは前記ドアを前記工業的装置(140)から離れるように移動させ、
    更に、前記第二の空圧システム(137、150、156)は、前記ドアを第二の方向(B)に向けて移動させ、前記アクチュエータは前記ドアを前記工業的装置(140)に向けて移動させる、装置。
  5. 請求項1に記載の装置において、前記工業的ハウジング(135)は、焼入れしたステンレススチールから成る、装置。
  6. 方法において、
    カメラの温度を決定するステップ(410)と、
    前記カメラを展開した位置まで回転させるステップ(427)と、
    正の内圧を前記カメラに加えるステップ(415)と、
    炉の開口部を閉じるドアを開けるステップ(440)と、
    前記カメラを軌道に沿って且つ前記炉内に動かすステップ(447)と、
    前記カメラにより前記炉内の像を取得するステップ(460)と、
    前記カメラを前記炉から除去するステップ(470)と、
    前記像をプロセッサまで伝送するステップ(448)と、
    前記カメラが除去された後、前記ドアを閉じるステップ(480)と、
    前記ドアが閉じられたことを確認するステップ(485)と、
    誤り状態を検出するステップ(430)と、
    前記誤り状態を検出するステップで問題点を検出した場合に前記カメラが前記炉内にある場合に、前記カメラを前記炉から引き出すステップ(470)と、
    前記誤り状態を検出するステップで問題点を検出した場合に前記ドアが開いている場合に、前記ドアを閉じるステップ(480)とを備える、方法。
  7. 装置において、
    フレーム(105)と、第一のレール(110)と、第二のレール(150)とを備え、前記フレーム、前記第一のレール及び前記第二のレールは、工業的装置(140)に装着され、
    前記第一のレール(110)に摺動可能に連結されたモータ(126)と、
    前記第二のレール(150)に摺動可能に連結されたドア(154)であって、前記工業的装置(140)の開口部(160)を閉じる前記ドア(154)と、
    前記モータ(126)に連結された軸(127)と、
    前記軸(127)に装着された工業的ハウジング(135)と、
    前記工業的ハウジング(135)内に配置された赤外線カメラ(170)と、
    前記モータを前記第一のレール(110)に沿って動かす手段(137)と、
    前記ドアを前記第二のレール(150)に沿って動かす手段(137)と、
    プロセッサ(137)であって、前記モータ(126)、前記ドア(154)、前記モータを前記第一のレール(110)に沿って動かす前記手段(137)、及び前記ドア(154)を前記第二のレール(150)に沿って動かす前記手段(137)に連結された前記プロセッサ(137)とを備える、装置。
  8. 請求項に記載の装置において、前記モータを前記第一のレールに沿って動かす前記手段(137)及び前記ドアを前記第二のレールに沿って動かす前記手段(137)は、動き搬送システムである、装置。
  9. 請求項に記載の装置において、前記モータを前記第一のレールに沿って動かす前記手段(137)及び前記ドアを前記第二のレールに沿って動かす前記手段(137)は、空圧システムである、装置。
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