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

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１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１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７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７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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