JP5005957B2

JP5005957B2 - シート加工機

Info

Publication number: JP5005957B2
Application number: JP2006145175A
Authority: JP
Inventors: 明夫榎本; 結輝人市川
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: JP2007313537A

Description

本発明は、ハニカム構造体に貼付されたシートに穴あけ加工を行うシート加工機に関する。

内燃機関、ボイラー等の排気ガス中の微粒子や有害物質は、環境への影響を考慮して排気ガス中から除去する必要性が高まっている。特に、ディーゼルエンジンから排出される微粒子（以下、ＰＭということがある）の除去に関する規制は欧米、日本国内ともに強化される方向にあり、ＰＭを除去するための捕集フィルタ（以下、ＤＰＦということがある）にハニカム構造体が用いられている。

セラミックハニカム構造体の両端面でセルが交互に封止された構造のセラミック体を得るために、種々の製造方法が知られている。例えば、セラミックハニカム構造体の端面に貼り付けたシートの所定のセルに対応した位置に穴をあけてハニカム構造体毎に対応したマスクを作成し、マスクを貼り付けた面を封止用スラリーに浸漬し、マスクにあけられた穴から封止用スラリーをセル中に充填する方法がある（特許文献１）。

特許第３７１５１７４号公報

シートの所定のセルに対応した位置に穴をあける方法にて製造する場合に、Φ２７０ｍｍクラスでは14,000個の穴あけを行う必要があるが、今までは作業者の目視により検査を行っていた。つまり穴あけは自動化されたが、その穴あけ後の検査自動化は実現できていなかった。また穴あけの後に、穴あけ機から製品を移して、検査しようとすると、穴の有無、加工穴の大きさは画像処理で検出可能であるが、加工穴の位置ずれ（それぞれのセル中心に対してのずれ）は、検出困難であった。さらに、穴あけ機において同軸落射光学系を構成することが難しく、照明を確保して穴あけ機上で検査することが困難であった。そして、近年、目封止の品質に対する要求が厳しくなってきており、それに伴い、穴あけに要求される精度が厳しくなってきた。

本発明の課題は、レーザ加工の位置検出の精度を向上させ、穴あけ加工と穴あけ検査とを行うことのできるシート加工機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、柱状に形成されたハニカム構造体の一方の端面に貼付されたシートにレーザ光を照射することによりシートの穴あけ加工を行うためのレーザ発振手段と、ハニカム構造体の一方の端面をレーザ発振手段に向けてハニカム構造体をレーザ光の光軸上の加工位置に位置決めする位置決め手段と、レーザ光の光軸外に配置され、加工位置に位置決めされたハニカム構造体の端面を斜光にて照射する拡散照明と、レーザ光の光軸線上に可動なミラーと、レーザ光の光軸線外に配置され、ミラーが光軸上に位置した状態で、拡散照明を照射されたハニカム構造体の端面をミラーを介して撮影可能な第一撮影手段と、レーザ光の光軸外に配置され、加工位置に位置決めされたハニカム構造体の端面を斜光にて照射する落射用照明と、落射用照明を照射されたハニカム構造体の端面を撮影可能な第二撮影手段とを備え、ミラーを光軸上に配置した状態にて、拡散照明の端面による反射光をミラーにて反射して第一撮影手段によって、ハニカム構造体の隔壁部を明色系画像部、ハニカム構造体のセル内を暗色系画像部として第一画像を撮影し、該第一画像を画像処理して、ハニカム構造体のセル位置を認識した後、穴あけ加工をミラーを光軸外に配置した状態にてレーザ発振手段によって行い、その後、落射用照明からの発光を端面に照射し、シートを明色系画像部、隔壁部をシートよりはやや暗色の明色系画像部、レーザ光によってシートに形成された穴を暗色系画像部として第二画像を第二撮影手段により撮影し、第二画像を画像処理することにより穴あけ検査を行うシート加工機が提供される。

本発明のシート加工機において、第二撮影手段により予め穴あけ加工前の穴あけ加工前第二画像を撮影し、穴あけ加工前第二画像と穴あけ加工後の第二画像とを比較し穴あけ検査を行う構成を採用することができる。

落射用照明の端面による反射方向に第二撮影手段が配置されるように構成することができる。また、位置決め手段は、ハニカム構造体の端面の法線方向がレーザ光の光軸に一致するようにハニカム構造体を配置する。

上記の構成において第一画像の暗色系画像部をセル位置として認識することができる。また、第二画像の暗色系画像をレーザ光による穴あけ加工によって形成された穴として認識することができる。さらに光分岐部は、三角プリズム又はハーフミラーによって構成することができる。

本発明のシート加工機は、位置決め手段により、ハニカム構造体を加工位置に位置決めし、ミラーをレーザ発振手段の光軸上に配置して、拡散照明により斜光を端面に照射して第一撮影手段によって端面の第一画像を撮影することができる。拡散照明により斜光を端面に照射することにより、ハニカム構造体のセル内を暗色系画像部とし、セルの隔壁を明色系画像部として、撮影することができる。

そして、第一画像を画像処理することにより、暗色系画像部と明色系画像部とからハニカム構造体のセル位置を認識した後、認識したセル位置に基づき端面に貼付されたシートの穴あけ加工をレーザ発振手段によって行うことができる。

さらに、落射用照明からの発光を端面に照射し、その反射光によって端面の第二画像を第二撮影手段により撮影することができる。このようにすることにより穴と穴以外のコントラストが明瞭となり、精度よく撮影することができる。そして、第二画像を画像処理し、暗色系画像部を穴あけ加工によって形成された穴として認識して、その穴がセル位置に対して予め定められた位置に形成されたか否かを判断し、穴あけ加工による加工が正常に行われたか否かを判断することができる。さらに、セル位置認識のための第一画像の撮影、穴あけ加工、及び穴あけ検査のための第二画像の撮影をハニカム構造体を同位置に固定して行うため、位置ずれが生じない。また、ハニカム構造体を移動させないため、加工に要する時間を短縮することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。なお、本明細書にいう「ハニカム構造体」には、焼成体のみならず、未焼成の乾燥体（坏土の押出成形体に乾燥のみを施し、未だ焼成されていないもの）も含まれる。

図１は、本発明の一実施形態であるシート加工機１を示す。シート加工機１は、ハニカム構造体２１を載置する載置部２、載置部２をガイド軸４に沿って移動させるためのモータ３、ハニカム構造体２１の端面２２を照射するための落射用照明１１及び拡散照明１２、加工位置上にレーザ加工を行うレーザ（レーザ発振手段）７を備える。さらにレーザ光の光軸線上に可動なミラー１６と、レーザ光の光軸線外に配置され、ミラー１６が光軸上に位置した状態で、拡散照明を照射されたハニカム構造体２１の端面をミラー１６を介して撮影可能な第一撮影手段である第一カメラ６と、落射用照明１１を照射されたハニカム構造体２１の端面２２を撮影可能な第二撮影手段である第二カメラ８とを備える。

載置部２は、目封止されていないハニカム構造体２１を載置して、ガイド軸４に沿ってモータ３によって、加工位置へ移動可能に構成されている。載置部２によって、ハニカム構造体２１を加工位置へ位置決めすることができる。すなわち、載置部２、ガイド軸４、モータ３は、柱状に形成されたハニカム構造体２１の一方の端面２２を予め定められた方向に向けてハニカム構造体２１を加工位置に位置決めする位置決め手段を構成する。

レーザ発振手段であるレーザ７は、加工位置に位置決めされたハニカム構造体２１の軸線上にレーザ光の光軸が軸線に沿うように配置されており、ハニカム構造体２１の端面２２に貼付されたシート２４にレーザ光を照射することによりシート２４の穴あけ加工を行う。

本実施の形態のシート加工機１に用いられるレーザ７としては、例えば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、又はＵＶレーザ等を好適に用いることができる。このようなレーザ７を用いることにより、例えば、ハニカム構造体２１の端面に貼付したシート２４に穴あけ加工することができる。また、このレーザ７は、市販のレーザマーカ、例えば、ガルバノミラー走査方式のレーザマーカ等を好適に用いることができるため、シート加工機１の低コスト化を実現することができる。また、レーザ加工面を一定にするため、ハニカム構造体２１の上端面２２の高さ方向を検出し調整する機構を位置決め手段の載置部２に設けることが好ましい。

拡散照明１２は、加工位置に位置決めされたハニカム構造体２１の端面を斜光にて照射する。拡散照明は、例えば、光源となるＬＥＤと、ＬＥＤからの光を拡散させる光拡散体とを備えて構成される。または、ハロゲンや水銀などのランプ光源や、安価で輝度の安定した蛍光灯を拡散照明として用いることもできる。

落射用照明１１は、例えば、光源となるＬＥＤを備えて構成され、レーザ光の光軸外に配置され、加工位置に位置決めされたハニカム構造体２１の端面２２を斜光にて照射する。また、撮影手段を構成する第一カメラ６、第二カメラ８は、ＣＣＤカメラを好適に用いることができる。

上記シート加工機１によって、ハニカム構造体２１の端面２２に貼付されたシート２４にレーザ光を照射することによりシート２４の穴あけ加工するため、まず、図２に示すようなセラミックハニカム構造体２１（焼成前のセラミックハニカム構造体）を準備する。セラミックハニカム構造体２１としては、従来から知られているコージェライトからなるセラミックハニカム構造体を好適に使用できる。セラミックハニカム構造体２１は、原料を混合後口金から押し出すことで従来と同様に作製することができる。

図２（ａ）に示すように、セラミックハニカム構造体２１の端面２２とほぼ同じ形状のシート２４を準備し、図２（ｂ）に示すように、目封止されていないハニカム構造体２１の端面２２にシート２４を貼り付ける。シート２４としては市販の粘着シートを使用することができる。そして、ハニカム構造体２１を図１に示すように、シート加工機１の載置部２に載置して、レーザ７による穴あけ加工を行う。

次に、図３〜図５のフローチャートを用いて、レーザ加工工程について説明する。図３にレーザ加工工程の全体工程を示す。シート加工機１は、載置部２に載置された目封止されていないハニカム構造体２１のセル位置確認工程を行い（Ｓ１）、その結果に基づいて、穴あけ加工工程を行って、シートに穴を形成する（Ｓ２）。続いて、穴あけ検査工程を行い、その穴がセル位置に対して予め定められた位置に形成されたか否かを判断して、穴あけ加工による加工が正常に行われたか否かを判断する（Ｓ３）。次に、これら各工程の詳細について、図４〜図５を用いて説明する。

まず、Ｓ１のセル位置確認工程の詳細について図４を用いて説明する。シート加工機１は、載置部２に載置されたハニカム構造体２１をモータ３によって、加工位置に移動させる（Ｓ１１：図１参照）。次にミラー１６を第一位置とし（Ｓ１２）、拡散照明１２をオンとする（Ｓ１３）。そして、拡散照明１２を照射されたハニカム構造体２１の端面２２の第一画像をミラー１６を介して第一カメラ６にて撮影する（Ｓ１４）。

図６に拡散照明によって撮影した端面２２の第一画像の例を模式的に示す。拡散照明１２によって、シート２４を透過して、端面２２を撮影することができる。端面２２は、その隔壁部２２ａが明色系画像部、セル２２ｂ内が暗色系画像部として撮影される。すなわち図４のＳ１５において、シート加工機１は、暗色系画像部をセル２２ｂ内として認識することができる。

さらにＳ１４において、第一画像の撮影と同時に穴あけ加工前第二画像を第二カメラ８にて撮影する。そして穴あけ加工前第二画像により、穴あけ検査用のセル位置を算出し、これらの情報に基づいて穴あけ加工パターンを決定する。

続いて、Ｓ２の穴あけ工程において、ミラー１６を光軸外の第二位置に退避させた状態で、前述の画像情報に基づいて、シート２４の所定のセル２２ｂ内に相当する位置に穴２５を形成する。

次にＳ３の穴あけ検査工程の詳細について図５を用いて説明する。シート加工機１は、落射用照明１１をオンとして（Ｓ３１）、第二カメラ８にて第二画像を撮影する（Ｓ３２）。

図７に落射照明によって撮影した端面２２の第二画像の例を模式的に示す。落射用照明１１によって、シート２４を透過して、端面２２を撮影することができる。つまり、端面２２に照射された落射用照明１１の発光のシート２４による反射方向に第二カメラ８が配置されているため、穴２５の外縁を明瞭に撮影することができる。シート２４は、明色系画像部、端面２２は、その隔壁部２２ａがシート２４よりはやや暗色の明色系画像部として撮影される。また、シート２４に形成された穴２５は、その後側のセル２２ｂを透過して撮影されるため、穴２５は暗色系画像部として撮影される。すなわちＳ３３において、シート加工機１は、暗色系画像部を穴２５として穴の位置、及び面積を検出することができる。

図５に戻って、Ｓ３３にて画像解析を行った後、シート加工機１は、所定セルの穴あけの有無、穴の大きさ、位置ずれが所定の基準以下であるか否かを判断する（Ｓ３４）。所定の基準以下の場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、そのハニカム構造体２１を不良品として排出する（Ｓ３５）。一方、所定の基準を満たすと判断した場合（Ｓ３４：ＮＯ）、そのハニカム構造体２１を良品として回収し（Ｓ３６）、次の工程に進む。

図３の穴あけ検査工程（Ｓ３）が終了すると、全てのブロックについて加工が終了したかを判断する（Ｓ４）。終了していないと判断すると、図８に示すように隣接ブロックに移動して（Ｓ５）、同様の工程を実施する。このとき、シート加工機１は、落射照明により、加工エリアよりわずかに広いカメラエリアのために見える、加工済みの穴２５を検出し、穴加工済みセルを特定する。そして、ローアングル照明（拡散照明１２）を点灯させセル位置を検出し、加工済みセルを基準に穴あけ加工パターンを決定する。そして、前述の穴あけ加工を同様に行う。

全てのブロックを終了すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、レーザ加工工程を終了し、目封止工程へ進む。穴２５を明けたシート２４を貼付した端面２２を容器中のスラリー中に浸漬して、ハニカム構造体２１の目封止を行い、両端面の所定のセル２２ｂにスラリー２６を充填したセラミックハニカム構造体２１を得る。最後に、両端面において所定のセル２２ｂにスラリーを充填したセラミックハニカム構造体２１を焼成することで、目的とするセラミックハニカム構造体２１の両端面でセル２２ｂが交互に封止された構造のセラミック体を得ることができる。このようなセラミック体は、主に、ディーゼルエンジンの黒鉛等を除去するために使用されるＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）として利用される。

以上のように、拡散照明１２を用いて第一画像を撮影することにより、セル位置を明瞭に撮影することができる。また、落射用照明１１を用いて、端面２２によって反射された反射光の反射方向に第二カメラ８を配置して撮影することにより、穴２５を明瞭に撮影することができる。したがって、シート加工機１によって、精度よく穴あけ加工を行うとともに、穴あけ検査を画像処理により自動化して行うことができる。また、本発明においては、セル位置認識のための第一画像の撮影、穴あけ加工、及び穴あけ検査のための第二画像の撮影をハニカム構造体を同位置に固定して行うため、位置ずれが生じない。また、ハニカム構造体を移動させないため、加工に要する時間を短縮することができる。

本発明は、レーザを用いて所定の位置にレーザ加工を施すシート加工機として利用でき、特に、ディーゼルエンジンの黒鉛等を除去するために使用されるＤＰＦとして利用されるハニカム構造体を製造する際に、ハニカム構造体に添付されたシートに穴あけ加工を行うシート加工機として利用することができる。

本発明の一実施形態としてのシート加工機を示す図である。ハニカム構造体へのシートの貼付を示す図である。シートが貼付されたハニカム構造体を示す図である。レーザ加工工程を示すフローチャートである。セル位置確認工程の詳細を示すフローチャートである。穴あけ検査工程の詳細を示すフローチャートである。拡散照明による第一画像の模式図である。落射照明による第二画像の模式図である。ブロックを説明する図である。

符号の説明

１：シート加工機、２：載置部、３：モータ、４：ガイド軸、６：第一カメラ、７：レーザ、８：第二カメラ、１１：落射用照明、１２：拡散照明、１６：ミラー、２１：ハニカム構造体、２２：端面、２２ａ：隔壁部、２２ｂ：セル、２４：シート、２５：穴。

Claims

柱状に形成されたハニカム構造体の一方の端面に貼付されたシートにレーザ光を照射することにより前記シートの穴あけ加工を行うためのレーザ発振手段と、
前記ハニカム構造体の一方の端面を前記レーザ発振手段に向けて前記ハニカム構造体を前記レーザ光の光軸上の加工位置に位置決めする位置決め手段と、
前記レーザ光の前記光軸外に配置され、前記加工位置に位置決めされた前記ハニカム構造体の前記端面を斜光にて照射する拡散照明と、
前記レーザ光の前記光軸線上に可動なミラーと、
前記レーザ光の前記光軸線外に配置され、前記ミラーが前記光軸上に位置した状態で、前記拡散照明を照射された前記ハニカム構造体の前記端面を前記ミラーを介して撮影可能な第一撮影手段と、
前記レーザ光の前記光軸外に配置され、前記加工位置に位置決めされた前記ハニカム構造体の前記端面を斜光にて照射する落射用照明と、
前記落射用照明を照射された前記ハニカム構造体の前記端面を撮影可能な第二撮影手段とを備え、
前記ミラーを前記光軸上に配置した状態にて、前記拡散照明の前記端面による反射光を前記ミラーにて反射して前記第一撮影手段によって、前記ハニカム構造体の隔壁部を明色系画像部、前記ハニカム構造体のセル内を暗色系画像部として第一画像を撮影し、該第一画像を画像処理して、前記ハニカム構造体の前記セル位置を認識した後、
前記穴あけ加工を前記ミラーを前記光軸外に配置した状態にて前記レーザ発振手段によって行い、その後、
前記落射用照明からの発光を前記端面に照射し、前記シートを明色系画像部、前記隔壁部を前記シートよりはやや暗色の明色系画像部、前記レーザ光によって前記シートに形成された穴を暗色系画像部として第二画像を前記第二撮影手段により撮影し、前記第二画像を画像処理することにより前記穴あけ検査を行うシート加工機。
前記第二撮影手段により予め前記穴あけ加工前の穴あけ加工前第二画像を撮影し、前記穴あけ加工前第二画像と穴あけ加工後の前記第二画像とを比較し前記穴あけ検査を行う請求項１に記載のシート加工機。
前記落射用照明の前記端面による反射方向に前記第二撮影手段が配置された請求項１又は２に記載のシート加工機。
前記位置決め手段は、前記ハニカム構造体の前記端面の法線方向が前記レーザ光の前記光軸に一致するように前記ハニカム構造体を配置する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシート加工機。
前記第一撮影手段は、撮影方向を前記ミラーに向けて配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシート加工機。