JP5940272B2

JP5940272B2 - 撮像装置用エンクロージャ

Info

Publication number: JP5940272B2
Application number: JP2011221807A
Authority: JP
Inventors: ビジャイ・スリバトサン; ジン・ジェ; リュウ・ヤードン; ツァオ・ビンヤン; アダム・ハンセル; 新家　秀規; 秀規新家
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: JP2012083756A; US20120087647A1; US8444330B2

Description

発明の詳細な説明
関連出願の相互参照
本願は２０１０年１０月８日に出願された米国特許仮出願第６１／３９１，３７７号に関連し、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき優先権を主張し、その全体が引用によりここに援用される。

発明の背景
発明の分野
本発明は一般に撮像装置用のエンクロージャに関する。本発明はより特定的には、機械加工環境において撮像装置（たとえばカメラ）を汚れから保護しながら、撮像装置が画像を撮影するためのはっきりした視界を維持するためのエンクロージャに関する。

関連技術の説明
機械加工環境の電荷結合（ＣＣＤ）カメラ向けにいくつかの用途がある。一例として、共同シミュレーション、機械加工モニタリング、および視覚ツールモニタリング（ＶＴＭ）を挙げることができる。例示的ＶＴＭの応用が図１に示される。ＣＣＤカメラ２がマガジン自動工具交換装置（ＡＴＣ）４領域に用いられて、ツールが操作の後マガジンベース８に戻った場合に自動的にツールの破損を検出する。マガジンベース８の辺りの領域は、たとえば１つ以上の材料の切削が行なわれるマシニングチャンバの厳しい条件にはさらされないが、ツール／スピンドルから飛び出すまたはツール交換動作の際にマシニングチャンバから飛び出す汚れ１０を受けることがある。汚れ１０は、たとえば切削領域を冷却して切断ヘーズを減らすために、および／または切削からもたらされるチップを減らすために、マシニングチャンバで用いられる冷却材を含む。この飛沫は、図１に示されるように、ツールをマシニングチャンバから撮像位置６に運ぶＡＴＣ移動軌道１２からもたらされることもある。

汚れの可能性により、商業的に入手可能なＣＣＤカメラは直接マガジンベース８で用いることはできない。なぜなら、大部分は汚れ１０からの必要な保護（たとえば、ＩＰ５４エンクロージャ；ＩＰは「侵入保護」を指し、最初の数字「５」はエンクロージャの固体に対する保護の程度を示し、２つ目の数字「４」はエンクロージャの液体に対する保護の程度を示す）を有さず、どれも冷却材／チップの飛沫が起こった場合にＣＣＤカメラのレンズをきれいに保つ機能がない。

従来、ＣＣＤカメラはこの問題を解決するために、口径が小さいアパーチャおよびエアパージを備えたエンクロージャ内に収容されている。しかし、口径が大きいアパーチャを必要とする高解像度の画像がマシンツール環境では求められる。従来の態様でエアパージを用いることは、以下の理由によりマシンツール環境では容易ではない。マシンツールには夜電源が落とされると、空気は供給されず、したがって高い湿度の環境では残っている冷却材や水分はカメラのエンクロージャ内に入り、ＣＣＤカメラのレンズ上に露または濃縮した油の蒸気として堆積する。さらに、口径が大きいアパーチャが求められるので、冷却材や油の蒸気がカメラエンクロージャに入ってＣＣＤカメラのレンズ上で凝縮する問題はひどくなる。

したがって、本願は厳しい機械加工環境において、ＣＣＤカメラのような撮像装置を保護しながらきれいなレンズおよび画像の鮮度を有効に維持する方法および装置を提供する。

したがって、本発明の目的は撮像装置を保護し、撮像装置のはっきりした視界を維持して、撮像装置が安定して繰返し明確な画像を得ることができるエンクロージャを提供することである。

一実施例に従い、エンクロージャはハウジング、シャッタ機構、および気体供給ユニットを含む。ハウジングは撮像装置を収容するよう構成されており、透明な窓を含む。シャッタ機構は、ハウジングおよび透明な窓上に配置される。さらに、シャッタ機構は中に形成された開口と、シャッタとを含み、シャッタは、閉じた状態では開口を覆い、開いた状態では開口が塞がれないようにして透明な窓を通して画像が撮像装置によって撮影できるように、構成されている。気体供給ユニットは、シャッタが開いた状態の場合に、気体が透明な窓の表面をつたい吹き付けられ、ハウジングとシャッタ機構との間の空間から開口を通って放出されるように、空間に気体を供給するように、構成されている。

別の実施例に従い、エンクロージャは内側および外側ハウジングと、駆動ユニットと、気体供給ユニットとを含む。内側ハウジングは撮像装置を収容するよう構成されており、透明窓を含み、この透明窓を通って画像が撮像装置によって撮影される。外側ハウジングは内側ハウジングに重なり、中に開口が形成されている。駆動ユニットは、所定の時間内に開口を透明な窓上の所定の経路に沿って移動させるよう構成されている。この所定の時間は、撮像装置が透明な窓を通して画像を撮影するのに必要な時間に対応する。さらに、気体供給ユニットは気体が開口を通って外側ハウジングから放出されるように、外側ハウジングに気体を供給するよう構成されている。

別の実施例に従い、エンクロージャは、撮像装置を収容するよう構成されていると共に、撮像装置が画像を撮影するための第１の開口を有する内側ハウジングを含む。外側ハウジングは内側ハウジングに重なり、撮像装置が画像を撮影するための第２の開口を有する。さらに、エンクロージャは気体供給ユニットを含み、気体供給ユニットは第１および第２の開口が少なくとも部分的に重なった場合に、気体が内側ハウジングから第１および第２の開口を通って放出されるように、気体を内側ハウジングに供給するよう構成されている。回転ユニットは、内側ハウジングおよび外側ハウジングの一方を、第１および第２の開口が重なる開位置に回転させると共に、外側ハウジングを第１および第２の開口が重ならない閉位置に回転させるよう構成されている。

本発明のより完全な理解および多くの利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照してよりよく理解されることによって、容易に得られる。

例示的ＶＴＭ用途を示す図である。ＶＴＭを適用することができる、例示的ＮＭＶシリーズマシンを示す図である。例示的ＶＴＭシステムを示す図である。バックライト照明プレートの一例を示す図である。ツールの画像が図２ＢのＶＴＭシステムによって撮影される態様を示す図である。ツールの画像が図２ＢのＶＴＭシステムによって撮影される態様を示す図である。ツールの画像が図２ＢのＶＴＭシステムによって撮影される態様を示す図である。撮像装置用のエンクロージャの一実施例を示す図である。図４Ａに示されるエンクロージャの分解図である。図４Ａに示されるエンクロージャの内外の気体フローを示す図である。図４Ａに示されるエンクロージャへの気体フローの計算流体力学（ＣＦＤ）分析を示す図である。図４Ａに示されるエンクロージャへの気体フローの計算流体力学（ＣＦＤ）分析を示す図である。図４Ａのエンクロージャのアパーチャの面積対高さ比を示す図である。撮像装置用のエンクロージャの別の実施例を示す図である。撮像装置用のエンクロージャの別の実施例を示す図である。図８Ａおよび図８Ｂのエンクロージャの断面図である。図８Ａおよび図８Ｂに示されるエンクロージャへの気体フローのＣＦＤ分析を示す図である。図８Ａおよび図８Ｂに示されるエンクロージャへの気体フローのＣＦＤ分析を示す図である。例示的湾曲アパーチャの断面図である。例示的湾曲アパーチャの断面図である。撮像装置用のエンクロージャの別の実施例を示す図である。図１２のエンクロージャの気体フローチャネルを示す図である。図１２に示されるエンクロージャの気体フローのＣＦＤ分析を示す図である。図１２に示されるエンクロージャの気体フローのＣＦＤ分析を示す図である。撮像装置用のエンクロージャの別の実施例を示す図である。図１５のエンクロージャの断面図であって、中の気体のフローを示す図である。図１５のエンクロージャのアパーチャをより詳細に示す図である。残留物の堆積を測定するために用いられるテストパラメータを示す図である。例示的エンクロージャの外部上の残留物の堆積を示す図である。例示的エンクロージャの外部上の残留物の堆積を示す図である。撮像装置用のエンクロージャの別の実施例を示す図である。図１９Ａのエンクロージャによって作られた例示的アパーチャを示す図である。別のエンクロージャの実施例によってもたらされる例示的アパーチャを示す図である。図２０Ａに示されるアパーチャを作成するよう構成されているエンクロージャの実施例を示す図である。撮像装置用のエンクロージャの別の実施例を示す図である。開位置にある図２１Ａのエンクロージャを示す図である。閉位置にある図２１Ａのエンクロージャを示す図である。開位置の図２１Ｂのエンクロージャのより詳細な図である。開位置の図２１Ｂのエンクロージャのより詳細な図である。閉位置の図２１Ｃのエンクロージャのより詳細な図である。閉位置の図２１Ｃのエンクロージャのより詳細な図である。

好ましい実施例の詳細な説明
図面において、同様の参照符号は複数の図面を通して同じまたは対応する部分を示す。図２Ａは、森精機によって製造される５軸マシニングセンター製造ラインにおけるＮＭＶシリーズマシンに組込まれた例示的ＶＰＭシステムを示す。図２Ａに示されるように、エンクロージャ２２がマガジンベース８に取付けられる。エンクロージャ２２は、ＣＣＤカメラのような撮像装置を収容する。発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源２４が、マガジンベース８に装着される。さらに、バックライトプレート２６ａおよび２６ｂが、ＡＴＣ４のアームに装着される。ＮＭＶシリーズマシンはさらに、ＶＴＭ圧縮空気装置２８、森高度プログラミング製造システム（ＭＡＰＰＳ）パネル（たとえば、森精機のＭＡＰＰＳＩＶコントロールパネル）へのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ケーブル３０、空気ホース３２、電気信号および電源ケーブル３４、および冷却材タンク（図示されていない）を含む。

図２Ｂはツールを画像化するための例示的ＶＴＭシステムを示す。ＶＴＭシステムにおいて撮像装置用にはっきりした視界を維持することは重要である。なぜなら、撮像装置はマガジンベースに取付けられると、洗浄および／または交換のためには容易にアクセスできないからである。光源２４はバックライト照明プレート２６に光を出す。ツール４２のような工具を収容するマガジンベース８に位置付けられる撮像装置２は、ツール交換場所においてツール４４の画像を得る。ツールの交換はＡＴＣ４によって行なわれ、マガジン領域をマシニングチャンバから分離するためのＡＴＣシャッタ４６を含む。図２Ｃはバックライト照明プレート２６の別の例示的図である。

図３Ａ−図３Ｃは、ツール４４の画像の撮影をより詳細に示している。図３Ａに示されるように、バックライト４８は光をツール４４に向ける。ツール４４はバックライト４８と撮像装置２との間に配置される。一実施例において、バックライト４８は、バックライト照明プレート２６のような他の光源からの光を反射する。別の実施例において、バックライト４８自体が光源となる。

図３Ｂは、撮像装置２から見たツール４４の例示的ビューを示す。このビューの対応する画像が撮像装置２によって撮影され、さらに画像処理により、図３Ｃに示されるように、たとえば白黒ツール画像に変換される。この変換は撮像装置２によって、または別の変換モジュールによって、行なわれ得る。代替的に、撮像装置２は、図３Ｃの白黒ツール画像を直接撮影するよう構成されている。

白黒ツール画像は、ツール４４に破損があるかを特定するために用いられる。たとえば、図３Ｃに示されるように、ツールの輪郭は白で表わされ、ツール４４の輪郭の途切れを容易に識別することができる。しかし、ツールの画像は他のさまざまな光学的条件で撮影され得る。たとえば、画像はカラーまたは濃淡で撮影され得る。

一実施例において、透明窓、シャッタ機構、および気体供給ユニットを含むハウジングによって形成されるエンクロージャを用いて、撮像装置を汚れから保護する。

透明窓はガラス、ポリカーボネートのようなプラスチック、サファイヤ、ダイヤモンド、または他の透明材料のいずれかまたはその組合せから形成される。１つ以上の汚れが透明窓に接触する虞がある場合、透明窓は好ましくは傷の付きにくいものにする。傷の付きにくい窓を用いることにより、撮像装置の視界を損なう、チップのような異物による傷の可能性の問題に対処する。さらに、傷防止コーティングを透明窓に塗布して傷に対する耐性を向上させることができる。一実施例において、透明窓は、ガラスから形成されている。なぜならガラスはプラスチックよりも汚れを取りやすくかつ発明者はプラスチックよりも傷に対する耐性があることを見出したからである。さらに、はっきりした視界を維持しやすくするために、または透明窓の表面の掃除を容易にするために、他の種類のコーティング（たとえば、以下で説明するようなイオン化コーティング）を、水や冷却材の異物の粒子との接触を減らすために塗布することができる。

一実施例において、気体供給ユニットはマシニングツールの空気供給ラインに付けられる１つ以上の気体導入口を含む。代替的に、または付加的に、気体供給ユニットは別個の気体源から空気を供給し得る。気体供給ユニットから供給される気体の種類は、エンクロージャを用いて監視する環境の種類に依存する。たとえば、ＶＴＭシステムにおいて空気を用いることができる。なぜなら、空気はマシニングチャンバで行なわれる処理に好ましくない影響を与えないからである。

図４Ａは例示的エンクロージャ４００を示し、透明窓４０４を有するハウジング４０２は、撮像装置を収容するよう構成されている。ハウジング４０２は汚れの侵入を防ぐよう密封されている。一実施例において、透明窓４０４を有するハウジング４０２は、完全に封入され、かつＩＰ５４以上、より好ましくはＩＰ６７以上の密封チャンバであって、ガラス窓または他の透明材料を有する。さらに、気体パージと組合せられたシャッタ４０６を用いて、透明窓４０４が汚れるのを防ぐ。

図４Ｂはエンクロージャ４００の分解図を示す。図４Ｂに示されるように、撮像装置４０８はハウジング４０２に取付けることができる。シャッタ機構４２０はハウジング４０２および透明窓４０４に配置される。一実施例において、シャッタ機構４２０は上プレート４２２、下プレート４２４、および上プレート４２２と下プレート４２４との間に配置されるシャッタ４０６を含む。開口またはアパーチャが、上プレート４２２および下プレート４２４の各々に形成される。上プレート４２２および下プレート４２４は、透明窓４０４と撮像装置４０８の光路と整列させられ、その態様により、シャッタ４０６が開いた状態にある場合に、撮像装置４０８は透明窓４０４と、上プレート４２２および下プレート４２４のアパーチャによって形成される開口とを通して画像を撮影する。閉じた状態の場合、シャッタ４０６は上プレート４２２および下プレート４２４のアパーチャによって形成された開口を覆い、それにより封鎖して、透明窓４０４を汚れから保護する。たとえば、シャッタ４０６が閉じられると、ツール交換操作の際のツールからの冷却材の飛沫の侵入や交換領域の蒸気の侵入をブロックする。

一実施例において、下プレート４２４の周囲部はハウジング４０２の周囲部上に取付けられ、下プレート４２４と透明窓４０４との間に空間が形成される。この空間は、透明窓４０４の上面がハウジング４０２の周囲部の下にあるように取付けることにより形成される。これは、透明窓４０４をハウジング４０２の凹所部内に配置することにより、またはハウジング４０２と下プレート４２４との間に配置されるスペーサによって達成される。

さらに、エンクロージャ４００はたとえば空気のような気体を１つ以上供給するための気体供給ユニット４３０を含む。参照符号４１０ａおよび４１０ｂは、一実施例におけるエンクロージャ４００の気体フローを示す。図４Ｂに示されるように、気体はシャッタ機構４２０に配置される気体供給ユニット４３０から供給される。気体供給ユニット４３０は１つ以上の気体取入口、たとえば気体取入口４３２ａおよび４３２ｂを含む。さらに、気体はハウジング４０２に設けられる気体取入口４３６を介して任意に供給される。別の実施例において、気体はハウジング４０２に設けられる１つ以上の気体取入口からのみ供給される。

図４Ｂに示されるように、気体供給ユニット４３０および／または気体取入口４３６は、透明窓４０４と下プレート４２４との間の空間に気体を供給する。シャッタ４０６が閉じている場合、閉じたシャッタ４０６と透明窓４０４との間の空間を正圧に維持するために、少量の気体がその空間内に供給されるよう、気体が気体供給ユニット４３０および／または気体取入口４３６に供給される。正圧により、冷却材の蒸気といった汚れが空間内に入り、透明窓４０４上で凝縮するのを防ぐ。たとえばツールが撮像位置にあって、撮像装置４０８が画像を獲得しなければならない場合、シャッタ４０６は開いており、気体供給ユニット４３０および／または気体取入口４３６によって気体が供給されて、大量の気体が透明窓４０４の表面をつたい吹き付けられ、および／またはシャッタ機構４２０の開口を通って放出される。気体供給ユニット４３０および気体取入口４３６が撮像装置のビューを遮らない場所から気体を供給することができるように、気体は透明窓４０４の表面をつたい吹き付けられる。図５に示されるように、この大量の気体により、逸れた冷却材やチップのような異物が透明窓４０４に付かないようにする。

しかし、図５に示されるように、シャッタ４０６が開いた状態にある場合、発明者たちは開口４１２の出口に気体４１４の逆流が発生することを見出した。この逆流の問題は、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、計算流体力学（ＣＦＤ）を用いて分析された。図７に示されるように、広い面積（Ｗ）および小さい厚さ（Ｈ）を有する開口４１２の幾何学形状により、大きいＷ／Ｈ比によって開口４１２の出口において気体の逆流がある。この逆流は冷却材蒸気のような汚れを取込み、非常に短期間で透明窓４０４上に堆積させる。これは本質的に状況を悪化させる。

図８Ａおよび図８Ｂは別のエンクロージャの実施例を示す。エンクロージャ８００が空気シリンダ８０２に接続され、空気シリンダ８０２はたとえば空気といった気体をエンクロージャ８００内に供給する。図９に示されるように、エンクロージャ８００は撮像装置９０２を収容するよう構成されている。撮像装置９０２は透明窓９０４の後ろに配置される。透明窓９０４は、シャッタ機構９２０とハウジング本体９００との間に配置される。Ｏリング９０６ａおよび９０６ｂは透明窓９０４とシャッタ機構９２０およびハウジング本体９００の各々との間に配置されて、異物がハウジング本体９００またはシャッタ機構９２０の開口９１２に入ることを防止する。図４Ａおよび図４Ｂの実施例と同様に、撮像装置９０２が画像を撮影できるようシャッタ９０８が開いている場合、気体は、参照符号９１０によって示されるように、シャッタ機構９２０と透明窓９０４との間の空間から放出される。さらに、シャッタ９０８が閉じている場合に、空間内に正圧があるよう、気体が空間内に供給される。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、シャッタ９０８が開いている場合に形成される開口から気体が放出されるときに発生する逆流の一例を示す。真空が作られて、汚れが透明窓９０４の方向に引っ張られる。

したがって、本特許出願は逆流問題にさらに対処するためのいくつかの実施例を示し、それにより撮像装置を保護し、かつ常にきれいなレンズおよび窓を通してはっきりした画像を安定しておよび繰返し得るという完全な解決を提供する。実施例は別個に記載されるが、汚れの可能性をさらに減らすために、異なる実施例の要素を組合せることができる。

一実施例において、たとえば図４Ａ、図４Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、および図９で示される同じエンクロージャの概念が用いられる。しかし、シャッタ機構の開口またはアパーチャの幾何学形状は変更されて、開口の全領域に亘って均一なエアフローを確実にするために、またシャッタが開いて気体が開口を通って流れ出したときに逆流がないことを確実にする。具体的には、図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、湾曲したアパーチャの断面が用いられる。アパーチャのプロファイルは、図６Ａ、図６Ｂ、図１０Ａまたは図１０Ｂと同様に、たとえばＣＦＤ分析を用いて、特定のシャッタ機構開口の気体フロープロファイルと一致するよう設計されている。これにより、均一な層流が開口から出力されて開口の全領域に亘り、気体の逆流をなくすことを確実にする。

図１２は気体カーテン１２１６および気体パージ１２１８を用いる例示的エンクロージャ１２００を示す。エンクロージャ１２００は気体の逆流をさらになくすために、湾曲した幾何学断面のアパーチャを任意に含む。エンクロージャ１２００は、ハウジング１２０２、透明窓１２０４、シャッタ１２０６、シャッタ１２１０を開いた状態および閉じた状態に位置付けるための空気シリンダ１２１０、および撮像装置１２０８を取付けるための撮像装置取り付けブラケット１２１２を含む。エンクロージャ１２００はさらにｏリング１２１０ａ−１２１０ｄを含む。シャッタ１２０６が開いている状態の場合、気体カーテン１２１６および気体パージ１２１８が形成されるように、気体が供給される。気体カーテン１２１６および気体パージ１２１８は透明窓１２０４の汚れを防止する。

図１３はエンクロージャ１２００の気体フローチャネルの実施例を示す。さらに、図１４Ａおよび図１４Ｂは、気体フローの例示的な対応ＣＦＤ分析を示す。特に、図１４Ａの矢印は優れた気体フローを示し、図１４Ｂの矢印は、気体カーテン１２１６および気体パージ１２１８を示す。

別の実施例において、スリット型のアパーチャが円形のアパーチャの代わりに用いられる。この実施例は、たとえば図４Ａ、図４Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９および図１２に示される概念と同様のエンクロージャ概念を用いる。スリット型アパーチャは、撮影するべきオブジェクトが細長い場合、たとえば切削ツールの場合、理に適っている。その結果、撮像装置による完全な画像が不要となる。オブジェクトと周りの背景のみを撮影すればよい。

図１５は本実施例に従う例示的エンクロージャ１５００を示す。エンクロージャ１５００は、スリット型アパーチャ１５１２と、アパーチャ１５１２を覆うまたは塞がれないようにして空間１５１４を封鎖するよう構成されているシャッタ１５０６とを含む。さらに、図１６はエンクロージャ１５００の断面図である。図１６に示されるように、撮像装置１５０２は、エンクロージャ１５００内にかつ透明窓１５０４の後ろに配置される。空間１５１４は、エンクロージャ１５００内に、透明窓１５０４の上に形成される。シャッタ１５０６が開いた状態にある場合、気体は空間１５１４に供給され、スリット型アパーチャ１５１２を通って放出される。さらに、上記のように、シャッタ１５０６が閉じた状態の場合、空間１５４内で正圧を維持するよう気体が供給される。

したがって、図１７に示されるように、アパーチャの面積（Ｗ）はアパーチャの厚さ（Ｈ）を維持しながら減少させることができる。より小さいＷ／Ｈ比は、図５に示される構成の逆流を減らす。さらに、シャッタ１５０６は、カメラが使用されていない場合、スリット型アパーチャ５１２を閉じるよう構成されている。さらに、図１７に示される湾曲した幾何学断面を任意に用いて、スリット型アパーチャ１５１２上に均一な層流を維持するのを助ける。本実施例のさらなる利点は、必要なエアフローの量は、より大きいアパーチャ、たとえば上記の円形アパーチャで要する量よりもはるかに少ないことである。なぜなら、アパーチャの面積が著しく減らされているからである。

図１８Ａは、スリットアパーチャが形成されるエンクロージャの外側の残留物の堆積量を定めるために用いられるテストパラメータを示す。Ｔコマンドは、コントローラが特定のツールをツール交換位置に呼出すのに用いる命令である。たとえば、コマンドＴ２は、つぎのツール交換のために、ツール♯２をツール交換位置に移動させる。Ｍ６コマンドは、ツール交換動作を引起すためにコントローラが用いる命令である。Ｍ６コマンドが実行されたあと、ツール交換位置にあるツールは、マシンツールのスピンドルにあるツールと交換される。したがって、１回のツール交換プロセスは、１つのＴコマンドおよび１つのＭ６コマンドを含む。さらに、各ツール変更プロセスにおいて、マガジン領域をマシニングチャンバから分離するシャッタは１回開いて閉じ、その間カメラエンクロージャのシャッタは２回開いて閉じて、使用する新しいツールの画像およびスピンドルからの戻りツールの画像を撮影する。撮影された画像を用いて、新しいツールが使用するのに適切であることを確認するために測定され、さらに戻ったツールは機械加工操作後の状態を定めるために測定される（たとえば、さらに使用するのに適切であるか否か）。図８Ａにおいて、２００，０００回のツール交換および４００，０００回のシャッタ開閉サイクルが示される。

これらテストパラメータを受けた後のエンクロージャの外側での残留物の堆積量は、図１８Ｂおよび図１８Ｃに示される。図１８Ｂおよび図１８Ｃに示されるように、エンクロージャは短い時間で大量の汚れにさらされる。

別の実施例において、撮像装置が画像を撮影するために用いられるアパーチャの物理的面積をさらに減少するために、高速回転または往復シャッタが用いられる。この減少は、撮像装置の視界を減らすことなく達成することができる。本実施例において、シャッタの回転／往復速度は、撮像装置が画像を撮影するのに必要な時間（たとえば、カメラシャッタスピード）よりも高く設定される。したがって、画像撮影用の大きいアパーチャを形成するために、均一のエアフローを有する物理的に小さいアパーチャを用いることができる。

一実施例において、フルビューを維持するために、高速回転スリットが用いられる。回転スリットの回転速度は、撮像装置が画像を撮影するのに必要な時間よりも速く設定される。たとえば、撮像装置がカメラである場合、その速度はカメラが画像を撮影するために用いられるシャッタスピードよりも速く設定される。具体的には、回転速度は、画像を撮影するためにカメラのシャッタが開いている時間に対応する所定の時間内において、全体のフルビュー用の光が少なくとも１回カメラに当たるよう、スリットが所定の経路に沿って移動するように設定される。たとえば、スリットの長さがスリットの回転によって形成される開口の直径と等しい場合、スリットは所定の時間の間少なくとも１８０°回転させられる。スリットの長さがスリットによって形成される開口の半径と等しい場合、スリットは所定の時間の間少なくとも３６０°回転させられる。これにより、エンクロージャに取付けられる撮像装置は、物理的なアパーチャが減少されながらも画像を撮影するためのフルビューを用いることができる。さらに、回転するスリットアパーチャから流れ出る気体を螺旋状にすることにより、より有効に汚れを寄せ付けないことになる。

図１９Ａはエンクロージャ１９００の一実施例を示し、スリット１９１２の形をとる高速回転開口を有する。エンクロージャ１９００は２つの重なっているハウジング、すなわち内側円筒形ハウジング１９２０および外側円筒形ハウジング１９２２からなる。しかし、別の実施例において、重なるハウジングは円錐形などのような他の形状を有し得る。代替的に、重なるハウジングの一方は円盤状または他の平坦な形状を取り得る。

一実施例において、内側円筒形ハウジング１９２０は静止しており、撮像装置１９０２を収容する。しかし、別の実施例において、内側円筒形ハウジング１９２０は、回転している外側円筒形ハウジング１９２２に対して同じまたは反対の方向に、または静止している外側円筒形ハウジング１９２２に対して、内側で回転するよう構成されている。内側円筒形ハウジング１９２０には第１の開口が形成されており、そこを通して撮像装置１９０２が画像を撮影する。透明窓１９０４は、内側円筒形ハウジング１９２０の第１の開口に配置される。上記のように、透明窓１９０４はガラス窓であり得る。

さらに、内側円筒形ハウジング１９２０が外側円筒形ハウジング１９２２内に配置されるよう、外側円筒形ハウジング１９２２は内側円筒形ハウジング１９２０上に重なる。外側円筒形ハウジング１９２２は、たとえばスリット型アパーチャ１９１２のような第２の開口が形成されている。一実施例において、エンクロージャ１９００はスリット型アパーチャ１９１２を覆うよう構成されているシャッタ（示されていない）をさらに含む。透明窓１９０４およびスリット型アパーチャ１９１２は撮像装置１９０２の光路と整列させられて、撮像装置１９０２が透明窓１９０４およびスリット型アパーチャ１９１２を通して画像を撮影できるようにする。

外側円筒形ハウジング１９２２の全体は、たとえば小さなモータまたは空気タービン１９２４のような駆動ユニットによって回転させられる。一実施例においてタービン空気入口１９２８およびタービン空気出口１９３２を用いて空気タービン１９２４を駆動させるための空気を供給する。さらに、気体は静止リング１９４０を通して、内側円筒形ハウジング１９２０と外側円筒形ハウジング１９２２との間の空間に入力される。一実施例において、リングはベアリングを用いて回転する外側円筒形ハウジング１９２２に対して静止して保たれる。

別の実施例において、往復シャッタを用いて、撮像装置が画像を撮影するための開口を形成する。たとえば、スリット型アパーチャは、図２０Ａに示されるように、シャッタの往復穴を用いることによって形成される。図２０Ｂに示されるように、シャッタ２００８の往復動作により、参照符号２００８ａによって示される初期位置と参照符号２００８ｂによって示される最終位置との間を往復する。この往復運動により、往復穴２０１２は、参照符号２０１２ａによって示される初期位置と参照符号２０１２ｂによって示される最終位置との間で移動する。シャッタ２００８は、往復穴２０１２が透明窓２００４およびハウジング２００２上で、カバー２０１０に形成されたスリット２０１４に沿った所定の経路に亘って移動するよう往復する。使用されていない場合、一実施例において、往復穴２０１２は、往復穴２０１２とスリット２０１４とが重ならないよう、カバー２０１０下のある位置に移動させられる。

したがって、図１９Ａおよび図１９Ｂについて説明した概念と同様の概念が用いられる。すなわち、シャッタは、図２０Ｂに示されるように、スリット型アパーチャを形成しながら必要な気体フローおよび面積対高さ比を減少させるために往復する穴を含む。しかし、一実施例において、この構成は高速の往復空気シリンダを必要とし、これは特に気体がマシンから再度方向付けられる場合、高価でありかつ気体の消費を増加させる。したがって、この構成は、湿度が非常に高い場合、またはカメラに対して冷却材の飛沫が常にある場合、または気体消費が問題ではない場合などの状況においてより適切である。

気体の消費を減らすために、別の実施例において、往復シャッタ２００８は複数の穴が配置されている円盤または他の平坦な形状のものと置き換えられる。これらの穴は円盤または他の平坦な形状のものを回転させることにより異なる穴がスリット２０１４の異なる位置で重なるような態様で配置される。したがって、スリット型のアパーチャは、円盤または他の平坦な形状のものを回転させることによって形成することができる。

さらに別の実施例において、内側ハウジングおよび外側ハウジングを含むエンクロージャを用いて、撮像装置を収容し、撮像装置を汚れから保護する。外側ハウジングは内側ハウジングの少なくとも一部を覆い、各内側ハウジングおよび外側ハウジングにはアパーチャが形成されている。開位置の場合、内側および／または外側ハウジングは、２つのアパーチャが重なって撮像装置が画像を得るための開口を形成するよう、ある位置に回転させられる。開位置では、内側および／または外側ハウジングは２つの開口が重ならないような位置に回転させられる。

図２１Ａ−図２１Ｃは、エンクロージャ２１００が開口２１０４を含む実施例を示す。カメラのような撮像装置がエンクロージャ２１００内に収容されている場合、撮像装置の光路が開口２１０４と整列するよう、撮像装置が位置付けられる。この整列により、撮像装置は開口２１０４を通して１つ以上の画像を撮影することができる。

エンクロージャ２１００は内側ハウジング２１１２と、内側ハウジング２１１２に重なる外側ハウジング２１１４とを含む。図２１Ｂに示されるように、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４は円筒形である。内側ハウジング２１１２は第１の開口２１０４ａを、外側ハウジング２１１４は第２の開口２１０４ｂを、それぞれの表面に形成される。第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０２４はスリット型アパーチャとして示されているが、エンクロージャ２１００内に収容されるカメラの視界要件に基づき、第１および第２の開口に別の形状を用いることができる。

さらに、別の実施例において、外側ハウジングが内側ハウジングの少なくとも一部をカバーする限り、内側ハウジングおよび外側ハウジングは別の形で形成することができる。たとえば、内側ハウジングおよび外側ハウジングは、円錐形、球形、半球などの他の丸い形状で形成することができる。さらに、撮像装置が汚れるリスクをさらに減少させるために、付加的ハウジングを設けてもよい。たとえば、第３の開口を有し、外側ハウジング２１０６の周りに回転する第３のハウジングを、別の実施例において加えることができる。

図２１Ｂおよび図２１Ｃは、開位置および閉位置のエンクロージャ２１００を示す。エンクロージャ２１００は外側ハウジング２１１４を回転させることにより、開位置および閉位置に位置付けられる。本実施例において、内側ハウジング２１１２は静止しており、外側ハウジング２１１４はシャッタの働きをする。外側ハウジング２１１４はサポート２１１６上に支持され、それにより外側ハウジング２１１４は内側ハウジング２１１２の周りを回転することができる。サポート２１１６は、１つ以上の玉軸受、低摩擦面、スライドレール、内側ハウジング２１１２の表面に形成されるねじ山などを含み、これらにより外側ハウジング２１１４が内側ハウジング２１１２の周りを回る。別の実施例において、外側ハウジング２１１４は静止しているのに対して、内側ハウジング２１１２は外側ハウジング２１１４の内側で回転する、または内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４は同時に回転する。たとえば、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４は、開位置と閉位置との間で切り替わるのに必要な時間を短縮するために、反対方向に回転するよう構成されてもよい。別の実施例において、撮像装置は内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４と共に回転させられて、画像を撮影するために利用できる視界を広げることができる。

図２１Ｂに示すように、エンクロージャ２１００は、第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが互いに整列するように外側ハウジング２１１４が回転している場合、開位置に配置される。第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが開口２１０４を形成するよう配列されている場合、内側ハウジング２１１２内の気体が、矢印２０２０によって示されるように、開口２１０４から放出されるよう、内側ハウジング２１１２内において正圧が維持される。

図２１Ｃにおいて、エンクロージャ２１００は、第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが重ならないよう、外側ハウジング２１１４を回転させることにより、閉位置に配置される。図２１Ｃに示されるように、外側ハウジング２１１４は、第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが１８０°ずれて、汚れが内側ハウジング２１１２内に侵入する可能性を減らすように、回転させられる。しかし、第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが重ならない限り、外側ハウジング２１１４は他のどの位置に移動してもよい。たとえば、別の実施例において、外側ハウジング２１１４は縦に移動させられ第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが重ならない場所に動かされる。

第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが重ならない場合、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４の表面によって形成される密封により、汚れが内側ハウジング２１１２内に侵入するのを防ぐ。この密封は、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４の直径をほとんど同じに設定することによりもたらされる。汚れが内側ハウジング２１１２内に侵入するのが防止される。なぜなら、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４間の間隔は厳しい許容差（たとえば引用によりその全体が援用される、ＩＳＯ２８６に従い、Ｈ７Ｇ６以上の許容差）で構成されているからであり、内側ハウジング２１０４および外側ハウジング２１０６の表面間の接触は、その間から異物が侵入するのを防ぐのに十分である。別の実施例において、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４間の領域に１つ以上のシールが配置される。たとえば、シールは、第１の開口２１０４ａおよび／または第２の開口２１０４ｂの周りに配置され得る。代替的に、シールは内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４間のすべての領域に配置することができる。

図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３Ａおよび図２３Ｂは、エンクロージャ２１００をより詳細に示す。図２２Ａおよび図２２Ｂにおいて、エンクロージャ２１００は開位置にある。開位置にある場合、エンクロージャ２１００内からの気体パージを用いて、重なっている第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂによって形成された開口を通って冷却材／チップといった汚れが侵入するのを防止する。

撮像装置２２０２は内側ハウジング２１１２内に収容される。撮像装置２２０２の光路が第１の開口２１０４ａと整列するよう、撮像装置２２０２は内側ハウジング２１１２内に位置付けられる。シャッタアクチュエータとして働く回転ユニット２２２０は、外側ハウジング２１１４を回転させて、エンクロージャ２１００を開いたまたは閉じた状態に位置付ける。さらに、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４間に任意のシール２２２２が配置されて、汚れが内側ハウジング２１１２内に侵入するのをさらに防ぐ。

上記のように、閉位置の場合、外側ハウジング２１１４は第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが重ならないよう、回転させられる。これは、たとえば第１の開口２１０４ａおよび第２の開口２１０４ｂが１８０°ずれているように外側ハウジング２１１４を回転させることにより達成される。一実施例において、外側アパーチャは汚れの源から逸れて、汚れが内側ハウジング２１１２内に侵入する可能性を減らす。たとえば、外側アパーチャは冷却材から逸れて、エンクロージャ内への冷却材の侵入または蒸気の侵入の可能性をなくす。さらに、内側ハウジング２１１２および外側ハウジング２１１４間の上記の狭い許容差、および図２２Ａに示されるシールを用いることにより、気体を止めても、蒸気は内側ハウジング２１１２に侵入することはできない。

さらなる実施例において、エンクロージャ２１００内の圧力は閉位置において、エンクロージャ２１００の外の圧力よりも高く設定されて、汚れの侵入の可能性を防ぐ。

上記のエンクロージャの実施例は、撮像装置を、冷却材、チップ、冷却材蒸気や湿気といった汚れから安定して密封する。撮像装置を密封するのに対して、これらの実施例は撮像装置の視界をきれいに保ち、それにより厳しい環境でも解像度の高い明確な画像を得ることができる。さらに、上記の実施例は空気などの気体の消費を最小化しながら、異なる環境および状況において優れた密封および清浄度を保つ。

上記のように、撮像装置を汚れから保護しながら撮像装置がきれいな画像を撮影できるよう、撮像装置を収容するためのエンクロージャのさまざまな実施例を提供することができる。一実施例において、シャッタ機構の円形のアパーチャの幾何学形状は変更されて、
円形アパーチャの全領域上に均一なエアフローを確実にする。別の実施例において、円形アパーチャの代わりにスリット型アパーチャが用いられる。スリット型アパーチャの使用は、撮影するべきオブジェクト（たとえば、切削ツール）が細長い場合に、有用である。さらに、別の実施例において、高速回転または往復シャッタが用いられる。シャッタの回転／往復速度は、撮像装置が画像を撮影するのに要する時間（たとえば、カメラのシャッタスピード）よりも高く設定される。したがって、均一な気体フローを有する小さな物理的アパーチャを用いて、画像撮影のためのより大きいアパーチャを形成することができる。さらに別の実施例において、内側ハウジングおよび外側ハウジングを有するエンクロージャを用いて撮像装置を収容する。外側ハウジングは内側ハウジングの少なくとも一部を覆う。さらに、内側ハウジングおよび外側ハウジングの各々には、アパーチャが形成されている。開位置の場合、内側および／または外側ハウジングは、２つのアパーチャが重なり、撮像装置が画像を作成するための開口を形成する位置に回転させられる。閉位置の場合、ハウジングは、２つのアパーチャが重ならない位置に回転させられる。

本発明のさまざまな変形および変更は、上記の内容に照らして可能である。添付されている特許請求の範囲内において、本発明はここで具体的に記載されているものと異なる態様で行なうことができる。

たとえば、クリーニング機構は、汚れた場合にガラス窓のような透明な窓、または撮像装置のレンズをきれいにするために、上記のいずれかの実施例で実現できる。透明窓またはレンズは、高圧空気／冷却材混合物を用いて掃除することができる。これにより、マシンの冷却材を再利用することができる。代替的に、クリーニングはＣＣＤデータに基づいて行なうことができる。

さらに、別の例において、エンクロージャ内を正圧に維持するために、補助電源および／または気体供給を上記の実施例と併せて用いることができる。補助電源および／または気体供給は、マシンの電源を落とした場合に、エンクロージャ内で正圧を維持する問題に対処する。たとえば、ツーリングマシンがオフになると、たとえばシールでの漏れにより内部圧が降下した場合でも、付加的に気体をエンクロージャに供給することはできない。補助電源はこのような圧力の低下を防ぐために、付加的気体をエンクロージャに供給することを可能にする。さらに、補助の気体供給は、内部圧力が降下する速度を遅らせることにより、漏れによる影響を減少させる。

さらなる例において、マシンで用いられる冷却材をイオン化し、イオン化されたコーティングを上記の透明窓に塗布して、透明窓上に汚れが形成されるのを防ぐ。

さらに、上記の実施例は、マシンツール環境以外の他の環境でも適用可能である。他の適用可能な環境とは、オペレータによって容易に清浄できるようマシニングチャンバのドアの近くにカメラが配置されるマシニングチャンバでの同時シミュレーション、切削残留物を減少させるために冷却材が切削領域に与えられる切削材用のマシニングチャンバ内、カメラが任意の位置に配置されてクリーニングのために容易にアクセスできるマシンモニタリング、他のマシンツール環境、撮像装置がロボットアームに装着されるロボットアセンブリラインなどを含む。

Claims

エンクロージャであって、
撮像装置を収容するよう構成され、透明窓を含むハウジングと、
ハウジングおよび透明窓上に配置されるシャッタ機構とを備え、シャッタ機構は中に形成される開口およびシャッタを含み、シャッタは、閉じた状態において開口を覆うように、さらに開いた状態において開口が塞がれないようにして、撮像装置が透明窓を通して画像を撮影できるように、構成されており、さらに
シャッタが開いた状態の場合に、気体が透明窓の表面をつたい吹き付けられ、ハウジングとシャッタ機構との間の空間から開口を通して放出されるように、前記空間に気体を供給するよう構成されている気体供給ユニットを備え、
前記気体供給ユニットは、空気を、前記透明窓の表面の第１部分と、前記透明窓の表面を平面視した場合に、前記開口を挟んで前記第１部分の反対側に配置される前記透明窓の表面の第２部分とに、前記透明窓の表面の正面側から吹き付けるように構成され、
前記透明窓の表面は、前記第１部分および前記第２部分と、前記開口と対向する前記透明窓の表面の第３部分との間の全体で、前記ハウジングと前記シャッタ機構との間の空間に露出する、エンクロージャ。
シャッタが閉じた状態の場合に、シャッタ機構と透明窓との間の空間において正圧が維持される、請求項１に記載のエンクロージャ。
シャッタ機構に含まれる開口は、湾曲した幾何学断面を有する円形アパーチャである、請求項１に記載のエンクロージャ。
シャッタ機構に含まれる開口は、スリット型のアパーチャである、請求項１に記載のエンクロージャ。
スリット型アパーチャは、湾曲した幾何学断面を有する、請求項４に記載のエンクロージャ。