JP6419244B2

JP6419244B2 - 機械の空気配管装置

Info

Publication number: JP6419244B2
Application number: JP2017072912A
Authority: JP
Inventors: 賢一矢田
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018173059A

Description

本発明は、マシニングセンタ、放電加工機、レーザ加工機等の工作機械、三次元測定機、産業用ロボット等の機械の各部へ空気を供給する機械の空気配管装置に関する。

コンプレッサで圧縮、加圧した高圧空気を必要とする様々な機械がある。こうした機械へ供給する高圧空気に水分や塵埃等の汚染物質が混入すると、機械の動作不良をきたす。そのため機械へ高圧空気を供給する空気配管にドライヤやフィルタを配設して汚染物質を除去している。

然しながら、空気配管に水分を除去するドライヤや、塵埃を除去するフィルタを設けても、ドライヤやフィルタの定期点検や消耗品の交換を怠ったり、コンプレッサが置かれている周囲環境が湿気が多く仕様書に規定の交換時期が到来する前にフィルタエレメントが機能しなくなったりして、機械内に水分や配管の腐食による塵埃を含んだ空気が供給されてしまうことがある。

こうした問題に対して、特許文献１に記載の発明では、切削装置の空圧式のスピンドルアセンブリに高圧空気を供給する空気配管に高圧空気中の水分を検出する水分検出手段を設けて、スピンドルアセンブリ内への水分の侵入を抑制している。

特開２０１３−１８８８０６号公報

機械に供給される空気の汚染は、上述の定期点検の懈怠に加えて、配管の老朽化や、配管内を流通する空気の温度や湿度にも影響されるが、特に温度、湿度の影響が大きい。特許文献１の発明では、供給される高圧空気中の水分を検出しているが、温度、湿度の影響を考慮していない。高圧空気の温度、湿度が高くなると、配管内面が酸化、腐食し易くなる。また、配管内で高圧空気内の水蒸気が結露した場合、ドレンは酸性を帯びることがあり、配管が一層酸性、腐食し易くなる。また、高圧空気に外部から菌類が侵入することがあり、これも温度、湿度が高くなると繁殖し汚染物質源となり得る。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、取り入れた空気を機械各部へ送る機械の空気配管装置において、配管路内の腐食を高精度に予知し、警報を発することにより、機械が作動不良状態に陥らないようにした機械の空気配管装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、取り入れた空気を機械各部へ送る機械の空気配管装置において、配管路内の空気の湿気を除去するドライヤと、配管路内の空気に混入する不純物を捕捉するフィルタと、配管路内の空気の温度を計測する温度センサと、配管路内の空気の湿度を計測する湿度センサとを有し、配管路内の空気の湿度が６５％より高い場合、配管路内の空気の温度如何にかかわらす警報信号を表示部に送出し、湿度が４０％より高くかつ６５％以下で、かつ、配管路内の空気の温度が２０°Ｃより高い場合に警報信号を表示部に送出し、湿度が４０％より高くかつ６５％以下で、かつ、配管路内の空気の温度が温度が２０°Ｃ以下の場合に注意信号を表示部に送出する判定部を具備し、前記判定部は、配管路内の空気の湿度が６５％より高い場合、配管路内の空気の温度如何にかかわらず警報信号を表示部に送出し、湿度が４０％より高く６５％以下で、かつ、配管路内の空気の温度が２０°Ｃより高い場合に警報信号を表示部に送出し、湿度が４０％より高く６５％以下で、かつ、配管路内の空気の温度が温度が２０°Ｃ以下の場合に注意信号を表示部に送出する空気配管装置が提供される。

本発明によれば、検出した温度と湿度との関係から配管路内の腐食を簡単な構成で高精度に予知し、警報を発することができる。従って、空気が流通する空気配管路、空気の供給を受ける機器の不具合や、空気が噴出する部位の不具合を未然に防止し、機械が作動不良状態に陥ることを防止可能となる。

本発明の空気配管装置を適用する機械の一例として示すレーザ加工機の光学ヘッドの模式的断面図である。本発明の好ましい実施形態による機械の空気配管装置のブロック図である。図２の空気配管装置の判定部における判定基準を示したフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるレーザ加工機について説明する。
図１は、本発明の空気配管装置を適用する機械の一例として示すレーザ加工機の光学ヘッドの模式的断面図である。レーザ加工機の光学ヘッド１０はレーザ照射ヘッド１６を具備している。レーザ照射ヘッド１６は、ハウジング１２内に配設され、レーザ発振器４０からのレーザ光を導光部材４０ａを介して受け取り、コリメーションレンズ１８へ向けて照射する。レーザ照射ヘッド１６からのレーザ光は、コリメーションレンズ１８で平行光線となって、第１のミラー２０によって第２のミラー２２に向けて反射され、第２のミラー２２によってフォーカスレンズ２４へ向けて反射される。フォーカスレンズ２４で絞られたレーザ光は、ノズルヘッド２６を通してハウジング１２の外部の、通常はテーブル１０８に載置されたワークＷに照射される。このとき、光学ヘッド１０が照射するレーザ光の光軸はＺ軸に略平行となっている。また、光学ヘッド１０は、ハウジング１２の下面に設けられ、ワークＷをＺ軸方向に上方から観察するビジョンカメラ６６を有している。更に、テーブル１０８に取り付けられたワークＷの寸法や形状を測定するための接触子を有したタッチプローブ３８がハウジング１２の下面に取り付けられている。

また、光学ヘッド１０は、光学ヘッド１０から照射されるレーザ光の方向を調節するためミラー配向変更手段としてモータ２０ａ、２２ａを有している。更に、光学ヘッド１０は、ノズルヘッド２６の底面壁に固定されたノズル体２７のノズル２７ａから照射されるレーザ光とノズル２７ａとの位置関係を監視するカメラ３２も有している。第２のミラー２２は誘電体多層膜から形成されているので、ノズル２７ａから照射されるレーザ光とノズル２７ａとの位置関係をカメラ３２によって監視することが可能となっている。

超純水供装置３０から管路２８を介してノズルヘッド２６に水が供給されると、この水はノズル２７ａから噴出され、Ｚ軸方向に延びる水柱３４が形成される。レーザ発振器４０からのレーザ光は、光ファイバコードのような導光部材４０ａ、レーザ照射ヘッド１６、コリメーションレンズ１８、第１と第２のミラー２０、２２を経てフォーカスレンズ２４で絞られ、ノズルヘッド２６のノズル２７ａからハウジング１２の外部へ照射される。このとき、レーザ光は、ノズル２７ａから噴射される水柱３４によって包囲され、その水柱３４と周囲の空気との境界面で全反射しながら進行してテーブル１０８上のワークＷへ向けて照射される。

図２は、本発明の好ましい実施形態による機械の空気配管装置のブロック図である。図２において、レーザ加工機１００は、圧縮空気を供給すべき機器として、光学ヘッド１０をワークを固定するテーブル（図示せず）に対して直交３軸方向に送るＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置（図示せず）の各々の空圧式送り軸ブレーキ６０、超純水装置３０の空圧式高圧ポンプユニット６２、加工領域を包囲するカバー（図示せず）に設けたオペレータドア（図示せず）を開閉する空圧式のドア開閉シリンダ６４、ワークを撮像するビジョンカメラ６６のエアブロー、光学ヘッド１０から照射されるレーザ光の光軸と水柱３４の中心軸とを一致させるアライメント調整用のキャリブレーション装置６８のエアブロー、加工領域にアシストエアを供給するアシストエアノズル７０を有している。

圧縮空気源は工場等に配設されているサービスエアまたは工場エア供給源７２を用いることができる。工場エア供給源７２は、例えばコンプレッサ（図示せず）、コンプレッサからの圧縮空気を貯留する圧縮空気タンク（図示せず）、圧縮空気タンクに設けられているドレントラップ（図示せず）、圧縮空気タンクの出口側に設けれたドライヤ（図示せず）やフィルタ（図示せず）を具備することができる。工場エア供給源７２からの圧縮空気は、圧縮空気供給管路７８を介してレーザ加工機１００に供給される。レーザ加工機１００は、工場エア供給源７２とは独立して独自にドライヤ７４およびフィルタ７６を備えることができる。

圧縮空気は、フィルタ７６から分配管路８０を介してレーザ加工機１００の上記各機器６０〜７０へ供給される。より詳細には、圧縮空気は、分配管路８０から分岐管路８０ａを介して送り軸ブレーキ６０へ、分岐管路８０ｂを介して超純水装置３０の高圧ポンプユニット６２へ、分岐管路８０ｃを介してドア開閉シリンダ６４へ、分岐管路８０ｄを介してビジョンカメラ６６へ、分岐管路８０ｅキャリブレーション装置６８へ、そして分岐管路８０ｆを介してアシストエアノズル７０へ供給される。なお、図２は、本発明の空気配管装置によって圧縮空気を供給すべき機器の一例を示すものであり、本発明はこれに限定されない。また、必ずしもレーザ加工機１００のこれらの機器６０〜７０の全てに本発明の空気配管装置によって圧縮空気を供給しなければならないわけでもない。

分配管路８０において、分岐管路８０ａ〜８０ｆの上流には、温度センサ８２、湿度センサ８４およびレーザ式のパーティクルカウンタ８６が配設されている。温度センサ８２および湿度センサ８４は、レーザ加工機１００の加工電源・機械制御装置５０の判定部５４に接続されている。判定部５４は、レーザ加工機１００の加工電源のオンオフを制御したり、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置を制御する制御装置にソフトウェア的に組込むことができる。配管内の腐食の発生と配管内の空気の温度および湿度との関係の実例を国内外で多数収集し、どんな温度と湿度の組合せのときに腐食が発生し易いかの関係データを得て、判定部５４の記憶部に記憶する。このときの温度および湿度はパラメータで与えると使用の柔軟性が上がり便利である。そして、腐食発生の確率の高い温度と湿度の組合せのときに警報信号を表示部５２に送出し、確率のやや高い温度と湿度の組合せのときに注意信号を表示部５２に送出するようにする。

判定部５４は、加工電源・機械制御装置５０のハウジング（図示せず）に設けられている例えばタッチパネルのような表示部５２に接続されている。パーティクルカウンタ８６もまた表示部５２に接続されており、分配管路８０内を流通する圧縮空気気中に含まれる微粒子の数が表示部５２に表示されるようになっている。

以下、図３のフローチャートを参照して、本実施形態の作用を説明する。
レーザ加工機１００の主電源がオンされると、図３に示す温度、湿度監視サブルーチンが起動し、判定部５４が、分配管路８０内を流通する圧縮空気の温度および湿度を監視する。分配管路８０内の圧縮空気の温度が２０°Ｃより高いか或いは湿度（相対湿度）が４０％より高い場合（ステップＳ１０でYesの場合）、ステップＳ１２で更に分配管路８０内の圧縮空気の湿度が４０％より高いか否かが判定される。ステップＳ１０でNoの場合、つまり、温度が２０°Ｃ以下でかつ湿度が４０％以下の場合、サブルーチンはステップＳ１０へ戻り、上記の判定を繰り返す。

分配管路８０内の圧縮空気の温度が２０°Ｃより高いか或いは湿度が４０％より高い場合、サブルーチンはステップＳ１２へ移行する。ステップＳ１２でNoの場合、つまり分配管路８０内の湿度が４０％以下の場合、サブルーチンはステップＳ１０へ戻る。ステップＳ１２でYesの場合、つまり分配管路８０内の圧縮空気の温度如何にかかわらす湿度が４０％より高い場合、サブルーチンはステップＳ１４へ進み、分配管路８０内の圧縮空気の湿度が６５％より高いか否かが更に判定される。

ステップＳ１４でYesの場合、つまり、分配管路８０内の圧縮空気の湿度が６５％より高い場合、サブルーチンはステップＳ１８へ進み、判定部５４は表示部５２に警報信号を送出する。これにより『圧縮空気に異常があります。機器の点検をして下さい。』との警告メッセージが表示部５２に表示される。表示部５２上への表示に加えて、警告音を発するようにしてもよい。

ステップＳ１４でNoの場合、つまり、分配管路８０内の圧縮空気の湿度が４０％より高くかつ６５％以下の場合、ステップＳ１６で分配管路８０内の圧縮空気の温度が改めてチェックされる。ステップＳ１６でYesの場合、つまり、分配管路８０内の圧縮空気の湿度が４０％より高くかつ６５％以下で、かつ、温度が２０°Ｃより高い場合、ステップＳ１４でYesの場合と同様に、サブルーチンはステップＳ１８へ進み、判定部５４は表示部５２に警報信号を送出する。これにより『圧縮空気に異常があります。機器の点検をして下さい。』との警告メッセージが表示部５２に表示される。ステップＳ１６でNoの場合、つまり、分配管路８０内の圧縮空気の湿度が４０％より高くかつ６５％以下で、かつ、温度が２０°Ｃ以下の場合、サブルーチンはステップＳ２０へ進み、判定部５４は表示部５２に注意信号を送出する。これにより『ドライヤ、フィルタのインジケータを点検して下さい。』との注意メッセージが表示部５２に表示される。表示部５２上への表示に加えて、上記警告音とは異なる注意音を発するようにしてもよい。

図３のフローチャートによれば、分配管路８０内の圧縮空気の温度が２０°Ｃ以下で、かつ、湿度が４０％以下の場合には警告も注意も発せられないが、湿度が６５％より高くなると、温度が２０°Ｃ以下でも警告が発せられる。湿度が４０％より高くかつ６５％以下の場合には、分配管路８０の温度が２０°Ｃより高くなると警告が発せられ、２０°Ｃ以下の場合には注意が発せられることになる。これは、配管内の湿度が４０％より低い場合には配管内の腐食は殆ど見られず、また湿度が６５％を超えると温度如何によらず、配管内の腐食が急激に増加し、更に、湿度が４０％より高くかつ６５％以下の場合でも温度が２０°Ｃを超えると急激に増加するという関係データを得たためである。

注意メッセージが表示されると、作業者は各機器のインジケータを点検し、異常の前兆がないかを確認する。例えば、ドライヤ７４が冷凍機式の場合、冷媒低圧側の温度を蒸発温度計で点検し、運転中にグリーン帯を示していれば正常と確認できる。更に、ドレン確認窓でドレンが排出されているかを点検できる。フィルタ７６は目詰りを目詰りチェッカで点検し、フィルタエレメント交換時期が到来していないかを確認する。また、パーティクルカウンタ８６による配管内の微粒子の数を表示部５２で点検し、正常範囲内であるかを確認する。警告メッセージが表示されると、作業者は各機器の消耗品を交換したり、内部を開けて点検、清掃、調整を行う。このようにして、早め早めの対策を行い、機械が作動不良状態に陥らないように維持することができる。

３０超純水装置
３２カメラ
５０加工電源・機械制御装置
５２表示部
５４判定部
６０送り軸ブレーキ
６２高圧ポンプユニット
６４ドア開閉シリンダ
６６ビジョンカメラ
６８キャリブレーション装置
７０アシストエアノズル
７２工場エア供給源
７４ドライヤ
７６フィルタ
８０配管路
８２温度センサ
８４湿度センサ
８６パーティクルカウンタ
１００レーザ加工機

Claims

取り入れた空気を機械各部へ送る機械の空気配管装置において、
配管路内の空気の湿気を除去するドライヤと、
配管路内の空気に混入する不純物を捕捉するフィルタと、
配管路内の空気の温度を計測する温度センサと
配管路内の空気の湿度を計測する湿度センサと、を有し、
配管路内の腐食の発生と配管路内の空気の温度および湿度との関係データを記憶し、前記温度センサおよび湿度センサで検出した温度および湿度を前記記憶した関係データに照らして、配管路内の腐食の発生を予知し、警報信号または注意信号を表示部に送出する判定部を具備し、
前記判定部は、配管路内の空気の湿度が６５％より高い場合、配管路内の空気の温度如何にかかわらず警報信号を表示部に送出し、湿度が４０％より高く６５％以下で、かつ、配管路内の空気の温度が２０°Ｃより高い場合に警報信号を表示部に送出し、湿度が４０％より高く６５％以下で、かつ、配管路内の空気の温度が温度が２０°Ｃ以下の場合に注意信号を表示部に送出することを特徴とした機械の空気配管装置。
前記配管路内の粒子の個数を計数して、前記表示部に表示するパーティクルカウンタを更に具備する請求項１に記載の機械の空気配管装置。
前記配管路は、レーザ加工機のワークを固定するテーブルに対して光学ヘッドを移動させる送り装置のための送り軸ブレーキ、超純水装置の高圧ポンプユニット、加工領域を包囲するカバーに設けたオペレータドアを開閉する空圧式のドア開閉シリンダ、ワークを撮像するビジョンカメラ、光学ヘッドから照射されるレーザ光の光軸と水柱の中心軸とを一致させるアライメント調整用のキャリブレーション装置、加工領域にアシストエアを供給するアシストエアノズルの少なくとも１つに接続されている請求項１に記載の空気配管装置。