JP6806875B2

JP6806875B2 - 洗浄方法および洗浄装置

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Publication number: JP6806875B2
Application number: JP2019229053A
Authority: JP
Inventors: 中川　政則; 政則中川; リーダー，ドン
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: JP2020177642A; CN111822416A; US20200331039A1; EP3725427A1; CN111822416B

Description

本発明は、洗浄方法および洗浄装置に関する。

洗浄室、複数のノズルが配置されるタレット装置及びタレット装置を駆動する移動装置を含む洗浄機が提案されている（例えば特許第６１４７６２３号公報、以下、特許文献１）。特許文献１の洗浄装置を用いて洗浄する場合、ノズルから洗浄液を噴射し、対象物の全ての対象部位に順に噴流を衝突させる。

異物が含まれる対象部位が少ない場合がある。また、全部の対象部位に噴流を当てると、洗浄時間が長くなる。
本発明は、洗浄不要な対象部位の洗浄を省略可能な洗浄方法および洗浄装置を提供する。

本発明の第１の側面は、対象物の洗浄方法であって、
対象物に粒子線を透過させて前記対象物の構造をスキャンし、
得られた前記対象物の構造のスキャンデータと前記対象物の３Ｄモデルを比較して異物を抽出し、
前記異物が含まれる対象部位である洗浄箇所を特定し、
全ての対象部位を洗浄するための全体プログラムの中から、前記洗浄箇所を洗浄するための部分プログラムを実行して、前記対象物を洗浄する
方法である。
本発明の第２の側面は、洗浄装置であって、
異物が付着した対象物に粒子線を透過させて、前記対象物の構造のスキャンデータを得るスキャナと、
洗浄室と、
前記洗浄室内に配置され、前記対象物に対して相対的に移動するノズルと、
制御装置であって、
対象部位および前記対象部位に関連付けられたラベルを有する３Ｄモデル、及び
前記ラベルが付された部分プログラムを含む全体プログラム、
を記憶する記憶装置と、
前記スキャンデータと前記３Ｄモデルとを比較し、前記異物を抽出する比較部と、
前記異物が含まれる対象部位である洗浄箇所に関連付けられた前記ラベルを決定する洗浄箇所決定部と、
前記ラベルに関連付けられた前記部分プログラムを前記全体プログラムから読み出し、前記全体プログラムに規定された順に並べて洗浄プログラムを作成するプログラム作成部と、
を含む演算装置と、
前記洗浄プログラムに基づいて、前記対象物に対して前記ノズルを数値制御する数値制御部と、
を有する制御装置と、
を有する。

洗浄は、清掃及びバリ取りを含む。粒子線は、電磁波、中性子線を含む。電磁波は、例えばＸ線、γ線である。スキャナは、例えば、Ｘ線ＣＴスキャナ、γ線ＣＴスキャナ、中性子線ＣＴスキャナである。異物は、例えば、切りくず、切削バリ、繊維くず、研磨材である。

対象物は、機械加工後又は組み立て前の機械部品である。対象物は、例えば、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクシャフト、トランスアクスルケース、トランスアクスルハウジング、バルブボディ、ポンプボディ、ＡＢＳボディである。対象物は、水穴、油穴、雌ねじ、貫通穴、ピン穴、油路、クランク室、カム室、ボス等の構造を含む。これらの構造のうち、洗浄液の噴流を衝突させて洗浄される部位を対象部位という。

洗浄装置は、洗浄機とスキャナを有してよい。洗浄機は、高圧洗浄機と低圧洗浄機を含んで良い。例えば、高圧洗浄機は、対象物の異物が発見された対象部位のみに噴流を当て、低圧洗浄機は、対象物の表面や異物が発見されなかった対象部位に噴流を当てる。

洗浄装置は、ポンプやタンクを有しても良い。タンクは、洗浄液を貯留する。ポンプは、洗浄液を加圧し、吐出する。ポンプは、例えば、ピストンポンプ、ギヤポンプ、渦巻きポンプである。ポンプの吐出圧は、好ましくは、５〜２００ＭＰａである。
洗浄装置は移動装置と固定ノズルを含んでも良い。移動装置は対象物を固定ノズルに対して移動しても良い。

３Ｄモデルは、基準寸法の対象物の立体モデルであり、対象部位およびラベルを含む。一つ又は複数のラベルが、各対象部位に付される。３Ｄモデルは、複数の部品を含んで良く、材質情報を含んでも良い。

全体プログラム、部分プログラム及び洗浄プログラムは、数値制御プログラムである。全体プログラムは、対象物の全ての対象部位を洗浄するプログラムである。全体プログラムは、部分プログラムを含み、階層構造を有する。下位の部分プログラムは、中位の部分プログラムに関連付けられる。中位の部分プログラムは、上位の部分プログラムと関連付けられる。各部分プログラムにラベルが付される。
部分プログラムは、対象部位に関するノズル選択部、退避部又は部位洗浄部を含む。各部位洗浄部は、関連するノズル選択部や退避部を有する。部分プログラムは、ヘッダ部やフッタ部を含んでも良い。
全体プログラムは、サブプログラムの集合でも良い。
全体プログラムは、必ず洗浄すべき対象部位（必須洗浄部位）に関連する部分プログラムと、選択的に洗浄される対象部位（選択洗浄部位）に関連する部分プログラムを含んでも良い。

ラベルは、部分プログラムの部位洗浄部を対象部位に関連付ける。ラベルは、部位洗浄部に関連付けられる。一つの対象部位に、一つ又は複数のラベルが関連付けられる。ラベルは、結合順や部分プログラム同士の関連付けを含んでも良い。ラベルは、プログラム番号でも良い。

比較部は、スキャンデータから対象物毎に洗浄される対象部位を抽出する。スキャンデータは、対象物の加工の履歴に応じて、例えば、鋳物欠陥、加工誤差、異物、バリの構造を含む。加工誤差は、例えば、位置誤差、円筒度、全振れ、寸法誤差である。バリ及び異物は、特異な突起としてデータに表れる。更に異物は、素材との材質の相違としても検出されるときがある。加工誤差は、穴や面全体の平行移動や傾斜、面の揺れとして現れる。したがって、比較部は、全体の比較と個別の評価を行う。
例えば、円筒穴についての比較について述べる。円筒穴位置について、スキャンモデルの重心と３Ｄモデルの重心を比較する。重心は、穴の深さに対して複数位置を抽出しても良い。重心位置の変位を位置誤差として検出する。更に、スキャンモデルの円筒穴の重心に、３Ｄモデルの円筒穴を重ねて部分的な差分を取る。その差分が、３Ｄモデルとの変位量が連続的に変化しており、変位量の３Ｄモデルの表面に沿った長さに対する変位量の傾きが閾値を超えない場合に、その変位部分を円筒誤差と判断する。それ以外の構造の差異を異物と判断する。
比較部は、評価値が閾値以上の異物のみを抽出しても良い。評価値は、異物の計測値であり、例えば、長径寸法や体積である。長径寸法とは、異物の表面に決めた２点間の距離が最も長くなる寸法である。閾値は、洗浄後に残留が認められない異物の評価値である。

プログラム作成部は、洗浄すべき対象部位（洗浄箇所）に付されたラベルに関連する部分プログラムを全体プログラムから読み出す。プログラム作成部は、読み出した部分プログラムを構成して洗浄プログラムを作成する。部分プログラムを組み合わせる順番は、ラベルや順位データとして与えられる。このとき、ヘッダ部やフッタ部を加えてよい。
プログラム作成部は、必須洗浄部を洗浄プログラムに加えてよい。
なお、全体プログラムの中から、不要な部分プログラムを読み飛ばす場合には、洗浄プログラムを作成しなくてもよい。

洗浄装置に投入される全ての対象物は、スキャナにより検査される。検査の結果、発見された異物が含まれる対象部位と、必須洗浄箇所のみを含む洗浄プログラムが個々の対象物に対して作成される。洗浄装置は、作成された個別の洗浄プログラムに基づいて、対象物を洗浄する。

本発明によれば、洗浄不要な対象部位の洗浄を省略可能な洗浄方法および洗浄装置を提供できる。

実施形態の洗浄装置実施形態の制御装置実施形態の３Ｄモデル実施形態の全体プログラム実施形態の全体プログラムのノズル経路実施形態の退避部のノズル経路実施形態の洗浄方法を示すフローチャート実施形態のモデル比較結果実施形態の洗浄プログラム実施形態の洗浄経路

図１に示すように、実施形態の洗浄装置１０は、Ｘ線ＣＴスキャナ（以後、単にスキャナ）１１、洗浄機１２及び制御装置３１を有する。洗浄機１２は、洗浄室１９、ポンプ１８、ノズル１５を有する。洗浄機１２は、タレット１３及び移動装置１４を有しても良い。ノズル１５は、例えば、直射ノズル１５１やＬ型ノズル１５３である。

洗浄機１２は、ノズル１５から噴流４７を対象物１７に衝突させ、対象物１７を清掃又はバリ取りする。洗浄機１２として、例えば米国特許第９３６４８６９号、米国特許第９３９３６２７号及び米国特許９６３０２１７号が提案されている。洗浄機１２は、株式会社スギノマシンよりＪＣＣシリーズとして販売されている。

洗浄テーブル２０は、洗浄室１９内に設けられる。洗浄テーブル２０は、Ｘ軸方向に平行な回転軸２１を中心として揺動可能に設けられても良い。洗浄テーブル２０は、対象物１７を予め定められた位置に位置決めして固定する。

ポンプ１８は、洗浄液タンク（不図示）から洗浄液を陽圧し、タレット１３を介してノズル１５へ送る。

移動装置１４は、タレット１３及びノズル１５を、洗浄テーブル２０に対して、左右方向（Ｘ軸方向）、前後方向（Ｙ軸方向）、上下方向（Ｚ軸方向）へ自在に移動する。

タレット１３は、移動装置１４に設けられる。タレット１３は、Ｚ軸に平行な回転軸１６を有する。タレット１３には、複数のノズル１５が取り付けられても良い。タレット１３は旋回して、一つのノズル１５を下方へ割り出す。タレット１３は、下方へ割り出されたノズル１５へ洗浄液を供給する。
望ましくは、下方に割り出されたノズル１５は、回転軸１６を中心として回転でき、又は、回転方向に位置決めできる。

図５に示すように、直射ノズル１５１は、軸体１５ａと噴口１５ｂを有する。軸体１５ａは、回転軸１６に沿って延びる。噴口１５ｂは、回転軸１６上の軸体１５ａの先端に配置される。噴口１５ｂは、回転軸１６に沿って噴流４７を生ずる。
図６に示すように、Ｌ型ノズル１５３は、軸体１５ａと噴口１５ｃを有する。噴口１５ｃは、軸体１５ａの先端部に、回転軸１６と垂直に配置される。噴口１５ｃは、回転軸１６と垂直方向に噴流４７を生ずる。

図２に示すように、制御装置３１は、演算装置３２、記憶装置３３、入出力ポート３４、入力部３５、出力部３６及びバス３７を有する。バス３７は、演算装置３２、記憶装置３３、入出力ポート３４、入力部３５及び出力部３６を通信可能に接続する。

記憶装置３３は、主記憶装置や外部記憶装置を有しても良い。記憶装置３３は、３Ｄモデル３３ｂ、スキャンデータ３３ｅ及び全体プログラム３３ｆを記憶する。

図３に示すように、３Ｄモデル３３ｂは、複数の対象部位３３ｃを含む。各対象部位３３ｃを洗浄するための部分プログラム３３ｈの数と同数のラベル３３ｄが、その対象部位３３ｃに付される。対象部位３３ｃ１には、一つのラベルＮ１００１が付される。対象部位３３ｃ２には、３つのラベルＮ１２０１、Ｎ３００１、Ｎ３１０１が付される。

図４に示すように、全体プログラムは、ラベル３３ｄと、ラベル３３ｄに関連付けられた部分プログラム３３ｈを含む。部分プログラム３３ｈは、例えば、ヘッダ部３３ｈ１、ノズル選択部３３ｈ２、部位洗浄部３３ｈ３、退避部３３ｈ４及びフッタ部３３ｈ５を含む。各部分プログラム３３ｈには、ラベル３３ｄが付されている。
洗浄機１２がただ一つのノズル１５を有するときは、ノズル選択部３３ｈ２は省かれて良い。
図５に示すように、全体プログラム３３ｆを運転すれば、全ての対象部位３３ｃが洗浄される。軌跡４１は、ノズル１５１の軌跡を示す。
ここで、Ｍコード及びＴコードは次のとおりである。
Ｍ０６：ノズル選択
Ｍ５０：噴射開始
Ｍ５１：噴射停止
Ｍ３０：エンドオブブロック
Ｔ１：直射ノズル選択
Ｔ３：Ｌ型ノズル選択
ヘッダ部３３ｈ１は、機能パラメータや座標系への数値の代入、Ｇコードの初期設定、扉閉・クランプ・ポンプ運転などの準備動作の指示を含む。
ノズル選択部３３ｈ２は、タレット１３を回転させるための退避、ノズル選択、噴射開始などの準備動作を含む。ノズル選択部３３ｈ２は、上位階層に属する。
部位洗浄部３３ｈ３は、各部位に対するノズルの経路を示す。例えば穴であれば、穴の開口部に対する経路をノズル毎に記述される。部位洗浄部３３ｈ３は、下位階層に属する。
退避部３３ｈ４は、ノズル１５が退避する経路を示す。退避部３３ｈ４は、いくつかの部位洗浄部３３ｈ３の間に挿入される。つまり、退避部３３ｈ４の前後の部位洗浄部３３ｈ３を直接つなげるとノズル１５が対象物１７や洗浄機１２と干渉する場合に、ノズル１５が対象物１７や洗浄機１２と干渉しないように、退避部３３ｈ４が間に挿入される。退避部３３ｈ４は、例えば、ゲートモーションやテーブル回転動作である。退避部３３ｈ４は、中位階層に属する。
ラベルＮ３１００が付された退避部３３ｈ４の軌跡４２（ゲートモーション）の一例を図６に示す。Ｌ型ノズル１５３はＸ−側の開口から、対象部位３３ｃ２に噴流４７を当てる。このとき、Ｌ型ノズル１５３は、対象物１７のＸ−側に位置している。軌跡４２は、Ｌ型ノズル１５３をＺ方向の上方に移動し、次いでＸＹ平面上で対象物１７のＸ＋側に移動する。この後、Ｘ＋側から噴流４７を当てるように、Ｌ型ノズル１５３を移動させる。このとき、Ｌ型ノズル１５３はＺ方向の上方を移動するため、対象物１７と干渉しない。
フッタ部３３ｈ５は、原点復帰動作、扉開、アンクランプ、ポンプ停止などの終了動作の指示を含む。
例えば、ラベル３３ｄは、関連するノズル番号（Ｔコード）を千の位の数字と、関連する退避部の並び順を百の位の数字と、ノズル選択部３３ｈ２又は退避部３３ｈ４に関連する一組の部位洗浄部３３ｈ３の並び順を下２桁の数字として、付番される。例えば、全体プログラム３３ｆは、ラベルの昇順にプログラムの処理順が定められる。

入出力ポート３４は、移動装置１４やポンプ１８と接続する。

入力部３５は、例えば、キーボードやポインティングデバイスである。入力部３５は、ソフトウェアキーボードやタッチパネルでも良い。出力部３６は、例えば、モニターである。

演算装置３２は、スキャン部３２ａ、数値制御部３２ｂ、比較部３２ｃ、洗浄箇所決定部３２ｄ及びプログラム作成部３２ｅを有する。
スキャン部３２ａは、スキャナ１１を制御する。
数値制御部３２ｂは、移動装置１４を数値制御する。数値制御部３２ｂは、洗浄プログラムに沿って、ポンプ１８、タレット１３を制御する。
比較部３２ｃは、スキャンデータ３３ｅを３Ｄモデル３３ｂと比較して、スキャンデータ３３ｅに含まれる異物３３ｉを抽出する。

図７を参照して、洗浄方法を説明する。スキャナ１１は、対象物１７に粒子線を透過させて対象物１７をスキャンする（Ｓ１）。スキャン部３２ａは、対象物１７の構造を含むスキャンデータ３３ｅを得る。

図８に示すように、比較部３２ｃは、スキャンデータ３３ｅと３Ｄモデル３３ｂを比較して、スキャンデータ３３ｅから異物を抽出する（Ｓ２）。比較部３２ｃは、対象部位３３ｃ１及び対象部位３３ｃ２の内部の特異構造を異物３３ｉとする。比較部３２ｃは、対象部位３３ｃ３については、加工誤差（直径過大）３３ｋとする。

洗浄箇所決定部３２ｄは、抽出した異物３３ｉの含まれる対象部位３３ｃ１、３３ｃ２を洗浄箇所として特定する（Ｓ３）。そして、洗浄箇所決定部３２ｄは、洗浄箇所に関連付けられたラベルＮ１００１、Ｎ１２０１，Ｎ３００１，Ｎ３１０１をプログラム作成部３２ｅへ送る。

図４、８及び９を参照して、プログラム作成部３２ｅは、全体プログラム３３ｆと特定された洗浄箇所に基づいて、洗浄プログラム３３ｍを作成する（Ｓ４）。
洗浄箇所に関連する部分プログラム３３ｈをラベルで示すと、次のとおりである。
３３ｃ１：Ｎ１００１，Ｎ１０００
３３ｃ２：Ｎ３００１，Ｎ３１０１，Ｎ３１００，Ｎ３０００
ここで、ラベルＮ１０００が付されたノズル選択部３３ｈ２は、ラベルＮ１００１が付された部位洗浄部３３ｈ３の上位に関連付けられる。ラベルＮ３１００が付された退避部３３ｈ４は、ラベルＮ３１０１が付された部位洗浄部３３ｈ３の上位に関連付けられる。ラベルＮ３０００が付されたノズル選択部３３ｈ２は、ラベルＮ３００１及びＮ３１００の上位に関連付けられる。
プログラム作成部３２ｅは、上述の部分プログラム３３ｈにヘッダ部３３ｈ１（ラベル：Ｎ００１０）及びフッタ部３３ｈ５（ラベル：Ｎ７０００）を加えて、洗浄プログラム３３ｍとする。プログラム作成部３２ｅは、全体プログラム３３ｆの記載順（つまり、ラベルの数字の昇順）に部分プログラム３３ｈを並べて洗浄プログラム３３ｍとする。

図１０に示すように、洗浄機１２は、洗浄プログラム３３ｍを実行して、対象物１７を洗浄する（Ｓ５）。図１０は、対象物１７の第三角法による正投影図上に、ノズル１５１、１５３の軌跡４２〜４３を示す。ノズル１５１、１５３は、対象部位３３ｃ１、３３ｃ２のみを洗浄する。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１０洗浄装置
１１スキャナ
１５、１５１、１５３ノズル
１７対象物
１９洗浄室
３１制御装置
３３ｆ全体プログラム
３３ｈ２ノズル選択部
３３ｈ３部位洗浄部
３３ｈ４退避部
３３ｉ異物
３３ｍ洗浄プログラム

Claims

対象物に粒子線を透過させて前記対象物の構造をスキャンし、
得られた前記対象物の構造のスキャンデータと前記対象物の３Ｄモデルを比較して異物を抽出し、
前記異物が含まれる対象部位である洗浄箇所を特定し、
全ての対象部位を洗浄するための全体プログラムの中から、前記洗浄箇所を洗浄するための部分プログラムを実行して、前記対象物を洗浄する、
対象物の洗浄方法。
更に、
全体プログラムの中から、
前記洗浄箇所に関連する退避部であって、ノズルが洗浄機及び対象物との干渉を避けるための退避部、及び、
前記洗浄箇所の洗浄に係る部位洗浄部、
を全体プログラムから読み取り、
読み取った前記退避部及び前記部分洗浄部を結合して洗浄プログラムを作成する、
請求項１に記載の洗浄方法。
更に、
前記洗浄箇所に関連付けられたラベルを読み取り、
読み取られた前記ラベルを付された前記部位洗浄部および読み取られた前記ラベルの上位に関連付けられた前記退避部、を前記全体プログラムに掲載された順に並べて前記洗浄プログラムを作成する、
請求項２に記載の洗浄方法。
更に、
全体プログラムの中から、前記洗浄箇所に対応するノズル選択部を読み取り、
読み取った前記ノズル選択部、前記退避部及び前記部分洗浄部を結合して洗浄プログラムを作成する、
請求項２又は３に記載の洗浄方法。
更に、
読み取られた前記ラベルの上位に関連付けられた前記ノズル選択部、読み取られた前記ラベルを付された前記部位洗浄部および読み取られた前記ラベルの上位に関連付けられた前記退避部、を前記全体プログラムに掲載された順に並べて前記洗浄プログラムを作成する、
請求項４に記載の洗浄方法。
更に、
前記スキャンデータと前記３Ｄモデルを比較し、加工誤差以外の構造の差異を前記異物と抽出する、
請求項１〜５のいずれかに記載の洗浄方法。
更に、
あらかじめ定められた閾値以上の大きさの前記異物を抽出する、
請求項１〜６のいずれかに記載の洗浄方法。
異物が付着した対象物に粒子線を透過させて、前記対象物の構造のスキャンデータを得るスキャナと、
洗浄室と、
前記洗浄室内に配置され、前記対象物に対して相対的に移動するノズルと、
制御装置であって、
対象部位および前記対象部位に関連付けられたラベルを有する３Ｄモデル、及び
前記ラベルが付された部分プログラムを含む全体プログラム、
を記憶する記憶装置と、
前記スキャンデータと前記３Ｄモデルとを比較し、前記異物を抽出する比較部と、
前記異物が含まれる対象部位である洗浄箇所に関連付けられた前記ラベルを決定する洗浄箇所決定部と、
前記ラベルに関連付けられた前記部分プログラムを前記全体プログラムから読み出し、前記全体プログラムに規定された順に並べて洗浄プログラムを作成するプログラム作成部と、
を含む演算装置と、
前記洗浄プログラムに基づいて、前記対象物に対して前記ノズルを数値制御する数値制御部と、
を有する制御装置と、
を有する洗浄装置。
前記部分プログラムは、
上位階層に位置付けられた、前記洗浄箇所に対応するノズル選択部と、
中位階層に位置付けられ、前記ノズル選択部に関連づけられた退避部であって、ノズルが洗浄機及び対象物との干渉を避けるための退避部と、
下位階層に位置付けられ、前記ノズル選択部又は前記退避部に関連付けられた、前記対洗浄箇所の洗浄に係る部位洗浄部と、
を含む、請求項８に記載の洗浄装置。