JP7346253B2 - キャビテーション流体内の研磨媒体を管理するためのシステム、方法、および装置 - Google Patents

キャビテーション流体内の研磨媒体を管理するためのシステム、方法、および装置 Download PDF

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Description

本開示は、概して、キャビテーション表面仕上げに関し、より具体的には、キャビテーション流体内の研磨媒体の管理に関する。
積層造形によって、複雑な形状や形態を有し得る航空機部品用のまったく新しい設計空間が考案された。しかし、一部の積層造形加工方法の欠点の1つは、製造された部品の表面仕上げが、伝統的な製造方法および／または従来の製造方法を使用して製造された航空機部品よりもはるかに粗いことである。電子ビーム粉末床溶融やレーザビーム粉末床溶融などの加工では、通常、表面粗さ平均が1,000マイクロメートルを超える可能性があり、完成した航空機部品に用いられる表面粗さ平均の10倍を超える。
流体キャビテーションは、積層造形によって作成されたほぼすべての形状の表面をすべて、完成した航空機部品の表面粗さ平均以下の水準に仕上げることができる加工法である。流体キャビテーション加工では、水処理タンク内の研磨媒体の密度が重要な加工制御パラメータである。従来の流体キャビテーション加工には、キャビテーション流体内の研磨媒体水準を管理する効率的な方法は含まれていない。
本出願の主題は、現在の当該技術の状況に応じて、特に、現在利用可能な技法によってまだ完全には解決されていない従来の流体キャビテーション加工におけるキャビテーション流体中の研磨媒体水準の管理の欠点に応じて開発された。したがって、本出願の主題は、先行技術の技法の上記の欠点の少なくともいくつかを克服する装置、システム、および関連する方法を提供するために開発された。
本明細書では、処理タンク内のワークピースにキャビテーションピーニング技法を実施する際に使用するための、処理タンク内のキャビテーション流体内の研磨媒体を管理するシステムが開示される。1つのシステムは、処理タンク内のキャビテーション流体の情報を伝達するセンサの集合と、当該センサに連結されたプロセッサとを含む。プロセッサは、センサの集合からの入力に応じて、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を判定し、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値水準以上の水準に維持することを促進するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例1を特徴とする。
プロセッサは、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度の維持を促進するために、キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準が研磨媒体の閾値水準未満であることを検出したことに応じて、キャビテーション流体への研磨媒体の追加を促進し、キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準が研磨媒体の閾値水準以上であることを検出したことに応じて、キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準を維持するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例2を特徴とし、例2には、上記の例1による主題も含まれる。
システムは、プロセッサと通信し、処理タンクと流体連通する研磨媒体追加装置をさらに含み、研磨媒体追加装置は、処理タンク内のキャビテーション流体に再生研磨媒体を追加するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例3を特徴とし、例3には、上記の例1による主題も含まれる。
本システムは、処理タンク内に研磨媒体分配装置をさらに含み、研磨媒体分配装置は、処理タンク全体の研磨媒体の均一性を高めるために、処理タンク内の沈降研磨媒体をキャビテーション流体に分散するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例4を特徴とし、例4には、上記の例1および3による主題も含まれる。
研磨媒体の密度の判定において、プロセッサは、キャビテーション流体中の研磨媒体の平均密度を計算するように構成され、プロセッサは、研磨媒体の平均密度が研磨媒体の閾値密度未満であると判定したことに応じて、キャビテーション流体中の研磨媒体の密度を高めるために、再生研磨媒体を処理タンクに追加するように研磨媒体追加装置に命令するようにさらに構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例5を特徴とし、例5には、上記の例1および3による主題も含まれる。
本システムは、処理タンク内に研磨媒体分配装置をさらに含み、研磨媒体分配装置は、処理タンク全体の研磨媒体の均一性を高めるために、処理タンク内の沈降研磨媒体をキャビテーション流体に分散するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例6を特徴とし、例6には、上記の例1による主題も含まれる。
本システムは、処理タンクに連結された再循環システムをさらに含み、再循環システムは、処理タンクから越流キャビテーション流体を受け入れ、キャビテーション流体で再利用するために、越流キャビテーション流体中の研磨媒体を処理タンクに戻すように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例7を特徴とし、例7には、上記の例1による主題も含まれる。
本システムは、ワークピースの表面から材料を除去するように構成された投入装置をさらに含み、投入装置は、再循環システムに連結され、再循環システムは、水を投入装置に供給するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例8を特徴とし、例8には、上記の例1および7による主題も含まれる。
本システムは、ワークピースの表面から材料を除去するように構成された投入装置と、投入装置に連結された水供給源とをさらに含む。本段落の前述の主題は、本開示の例9を特徴とし、例9には、上記の例1および7による主題も含まれる。
センサの集合は、処理タンク全体でキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度の維持を促進するようにさらに構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例10を特徴とし、例10には、上記の例1による主題も含まれる。
センサの集合には、複数のセンサが含まれ、各センサは、処理タンク内の異なる箇所でキャビテーション流体の情報を伝達し、各センサは、処理タンク内のそれぞれの箇所でキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を判定するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例11を特徴とし、例11には、上記の例1による主題も含まれる。
本システムは、処理タンク内に研磨媒体分配装置をさらに含み、研磨媒体分配装置は、プロセッサと通信し、プロセッサは、処理タンク内の他の箇所よりも研磨媒体の密度が低い、処理タンク内の箇所を判定するように構成され、研磨媒体分配装置は、当該箇所のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を高めるために、当該箇所に研磨媒体を分散するように構成されている。本段落の前述の主題は、本開示の例12を特徴とし、例12には、上記の例1および11による主題も含まれる。
本明細書では、処理タンク内の物体にキャビテーションピーニング技法を実施する際に使用するための、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体を管理する方法がさらに開示される。1つの方法は、プロセッサを介して、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を判定するステップと、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値密度以上の水準に維持するステップとを含む。本段落の前述の主題は、本開示の例13を特徴とする。
いくつかの方法では、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を維持するステップは、キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準が研磨媒体の閾値密度未満であると判定したことに応じて、再循環システムからキャビテーション流体に研磨媒体を追加するステップを含む。本段落の前述の主題は、本開示の例14を特徴とし、例14には、上記の例13による主題も含まれる。
本方法は、処理タンク全体でキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度を維持するために、処理タンク内の沈降研磨媒体を分散するステップをさらに含む。本段落の前述の主題は、本開示の例15を特徴とし、例15には、上記の例13および14による主題も含まれる。
本方法は、処理タンク全体でキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度を維持するために、処理タンク内の沈降研磨媒体を分散するステップをさらに含む。本段落の前述の主題は、本開示の例16を特徴とし、例16には、上記の例13による主題も含まれる。
本方法は、処理タンク内の他の箇所よりも低いそれぞれの研磨媒体の密度を含む、処理タンク内の箇所を判定するステップをさらに含み、沈降研磨媒体を分散するステップが、判定に応じて当該箇所に沈降研磨媒体を分散するステップを含む。本段落の前述の主題は、本開示の例17を特徴とし、例17には、上記の例13および16による主題も含まれる。
いくつかの方法では、研磨媒体の密度を判定するステップが、処理タンク内の異なる箇所で検出された複数の研磨媒体の密度に基づいて、研磨媒体の密度の平均を計算するステップを含む。本段落の前述の主題は、本開示の例18を特徴とし、例18には、上記の例13による主題も含まれる。
本方法は、処理タンク内の他の箇所よりも低いそれぞれの研磨媒体の密度を含む、処理タンク内の箇所を判定するステップと、上記判定に応じて、処理タンク全体でキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度を維持するために、処理タンク内の沈降研磨媒体を当該箇所に分散するステップとをさらに含む。本段落の前述の主題は、本開示の例19を特徴とし、例19には、上記の例13および18による主題も含まれる。
本明細書では、処理タンク内のワークピースにキャビテーションピーニング技法を実施する際に使用するための、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体を管理する装置も開示される。1つの装置は、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を検出するように構成されたセンサモジュールと、キャビテーション流体内の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度未満であることを検出したことに応じて、再生研磨媒体をキャビテーション流体に追加するように構成された密度モジュールと、ある箇所が処理タンクの他の領域よりも低いそれぞれの研磨媒体の密度を含むという判定に応じて、処理タンク内の研磨媒体の密度の均一性を高めるために、沈降研磨媒体を処理タンク内の当該箇所に分散するように構成された均一性モジュールとを含む。本段落の前述の主題は、本開示の例20を特徴とする。
本開示の主題の記載された形態、構造、利点、および／または特徴は、1つ以上の実施形態および／または実装形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。以下の説明では、本開示の主題の実施形態の完全な理解を与えるために、多数の特定の詳細が提供されている。当業者であれば、特定の実施形態または実装形態の、1つ以上の特定の形態、詳細、構成要素、材料、および／または方法を用いずに、本開示の主題を実施することができることがわかるだろう。他の例では、特定の実施形態および／または実装形態において、いずれの実施形態または実装形態にも存在しない可能性がある追加の形態および利点が認識され得る。さらに、いくつかの例では、本開示の主題の態様を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造、材料、または動作は詳細に示さないか、または説明しない。本開示の主題の形態および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるか、または以下に記載する主題の実施によって知ることができる。
本主題の利点をより容易に理解できるようにするために、添付の図面に示されている特定の実施形態を参照して、上記で簡潔に説明した主題のより具体的な説明を行う。これらの図面は本主題の典型的な実施形態のみを示しており、したがってその範囲を限定するものと見なされるべきではないという理解のもと、本主題を、図面を使用してさらに具体的および詳細に記載および説明する。
本開示の1つ以上の例による、キャビテーションシステムのブロック図である。 図1のキャビテーションシステムの一実施形態の図である。 本開示の1つ以上の例による、図1に示される研磨媒体管理システムのブロック図である。 本開示の1つ以上の例による、図3の研磨媒体管理システムに含まれる様々なプロセッサのブロック図である。 本開示の1つ以上の例による、図3の研磨媒体管理システムに含まれる様々なプロセッサのブロック図である。 本開示の1つ以上の例による、図3の研磨媒体管理システムに含まれる様々なプロセッサのブロック図である。 本開示の1つ以上の例による、表面平滑化を必要とする、出来上がった積層造形ワークピースの図である。 本開示の1つ以上のさらなる例による、図1のキャビテーションシステムに含まれる投入装置の図である。 本開示の1つ以上の例による、図6の投入装置によって生成されたキャビテーション気泡および研磨媒体の渦流混合物中に台によって支持されたワークピースの図である。 本開示の1つ以上の追加の例による、図1のキャビテーションシステムに含まれる投入装置の図である。 本開示の1つ以上の追加の例による、流体キャビテーション研磨表面仕上げ加工を受けるワークピースの初期表面を示す図である。 本開示の1つ以上の追加の例による、表面が平滑化され、ワークピースが所望の水準の平滑度に仕上げられたワークピースの仕上げ表面を示す図である。 本開示の1つ以上のさらなる例による、キャビテーションシステムのブロック図である。 図10のキャビテーションシステムの一実施形態の図である。 本開示の様々な例による、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための様々な方法の概略的なフローチャートである。 本開示の様々な例による、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための様々な方法の概略的なフローチャートである。 本開示の様々な例による、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための様々な方法の概略的なフローチャートである。 本開示の様々な例による、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための様々な方法の概略的なフローチャートである。 本開示の様々な例による、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための様々な方法の概略的なフローチャートである。 本開示の様々な例による、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための様々な方法の概略的なフローチャートである。 本開示の様々な例による、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための様々な方法の概略的なフローチャートである。
本明細書を通して「一実施形態」、「実施形態」、または同様の文言への言及は、実施形態に関連して説明される特定の形態、構造、または特徴が本開示の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。「一実施形態では」、「実施形態では」という語句、および本明細書を通して類似の文言の出現は、必ずしもではないが、すべて同じ実施形態を指し得る。同様に、「実装形態」という用語の使用は、本開示の1つ以上の実施形態に関連して説明される特定の形態、構造、または特徴を有する実装形態を意味するが、別段の明確な相関が示されない限り、実装形態は1つ以上の実施形態と関連付けられる可能性がある。
図1から図9を参照すると、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理することができる流体キャビテーションシステム100Aの一実施形態が示されている。少なくとも図1に示された実施形態では、流体キャビテーションシステム100Aは、他の構成要素のうち、キャビテーション仕上げシステム102、再循環システム104A、ならびに互いに連結された、および／または互いに通信する研磨媒体管理システム106を含む。
図2に示すように、キャビテーション仕上げシステム102は、他の構成要素のうち、導管110に沿って加圧再循環流体（例えば、越流流体）を供給する圧力弁108（または高圧ポンプ）を含む。いくつかの実施形態では、圧力弁108には、電子制御式デジタル圧力弁が含まれる。追加または代替の実施形態では、圧力弁108は、圧力弁108内の水の圧力を検出する圧力センサを含む。圧力弁108は、導管110に沿って処理タンク114内の投入装置112に供給される水の圧力および流量の制御を可能にする。
投入装置112は、処理タンク114内に配置され、処理タンク114内のキャビテーション流体116に水を注入してキャビテーション雲118を生成することができる任意の適切な装置を含み得る。いくつかの実施形態では、投入装置112は、キャビテーション噴流としてキャビテーション流体116に加圧水を噴射するように構成されたキャビテーションノズル（例えば、図6および図8を参照）を含む。
多軸ロボット115（例えば、CNCモーションコントローラー）は、投入装置112に連結されている。多軸ロボット115、または単にロボットは、投入装置112を処理タンク114内で動かすように構成されている。多軸ロボット115は、投入装置112が処理タンク114内の様々な箇所にアクセスすることができるようにする。
処理タンク114は、任意の適切な材料で形成されてもよい。いくつかの実施形態では、処理タンク114は、ステンレス鋼および／または他の任意の非腐食性材料で形成される。処理タンク114は、様々な実施形態では、加圧されているかまたは加圧されていない。
処理タンク114は、キャビテーション流体116で満たされている。キャビテーション流体116には、水（例えば、浄水および／または純水）と研磨媒体（または研磨材料）との混合物が含まれる。キャビテーション流体116は、研磨媒体に対して適切な比率の水を含むことにより、ワークピース120の表面から材料を除去し、流体キャビテーション技法の間に表面を滑らかにすることができる。キャビテーション流体116中の水と研磨媒体との比は、本明細書では、キャビテーション流体116中の研磨媒体の水準または研磨媒体の密度と呼ばれ得る。
様々な実施形態では、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度は、本明細書で可能であり企図される他の比および／または比の範囲のうち、1リットルあたり約10グラム（g/L）から約1,000g/Lの範囲である。いくつかの実施形態では、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度は、本明細書で可能であり企図される22.5g/Lより大きいかまたは小さい他の比のうち、約22.5g/Lである。さらなる実施形態では、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度は、本明細書で可能であり企図される400g/Lより大きいかまたは小さい他の比のうち、約400g/Lである。
研磨媒体には、水と組み合わせて、流体キャビテーション技法の間に表面を滑らかにするためにワークピース120の表面から材料を除去することができるキャビテーション流体116のスラリーを形成することができる任意の適切な材料が含まれ得る。いくつかの実施形態では、研磨媒体には、本明細書で可能であり企図される他の適切な材料のうち、酸化アルミニウム（Al3O2）が含まれる。
研磨媒体は、流体キャビテーション技法の間にワークピース120の表面を滑らかにすることができる任意の適切なANSI粒度を有し得る。様々な実施形態では、研磨媒体は、本明細書で可能であり企図される他のANSI粒度のうち、約16ANSI粒度から約1200ANSI粒度の範囲のANSI粒度を有する。いくつかの実施形態では、研磨媒体は、80ANSI粒度を有する。他の実施形態では、研磨媒体は、220ANSI粒度を有する。
投入装置112からの水のキャビテーション噴流は、キャビテーション流体116中に沈められたワークピース120に向けられる。高圧水のキャビテーション噴流とキャビテーション流体116との相互作用により、複数のキャビテーション気泡を含む渦流キャビテーション雲118が生成される。キャビテーション雲118は、任意の適切なサイズを有し得る。いくつかの実施形態では、キャビテーション雲118は、キャビテーション雲118がワークピース120の1つ以上の表面を滑らかにすることを可能にするサイズを有する。
ワークピース120は、モーター124によって回転可能な、処理タンク114内のシャフト122上に配置することができる。シャフト122およびモーター124を介してワークピース120を回転させることにより、キャビテーション雲118がワークピース120の全体または少なくとも一部を取り囲むことが可能になる。
水のキャビテーション蒸気泡118が流体状態に戻るときの内破で崩壊することによって生じる衝撃波により、キャビテーション流体116に含まれる研磨粒子が動力学的に帯電され、その結果、キャビテーション雲118はワークピース120の様々な表面に衝突する。すなわち、ワークピース120がモーター124によって回転されると、キャビテーション雲118内のキャビテーション気泡が崩壊してワークピース120の様々な表面に衝突し、ワークピース120の表面を滑らかにする。キャビテーション雲118を介してワークピース120の表面を滑らかにすることにより、航空機で使用するのに十分なほどワークピース120を滑らかにすることができる。キャビテーション雲118および気泡は、研磨媒体に渦状および多方向の運動を与えるため、材料は、ワークピース120の隅、隙間、および／または内部形状から除去され得る。キャビテーション気泡は、ワークピース120の表面のキャビテーションピーニングおよび洗浄をさらに実施することができる。
キャビテーション気泡の崩壊による衝突力は、少なくとも部分的に、キャビテーション噴流内の水の圧力、処理タンク114内のキャビテーション流体116の圧力、水圧とキャビテーション流体116の圧力との比、キャビテーション噴流内の水の温度、および処理タンク114内のキャビテーション流体116の温度による影響を受ける。キャビテーション噴流内の水の圧力は、本明細書で可能であり企図される他の圧力のうち、1平方インチあたり（PSI）約3,000ポンド（20メガパスカル（MPa））から約15,000PSI（100MPa）の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、キャビテーション噴流内の水の圧力は約4,000PSIであり、処理タンク114内のキャビテーション流体116の圧力は1気圧（101.325kPaまたは14.7PSI）またはそれ以上の圧力である。
時々、キャビテーション流体116中の研磨媒体は沈降して、処理タンク114の底に研磨媒体の層126を形成することがある。ポンプ128（例えば、スイーパーポンプ）または複数のポンプ128は、処理タンク114の底部から研磨媒体を捕捉するために利用され、ポンプ130（例えば、トラッシュポンプ）は、捕捉された研磨媒体を研磨媒体分配装置132に圧送する。いくつかの実施形態では、研磨媒体分配装置132は、本明細書で可能であり企図される他の適切な装置のうち、扇形ノズルを含む。
研磨媒体分配装置132は、層126から捕捉された研磨媒体をキャビテーション流体116に再分配、再導入、および／または分散する。様々な実施形態では、研磨媒体分配装置132は可動式であり、その結果、捕捉された研磨媒体は処理タンク114全体に分散され得る。
いくつかの実施形態では、研磨媒体分配装置132は、捕捉された研磨媒体を処理タンク114内の1つ以上の箇所に分散する命令を受信することができる。命令を受信したことに応じて、研磨媒体分配装置132は、命令で識別された箇所に移動し、当該箇所で捕捉された研磨媒体を分散する。研磨媒体分配装置132は、捕捉された研磨媒体がキャビテーション流体116と結合されるファン134内に、捕捉された研磨媒体を分散することができる。研磨媒体分配装置132は、研磨媒体分配装置132が捕捉された研磨媒体の当該箇所での分散を停止する次の命令、または捕捉された研磨媒体を処理タンク114内の1つ以上の異なる箇所で分散する命令を受信するまで、捕捉された研磨媒体を分散し続けることができる。
ここで再循環システム104Aを参照すると、再循環システム104Aは、キャビテーション仕上げシステム102に、研磨媒体を再循環、再分配、および／または再利用するように構成されている。再循環システム104Aは、少なくとも部分的に、処理タンク114内の研磨媒体水準を管理するための機構および／またはプロセスを提供する。このように、流体キャビテーションシステム100Aは、閉ループシステムを画定する。
再循環システム104Aは、処理タンク114と流体連通する越流排出口136を含む。越流排出口136は、導管140を介して、越流キャビテーション流体116Aとして貯留される過剰なキャビテーション流体116を、処理タンク114から再循環タンク138に提供することができる任意の適切な越流部（例えば、排水管、開口部、漏斗状部など）であり得る。
時々、越流キャビテーション流体116A中の研磨媒体は沈降して、再循環タンク138の底に研磨媒体の層142を形成することがある。ポンプ144（例えば、スイーパーポンプ）は、再循環タンク138の底部から研磨媒体を捕捉するために利用され、ポンプ146（例えば、低圧トラッシュポンプ）は、捕捉された研磨媒体を研磨媒体追加装置148に圧送する。
いくつかの実施形態では、研磨媒体追加装置148は、本明細書で可能であり企図される他の適切な装置のうち、扇形ノズルを含む。研磨媒体追加装置148は、研磨媒体を処理タンク114に追加するように構成されている。研磨媒体追加装置148は、捕捉された研磨媒体を、捕捉された研磨媒体が越流キャビテーション流体116Aと結合されるファン150内の処理タンク114に追加する。
いくつかの実施形態では、研磨媒体追加装置148は、捕捉された研磨媒体を処理タンク114内に追加する命令を受信することができる。命令を受信したことに応じて、研磨媒体追加装置148は、再循環タンク138から捕捉された研磨媒体を処理タンク114に追加する。研磨媒体追加装置148は、研磨媒体追加装置148が捕捉された研磨媒体の処理タンク114への追加を停止する次の命令を受信するまで、捕捉された研磨媒体を追加し続けることができる。
フィルター152（例えば、遠心式水用フィルター）は、越流キャビテーション流体116A中の研磨媒体を濾過および／または回収する。ポンプ154（例えば、低圧トラッシュポンプ）は、戻り管路158および圧力／制御弁160を介して、濾過された研磨媒体156を再循環タンク138に再導入する。
フィルター162（例えば、カートリッジフィルター）は、フィルター152によって濾過された越流キャビテーション流体116Aをさらに濾過して、研磨媒体を濾過／回収し、その中の他の不純物（例えば、ワークピース120から除去された材料）を除去し、その結果、濾過水（例えば、浄水および／または純水）が得られる。ポンプ164（例えば、圧力ポンプ）は、導管166を介して、キャビテーション仕上げシステム102内の多軸ロボット115に濾過水を供給する。
本明細書で説明するように、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度およびキャビテーション流体116全体の研磨媒体の密度の均一性は、ワークピース120の表面を滑らかにするキャビテーション雲118の能力に影響を及ぼすパラメータである。キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度および／またはキャビテーション流体116全体の研磨媒体の密度の均一性を管理するために、（単に個々に、様々なグループで、または集合的にセンサ302として言及される）センサの集合302を含む研磨媒体管理システム106は、処理タンク114内のキャビテーション流体116と連通（例えば、接触、近接）している。
図3を参照すると、図3は、研磨媒体管理システム106の一実施形態のブロック図である。少なくとも図示された実施形態では、研磨媒体管理システム106は、他の構成要素のうち、互いに連結されたおよび／または互いに通信するセンサの集合302およびプロセッサ304を含む。
各センサ302は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の量、水準、および／または密度を検出することができる任意の適切なハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、各センサ302は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を検出／判定することができるレーザを含む。
レーザは、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を検出／判定することができる任意の適切な波長を利用し、かつ／または任意の適切な出力を含むことができる。いくつかの実施形態では、レーザは、本明細書で可能であり企図される975nmより大きいかまたは小さい他の波長のうち、約975ナノメートル（nm）の波長を使用する。追加または代替の実施形態では、レーザは、本明細書で可能であり企図される0.45Wより大きいかまたは小さい他の出力のうち、約0.45ワット（W）の出力電力を含む。
センサの集合302は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を検出／判定することができる任意の適切な数のセンサ302を含むことができる。いくつかの実施形態では、センサの集合302は、処理タンク114全体に分布された複数のセンサ302を含む。
様々な実施形態では、複数のセンサ302のうちの各センサ302は、処理タンク114のそれぞれの箇所の研磨媒体の密度を検出／判定するために、処理タンク114の異なる箇所に配置されている。複数のセンサ302のうちの各センサ302は、処理タンク114全体に分布しているため、処理タンク114全体のキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度の均一性を検出／判定することができる。
各センサ302は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を連続して、実質的に連続して、および／または定期的に検出／判定することができる。キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を検出したことに応じて、各センサ302は、検出された研磨媒体の密度をプロセッサ304に伝達する。すなわち、各センサ302は、検出された研磨媒体の密度を識別するセンサデータを含む1つ以上の信号をプロセッサ304に送信する。
プロセッサ304は、コンピュータプロセス、機能、および／またはアルゴリズムを実行できる任意の適切な処理ハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。様々な実施形態では、プロセッサ304は、キャビテーション流体116中の研磨媒体水準を管理するように構成されている。
図4Aを参照すると、図4Aは、プロセッサ304Aの一実施形態のブロック図である。少なくとも図示された実施形態では、プロセッサ304Aは、他の構成要素のうち、互いに連結されたおよび／または互いに通信するセンサモジュール402、密度モジュール404、および管理モジュール406Aを含む。
センサモジュール402は、センサの集合302のうちの各センサ302と通信することができる任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。いくつかの実施形態では、センサモジュール402は、センサの集合302のうちの1つ以上のセンサ302によって検出されるキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を示すセンサデータを受信するように構成されている。センサデータを受信したことに応じて、センサモジュール402は、センサデータを密度モジュール404および／または均一性モジュール406に送信するように構成されている（例えば、図4Bおよび図4Cを参照）。
密度モジュール404は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度を判定することができる任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。様々な実施形態では、密度モジュール404は、センサモジュール402からセンサデータを受信し、キャビテーション流体内の研磨媒体の現在の密度を判定し、キャビテーション流体内の研磨媒体の現在の密度を管理モジュール406Aに送信するように構成されている。
いくつかの実施形態では、密度モジュール404は、単一のセンサ302によって生成されるセンサデータに基づいて、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度を判定するように構成されている。さらなる実施形態では、密度モジュール404は、複数のセンサ302によって生成されるセンサデータに基づいて、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度を判定するように構成されている。
様々な実施形態では、密度モジュール404は、複数のセンサ302によって生成されるセンサデータに基づいて、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度を計算するように構成されている。いくつかの実施形態では、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度は、複数のセンサ302によって検出される研磨媒体の密度の平均である。他の実施形態では、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度は、複数のセンサ302によって検出される研磨媒体の密度の中央値である。さらなる実施形態では、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度は、複数のセンサ302によって検出される研磨媒体の密度の最頻値である。
密度モジュール404は、研磨媒体の現在の密度を判定した後、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度を管理モジュール406Aに送信するようにさらに構成されている。密度モジュール404は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度を管理モジュール406Aに連続して、実質的に連続して、および／または定期的に送信することができる。
管理モジュール406Aは、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を管理することができる任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。様々な実施形態では、管理モジュール406Aは、キャビテーション流体116中の研磨媒体の閾値密度を維持するように構成されている。
管理モジュール406Aは、密度モジュール404から研磨媒体の密度を受信すると、キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度以上であるかどうかを判定するように構成されている。いくつかの実施形態では、管理モジュール406Aが処理タンク114内のキャビテーション流体中の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度未満であると判定したことに応じて、管理モジュール406Aは、処理タンク114内のキャビテーション流体116に研磨媒体を追加する命令を研磨媒体追加装置148に送信するように構成されている。密度モジュール404から受信した研磨媒体のその後の現在の密度によって、処理タンク114内のキャビテーション流体116の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度以上であることが示されるまで、管理モジュール406Aは、処理タンク114内のキャビテーション流体116に研磨媒体を追加するように、研磨媒体追加装置148に命令し続けることができる。このようにして、管理モジュール406Aは、処理タンク114内のキャビテーション流体116への研磨媒体の追加を促進することができる。
さらに、管理モジュール406Aは、処理タンク114内のキャビテーション流体中の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度以上であると判定されたことに応じて、キャビテーション流体116中の研磨媒体の現在の密度を維持するように構成されている。言い換えれば、管理モジュール406Aが処理タンク114内のキャビテーション流体中の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度以上であると判定したことに応じて、管理モジュール406Aは、処理タンク114内のキャビテーション流体116に研磨媒体を追加する命令を研磨媒体追加装置148に送信しないように構成されている。
管理モジュール406Aは、処理タンク114内のキャビテーション流体中の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度以上であると判定された後、密度モジュール404からのキャビテーション流体116中のその後の研磨媒体の現在の密度について待機する、かつ／または受信の準備をするように構成されている。追加または代替の実施形態では、管理モジュール406Aは、研磨媒体追加装置148に処理タンク114内のキャビテーション流体116への研磨媒体の追加を命令した後、密度モジュール404からのキャビテーション流体116中の研磨媒体のその後の現在の密度について待機する、かつ／または受信の準備をするように構成されている。
図4Bを参照すると、図4Bは、プロセッサ304Bの別の実施形態のブロック図である。少なくとも図示された実施形態では、プロセッサ304Bは、他の構成要素のうち、互いに連結されたおよび／または互いに通信する、プロセッサ304Aに類似のセンサモジュール402、均一性モジュール408、および管理モジュール406Bを含む。
均一性モジュール408は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度の均一性を判定することができる任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。様々な実施形態では、均一性モジュール408は、センサモジュール402からセンサデータを受信し、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度が処理タンク114内の他の箇所よりも低い箇所が処理タンク114内に1つ以上あるかどうかを判定し、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度が処理タンク114内の他の箇所よりも低い処理タンク114内の当該箇所を管理モジュール406Bに送信するように構成されている。
均一性モジュール408は、任意の適切な技法またはプロセスを使用して、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度が処理タンク114内の他の箇所よりも低い箇所が処理タンク114内に1つ以上あるかどうかを判定することができる。キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度が処理タンク114内の他の箇所よりも低い箇所が処理タンク114内に1つ以上あるかどうかを判定する場合、いくつかの実施形態では、均一性モジュール408は、各センサ302によって検出された研磨媒体の密度を比較し、他の箇所よりも研磨媒体の密度が低い箇所を識別するように構成されている。追加または代替の実施形態では、均一性モジュール408は、研磨媒体の密度が最大である処理タンク114内の箇所を判定し、処理タンク114内の残りの箇所を研磨媒体の密度が最大である他の箇所よりも研磨媒体の密度が低い箇所として識別するように構成されている。
均一性モジュール408は、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度が他の箇所よりも低い箇所を、管理モジュール406Bに送信するようにさらに構成されている。均一性モジュール408は、連続して、実質的に連続して、および／または定期的に、当該箇所を管理モジュール406Aに送信することができる。
管理モジュール406Bは、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度の均一性を管理することができる任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。いくつかの実施形態では、管理モジュール406Bは、管理モジュール406Bが処理タンク114内の他の箇所よりも研磨媒体の密度が低い処理タンク114内の箇所を受信したことに応じて、研磨媒体を処理タンク114内のキャビテーション流体116の当該箇所に分散する命令を、研磨媒体分配装置132に送信するように構成されている。管理モジュール406Bは、均一性モジュール408から受信するその後の研磨媒体の密度によって、処理タンク114内のキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度が均一であること、および／または処理タンク114内の他の箇所よりも研磨媒体の密度が低い箇所が処理タンク114内にないことが示されるまで、処理タンク114内のキャビテーション流体116に研磨媒体を分散するように、研磨媒体分配装置132に命令し続けることができる。
このようにして、管理モジュール406Bは、キャビテーション流体116内に研磨媒体を分散することを促進し、および／または研磨媒体を処理タンク114内に確実に均一に分配することを促進することができる。管理モジュール406Bは、均一性モジュール408からの、研磨媒体を分散する処理タンク114内の次の箇所について待機および／または受信するように構成されている。
図4Cを参照すると、図4Cは、プロセッサ304Cのさらに別の実施形態のブロック図である。少なくとも図示された実施形態では、プロセッサ304Cは、他の構成要素のうち、互いに連結されたおよび／または互いに通信する、プロセッサ304Aおよび304Bに類似したセンサモジュール402、プロセッサ304Aに類似した密度モジュール404、プロセッサ304Bに類似した均一性モジュール408、ならびに管理モジュール406Cを含む。
管理モジュール406Cは、キャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を管理し、処理タンク114全体のキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度の均一性を管理することができる任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。様々な実施形態では、管理モジュール406Cは、本明細書の他の場所で説明される管理モジュール406Aおよび管理モジュール406Bの様々な動作および／またはプロセスを実行するように構成されている。
図6は、投入装置112の一実施形態を示している。図示された例では、投入装置112はキャビテーションノズルを画定している。投入装置112は、ガイドパイプ604に配置されたノズルキャップ602を含む。キャビテータ606は、スペーサ610によってノズルプレート608から間隔を空けられ、ノズルキャップ602内に配置されて、キャビテーションノズルを通る高圧水の流れを変える。水の流量の変化およびキャビテーション流体116との相互作用により、キャビテーション雲118を生じ得る。キャビテーション雲118を含む複数のキャビテーション気泡は、渦または竜巻のような形状で渦巻く可能性がある。
キャビテーション流体116中の研磨媒体は、研磨媒体の複数の粒子612をキャビテーション雲118に導入する。研磨媒体は、キャビテーション雲118から速度、運動量、および運動エネルギーを獲得し、キャビテーション気泡と混合され得る。
図7は、キャビテーション気泡と研磨媒体との渦流混合物中に、台702によって支持されたワークピース120を示している。図7に示されていないキャビテーションノズルは、台702に向けられていてもよい。キャビテーション流体116の気泡が崩壊すると、研磨媒体の粒子612が励起され、エネルギーを与えられる。気泡の崩壊により生成されたマイクロジェットは、粒子612の動きを集合的に加速させる。気泡と研磨媒体との混合物がワークピース120の粗い表面704に接触すると、粒子612は表面704に衝突し、表面704から材料を除去する。すなわち、研磨媒体は、キャビテーション雲118の強い力の作用を受けて、表面704を滑らかにする。キャビテーション雲118の渦状および多方向の運動によって、研磨媒体は、表面704の狭い隅、隙間、および／または内部形状、ならびに他の露出領域と接触する。
キャビテーション気泡はワークピース120の表面704と直接相互作用するため、通常のキャビテーションピーニングも発生することがある。これにより、表面704をピーニングすることができ、残留応力および疲労強度が改善され、表面704が洗浄される結果、航空機での塗装または使用に供することができる。
図8に示すように、投入装置112の一実施形態は、内側キャビテーション噴流804を生成する内側ノズル802と、内側キャビテーション噴流804より圧力が小さい外側噴流808を生成する外側ノズル806とを含む。内側ノズル802は、キャビテータ810、スペーサ812、および加圧水の流れを変更してキャビテーション雲118を生成するノズルプレート814を含み、一方、外側ノズル806は、外側噴流808の水の圧力を下げるために適した形状を有する。すなわち、内側ノズル802は、内側キャビテーション噴流804の内側チャネルを画定し、外側噴流808の外側チャネルは、内側ノズル802と外側ノズル806との間に画定される。いくつかの実施形態では、投入装置112には、ポンプ164（図2参照）から供給される加圧水に加えて、低圧水（図示せず）が別個に供給されてもよい。
図8はさらに、内側キャビテーション噴流804および外側噴流808が投入装置112から噴出すると、外側噴流808が、キャビテーション噴流804および結果として生じるキャビテーション雲118を実質的に囲む水（または他の流体）の外郭を形成することを示している。キャビテーション流体116中の研磨媒体は、キャビテーション雲118によってエネルギーを与えられる。ワークピース120の粗い表面816の一部は、研磨媒体の粒子818およびキャビテーション雲118によって仕上げられ、ピーニングされ得る。
再び図2を参照すると、投入装置112は、いくつかの実施形態では、固定または静止位置にある間に使用するように構成されている。ワークピース120は、キャビテーション雲118によって完全に囲まれていても、および／または取り込まれていてもよい。あるいは、ワークピース120は、表面仕上げが完了したときにワークピース120の新しい部分をキャビテーション雲118に入れるために、移動式台（例えば、図7の台702）によって支持されてもよい。他の実施形態では、投入装置112を棒状構造または他の可動構造に組み込んで、多軸ロボット115が投入装置112を（例えば、手動および／または自動で）方向付けできるようにすることができる。
いくつかの実施形態では、投入装置112および多軸ロボット115は、スポット処理または修理作業の仕上げに利用される。投入装置112および多軸ロボット115は、作業現場に移送するように構成することができ、様々な外部システムからの加圧水を受け入れるためのアダプタまたはコネクタ（図示せず）を含むことができ、あるいは運搬可能な他の形態にすることができる。他の実施形態では、投入装置112および多軸ロボット115は、流体のタンク（例えば、処理タンク114）に1つ以上のワークピース120を沈めることが禁止されるような大規模プロジェクトでの使用に適している場合がある。
図9Aは、流体キャビテーション研磨表面仕上げ加工を受けるワークピース120の初期表面902Aを示している。図9Aでは、第1研磨媒体904は、初期表面902Aの1つ以上の突出する峰部906と相互作用するキャビテーション雲118によってエネルギーを与えられ、表面902から材料を除去し、峰部906を低くする。図9Bは、峰部906が滑らかにされ、ワークピースが所望の水準の滑らかさ（例えば、本明細書で可能であり企図される他の水準の滑らかさのうち、100μM未満）に仕上げられたワークピース120の仕上げ面902Bを示す。
研磨媒体904は、任意の適切な材料の粒子、任意の適切なANSI粒度を有することができ、ならびに／あるいは研磨材料および／または研磨媒体の任意の適切な混合物を含むことができる。研磨媒体904の例としては、本明細書で可能であり企図される他の材料および／または材料の組み合わせのうち、金属、ガラス、セラミック、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、軽石、ナットシェル、トウモロコシの穂軸、および／またはプラスチック研磨粒子が挙げられるが、これらに限定されない。各研磨媒体904は、本明細書で可能であり企図される、1200ANSI粒度より大きく、かつ10ANSI粒度未満の他のANSI粒度のうち、約10ANSI粒度から約1200ANSI粒度の範囲のサイズを有する粒子を含むことができる。研磨材料および／または研磨媒体の混合物には、2種類以上の研磨材料の任意の組み合わせ、研磨材料と非研磨材料との混合物、2種類以上の研磨材料と1種類の非研磨材料との組み合わせ、1種類の研磨材料と2種類以上の非研磨材料の組み合わせ、および2種類以上の研磨材料と2種類以上の非研磨材料との組み合わせを含むことができる。
1つの非限定的な仕上げの例では、Raが100μMを超える金属表面を、約100ANSI粒度から約500ANSI粒度の範囲のANSI粒度を有するガラス研磨剤で仕上げることができる。別の非限定的な例では、Raが約1,000μMのプラスチック表面を、約10ANSI粒度のANSI粒度を有するナットシェル研磨剤で仕上げることができる。さらに別の非限定的な例では、Raが約1,000μMのプラスチック表面を、約50ANSI粒度から約100ANSI粒度の範囲のANSI粒度を有する軽石研磨剤で仕上げることができる。
図10および図11を参照すると、キャビテーション流体内の研磨媒体を管理することができる流体キャビテーションシステム100Bの別の実施形態が示されている。少なくとも図示された実施形態では、流体キャビテーションシステム100Bは、他の構成要素のうち、互いに連結されたおよび／または互いに通信する、図1から図9を参照して図示および説明した流体キャビテーションシステム100Aと類似したキャビテーション仕上げシステム102および研磨媒体管理システム106、再循環システム104B、ならびに加圧水システム1002を含む。
図11を参照すると、再循環システム104Bは、キャビテーション仕上げシステム102に、研磨媒体を再循環、再分配、および／または再利用するように構成されている。再循環システム104Bは、少なくとも部分的に、処理タンク114内の研磨媒体水準を管理するための機構および／またはプロセスを提供する。
再循環システム104Bは、越流排出口136と、越流キャビテーション流体116Aを貯留することができ、時により、底部に研磨媒体の層142を有し得る再循環タンク138と、導管140と、ポンプ144と、ポンプ146と、層142からファン150内の処理タンク114に研磨媒体を追加する研磨媒体追加装置148と、フィルター152と、戻り管路158を介して濾過された研磨媒体156を再循環タンク138に再導入することができるポンプ154と、図1および図2を参照して上記で図示し、説明した再循環システム104Aに類似した圧力／制御弁160と、を含む。
少なくとも図示の実施形態では、再循環システム104Bは、フィルター152に連結された越流排出口158をさらに含む。越流排出口158は、濾過された越流キャビテーション流体116Aを再循環タンク138から除去することができる任意の適切な越流部（例えば、排水管／導管、開口部／導管、漏斗状部／導管など）であり得る。
図11に示すように、加圧水システム1002は、ポンプ1106（例えば、圧力ポンプ）に連結された水供給源1104を含む。水供給源1104は、本明細書で可能であり企図される他の種類の水供給源のうち、タンクおよび／または水槽などを含むがこれらに限定されない任意の適切な水供給源を含むことができる。様々な実施形態では、水供給源1104は、浄水および／または純水の供給源である。
ポンプ1106は、水供給源1104からの水を、導管1108を介して、キャビテーション仕上げシステム102内の多軸ロボット115に圧送および／または供給する。このように、流体キャビテーションシステム100Bは、開ループシステムを画定する。
図12から図18を参照すると、図12から18は、キャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための方法1200、1300、1400、1500、1600、1700、および1800の様々な実施形態を示すフロー図である。様々な方法800、302、1000、1100。キャビテーション流体116内の研磨媒体を管理することにより、キャビテーション流体環境には適切な密度の研磨媒体および／または処理タンク114全体にわたる均一な密度の研磨媒体が含まれ得るため、流体キャビテーション加工をより効率的に実施することができる。
方法1200（図12を参照）は、プロセッサ304が処理タンク114に貯留されたキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を判定するステップ（ブロック1202）から開始される。密度は、処理タンク114内の1つ以上の箇所で判定してもよい。さらに、研磨媒体の密度には、処理タンク114内の研磨媒体の密度の平均値、中央値、または最頻値が含まれ得る。
プロセッサ304は、研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値密度以上の水準に維持する（ブロック1204）。研磨媒体の密度を研磨媒体の閾値密度以上の水準に維持するために、プロセッサ304は、必要に応じて、再生研磨媒体を処理タンク114に追加することができる。
方法1300（図13を参照）は、プロセッサ304が処理タンク114内の複数の異なる箇所でキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を判定するステップ（ブロック1302）から開始される。密度は、センサの集合302を使用して異なる箇所で判定してもよい。
プロセッサ304は、処理タンク114全体の研磨媒体の密度の均一性を維持する（ブロック1304）。処理タンク114全体の研磨媒体の密度の均一性を維持するために、プロセッサ304は、必要に応じて、沈降研磨媒体を処理タンク114内の1つ以上の箇所に分散することができる。
方法1400（図14を参照）は、プロセッサ304が処理タンク114に貯留されたキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を判定するステップ（ブロック1402）から開始される。密度は、処理タンク114内の複数の異なる箇所で判定してもよい。さらに、研磨媒体の密度には、処理タンク114内の研磨媒体の密度の平均値、中央値、または最頻値が含まれ得る。
プロセッサ304は、研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値密度以上の水準に維持する（ブロック1404）。研磨媒体の密度を研磨媒体の閾値密度以上の水準に維持するために、プロセッサ304は、必要に応じて、再生研磨媒体を処理タンク114に追加することができる。
プロセッサ304は、さらに、処理タンク114全体の研磨媒体の密度の均一性を維持する（ブロック1406）。処理タンク114全体の研磨媒体の密度の均一性を維持するために、プロセッサ304は、必要に応じて、沈降研磨媒体を処理タンク114内の1つ以上の箇所に分散することができる。
方法1500（図15を参照）は、プロセッサ304が処理タンク114に貯留されたキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を判定するステップ（ブロック1502）から開始される。密度は、処理タンク114内の1つ以上の箇所で判定してもよい。さらに、研磨媒体の密度には、処理タンク114内の研磨媒体の密度の平均値、中央値、または最頻値、あるいは他の計算表現が含まれ得る。
プロセッサ304は、処理タンク114内の研磨媒体の判定された密度が研磨媒体の閾値密度未満であるかどうかを判定する（ブロック1504）。処理タンク114内の研磨媒体の判定された密度が研磨媒体の閾値密度未満である場合（例えば、ブロック1504の「YES」）、プロセッサ304は、（例えば、再循環システム104から）処理タンク114に再生研磨媒体を追加し（ブロック1506）、ブロック1502のステップで、処理タンク114に貯留されたキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度の判定を続ける。処理タンク114内の研磨媒体の判定された密度が研磨媒体の閾値密度以上である場合（例えば、ブロック1504の「NO」）、プロセッサ304は、流体キャビテーション加工を行い（ブロック1600）、その一実施形態は図16に図示および説明されている。
方法1600（図16参照）は、プロセッサ304が、キャビテーション流体116の環境（例えば、処理タンク114）内のワークピース120に向かって、流体（例えば、水）の流れを放出するステップ（ブロック1602）から開始される。キャビテーション流体116と組み合わされた流体は、複数のキャビテーション気泡を含むキャビテーション雲118を形成する（ブロック1604）。
キャビテーション雲118および／またはキャビテーション気泡は、環境内のキャビテーション流体116中の研磨媒体を励起する（ブロック1606）。キャビテーション雲118および／またはキャビテーション気泡によって励起された研磨媒体は、ワークピース120の表面から材料を除去するために利用される（ブロック1608）。
方法1700（図17を参照）は、プロセッサ304が処理タンク114内の複数の異なる箇所でキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を判定するステップ（ブロック1702）から開始される。密度は、センサの集合302を使用して異なる箇所で判定してもよい。
プロセッサ304は、研磨媒体の密度が1つ以上の他の箇所の研磨媒体の密度よりも低い箇所が1つ以上あるかどうかを判定する（ブロック1704）。1つ以上の箇所の研磨媒体の密度が他の箇所の研磨媒体の密度よりも低い場合（例えば、ブロック1704の「YES」）、処理タンク114全体の研磨媒体の均一性を高めるために、プロセッサ304は、（例えば、研磨媒体分配装置132を介して）沈降研磨媒体を当該箇所に分散する（ブロック1706）。異なる箇所での研磨媒体の密度がほぼ等しい場合（例えば、ブロック1704で「NO」）、プロセッサ304は、ブロック1702のステップで、複数の異なる箇所でのキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度の判定を続ける。
方法1800（図18を参照）は、プロセッサ304が処理タンク114に貯留されたキャビテーション流体116中の研磨媒体の密度を判定するステップ（ブロック1802）から開始される。密度は、処理タンク114内の1つ以上の箇所で判定してもよい。さらに、研磨媒体の密度には、処理タンク114内の研磨媒体の密度の平均値、中央値、または最頻値が含まれ得る。
プロセッサ304は、方法1600の実施も含み得る方法1500を実行し（ブロック1804）、各々の方法は、本明細書の他の場所で説明される。プロセッサ304は、さらに方法1700を実行し（ブロック1806）、この方法は本明細書の他の場所で説明される。
上記の説明では、「上」、「下」、「上側」、「下側」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上方」、「下方」などの特定の用語が使用され得る。使用される場合、これらの用語は、相対的な関係を扱うときに説明を明確にするために使用される。ただし、これらの用語は、絶対的な関係、位置、および／または方向を示唆するものではない。例えば、物体に関して、「上側」表面は、単に物体を裏返すことにより「下側」表面にすることができる。それでもなお、その物体は同じ物体である。さらに、用語「含む（including）」、「含む（comprising）」、「有する（having）」、およびそれらの変形は、特に明記しない限り、「含むが、これらに限定されない」ことを意味する。項目の列挙リストは、特に明記しない限り、項目の一部またはすべてが相互に排他的および／または相互に包括的であることを示唆しない。「1つの（a）」、「1つの（an）」、および「その（the）」という用語は、特に明記しない限り、「1つ以上」も指す。さらに、「複数」という用語は、「少なくとも2つ」と定義することができる。さらに、特に明記しない限り、本明細書で定義されるように、複数の特定の形態は、すべての特定の形態が、特定の形態の全体的な組または分類であることを必ずしも意味しない。
さらに、本明細書の例で、1つの要素が別の要素に「連結」される場合、直接的な連結と間接的な連結とが含まれる。直接的な連結は、1つの要素が別の要素に、別の要素と何らかの接触を伴って連結されていることと定義することができる。間接的な連結は、互いに直接接触していない2つの要素の連結であって、連結された要素間に1つ以上の追加の要素がある連結と定義することができる。さらに、本明細書で使用される場合、1つの要素を別の要素に固定することは、直接固定および間接固定を含むことができる。さらに、本明細書で使用される場合、「隣接する」は、必ずしも接触を示さない。例えば、ある要素が別の要素に接触することなく、その要素に隣接している場合がある。
本明細書で使用される場合、「少なくとも1つ」という語句は、項目のリストとともに使用される場合、列挙された項目の1つ以上の異なる組み合わせが使用され得ることも、リスト内の項目の1つのみが必要とされ得ることも意味する。項目は、特定の物体、物事、またはカテゴリである。言い換えれば、「少なくとも1つ」とは、項目の任意の組み合わせまたはいくつかの項目をリストから使用することができるが、リスト内のすべての項目を必要とするわけではないことを意味する。例えば、「項目A、項目B、および項目Cの少なくとも1つ」とは、項目A；項目Aおよび項目B；項目B；項目A、項目B、および項目C；または項目Bおよび項目Cを意味する。場合によっては、「項目A、項目B、および項目Cの少なくとも1つ」とは、例えば、制限するものではないが、項目Aを2つ、項目Bを1つ、および項目Cを10個；項目Bを4つおよび項目Cを7つ；または他の適切な組み合わせを意味する。
特に明記しない限り、「第1」、「第2」などの用語は、本明細書では単に符号として使用され、これらの用語が参照する項目に順序、位置、または階層の要件を課すことを意図しない。さらに、例えば「第2」項目への言及は、例えば「第1」またはより低い番号の項目、ならびに／あるいは、例えば「第3」またはより高い番号の項目の存在を必要とせず、排除もしない。
さらに、本明細書で使用される場合、「組」という用語は、特に明記しない限り、「1つ以上」を意味し得る。「組」という用語は、特に明記しない限り、集合論と一致する多数または複数の「1つ以上（one or mores）」、「1つ以上（ones or more）」、および／または「1つ以上（ones or mores）」を意味し得る。
本明細書で使用する、特定の機能を実行するように「構成されている」システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、さらなる修正後に特定の機能を実行する可能性を単に有するのではなく、いかなる変更もなく特定の機能をまさに実行することができる。言い換えれば、特定の機能を実行するように「構成されている」システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、特定の機能を実行する目的のために特に選択、作成、実装、利用、計画、および／または設計される。本明細書で使用する「構成されている」とは、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアがさらなる修正なく特定の機能を実行することを可能にする、システム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアの既存の特性を示す。本開示の目的のために、特定の機能を実行するように「構成されている」と記載されたシステム、装置、構造、物品、要素、構成要素、またはハードウェアは、追加的または代替的に、特定の機能を実行することに「適合している」および／または「最適である」と記載され得る。
さらに、実施形態の記載された形態、利点、および特徴は、任意の適切な方法で組み合わせることができる。当業者であれば、特定の実施形態の特定の形態または利点のうちの1つ以上を有さずとも実施形態を実施することができることを認識するであろう。他の例では、いずれの実施形態にも存在しない可能性がある追加の形態および利点が、特定の実施形態において認識され得る。
本技術は、システム、方法、および／またはコンピュータプログラム製品であり得る。コンピュータプログラム製品には、プロセッサに本技術の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を含むコンピュータ可読記憶媒体を含み得る。
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行装置によって使用される命令を保持および格納することができる有形の装置であり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子記憶装置、磁気記憶装置、光学記憶装置、電磁記憶装置、半導体記憶装置、または前述の装置の任意の適切な組み合わせであり得るが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的リストには、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（「RAM」）、リードオンリメモリ（「ROM」）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（「EPROM」またはフラッシュメモリ）、スタティックランダムアクセスメモリ（「SRAM」）、ポータブルコンパクトディスクリードオンリメモリ（「CD－ROM」）、デジタル多用途ディスク（「DVD」）、メモリスティック、フロッピーディスク、命令が記録されたパンチカードもしくは溝内隆起構造のような機械的符号化装置、および前述の任意の適切な組み合わせが含まれる。本明細書で使用されるコンピュータ可読記憶媒体は、電波または他の自由に伝搬する電磁波、導波管または他の伝送媒体を伝搬する電磁波（例えば、光ファイバケーブルを介して通過する光パルス）、または配線を介して送信される電気信号などの一時的な信号自体と解釈されるべきではない。
本明細書に記載のコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれの計算／処理装置に、または、例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワークおよび／または無線ネットワークなどのネットワークを介して、外部コンピュータまたは外部記憶装置にダウンロードすることができる。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ、および／またはエッジサーバで構成され得る。各計算／処理装置のネットワークアダプタカードまたはネットワークインターフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、それぞれの計算／処理装置内のコンピュータ可読記憶媒体に格納するためにコンピュータ可読プログラム命令を転送する。
本技術の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ISA）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、あるいはスモールトーク、C＋＋等のオブジェクト指向プログラミング言語、「C」プログラミング言語、プログラマブルロジックコンピュータ（PLC）ラダー言語、または類似のプログラミング言語等の従来手順のプログラミング言語を含む、1つ以上のプログラミング言語の組み合わせで記載されたソースコードまたはオブジェクトコードであり得る。コンピュータ可読プログラム命令は、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、独立のソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上かつ部分的にリモートコンピュータ上で、または完全にリモートコンピュータもしくはサーバ上で実行することができる。後者の場合、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（LAN）または広域ネットワーク（WAN）を含む任意の種類のネットワークを介してユーザのコンピュータに接続することができ、あるいは、外部コンピュータ（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネット経由で）に接続することができる。本技術の態様を実行するために、いくつかの実施形態では、例えば、プログラマブルロジック回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、またはプログラマブルロジックアレイ（PLA）を含む電子回路は、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用することにより、コンピュータ可読プログラム命令を実行して、電子回路を個人化することができる。
本技術の態様は、本技術の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャート図および／またはブロック図を参照して本明細書で説明される。フローチャート図および／またはブロック図の各ブロック、およびフローチャート図および／またはブロック図におけるブロックの組み合わせは、コンピュータ可読プログラム命令によって実装され得ることが理解されよう。
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックで指定される機能／動作を実装するための手段を作成するように機械を製造するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供することができる。これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、プログラマブルデータ処理装置、および／または他のデバイスを特定の方法で機能させることができるコンピュータ可読記憶媒体に格納することもでき、その結果、内部に格納された命令を含むコンピュータ可読記憶媒体には、フローチャート図および／またはブロック図のブロックで指定された機能／動作の態様を実装する命令を含む製造物品が含まれる。
コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の装置にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の装置上で実行させることができ、コンピュータ、その他のプログラマブルデータ処理装置、またはその他の装置で実行される命令は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックで指定された機能／動作を実装するように、コンピュータ実装プロセスを生成する。
本明細書に含まれる概略フローチャート図は、一般的に論理フローチャート図として示されている。したがって、示されている順序およびラベル付けされたステップは、提示された方法の一実施形態を示している。機能、論理、または効果において、例示された方法の1つ以上のステップまたはその一部と同等である他のステップおよび方法が考えられ得る。さらに、採用されている形式および記号は、方法の論理的なステップを説明するために提供されており、方法の範囲を制限するものではないと理解されたい。フローチャート図では様々な種類の矢印および線を使用することができるが、それらは対応する方法の範囲を制限するものではないと理解されたい。実際、いくつかの矢印または他の結合子を使用して、方法の論理フローのみを示すことができる。例えば、矢印は、示された方法の列挙されたステップ間の不特定の期間の待機または監視期間を示してもよい。さらに、特定の方法が発生する順序は、示されている対応するステップの順序に厳密に従っても、従わなくてもよい。
図中のフローチャートおよびブロック図は、本技術の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、および動作を示している。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、命令のモジュール、セグメント、または一部を表してもよく、指定された論理機能を実装するための1つ以上の実行可能な命令を含む。いくつかの代替的な実装形態では、ブロックに記載された機能は、図に記載された順序とは異なる順序で発生し得る。例えば、連続して示される2つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行される場合があり、あるいは、関係する機能によって、ブロックは逆の順序で実行される場合もある。また、ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、およびブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、特定の機能もしくは動作を実行する、または特殊用途のハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する、特殊用途のハードウェアベースのシステムによって、実装することができることに留意されたい。
より詳細に実装形態の独立性を強調するために、本明細書で説明される機能ユニットの多くは、モジュールとしてラベル付けされている。例えば、モジュールは、カスタムVLSI回路またはゲートアレイ、論理チップ、トランジスタ、もしくはその他の個別の構成要素などの既製の半導体を含むハードウェア回路として実装することができる。モジュールは、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレイロジック、プログラマブルロジックデバイスなどのプログラマブルハードウェアデバイスで実装することもできる。
モジュールは、様々な種類のプロセッサで実行するためのソフトウェアに実装することもできる。プログラム命令の識別モジュールには、例えば、コンピュータ命令の1つ以上の物理的または論理的ブロックが含まれる可能性があり、ブロックは、例えばオブジェクト、手順、または機能として編成され得る。それにもかかわらず、識別モジュールの実行可能ファイルは物理的に一緒に配置する必要はないが、論理的に結合されてモジュールを構成し、モジュールの指定された目的を達成する、異なる場所に格納された異なる命令を含むことができる。
さらに、実施形態の記載された形態、構造、または特徴は、任意の適切な方法で組み合わせることができる。以下の説明では、実施形態を完全に理解するために、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザ選択、ネットワークトランザクション、データベースクエリ、データベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップなどの例のような、多数の特定の詳細が提供される。しかしながら、当業者であれば、1つ以上の特定の詳細を用いずに、または他の方法、構成要素、材料などを用いて、実施形態を実施することができることを認識するであろう。他の例では、実施形態の態様を不明瞭にすることを避けるために、よく知られている構造、材料、または動作は、詳細に図示または説明しない。
図中の概略フローチャート図および／または概略ブロック図は、可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、および動作を示している。いくつかの代替的な実装形態では、ブロックに記載された機能は、図に記載された順序とは異なる順序で発生し得ることにも留意されたい。例えば、連続して示される2つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行される場合があり、あるいは、関係する機能によって、ブロックは逆の順序で実行される場合もある。フローチャート図および／またはブロック図では様々な種類の矢印および線を使用することができるが、それらは対応する実施形態の範囲を制限するものではないと理解されたい。実際、いくつかの矢印または他の結合子を使用して、示された実施形態の例示的な論理フローのみを示すことができる。
さらに、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
条項1. 処理タンク内のワークピースにキャビテーションピーニング技法を実施する際に使用するための、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体を管理するシステムであって、システムが、
処理タンク内のキャビテーション流体の情報を伝達するセンサの集合と、
センサの集合に連結されたプロセッサであって、プロセッサが、
センサの集合からの入力に応じて、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を判定し、
処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値水準以上の水準に維持することを促進するように構成された、プロセッサと、
を備えるシステム。
条項2. プロセッサが、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度の維持を促進するために、
キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準が研磨媒体の閾値水準未満であることを検出したことに応じて、キャビテーション流体への研磨媒体の追加を促進し、
キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準が研磨媒体の閾値水準以上であることを検出したことに応じて、キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準を維持する
ように構成された、条項1に記載のシステム。
条項3. プロセッサと通信し、処理タンクと流体連通する研磨媒体追加装置をさらに含み、研磨媒体追加装置が、処理タンク内のキャビテーション流体に再生研磨媒体を追加する、条項1または2に記載のシステム。
条項4. 処理タンク内に研磨媒体分配装置をさらに含み、研磨媒体分配装置が、処理タンク全体の研磨媒体の均一性を高めるために、処理タンク内の沈降研磨媒体をキャビテーション流体に分散するように構成された、条項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
条項5. 研磨媒体の密度の判定において、プロセッサが、キャビテーション流体中の研磨媒体の平均密度を計算するように構成され、
プロセッサが、研磨媒体の平均密度が研磨媒体の閾値密度未満であると判定したことに応じて、キャビテーション流体中の研磨媒体の密度を高めるために、再生研磨媒体を処理タンクに追加するように研磨媒体追加装置に命令するようにさらに構成された、条項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
条項6. 処理タンク内に研磨媒体分配装置をさらに含み、研磨媒体分配装置が、処理タンク全体の研磨媒体の均一性を高めるために、処理タンク内の沈降研磨媒体をキャビテーション流体に分散する、条項1から5のいずれか一項に記載のシステム。
条項7. 処理タンクに連結された再循環システムをさらに備え、再循環システムが、
処理タンクから越流キャビテーション流体を受け入れ、
キャビテーション流体で再利用するために、越流キャビテーション流体中の研磨媒体を処理タンクに戻す、条項1から6のいずれか一項に記載のシステム。
条項8. ワークピースの表面から材料を除去する投入装置をさらに含み、
投入装置が、再循環システムに連結され、
再循環システムが、水を投入装置に供給するように構成された、条項1から7のいずれか一項に記載のシステム。
条項9. ワークピースの表面から材料を除去する投入装置と、
投入装置に連結された水供給源と、
をさらに備える、条項1から8のいずれか一項に記載のシステム。
条項10. センサの集合が、処理タンク全体でキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度の維持を促進するようにさらに構成された、条項1から9のいずれか一項に記載のシステム。
条項11. センサの集合が、複数のセンサを含み、
各センサが、処理タンク内の異なる箇所でキャビテーション流体の情報を伝達し、
各センサが、処理タンク内のそれぞれの箇所でキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を判定するように構成された、条項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
条項12. 処理タンク内に研磨媒体分配装置をさらに含み、
研磨媒体分配装置が、プロセッサと通信し、
プロセッサが、処理タンク内の他の箇所よりも研磨媒体の密度が低い、処理タンク内の箇所を判定するように構成され、
研磨媒体分配装置が、当該箇所のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を高めるために、当該箇所に研磨媒体を分散するように構成された、条項1から11のいずれか一項に記載のシステム。
条項13. 処理タンク内の物体にキャビテーションピーニング技法を実施する際に使用するための、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体を管理する方法であって、方法が、
プロセッサを介して、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を判定するステップと、
処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値密度以上の水準に維持するステップと、
を含む方法。
条項14. 処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を維持するステップが、キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の水準が研磨媒体の閾値密度未満であると判定したことに応じて、再循環システムからキャビテーション流体に研磨媒体を追加するステップを含む、条項13に記載の方法。
条項15. 処理タンク全体のキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度を維持するために、処理タンク内の沈降研磨媒体を分散するステップをさらに含む、条項13または14に記載の方法。
条項16. 処理タンク全体のキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度を維持するために、処理タンク内の沈降研磨媒体を分散するステップをさらに含む、条項13から15のいずれか一項に記載の方法。
条項17. 処理タンク内の他の箇所よりも低いそれぞれの研磨媒体の密度を含む、処理タンク内の箇所を判定するステップをさらに含み、沈降研磨媒体を分散するステップが、判定に応じて当該箇所に沈降研磨媒体を分散するステップを含む、条項13から16のいずれか一項に記載の方法。
条項18. 研磨媒体の密度を判定するステップが、処理タンク内の異なる箇所で検出された複数の研磨媒体の密度に基づいて、研磨媒体の密度の平均を計算するステップを含む、条項13から17のいずれか一項に記載の方法。
条項19. 処理タンク内の他の箇所よりも低いそれぞれの研磨媒体の密度を含む、処理タンク内の箇所を判定するステップと、
上記判定に応じて、処理タンク全体のキャビテーション流体中の研磨媒体の均一な密度を維持するために、処理タンク内の沈降研磨媒体を当該箇所に分散するステップと、
をさらに含む、条項13から18のいずれか一項に記載の方法。
条項20. 処理タンク内のワークピースにキャビテーションピーニング技法を実施する際に使用するための、処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体を管理するための装置であって、装置が、
処理タンク内のキャビテーション流体中の研磨媒体の密度を検出するセンサモジュールと、
キャビテーション流体中の研磨媒体の現在の密度が研磨媒体の閾値密度未満であることを検出したことに応じて、再生研磨媒体をキャビテーション流体に追加する密度モジュールと、
ある箇所が処理タンクの他の領域よりも低いそれぞれの研磨媒体の密度を含むという判定に応じて、処理タンク内の研磨媒体の密度の均一性を高めるために、沈降研磨媒体を処理タンク内の当該箇所に分散する均一性モジュールと
を含む、装置。
本主題は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化され得る。説明された実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。特許請求の範囲と同等の意味および範囲内にあるすべての変更は、特許請求の範囲内に含まれるものとする。
100A 流体キャビテーションシステム
100B 流体キャビテーションシステム
102 キャビテーション仕上げシステム
104 再循環システム
104A 再循環システム
104B 再循環システム
106 研磨媒体管理システム
108 圧力弁
110 導管
112 投入装置
114 処理タンク
115 多軸ロボット
116 キャビテーション流体
116A 越流キャビテーション流体
118 キャビテーション雲、水のキャビテーション蒸気泡
120 ワークピース
122 シャフト
124 モーター
126 層
128 ポンプ
130 ポンプ
132 研磨媒体分配装置
134 ファン
136 越流排出口
138 再循環タンク
140 導管
142 層
144 ポンプ
146 ポンプ
148 研磨媒体追加装置
150 ファン
152 フィルター
154 ポンプ
156 研磨媒体
158 戻り管路、越流排出口
160 圧力／制御弁
162 フィルター
164 ポンプ
166 導管
302 センサ
304 プロセッサ
304A プロセッサ
304B プロセッサ
304C プロセッサ
402 センサモジュール
404 密度モジュール
406 均一性モジュール
406A 管理モジュール
406B 管理モジュール
406C 管理モジュール
408 均一性モジュール
602 ノズルキャップ
604 ガイドパイプ
606 キャビテータ
608 ノズルプレート
610 スペーサ
612 粒子
702 台
704 表面
802 内側ノズル
804 内側キャビテーション噴流
806 外側ノズル
808 外側噴流
810 キャビテータ
812 スペーサ
814 ノズルプレート
816 表面
818 粒子
902 表面
902A 初期表面
902B 仕上げ面
904 第1研磨媒体
906 峰部
1002 加圧水システム
1104 水供給源
1106 ポンプ
1108 導管
1200 方法
1300 方法
1400 方法
1500 方法
1700 方法
1800 方法

Claims (10)

  1. 処理タンク（114）内のワークピース（120）にキャビテーションピーニング技法（1600）を実施する際に使用するための、前記処理タンク（114）内のキャビテーション流体（116）中の研磨媒体を管理するためのシステム（100A、100B）であって、前記システム（100A、100B）が、
    前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）の情報を伝達するセンサの集合（302）と、
    前記センサの集合（302）に連結されたプロセッサ（304）であって、前記プロセッサ（304）が、
    前記センサの集合（302）からの入力に応じて、前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）中の研磨媒体の密度を判定し、
    前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）中の前記研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値水準以上の水準に維持することを促進するように構成された、プロセッサ（304）と、
    を備えるシステム（100A、100B）。
  2. 前記プロセッサ（304）が、前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）中の前記研磨媒体の密度の維持を促進するために、
    前記キャビテーション流体（116）中の研磨媒体の現在の水準が前記研磨媒体の閾値水準未満であることを検出したことに応じて、前記キャビテーション流体（116）に研磨媒体を追加することを促進し、
    前記キャビテーション流体（116）中の前記研磨媒体の現在の水準が前記研磨媒体の閾値水準以上であることを検出したことに応じて、前記キャビテーション流体（116）中の前記研磨媒体の現在の水準を維持する
    ように構成された、請求項1に記載のシステム（100A、100B）。
  3. 前記プロセッサ（304）と通信し、前記処理タンク（114）と流体連通する研磨媒体追加装置（148）をさらに備え、前記研磨媒体追加装置（148）が、前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）および前記処理タンク（114）内の研磨媒体分配装置（132）に再生研磨媒体を追加するように構成され、前記研磨媒体分配装置（132）が、前記処理タンク（114）全体の研磨媒体の均一性を高めるために、前記処理タンク（114）内の沈降研磨媒体を前記キャビテーション流体（116）に分散するように構成された、請求項1または2に記載のシステム（100A、100B）。
  4. 前記研磨媒体の密度の判定において、前記プロセッサ（304）が、前記キャビテーション流体（116）中の研磨媒体の平均密度を計算するように構成され、
    前記プロセッサ（304）が、前記研磨媒体の平均密度が前記研磨媒体の閾値密度未満であると判定したことに応じて、前記キャビテーション流体（116）中の前記研磨媒体の密度を高めるために、再生研磨媒体を前記処理タンク（114）に追加するように研磨媒体追加装置（148）に命令するようにさらに構成された、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム（100A、100B）。
  5. 前記処理タンク（114）に連結された再循環システム（104A、104B）をさらに備え、前記再循環システムが、
    前記処理タンク（114）から越流キャビテーション流体（116A）を受け入れ、
    前記キャビテーション流体（116）で再利用するために、前記越流キャビテーション流体中の研磨媒体を前記処理タンク（114）に戻すように構成された、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム（100A、100B）。
  6. 前記センサの集合（302）が、複数のセンサを含み、
    各センサが、前記処理タンク（114）内の異なる箇所で前記キャビテーション流体（116）の情報を伝達し、
    前記各センサが、前記処理タンク（114）内のそれぞれの箇所で前記キャビテーション流体（116）中の研磨媒体の密度を判定するように構成された、請求項1から5のいずれか一項に記載のシステム（100A、100B）。
  7. 処理タンク（114）内の物体にキャビテーションピーニング技法（1600）を実施する際に使用するための、前記処理タンク（114）内のキャビテーション流体（116）中の研磨媒体を管理するための方法（1200、1300、1400、1500、1700、1800）であって、前記方法が、
    プロセッサ（304）を介して、前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）中の研磨媒体の密度を判定するステップ（1202）と、
    前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）中の前記研磨媒体の密度を、研磨媒体の閾値密度以上の水準に維持するステップ（1204）と、
    を含む方法。
  8. 前記処理タンク（114）内の前記キャビテーション流体（116）中の前記研磨媒体の密度を維持するステップが、前記キャビテーション流体（116）中の研磨媒体の現在の水準が前記研磨媒体の閾値密度未満であることを検出したことに応じて、再循環システム（104A、104B）から前記キャビテーション流体（116）に研磨媒体を追加するステップ（1404）と、前記処理タンク（114）全体の前記キャビテーション流体（116）中の研磨媒体の均一な密度を維持するために、前記処理タンク（114）内の沈降研磨媒体を分散するステップ（1406）と、を含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記処理タンク（114）内の他の箇所よりも低いそれぞれの研磨媒体の密度を判定することを含む、前記処理タンク（114）内の箇所を判定するステップ（1704）をさらに含み、沈降研磨媒体を分散するステップが、前記判定に応じて前記箇所に前記沈降研磨媒体を分散するステップを含む、請求項7または8に記載の方法。
  10. 前記研磨媒体の密度を判定するステップが、前記処理タンク（114）内の異なる箇所で検出された複数の研磨媒体の密度に基づいて、研磨媒体の密度の平均を計算するステップを含む、請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。
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