JP7352043B1

JP7352043B1 - 有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム

Info

Publication number: JP7352043B1
Application number: JP2023004200A
Authority: JP
Inventors: シュウェンクエドモンド
Original assignee: Pgm Recovery Systems Inc
Current assignee: Pgm Recovery Systems Inc
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2023-01-16
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2043-01-16
Also published as: WO2024015126A1; JP2024012044A; US11548106B1

Abstract

【課題】電極チップをスパークプラグから機械的に分離して、電極内の白金族金属の回収を容易にする、自動化されたハイスループットシステムを提供する。【解決手段】振動フィーダと、カメラと、コントローラと、排出システムと、ロボットアームと、切断ツールとを含み、振動フィーダは、それぞれが電極チップ（電極の先端）を有するスパークプラグを受け取り、カメラは、スパークプラグのフィーダ出力フローの画像を撮影し、コントローラは、カメラ画像を分析して、フィーダ出力フローにおいて誤った向きのスパークプラグを識別し、排出システムは、方向を誤った点火プラグをフィーダ出力フローから除去して振動フィーダに戻し、切断ツールは、各スパークプラグを切断してその電極チップをスパークプラグの残りの部分から分離するように構成した、有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システムとする。【選択図】図２

Description

本発明の１つまたは複数の実施形態は、金属リサイクルの分野に関する。より具体的には、限定するものではないが、本発明の１つまたは複数の実施形態は、有価金属を含むスパークプラグの先端（チップ）を機械的に抽出する自動システムを可能にする。

最新のスパークプラグには、電極の先端に少量の有価金属が含まれていることがよくある。特に、白金またはイリジウムなどの白金族金属を電極チップに使用して、プラグの耐用年数を延ばすことができる。これらの金属は非常に価値があるため、使用済みのスパークプラグからそれらを回収することは、経済的に非常に重要である。

使用済みの自動車用スパークプラグのリサイクルでは、特定の廃棄物フローに含まれる貴金属の濃度によって、処理業者の実行可能性が決まります。この目的のために、リサイクル業者は、各段階での濃度変化を最大化する方法を模索している。貴金属の濃度を高めるためのこのような技術の１つは、通常、研磨切断ホイールまたは同様の機械的手段によって、スパークプラグの電極をスパークプラグの本体から取り外すことである。この手順は時間と労力を要し、スパークプラグのリサイクルの経済的実行可能性を大幅に低下させる。有価金属を保持するスパークプラグの先端をスパークプラグ本体の残りの部分から機械的に分離するプロセスを完全に自動化するシステムは知られていない。

少なくとも上記の制限のために、有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システムが必要である。

本明細書に記載される１つまたは複数の実施形態は、有価金属を含むスパークプラグ先端を機械的に抽出する自動システムに関する。本発明の実施形態は、スパークプラグ本体からのスパークプラグの先端の効率的で高スループットな分離を可能にすることができるので、先端からの白金族金属などの金属のその後の抽出を経済的に行うことができる。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、振動フィーダと、カメラと、コントローラと、排出システムと、ロボットアームと、切断ツールとを含むことができる。振動フィーダは、それぞれが電極チップ（電極の先端）を有するスパークプラグを受け取り、フィーダ出力の流れ方向に実質的に整列された長軸、および長軸のいずれかの端に位置するそれぞれのスパークプラグの電極チップを有するスパークプラグの単一の列としてスパークプラグのフィーダ出力フローを生成するように構成することができる。カメラは、スパークプラグのフィーダ出力フローの画像を撮影するように構成することができる。コントローラは、カメラに接続することができ、カメラ画像を分析して、電極チップがフィーダ出力フローの流れ方向に対して所望の方向を向いていない、フィーダ出力フローにおいて誤った向きのスパークプラグを識別することができる。排出システムは、コントローラに接続することができ、方向を誤った点火プラグをフィーダ出力フローから除去し、それを振動フィーダに戻すように構成することができる。ロボットアームは、コントローラに接続され得る。１つまたは複数のスパークプラグを保持するように構成されたグリッパーを備えていてもよい。切断ツールは、各スパークプラグを切断してその電極チップをスパークプラグの残りの部分から分離するように構成することができる。コントローラは、以下を含む一連のアクションを繰り返し実行するように構成することができる；グリッパーで１つ以上のスパークプラグを把持するようにロボットアームに指示する；グリッパー内のスパークプラグを、切断ツールを横切らせ、各スパークプラグの電極チップを分離させるようにロボットアームに指示する；グリッパーを排出領域に移動させるようにロボットアームに指示する；グリッパーの内容物を排出エリアに排出するようにロボットアームに指示する。

１つまたは複数の実施形態では、スパークプラグの電極チップは、１つまたは複数の白金族金属を含むことができる。切断ツールによって除去された電極チップは、白金族金属回収フローに流れ込むことができ、これは、例えば、電極チップから白金族金属を抽出するための化学的分離プロセスに投入することができる。

１つまたは複数の実施形態では、振動フィーダは、振動ボウルフィーダを含むことができる。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、フィーダ出力フローおよびコントローラに接続された計量システムをさらに含むことができる。計量システムは、フィーダ出力フローの流量を制御し、固定数のスパークプラグをフィーダ出力フローからキャリッジ内の対応する固定数のスロットに配置するように構成することができる。ロボットアームは、キャリッジ内のスパークプラグを把持し、キャリッジからそれらを取り外すように構成され得る。１つまたは複数の実施形態では、ロボットアームのグリッパーは、キャリッジの各スロットに対応するグリッピングフィンガーアセンブリを有することができる。

１つまたは複数の実施形態では、計量システムは、キャリッジを繰り返し移動させて、キャリッジの各スロットをフィーダ出力フローの下流に配置するように構成することができる。

１つまたは複数の実施形態では、計量システムは、開位置および閉位置を有するクランプを含むことができ、クランプが閉位置にあるとき、フィーダ出力フロー内のスパークプラグが流れ方向における前方に移動することが防止される。

１つまたは複数の実施形態では、計量システムは、繰り返しクランプを開位置とし、振動フィーダを作動させ、フィーダ出力フローからの点火プラグがキャリッジに向かって移動するときにクランプを閉位置とし振動フィーダを非作動にさせ、スパークプラグがキャリッジのスロットに入ると、キャリッジを前進させて、フィーダ出力フローの下流にキャリッジの次のスロットを配置するように構成されてもよい。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、グリッパー内のスパークプラグがグリッパーから閾値量を超えて突出しているかどうかを測定するように構成されたスパークプラグ深さセンサーを有することができる。このスパークプラグ深さセンサーには、レーザーが含まれてもよい。

１つまたは複数の実施形態では、コントローラは、グリッパーをスパークプラグ深さセンサーの近くに配置するようにロボットアームに指示させてもよい。スパークプラグ深さセンサーが、グリッパー内のスパークプラグが閾値量を超えてグリッパーから突出していることを示すと、コントローラはこのスパークプラグを再処理フローに排出するようにグリッパーに指示してもよい。

１つまたは複数の実施形態では、グリッパーは、それぞれがグリッパー内のスパークプラグの周りを部分的に閉じるように構成された１つまたは複数のグリッピングフィンガーアセンブリを有することができる。グリッパー内のスパークプラグが、電極チップが誤った方向を向いていると、対応するグリッピングフィンガーアセンブリがスパークプラグの周りで完全に閉じず、スパークプラグがグリッパーの下に閾値以上ぶら下がる可能性がある。

本発明の上記および他の態様、特徴および利点は、以下の図面と併せて提示される以下のより具体的な説明からより明らかになるであろう。

スパークプラグの有価金属のリサイクルにおける機械的分離の役割の概要を示している。スパークプラグ本体の残りの部分からスパークプラグの先端を分離する機械的分離プロセスの望ましい特徴を示している。本発明の一実施形態のアーキテクチャブロック図を示す。図３に示したプロセスを実装する例示的なコンポーネントの図を示している。図４のシステムのいくつかのコンポーネントの拡大図を示している。本発明の１つまたは複数の実施形態で使用することができる例示的な振動ボウルフィーダを、スパークプラグがシステムの後の段階に渡される前に正しく配向されていることを保証する検査システムとともに示す。ロボット切断プロセスへのスパークプラグの流れを制御する、本発明の１つまたは複数の実施形態で使用することができる例示的な計量システムを示す。切断のためにスパークプラグを保持するために本発明の１つまたは複数の実施形態で使用され得る例示的なロボットグリッパーを示す。図８のグリッパーの上面図を示す。図８のグリッパーにおいての誤った向きにあるスパークプラグを示しており、レーザー検査がこの誤った向きのプラグをどのように検出できるかを示している。例示的な切断ブレードと、この切断ブレードを使用して電極チップを分離するためにロボットがたどる例示的な経路を示している。

有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システムについて説明する。以下の例示的な説明では、本発明の実施形態のより完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が示される。しかし、当業者には、本明細書に記載された特定の詳細のすべての態様を組み込むことなく本発明を実施できることが明らかであろう。他の例では、当業者に周知の特定の特徴、量、または測定値は、本発明を不明瞭にしないように詳細には説明されていない。読者は、本発明の例が本明細書に記載されているが、請求の範囲、および均等物の全範囲が、本発明の範囲を定義するものであることに注意すべきである。

図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態の目的の概要を示す。具体的には、スパークプラグ１０１は、本発明の１つまたは複数の実施形態を使用してリサイクルされる。スパークプラグ全体から平均的に回収可能な白金族金属（ＰＧＭ）は、通常、プラグあたり６～８ｍｇの範囲であり、たとえば相手先ブランド供給（ＯＥＭ）プラグの場合、プラグあたり１０ｍｇである。変動は多くの要因によるも。例えば、スパークプラグは、中心電極の先端のみにＰＧＭが付けられてもよいし、中心電極と側面電極の両方にＰＧＭ金属を含んでもよい。また、スパークプラグが、エンジン製造時の装備品などのＯＥＭ用途向けに製造された場合、消費者が使用した後に交換する場合よりもはるかに多くのＰＧＭ金属が含まれている可能性がある（通常、ＰＧＭが交換用プラグに対して３分の１少ない）。さらに、プラグの耐用年数にわたって火花侵食が発生し、寿命が尽きたプラグのＰＧＭ金属の量は減少する。上記のように、当社の実際の生産量に基づくと、ＯＥＭ適合プラグには一般に１０ｍｇのＰＧＭが含まれているが、２０～４０％は火花侵食により失われる。図１に示されるように、電極１０１ａおよび１０１ｂの先端（ギャップ端）は、ＰＧＭ１０２などの１つまたは複数の有価金属を含み得る。これらの金属は、先端１０１ａおよび１０１ｂのいずれかまたは両方に現れる可能性があり、スパークプラグの他の部分にも現れる可能性がある。しかしながら、電極全体における白金族金属の典型的な濃度１２１は非常に小さい（例えば、０．０１３３質量％）。この濃度が低いため、従来の化学的分離プロセスを使用して白金族金属を電極の残りの部分から分離することは経済的ではない。リサイクルプロセスの効率を改善するために、機械的分離方法１０３を使用して、電極を含むスパークプラグの端部をスパークプラグ本体の残りの部分から物理的に分離することができる。機械的分離は、例えば、ミルまたは同様の機構によって駆動されるブレードなどの切断ツール１０４を使用することができる。次いで、有価金属を含むスパークプラグの先端１０６を下流プロセス１１６に送って、これらの金属を先端から抽出することができる。先端１０６におけるこれらの金属の濃度１２２は、スパークプラグ全体における濃度１２１よりかなり高い。例えば、先端１０６における白金族金属の典型的な濃度は、約０．８８８質量％であり得る。この濃度の増加は、抽出プロセス１１６をより効率的かつ経済的に実行可能にする。抽出プロセス１１６は、例えば、化学的方法（酸性溶液など）、物理的方法（加熱、冷却、粉砕）、またはそれらの組み合わせを使用することができる。残りのスパークプラグ本体１０５も、下流工程１１５でリサイクルすることができる。例えば、本体１０５は、鉄スクラップの回収のために製鉄所に送られてもよい。

図１に関して説明したプロセスは、スパークプラグ本体から有価金属を含むスパークプラグの先端を分離するのに有効であるが、個々のスパークプラグ内の有価金属の総量は非常に少ない。機械的分離プロセスが経済的に実行可能であるためには、高度に自動化され、多数のスパークプラグを処理する必要がある。図２は、本発明の１つまたは複数の実施形態によって可能になる、機械的スパークプラグ分離のための大量自動システムの概要を示す。スパークプラグフロー２０１がシステムに入力され、自動機械的分離システム２００がこれらのスパークプラグを処理して２つの出力フロー：白金族金属（または他の貴金属）を含むスパークプラグの先端を有するバリューフロー２０３や、例えば、リサイクルのために製鉄所に送ることができるスクラップフロー２０２を生成する。バリューフロー２０３は、下流でさらに処理されて、例えば化学的分離法を使用して、スパークプラグ先端から有価金属を除去することができる。

自動機械的分離システム２００は、以下で詳細に説明するように、スパークプラグフローに対していくつかの操作を実行することができる。これらの操作には、例えば、制御された流れ（フロー）でシステムにプラグを供給すること、貴重な電極の先端が一貫した方向を向くようにプラグを整列させること、先端を露出させるためにプラグを確実に保持すること、および先端を切断することが含まれる。システム２００は、効率的な動作を保証するいくつかの目的２０４を満たすように構成することができる。システムは高度に自動化されており、スループットが高くてもよい。スパークプラグの形状と設計はさまざまであるため、システムはさまざまなスパークプラグの形状にも対応できる。

図３は、効率的で自動化された機械的分離のために目的２０４を実現する本発明の例示的な実施形態のブロック図を示す。システムは、１つまたは複数のシステムコントローラ３２０によって監視および制御される。コントローラ３２０は、例えば、コンピューター、デスクトップコンピューター、サーバ、ラップトップコンピューター、ノートブックコンピューター、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＡＳＩＣ、またはネットワークまたはこれらのタイプのプロセッサの組み合わせであってもよい。コントローラは、有線または無線接続で他のシステムコンポーネントに接続でき、コンポーネント上またはその近くのセンサーからデータを受信したり、コンポーネントに制御コマンドを送信したりできる。（説明を容易にするために、コントローラ３２０と他のシステム構成要素との間のすべての接続が図３に示されているわけではない。しかしながら、コントローラ３２０は、任意の構成要素内の任意のセンサーからデータを受け取ることができ、任意の構成要素の任意のパラメータまたは動作を制御することができる。）または、より多くの実施形態では、オペレータがシステムを監視し、必要に応じてパラメータを調整できるように、コントローラをディスプレイやキーボードなどのユーザインターフェース要素に接続することができる。

まとまった数のスパークプラグ２０１は、最初に、送り込みベルトコンベヤなどのコンベヤ３０１の装入端で小さなホッパーに入ることができる。このコンベヤ３０１は、製品を振動ボウルフィーダなどのフィーダ３０２の中心に配送できる。振動ボウルフィーダ３０２を所望のレベルに維持するために、送り込みベルトコンベヤの電気モーターをコントローラ３２０によって制御できる。例えば、コントローラ３２０は、振動ボウル３０２の底部に配置されたバックグラウンド拡散抑制レーザセンサを監視して、センサーを通過して振動するスパークプラグの単層の存在を検出することができる。コントローラは、センサーのステータスを１秒間に数回チェックしてもよい。センサーがスパークプラグによってブロックされていない場合、コントローラはカウントを増やし、そのカウントを設定されたターゲットと比較する。カウントが目標レベルに達すると、低ステータスが宣言され、コントローラは開ループベクトル可変周波数ドライブを契機として送り込みコンベヤーモーターを起動し、コンベヤを一定時間設定速度まで加速する。この目標レベル、コンベヤ速度およびコンベヤオンタイムを調整することにより、オペレータは振動ボウルフィーダ３０２内の材料の所望のレベルを設定でき、コントローラ３２０はレベルを自動的に維持する。

振動ボウルフィーダ３０２は、証明され十分に確立された機械技術に依存して、下流の構成要素にプラグの単一ラインの一定の出力フローを提供する。しかしながら、このプラグの供給はボウルフィーダ３０２によって単一列で生成され、その長軸に沿って配向されるが、有価金属を含むスパークプラグの先端はスパークプラグの列の両端にあってもよい。除去される先端がすべてプラグの流れの方向に対して同じ方向に向けられている場合、振動ボウルフィーダによって出力されるプラグの列の下流処理を簡素化できる。以下に示す例示的な実施形態では、スパークプラグは、先端がすべてフィーダ出力フローの流れ方向に向いていることが望ましい。この位置合わせを達成するために、１つまたは複数の実施形態は、カメラを使用して、ボウルフィーダ３０２内の経路の端に近づくにつれて点火プラグを検査するマシンビジョンシステム３０３を使用することができる。１つまたは複数のカメラ３０３からの画像３２１は、スパークプラグの向きを分析するためにコントローラ３２０に送信される。スパークプラグの向きが正しい場合、５０％の確率で、出力ガイド３０５に到達できる。点火プラグの向きが正しくない場合、向きを変える別の機会のために、ボウルフィーダ３０２の中央領域に戻される。排出システム３０４はコントローラ３２０によって制御され、コントローラ３２０はコマンド３２２を排出システムに送信して、誤った向きの点火プラグを排出する。例示的な排出システム３０４は、例えば、圧縮空気システム上で電気ソレノイドを利用して、方向を誤ったプラグをボウルの中央領域に押し戻す空気のジェット流を生成することができる。

１つまたは複数の実施形態では、コントローラ３２０は、パターンツールを使用して画像３２１を分析し、新しいスパークプラグの各画像を、所望の向きの典型的なスパークプラグの既知の画像と比較することができる。スパークプラグの画像の形状が、設定された回転および許容範囲内のターゲット形状に十分近い場合、プラグは通過できる。それ以外の場合は、排出システム３０４を使用して排出される。このプロセスの選別効率は１００％未満である。ただし、このステップがなければ、スパークプラグは次の段階で約５０％間違った方向に到達する。本発明の１つまたは複数の実施形態は、切断前に追加の配向チェックを利用することができるが、事前の配向チェックにより、スパークプラグの向きの誤りが下流プロセスでめったに発生しないことが保証され、プロセス全体の流量および効率が大幅に改善される。

配向チェックに合格した後、フィーダ出力フローから来た正しい向きのスパークプラグは、制御された速度で、スパークプラグをつかみ、スパークプラグ本体の残りから先端を切断する切断ツールへわたすロボット３１０に供給される。振動ボウル３０２からロボット３１０への流量の制御は、計量サブシステムによって行うことができる。例示的な計量サブシステムは、スパークプラグの流れを開始および停止するクランプ３０６を有する出力ガイド３０５と、１つまたは複数のスパークプラグを受け取り、それらを固定位置でロボットに提示するキャリッジ３０７とを含み得る。ボウルフィーダ３０２を出ると、所望の向きを有するスパークプラグは、出力ガイド３０５に入ることができる。このガイドは、例えば、振動ボウルフィーダに連結された直線状の部分であってもよい。スパークプラグは、材料の供給によって提供される残留振動と背圧の組み合わせによって、この部分に押し込まれ、この部分を通過する。この部分のサイドガイドは、必要に応じて前方への搬送を防止するためのクランプシステムとしても機能する。クランプ３０６は、コントローラ３２０からのコマンド３２４に基づいて開閉することができる。１つまたは複数の実施形態では、クランプは、例えば、空気圧で駆動され得る。出力ガイド部から、スパークプラグは、一度に１つずつキャリッジ３０７に配置されてもよい。キャリッジは、出力ガイド３０５から排出される点火プラグをそれぞれ受け入れて保持する１つまたは複数のスロットを有することができる。以下に説明する例示的な実施形態では、キャリッジは３つのスロットを有する。計量システムは、キャリッジのスロットを出力ガイドの下流に連続的に配置し、スロットに点火プラグを連続的に充填するためのアクチュエータを含むことができる。スパークプラグが充填されると、キャリッジ３０７は、これらのスパークプラグをロボット３１０に既知の向きで、適切に向き合わせて互いに離して、一定の位置に提示する。計量システムのその他の要素には、スパークプラグとキャリッジの動きと位置を追跡するセンサー、ガイドとして機能するサポート構造、ガイド、ブラシ、またはゴムのストリップ、およびキャリッジの動きをガイドするアルミニウム／ポリマーのリニアベアリングシステムが含まれる。

計量システムの例示的な動作シーケンスは次のとおりである（説明には、３つのスパークプラグを保持できるキャリッジを使用）。コントローラは、キャリッジ３０７を第１位置に位置させるコマンド３２５、ホールドバッククランプ３０６を開くコマンド３０４、および振動ボウルフィーダ３０２をオンにして材料フローを動かすコマンド３２３を送信する。コントローラは、ガイドブロックのトラッキングセンサーとスライドキャリッジの後ろのトラッキングセンサーを監視する。スパークプラグがガイドブロックを通り抜けると、ガイドブロックに埋め込まれた近接センサーがスパークプラグ本体の金属を検知し、コントローラに電気信号を送る。これはコントローラ３２０をトリガして閉鎖コマンド３２４をガイドクランプ３０６に送信し、それ以上の供給を一時的に防止する。処理中のスパークプラグがスライドキャリッジ３０７の底に到達すると、２つめのトラッキングセンサー（スライドブロックの後ろ）がこれを検出する。次に、コントローラはコマンド３２５を送信して、スライドキャリッジを第２の位置に移動させ、ガイドクランプを開いて追加の供給を可能にする。同様に、２番目と３番目のキャリッジ位置が満たされる。３つのキャリッジ位置がすべて満たされると、コントローラはキャリッジの周りの排出ゲートを開き、ロボット３１０のグリッパーが計量システムによって提示されているスパークプラグにアクセスできるようにする。

処理ロボット３１０のアームの端にあるグリッパーは、さまざまなスパークプラグのサイズを許容し、計量システムからスパークプラグを取り出し、回転スピンドルステーションでスパークプラグ本体から電極を取り外すために必要な切削力を受けている間、プラグが外れないように十分な力で、処理されるスパークプラグのネジ付き端を保持するように、このアプリケーションについて特別に構成され得る。グリッパーは、例えば、３つのスパークプラグを保持するキャリッジ用の３つの別個のグリッピングフィンガーアセンブリを有することができる。各フィンガーアセンブリには、ラムロッドの端に取り付けられるピボットブロック（２つのピボットピン穴付き）、１組のリンクアーム、および１組の硬化合金製グリッピングフィンガー（ピボットピンも必要）が含まれてもよい。各グリッピングフィンガーアセンブリは、個々の空気圧ラム（エアシリンダーとしても知られている）によって作動され、各フィンガーアセンブリが個々のスパークプラグのネジ付き本体の直径に合うようにできます。エアシリンダーは、トグルリンク機構を介してグリップフィンガーを作動させることができる。トグルリンク機構は、材料を所定の位置にしっかりと保持するために反力の角度を変更する剛性リンクとピンシステムを介して、スパークプラグのネジ付き本体に加えられる（ラムからの）力を増加させてもよい。トグルリンクの設計による力の乗数は、スパークプラグのネジ付きボディの直径に応じて１．５倍から４．４倍の範囲であることが図表を用いて確認された。直径が小さいほど、反力の角度が平らになり、乗数が増加する。グリップフィンガーのレバーの設計により、力をさらに増幅することができる。フィンガーのピボット点からリンクのピボット点までの半径は、フィンガーのピボット点からスパークプラグの重心までの半径よりも大きい。これにより、保持力が１．３倍増加し、ラムからの初期力よりも１．９～５．７倍の合計クランプ係数が増加する。

計量システムが一塊のプラグをロボットに提示すると、コントローラ３２０は、ステップ３１１、３１２、３１３、３１４、および３１５を通じてロボットに指示する一連の指示（コマンド）を送信する。ステップ３１１において、ロボットグリッパーはキャリッジ３０７からスパークプラグを取り出す。次に、ステップ３１２は、グリッパー内のプラグをテストして、プラグが正しい向き（配向）を有していることを確認する。（配向の事前チェックはカメラ検査３０３を使用して既に実行されているが、一部の誤った向きのプラグはこのテストを通過する可能性がある。さらに、プラグが出力ガイドからロボットグリッパーに流れるときに、プラグが時折誤った向きになる場合がある。）配向テスト３１２は、たとえば、グリッパー内のスパークプラグの深さを測定するスパークプラグ深さセンサーを使用できる。１つまたは複数の実施形態では、この深さセンサーは固定位置バックグラウンド抑制レーザセンサであってもよく、ロボットグリッパー内のスパークプラグのいずれかがグリッパーを越えて延在するかどうかを、想定される閾値量を超える量で測定するために、このセンサーに近接する固定相対位置にグリッパーを移動させてもよい。このプロセスは、例えば、スパークプラグの上部絶縁体が一般に、スパークプラグのネジ付き本体部分よりも小さい直径であり、軸方向の長さが長いという事実を利用することができる。この小さな直径が、グリッピングフィンガーアセンブリによって適切に把持／クランプできる最小直径を下回っている場合、逆さまの向きで提示されたプラグは、（重力により）適切に提示された３つのスパークプラグのいずれかのネジ端のレベルよりも低く垂れ下がる。システムは、スパークプラグを含むグリッパーを固定レーザービームに提示することにより、３つのスパークプラグが適切に装填され、ネジ端の最も低い部分（通常は、接地電極）がレーザービームよりも上方にありレーザービームを遮断せず、センサーからの信号がコントローラに送信されない現象を利用できる。コントローラはこの信号を監視する。ビームが途切れていない場合、信号は検出されず、コントローラはツールが正しくロードされていると判断し、その切断経路に沿って進む。一方、スパークプラグの誤装填（通常は上部絶縁体の端にあるターミナルナットによる）によってビームが遮断された場合、固定レーザーから信号が検出され、コントローラは少なくとも１つのツールのグリップ位置が誤って装填されていることを検出する。これによりステップ３１３が開始され、コントローラがロボットのアームの端部ツールを再配置して、各フィンガーアセンブリを個別にチェックできるようにする。各エアシリンダーは、圧縮空気ソレノイドバルブを介した独自の供給電力によって作動するため、コントローラは、適切に装填されたスパークプラグを排出することなく、再処理のために問題のあるスパークプラグを再生バケットに排出する。このプロセスが行われると、３つのフィンガーアセンブリのいずれかがまだスパークプラグを保持している場合、コントローラはロボットに指示して、ステップ３１４を実行し、その切断経路に沿って移動を開始する。ロボットが切断フードを通って前進した後、ステップ３１５で、スパークプラグ本体（テーリング）の残りが排出コンベヤに排出される。この排出コンベヤは、廃棄または追加の廃棄物処理のために収集することができるロボット作業セルからテーリングを運ぶ。

１つまたは複数の実施形態で使用できる例示的な切断ツールは、一般的なスリッティングソーまたは一般的なカットオフディスクを保持できる特注の工具ホルダアセンブリとともに、ドローバーおよび３０番テーパ工具ホルダを備えたベルト駆動の超精密フライススピンドルである。このスピンドルアセンブリは、例えば、オペレータが切断ツールの角速度を調整できるように、可変周波数ドライブによって通電される、１馬力、３相、３６００ｒｐｍモーター（６０Ｈｚの場合）によってベルト駆動されてもよい。速度の増加は、従動スピンドルシャフト（３インチ）よりも大きなピッチ直径のベルトシーブをモーターシャフト（７．６インチ）に取り付けることによって、ベルトドライブで達成できる。この配置により、６０Ｈｚで操作した場合、ツールヘッドは毎分約９，１２０回転する。ただし、可変周波数ドライブを使用すると、１２，０００ｒｐｍを超える速度が可能になるため、システムオペレーターは、加工され、工具で使用されるさまざまな材料に適した最適な切断速度を設定できる。確実に固定された切削スピンドルは、ロボットがプログラムされた切削経路を移動するときに、スパークプラグを含むグリッパーがフードに出入りできるようにするためのカットアウトを除いて、軟鋼ダストフードですべての面を覆ってもよい。ロボットがたどる切断経路は、一連の３次元位置ターゲット（ｒｏｂｔａｒｇｅｔと呼ばれる）と、オフセットとして使用されるいくつかの変数によって管理されてもよい。オフセットは、ロボットコントローラのメモリに格納されているミリメートルの寸法を表す数値であり、調整が必要な場合にオペレータがアクセスできる。ロボットがたどる理想的な切断経路は、スパークプラグを完全に切断し、中心電極と接地電極を完全に除去する。必要に応じてオフセットを調整することで、オペレータは工具や廃棄物の流れの材料の変更を考慮できる。これにより、ロボットは切断ツールを介して材料を前進させ、スパークプラグから貴重な電極を取り外し、これらの電極を切断フードの下にあるレセプタクルに集める。バリューフローの一部は、環境上の理由から収集される可能性のある粉塵の形で排出さる。この粉塵を確実に収集するために、切断プロセスから粉塵が直接吸引されるように、集塵ホース／ダクトを統合できるように切断フードへのアタッチメントを含めることができる。

図４から１１は、図３に関して説明されたシステムの実施形態の例示的な構成要素を示す。これらのコンポーネントは説明用である。本発明の１つまたは複数の実施形態は、他のコンポーネントまたは追加のコンポーネントを使用して、図３に記載された動作を実行できる。図４は、図３で説明したすべての要素を組み込んだ完全なシステムの概要を示している。システムコントローラ３２０は、システム構成要素のすべてのアクチュエータおよびセンサーに接続されたコンピューターである。ディスプレイ４２０は、オペレータがプロセスを監視および調整するためにコンピューター３２０に取り付けられている。上記の論理および動作シーケンスは、コントローラ３２０にソフトウェアプログラムとして格納される。

リサイクルされるスパークプラグはホッパー４０１に入り、入力コンベヤ３０１で振動ボウルフィーダ３０２に運ばれる。カメラシステム３０３（カメラを含むエンクロージャとして図４に示されている）は、振動ボウルフィーダを出るスパークプラグの向きを検査する。正しい向きのプラグは出力ガイド３０５に流れ、次にキャリッジ３０７に流れる。ロボットアーム３１０は、キャリッジ３０７からスパークプラグを取得し、それらを切断ツール４０２に渡す。取り外されたスパークプラグの先端は収集容器４０４に落ちる。次に、ロボットアームは、排出領域でテーリングを出力コンベアベルト４０３に排出する。

図５は、図４のシステムの選択されたコンポーネントの拡大図を示している。キャリッジ３０７はリニアベアリング５０６に沿って横方向に移動し、そのスロットのそれぞれを出力ガイド３０５からの経路の下に配置する。ピストン５０３などのアクチュエータによって動かされてもよい。この図は、ロボットグリッパー内のプラグの向きを確認するために使用できるレーザー５０４も示している。切断ツールのブレード（刃）の周りのハウジング５０１は切り欠き５０２を有し、切り欠き５０２を有し、切断ブレードによってスパークプラグの先端を取り外すために、ロボットグリッパー５０５および収容されたスパークプラグが通過する。

図６は、作動中の振動ボウルフィーダ３０２を示し、スパークプラグ２０１がボウルの中心に供給される。振動６０１により、プラグはボウルの縁に移動し、時計回りに循環し、スパークプラグはボウルから続くフィーダ出力経路の外縁に対して長軸上で整列する。前述のように、プラグは長軸に沿って配置されているが、プラグの方向は任意であり、２０１ａや２０１ｂなどの一部のプラグは先端が流れ方向に向き正しく配置されており、２０１ｃなどの他のプラグは先端が流れ方向とは反対側を向き正しく配置されていない。カメラ３０３（ここでは筐体を取り外した状態で示されている。）は、プラグがボウルから出るときにプラグを観察し、画像をコントローラ３２０に送信する。プラグ２０１ｃのような不適切な向きのプラグは、これらのプラグを振動ボウルフィーダ３０２の中心に戻す排出６０１をもたらす。

図７は、図４のシステムの計量サブシステムの詳細を示している。出力ガイド３０５は、アライメントチェック後に振動ボウルフィーダからプラグを受け取る線状チャネルである。出力ガイドの壁は、プラグをキャリッジに供給するために開いたり、プラグの流れを防ぐために閉じたりすることができるクランプ３０６として機能する。キャリッジ３０７は、点火プラグを受ける３つのスロット３０７ａ、３０７ｂ、および３０７ｃを有する。ピストン５０３などのアクチュエータは、キャリッジを動かして、これらの３つのスロットをシュート７０１の下で出力ガイド３０５の下に連続的に配置する。図７はまた、キャリッジ３０７から受け取ったスパークプラグを有するロボットグリッパー５０５を示す。ロボットはレーザー５０４に向かってグリッパーを動かし、ビーム７０４がグリッパーのフィンガーアセンブリ内のプラグの位置合わせをテストできるようにする。

図８は、ロボットグリッパー５０５の詳細図を示す。このグリッパーは、スパークプラグ８０１ａ、８０１ｂ、および８０１ｃの周りをそれぞれ閉じる３つの別個のフィンガーアセンブリ５０５ａ、５０５ｂ、および５０５ｃを有し、それぞれが独立して作動する。フィンガーアセンブリは独立して動作するため、さまざまなサイズのスパークプラグに対応できる。

図９は、フィンガーアセンブリ５０５ｃが空のロボットグリッパー５０５の上面図を示す。フィンガーアセンブリ５０５ｃは、異なる直径のスパークプラグを収容するために開いたり閉じたりすることができるが、スパークプラグの上部絶縁体部分の典型的な直径よりも大きくてもよい最小直径９０１まで閉じる。図１０に示すように、プラグ１００１の向きが間違っていると、そのプラグの周りのフィンガーアセンブリが完全に閉じず、正しい向きのプラグのスパークプラグ先端の典型的なレベルより下の深さまでプラグがぶら下がる。したがって、レーザービーム７０３は、誤った向きのプラグを検出する。

図１１は、ロボットアーム３１０がグリッパー５０５を移動させる切断経路１１０１を示しており、切断ブレード１０４（ここでは保護フードを取り外した状態で示されている）が先端１１０２を切断する。これらのチップは、収集容器４０４に分類される。

本明細書に開示された発明は、特定の実施形態およびその応用によって説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって数多くの修正および変更がなされ得る。

Claims

それぞれが電極チップを有する複数のスパークプラグを受け取り、
フィーダ出力の流れ方向に実質的に整列された長軸を有する前記スパークプラグの単一の列として前記スパークプラグのフィーダ出力フローを生成し、前記フィーダ出力フローにおいて前記複数のスパークプラグのそれぞれのスパークプラグの前記電極チップは、前記長軸のいずれかの端に位置する振動フィーダと、
前記スパークプラグの前記フィーダ出力フローの画像を撮影するように方向付けられたカメラと、
前記カメラに接続され、前記画像を分析し、前記フィーダ出力フローの流れ方向に対して所望の方向に向いていない前記電極チップを有する前記フィーダ出力フロー内の前記複数のスパークプラグの内の誤った向きのスパークプラグを識別するように構成されたコントローラと、
前記コントローラに接続され、前記誤った向きのスパークプラグを前記フィーダ出力フローから除去し、前記誤った向きのスパークプラグを前記振動フィーダに戻すように構成された排出システムと、
前記スパークプラグのうちの１つまたは複数のスパークプラグを保持するように構成されたグリッパーを有し、前記コントローラに接続されたロボットアームと、
前記１つまたは複数のスパークプラグの各スパークプラグを切断して前記各スパークプラグの残りから前記電極チップを分離するように構成された切断ツールと、
を備え、
前記コントローラはさらに、
前記グリッパーで前記１つまたは複数のスパークプラグを把持するように前記ロボットアームに指示し、
前記グリッパー内の前記１つまたは複数のスパークプラグを、前記切断ツールを横切らせ、前記１つまたは複数のスパークプラグの前記各スパークプラグから前記電極チップを分離させるように前記ロボットアームに指示し、
前記グリッパーを排出領域に移動するように前記ロボットアームに指示し、
前記グリッパーの内容物を前記排出領域に排出するように前記ロボットアームに指示する、
一連のアクションを繰り返し実行するように構成された、
有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記電極チップは、１つ以上の白金族金属を含む、請求項１に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記電極チップは、前記切断ツールによって各スパークプラグの残りの部分から分離され、白金族金属回収フローに流れ込む、請求項２に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記白金族金属回収フローは、前記電極チップから前記１つまたは複数の白金族金属を抽出するための化学的分離プロセスに投入される、請求項３に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記振動フィーダは、振動ボウルフィーダを含む、請求項１に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記フィーダ出力フローおよび前記コントローラに接続された計量システムをさらに備え、
前記計量システムは、前記フィーダ出力フローの流量を制御し、固定数のスパークプラグを前記フィーダ出力フローからキャリッジ内の対応する固定数のスロットに配置し、
前記ロボットアームは、前記キャリッジ内の前記固定数のスパークプラグを把持し、前記固定数のスパークプラグを前記キャリッジから取り外すように構成される、請求項１に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記ロボットアームの前記グリッパーは、前記キャリッジの各スロットに対応するグリッピングフィンガーアセンブリを備える、請求項６に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記計量システムは、前記フィーダ出力フローの下流に前記キャリッジの各スロットを配置するために前記キャリッジを繰り返し移動するように構成される、請求項６に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記計量システムは、開位置および閉位置を有するクランプを備え、前記クランプが前記閉位置にあるとき、前記フィーダ出力フロー内の前記スパークプラグが前記流れ方向における前方に移動することが防止される、請求項６に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記計量システムは、
前記クランプを前記開位置とし、
前記振動フィーダを作動させ、
前記フィーダ出力フローからのスパークプラグが前記キャリッジに向かって移動するとき、
前記クランプを前記閉位置とし
前記振動フィーダを非作動とし、
前記フィーダ出力フローからのスパークプラグが前記キャリッジのスロットに入ると、前記キャリッジを前進させて、前記フィーダ出力フローの下流に前記キャリッジの次のスロットを配置する、請求項９に記載の有価金属を含むスパークプラグ先端を機械的に抽出する自動システム。
前記グリッパー内のスパークプラグが前記グリッパーから閾値量を超えて突出しているかどうかを測定するように構成されたスパークプラグ深さセンサーをさらに備える、請求項１に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記スパークプラグ深さセンサーは、レーザーを含む、請求項１１に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記コントローラはさらに、
前記グリッパーを前記スパークプラグ深さセンサーの近くに配置するように前記ロボットアームに指示し、
前記スパークプラグ深さセンサーが、前記グリッパー内の前記スパークプラグが前記閾値量を超えて前記グリッパーから突出していることを示すと、前記スパークプラグを再処理フロー内に排出するように前記グリッパーに指示する、請求項１１に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記グリッパー内の前記スパークプラグの前記電極チップが誤った方向を向いていると、前記グリッパー内の前記スパークプラグは、前記閾値量を超えて前記グリッパーから突出する、請求項１１に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。
前記グリッパーは、１つ以上のグリッピングフィンガーアセンブリを備え、前記１つ以上のグリッピングフィンガーアセンブリの各グリッピングフィンガーアセンブリは、前記グリッパー内の前記スパークプラグの周りを部分的に閉じるように構成され、
前記グリッパー内の前記スパークプラグが、前記電極チップが前記誤った方向を向いていると、前記グリッパー内の対応するグリッピングフィンガーアセンブリは、前記スパークプラグの周りで完全に閉じず、前記スパークプラグが前記グリッパーの下に前記閾値量を超えてぶら下がることを可能にする、請求項１４に記載の有価金属を含むスパークプラグの先端を機械的に抽出する自動システム。