JP6907390B1 - 洗浄方法および洗浄機 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、洗浄機の消費電力を削減することを目的とする。
容積ポンプにより、ノズルから洗浄液の噴流を生成し、
対象物の対象部位に前記噴流が衝突するように、前記ノズルを移動し、
前記ノズルの現在位置を取得し、
前記現在位置が前記対象部位に対応した目標領域に一致するか否かを判断し、
前記現在位置が前記目標領域に一致する場合、第1圧力の噴射圧力を有する前記噴流を噴射し、
前記現在位置が前記目標領域に一致しない場合、前記第1圧力より低い噴射圧力を有する前記噴流を噴射する、
洗浄方法である。
洗浄液の噴流を噴射するノズルと、
前記ノズルを対象物に対して相対的に移動させる移動装置と、
前記ノズルに接続され、回転速度を変更できる容積ポンプと、
前記容積ポンプの噴射圧力を計測する圧力計と、
制御装置であって、
数値制御プログラムと、第1圧力と、前記第1圧力よりも低い第2圧力と、第1範囲と、第2範囲と、を格納する記憶装置と、
前記移動装置を前記数値制御プログラムに従って制御する数値制御部と、
前記ノズルの現在位置に基づき取得される目標位置までの残移動量が、前記目標位置を基準とする前記第1範囲に含まれるとき、又は、前記ノズルの出発位置からの移動量が前記第2範囲に含まれるときに、目標圧力を前記第1圧力とし、それ以外のときに前記目標圧力を前記第2圧力とする昇圧部と、
前記ノズルの噴射圧力と前記目標圧力との差分が0になるように、前記回転速度をフィードバック制御する、フィードバック制御部と、
を有する制御装置と、
を有する洗浄機である。
ノズルは、洗浄液を噴射して、その噴流を対象物に衝突させる。ノズルは、例えば、直射ノズル、平射ノズル、ランスノズルである。特に、ノズルは、洗浄対象部位に噴流が直撃するように、数値制御される。ノズルは、対象部位からノズルオフセット距離だけ離間した目標位置を目標に移動を繰り返す。ここで、対象部位とは、例えば、雌ねじ、穴、フライス面、フライス加工エッジ、交差穴部、油穴、水穴である。例えば、フライス加工エッジの輪郭や、交差穴部の周囲のバリの位置は、その全体が対象位置である。エッジやバリの位置に沿ったノズルの軌跡は、その全体が目標位置である。目標位置の近傍の領域を目標領域という。目標領域の広さは、対象部位の代表的な長さに対応して定められてよい。目標領域は、対象部位の洗浄と相関の高い領域である。例えば、噴流が対象部位に差し掛かる領域や、噴流が対象部位の内部に完全に入り込む領域として設定される。目標領域は、ノズルの種類や噴射圧力に応じて設定されても良い。
洗浄液は、例えば、水系洗浄液、水系クーラントである。洗浄液は、例えば防錆剤、苛性アルカリ、防腐剤を溶解した水溶液である。
容積ポンプの場合、理論上、ポンプの回転速度は、圧力の平方根に比例する。容積ポンプは、計測された圧力を回転速度に変換できる。ポンプの圧力は、例えば、計測された圧力から算出された理論回転速度と、目標圧力から算出された目標回転速度との差分が0になるように、制御される。
現在位置と第1範囲を比較するときは、例えば、第1範囲は、目標位置を座標原点として与えられる。このときは、第1範囲は、目標位置からの距離(例えば、目標位置から20mmの範囲)や、目標位置の座標からの一定の範囲(例えば、目標位置からX方向に−35mm〜+35mm、Y方向に−35mm〜+35mm、Z方向に−30mm〜+30mm)、として与えられて良い。第1範囲は、移動指令毎に演算される。
なお、第2範囲の広さは、0でも良い。その場合、目標位置から移動を始めたときに、目標圧力を第2圧力とする。
現在位置と第2範囲を比較するときは、例えば、第2範囲は、出発位置を座標原点として与えられる。このときは、第2範囲は、目標位置からの距離(例えば、目標位置から3mmの範囲)や、目標位置の座標からの一定の範囲(例えば、目標位置からX方向に−2mm〜+2mm、Y方向に−2mm〜+2mm、Z方向に−1mm〜+1mm)、として与えられて良い。第2範囲は、移動指令毎に演算される。
第1範囲および第2範囲は、各軸の加速度(又は時定数)と、フィードバック制御における応答遅れ、対象部位の代表的なサイズから決定されてよい。応答遅れは、例えば、一次遅れとむだ時間系でモデル化できる。
補間移動以外の移動は、例えば、早送りである。早送りでは、ノズルは、出発位置から目標位置まで、到着が最速になるように移動する。補間移動以外の移動では、その経路は目標位置でない。
移動装置は、例えば、固定コラムとテーブル移動による移動装置、3軸コラム移動の移動装置、垂直多関節ロボット、パラレルリンクロボットである。
数値制御プログラムは、例えば、Gコードプログラムや、ロボット言語によるプログラムである。
第1圧力は、ノズル毎に定められて、その値を記憶装置に格納されても良い。
例えば、第2圧力を定義する関数は、記憶装置に格納される。
第2圧力は、アイドリング回転速度でポンプが回転する場合に吐出される圧力であってもよい。
第2圧力を演算する関数は、移動距離を引数としても良く、移動装置の加速度と圧力の加速度を引数としても良い。第2圧力は、移動装置の数値制御と並行計算されて良い。
第2圧力は、数値制御プログラムによって入力されても良い。例えば、第2圧力は、Gコードプログラムにマクロ変数として埋めこまれる。数値制御部がマクロ変数を読み込んだときに、その値を記憶装置に格納される。また、第2圧力は、あらかじめ設定された圧力が格納されていても良い。複数の第2圧力が設定され、どの値を利用するかを数値制御プログラムによって指示されても良い。
例えば、第3圧力は、0MPa、ポンプをアイドリング運転したときに得られるアイドリング圧力である。例えば、ノズルが大きく退避し、噴流が対象物に衝突しない時間において、噴射圧力を第3圧力にまで降下させる。
洗浄機は、降圧部を有して良い。望ましくは、噴射停止指令により、降圧部は、フィードバック制御を停止する。望ましくは、噴射停止指令により、降圧部は、定められた圧力(第3圧力)に相当する回転速度でポンプを回転する。噴射停止時のポンプ回転速度は、アイドリング回転速度で良い。噴射停止時のポンプ回転速度は0でも良い。降圧部は、アイドリング圧力でポンプを運転して良い。
噴射圧力を降下するときに、噴射圧力が第2閾値以上の場合に、噴射圧力をPID制御しても良い。なお、噴射圧力が第2閾値を超える場合に、噴射圧力をPID制御しても良い。
ポンプ11は、例えば、ピストンポンプである。ポンプ11は、PM同期モータで駆動される。ポンプ11は、タンク(不図示)から洗浄液をくみ上げ、ノズル16へ送る。
移動装置14は、例えば、コラムトラバース型である。移動装置14は、先端部にタレット15を有する。複数のノズル16は、タレット15に設置されて良い。タレット15は、複数のノズル16から、噴射するノズル16を選択して下方に割り出す。好ましくは、下方に割り出されたノズル16は、上下方向に延びる回転軸17を中心に回転できる。下方に割り出されたノズル16は、ポンプ11と接続され、洗浄液を噴射する。移動装置14は、例えば、ノズル16を、左右方向、上下方向、前後方向へ自在に移動させる。
第1閾値は、第1圧力p1の近傍で、かつ、前記第1圧力p1よりも小さい。第2閾値は、第2圧力p2の近傍で、かつ、前記第2圧力p2より大きい。
アイドリング回転速度r3は、0min−1であって良い。
M21 噴射開始指令
M22 噴射停止指令
M30 エンドオブブロック(プログラム終了)
演算装置21は、主メモリーを有する。数値制御部23は、洗浄プログラム36に基づいて移動装置14を制御し、ノズル16を移動させる。数値制御部23は、移動装置14から現在位置を読み取り、現在位置から目標位置までの残移動量と、移動開始位置から現在位置までの移動量を演算する。残移動量と移動量は、主メモリーに記憶される。
昇圧部26は、噴射開始指令M21を読み込むと、ポンプ11を回転させる。昇圧部26は、残移動量と第1範囲37とを読み取り、比較する。昇圧部26は、移動量と第2範囲38とを読み取り、比較する。比較の結果、目標圧力p0を設定する。
降圧部27は、噴射停止指令M22を読み込んだときに、アイドリング回転速度r3でポンプ11を回転させる。このとき、降圧部27は、ポンプ11を停止しても良い。望ましくは、降圧部27は、フィードバック制御を停止させる。
噴射圧力pが第2圧力p2に向かって降下するときに、フィードバック制御部28は、噴射圧力pが第2閾値以上の場合に、噴射圧力pをP制御する。そして、噴射圧力pが第2閾値未満の場合に、フィードバック制御部28は、噴射圧力pをPI制御する。
図4に示すように、対象物19は、対象部位19a、19b、19cを有する。対象部位19a、19b、19cは、例えば、雌ねじである。なお、対象物19は、任意の数の対象部位を有してよい。
数値制御部23は、移動装置14を数値制御して、噴流55が対象部位19a、19b、19cに衝突するように、ノズル16を移動させる。ノズル16は、対象部位19a、19b、19cの開口部とノズルオフセット距離53だけ離れた位置に、次々と位置決めされて、洗浄プログラム36に規定された軌跡51に沿って移動する。噴流55は、対象部位19a、19b、19cの開口部に垂直に衝突し、対象部位19a、19b、19cを洗浄する。
ノズル16が目標領域54a内に位置するとき、噴射圧力pは、第1圧力p1となる。このとき、噴流55は対象部位19aに直撃する。そして、ノズル16が目標領域54aを離れたときに、噴射圧力pは、第1圧力p1よりも低い圧力になる。ノズル16が目標領域54bに近付くにつれて、噴射圧力pが第1圧力p1に向かって上昇する。そして、ノズル16が目標領域54b内に位置するとき、噴射圧力pは、第1圧力p1となる。以後、同様に、ノズル16の位置によって、噴射圧力pを変動させる。これにより、噴流55が対象部位19a、19b、19cに衝突するときには、噴射圧力pが第1圧力p1になるため、適切に対象部位19a、19b、19cが洗浄される。
具体的には、ノズル16を数値制御部23が移動させるのと並行して、バックグラウンドで圧力調整部25が、数値制御部23が演算した移動距離及び残移動量に基づいて、制御対象28cを制御する。
ステップS2において、圧力調整部25は、数値制御部23が実行中の移動ブロックが補間移動か否かを判断する。例えば、早送りであればnoであり、直線補間移動や円弧補間移動であればyesである。yesの場合はステップS7へ、noの場合はステップS3へ進む。
ステップS3において、昇圧部26は、移動量を取得する。
ステップS4において、昇圧部26は、残移動量を取得する。ステップS4は、ステップS3と同時に実行されても良い。
ステップS6において、昇圧部26は、移動量が第2範囲38に含まれるか否かを判断する。yesの場合はステップS7へ、noの場合はステップS8へ進む。
ステップS7において、目標圧力p0に第1圧力p1を代入する。
ステップS8において、目標圧力p0に第2圧力p2を代入する。
ステップS9において、圧力調整部25は、プログラムが終了したか否かを判断する。yesの場合は終了し、noの場合はステップS1へ戻る。
11 ポンプ(容積ポンプ)
12 圧力計
14 移動装置
16 ノズル
19 対象物
19a、19b、19c 対象部位
p 噴射圧力
p0 目標圧力
p1 第1圧力
p2 第2圧力
r 回転速度
Claims (13)
- 容積ポンプにより、ノズルから洗浄液の噴流を生成し、
対象物の複数の対象部位に前記噴流が衝突するように、前記ノズルを移動し、
前記ノズルの現在位置を取得し、
前記現在位置に基づき、目標位置までの前記ノズルの残移動量を取得し、
前記現在位置が前記対象部位に対応した目標領域に一致するか否かを判断し、
前記現在位置が前記目標領域に一致する場合、第1圧力の噴射圧力を有する前記噴流を噴射し、
前記現在位置が前記目標領域に一致しない場合、前記第1圧力より低い第2圧力であって、前記複数の対象部位のうち2つの対象部位の間を前記ノズルが移動する所要時間以内に前記第1圧力に到達できる第2圧力の噴射圧力を有する前記噴流を噴射し、
前記残移動量が前記目標位置を基準とする第1範囲に含まれるときに、前記第1圧力を目標に前記噴射圧力を上昇させ、
前記残移動量が前記第1範囲に含まれないときに、前記第2圧力を目標に前記噴射圧力を降下させる、
洗浄方法。 - 前記現在位置に基づき、出発位置からの前記ノズルの移動量を取得し、
前記残移動量が前記第1範囲に含まれず、かつ、前記移動量が前記出発位置を基準とする第2範囲に含まれないときに、前記第2圧力を目標に前記噴射圧力を降下させる、
請求項1に記載の洗浄方法。 - 前記ノズルが一定の送り速度で前記目標位置に沿って移動するときは、前記ノズルは前記第1圧力で前記噴流を噴射する、
請求項1に記載の洗浄方法。 - 前記ノズルが一定の送り速度で前記目標位置に沿って移動するときは、前記ノズルは前記第1圧力で前記噴流を噴射する、
請求項2に記載の洗浄方法。 - 前記残移動量が前記第1範囲に含まれるとき、又は、前記残移動量が前記第1範囲に含まれず、かつ、前記移動量が前記第2範囲に含まれるときに、目標圧力を前記第1圧力とし、
それ以外のときに、前記目標圧力を前記第2圧力とし、
前記噴射圧力と前記目標圧力との差が0になるように、前記噴射圧力をフィードバック制御する、
請求項2又は4に記載の洗浄方法。 - 噴射開始指令により、前記フィードバック制御を開始し、
噴射停止指令により、前記フィードバック制御を停止し、前記容積ポンプの回転を停止又はアイドリング回転速度にする、
請求項5に記載の洗浄方法。 - 前記ノズルが一定の送り速度で前記目標位置に沿って移動する間、前記目標圧力を前記第1圧力とする、
請求項6に記載の洗浄方法。 - 前記第2圧力は、前記第1圧力に対する関数で与えられる、
請求項1〜7のいずれかに記載の洗浄方法。 - 前記噴射圧力が前記第1圧力に向かって上昇するときに、
前記噴射圧力が、前記第1圧力の近傍でかつ前記第1圧力よりも小さい第1閾値以下の場合に、前記噴射圧力をP制御し、
前記噴射圧力が前記第1閾値を超える場合に、前記噴射圧力をPI制御する、
請求項1〜8のいずれかに記載の洗浄方法。 - 前記噴射圧力が前記第2圧力に向かって降下するときに、
前記噴射圧力が、前記第2圧力の近傍でかつ前記第2圧力より大きい第2閾値以上の場合に、前記噴射圧力をP制御し、
前記噴射圧力が前記第2閾値未満の場合に、前記噴射圧力をPI制御する、
請求項1〜9のいずれかに記載の洗浄方法。 - 洗浄液の噴流を噴射するノズルと、
前記ノズルを対象物の複数の対象部位に対して相対的に移動させる移動装置と、
前記ノズルに接続され、回転速度を変更できる容積ポンプと、
前記容積ポンプの噴射圧力を計測する圧力計と、
制御装置であって、
数値制御プログラムと、第1圧力と、前記第1圧力よりも低い第2圧力であって、前記複数の対象部位のうち2つの対象部位の間を前記ノズルが移動する所要時間以内に前記第1圧力に到達できる第2圧力と、第1範囲と、を格納する記憶装置と、
前記移動装置を前記数値制御プログラムに従って制御する数値制御部と、
前記ノズルの現在位置に基づき取得される目標位置までの残移動量が、前記目標位置を基準とする前記第1範囲に含まれるときに、目標圧力を前記第1圧力とし、それ以外のときに前記目標圧力を前記第2圧力とする昇圧部と、
前記ノズルの噴射圧力と前記目標圧力との差分が0になるように、前記回転速度をフィードバック制御する、フィードバック制御部と、
を有する制御装置と、
を有する洗浄機。 - 前記記憶装置は、第2範囲を格納し、
前記昇圧部は、前記ノズルの出発位置からの移動量が前記第2範囲に含まれるときに、前記目標圧力を前記第1圧力とする、
請求項11に記載の洗浄機。 - 前記数値制御プログラムは、噴射開始指令及び噴射停止指令を有し、
前記制御装置は、前記噴射停止指令を受けたときに、前記フィードバック制御部によるフィードバック制御を停止させ、前記回転速度を0とする降圧部を有し、
前記フィードバック制御部は、前記噴射開始指令を受けたときに前記フィードバック制御を実行する、
請求項11又は12に記載の洗浄機。
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