专利名称：用于确定物体的污染的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于确定具体是工件的物体的污染的设备，所述设备具有用于通过流体清洗去除聚集在各物体上的污物颗粒的清洗区，且具有收集装置，所述收集装置具有至少一个保持装置以用于捕获从各物体清洗去除的污物微粒。
背景技术：
污物微粒，具体是金属屑、灰尘、铸砂或液滴可能影响工业生产的产品的功能，诸如例如用于内燃机的喷嘴的功能。工件在工业生产过程中的清洁度因此具有重要意义。在工业生产车间中，工件的清洁度或污染因此必须被系统地检查。检查清洁度或污染具体在中间和最终装配操作之前是重要的。为保证工件的一致性的清洁度，已知通过随机样本检查工件在生产过程中的污染程度。为确定工件在生产过程中的污染程度，通常通过雇员使用喷枪在分析池中利用液体清洗工件。工件上的污物微粒因此被从工件去除，且进入到清洗液体内。带有污物微粒的液体然后被收集。利用过滤器膜过滤该液体。来自工件的污物微粒因此包含在过滤器膜内。过滤器膜随后被称重，以从过滤器膜的重量推断工件的污染程度。因为在生产过程中检查所有工件是非常耗费人力的，所以经常仅调查随机样本。然而，工件污染程度的手工确定不仅耗时而且不精确。当工件利用液体清洗时，存在工件被污染的风险。
发明内容
本发明所解决的问题是能以自动方式在生产过程中可靠地确定工件的污染。此问题通过在开始部分中所提及类型的设备解决，所述设备包括用于将来自各物体的被至少一个保持装置捕获的污物微粒移动到用于测量从各物体清洗去除的污物微粒的至少一个物理参数的测量装置的运输装置。有利的是，测量装置包括分析装置，其中将涉及从各物体清洗去除的污物微粒的测量信息用于确定此物体的污染程度。在本发明的优选实施例中，保持装置可通过运输装置移动以将其从收集装置移出，进入到测量装置内。在此情况中，保持装置优选地是过滤器。此过滤器可例如形成为保持在膜保持器内的过滤器膜。设备有利地包括用于此类带有过滤器的膜保持器的仓盒。有利的是，将运输装置形成为被自动控制的操作器，具体是形成为机器人。利用此操作器或机器人，可将膜保持器以自动方式移出仓盒，进入到收集装置内，以及从收集装置移动到测量装置内。在本发明的优选实施例中，过滤器是过滤器带中的一部分。此过滤器带可从展开站移动到缠绕站，作为用于过滤器带内的该部分的运输装置。设备优选地包含用于使得在清洗区内用于清洗去除污物微粒的流体循环的管线系统。有利的是，在管线系统内布置抽吸装置，以用于抽吸通过保持装置受到污物微粒的流体。带有一个或多个喷嘴的管线有利地提供在清洗区内，以用于利用提取(extraction)流体进行清洗去除。有利的是，将设备形成为带有围绕清洗区的腔室。这样，为使得例如工件的物体不会当在设备内分析其污染时被污染，且为使得相应的污染分析的结果不会被干扰，设备包括过滤器，例如HEPA过滤器，通过所述过滤器将例如空气的过滤过的气态流体送到腔室内。在HEPA过滤器中，尺寸在0.3μπι的范围内的微小微粒可被滤除。因此，HEPA过滤器具体地可从室内空气中清除细小灰尘、香烟烟雾、烟气、房屋灰尘、花粉、花簇粉末、细孔和气味。使用HEPA过滤器，可对于微小微粒和悬浮物达到99.9%的总过滤有效率，即在10000个灰尘微粒中，仅3个未被分离出到相应的HEPA过滤器中。HEPA过滤器可通过带有细网眼的由纤维素、合成纤维或玻璃纤维形成的编制织物制成。此织物在过滤器内被彼此叠置直至1000层。作为结果，提供了非常大的过滤器区。可通过与活性炭过滤器组合的HEPA过滤器实现特别好的过滤效果。此活性炭过滤器有利地布置在HEPA过滤器上游。供应经过滤的、气态的流体在腔室内且在清洗区内产生了正压。其结果是无灰尘微粒、污物微粒和液滴可从外部环境空气穿透进入到腔室内。具体适合于设置正压的是风扇，所述风扇将经过过滤的空气通过过滤器送入到腔室内。为清洁腔室和清洗区，有利的是，设备装配有用于通过流体清洗腔室壁的装置。将带有收集装置和测量装置的清洗区整合在容器状的运输柜内的事实使得设备可以灵活地使用，且容易地将设备在工业生产车间中重新布置到不同的地方。有利的是具体地使用带有数字照相机且带有评估计算机的显微镜作为设备中的测量装置。这使得可通过数字图像处理的方法来分析物体或工件的污染程度，且也可分析污染的类型。为通过根据本发明的设备确定具体是工件的物体的污染，有利的是，首先在清洁房间的环境中用提取流体来清洗腔室。然后，收集清洗去除的污物微粒。在优选的方法中，然后将收集到的污物微粒的空间尺度与参考值进行比较，用于分析污染情况。
本发明在下文中基于典型实施例更详细地解释，所述实施例在附图中以示意性方式表示，其中:图1示出了用确定工件的污染的第一设备；图2示出了带有用于污物微粒的收集装置和测量装置的第一设备的截面图；图3示出了带有处理机器人的第一设备的截面图；图4示出了带有用于污物微粒的收集装置和测量装置的用于确定工件的污染的第二设备；和图5和图6示出了在不同运行位置的第二设备的收集装置。
具体实施例方式图1示出了用于确定和分析工件102的污染的设备100。设备100包括具有运输柜的形式的容器101。容器101具有腔室104。对于腔室104，容器101具有接近开口 106。腔室104可通过玻璃窗110打开和关闭，所述玻璃窗可根据双箭头108移动。腔室104包含用于要被分析污染情况的工件的保持装置112。喷嘴114布置在腔室104内。喷嘴114连接到作为用于清洗工件的流体的清洗液体的管线系统。喷嘴114使得工件可在腔室104内在清洗区120内被清洗。具体适合于清洗工件的清洗液体是具有液态中性清洁剂或冷清洁剂的形式的清洗液体。如果用于清洗液体的管线系统内的压力在喷嘴114的区域内处在Ibar至6bar之间，则利用此清洁液体可高度有效地将工件去除污物微粒和污染物。喷嘴114可具体地形成为全射流(full-jet)喷嘴和/或形成为平射流(flat-jet)喷嘴。已发现，如果喷嘴以大致3bar的流体压力运行，则利用此喷嘴可实现良好的清洁效果。然而，在腔室104内也可使用具有多个喷嘴的喷枪，所述喷嘴由喷枪外周围上的孔形成。图2是设备100的示意性截面图。设备100包含空气过滤器122。过滤器122优选地设计为所谓的“HEPA细过滤器”，其具有在后文中将提及的特殊特征。空气过滤器122作为悬浮物过滤器起作用。优选地，所述空气过滤器122具有大致10 μ m或更小的过滤器细度。过滤器细度表示被过滤器所保持的微粒的微粒尺寸。为过滤空气，空气过滤器112具体地包括带有玻璃纤维的玻璃纤维垫，所述玻璃纤维的直径优选地处在Iym至10 μπι的范围内。此玻璃纤维垫固定在支承框内且在其处形成了波状的或锯齿的过滤器结构。通过玻璃纤维垫，流过空气过滤器112的空气通过筛除效应而被清洁。这意味着流过空气过滤器112的空气内的污物微粒由于其尺寸而保持被捕获在玻璃纤维垫的纤维之间。另外，空气也在空气过滤器112内通过惯性效应而被清洁。这是因为通过空气过滤器112的空气内的污物微粒必然不跟随空气流围绕玻璃纤维垫内的单独的玻璃纤维。由于惯性，一些灰尘微粒也撞击了玻璃纤维垫内的相应的玻璃纤维。此灰尘微粒因而牢固地保持附着到玻璃纤维。流过空气过滤器112的空气另外地也通过所谓的屏障效应被清洁。屏障效应基于如下原理，即:非常小的灰尘微粒当非常接近空气过滤器内的玻璃纤维时被玻璃纤维吸引。此外，空气过滤器112内的空气被扩散效应清洁。这是因为非常小的灰尘微粒不在空气过滤器112内随空气流的流动而移动，而是具有对应于布朗分子运动的任意轨迹。如果灰尘微粒的此布朗运动导致与玻璃纤维的撞击，则这些灰尘微粒可能保持附着到相应的纤维。空气过滤器112符合根据欧洲标准ΕΝ1822-1:1998的HlO级过滤器。为特别精确地分析工件的污染，有利的是使用HEPA过滤器作为过滤器，其中的空气过滤器细度大致为5 μ m或更小。清洗液体162在此情况中作为用于污物微粒178的提取液体起作用。设备100包括风扇124，通过所述风扇使空气通过细过滤器122上的进气装置126、通过顶板128内的通道123进入到腔室104内。风扇124使得可设定经过滤的空气在腔室104内的正压环境。此措施保证可在腔室104内设定符合如通过IS014644规定的清洁房间级别3或如通过美国联邦标准2009规定的清洁房间级别100的清洁房间环境。此措施具体地保证无污物微粒和液滴可从环境空气穿透进入到腔室104内。通过喷嘴114，可使用清洗液体162将布置在腔室104内的工件102上的污物微粒178清洗去除。清洗液体162因此作为用于工件102上的污物微粒178的提取液体起作用。腔室104具有腔室壁117和带有圆角137的漏斗形的地板136。腔室壁117是防溅壁。圆角137的作用是在腔室104内不出现污物的死角。地板136包括排放开口 138。排放开口138开放到管线140内。
为清洁腔室104的腔室壁117，设备100包含腔室壁清洗装置115。所述腔室壁清洗装置115通过控制阀119连接到管线136。设备100包括可移动的过滤器带146。过滤器带146包括无纺的纤维织物。所述过滤器带146在设备100内沿箭头148的方向从展开辊150移动到缠绕辊151。展开辊150是展开站，而缠绕辊151是缠绕站。为使得过滤器带146移动，缠绕辊151被与电动马达154相结合。过滤器带146在管线140的端部凸缘144上被引导。漏斗元件158布置在过滤器带146的背离端部凸缘144的一侧156上。漏斗元件158连接到用于清洗液体的管线系统136。过滤器带146的在漏斗元件158处的部分168作为具有用于来自工件102的灰尘微粒178的过滤器的形式的保持装置。腔室104的漏斗形地板136、排放开口 138、管线140、部分168和漏斗元件158形成了收集装置142，其中部分168是用于清洗去除的污物微粒178的保持装置。通过电动马达154，部分168可通过将过滤器带146缠绕在缠绕辊152上而移动到加热装置180且继续移动到带有显微镜171的测量装置170上。加热装置180用于将过滤器带146的部分168干燥，然后将所述部分168引导到显微镜171。这使得可通过显微镜171观察从工件102清洗去除的污物微粒178而不干扰液滴。带有展开辊150和缠绕辊151的过滤器带146作为用于部分168的运输装置152起作用。抽吸泵160布置在用于清洗液体的管线系统136中。通过抽吸泵160，可将清洗液体162通过过滤器带146的部分168吸入到漏斗元件158的区域内且运输到用于清洗液体的存储柜164中。用于清洗液体的管线系统136包含供给泵166。通过供给泵166，可将清洗液体从存储柜168泵送到喷嘴114，以使用清洗液体162清洗布置在清洗区120内的工件。测量装置170内的显微镜171包含数字图像传感器172。数字图像传感器172连接到计算机单元174。计算机单元174是分析装置。所述计算机单元174具有其中载入了图像处理程序的程序存储器176。通过图像处理程序，可确定和记录被捕获在过滤器带146的部分内的污物微粒178的数量及其特征参数，例如其长度。污物微粒的数量或其特征参数是工件污染的度量。使用计算机单元174，可因此通过与参考值的比较确定各工件的污染程度。为指示通过测量装置170确定的工件102的污染程度，设备具有如在图1中所示的显示单元173。基于图1和图2所述的用于分析工件的污染的设备的运行如下:首先，利用清洁液体或提取液体162通过腔室壁清洗装置115清洗腔室104自身，以从设备移除沉积在腔室104的腔室壁117上的污物微粒。清洗液体162通过抽吸泵160被抽吸。来自腔室104的污物微粒178因此包含在过滤器带146的部分168内。然后通过电动马达154使此部分168移动经过加热装置180到显微镜170。然后利用显微镜170和结合到显微镜170的计算机单元174确定腔室104的污染程度。如果腔室104满足事先规定的且存储在计算机单元174内的清洁性标准，则然后例如由操作者将待被确定污染程度的工件102布置在腔室104内。在窗110关闭的情况下，然后利用清洗液体清洗工件102。如果在部分168中保持了过多的污物微粒，则可重复对于腔室104的清洗过程。通过抽吸开口 138，清洗液体通过抽吸泵160而移动通过过滤器带146。在清洗工件之后，过滤器带146首先移动到加热装置180且然后移动到测量装置170，以通过显微镜171分析来自工件102的保持在过滤器带146的部分168内的污物微粒178。如果通过测量装置170检测到的污染因此超过了阈值，则在设备100的显示单元173上发出警告消息。图3示出了用于分析工件的污染的设备100，所述设备100具有形成为机器人的处理装置107。因而，，不需要操作者将工件102装载到腔室104和从腔室104卸载工件102。为使得污物微粒不能从环境空气进入到打开的腔室104内，因而通过风扇124抽吸空气流101，且设定空气流301流出腔室104且通过空气过滤器122和通道123流动到外侧。基于警告消息，然后可例如重复工件102的污染测量。这是因为，当在设备100内测量污染时，也将工件清洁。然而，基于警告消息，也可例如中断工业生产设备中的生产。图4示出了用于确定和分析工件污染的另外的设备400。为此目的，设备400的结构对应于图1和图2的设备100的结构，子组件在图4中通过与图1和图2相比加上数字300的附图标记指示。设备400具有操作器652。操作器652是处理机器人。所述操作器652用于从仓盒608接收具有过滤器膜的形式的过滤器元件604的目的，所述过滤器膜布置在过滤器保持器606内以将其定位成抵靠着管线440的端部凸缘444。过滤器元件604位于过滤器保持器606内的夹紧环(未示出)中。夹紧环保证散布有污物微粒的流体在过滤器保持器606内不能移动经过过滤器元件604。在设备400中，漏斗元件458布置在伸缩管610上。漏斗元件458可以在此伸缩管610中在过滤位置和释放位置之间通过驱动缸612移动。在此，腔室404的漏斗形地板436、排放开口 438、管线440、带有过滤器膜604的过滤器保持器606以及漏斗元件458作为收集装置442起作用，其中过滤器膜604是用于污物微粒478的保持装置。操作器652是用于此保持装置的运输装置652。图5示出了处于过滤位置的管线440和漏斗元件458。在此位置中，清洗液体162可由管线系统436中的抽吸泵460从腔室440通过过滤器元件604抽吸到过滤器保持器606 内 ο图6示出了处于释放位置的管线140和过滤器元件158。带有过滤器元件604的过滤器保持器606可通过操作器652从释放位置移动到加热装置480，且从加热装置480移动到测量装置470的显微镜471下方。在测量装置470中，测量收集在过滤器器元件604内的污物微粒478。测量结果然后显示在设备的显示单元上。替代地或另外地，测量结果也可传输到工业生产车间的控制中心。在测量之后，带有过滤器元件604的过滤器保持器606被移动回到仓盒608内。为进行新的测量，操作器652然后从仓盒608移出带有未使用的过滤器元件604的新的过滤器保持器606，且将其移动到管线440的端部凸缘444。可使用来自腔室壁清洗装置415的流体来清洗设备400内的腔室404的腔室壁417，即使无过滤器元件604布置在管线440的端部凸缘处也是如此。如果腔室404在不带有工件404而是带有布置在管线440处的过滤器元件604的情况下被清洗，则可确定设备400内的污物微粒的盲值(blind value)。
以上所述的用于分析工件的污染的自动设备具体地适合于整合在生产线或装配线中，以实现本地的自动化清洁性分析。在生产线或装配线中，清洁性分析是有意义的，具体是在进行工件的预装配或最终装配的情况时。在此，例如可在生产过程中，以定期的间隔以随机取样的方式检查工件。这使得例如可将自动的批次记录传递到生产车间的主控计算机处。工件的预装配和最终装配之前的清洁性分析保证了不发生将被污染的工件进行装配。因此，本发明也涉及包括多个部件的复杂系统的预装配或最终装配的、使用以上所述的分析设备的装配线。作为总结，具体地注意到本发明的如下优选的特征:本发明涉及用于确定具体是工件的物体的污染的设备100、400。设备100、400具有用于通过流体清洗去除聚集在各物体102、402上的污物微粒178、478的清洗区120、420。设备100、400包含收集装置142、442，所述收集装置具有至少一个用于捕获从各物体102、402清洗去除的污物微粒178、478的保持装置168、604。设备100、400包括用于将被所述至少一个保持装置168、604捕获的污物微粒178、478从各物体102、402移动到测量装置170、470的运输装置152、652。测量装置170、470用于测量从各物体102、402清洗去除的污物微粒178、478的至少一个物理参数。
权利要求
1.一种用于确定具体是工件的物体的污染的设备(100、400)，所述设备(100、400)具有用于通过流体清洗去除聚集在各物体(102、402)上的污物微粒(178、478)的清洗区(120,420),并且具有收集装置(142,442),所述收集装置(142,442)具有至少一个用于捕获从各物体(102、402 )清洗去除的污物微粒(178、478 )的保持装置(168、604 )， 其特征在于， 所述设备(100、400 )包括运输装置(152、652 )，所述运输装置(152、652 )用于将被所述至少一个保持装置(168、604)捕获的污物微粒(178、478)从各物体(102、402)移动到用于测量从各物体(102、402)清洗去除的污物微粒(178、478)的至少一个物理参数的测量装置(170、470)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测量装置包括分析装置(174、474)，其中涉及从各物体(102、402 )清洗去除的污物微粒(171、478 )的测量信息被用于确定该物体(102、402)的污染程度。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述运输装置(152、652)将所述至少一个保持装置(168、604 )从所述收集装置(142、442 )移动到所述测量装置(170、470 )。
4.根据权利要求1至3中一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个保持装置包括被保持在膜保持器(606)内的过滤器膜(604)。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述运输装置是被自动控制的操作器，具体地是机器人(652 )，所述操作器用于将所述膜保持器(606 )从仓盒(608 )移动到所述收集装置(442)内和/或从所述收集装置(442)移动到所述测量装置(470)内。
6.根据权利要求1至 3中一项所述的设备，其特征在于，所述至少一个保持装置包括过滤器带(146)的一部分(168)。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述过滤器带(146)能够从展开站(150)移动到缠绕站(151)且用作用于所述过滤器带(146)内的所述部分(168)的运输装置(152)。
8.根据权利要求1至8中一项所述的设备，其特征在于，用于使清洗去除污物微粒(178,478)的流体(162、462)循环的管线系统(136、436)被提供在所述清洗区(120、420)内，且至少一个喷嘴(114、414)布置在所述清洗区(120,420)内用于利用流体(162、462)进行清洗去除。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，用于吸入通过所述至少一个保持装置(168,604)受到污物微粒的流体(162、462)的抽吸装置(160、460)布置在所述管线系统(136,436)内。
10.根据权利要求1至9中一项所述的设备，其特征在于，包括围绕所述清洗区(120、420)的腔室(104、404)和用于在所述清洗区(120,420)内设置正压力和/或用于通过将已被去除污物微粒(178、478)的气态流体(101、301)供应到所述腔室(104、404)内来清洗所述清洗区(120、420)的装置。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，能够供应到所述腔室(104、404)内的所述气态流体已通过过滤器(122、422)以从中去除污物微粒。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述过滤器(122、422)包括以波状的或锯齿的方式布置的玻璃纤维垫。
13.根据权利要求1至12中一项所述的设备，其特征在于，用于利用流体(162，462)清洗所述腔室(104,404)的腔室壁(117,417)的装置(115,415)布置在所述腔室(104,404)内。
14.根据权利要求1至13中一项所述的设备，其特征在于，所述测量装置(170)具有带有数字照相机(172)和评估计算机(174)的显微镜(171、471 )。
15.根据权利要求 1至14中一项所述的设备，其特征在于，带有所述收集装置(142、442)和所述测量装置(170、470)的所述清洗区(120、420)被容纳在运输柜(101、401)内。
16.一种用于具体地通过根据权利要求1至15中一项所述的设备确定具体是工件的物体的污染程度的方法， 其中具体地在清洁房间环境中通过流体(162、462)从物体(102、402)清洗去除污物微粒(178、478)， 其中收集被从物体(102、402)清洗去除的污物微粒(178、478)， 其中将从物体(102、402)收集的污物微粒(178、478)的空间尺度和/或数量与参考值对比，并且 其中从物体(102、402)收集的污物微粒(178、478)的所述空间尺度和/或所述数量的偏差被用于推断所述物体(102、402)的污染程度。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定具体是工件的物体的污染的设备(100)。所述设备(100)具有用于通过流体清洗去除聚集在单个物体(102)上的污物微粒(178)的清洗区(120)。所述设备(100)内具有收集单元(142)，所述收集单元(142)包括至少一个用于捕获从各物体(102)清洗去除下来的污物微粒(178)的保持装置(168)。根据本发明，该设备(100)包括用于将通过所述至少一个保持装置(168)捕获的污物微粒(178)从各物体(102)移动到测量单元(170)的运输单元(152)。所述测量单元(170)用于测量从各物体(102)清洗去除的污物微粒(178)的至少一个物理参数。
文档编号B08B3/02GK103153493SQ201180048286
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月21日 优先权日2010年10月4日
发明者赫尔曼-约瑟夫·戴维, 埃贡·卡斯克 申请人:杜尔艾科克林有限公司