喷嘴的检查装置以及喷嘴的检查方法与流程

本发明涉及一种喷嘴的检查装置以及喷嘴的检查方法。

背景技术：

目前，有如下测定物性的方法的提案：具有包括旋转轴、与旋转轴正交而突出设置的水接收部以及设置于旋转轴的电位计的物性测定装置，使水射流一边向水接收部喷射一边通过，基于电位计的输出和水射流的位置信号，测定水射流的强度、宽度以及中心位置等特性(日本专利第2866805号，以下称为“专利文献1”)。

技术实现要素：

在专利文献1的测定方法中，由于水接收部为针状突起，因此在水接收部的方向的喷流的特性分布变成来自旋转轴的喷流的碰撞状况的旋转力矩的积分值，无法准确地掌握。另外，为了推断中心位置，需要在X-Y方向上组合。

本发明的目的在于提高喷流状态的计测精度。

本发明的第一方面为喷嘴的检查装置，具备：

泵；

喷嘴，所述喷嘴具有喷口，并且和所述泵连接；

活塞荷载计；以及

移动装置，所述移动装置使所述喷嘴和受压板相对移动，

其中，所述活塞荷载计具有：

主体，所述主体具有气缸；

受压板，所述受压板受到所述喷嘴产生的喷流；

杆，所述杆固定于所述受压板，并且在所述气缸内往复移动；和

荷载计，所述荷载计与所述杆的端部接触，并且测定对所述受压板的载荷。

本发明的第二方面为喷流的检查方法，

在与活塞荷载计的受压面平行的面内，在扫描范围内喷嘴进行扫描，

通过从喷嘴喷射的喷流测定所述受压面受到的载荷，

取得所述喷嘴相对于所述受压面的中心的位置坐标，

计算相对于所述喷嘴的位置坐标，与所述载荷的基准函数近似的近似函数，

从所述近似函数中提取表示所述喷流状态的评价值。

发明效果

根据本发明，能够提高喷流状态的计测精度。

附图说明

图1为实施方式的喷嘴的检查装置。

图2为实施方式的控制装置。

图3为实施方式的评价值。

图4为表示实施方式的喷嘴的检查方法的流程图。

图5为实施方式的喷嘴的扫描方法。

符号说明

10 检查装置

11 泵

12 阀

13 喷嘴

15 移动装置

17 喷口

21 活塞荷载计

23 受压板

24 杆

24a 中心轴

29 主体

31 挡块

33 荷载计

35 压缩空气供给装置

37 供给通路

38 迷宫式密封圈(labyrinth)

39 排出孔

41 控制装置

49 总线

51 运算装置

57 存储装置

61 扫描范围

63 轨迹

65 有效范围

F 载荷

F1 有效载荷

P 峰值位置

A1 有效面积

P1 重心

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行详细说明。如图1所示，本实施方式的检查装置10具有泵11、喷嘴13、移动装置15、活塞荷载计21以及控制装置41。检查装置10可以具有压缩空气供给装置35以及供给通路37。检查装置10能够适用于清洗机(高压清洗机或高压去毛刺装置等)。清洗机例如在日本专利第5432943号、日本专利第6147623号、日本专利第6196588号中已有记载。

泵11为液体泵，并且和喷嘴13连接。泵11例如为活塞泵、齿轮泵、离心泵。泵11由控制装置41进行控制。优选地，泵11具有阀12。如果打开阀12，则泵11会将液体14供给到喷嘴13。液体14为水溶性清洗液。

泵11可以进一步具有旋转数控制装置(未图示)或压力控制装置(未图示)。旋转数控制装置例如在日本专利特开第2016-142216号中已有记载。当泵11包括旋转数控制装置或压力控制装置时，泵11对压力进行控制。

喷嘴13具有喷口17。喷嘴13例如为喷射直线棒状的喷流20的直射喷嘴、喷射平板扇状的喷流20的平射喷嘴、喷射圆锥状的喷流20的圆锥喷嘴。以下，喷流20的设计上的中心线定义为喷射轴19，喷口17的直径定义为喷嘴直径d1。在这里，对于平射喷嘴、圆锥喷嘴，与其喷嘴喷射相同流量的直射喷嘴的喷口17的直径定义为喷嘴直径d1。喷嘴直径d1例如可以为0.3～4.0mm。

移动装置15可以具有转台151。转台151能够支撑多个喷嘴13。转台151将液体14供给到多个喷嘴13中的一个喷嘴13。

活塞荷载计21具有主体29、受压板23、杆24以及荷载计33。活塞荷载计21可以具有排出孔39以及迷宫式密封圈38。

主体29具有顶盖29a、测定室29c、气缸29b以及侧壁29d。

顶盖29a连续地连接到侧壁29d。顶盖29a的上表面优选相对于杆24的中心轴24a倾斜。顶盖29a以随着从中心轴24a离开远离受压板23的方式倾斜。优选地，顶盖29a为圆锥形或多棱锥形。由于顶盖29a的倾斜，碰撞到顶盖29a的喷流20难以从杆24和气缸29b之间的间隙侵入测定室29c。顶盖29a和喷射轴19所形成的角例如为85～70°。顶盖29a挡住碰撞到主体29的喷流20，并弹出喷流20。

测定室29c设置于主体29的中央。测定室29c为圆柱状或者立方体状。

气缸29b为从顶盖29a的中央或者顶部贯通到测定室29c的圆筒状的孔。气缸29b沿着中心轴24a延伸。优选地，气缸29b的内表面被平滑地精加工。迷宫式密封圈38设置于气缸29b。

侧壁29d为圆柱或者角柱状。主体29优选具有底面。侧壁29d保护荷载计33免受喷流20和雾的影响。

受压板23为板状或者柱状。受压板23具有受压面23a。受压板23可以具有倾斜面23b以及裙部23c。受压板23接收喷流20，并在喷流20与受压面23a碰撞时，将受到的压缩载荷(以下，简称为“载荷F”)传递到杆24。

受压板23的外径d3(在多边柱的受压板23中，为受压板23的截面的内切圆的直径)可以定义为杆24的直径d4以上。

外径d3期望大于直径d4。此时，受压板23弹出喷流20，从而能够抑制喷流20与杆24接触。在喷流20不直击杆24和气缸29b之间的间隙的情况下，在受压板23弹回的喷流20向与杆24和气缸29b之间的间隙不同的方向前进。如此，能够抑制液体14进入测定室29c。

受压面23a与中心轴24a正交。倾斜面23b相对于中心轴24a倾斜。受压面23a为圆形或多边形。以下，将受压面23a的直径或者受压面23a的内切圆的直径称为受压直径d2。

例如，受压直径d2设定为喷嘴直径d1的2～3倍。当受压面23a相对于喷流20的范围窄时，载荷F的分布为钟型。这与当喷嘴13产生全圆锥形状(full cone)的喷流20时的情况相同。

另外，受压直径d2可以设定为喷嘴直径d1的3～8倍。当受压面23a相对于喷流20的范围宽时，载荷F的分布变为圆锥台状。

倾斜面23b和中心轴24a所形成的角优选为10～20°。如果喷流20碰撞到倾斜面23b，则喷流20朝向从中心轴24a的离开的方向。通过倾斜面23b，能够抑制喷流20从气缸29b和杆24之间的间隙侵入测定室29c。另外，由于倾斜面23b的倾斜大，因此碰撞到倾斜面23b的喷流20的冲击力的沿着中心轴24a的分力变小。因此，碰撞到倾斜面23b的喷流20的冲击力难以传递到荷载计33。

裙部23c设置于受压面23a的相反面。裙部23c为随着从受压面23a离开而远离中心轴24a的倾斜面。如果将受压面23a配置成在重力方向上向上，则附着于裙部23c的液体14会流落到从杆24离开的方向。通过裙部23c，能够抑制喷流20从气缸29b和杆24之间的间隙侵入测定室29c。

并且，当受压直径d2为φ3以下时，受压板23和杆24的直径相同，并且可以省略裙部23c。

杆24沿着中心轴24a延伸。杆24为圆柱状。期望地，杆24的表面被平滑地精加工。杆24在气缸29b内往复。杆24和气缸29b滑动。在受压板23的相反侧的杆24的端部设置有挡块31。挡块31防止杆24从主体29掉落。挡块31例如为止动环。

荷载计33设置于测定室29c的内部。荷载计33例如为测力传感器、压电传感器。荷载计33为压缩型。使杆24和荷载计33的载荷接收座33a接触，并使得载荷方向与中心轴24a一致。例如，作为测力传感器的荷载计33的应变体以通过按压杆24而形变的方式设置。荷载计33将载荷F送到控制装置41。荷载计33可以具有A/D转换装置。荷载计33可以对控制装置41和载荷F进行无线通信。

迷宫式密封圈38(labyrinth)设置于气缸29b。迷宫式密封圈38封闭杆24和气缸29b之间的间隙。

排出孔39为连接测定室29c和主体29的外部的贯通孔。侵入测定室29c的液体14或者雾从排出孔39排出。荷载计33的信号线可以通过排出孔39设置。

压缩空气供给装置35将干燥的压缩空气36通过供给通路37送到测定室29c。压缩空气36的一部分通过迷宫式密封圈38，并从杆24和气缸29b之间的间隙泄漏而形成气幕。压缩空气36的剩余部分从排出孔39排出。通过压缩空气供给装置35，能够抑制液体14侵入测定室29c。在液体14侵入测定室29c的内部时，将侵入的液体14从排出孔39有效地排出。

移动装置15相对于活塞荷载计21相对地移动喷嘴13。移动装置15支撑喷嘴13。移动装置15例如为垂直多关节机器人、SCARA机器人、正交机器人、并联连杆机器人或者移动柱以及进给台。移动装置15由控制装置14进行数值控制。移动装置15在以受压面23a的中心59为基准的XYZ正交坐标上自由地移动喷嘴13。以下，为方便起见，将X轴以及Y轴定义在通过受压面23a并且垂直于中心轴24a的平面上，将Z轴定义在沿着中心轴24a远离受压面23a的方向上。并且，轴名称可以更换。

参照图2，对控制装置41进行说明。控制装置41具有存储装置57、运算装置51、输入输出装置53、I/O端口55以及总线49。用总线49将存储装置57、运算装置51、输入输出装置53以及I/O端口55连接。控制装置41例如为数值控制装置、程序装置或个人计算机。

存储装置57存储基准函数57e、测定载荷值57c以及近似函数57d。存储装置57可以存储测定条件57b、参数表57a以及特征值57f的极限值。

基准函数57e为用于得到相对于测定载荷值57c的近似函数57d的函数。基准函数57e为表示包括以X坐标和Y坐标作为变量的钟型或者圆锥台状的曲面的函数。基准函数57e根据喷嘴的种类、活塞荷载计21以及喷射条件以适合于要得到的载荷F的分布的方式而设定。基准函数57e可以为高斯函数。基准函数57e可以经由输入输出装置53或者I/O端口而输入。

可以设置多个基准函数57e。在设置有多个基准函数57e的情况下，基准函数57e根据测定条件而选择。

参数表57a给予与测定条件57b对应的基准函数57e的系数的初始值57a1。参数表57a可以包括极限值57f。

参照图3，特征值为从近似函数57d中提取的、表示喷流20的特性的值。特征值例如为峰值高度H、位移量|P|、位移量|P1|、作为有效范围65的面积的有效面积A1或者有效范围65的长边-短边比率(以下，简称为“比率I”)。将用于清洗或者去毛刺的有效的载荷F定义为有效载荷F1。有效范围65为表示近似函数57d的值为有效载荷F1以上的区域。位移量|P|为从原点到近似函数57d的峰值位置P的距离。峰值高度H为近似函数57d的峰值的高度。位移量|P1|为从原点到有效范围65的重心P1的距离。由于特征值从近似函数57d中提取，因此能够得到从整个测定点评价的值，包括各个测定点的偏差。

极限值57f对应于测定条件57b而设定。极限值57f例如为最小峰值高度Hmin、最大位移量|P|max、最大位移量|P1|max、最大有效面积A1max或者最大比率Imax。最小峰值高度Hmin为峰值高度H的最小值，最大位移量|P|max为位移量|P|的最大值，最大位移量|P1|max为位移量|P1|的最大值，最大有效面积A1max为有效面积A的最大值，最大比率Imax为比率I的最大值。极限值57f通过实验而确定，例如，作为发挥清洗能力的范围。

测定载荷值57c包括相对于从测定开始时刻的经过时间(以下，简称为时间t)的载荷F以及喷嘴13的XY坐标值。

测定条件57b为测定载荷F时的喷射条件。例如，测定条件57b包括喷嘴类别、压力以及间隔距离(以下，简称为距离L)。在每个喷嘴13通过数值控制程序确定测定条件57b的情况下，可以将程序编号或者喷嘴编号作为测定条件54b。

运算装置51具有近似函数运算单元51b、特征值提取单元51c、数值控制单元51e以及数据收集单元51f。运算装置51可以包括基准函数确定单元51a以及判定单元51d。

基准函数确定单元51a基于测定条件57b和参数表57a确定基准函数57e。

近似函数运算单元51b计算相对于基准函数57e近似测定载荷值57c的近似函数57d。近似函数运算单元51b能够通过最小二乘法将基准函数57e近似为测定载荷值57c。近似函数运算单元51b例如使用Levenberg-Marquardt法或Gauss-Newton法。近似函数运算单元51b读取参数表57a，并确定基准函数57e的初始值57a1。

特征值提取单元51c从近似函数57d中提取特征值。特征值提取单元51c可以基于近似函数57d的常数计算特征值。另外，特征值提取单元51c可以计算相对于布置为矩形状的坐标(X，Y)的近似函数57d所示的值，并基于所得到的值提取特征值。

判定单元51d将提取的特征值与极限值57f进行比较。当特征值超过极限值57f时，判定单元51d判定喷嘴13为不适合。当设置有多个特征值并且至少一个特征值超过极限值57f时，判定单元51d判定喷嘴13为不适合。

数值控制单元51e对移动装置15进行数值控制。数值控制单元51e通过I/O端口，对移动装置15以及泵11进行控制。

数据收集单元51f以规定周期同时从荷载计33收集载荷F，从数值控制装置51e收集喷嘴13的XY坐标。数据收集单元51f使相对于时间t的载荷F以及XY坐标作为测定载荷值57c存储在存储装置57中。

数据收集单元51f可以作为软件组装到控制装置41。数据收集单元51f可以使用数据记录器。数据记录器可以作为嵌入式板组装到上位控制器。数据记录器可以单独设置，并通过I/O端口连接。

另外，检查装置10可以包括测长单元，例如激光测长仪等。此时，数据收集单元51f能够从测长单元收集喷嘴13的XY坐标。

I/O端口55和移动装置15、荷载计33以及泵11进行数据通信。

输入/输出装置53例如为键盘、指示装置或监视器。键盘可以为软键盘。指示装置例如为鼠标、触摸板。

参照图4，对喷嘴的检查方法的步骤进行说明。首先，喷嘴13产生喷流20(S1)。接着，喷嘴13在扫描范围61内扫描(S2)。基准函数确定单元51a从数值控制单元51e及泵11取得测定条件57b(S3)。基准函数确定单元51a基于测定条件57b确定基准函数57e(S4)。荷载计33取得载荷F(S5)。数值控制单元51e取得喷嘴13的坐标X，Y(S6)。近似函数运算单元51b计算对测定载荷值57c进行近似的近似函数57d(S7)。特征值提取单元51c从近似函数57d中提取特征值(S8)。最后，判定单元51d判定喷嘴13是否适合(S9)。

并且，步骤S3、S4以及S9可以省略。步骤S1～S3的顺序可以更换。

以下，对各个步骤进行详细说明。在步骤S1中，泵11对液体14进行加压，打开阀12。送到喷嘴13的液体14从喷口17喷出。喷嘴13在扫描范围61的外侧开始喷射。

如图5所示，在步骤S2中，喷嘴13沿着编程的轨迹63在扫描范围61内扫描。优选地，喷嘴13以等速移动。优选地，轨迹63在整个扫描范围61以均一的密度设置。轨迹63的扫描密度在扫描范围61的周边部可以比中央部稀疏。当喷嘴13在扫描范围61内扫描时，喷流20与受压面23a碰撞。喷嘴13在扫描范围61内扫描之后，移动到扫描范围61的外部。

扫描范围61为矩形、正多边形或者圆形。扫描范围61的中心59设置于中心轴24a上。扫描范围61具有相对于容许的位移量|P|和位移量|P1|能够观察载荷F的峰值的区域。如果扫描范围61为圆形，则将其直径定义为代表长69，如果扫描范围61为多边形，则将其内切圆的直径定义为代表长69。代表长69大于受压板23的外径d3。在直射喷嘴中，代表长69例如可以设定为喷嘴直径d1的10～20倍。

轨迹63设置于仅离开受压面23a距离L的平面内。距离L根据应用于检查装置10的喷射装置的作业而确定。例如，在清洗、去毛刺中，设定L＝20～200mm。

轨迹63以喷嘴以一定的扫描间隔(以下，简称为间隔67)均匀地通过扫描范围61内的方式而设置。作为一个例子，图5的轨迹63如下：在X正方向横切扫描范围61的端部，在Y负方向移动间隔67，接着在X负方向横切扫描范围61，在Y方向再次移动间隔67，在正X方向横切扫描范围61。轨迹63以一定间隔67重复往复扫描范围61的整个面。

在检查装置10应用于清洗机时，作为一个例子，相对于距离L＝100mm，代表长69可以设定为5～10mm。间隔67优选为喷嘴直径d1的0.3～1.5倍。喷嘴13的移动速度为100～500mm/min。

在步骤S3中，基准函数确定单元51a从数值控制单元51e取得程序编号、喷嘴编号、压力或者距离L。基准函数确定单元51a也可以从泵11取得压力。基准函数确定单元51a使取得的测定条件57b存储在存储装置57中。

在步骤S4中，基准函数确定单元51a从存储装置57读取测定条件57b并确定基准函数57e。

在步骤S5中，喷流20与受压面23a碰撞。受压面23a由于喷流20受到按下受压面23a的方向的碰撞力。杆24将受压面23a受到的力传递到荷载计33。荷载计33检测出从杆24受到的载荷F。

数据收集单元51f从荷载计33顺次取得在时刻t的载荷F。计测周期例如为每秒200～1000次。荷载计33将测定开始后的时间t和测定的载荷F一起记录在存储装置57中。

在步骤S6中，数据收集单元51f从数值控制单元51e顺次取得在时间t的XY坐标。步骤S6和步骤S5同时进行。数据收集单元51f可以对取得的XY坐标的小数点后面两位或者三位进行四舍五入以使得数字一致。

在步骤S7中，近似函数运算单元51b从存储装置57读取基准函数57e以及测定载荷值57c。优选地，近似函数运算单元51b进一步从存储装置57读取测定条件57b以及参数表57a。近似函数运算单元51b基于基准函数57e以及测定载荷值57c计算对测定载荷值57c进行近似的近似函数57d。近似函数运算单元51b可以基于测定条件57b以及参数表57a确定初始值57a1。近似函数运算单元51b使计算的近似函数57d存储在存储装置57中。

在步骤S8中，特征值提取单元51c从存储装置57读取近似函数57d。特征值提取单元51c基于近似函数57d计算特征值，并使其存储在存储装置57中。特征值提取单元51c将图表输出到输入输出装置53，该图表表示相对于特征值或者坐标值(x，y)的近似函数57d的值。

在步骤S8中，判定单元51d从存储装置57读取特征值。判定单元51d将特征值与极限值57f进行比较，并判断喷嘴13适合与否。判定单元51d将喷嘴13的适合与否输出到输入输出装置53。

[实施例1]

以下，表示非限定性的实施例。

例如，设定：直射喷嘴(喷嘴直径d1＝φ1.2mm)，受压直径d2＝φ3mm，距离L＝100mm、代表长(69)＝φ10mm，压力10MPa，间隔(67)＝0.5mm。在该条件下，观察到典型的钟型峰。

基准函数57e由式1给出。函数f(x，y)为钟型函数。

[数1]

F＝f(x，y)＝Aexp{B(x²+Cxy+Dy²+Ex+Fy+G)}

(式1)

在这里，A，B，C，D，E，F为常数。

参数表57a分别示出了喷嘴类别、压力、距离L时的常数A～G的初始值57a1。参数表57a包括极限值57f。极限值57f包括最大位移量|P|max、最小峰值高度Hmin。

特征值提取单元51c可以通过以下的方法提取特征值。将满足f(x，y)＝F1的坐标设定为

[数2]

式2为椭圆函数。

将式2的椭圆的中心坐标P设定为

[数3]

特征值提取单元51c将中心坐标P代入f(x，y)，计算峰值高度H＝f(x，y)。

位移量|P|以从原点(0，0)到中心坐标(X1，Y1)的距离给出。

[实施例2]

例如，设定：直射喷嘴(喷嘴直径d1＝φ1.2mm)，受压直径d2＝φ10mm，距离L＝100mm，代表长(69)＝φ12mm，压力2MPa，间隔(67)＝0.5mm。在该条件下，观察到典型的圆锥台状的峰。

基准函数57e由式4给出。根据式4，可以近似为圆锥台状的函数。

[数4]

F＝g(x，y)A exp{B(x²+Cxy+Dy²+Ex+Fy+G)}-H exp{I(x²+Jxy+Ky²+Lx+My+N)}

(式4)

在这里，A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L，M，N为常数。

参数表57a分别示出了喷嘴类别、压力、距离L时的常数A～N的初始值57a1。

特征值提取单元51c运算计算相对于布置为矩阵状的坐标(x，y)的近似函数57d所示的值f(x，y)。在这里，坐标(x，y)以等间隔给出。坐标(X，Y)的间隔例如可以设定为代表长69的1/10～1/20。特征值提取单元51c基于值f(x，y)的分布确定有效范围65。特征值提取单元51c计算重心P1、长边L1、短边L2或者面积A2。特征值提取单元51c基于重心P1计算位移量|P1|。特征值提取单元51c基于长边L1和短边L2计算比率I＝L1/L2。特征值提取单元51c基于f(x，y)的最大值计算最大载荷Fmax。

并且，在上述的实施方式以及实施例中，基准函数57e为以X坐标和Y坐标中的任一个作为变量的曲面的函数。取而代之，基准函数57e可以预先存储以X坐标和Y坐标中的任一个作为变量的函数。例如，基准函数57e为高斯函数、劳伦斯函数或者逻辑函数。此时，分别针对X方向以及Y方向计算近似函数57d。例如，在如图5所示进行扫描的情况下，对于每个Y坐标，相对于基准函数57e，分别对载荷F进行近似。将得到的近似函数的峰值位置的平均定义为Y1。从测定的载荷值57c读取距离Y1的一定宽度ΔY范围内的载荷F，相对于X坐标，对载荷F进行近似。将X方向的近似函数的峰值位置定义为X1。算出坐标(X1，Y1)作为峰值位置P。