JP7517902B2

JP7517902B2 - Processing Equipment

Info

Publication number: JP7517902B2
Application number: JP2020135917A
Authority: JP
Inventors: 正博藤間
Original assignee: Hitachi-GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Vernova Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2024-07-17
Anticipated expiration: 2040-08-11
Also published as: JP2022032288A

Description

本発明は、ノズルから噴出された液体ジェットを用いて対象物を加工する加工装置に関する。 The present invention relates to a processing device that processes an object using a liquid jet ejected from a nozzle.

特許文献１は、ノズルと、ノズルに液体を供給するポンプとを備え、ノズルから噴出された液体ジェットを用いて対象物を加工する加工装置を開示する。 Patent document 1 discloses a processing device that includes a nozzle and a pump that supplies liquid to the nozzle, and processes an object using a liquid jet ejected from the nozzle.

特許第６４３８８４８号公報Patent No. 6438848

上記従来技術は、次のような改善の余地がある。液体ジェットの到達距離（言い換えれば、ノズルと対象物の間の距離）には、有効加工距離がある。そのため、例えば、対象物の表面が平滑でない場合や、対象物の表面の位置データが既知でない場合に、ノズルと対象物の間の距離が所定値（有効加工距離）にならず、加工精度が低下する可能性がある。 The above conventional technology has room for improvement as follows. The reach of the liquid jet (in other words, the distance between the nozzle and the target object) has an effective processing distance. Therefore, for example, if the surface of the target object is not smooth or if the position data of the target object's surface is not known, the distance between the nozzle and the target object may not be a specified value (effective processing distance), and processing accuracy may decrease.

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工精度と加工効率を高めることができる加工装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above, and its purpose is to provide a processing device that can improve processing accuracy and processing efficiency.

上記目的を達成するために、本発明は、ノズルと、前記ノズルに液体を供給するポンプと、前記ノズルを移動する移動装置と、前記ポンプ及び前記移動装置を制御する制御装置とを備え、前記ノズルから噴出された液体ジェットを用いて対象物の改質、残留応力緩和、バリ取り、表面平滑化、又は切断を行う加工装置において、前記ノズルの入口又は内側に付設され、前記液体ジェットの中心軸にて前記ノズルと前記対象物の表面の間の距離を検出する距離センサを備え、前記制御装置は、前記対象物を加工しないように前記ポンプの供給圧を低圧に制御すると共に、前記ノズルを移動させる第１の運転制御を実行し、前記第１の運転制御中に得られた前記距離センサの検出結果により、前記対象物の表面の位置データを作成して記憶し、前記対象物を加工するように前記ポンプの供給圧を高圧に制御すると共に、前記対象物の表面の位置データに基づいて前記ノズルを移動させる第２の運転制御を実行し、前記第２の運転制御中、前記距離センサで検出された距離が所定値となるように前記ノズルの位置を制御する。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a processing device comprising a nozzle, a pump which supplies liquid to the nozzle, a moving device which moves the nozzle, and a control device which controls the pump and the moving device, and which performs modification, residual stress relief, deburring, surface smoothing, or cutting of an object using a liquid jet ejected from the nozzle, the processing device comprising a distance sensor which is attached to an inlet or inside of the nozzle and detects the distance between the nozzle and the surface of the object at the central axis of the liquid jet, the control device controls the supply pressure of the pump to a low pressure so as not to process the object, and executes a first operational control which moves the nozzle, creates and stores position data of the surface of the object based on the detection result of the distance sensor obtained during the first operational control, controls the supply pressure of the pump to a high pressure so as to process the object, and executes a second operational control which moves the nozzle based on the position data of the surface of the object, and controls the position of the nozzle during the second operational control so that the distance detected by the distance sensor becomes a predetermined value.

本発明によれば、加工精度と加工効率を高めることができる。 The present invention can improve processing accuracy and processing efficiency.

本発明の第１の実施形態における加工装置の構成を表す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a processing device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態における制御装置の制御手順を表すフローチャートである。4 is a flowchart showing a control procedure of a control device in the first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態における加工装置の構成を表す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of a processing device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施形態における粒子濃度の経時変化の具体例を表す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a specific example of a change in particle concentration over time in the second embodiment of the present invention. 本発明の第１の変形例における加工装置の構成を表す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a processing device according to a first modified example of the present invention. 本発明の第２の変形例における加工装置の構成を表す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a processing device according to a second modified example of the present invention.

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 The first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態における加工装置の構成を表す概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of the processing device in this embodiment.

本実施形態の加工装置は、ノズル１と、ホース２を介しノズル１に水（液体）を供給するポンプ３と、ノズル１を移動する移動装置４と、ポンプ３及び移動装置４を制御する制御装置５とを備え、ノズル１から噴出された水ジェット６（液体ジェット）を用いて、気体１１（詳細には、例えば空気）中に配置された対象物１０を加工する。 The processing device of this embodiment includes a nozzle 1, a pump 3 that supplies water (liquid) to the nozzle 1 via a hose 2, a moving device 4 that moves the nozzle 1, and a control device 5 that controls the pump 3 and the moving device 4, and uses a water jet 6 (liquid jet) ejected from the nozzle 1 to process an object 10 placed in a gas 11 (more specifically, for example, air).

移動装置４は、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向にそれぞれ移動可能なＸステージ、Ｙステージ、及びＺステージで構成されている。あるいは、多関節型のマニピュレータやロボットなどで構成されている。 The moving device 4 is, for example, composed of an X stage, a Y stage, and a Z stage that can move in the X direction, the Y direction, and the Z direction, respectively. Alternatively, it is composed of a multi-joint manipulator or a robot.

制御装置５は、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する演算制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）等を有するものである。 The control device 5 has an arithmetic control unit (e.g., a CPU) that executes arithmetic processing and control processing based on a program, and a memory unit (e.g., a ROM, a RAM) that stores the program and the results of the arithmetic processing.

対象物１０の加工は、例えば、対象物１０の改質、残留応力緩和、バリ取り、表面平滑化、又は切断などである。加工装置は、例えば、自動車産業などの一般産業で用いられるか、若しくは、原子力関連の施設（詳細には、例えば、発電施設、核燃料製造施設、核燃料保管施設、核燃料再処理施設、廃棄物保管施設、解体施設、燃料デブリ保管施設、又は燃料デブリ処理施設等）で用いられる。 The processing of the object 10 includes, for example, modifying the object 10, relieving residual stress, removing burrs, smoothing the surface, or cutting. The processing device is used, for example, in general industries such as the automobile industry, or in nuclear power-related facilities (more specifically, for example, power generation facilities, nuclear fuel manufacturing facilities, nuclear fuel storage facilities, nuclear fuel reprocessing facilities, waste storage facilities, dismantling facilities, fuel debris storage facilities, or fuel debris processing facilities).

本実施形態の最も大きな特徴として、加工装置は、ノズル１の外側（詳細には、ノズル１の入口側）に付設され、水ジェット６の中心軸にてノズル１と対象物１０の表面の間の距離を検出する距離センサ７を更に備える。 The most notable feature of this embodiment is that the processing device further includes a distance sensor 7 that is attached to the outside of the nozzle 1 (specifically, on the inlet side of the nozzle 1) and detects the distance between the nozzle 1 and the surface of the object 10 at the central axis of the water jet 6.

距離センサ７は、例えば超音波式である。距離センサ７から送信された超音波は、水ジェット６を伝播し、対象物１０の表面で反射される。対象物１０の表面で反射された超音波は、水ジェット６を伝播し、距離センサ７で受信される。距離センサ７又は制御装置５は、水中の音速と超音波の往復時間により、ノズル１と対象物１０の表面の間の距離を演算する。 The distance sensor 7 is, for example, an ultrasonic type. The ultrasonic waves transmitted from the distance sensor 7 propagate through the water jet 6 and are reflected by the surface of the object 10. The ultrasonic waves reflected by the surface of the object 10 propagate through the water jet 6 and are received by the distance sensor 7. The distance sensor 7 or the control device 5 calculates the distance between the nozzle 1 and the surface of the object 10 based on the speed of sound in water and the round-trip time of the ultrasonic waves.

制御装置５は、第１の機能として、距離センサ７の計測結果により、対象物１０の表面の位置データを作成して記憶する。制御装置５は、第２の機能として、距離センサ７で検出された距離が所定値（有効加工距離）となるようにノズル１の位置を制御する。 The control device 5, as its first function, creates and stores position data of the surface of the target object 10 based on the measurement results of the distance sensor 7. The control device 5, as its second function, controls the position of the nozzle 1 so that the distance detected by the distance sensor 7 becomes a predetermined value (effective processing distance).

制御装置５の制御手順を、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における制御装置５の制御手順を表すフローチャートである。 The control procedure of the control device 5 will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a flowchart showing the control procedure of the control device 5 in this embodiment.

まず、制御装置５は、対象物１０を加工しないようにポンプ３の供給圧を低圧に制御すると共に、ノズル１をＸ方向及びＹ方向に移動させる第１の運転制御を実行する（ステップＳ２１）。そして、第１の運転制御中に得られた距離センサ７の検出結果により、対象物１０の表面の位置データを作成して記憶する。 First, the control device 5 controls the supply pressure of the pump 3 to a low pressure so as not to process the target object 10, and executes a first operation control to move the nozzle 1 in the X direction and the Y direction (step S21). Then, based on the detection result of the distance sensor 7 obtained during the first operation control, position data of the surface of the target object 10 is created and stored.

その後、制御装置５は、対象物１０を加工するようにポンプ３の供給圧を高圧に制御すると共に、対象物１０の表面の位置データに基づいてノズル１をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動させる第２の運転制御を実行する。第２の運転制御中、距離センサ７で検出された距離が所定値となるようにノズル１の位置を制御する。 Then, the control device 5 controls the supply pressure of the pump 3 to a high pressure so as to process the object 10, and executes a second operation control to move the nozzle 1 in the X direction, Y direction, and Z direction based on the position data of the surface of the object 10. During the second operation control, the position of the nozzle 1 is controlled so that the distance detected by the distance sensor 7 becomes a predetermined value.

以上のように本実施形態では、制御装置５は、対象物１０の表面の位置データを作成し、これに基づいてノズル１を移動させる。したがって、対象物１０の表面の位置データが無い場合と比べ、ノズル１を効率よく移動させて対象物１０を加工することができる。 As described above, in this embodiment, the control device 5 creates position data for the surface of the object 10, and moves the nozzle 1 based on this data. Therefore, compared to a case where there is no position data for the surface of the object 10, the nozzle 1 can be moved more efficiently to process the object 10.

また、本実施形態では、距離センサ７は、水ジェット６の中心軸にてノズル１と対象物１０の表面の間の距離を検出し、制御装置５は、距離センサ７で検出された距離が所定値となるようにノズル１の位置を制御する。したがって、加工精度と加工効率を高めることができる。 In addition, in this embodiment, the distance sensor 7 detects the distance between the nozzle 1 and the surface of the target object 10 at the central axis of the water jet 6, and the control device 5 controls the position of the nozzle 1 so that the distance detected by the distance sensor 7 becomes a predetermined value. Therefore, it is possible to improve the processing accuracy and processing efficiency.

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図３は、本実施形態における加工装置の構成を表す概略図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。 The second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a processing device in this embodiment. Note that in this embodiment, parts equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted as appropriate.

本実施形態の加工装置は、ホース２Ａを介し、ホース２の液体中にアブレッシブ粒子（詳細には、例えば、砥粒、金属粒、又はガーネット粒など）を混入する粒子混入装置８を更に備える。 The processing device of this embodiment further includes a particle mixing device 8 that mixes abrasive particles (more specifically, for example, abrasive grains, metal grains, or garnet grains) into the liquid in the hose 2 through the hose 2A.

制御装置５は、上述した第１の運転制御中、アブレッシブ粒子を混入しないように、粒子混入装置８を制御する。 The control device 5 controls the particle mixing device 8 during the first operational control described above so as not to mix in abrasive particles.

制御装置５は、上述した第２の運転制御中、アブレッシブ粒子の混入と未混入を繰返すように、粒子混入装置８を制御する。具体的には、アブレッシブ粒子の濃度の経時変化が、例えば正弦波形（図４（ａ）参照）又は方形波形（図４（ｂ）参照）等になるように、粒子混入装置８を制御する。そして、アブレッシブ粒子の未混入時に距離センサ７で検出された距離が所定値となるようにノズル１の位置を制御する。 During the second operation control described above, the control device 5 controls the particle mixing device 8 so as to repeatedly mix and not mix abrasive particles. Specifically, the control device 5 controls the particle mixing device 8 so that the change in concentration of the abrasive particles over time becomes, for example, a sinusoidal waveform (see FIG. 4(a)) or a square waveform (see FIG. 4(b)). The control device 5 then controls the position of the nozzle 1 so that the distance detected by the distance sensor 7 when no abrasive particles are mixed becomes a predetermined value.

本実施形態では、液体中にアブレッシブ粒子を混入することにより、高度および効率的な加工を行うことができる。また、アブレッシブ粒子の未混入時に距離センサ７で検出された距離が所定値となるようにノズル１の位置を制御する。したがって、加工精度と加工効率を高めることができる。 In this embodiment, by mixing abrasive particles into the liquid, advanced and efficient processing can be performed. In addition, the position of the nozzle 1 is controlled so that the distance detected by the distance sensor 7 when no abrasive particles are mixed in is a predetermined value. Therefore, processing accuracy and processing efficiency can be improved.

なお、第１及び第２の実施形態において、加工装置は、超音波式の距離センサ７を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば図５で示す変形例のように、加工装置は、レーザ式の距離センサ７Ａを備えてもよい。距離センサ７Ａから送信された光は、水ジェット６を伝播し、対象物１０の表面で反射される。対象物１０の表面で反射された光は、水ジェット６を伝播し、距離センサ７Ａで受信される。距離センサ７Ａ又は制御装置５は、水中の光速と光の往復時間や位相情報などにより、ノズル１と対象物１０の表面の間の距離を演算する。 In the first and second embodiments, the processing device is described as being equipped with an ultrasonic distance sensor 7, but this is not limiting. For example, as in the modified example shown in FIG. 5, the processing device may be equipped with a laser distance sensor 7A. The light transmitted from the distance sensor 7A propagates through the water jet 6 and is reflected by the surface of the object 10. The light reflected by the surface of the object 10 propagates through the water jet 6 and is received by the distance sensor 7A. The distance sensor 7A or the control device 5 calculates the distance between the nozzle 1 and the surface of the object 10 based on the speed of light in water, the round-trip time of the light, phase information, etc.

また、第１及び第２の実施形態において、距離センサ７は、ノズル１の外側に付設された場合を例にとって説明したが、これに限られない。距離センサ７又は７Ａは、ノズル１の内側に付設されてもよい（図５参照）。 In the first and second embodiments, the distance sensor 7 is attached to the outside of the nozzle 1, but this is not limited to the above. The distance sensor 7 or 7A may be attached to the inside of the nozzle 1 (see FIG. 5).

また、第１及び第２の実施形態において、加工装置は、ノズル１から噴出された水ジェット６を用いて、気体１１中に配置された対象物１０を加工する場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば図６で示す変形例のように、加工装置は、構造物１２内に溜められた液体１３（詳細には、例えば水）中に配置された対象物１０を加工してもよい。また、加工装置は、水ジェット以外の他の液体ジェットを用いて、対象物１０を加工してもよい。 In the first and second embodiments, the processing device is described as processing an object 10 placed in a gas 11 using a water jet 6 ejected from a nozzle 1, but this is not limited to the above. For example, as in the modified example shown in FIG. 6, the processing device may process an object 10 placed in a liquid 13 (more specifically, water, for example) stored in a structure 12. The processing device may also process an object 10 using a liquid jet other than a water jet.

１ノズル
３ポンプ
４移動装置
５制御装置
６水ジェット（液体ジェット）
７，７Ａ距離センサ
８粒子混入装置
１０対象物 1 Nozzle 3 Pump 4 Moving device 5 Control device 6 Water jet (liquid jet)
7, 7A Distance sensor 8 Particle mixing device 10 Target object

Claims

A processing device comprising a nozzle, a pump for supplying liquid to the nozzle, a moving device for moving the nozzle, and a control device for controlling the pump and the moving device, the processing device performing modification, residual stress relaxation, deburring, surface smoothing, or cutting of an object using a liquid jet ejected from the nozzle,
a distance sensor attached to an inlet or inside of the nozzle for detecting a distance between the nozzle and the surface of the object at a central axis of the liquid jet;
The control device includes:
a first operational control is executed to control the supply pressure of the pump to a low pressure so as not to process the object and to move the nozzle;
creating and storing position data of the surface of the object based on the detection result of the distance sensor obtained during the first operational control;
a second operational control is executed to control the supply pressure of the pump to a high pressure so as to process the object, and to move the nozzle based on position data of the surface of the object;
The processing apparatus according to claim 1, wherein during the second operation control, the position of the nozzle is controlled so that the distance detected by the distance sensor becomes a predetermined value.

2. The processing apparatus according to claim 1,
The method further includes a particle mixing device for mixing abrasive particles into the liquid,
The control device includes:
During the first operational control, the particle mixing device is controlled so as not to mix in the abrasive particles;
The processing apparatus is characterized in that, during the second operation control, the particle mixing device is controlled so as to alternately mix and not mix the abrasive particles, and the position of the nozzle is controlled so that the distance detected by the distance sensor when the abrasive particles are not mixed in becomes a predetermined value.

2. The processing apparatus according to claim 1,
The processing device is characterized in that the distance sensor is of an ultrasonic type or a laser type.