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JP2017042884A - 有機化合物を含む防錆剤の濃度検出機能を有する放電加工機 - Google Patents

有機化合物を含む防錆剤の濃度検出機能を有する放電加工機 Download PDF

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Abstract

【課題】有機化合物を含む防錆剤の濃度検出機能を有する放電加工機を提供する。【解決手段】防錆剤（有効成分：有機化合物）と呈色試薬（遷移金属イオン）とからなる金属錯体の発色を利用し、その色の変化に伴う特性の変化を検出器５で検出する。一定時間ごとに、サンプリングセル４に一定量の加工液をサンプリングし、そこに一定量の呈色試薬１３を添加し、加工液２の色の変化を検出器５で検出する。防錆剤の濃度が一定値より下回ると加工液２の色が薄くなり、その変化を検出器５で検出して、制御装置６に防錆剤を添加する指令を出す。また、防錆剤の濃度が一定値より上回ると、加工液２の色が濃くなり、その変化を検出器５で検出して、制御装置６に加工液を添加する指令を出す。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの腐食を防止する防錆剤を使用する放電加工機、特にその防錆剤の濃度検出機能を有する放電加工機に関する。
放電加工機で加工するとき、ワーク（例えば：鉄材、超硬など）を長時間加工槽内の加工液（水）に漬けた場合、腐食が発生する。ワークに腐食が発生すると、加工品の外観、精度、強度などに影響する。そこでワークの腐食を防止するため、一般的に防錆剤を加工液（水）に添加している。
防錆剤の有効成分は大きく分けて無機化合物と有機化合物がある。有機化合物の具体例としては有機アミン類、カルボン酸などが挙げられる。有機化合物はワークの表面に付着し、ワークを保護する有機皮膜を形成することで防錆効果を発揮する。
防錆剤の濃度が低過ぎると防錆効果は落ちるが、逆に濃度が高すぎると様々な障害を引き起こす。（例えば：ゴム系または樹脂系配管の劣化を加速する可能性がある。）そのため、防錆剤の濃度を適切な範囲内に保つ必要がある。
防錆剤はワーク表面に付着する以外に、加工から生じたスラッジや配管にも付着し、消耗されるために濃度が低下する。また、非加工中には、加工液（水）の蒸発により防錆剤の濃度が上昇する。防錆剤の濃度を検出してコントロールすることが重要である。
特許文献１には、放電加工機に使用される水系加工液に、苛性ソーダ、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムなどのイオン型（無機化合物）の防錆剤を用いる技術が開示されている（段落「００２４」、「００２５」）。これらの濃度を、液性測定センサが有する導電率計により測定される導電率に基づいて求められている。
特開２０１１−２０１８５号公報
一方、防錆剤（有効成分：有機化合物）の濃度検出方法は、一般的に高速クロマドグラフィーを用いて、ＵＶ吸収強度より有機化合物の濃度を算出する。しかし、設備が揃っていない製造現場では水中の有機化合物の濃度検出が難しい。特許文献１に開示されるものは無機化合物の防錆剤であって、有機化合物の防錆剤濃度の測定には適用できない。そのため、加工液中の防錆剤濃度の検出を諦めて、定期的に防錆剤を追加するか、または錆が発生してから防錆剤を追加することが一般的な方法である。しかし、何れの方法を採用しても加工液中の防錆剤の濃度を適切な範囲に留めることができないため、背景技術で説明した障害を引き起こすか、あるいは、防錆剤の効果を十分発揮することができない。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、有機化合物を含む防錆剤の濃度検出機能を有する放電加工機を提供することである。
本願の請求項１に係る発明は、被加工物を防錆剤が添加された加工液に浸漬して加工する放電加工機において、防錆剤に含まれる有機化合物と呈色試薬に含まれる遷移金属イオンとからなる金属錯体に起因する加工液の特性値を検出する特性値検出手段と、前記特性値検出手段により検出された特性値に基づいて防錆剤の濃度を検出する濃度検出手段と、を備えた放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記金属錯体に起因する加工液の特性値は色、光の透過率、屈折率のいずれか１つ、または、これらの組合せであることを特徴とする請求項１に記載の放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記特性値検出手段は、予め定めた量の加工液に予め定めた量の呈色試薬を添加して濃度検出用試料を生成する試料生成手段を備え、前記濃度検出用試料の加工液の特性値を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電加工機である。
請求項４に係る発明は、前記加工液中の防錆剤の濃度に基づいて防錆効果度を判定する防錆効果度判定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放電加工機である。
請求項５に係る発明は、前記加工液中の防錆剤の濃度または防錆効果度を放電加工機の操作画面に表示することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放電加工機である。
請求項６に係る発明は、防錆剤添加手段と、防錆剤を含まない加工液の添加手段と、加工液中の防錆剤の濃度または防錆効果度を予め定めた一定範囲内に調整する濃度調整手段と、を備え、前記濃度調整手段からの指令に従って、清水槽に防錆剤を添加する、または、防錆剤を含まない加工液を添加することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の放電加工機である。
請求項７に係る発明は、前記加工液の色、光の透過率、屈折率の検出を、撮像手段を用いて行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の放電加工機である。
請求項８に係る発明は、前記撮像手段は、ロボットに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の放電加工機である。
請求項９に係る発明は、前記試料生成手段における加工液もしくは呈色試薬の添加、または、濃度調整装置からの指令に基づく清水槽の加工液への防錆剤もしくは防錆剤を含まない加工液の添加をロボットが実行することを特徴とする請求項３〜８のいずれか一つに記載の放電加工機である。
本発明により、有機化合物を含む防錆剤の濃度検出機能を有する放電加工機を提供できる。
濃度検出手段を備えた放電加工機の概略構成を示す図である。 特性値の一つである加工液の屈折率ｎと防錆剤の濃度Ｃとの関係を表すグラフである。 清水槽内の加工液の防錆剤の濃度を制御するフローチャートである。 ロボットと濃度検出手段を備えた放電加工機の概略構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
放電加工機は、金属材料などの導電性を有する加工物を放電加工する装置である。放電加工機は、通常、加工物を内部に配置して放電加工するための加工槽と、ワイヤ電極などの電極と、加工槽に供給される清浄な加工液を貯留する清水槽と、放電加工機の全体を制御する制御装置などから構成される。加工槽は加工物が浸漬される加工液が貯留されるように構成されている。
放電加工機で加工するとき、ワーク（例えば：鉄材、超硬など）を長時間加工槽内の加工液（水）に漬けた場合、腐食が発生する。ワークに腐食が発生すると、加工品の外観、精度、強度などに影響する。そこでワークの腐食を防止するため、本発明では、防錆剤を加工液（水）に添加する。防錆剤の有効成分として有機化合物を用いる。有機化合物の具体例としては有機アミン類、カルボン酸などが挙げられる。有機化合物はワークの表面に付着し、ワークを保護する有機皮膜を形成することで防錆効果を発揮する。
背景技術で説明したように、防錆剤の濃度が低過ぎると防錆効果は落ちるが、逆に濃度が高すぎると様々な障害を引き起こす。（例えば：ゴム系または樹脂系配管の劣化を加速する可能性がある。）そのため、防錆剤の濃度を適切な範囲内に保つ必要がある。
本発明は防錆剤（有効成分：有機化合物）と呈色試薬（遷移金属イオン）とからなる金属錯体の発色を利用し、その色の変化に伴う特性の変化を検出器（例えば：光センサー）で検出する。一定時間ごとに、一定量の加工液をサンプリングし、そこに一定量の呈色試薬を添加し、加工液の色の変化を光センサーで検出する。防錆剤の濃度が一定値より下回ると加工液の色が薄くなり、その変化を光センサーで検出して、制御装置に防錆剤を添加する指令を出す。また、防錆剤の濃度が一定値より上回ると、加工液の色が濃くなり、その変化を光センサーで検出して、制御装置に加工液を添加する指令を出す。以下、本発明の実施形態を説明する。
＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態である濃度検出手段を備えた放電加工機の概略構成を示す図である。清水槽１には図示しない加工槽に供給される清浄な加工液２が貯留される。清水槽１には、清水槽１内に貯留される清浄な加工液の体積を測定するセンサーが設けられており、時々刻々の加工液の量である総体積Ｖｔを測定し、制御装置６に測定結果が送られる。サンプリングセル４は一定量の加工液を貯留可能な容器である。サンプリングセル４は防錆剤の濃度を検出するために用いられる光が入射し、貯留された加工液を透過した後に、光センサーなどの検出器５に受光されるように少なくとも一部は光透過性を有する。
サンプリングセル４には、配管１１を介して清水槽１から加工液２が供給される。管路１１の途中にはサンプリングセル４への加工液２の供給をオン、オフするバルブ９が設けられている。サンプリングセル４には、管路１２を介して呈色試薬容器３から呈色試薬１３も供給される。光センサーなどの検出器５は、図示しない光源からサンプリングセル４内の加工液に入射した光を受光する検出器である。検出器５は加工液２中の防錆剤に含まれる有機化合物と呈色試薬１３に含まれる遷移金属イオンとからなる金属錯体に起因する加工液の特性値を検出する。
加工液２中の防錆剤の濃度を検出する濃度検出装置の制御装置６は、バルブ９，１０を開閉制御することにより、一定時間ごとに一定量の加工液をサンプリングセル４に入れると同時に、一定量の呈色試薬１３をサンプリングセル４に添加する。制御装置６はその混合液の特性値（加工液の色、加工液の透過率、または、加工液の屈折率ｎ）を光センサーなどの検出器５を用いて検出する。特性値の検出が終了すると、サンプリングセル４内の加工液は図示しない排出用配管から排出され図示しない汚水槽に回収される。この場合は、フィルタによって呈色試薬１３を除去する必要がある。あるいは、サンプリングセル４から廃棄処分してもよい。
検出器５で検出されたデータを制御装置６に送られる。制御装置は取得した特性値を濃度Ｃに換算し、制御装置６の図示しない操作画面に表示する。特性値の一つである加工液の屈折率ｎは防錆剤の濃度Ｃと比例する（図２）。
防錆効果は防錆剤の濃度Ｃに依存する。防錆効果を発揮できる防錆剤の濃度範囲を（Ｃ１〜Ｃ２）とする。Ｃ１は防錆効果を発揮できる防錆剤の濃度下限の値であり、Ｃ２は濃度上限の値である。Ｃ１とＣ２の値は予め実験を行って求めておくことができる。加工物の材質、添加剤の種類によって異なる。Ｃ＜Ｃ１の場合、防錆効果はない。Ｃ１＜Ｃ＜Ｃ２の場合、防錆効果があり、且つ機械に悪影響を与えない。Ｃ＞Ｃ２の場合、機械に悪影響を与える。
防錆効果判定手段を含む制御装置６は、上述の通り、サンプリングセル４で計測した加工液２の防錆剤の実測濃度Ｃを、基準範囲（Ｃ１〜Ｃ２）と比較して防錆効果度を判定する。実測濃度Ｃが予め定めた基準範囲から外れた場合に、操作画面に警告が出すとともに、以下に示す方法で、機械が自動的に濃度を基準範囲に調整する。
Ｃ＜Ｃ１のとき、防錆剤濃度が低くなり、防錆効果が十分ではないと判断する。防錆剤濃度の目標値Ｃ目標は（Ｃ１＋Ｃ２）／２とし、清水槽１内の加工液の総体積をＶとする。制御装置６が目標値に到達するまでに必要な防錆剤の量Ｍを計算する（Ｍ＝［Ｃ目標−Ｃ］×Ｖ）。制御装置６は防錆剤添加装置７に指令を出し、防錆剤を清水槽１内の加工液に添加する。
Ｃ＞Ｃ２のとき、制御装置６が必要な加工液の追加量Ｖ追加を計算する。追加する前の清水槽１内の加工液の総体積をＶｔとする。そして、必要な加工液の追加量はＶ追加＝Ｃ×Ｖｔ／Ｃ目標−Ｖｔである。制御装置６は加工液添加装置８に指令を出し、添加剤を含まない加工液を清水槽１内の加工液に添加する。
図３は清水槽内の加工液の防錆剤の濃度を制御するフローチャートである。以下、各ステップにしたがって説明する。
●［ステップｓａ０１］特性値の検出を行う。
●［ステップｓａ０２］防錆剤の濃度Ｃの算出を行う。
●［ステップｓａ０３］防錆剤の濃度Ｃは濃度下限Ｃ１以上かつ濃度上限以下であるか判断し、Ｃ＜Ｃ１の場合にはステップｓａ０４へ移行し、Ｃ１≦Ｃ≦Ｃ２の場合にはステップｓａ０１に戻り、Ｃ２＜Ｃの場合にはステップｓａ０５へ移行する。
●［ステップｓａ０４］Ｃ＜Ｃ１のとき、防錆剤濃度が低くなり、防錆効果が十分ではないと判断する。防錆剤濃度の目標値Ｃ目標は（Ｃ１＋Ｃ２）／２とし、清水槽１内の加工液の総体積をＶとする。制御装置６が目標値に到達するまでに必要な防錆剤の量Ｍを計算する（Ｍ＝［Ｃ目標−Ｃ］×Ｖ）。制御装置６は防錆剤添加装置７に指令を出し、防錆剤を添加する。防錆剤の添加処理が終了するとステップｓａ０１に戻る。
●［ステップｓａ０５］Ｃ＞Ｃ２のとき、制御装置６が必要な加工液の追加量Ｖ追加を計算する。追加する前の清水槽１内の加工液の総体積をＶｔとする。そして、必要な加工液の追加量はＶ追加＝Ｃ×Ｖｔ／Ｃ目標−Ｖｔである。制御装置６は加工液添加装置８に指令を出し、加工液を添加する。防錆剤を含まない加工液の添加処理が終了するとステップｓａ０１に戻る。
＜実施形態２＞
図３は本発明の他の実施形態であるロボットと濃度検出手段を備えた放電加工機の概略構成を示す図である。
ロボット１４を搭載する放電加工機において、実施形態１で説明したサンプリングセルに加工液を添加する工程をロボットで実現する。ロボット１４が清水槽１から一定量の加工液を取ってサンプリングセル４に入れる。その後、ロボット１４が一定量の呈色試薬を取って、サンプリングセル４に入れる。
ロボット１４でサンプリングセル４中の混合液をよく混合し、サンプリングセル４をロボット１４のビジョンセンサ１５（ロボット１４に備わった撮像装置）のところに運んで、混合液の色（特性値）をロボット１４のビジョンセンサ１５で検出する。２次元の画像処理によって特性値を求めることができるので、サンプリングセル４中での防錆剤が加工液に不均一な濃度で含まれていた場合でも平均的な特性値を求めることができる。
制御装置６は防錆効果度を推定して、その情報をロボット１４にフィードバックする。ロボット１４は必要に応じて、防錆剤もしくは防錆剤を含まない加工液の供給を実行する。配管１１に備わったバルブ９の開閉、配管１２に備わった配管１１の開閉の制御を制御装置６からの指令によりロボット１４が行うようにしてもよい。同様に、防錆剤添加装置７および加工液添加装置８から清水槽１に接続された配管の途中に設けられたバルブ（図示せず）の開閉制御することにより、防錆剤の添加もしくは防錆剤を含まない加工液の供給を実行してもよい。なお、ロボット１４は図示しない加工槽内の被加工物の取り出しなどの作業に用いられるものを用いても良い。
１ 清水槽
２ 加工液
３ 呈色試薬容器
４ サンプリングセル
５ 検出器
６ 制御装置
７ 防錆剤添加装置
８ 加工液添加装置
９ バルブ
１０ バルブ
１１ 管路
１２ 管路
１３ 呈色試薬
１４ ロボット
１５ ビジョンセンサ

Claims (9)

  1. 被加工物を防錆剤が添加された加工液に浸漬して加工する放電加工機において、
    防錆剤に含まれる有機化合物と呈色試薬に含まれる遷移金属イオンとからなる金属錯体に起因する加工液の特性値を検出する特性値検出手段と、
    前記特性値検出手段により検出された特性値に基づいて防錆剤の濃度を検出する濃度検出手段と、
    を備えた放電加工機。
  2. 前記金属錯体に起因する加工液の特性値は色、光の透過率、屈折率のいずれか１つ、または、これらの組合せであることを特徴とする請求項１に記載の放電加工機。
  3. 前記特性値検出手段は、予め定めた量の加工液に予め定めた量の呈色試薬を添加して濃度検出用試料を生成する試料生成手段を備え、前記濃度検出用試料の加工液の特性値を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電加工機。
  4. 前記加工液中の防錆剤の濃度に基づいて防錆効果度を判定する防錆効果度判定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放電加工機。
  5. 前記加工液中の防錆剤の濃度または防錆効果度を放電加工機の操作画面に表示することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放電加工機。
  6. 防錆剤添加手段と、
    防錆剤を含まない加工液の添加手段と、
    加工液中の防錆剤の濃度または防錆効果度を予め定めた一定範囲内に調整する濃度調整手段と、
    を備え、
    前記濃度調整手段からの指令に従って、清水槽に防錆剤を添加する、または、防錆剤を含まない加工液を添加することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の放電加工機。
  7. 前記加工液の色、光の透過率、屈折率の検出を、撮像手段を用いて行うことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の放電加工機。
  8. 前記撮像手段は、ロボットに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の放電加工機。
  9. 前記試料生成手段における加工液もしくは呈色試薬の添加、または、前記濃度調整手段からの指令に基づく清水槽の加工液への防錆剤もしくは防錆剤を含まない加工液の添加をロボットが実行することを特徴とする請求項３〜８のいずれか一つに記載の放電加工機。
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