СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ЧАСТИЧНОГО ИЛИ ПОЛНОГО ЗАКУПОРИВАНИЯ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО КАНАЛА ИНСТРУМЕНТА
SYSTEM FOR DETECTING PARTIAL OR COMPLETE PLUGGING OF AT LEAST ONE CHANNEL OF TOOL

Настоящим изобретением заявлен приоритет французской заявки 1550022, поданной 5 января 2015 года, содержание которой (текст, чертежи и формула изобретения) приведено в качестве ссылки.
Настоящее изобретение относится к системе обнаружения частичного или полного закупоривания внутреннего канала инструмента. Изобретение находит свое предпочтительное, но не исключительное применение для контроля инструментов механической обработки, имеющих один или несколько внутренних каналов, которые служат для подачи в функциональные элементы инструмента смазочной или охлаждающей жидкой или газообразной текучей среды, такой как масло, масляная эмульсия, туман, состоящий из воздуха и масла, и т.д.
В документе ЕР2320199 описано применение метода обнаружения скоплений частиц в канале с использованием расходомера. Система определяет резкие изменения расхода и выдает тревожный сигнал, когда расход выходит за предусмотренные пределы. Аналогично, в документе FR2851819 описано использование электростатического расходомера, измеряющего количество частиц гранулята двухфазного потока. Элементы обнаружения расположены в трубчатом элементе обнаружения.
Однако в случае инструментов, имеющих внутренние каналы малого сечения, такие системы могут обнаруживать полное закупоривание каналов, но не частичное закупоривание, так как утечка является слишком слабой и не поддается обнаружению. Это связано с пределом точности измерения стандартного расходомера. Следовательно, существует риск отсутствия обнаружения частичного закупоривания внутренних каналов малого сечения, которое может привести к нарушению работы инструмента и, следовательно, к снижению производительности производственной линии.
Кроме того, в документах DE102006052602, DE102007016326, FR2972952 описаны способы, позволяющие обнаруживать закупоривание внутреннего канала инструмента посредством сравнения измеряемого давления с кривыми контрольного давления. Однако эти способы основаны на измерениях давления, производимых в частных конфигурациях, которые не позволяют получать достаточную точность измерения при обнаружении частичного закупоривания каналов малого сечения.
Изобретение призвано преодолеть эти недостатки и предложить систему обнаружения полного или частичного закупоривания по меньшей мере одного внутреннего канала текучей среды инструмента, отличающуюся тем, что содержит:
пневматический контур, предназначенный для подсоединения на входе упомянутого внутреннего канала упомянутого инструмента,
источник давления, связанный с упомянутым пневматическим контуром через электроклапан, и
блок управления, выполненный с возможностью открывания упомянутого электроклапана для создания давления в упомянутом пневматическом контуре,
затем с возможностью закрывания упомянутого электроклапана для свободного опорожнения упомянутого пневматического контура через упомянутый внутренний канал, и
с возможностью обнаружения состояния закупоривания упомянутого внутреннего канала в зависимости от анализа изменения давления во времени в упомянутом пневматическом контуре после закрывания упомянутого электроклапана.
Таким образом, благодаря анализу изменения во времени давления в пневматическом контуре, которое пропорционально отслеживаемой потере напора (закупориванию), изобретение позволяет гарантировать надлежащее состояние внутренних каналов малого сечения инструмента. Это имеет особое значение в случае инструментов, предназначенных для микроскопической смазки или микроскопического распыления масла или MQL (от ʺMinimum Quantity Lubricationʺ на английском языке), для которых отсутствие закупоривания каналов, доставляющих смазочную текучую среду, обуславливает эффективную работу соответствующего устройства.
Согласно варианту осуществления, анализ изменения во времени давления состоит в измерении времени, необходимого для упомянутого пневматического контура, чтобы достичь окружающего давления после закрывания упомянутого электроклапана.
Согласно варианту осуществления, анализ изменения давления во времени состоит в измерении разности давления между давлением в момент закрывания упомянутого электроклапана и давлением по истечении времени, прошедшего с момента закрывания упомянутого электроклапана.
Согласно варианту осуществления, анализ изменения давления во времени состоит в измерении времени, необходимого для упомянутого пневматического контура, чтобы достичь фиксированного целевого давления после закрывания упомянутого электроклапана.
Согласно варианту осуществления, упомянутое фиксированное целевое давление превышает окружающее давление и ниже давления упомянутого источника давления.
Согласно варианту осуществления, анализ изменения давления во времени состоит в определении наклона производной кривой изменения давления в упомянутом пневматическом контуре в зависимости от времени после закрывания упомянутого электроклапана.
Согласно варианту осуществления, система дополнительно содержит устройство считывания электронной микросхемы для автоматической идентификации упомянутого инструмента, внутренний канал которого необходимо контролировать.
Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые фигуры. Эти фигуры носят чисто иллюстративный характер и не ограничивают изобретение.
Фиг. 1 - схематичный вид системы обнаружения частичного или полного закупоривания по меньшей мере одного внутреннего канала инструмента в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2а-2d иллюстрируют различные типы анализов изменения давления во времени в пневматическом контуре, которые можно применять при помощи системы обнаружения частичного или полного закупоривания внутреннего канала инструмента в соответствии с настоящим изобретением.
Идентичные, подобные или аналогичные элементы имеют одинаковые обозначения от одной фигуры к другой.
На фиг. 1 показана система 10 обнаружения частичного или полного закупоривания по меньшей мере одного внутреннего канала 11 текучей среды инструмента 12, такого как инструмент для механической обработки. Предназначенный(ые) для контроля внутренний канал или внутренние каналы 11 могут, например, служить для подачи в функциональные элементы смазочной текучей среды, такой как масло, масляная эмульсия или туман, состоящий из воздуха и масла. Систему 10 можно также применять для контроля инструментов 12 криогенной механической обработки, содержащих по меньшей мере один внутренний канал 11, в котором циркулирует охлаждающая текучая среда, например, на основе азота.
Предпочтительно систему 10 используют вне операций механической обработки, производимых инструментом 12, то есть сначала инструмент 12 снимают с устройства, к которому он принадлежит, для установки на системе 10 с целью контроля внутреннего канала или внутренних каналов 11. Иначе говоря, система 10 принадлежит к вспомогательному посту в рамках производства. Однако в варианте система 10 может быть встроена в устройство механической обработки, содержащее инструмент 12.
Для этого система 10 содержит пневматический контур 13, подсоединяемый на входе внутреннего канала 11 инструмента 12. С пневматическим контуром 13 связан источник 16 давления через электроклапан 17. Измеритель 20 давления позволяет получать значение давления текучей среды внутри пневматического контура 13.
Кроме того, система 10 содержит электрическую часть 21 управления, включающую в себя блок 22 управления, сообщающийся с интерфейсом 25 управления, позволяющим управлять электроклапаном 17, а также с модулем 26 приема данных от измерителя 20 давления. Электрическая часть 21 может также содержать устройство 29 считывания электронной микросхемы, например, типа RFID (от ʺRadio Frequency Identificationʺ на английском языке) для автоматической идентификации инструмента 12, канал 11 которого необходимо контролировать. Блок 22 управления содержит средства, такие как микроконтроллер 30, для обеспечения обработки и анализа поступающих данных давления, а также интерфейс 31 человек-машина, включающий в себя, например, экран и клавиатуру или сенсорный экран, чтобы оператор мог взаимодействовать с системой 10.
Далее со ссылками на фиг. 2а следует подробное описание работы системы 10 обнаружения частичного или полного закупоривания внутреннего канала 11 инструмента 12.
Между моментами t0 и t1 блок 22 управления подает команду через интерфейс 25 на открывание электроклапана 17 с целью создания давления в пневматическом контуре 13. Между моментами t1 и t2 давление в контуре 13 стабилизируется в значении, по существу равном давлению Ps источника 16.
Начиная с момента t2, блок 22 управления подает через интерфейс 25 команду на закрывание электроклапана 17, чтобы контур 13 мог свободно опорожняться через контролируемый канал 11.
При этом блок 22 управления обнаруживает закупоривание канала 11 в зависимости от времени, которое требуется контуру 13, чтобы сравняться с окружающим давлением Ра в результате закрывания электроклапана 17.
Таким образом, возврат пневматического контура 13 к окружающему давлению Ра происходит быстро (см. время Т1) в случае не закупоренного канала 11, что показано в виде кривой С1. Возврат к окружающему давлению Ра является более долгим (см. время Т2) в случае частично закупоренного канала 11, так как потеря напора замедляет поток, что показано в виде кривой С2. Контур 13 остается под давлением в случае полностью закупоренного канала 11 по причине отсутствия потока, что показано в виде кривой С3. Таким образом, с учетом отсутствия потока время Т3 является бесконечным. В этом случае блок 22 управления обнаруживает полное закупоривание внутреннего канала 11, если обнаруживается, что окружающее давление Ра не достигнуто после контрольного промежутка времени, калибруемого в зависимости от применения и, в частности, от размеров контролируемого канала 11.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2b, после стабилизации давления в пневматическом контуре 13 блок 22 управления измеряет разность давления ΔР между давлением в момент закрывания электроклапана 17 и давлением по истечении времени Tsec, например, в несколько секунд, отсчитываемого, начиная с закрывания электроклапана 17. Так, отмечают, что эта разность времени является большой (см. разность ΔР1) в случае не закупоренного канала 11, что показано в виде кривой С1. Эта разность меньше (см. разность ΔР2) в случае частично закупоренного канала 11, так как потеря напора замедляет поток, что показано в виде кривой С2. В случае полностью закупоренного канала 11 разность давления является нулевой (см. разность ΔР3) по причине отсутствия потока, что показано в виде кривой С3.
В варианте осуществления, представленном на фиг. 2с, после стабилизации давления в пневматическом контуре 13 блок 22 управления измеряет время, необходимое пневматическому контуру 13, чтобы достичь фиксированного целевого давления Рс после закрывания электроклапана 17. Это целевое давление Рс превышает давление Ра и ниже давления Рs источника 16 давления. Преимуществом этого варианта осуществления является то, что он является более быстрым в применении, чем вариант осуществления, представленный на фиг. 2а.
Так, отмечается, что время, необходимое для достижения целевого давления Рс, является небольшим (см. время Т1') в случае не закупоренного канала 11, что показано в виде кривой С1. Это время является более значительным (см. время Т2') в случае частично закупоренного канала 11, так как потеря напора замедляет поток, что показано в виде кривой С2. Отмечается, что значения времени Т1' и Т2' меньше значений времени Т1 и Т2, полученных для идентичных кривых С1 и С2. В случае полностью закупоренного канала 11 время будет бесконечным (см. время Т3') по причине отсутствия потока, что показано в виде кривой С3. В этом случае блок 22 управления обнаруживает полное закупоривание внутреннего канала 11, если он обнаруживает, что целевое давление Рс не достигнуто после контрольного промежутка времени, калибруемого в зависимости от применения и, в частности, от размеров контролируемого канала 11.
В варианте осуществления, представленном на фиг. 2d, после стабилизации давления в пневматическом контуре 13 блок 22 управления определяет наклон производной ΔР/dt(Сi) кривой Сi изменения давления в пневматическом контуре 13 в зависимости от времени после закрывания электроклапана 17. Так, отмечается, что этот наклон является крутым (см. наклон ΔР/dt(С1)) в случае не закупоренного канала 11, что показано в виде кривой С1. Этот наклон является менее крутым (см. наклон ΔР/dt(С2)) в случае частично закупоренного канала 11, так как потеря напора замедляет поток, что показано в виде кривой С2. В случае полностью закупоренного канала 11 наклон является нулевым (см. наклон ΔР/dt(С3)), учитывая отсутствие потока, что показано в виде кривой С3.
Во всех рассматриваемых случаях изобретение основано на анализе давления во времени в пневматическом контуре 13, которое пропорционально отслеживаемой потере напора (закупориванию). Изобретение обеспечивает надлежащее состояние внутренних каналов 11 инструмента 12. Это приобретает еще большее значение в случае инструментов, предназначенных для микроскопической смазки или микроскопического распыления масла или MQL (от ʺMinimum Quantity Lubricationʺ на английском языке), для которых отсутствие закупоривания каналов, доставляющих смазочную текучую среду, обуславливает эффективную работу инструмента 12.