用于確定物體的污染的設備和方法

專利名稱：用于確定物體的污染的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于確定具體是工件的物體的污染的設備，所述設備具有用于通過流體清洗去除聚集在各物體上的污物顆粒的清洗區(qū)，且具有收集裝置，所述收集裝置具有至少一個保持裝置以用于捕獲從各物體清洗去除的污物微粒。
背景技術：
污物微粒，具體是金屬屑、灰塵、鑄砂或液滴可能影響工業(yè)生產的產品的功能，諸如例如用于內燃機的噴嘴的功能。工件在工業(yè)生產過程中的清潔度因此具有重要意義。在工業(yè)生產車間中，工件的清潔度或污染因此必須被系統(tǒng)地檢查。檢查清潔度或污染具體在中間和最終裝配操作之前是重要的。為保證工件的一致性的清潔度，已知通過隨機樣本檢查工件在生產過程中的污染程度。為確定工件在生產過程中的污染程度，通常通過雇員使用噴槍在分析池中利用液體清洗工件。工件上的污物微粒因此被從工件去除，且進入到清洗液體內。帶有污物微粒的液體然后被收集。利用過濾器膜過濾該液體。來自工件的污物微粒因此包含在過濾器膜內。過濾器膜隨后被稱重，以從過濾器膜的重量推斷工件的污染程度。因為在生產過程中檢查所有工件是非常耗費人力的，所以經常僅調查隨機樣本。然而，工件污染程度的手工確定不僅耗時而且不精確。當工件利用液體清洗時，存在工件被污染的風險。

發(fā)明內容
本發(fā)明所解決的問題是能以自動方式在生產過程中可靠地確定工件的污染。此問題通過在開始部分中所提及類型的設備解決，所述設備包括用于將來自各物體的被至少一個保持裝置捕獲的污物微粒移動到用于測量從各物體清洗去除的污物微粒的至少一個物理參數的測量裝置的運輸裝置。有利的是，測量裝置包括分析裝置，其中將涉及從各物體清洗去除的污物微粒的測量信息用于確定此物體的污染程度。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，保持裝置可通過運輸裝置移動以將其從收集裝置移出，進入到測量裝置內。在此情況中，保持裝置優(yōu)選地是過濾器。此過濾器可例如形成為保持在膜保持器內的過濾器膜。設備有利地包括用于此類帶有過濾器的膜保持器的倉盒。有利的是，將運輸裝置形成為被自動控制的操作器，具體是形成為機器人。利用此操作器或機器人，可將膜保持器以自動方式移出倉盒，進入到收集裝置內，以及從收集裝置移動到測量裝置內。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，過濾器是過濾器帶中的一部分。此過濾器帶可從展開站移動到纏繞站，作為用于過濾器帶內的該部分的運輸裝置。設備優(yōu)選地包含用于使得在清洗區(qū)內用于清洗去除污物微粒的流體循環(huán)的管線系統(tǒng)。有利的是，在管線系統(tǒng)內布置抽吸裝置，以用于抽吸通過保持裝置受到污物微粒的流體。帶有一個或多個噴嘴的管線有利地提供在清洗區(qū)內，以用于利用提取(extraction)流體進行清洗去除。有利的是，將設備形成為帶有圍繞清洗區(qū)的腔室。這樣，為使得例如工件的物體不會當在設備內分析其污染時被污染，且為使得相應的污染分析的結果不會被干擾，設備包括過濾器，例如HEPA過濾器，通過所述過濾器將例如空氣的過濾過的氣態(tài)流體送到腔室內。在HEPA過濾器中，尺寸在0.3μπι的范圍內的微小微?？杀粸V除。因此，HEPA過濾器具體地可從室內空氣中清除細小灰塵、香煙煙霧、煙氣、房屋灰塵、花粉、花簇粉末、細孔和氣味。使用HEPA過濾器，可對于微小微粒和懸浮物達到99.9%的總過濾有效率，即在10000個灰塵微粒中，僅3個未被分離出到相應的HEPA過濾器中。HEPA過濾器可通過帶有細網眼的由纖維素、合成纖維或玻璃纖維形成的編制織物制成。此織物在過濾器內被彼此疊置直至1000層。作為結果，提供了非常大的過濾器區(qū)?？赏ㄟ^與活性炭過濾器組合的HEPA過濾器實現特別好的過濾效果。此活性炭過濾器有利地布置在HEPA過濾器上游。供應經過濾的、氣態(tài)的流體在腔室內且在清洗區(qū)內產生了正壓。其結果是無灰塵微粒、污物微粒和液滴可從外部環(huán)境空氣穿透進入到腔室內。具體適合于設置正壓的是風扇，所述風扇將經過過濾的空氣通過過濾器送入到腔室內。為清潔腔室和清洗區(qū)，有利的是，設備裝配有用于通過流體清洗腔室壁的裝置。將帶有收集裝置和測量裝置的清洗區(qū)整合在容器狀的運輸柜內的事實使得設備可以靈活地使用，且容易地將設備在工業(yè)生產車間中重新布置到不同的地方。有利的是具體地使用帶有數字照相機且?guī)в性u估計算機的顯微鏡作為設備中的測量裝置。這使得可通過數字圖像處理的方法來分析物體或工件的污染程度，且也可分析污染的類型。為通過根據本發(fā)明的設備確定具體是工件的物體的污染，有利的是，首先在清潔房間的環(huán)境中用提取流體來清洗腔室。然后，收集清洗去除的污物微粒。在優(yōu)選的方法中，然后將收集到的污物微粒的空間尺度與參考值進行比較，用于分析污染情況。


本發(fā)明在下文中基于典型實施例更詳細地解釋，所述實施例在附圖中以示意性方式表示，其中:圖1示出了用確定工件的污染的第一設備；圖2示出了帶有用于污物微粒的收集裝置和測量裝置的第一設備的截面圖；圖3示出了帶有處理機器人的第一設備的截面圖；圖4示出了帶有用于污物微粒的收集裝置和測量裝置的用于確定工件的污染的第二設備；和圖5和圖6示出了在不同運行位置的第二設備的收集裝置。
具體實施例方式圖1示出了用于確定和分析工件102的污染的設備100。設備100包括具有運輸柜的形式的容器101。容器101具有腔室104。對于腔室104，容器101具有接近開口 106。腔室104可通過玻璃窗110打開和關閉，所述玻璃窗可根據雙箭頭108移動。腔室104包含用于要被分析污染情況的工件的保持裝置112。噴嘴114布置在腔室104內。噴嘴114連接到作為用于清洗工件的流體的清洗液體的管線系統(tǒng)。噴嘴114使得工件可在腔室104內在清洗區(qū)120內被清洗。具體適合于清洗工件的清洗液體是具有液態(tài)中性清潔劑或冷清潔劑的形式的清洗液體。如果用于清洗液體的管線系統(tǒng)內的壓力在噴嘴114的區(qū)域內處在Ibar至6bar之間，則利用此清潔液體可高度有效地將工件去除污物微粒和污染物。噴嘴114可具體地形成為全射流(full-jet)噴嘴和/或形成為平射流(flat-jet)噴嘴。已發(fā)現，如果噴嘴以大致3bar的流體壓力運行，則利用此噴嘴可實現良好的清潔效果。然而，在腔室104內也可使用具有多個噴嘴的噴槍，所述噴嘴由噴槍外周圍上的孔形成。圖2是設備100的示意性截面圖。設備100包含空氣過濾器122。過濾器122優(yōu)選地設計為所謂的“HEPA細過濾器”，其具有在后文中將提及的特殊特征?？諝膺^濾器122作為懸浮物過濾器起作用。優(yōu)選地，所述空氣過濾器122具有大致10 μ m或更小的過濾器細度。過濾器細度表示被過濾器所保持的微粒的微粒尺寸。為過濾空氣，空氣過濾器112具體地包括帶有玻璃纖維的玻璃纖維墊，所述玻璃纖維的直徑優(yōu)選地處在Iym至10 μπι的范圍內。此玻璃纖維墊固定在支承框內且在其處形成了波狀的或鋸齒的過濾器結構。通過玻璃纖維墊，流過空氣過濾器112的空氣通過篩除效應而被清潔。這意味著流過空氣過濾器112的空氣內的污物微粒由于其尺寸而保持被捕獲在玻璃纖維墊的纖維之間。另外，空氣也在空氣過濾器112內通過慣性效應而被清潔。這是因為通過空氣過濾器112的空氣內的污物微粒必然不跟隨空氣流圍繞玻璃纖維墊內的單獨的玻璃纖維。由于慣性，一些灰塵微粒也撞擊了玻璃纖維墊內的相應的玻璃纖維。此灰塵微粒因而牢固地保持附著到玻璃纖維。流過空氣過濾器112的空氣另外地也通過所謂的屏障效應被清潔。屏障效應基于如下原理，即:非常小的灰塵微粒當非常接近空氣過濾器內的玻璃纖維時被玻璃纖維吸引。此外，空氣過濾器112內的空氣被擴散效應清潔。這是因為非常小的灰塵微粒不在空氣過濾器112內隨空氣流的流動而移動，而是具有對應于布朗分子運動的任意軌跡。如果灰塵微粒的此布朗運動導致與玻璃纖維的撞擊，則這些灰塵微?？赡鼙３指街较鄳睦w維。空氣過濾器112符合根據歐洲標準ΕΝ1822-1:1998的HlO級過濾器。為特別精確地分析工件的污染，有利的是使用HEPA過濾器作為過濾器，其中的空氣過濾器細度大致為5 μ m或更小。清洗液體162在此情況中作為用于污物微粒178的提取液體起作用。設備100包括風扇124，通過所述風扇使空氣通過細過濾器122上的進氣裝置126、通過頂板128內的通道123進入到腔室104內。風扇124使得可設定經過濾的空氣在腔室104內的正壓環(huán)境。此措施保證可在腔室104內設定符合如通過IS014644規(guī)定的清潔房間級別3或如通過美國聯邦標準2009規(guī)定的清潔房間級別100的清潔房間環(huán)境。此措施具體地保證無污物微粒和液滴可從環(huán)境空氣穿透進入到腔室104內。通過噴嘴114，可使用清洗液體162將布置在腔室104內的工件102上的污物微粒178清洗去除。清洗液體162因此作為用于工件102上的污物微粒178的提取液體起作用。腔室104具有腔室壁117和帶有圓角137的漏斗形的地板136。腔室壁117是防濺壁。圓角137的作用是在腔室104內不出現污物的死角。地板136包括排放開口 138。排放開口138開放到管線140內。
為清潔腔室104的腔室壁117，設備100包含腔室壁清洗裝置115。所述腔室壁清洗裝置115通過控制閥119連接到管線136。設備100包括可移動的過濾器帶146。過濾器帶146包括無紡的纖維織物。所述過濾器帶146在設備100內沿箭頭148的方向從展開輥150移動到纏繞輥151。展開輥150是展開站，而纏繞輥151是纏繞站。為使得過濾器帶146移動，纏繞輥151被與電動馬達154相結合。過濾器帶146在管線140的端部凸緣144上被引導。漏斗元件158布置在過濾器帶146的背離端部凸緣144的一側156上。漏斗元件158連接到用于清洗液體的管線系統(tǒng)136。過濾器帶146的在漏斗元件158處的部分168作為具有用于來自工件102的灰塵微粒178的過濾器的形式的保持裝置。腔室104的漏斗形地板136、排放開口 138、管線140、部分168和漏斗元件158形成了收集裝置142，其中部分168是用于清洗去除的污物微粒178的保持裝置。通過電動馬達154，部分168可通過將過濾器帶146纏繞在纏繞輥152上而移動到加熱裝置180且繼續(xù)移動到帶有顯微鏡171的測量裝置170上。加熱裝置180用于將過濾器帶146的部分168干燥，然后將所述部分168引導到顯微鏡171。這使得可通過顯微鏡171觀察從工件102清洗去除的污物微粒178而不干擾液滴。帶有展開輥150和纏繞輥151的過濾器帶146作為用于部分168的運輸裝置152起作用。抽吸泵160布置在用于清洗液體的管線系統(tǒng)136中。通過抽吸泵160，可將清洗液體162通過過濾器帶146的部分168吸入到漏斗元件158的區(qū)域內且運輸到用于清洗液體的存儲柜164中。用于清洗液體的管線系統(tǒng)136包含供給泵166。通過供給泵166，可將清洗液體從存儲柜168泵送到噴嘴114，以使用清洗液體162清洗布置在清洗區(qū)120內的工件。測量裝置170內的顯微鏡171包含數字圖像傳感器172。數字圖像傳感器172連接到計算機單元174。計算機單元174是分析裝置。所述計算機單元174具有其中載入了圖像處理程序的程序存儲器176。通過圖像處理程序，可確定和記錄被捕獲在過濾器帶146的部分內的污物微粒178的數量及其特征參數，例如其長度。污物微粒的數量或其特征參數是工件污染的度量。使用計算機單元174，可因此通過與參考值的比較確定各工件的污染程度。為指示通過測量裝置170確定的工件102的污染程度，設備具有如在圖1中所示的顯示單元173。基于圖1和圖2所述的用于分析工件的污染的設備的運行如下:首先，利用清潔液體或提取液體162通過腔室壁清洗裝置115清洗腔室104自身，以從設備移除沉積在腔室104的腔室壁117上的污物微粒。清洗液體162通過抽吸泵160被抽吸。來自腔室104的污物微粒178因此包含在過濾器帶146的部分168內。然后通過電動馬達154使此部分168移動經過加熱裝置180到顯微鏡170。然后利用顯微鏡170和結合到顯微鏡170的計算機單元174確定腔室104的污染程度。如果腔室104滿足事先規(guī)定的且存儲在計算機單元174內的清潔性標準，則然后例如由操作者將待被確定污染程度的工件102布置在腔室104內。在窗110關閉的情況下，然后利用清洗液體清洗工件102。如果在部分168中保持了過多的污物微粒，則可重復對于腔室104的清洗過程。通過抽吸開口 138，清洗液體通過抽吸泵160而移動通過過濾器帶146。在清洗工件之后，過濾器帶146首先移動到加熱裝置180且然后移動到測量裝置170，以通過顯微鏡171分析來自工件102的保持在過濾器帶146的部分168內的污物微粒178。如果通過測量裝置170檢測到的污染因此超過了閾值，則在設備100的顯示單元173上發(fā)出警告消息。圖3示出了用于分析工件的污染的設備100，所述設備100具有形成為機器人的處理裝置107。因而，，不需要操作者將工件102裝載到腔室104和從腔室104卸載工件102。為使得污物微粒不能從環(huán)境空氣進入到打開的腔室104內，因而通過風扇124抽吸空氣流101，且設定空氣流301流出腔室104且通過空氣過濾器122和通道123流動到外側?；诰嫦ⅲ缓罂衫缰貜凸ぜ?02的污染測量。這是因為，當在設備100內測量污染時，也將工件清潔。然而，基于警告消息，也可例如中斷工業(yè)生產設備中的生產。圖4示出了用于確定和分析工件污染的另外的設備400。為此目的，設備400的結構對應于圖1和圖2的設備100的結構，子組件在圖4中通過與圖1和圖2相比加上數字300的附圖標記指示。設備400具有操作器652。操作器652是處理機器人。所述操作器652用于從倉盒608接收具有過濾器膜的形式的過濾器元件604的目的，所述過濾器膜布置在過濾器保持器606內以將其定位成抵靠著管線440的端部凸緣444。過濾器元件604位于過濾器保持器606內的夾緊環(huán)(未示出)中。夾緊環(huán)保證散布有污物微粒的流體在過濾器保持器606內不能移動經過過濾器元件604。在設備400中，漏斗元件458布置在伸縮管610上。漏斗元件458可以在此伸縮管610中在過濾位置和釋放位置之間通過驅動缸612移動。在此，腔室404的漏斗形地板436、排放開口 438、管線440、帶有過濾器膜604的過濾器保持器606以及漏斗元件458作為收集裝置442起作用，其中過濾器膜604是用于污物微粒478的保持裝置。操作器652是用于此保持裝置的運輸裝置652。圖5示出了處于過濾位置的管線440和漏斗元件458。在此位置中，清洗液體162可由管線系統(tǒng)436中的抽吸泵460從腔室440通過過濾器元件604抽吸到過濾器保持器606 內 ο圖6示出了處于釋放位置的管線140和過濾器元件158。帶有過濾器元件604的過濾器保持器606可通過操作器652從釋放位置移動到加熱裝置480，且從加熱裝置480移動到測量裝置470的顯微鏡471下方。在測量裝置470中，測量收集在過濾器器元件604內的污物微粒478。測量結果然后顯示在設備的顯示單元上。替代地或另外地，測量結果也可傳輸到工業(yè)生產車間的控制中心。在測量之后，帶有過濾器元件604的過濾器保持器606被移動回到倉盒608內。為進行新的測量，操作器652然后從倉盒608移出帶有未使用的過濾器元件604的新的過濾器保持器606，且將其移動到管線440的端部凸緣444?？墒褂脕碜郧皇冶谇逑囱b置415的流體來清洗設備400內的腔室404的腔室壁417，即使無過濾器元件604布置在管線440的端部凸緣處也是如此。如果腔室404在不帶有工件404而是帶有布置在管線440處的過濾器元件604的情況下被清洗，則可確定設備400內的污物微粒的盲值(blind value)。
以上所述的用于分析工件的污染的自動設備具體地適合于整合在生產線或裝配線中，以實現本地的自動化清潔性分析。在生產線或裝配線中，清潔性分析是有意義的，具體是在進行工件的預裝配或最終裝配的情況時。在此，例如可在生產過程中，以定期的間隔以隨機取樣的方式檢查工件。這使得例如可將自動的批次記錄傳遞到生產車間的主控計算機處。工件的預裝配和最終裝配之前的清潔性分析保證了不發(fā)生將被污染的工件進行裝配。因此，本發(fā)明也涉及包括多個部件的復雜系統(tǒng)的預裝配或最終裝配的、使用以上所述的分析設備的裝配線。作為總結，具體地注意到本發(fā)明的如下優(yōu)選的特征:本發(fā)明涉及用于確定具體是工件的物體的污染的設備100、400。設備100、400具有用于通過流體清洗去除聚集在各物體102、402上的污物微粒178、478的清洗區(qū)120、420。設備100、400包含收集裝置142、442，所述收集裝置具有至少一個用于捕獲從各物體102、402清洗去除的污物微粒178、478的保持裝置168、604。設備100、400包括用于將被所述至少一個保持裝置168、604捕獲的污物微粒178、478從各物體102、402移動到測量裝置170、470的運輸裝置152、652。測量裝置170、470用于測量從各物體102、402清洗去除的污物微粒178、478的至少一個物理參數。
權利要求
1.一種用于確定具體是工件的物體的污染的設備(100、400)，所述設備(100、400)具有用于通過流體清洗去除聚集在各物體(102、402)上的污物微粒(178、478)的清洗區(qū)(120,420),并且具有收集裝置(142,442),所述收集裝置(142,442)具有至少一個用于捕獲從各物體(102、402 )清洗去除的污物微粒(178、478 )的保持裝置(168、604 )， 其特征在于， 所述設備(100、400 )包括運輸裝置(152、652 )，所述運輸裝置(152、652 )用于將被所述至少一個保持裝置(168、604)捕獲的污物微粒(178、478)從各物體(102、402)移動到用于測量從各物體(102、402)清洗去除的污物微粒(178、478)的至少一個物理參數的測量裝置(170、470)。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述測量裝置包括分析裝置(174、474)，其中涉及從各物體(102、402 )清洗去除的污物微粒(171、478 )的測量信息被用于確定該物體(102、402)的污染程度。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述運輸裝置(152、652)將所述至少一個保持裝置(168、604 )從所述收集裝置(142、442 )移動到所述測量裝置(170、470 )。
4.根據權利要求1至3中一項所述的設備，其特征在于，所述至少一個保持裝置包括被保持在膜保持器(606)內的過濾器膜(604)。
5.根據權利要求4所述的設備，其特征在于，所述運輸裝置是被自動控制的操作器，具體地是機器人(652 )，所述操作器用于將所述膜保持器(606 )從倉盒(608 )移動到所述收集裝置(442)內和/或從所述收集裝置(442)移動到所述測量裝置(470)內。
6.根據權利要求1至 3中一項所述的設備，其特征在于，所述至少一個保持裝置包括過濾器帶(146)的一部分(168)。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述過濾器帶(146)能夠從展開站(150)移動到纏繞站(151)且用作用于所述過濾器帶(146)內的所述部分(168)的運輸裝置(152)。
8.根據權利要求1至8中一項所述的設備，其特征在于，用于使清洗去除污物微粒(178,478)的流體(162、462)循環(huán)的管線系統(tǒng)(136、436)被提供在所述清洗區(qū)(120、420)內，且至少一個噴嘴(114、414)布置在所述清洗區(qū)(120,420)內用于利用流體(162、462)進行清洗去除。
9.根據權利要求8所述的設備，其特征在于，用于吸入通過所述至少一個保持裝置(168,604)受到污物微粒的流體(162、462)的抽吸裝置(160、460)布置在所述管線系統(tǒng)(136,436)內。
10.根據權利要求1至9中一項所述的設備，其特征在于，包括圍繞所述清洗區(qū)(120、420)的腔室(104、404)和用于在所述清洗區(qū)(120,420)內設置正壓力和/或用于通過將已被去除污物微粒(178、478)的氣態(tài)流體(101、301)供應到所述腔室(104、404)內來清洗所述清洗區(qū)(120、420)的裝置。
11.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，能夠供應到所述腔室(104、404)內的所述氣態(tài)流體已通過過濾器(122、422)以從中去除污物微粒。
12.根據權利要求11所述的設備，其特征在于，所述過濾器(122、422)包括以波狀的或鋸齒的方式布置的玻璃纖維墊。
13.根據權利要求1至12中一項所述的設備，其特征在于，用于利用流體(162，462)清洗所述腔室(104,404)的腔室壁(117,417)的裝置(115,415)布置在所述腔室(104,404)內。
14.根據權利要求1至13中一項所述的設備，其特征在于，所述測量裝置(170)具有帶有數字照相機(172)和評估計算機(174)的顯微鏡(171、471 )。
15.根據權利要求 1至14中一項所述的設備，其特征在于，帶有所述收集裝置(142、442)和所述測量裝置(170、470)的所述清洗區(qū)(120、420)被容納在運輸柜(101、401)內。
16.一種用于具體地通過根據權利要求1至15中一項所述的設備確定具體是工件的物體的污染程度的方法， 其中具體地在清潔房間環(huán)境中通過流體(162、462)從物體(102、402)清洗去除污物微粒(178、478)， 其中收集被從物體(102、402)清洗去除的污物微粒(178、478)， 其中將從物體(102、402)收集的污物微粒(178、478)的空間尺度和/或數量與參考值對比，并且 其中從物體(102、402)收集的污物微粒(178、478)的所述空間尺度和/或所述數量的偏差被用于推斷所述物體(102、402)的污染程度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定具體是工件的物體的污染的設備(100)。所述設備(100)具有用于通過流體清洗去除聚集在單個物體(102)上的污物微粒(178)的清洗區(qū)(120)。所述設備(100)內具有收集單元(142)，所述收集單元(142)包括至少一個用于捕獲從各物體(102)清洗去除下來的污物微粒(178)的保持裝置(168)。根據本發(fā)明，該設備(100)包括用于將通過所述至少一個保持裝置(168)捕獲的污物微粒(178)從各物體(102)移動到測量單元(170)的運輸單元(152)。所述測量單元(170)用于測量從各物體(102)清洗去除的污物微粒(178)的至少一個物理參數。
文檔編號B08B3/02GK103153493SQ201180048286
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權日2010年10月4日
發(fā)明者赫爾曼-約瑟夫·戴維, 埃貢·卡斯克 申請人:杜爾艾科克林有限公司