阅读说明：本技术 模具面的激光清洗方法 (Laser cleaning method for die surface ) 是由 茂谷明宏 于 2020-02-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供模具面的激光清洗方法,能够将激光的照射宽度设定得更宽,能够抑制清洗不均并且提高清洗效率。模具面的激光清洗方法包含根据模具面(2S)的三维侧面轮廓(PA)的数据,设定激光头(5)的移动动作和激光(L)的照射宽度(Lw)的示教工序。示教工序包含将三维侧面轮廓(PA)划分为呈沿第1坐标轴方向延伸的带状的多个清洗区域(Y)的步骤。在各清洗区域(Y)中,在沿着基准线(J)的深度方向上,清洗区域(Y)的最深部(ya)与最浅部(yb)的深度之差(Δh)分别为激光(L)的焦点深度的宽度(F)以下,所述基准线通过清洗区域(Y)的宽度中心(C)并与清洗区域(Y)的轮廓形状(PB)垂直。(The invention provides a laser cleaning method for a die surface, which can set the irradiation width of laser wider, inhibit uneven cleaning and improve cleaning efficiency. The method for laser cleaning a mold surface includes a teaching step of setting a movement operation of a laser head (5) and an irradiation width (Lw) of a laser beam (L) based on data of a three-dimensional side Profile (PA) of the mold surface (2S). The teaching process includes a step of dividing the three-dimensional side Profile (PA) into a plurality of cleaning regions (Y) in a band shape extending in the 1 st coordinate axis direction. In each cleaning region (Y), the difference (Deltah) between the depths of the deepest portion (ya) and the shallowest portion (yb) of the cleaning region (Y) in the depth direction along a reference line (J) that passes through the width center (C) of the cleaning region (Y) and is perpendicular to the contour shape (PB) of the cleaning region (Y) is equal to or less than the width (F) of the focal depth of the laser light (L).)

模具面的激光清洗方法

技术领域

本发明涉及利用从激光头照射的激光来清洗模具面的激光清洗方法。

背景技术

例如，轮胎的硫化模具由于反复使用而在模具面上附着由橡胶或脱模剂等构成的污垢。这种污垢逐渐堆积，如果一直放置，则会对成型精度造成不好的影响，降低轮胎的品质。因此，需要定期地清洗模具面。

在下述的专利文献1中，提出了一种清洗系统，该清洗系统向成型面照射激光，即使是复杂形状的成型面，也能够不花费人力地高效地去除污垢。在该清洗系统中，在清洗模具时，通过照相机取得该模具的成型面的三维图像数据，根据取得的图像数据，一边使激光头沿着成型面移动一边照射激光，来去除附着在成型面上的污垢。

专利文献1：国际公开第2015/199113号

在所述专利文献1中，如图11概念性地示出那样，使激光头a相对于成型面b在垂直方向上保持一定的距离c地移动。

但是，激光的焦点深度通常为±10mm左右，即焦点深度的宽度窄至20mm左右。因此，在模具为胎面形成用的模具的情况下，由于形成于成型面b的胎面槽形成用的凹凸部e的深度变化d1在焦点深度的宽度以内，因此能够应对。但是，由于由胎面轮廓形状f引起的半径方向的深度变化d2超过焦点深度的宽度，因此无法应对。

因此，在专利文献1中，使用激光的照射宽度w不同的多个激光头，在垂直方向的深度变化大的区域(例如胎肩侧的区域)中使用照射宽度w较小的激光头。由此，将照射区域内的深度变化抑制在焦点深度的宽度以内，抑制了照射不均、清洗不均。

但是，在沿垂直方向照射激光的情况下，成型面中的垂直方向的高度变化变大。因此，需要将激光的照射宽度设定得更窄。其结果，导致激光的照射次数增加，存在清洗效率降低的问题。

发明内容

因此，本发明的课题在于提供能够将照射区域内的深度变化抑制在焦点深度的宽度以内并且将激光的照射宽度设定得更宽，能够抑制清洗不均并且提高清洗效率的模具面的激光清洗方法。

本发明是一种激光清洗方法，在该激光清洗方法中，利用从激光头照射的激光对模具面进行清洗，其中，该激光清洗方法包含：测定工序，测定所述模具面，得到所述模具面的三维侧面轮廓；示教工序，根据所述三维侧面轮廓的数据，设定所述激光头的移动动作和所述激光的照射宽度；以及清洗工序，根据通过所述示教工序设定的所述移动动作和所述照射宽度对所述模具面进行清洗，所述示教工序包含将所述三维侧面轮廓划分为呈沿第1坐标轴方向延伸的带状并且用于利用所述照射宽度的激光进行清洗的多个清洗区域的步骤，在各所述清洗区域中，在沿着基准线的深度方向上，所述清洗区域的最深部与最浅部的深度之差Δh分别为所述激光的焦点深度的宽度F以下，所述基准线通过所述清洗区域的宽度中心并与所述清洗区域的轮廓面正交。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，所述模具面是轮胎硫化模具的模具面，所述第1坐标轴方向是轮胎周向。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，所述焦点深度的宽度F为20mm。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，所述激光的照射宽度为10mm～70mm的范围。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，对在第2坐标轴方向上相邻的清洗区域中的一个清洗区域进行照射的所述激光的照射区域与对另一个清洗区域进行照射的所述激光的照射区域局部重叠，并且它们的重叠宽度为3mm～5mm，所述第2坐标轴方向与所述第1坐标轴方向正交。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，在所述清洗工序中，各所述清洗区域分别通过进行一次以上使所述照射宽度的激光沿所述第1坐标轴方向移动的激光照射来进行清洗。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，在各所述清洗区域中，所述激光照射的次数为多次。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，所述多次激光照射包含所述激光的光轴相对于所述基准线沿第2坐标轴方向以角度+α倾斜的第1激光照射和所述激光的光轴相对于所述基准线沿第2坐标轴方向以角度-α倾斜的第2激光照射。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，所述第1激光照射由所述激光的光轴相对于所述基准线沿第1坐标轴方向以角度+β倾斜的激光照射和所述激光的光轴相对于所述基准线沿第1坐标轴方向以角度-β倾斜的激光照射构成。

在本发明的模具面的激光清洗方法中，优选的是，所述第2激光照射由所述激光的光轴相对于所述基准线沿第1坐标轴方向以角度+β倾斜的激光照射和所述激光的光轴相对于所述基准线沿第1坐标轴方向以角度-β倾斜的激光照射构成。

在本发明中，在根据三维侧面轮廓的数据设定激光头的移动动作和激光的照射宽度的示教工序中，将所述三维侧面轮廓划分为沿第1坐标轴方向延伸的带状的多个清洗区域。该清洗区域是用于利用照射宽度的激光进行清洗的区域。

在各所述清洗区域中，在沿着通过所述清洗区域的宽度中心并与所述清洗区域的轮廓形状正交的基准线的深度方向上，所述清洗区域的最深部与最浅部的深度之差Δh分别为所述激光的焦点深度的宽度F以下。

因此，通过沿所述基准线照射激光，与沿垂直方向照射激光的情况相比，能够将照射区域内的深度变化抑制在焦点深度的宽度F以内并且将照射宽度设定得更宽。其结果是，能够抑制清洗不均并且提高清洗效率。

附图说明

图1是示出用于实施本发明的模具面的激光清洗方法的激光清洗装置的一个实施例的概念图。

图2是示出模具的一个实施例的立体图。

图3的(a)、图3的(b)是说明测定工序的概念图。

图4是示出通过示教工序划分出的清洗区域的三维侧面轮廓的立体图。

图5是说明清洗区域的局部放大图。

图6是说明清洗工序的概念图。

图7的(a)～图7的(c)是示出示教工序中的清洗区域的划分方法的一例的概念图。

图8的(a)、图8的(b)是示出第1激光照射以及第2激光照射的概念图。

图9的(a)、图9的(b)是示出形成第1激光照射的角度+β的激光照射以及形成第2激光照射的角度-β的激光照射的概念图。

图10的(a)～图10的(c)是示出示教工序中的清洗区域的划分方法的其他例子的概念图。

图11是用于说明本发明的课题的概念图。

标号说明

2S：模具面；5：激光头；30：激光照射；30A：第1激光照射；30A1：激光照射；30A2：激光照射；30B：第2激光照射；30B1：激光照射；30B2：激光照射；31：照射区域；C：宽度中心；J：基准线；L：激光；Lw：照射宽度；PA：三维侧面轮廓；PB：轮廓形状；W31：重叠宽度；Y：清洗区域；ya：最深部；yb：最浅部；Δh：深度之差。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。

如图1所示，用于实施本发明的激光清洗方法的激光清洗装置1构成为包含：载置台3，其用于保持模具2；测定构件4，其用于得到所保持的模具2的模具面2S的三维侧面轮廓；激光头5，其用于向模具面2S照射激光L；多轴机器人6，其用于支承激光头5；以及控制装置7，其用于根据三维侧面轮廓的数据来控制多轴机器人6。

在本例中，模具2是轮胎硫化模具，特别示出了模具2是胎面成型模具的组合模8的情况。如图2所示，组合模8包含用于成型轮胎的胎面的圆弧状的成型面8A和与成型面8A的轮胎轴向两侧相连的分割面8B。在本例中，成型面8A和分割面8B构成作为清洗对象的模具面2S。分割面8B是胎侧成型模具(省略图示)间的分割面。

在成型面8A上形成有胎面花纹形成用的凸部9。作为凸部9，配置有沿轮胎周向延伸的例如3个周向肋9A和沿与该周向肋9A交叉的方向延伸的多个横肋9B。凸部9根据胎面花纹而形成。

如图1所示，这样的模具2(组合模8)以模具面2S朝向上方的状态保持在载置台3上。本例的载置台3是固定台，示出了将模具2保持为在规定的位置不进行移动的情况。但是，例如在模具2为胎侧成型模具的情况下，作为载置台3，也可以采用用于将胎侧成型模具支承为能够绕轮胎轴心旋转的旋转台。

作为多轴机器人6，可以优选地采用工业用机械手。本例的多轴机器人6例如包含配置在基座部分的旋转台11和支承在旋转台11上的机器人臂12。机器人臂12可通过多个支点12A而弯曲，并且机器人臂12包含可伸缩的臂部分12B。由此，能够使安装在机器人臂12的前端部的激光头5自由地进行三维的移动动作。

作为激光头5，可以采用由激光制造商提供并销售的各种激光头。该激光头5利用内置的反射镜在宽度方向上扫描从激光振荡器(省略图示)输出的脉冲光，由此能够在例如10mm～70mm的范围内调整激光L的照射宽度Lw。照射宽度Lw是指与光轴成直角的方向上的激光L的宽度。

本例的激光头5例如具有±10mm的焦点深度。即，焦点深度的宽度F为20mm。因此，在该焦点深度内，激光L能够作用大致均匀的能量，能够抑制照射不均、清洗不均。

测定构件4测定保持在载置台3上的模具2的模具面2S，得到其三维侧面轮廓PA(如图3的(b)所示)。作为测定构件4，只要能够测定模具面2S的三维形状即可，例如可以采用各种传感器以及照相机。

在所述“三维侧面轮廓PA”中，也包含由胎面花纹形成用的所述凸部9形成的凹凸形状。另外，后述的“轮廓形状PB”是指除去三维侧面轮廓PA中的由所述凸部9形成的凹凸形状而平滑地连接的假想侧面轮廓。

接着，对使用了激光清洗装置1的激光清洗方法进行说明。激光清洗方法包含测定工序、示教工序和清洗工序。

测定工序是使用所述测定构件4测定模具面2S，得到其三维侧面轮廓PA的工序。在本例中，使用3D激光传感器4A作为测定构件4。该3D激光传感器4A安装在机器人臂12上，能够移动到自由的位置。

如图3的(a)、图3的(b)所示，在本例的测定工序中，在轮胎轴向的多个位置(例如3个位置)，分别沿轮胎周向扫描模具面2S，将各位置的测定数据D发送到例如作为计算机的控制装置7。控制装置7将各位置的每个位置的测定数据D相加，制作模具面2S整体的三维侧面轮廓PA。

在示教工序中，根据三维侧面轮廓PA的数据，设定激光头5的移动动作和激光L的照射宽度Lw。

如图4中概念性地示出那样，该示教工序包含将三维侧面轮廓PA划分为沿第1坐标轴方向延伸的带状的多个(本例中为5个)清洗区域Y的步骤。该清洗区域Y形成为通过使按照每个清洗区域Y而设定的照射宽度Lw的激光L沿第1坐标轴方向移动来进行清洗的区域。在图3～图9中，为了方便，省略由横肋9B形成的凹凸地描绘三维侧面轮廓PA。

在本例中，设定轮胎周向作为第1坐标轴方向。另外，设定轮胎轴向作为与第1坐标轴方向垂直的第2坐标轴方向。

图5示出了三维侧面轮廓PA的一部分。如图5中代表性地示出的那样，在各清洗区域Y中，分别在沿着基准线J的深度方向(以下，有时称为“基准线J方向”)上，将清洗区域Y的最深部ya与最浅部yb的深度之差Δh设定为激光L的焦点深度的宽度F以下。即，在各清洗区域Y中，将基准线J方向上的清洗区域Y的深度变化的最大Δh(相当于所述深度之差Δh)设定为焦点深度的宽度F以下。

基准线J被定义为通过清洗区域Y的宽度中心C并与该清洗区域Y的轮廓形状PB垂直的线。另外，宽度中心C是指与轮廓形状PB垂直的线中的与清洗区域Y的两端(第1坐标轴方向的两端)之间的距离相等的线与所述三维侧面轮廓PA相交的点。

在该步骤中，能够以将基准线J方向上的清洗区域Y的深度变化的最大Δh抑制在焦点深度的宽度F以下并且使清洗区域Y的与基准线J成直角的方向上的区域宽度Yw最大的方式，将三维侧面轮廓PA划分为多个清洗区域Y。其结果是，能够抑制因偏离焦点深度而引起的清洗不均并且提高清洗效率。

在此，对所述步骤中的清洗区域Y的划分方法的一例进行说明。如图7的(a)所示，将三维侧面轮廓PA的第2坐标轴方向的一端作为起点Qa1，在三维侧面轮廓PA上，将临时的宽度中心C’从起点Qa1向第2坐标轴方向的另一端侧移动。并且，在每次移动时，设置通过临时的宽度中心C’并与轮廓形状PB垂直的临时的基准线J’。将从临时的基准线J’向另一端侧离开与该临时的基准线J’和所述起点Qa1之间的距离相等的距离的三维侧面轮廓PA上的点设为终端Qb1。然后，将起点Qa1与终端Qb1之间作为临时的清洗区域Y’，在该临时的清洗区域Y’中求出临时的基准线J’方向的深度变化的最大Δh’。然后，比较最大Δh’与焦点深度的宽度F，在Δh’<F时，使所述临时的宽度中心C’进一步向另一端侧移动，依次重复上述操作。

所述临时的宽度中心C’的移动优选以规定的间隔进行。作为所述间隔，优选为1mm～5mm的范围，但从运算效率的观点出发，在本例中采用5mm。另外，临时的宽度中心C’的移动也可以是连续的。

然后，如图7的(b)所示，在满足Δh’≤F的临时的清洗区域Y’中，将区域宽度Yw最接近预先设定的上限值Ywmax的清洗区域设定为第1个清洗区域Y。作为区域宽度Yw的上限值Ywmax，优选采用激光L的调整宽度的上限值(例如70mm)。

作为第2个清洗区域Y，如图7的(c)所示，将第1个清洗区域Y的终端Qb1作为第2个清洗区域Y的起始端Qa2，使临时的宽度中心C’从起始端Qa2向另一端侧移动。然后，与第1个清洗区域Y的情况相同，将满足Δh’≤F的临时的清洗区域Y’中的区域宽度Yw最接近预先设定的上限值Ywmax的清洗区域设定为第2个清洗区域Y。

通过依次重复该操作，如图4所示，能够将三维侧面轮廓PA划分为满足Δh≤F并且区域宽度Yw在上限值Ywmax以下且为最大的多个清洗区域Y。

使用预先组装到所述控制装置7内的运算程序自动地进行这样的运算。

如图6所示，在示教工序中，对每个清洗区域Y设定用于照射该清洗区域Y的激光L的照射宽度Lw。该照射宽度Lw为区域宽度Yw以上，优选Lw>Yw，更优选差(Lw-Yw)为3mm～5mm。

另外，在示教工序中，对每个清洗区域Y设定激光头5距清洗区域Y的距离。具体而言，如图5所示，在各清洗区域Y中，以在基准线J上并且高度处于所述深度之差Δh的1/2的位置K成为焦点的方式设定激光头5的位置。

在清洗工序中，如图6所示，根据通过示教工序设定的激光头5的移动动作和激光L的照射宽度Lw来清洗模具面2S。

具体而言，对每个清洗区域Y进行一次以上激光照射30，该激光照射30是使用于该清洗区域Y而设定的照射宽度Lw的激光L向第1坐标轴方向(轮胎周向)移动来进行的。在激光照射30中，一边使光轴与基准线J一致或以较小的角度倾斜一边对清洗区域Y照射激光L。另外，向第1坐标轴方向(轮胎周向)的移动可以连续地移动，也可以间断地移动。

此时，在各清洗区域Y中，通过使照射宽度Lw大于区域宽度Yw，在第2坐标轴方向(轮胎轴向)上相邻的激光L的照射区域31彼此局部重叠。由此，能够防止在照射区域31之间产生间隙而产生清洗不均。另外，照射区域31之间的重叠宽度W31优选为3mm～5mm。若低于3mm，则可能由于误差或作业偏差而导致产生间隙。相反地，即使重叠宽度W31超过5mm，清洗作用也没有变化，但会导致清洗工序的时间变长这样的不良情况。另外，重叠宽度W31被定义为沿着轮廓形状PB的宽度。

在此，在各清洗区域Y中，在使光轴与基准线J一致地照射激光L的情况下，根据胎面花纹，会因模具面2S上的凸部9而产生阴影，激光L未直接照射，由此，可能产生污垢不脱落的部位。

因此，在本例中，对每个清洗区域Y进行多次所述激光照射30。如图8的(a)、图8的(b)所示，该多次激光照射30包含：激光L的光轴j相对于基准线J沿第2坐标轴方向以角度+α倾斜的例如2次的第1激光照射30A；以及激光L的光轴j相对于基准线J沿第2坐标轴方向以角度-α倾斜的例如2次的第2激光照射30B。

“+α”表示光轴j相对于基准线J向第2坐标轴方向的一侧(图中为右侧)倾斜α度，“-α”表示光轴j相对于基准线J向第2坐标轴方向的另一侧(图中为左侧)倾斜。

另外，如图9的(a)、图9的(b)所示，2次的第1激光照射30A由激光照射30A1和激光照射30A2构成，在该激光照射30A1中，激光L的光轴j相对于基准线J沿第1坐标轴方向以角度+β倾斜，在该激光照射30A2中，激光L的光轴j相对于基准线J沿第1坐标轴方向以角度-β倾斜。

“+β”表示光轴j相对于基准线J向第1坐标轴方向的一侧(图中为右侧)倾斜β度，“-β”表示光轴j相对于基准线J向第1坐标轴方向的另一侧(图中为左侧)倾斜。

在本例中，2次的第1激光照射30A是通过使激光L在第1坐标轴方向上往复来进行的，激光照射30A1作为去路侧的照射来进行，激光照射30A2作为回路侧的照射来进行。

同样地，2次的第2激光照射30B由激光照射30B1和激光照射30B2构成，在该激光照射30B1中，激光L的光轴j相对于基准线J沿第1坐标轴方向以角度+β倾斜，在该激光照射30B2中，激光L的光轴j相对于基准线J沿第1坐标轴方向以角度-β倾斜。

在本例中，2次的第2激光照射30B是通过使激光L在第1坐标轴方向上往复来进行的，激光照射30B1作为去路侧的照射来进行，激光照射30B2作为回路侧的照射来进行。

如本例那样，通过对各清洗区域Y进行使光轴j为(+α，+β)、(+α，-β)、(-α，+β)、(-α，-β)的合计4次的激光照射30，能够抑制由阴影等引起的清洗不均的产生。

另外，|α|、|β|根据模具的种类来设定。例如，在胎面花纹不复杂的夏季轮胎的胎面成型模具的情况下，|α|优选为5°～10°的范围，|β|优选为10°～15°的范围。在刀槽花纹较多的雪地轮胎以及无钉防滑轮胎的胎面成型模具的情况下，|α|优选为3°～5°的范围，|β|优选为3°～5°的范围。另外，在胎侧成型模具的情况下，|α|优选为5°～10°的范围，|β|优选为10°～20°的范围。

该模具的种类的决定例如优选使用RFID(radio frequency identification：射频识别)等识别系统，预先使模具具有模具的种类信息，通过自动读入该信息来进行判断。另外，也优选将根据通过所述测定工序得到的三维侧面轮廓PA的凹凸周期等自动判断种类的运算程序组装到控制装置7中。

如图10的(a)～图10的(c)所示，示出了在示教工序中将三维侧面轮廓PA划分为多个清洗区域Y的方法的其他例子。

在该例子中，将三维侧面轮廓PA的第2坐标轴方向的一端设为起点Qa1，在三维侧面轮廓PA上，使终端Qb1向第2坐标轴方向的另一端侧移动，先临时设定临时的清洗区域Y’。然后，在该临时的清洗区域Y’中求出临时的基准线J’方向的深度变化的最大Δh’，并与焦点深度的宽度F进行比较。另外，临时的基准线J’被定义为与轮廓形状PB垂直的线中的与起点Qa1以及终端Qb1等距离的线。然后，在Δh’<F时，使所述终端Qb1进一步向另一端侧移动，依次重复上述操作。终端Qb1的移动优选与宽度中心C的情况同样地以规定的间隔进行，作为间隔，优选1mm～5mm的范围。另外，临时的宽度中心C’的移动也可以是连续的。

然后，如图10的(b)所示，将满足Δh’≤F的临时的清洗区域Y’中的区域宽度Yw最接近预先设定的上限值Ywmax(例如70mm)的清洗区域设定为第1个清洗区域Y。

作为第2个清洗区域Y，如图10的(c)所示，将第1个清洗区域Y的终端Qb1作为第2个清洗区域Y的起始端Qa2，使终端Qb2从起始端Qa2向另一端侧移动，临时设定临时的清洗区域Y’。然后，与第1个清洗区域Y的情况相同，将满足Δh’≤F的临时的清洗区域Y’中的区域宽度Yw最接近预先设定的上限值Ywmax的清洗区域设定为第2个清洗区域Y。

通过依次重复该操作，将三维侧面轮廓PA划分为多个清洗区域Y。

以上，对本发明的特别优选的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于图示的实施方式，能够变形为各种方式来实施。

[实施例]

使用本发明的激光清洗方法，根据表1的规格清洗轮胎尺寸(195/65R15)的乘用车用轮胎中的胎面成型模具的组合模(模具)。然后，测试清洗后的污垢残留以及清洗时间。另外，将激光的光轴始终朝向垂直方向(与轮胎赤道面平行)的情况作为以往例，并与实施例进行比较。

对于“污垢残留”，通过视觉来观察清洗区域间有无污垢残留。

[表1]

如表1所示，在实施例中，能够将最小的区域宽度设定得较大，从而能够减少清洗区域的数量。其结果，可以确认缩短了清洗工序中的清洗时间。另外，在照射区域间的重叠宽度为2mm以下时，存在清洗区域间产生污垢残留的倾向。另外，在重叠宽度为6mm以上时，不产生污垢残留，但清洗区域的数量增加，存在清洗时间增加的倾向。因此，为了缩短清洗时间的同时抑制清洗区域间的污垢残留，重叠宽度可以确认优选为3mm～5mm。

使光轴j相对于基准线J的角度α、β不同，来进行清洗工序。然后，通过目视来分别观察周向肋的壁面上的污垢残留以及横肋上的污垢残留。

[表2]

如表2所示，能够确认在夏季轮胎的胎面成型模具的情况下，相对于周向肋的侧面的污垢，光轴的角度α优选为5°～10°的范围，相对于横肋的侧面的污垢，光轴的角度β优选为10°～15°的范围。