(57)【要約】高圧流体ジェットを発生させ、そして操作するための装置は、マニピュレータに結合されたエンドエフェクタアセンブリを備え、このマニピュレータは、このエンドエフェクタに、１つ以上の軸に沿った運動を与える。このエンドエフェクタアセンブリは、高圧流体の供給源および研磨剤の供給源に結合された、切断ヘッドを備え、高圧研磨流体ジェットを発生させる。運動アセンブリは、この切断ヘッドの周りに配置されるクランプを介して、この切断ヘッドに結合される。ノズル本体アセンブリが、開口部の上流で、この切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合される。このノズル本体アセンブリは、切断ヘッドアセンブリから分離されて、この切断ヘッドアセンブリをクランプから外すことなく、開口部へのアクセスを可能にし得る。このクランプは、迅速解放機構を有し、オペレータがこのクランプを手で開くことを可能にして、切断ヘッドにアクセスすることを可能にする。
2005500180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドエフェクタアセンブリであって、以下：
切断ヘッドアセンブリであって、高圧流体ジェットを発生させるために、開口部位置で開口部を受容するよう適合された本体を有し、そして該開口部位置の下流で該切断ヘッドアセンブリの本体内に配置される混合管を有する、切断ヘッドアセンブリ；
運動アセンブリであって、該切断ヘッドアセンブリの本体の周りに配置されたクランプを介して、該切断ヘッドアセンブリに結合された、運動アセンブリ、
を備え、ここで、該本体の外側表面が、該クランプの内側表面と、重量保有様式で嵌合して、該切断ヘッドアセンブリを垂直に配置および支持する、エンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２】
前記本体の前記外側表面に、ボスが提供され、該ボスは、前記クランプの前記内側表面上に提供された棚に載っている、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３】
前記クランプが、迅速解放機構を備えて、該クランプの一部が、前記切断ヘッドアセンブリの前記本体から容易に取り外されることを可能にする、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項４】
前記切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合された、ノズル本体アセンブリをさらに備え、該ノズル本体アセンブリが該切断ヘッドアセンブリから分離された場合に、前記クランプが、該切断ヘッドアセンブリを保持し、これによって、該切断ヘッドアセンブリを該クランプから取り外すことなく、前記開口部位置へのアクセスを可能にする、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項５】
前記クランプが、前記切断ヘッドアセンブリを所望の位置に位置決めするための、三角形に配置された整列部材を備える、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項６】
前記三角形に配置された整列部材が、前記クランプの前記内側表面から内向きに突出するピンを備える、請求項５に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項７】
前記クランプが、前記ノズル本体アセンブリに結合された上部ガイドをさらに備え、前記切断ヘッドアセンブリが該クランプから取り外された場合に、該上部ガイドが、該ノズル本体アセンブリを垂直に支持する、請求項４に記載に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項８】
位置センサが、前記切断ヘッドアセンブリに隣接して、前記クランプに結合されている、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項９】
前記切断ヘッドアセンブリの端部領域に結合されたシールドをさらに備え、該シールドは、前記混合管の端部領域を囲み、そして可撓性材料から作製されている、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１０】
前記運動アセンブリが、ブリッジの長手方向軸に対して平行な運動のために、該ブリッジに結合されるよう構成されており、該運動アセンブリは、ジンバルリストをさらに備え、該ジンバルリストは、第一の回転軸を有する第一のモータ、および第二の回転軸を有する第二のモータを備え、該第一の回転軸および第二の回転軸は、互いに対して垂直であるが、該運動アセンブリが該ブリッジに結合された場合に、該ブリッジの該長手方向軸に対して平行でも垂直でもない、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１１】
前記切断ヘッドアセンブリに結合された高圧流体アセンブリをさらに備え、該高圧流体アセンブリは、スイベルを有し、該スイベルを高圧チュービングが通過して、高圧流体を該切断ヘッドアセンブリに送達し、該スイベルは、該高圧チュービングが、前記運動アセンブリによって該切断ヘッドアセンブリに付与される運動に従うことを可能にする、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１２】
前記クランプが、前記切断ヘッドアセンブリの本体の周りで、前記開口部位置の下流に位置する、請求項１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１３】
エンドエフェクタアセンブリであって、以下：
切断ヘッドアセンブリであって、高圧流体ジェットを発生させるために、開口部位置で開口部を受容するよう適合された本体を有し、そして該開口部位置の下流で該切断ヘッドアセンブリの本体内に配置される混合管を有する、切断ヘッドアセンブリ；
運動アセンブリであって、該切断ヘッドアセンブリの本体の周りに配置されたクランプを介して、該切断ヘッドアセンブリに結合された、運動アセンブリ；および
ノズル本体アセンブリであって、該ノズル本体アセンブリは、該切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合されており、該ノズル本体アセンブリが該切断ヘッドアセンブリから分離された場合に、該クランプが、該切断ヘッドアセンブリを保持し、これによって、該切断ヘッドアセンブリを該クランプから取り外すことなく、該開口部位置へのアクセスを可能にする、ノズル本体アセンブリ、
を備える、エンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１４】
前記クランプが、迅速解放機構を備えて、該クランプの一部が、前記切断ヘッドアセンブリの前記本体から容易に取り外されることを可能にする、請求項１３に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１５】
前記クランプが、前記切断ヘッドアセンブリを予め決定された位置に位置決めするための、三角形に配置された整列部材を備える、請求項１３に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１６】
前記三角形に配置された整列部材が、前記クランプの前記内側表面から内向きに突出するピンを備える、請求項１５に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１７】
前記クランプの前記内側表面が、切断ヘッドの外周の周りの３つの位置で、前記切断ヘッドアセンブリの外側表面と接触するよう構成されており、その結果、該クランプの内側表面が、前記三角形に配置された整列部材を形成する、請求項１５に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１８】
前記クランプが、前記ノズル本体アセンブリに結合された上部ガイドをさらに備え、前記切断ヘッドアセンブリが該クランプから取り外された場合に、該上部ガイドが、該ノズル本体アセンブリを垂直に支持する、請求項１３に記載に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項１９】
位置センサが、前記切断ヘッドアセンブリに隣接して、前記クランプに結合されている、請求項１３に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２０】
前記位置センサが、前記混合管の端部に向いて角度の付いた先端を備え、該先端の端部領域は、該混合管の該端部に隣接している、請求項１９に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２１】
前記切断ヘッドアセンブリの端部領域に結合されたシールドをさらに備え、該シールドは、前記混合管の端部領域を囲み、そして可撓性材料から作製されている、請求項１３に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２２】
前記シールドが、フランジを備え、該フランジは、前記切断ヘッドアセンブリの前記端部領域に提供された溝と嵌合して係合する、請求項２１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２３】
前記フランジが入れ子式であり、これによって、前記シールドが、前記切断ヘッドアセンブリの前記端部領域に対して下方および上方に延びることを可能にする、請求項２２に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２４】
硬質材料のディスクが、前記シールドの上方内部領域に位置決めされている、請求項２１に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２５】
前記運動アセンブリが、ブリッジの長手方向軸に沿った運動のために、該ブリッジに結合されるよう構成されており、該運動アセンブリは、ジンバルリストをさらに備え、該ジンバルリストは、第一の回転軸を有する第一のモータ、および第二の回転軸を有する第二のモータを備え、該第一の回転軸および第二の回転軸は、互いに対して垂直であるが、該運動アセンブリが該ブリッジに結合された場合に、該ブリッジの該長手方向軸に対して平行でも垂直でもない、請求項１３に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２６】
前記切断ヘッドアセンブリに結合された高圧流体アセンブリをさらに備え、該高圧流体アセンブリは、スイベルを有し、該スイベルを高圧チュービングが通過して、高圧流体を該切断ヘッドアセンブリに送達し、該スイベルは、該高圧チュービングが、前記運動アセンブリによって該切断ヘッドアセンブリに付与される運動に従うことを可能にする、請求項１３に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２７】
前記スイベルが、４．０インチ以下の直径を有する弁に結合されている、請求項２６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２８】
前記クランプが、前記切断ヘッドアセンブリの本体の周りで、前記開口部位置の下流に位置する、請求項１３に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項２９】
エンドエフェクタアセンブリであって、以下：
切断ヘッドアセンブリであって、高圧流体ジェットを発生させるために、開口部位置で開口部を受容するよう適合された本体を有し、そして該開口部位置の下流で該切断ヘッドアセンブリの本体内に配置される混合管を有する、切断ヘッドアセンブリ；および
運動アセンブリであって、該切断ヘッドアセンブリの本体の周りに配置されたクランプを介して、該切断ヘッドアセンブリに結合され、該クランプが、迅速解放機構を備えて、該クランプの一部が、該切断ヘッドアセンブリの前記本体から容易に取り外されることを可能にする、運動アセンブリ、
を備える、エンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３０】
前記切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合された、ノズル本体アセンブリをさらに備え、該ノズル本体アセンブリが該切断ヘッドアセンブリから分離された場合に、前記クランプが、該切断ヘッドアセンブリを保持し、これによって、該切断ヘッドアセンブリを該クランプから取り外すことなく、前記開口部位置へのアクセスを可能にする、請求項２９に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３１】
前記クランプが、前記切断ヘッドアセンブリを所望の位置に位置決めするための、三角形に配置された整列部材を備える、請求項２９に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３２】
前記クランプが、前記ノズル本体アセンブリに結合された上部ガイドをさらに備え、前記切断ヘッドアセンブリが該クランプから取り外された場合に、該上部ガイドが、該ノズル本体アセンブリを垂直に支持する、請求項２９に記載に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３３】
位置センサが、前記切断ヘッドアセンブリに隣接して、前記クランプに結合されている、請求項２９に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３４】
前記切断ヘッドアセンブリの端部領域に結合されたシールドをさらに備え、該シールドは、前記混合管の端部領域を囲み、そして可撓性材料から作製されている、請求項２９に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３５】
前記運動アセンブリが、ブリッジの長手方向軸に沿った運動のために、該ブリッジに結合されるよう構成されており、該運動アセンブリは、ジンバルリストをさらに備え、該ジンバルリストは、第一の回転軸を有する第一のモータ、および第二の回転軸を有する第二のモータを備え、該第一の回転軸および第二の回転軸は、互いに対して垂直であるが、該運動アセンブリが該ブリッジに結合された場合に、該ブリッジの該長手方向軸に対して平行でも垂直でもない、請求項２９に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３６】
前記切断ヘッドアセンブリに結合された高圧流体アセンブリをさらに備え、該高圧流体アセンブリは、スイベルを有し、該スイベルを高圧チュービングが通過して、高圧流体を該切断ヘッドアセンブリに送達し、該スイベルは、該高圧チュービングが、前記運動アセンブリによって該切断ヘッドアセンブリに付与される運動に従うことを可能にする、請求項２９に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３７】
エンドエフェクタアセンブリであって、以下：
切断ヘッドアセンブリであって、高圧流体ジェットを発生させるために、開口部位置で開口部を受容するよう適合された本体を有し、そして該開口部位置の下流で該切断ヘッドアセンブリの本体内に配置される混合管を有する、切断ヘッドアセンブリ；
運動アセンブリであって、該切断ヘッドアセンブリの本体の周りに配置されたクランプを介して、該切断ヘッドアセンブリに結合された、運動アセンブリ；
ノズル本体アセンブリであって、該ノズル本体アセンブリは、該切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合されており、該ノズル本体アセンブリが該切断ヘッドアセンブリから分離された場合に、該クランプが、該切断ヘッドアセンブリを保持し、これによって、該切断ヘッドアセンブリを該クランプから取り外すことなく、該開口部位置へのアクセスを可能にする、ノズル本体アセンブリ；
該切断ヘッドアセンブリの端部領域に結合されたシールドであって、該シールドは、該混合管の端部領域を囲んでいる、シールド；および
該切断ヘッドアセンブリに結合された高圧流体アセンブリであって、該高圧流体アセンブリは、スイベルを有し、該スイベルを高圧チュービングが通過して、高圧流体を該切断ヘッドアセンブリに送達し、該スイベルは、該高圧チュービングが、該運動アセンブリによって該切断ヘッドアセンブリに付与される運動に従うことを可能にする、高圧流体アセンブリ、
を備える、エンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３８】
前記運動アセンブリが、ブリッジの長手方向軸に沿った運動のために、該ブリッジに結合されるようさらに構成されており、該運動アセンブリは、ジンバルリストをさらに備え、該ジンバルリストは、第一の回転軸を有する第一のモータ、および第二の回転軸を有する第二のモータを備え、該第一の回転軸および第二の回転軸は、互いに対して垂直であるが、該運動アセンブリが該ブリッジに結合された場合に、該ブリッジの該長手方向軸に対して平行でも垂直でもない、請求項３７に記載のエンドエフェクタアセンブリ。
【請求項３９】
流体ジェットを発生させ、そして操作するための装置であって、以下：
垂直軸に沿った運動のためのラムに結合されたエンドエフェクタアセンブリであって、該ラムは、ブリッジの長手方向軸に対して平行な軸に沿った運動のために、該ブリッジに結合されており、該ブリッジは、その長手方向軸に対して垂直な方向に移動可能であり、該エンドエフェクタアセンブリは、以下：
切断ヘッドアセンブリであって、高圧流体ジェットを発生させるために、開口部位置で開口部を受容するよう適合された本体を有し、そして該開口部位置の下流で該切断ヘッドアセンブリの本体内に配置される混合管を有する、切断ヘッドアセンブリ；
運動アセンブリであって、該切断ヘッドアセンブリの本体の周りに配置されたクランプを介して、該切断ヘッドアセンブリに結合された、運動アセンブリ；および
ノズル本体アセンブリであって、該ノズル本体アセンブリは、該切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合されており、該ノズル本体アセンブリが該切断ヘッドアセンブリから分離された場合に、該クランプが、該切断ヘッドアセンブリを保持し、これによって、該切断ヘッドアセンブリを該クランプから取り外すことなく、該開口部位置へのアクセスを可能にする、ノズル本体アセンブリ、
をさらに備える、装置。
【請求項４０】
前記切断ヘッドアセンブリに結合された高圧流体アセンブリをさらに備え、該高圧流体アセンブリは、スイベルを有し、該スイベルを高圧チュービングが通過して、高圧流体を該切断ヘッドアセンブリに送達し、該スイベルは、該高圧チュービングが、前記運動アセンブリによって該切断ヘッドアセンブリに付与される運動に従うことを可能にする、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記運動アセンブリが、ジンバルリストをさらに備え、該ジンバルリストは、第一の回転軸を有する第一のモータ、および第二の回転軸を有する第二のモータを備え、該第一の回転軸および第二の回転軸は、互いに対して垂直であるが、該ブリッジの該長手方向軸に対して平行でも垂直でもない、請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
前記切断ヘッドアセンブリが、高圧流体の供給源および研磨剤の供給源に結合されている、請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】
流体ジェットを発生させ、そして操作するための装置であって、以下：
二次元マニピュレータに結合されたエンドエフェクタアセンブリであって、該エンドエフェクタアセンブリは、以下：
切断ヘッドアセンブリであって、高圧流体ジェットを発生させるために、開口部位置で開口部を受容するよう適合された本体を有し、そして該開口部位置の下流で該切断ヘッドアセンブリの本体内に配置される混合管を有する、切断ヘッドアセンブリ；
運動アセンブリであって、該切断ヘッドアセンブリの本体の周りに配置されたクランプを介して、該切断ヘッドアセンブリに結合された、運動アセンブリ；および
ノズル本体アセンブリであって、該ノズル本体アセンブリは、該切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合されており、該ノズル本体アセンブリが該切断ヘッドアセンブリから分離された場合に、該クランプが、該切断ヘッドアセンブリを保持し、これによって、該切断ヘッドアセンブリを該クランプから取り外すことなく、該開口部位置へのアクセスを可能にする、ノズル本体アセンブリ、
を備える、エンドエフェクタアセンブリ、
を備える、装置。
【請求項４４】
高圧流体ジェットアセンブリと共に使用するためのシールドであって、以下：
高圧流体ジェットアセンブリの端部領域に取り外し可能に結合された、環状フランジ；および
該フランジから下流に延びる環状スカートであって、該環状スカートは、可撓性材料から形成されている、環状スカート、
を備える、シールド。
【請求項４５】
前記フランジが、入れ子式であり、これによって、前記シールドが垂直軸に沿って下方および上方に延びることを可能にする、請求項４４に記載のシールド。
【請求項４６】
硬質材料のディスクが、前記シールドの上方内部領域に位置決めされている、請求項４４に記載のシールド。
【請求項４７】
前記フランジが、前記高圧流体ジェットアセンブリの切断ヘッドアセンブリに結合されたノズルナットに提供された溝との締まりばめを形成する、請求項４４に記載のシールド。
【請求項４８】
高圧流体ジェットアセンブリを操作するための運動アセンブリであって、該運動アセンブリは、垂直軸に沿った運動のためのラムに取り付けられたジンバルリストを備え、該ラムは、ブリッジの長手方向軸に沿った運動のために、該ブリッジにスライド可能に取り付けられており、該ジンバルリストは、第一の回転軸を有する第一のモータ、および第二の回転軸を有する第二のモータを備え、該第一の回転軸は、該ブリッジの該長手方向軸に対して４５°の角度であり、そして該第二の回転軸に対して垂直である、運動アセンブリ。
【請求項４９】
各モータが、２００ｍｍ以下の直径および２５０ｍｍ以下の長さを有する、請求項４８に記載のアセンブリ。
【請求項５０】
各モータが、２００：１以下の歯車減速比、および１０，０００以下の１回転あたりのパルス数（ＰＰＲ）の符号器分解能を有する、請求項４８に記載のアセンブリ。
【請求項５１】
各モータが、中空シャフトを有し、該中空シャフトを通して、高圧チュービングが通過し、高圧流体を流体ジェット形成ヘッドに送達する、請求項４８に記載のアセンブリ。
【請求項５２】
前記第一のモータおよび第二のモータの各々が、５１Ｎｍ以下のトルク定格を有する、請求項４８に記載のアセンブリ。
【請求項５３】
高圧流体ジェットアセンブリを操作するための運動アセンブリであって、該運動アセンブリは、ジンバルリストを形成する第一のモータおよび第二のモータを備え、各モータは、３．０分以下のアクチュエータ精度、および±１０秒以下のアクチュエータ繰り返し精度を有する、運動アセンブリ。
【請求項５４】
各モータが、２００ｍｍ以下の直径および２５０ｍｍ以下の長さを有する、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５５】
各モータが、２００：１以下の歯車減速比、および１０，０００以下の１回転あたりのパルス数（ＰＰＲ）の符号器分解能を有する、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５６】
前記第一のモータおよび第二のモータの各々が、５１Ｎｍ以下のトルク定格を有する、請求項５３に記載のアセンブリ。
【請求項５７】
高圧流体ノズルアセンブリであって、該高圧流体ノズルアセンブリは、弁胴に結合されたノズル本体を備え、該ノズル本体の上部領域は、該弁胴の内部空洞によって受容されるカラーを有して、該ノズル本体が選択された位置で配向されることを可能にし、そして該ノズル本体によって保持されるねじ切りされたナットが、該弁胴の外部表面に提供されたねじ山と係合して、該弁胴を弁に結合し、同時に該ノズル本体を該選択された位置に維持する、高圧流体ノズルアセンブリ。
【請求項５８】
高圧流体ジェットシステムにおいて使用するための弁アセンブリであって、該弁アセンブリは、弁機構を備える弁胴を備え、該弁機構は、該弁胴が高圧流体の供給源に結合される場合に、該弁機構を通って高圧流体が流れることを選択的に可能にし、該弁体の端部領域の外側表面は、ねじ切りされており、そしてナットを係合し、カラーが、該弁胴の該端部領域の凹部に位置決めされており、該カラーの外部表面は、該凹部の壁に対して移動可能であり、そして該カラーの内側表面は、ねじ切りされている、弁アセンブリ。
【請求項５９】
高圧流体ジェットアセンブリを運動アセンブリに結合するためのクランプであって、以下：
迅速解放機構を有する本体であって、該迅速解放機構は、ユーザが、道具を使用せずに手で、該クランプの第一の部分を該クランプの第二の部分から選択的に移動させることを可能にし、該クランプの内部領域は、高圧流体ジェットアセンブリを所望の位置に位置決めするための、三角形に配置された整列部材、ならびに該クランプの該第一の部分および第二の部分から長手軸方向に間隔を空けたガイドを有し、該ガイドは、開口部を有し、該クランプが高圧流体ジェットアセンブリに結合される場合に、該開口部を通って高圧流体ジェットアセンブリが延び得る、本体、
を備える、クランプ。
【請求項６０】
前記三角形に配置された整列部材が、前記クランプの前記内側表面から内向きに突出するピンを備える、請求項５９に記載のクランプ。
【請求項６１】
開口部を備えるフランジをさらに備え、該開口部は、前記クランプが高圧流体ジェットアセンブリに結合される場合に、センサを受容し、そして該高圧流体ジェットアセンブリの混合管に隣接して該センサを保持する、請求項５９に記載のクランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、高圧流体ジェットを発生させ、そして操作するための装置に関し、より詳細には、高圧ウォータージェットを発生させて、それを複数軸の周りで操作するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
高圧研磨ウォータージェットを備える、高圧流体ジェットは、多くの異なる産業において、広範な種々の材料を切断するために使用される。高圧研磨ウォータージェットを発生させるためのシステムは、例えば、Ｆｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（本発明の譲渡人）により製造されるＰａｓｅｒ  ３システムを、現在利用可能である。この型のシステムを切断する研磨ジェットは、Ｆｌｏｗの米国特許第５，６４３，０５８号（この特許は、本明細書中で参考として援用される）に示されそして記載されている。このようなシステムにおいて、高圧流体（代表的には、水）は、切断ヘッドの開口部を通って流れ、高圧ジェットを形成する。このジェットが混合管を通って流れる際に、研磨剤粒子が飛沫同伴される。高圧研磨ウォータージェットは、混合管から放出され、そしてワークピースに向けて方向付けられ、選択された経路に沿ってこのワークピースを切断する。
【０００３】
種々のシステムが、選択された経路に沿って高圧流体ジェットを移動するために現在利用可能である。（全体を通して使用される用語「高圧流体ジェット」および「ジェット」は、全ての型の高圧流体ジェット（高圧ウォータージェットおよび高圧研磨ウォータージェットを含むが、これらに限定されない）を包含することが理解されるべきである）。このようなシステムは、通常、２軸（ｔｗｏ−ａｘｉｓ）機械、３軸（ｔｈｒｅｅ  ａｘｉｓ）機械および５軸（ｆｉｖｅ−ａｘｉｓ）機械と呼ばれる。従来の３軸機械は、Ｚ軸に沿って（すなわち、ワークピースに向かうおよびワークピースから離れる）垂直運動を与えるラム上に切断ヘッドアセンブリを取り付けている。次いで、このラムは、カートリッジを介してブリッジに取り付けられる。このカートリッジは、水平面のブリッジの長手方向の軸と平行に自由に移動する。このブリッジは、１つ以上のレール上に滑動可能に取り付けられ、ブリッジの長手方向の軸と垂直な方向に移動する。この様式において、切断ヘッドアセンブリにより発生された高圧流体ジェットは、Ｘ−Ｙ平面の所望の経路に沿って移動し、そして、所望され得るように、ワークピースに対して上昇および下降する。従来の５軸機械は、類似の様式で作動するが、２つのさらなる回転軸（代表的には、１つの水平軸および１つの垂直軸）の周りの移動を提供する。
【０００４】
５軸の周りでジェットを操作することは、種々の理由（例えば、３次元形状を切断するため）から有用であり得る。このような操作はまた、ジェットの切断特徴またはその切断結果の特徴を補正するように望まれ得る。より詳細には、当業者によって理解されるように、ジェット（例えば、研磨ジェット）によって生じる切断は、より伝統的な機械加工プロセスによって生じる切断とは異なる特徴を有する。高圧流体ジェットの使用から生じ得る２つの切断特徴は、テーパーおよびトレイルバック（ｔｒａｉｌｂａｃｋ）と呼ばれる。テーパーとは、ジェットのベクトルとその反対方向によって形成される平面に対する、切断壁の平面の相対角をいう。トレイルバック（ドラッグとも呼ばれる）は、流体ジェットが、移動方向に対して、このジェットがワークピースに入る点の後ろの点でこのワークピースを出て行く現象と一致する。これら２つの切断特徴（すなわち、テーパーおよびトレイルバック）は、所望の最終製品を得るのに、受容可能であっても受容可能でなくてもよい幾何学的な異形をそれ自体が現す。テーパーは、代表的には、受容可能ではなく、切断壁を真っ直ぐにするために、さらなる機械加工プロセスを必要とする。トレイルバックは、端および曲面の周辺の切断に有効であり、そのずれは、切断の底面（ジェットが出ていく面）にて、望ましくないアンダーカットを生じる。テーパーおよびトレイルバックを最小にするかまたはこれらを排除するのが望ましい状況において、従来の３Ｄ切断システムは、主に試行錯誤を通して、実質的に低下した移動速度で使用されて、ジェットの拡大特徴がその切断幾何学を都合よく変化させるのを可能にする。このプロセスは代表的に、手動の試行錯誤によってなされるので、時間を浪費し、しばしば失敗する。
【０００５】
本出願人らは、１つ以上の軸に沿った運動に対して、高速流体ジェットを発生させ、そして操作するための改良されたシステムを提供することが望ましくそして可能であると考えている。本発明は、このようなシステムを提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の簡単な要旨）
簡単には、本発明は、高圧流体ジェット（例えば、高圧研磨ウォータージェット）を発生させそして操作する、改良されたシステムを提供する。より詳細には、エンドエフェクタアセンブリが、高圧流体ジェットによって切断されるべきワークピースに実質的に垂直である垂直軸に沿って運動するためのラムに結合されている。このラムは、ブリッジの長手方向軸と平行な軸に沿って運動するように、カートリッジによってこのブリッジに滑動可能に結合されている。次いで、このブリッジは、１つ以上のレールに滑動可能に取り付けられ、このブリッジが水平面の長手方向軸に垂直な方向に移動するのを可能にする。この様式において、エンドエフェクタアセンブリは、当該分野で公知であるように、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って選択的に移動される。
【０００７】
エンドエフェクタアセンブリは、切断ヘッドアセンブリを備え、この切断ヘッドアセンブリは、高圧流体ジェットを発生させるための開口部と、この開口部の下流で切断ヘッド本体内部に位置決めされた混合管の両方を有する。この切断ヘッドは、高圧流体の供給源に結合され、そしてまた、研磨剤の供給源にも結合され得、当該分野で公知であるように、高圧流体ジェットまたは高速研磨流体ジェットを発生させる。
【０００８】
本発明に従って、運動アセンブリは、クランプを介して切断ヘッドに結合されており、このクランプは、切断ヘッドの本体周囲に位置決めされる。好ましい実施形態において、このクランプは、開口部位置の下流で切断ヘッドに結合される。混合管に隣接して切断ヘッドに運動アセンブリを結合することによって、ジェットのより正確な位置決めおよび操作が達成される。クランプの内側表面は、切断ヘッドアセンブリの外側表面と嵌合して、この切断ヘッドアセンブリを完全に支持して位置決めする。
【０００９】
ノズル本体アセンブリは、開口部のちょうど上流で、切断ヘッドアセンブリに取り外し可能に結合されている。クランプが切断ヘッドアセンブリを支持する場合、ノズル本体アセンブリは、切断ヘッドから分離され得、クランプから切断ヘッドアセンブリを取り外すことなく、開口部へのアクセスが可能になる。開口部が摩耗し、取り替える必要がある場合、このアクセスの容易さによって、従来のシステムを越える有意な利点が提供される。
【００１０】
同様に、切断ヘッドアセンブリは、本発明に従って容易にアクセスされ得、かつ所望な場合、エンドエフェクタアセンブリから取り外され得る。好ましい実施形態において、クランプの第一部分をクランプの第二部分に結合している迅速解放機構は、ツールを使用することなく、手によって解放され得、クランプを開くのを可能にし、これによって切断ヘッド本体へのアクセスが可能になる。クランプの第一部分および第二部分の上流でこのクランプ上に備えられるガイドは、切断ヘッドアセンブリがノズル本体アセンブリから分離されて、クランプから取り外された場合、重量保有様式で、このノズル本体アセンブリを支持する。クランプの内側表面に備えられた、三角形に配置された整列部材は、切断ヘッドが予め規定された位置に正確に位置決めされ、そして再位置決めされるのを可能にする。
【００１１】
運動アセンブリは、２個のモータを備え、各モータは、他の回転軸に垂直な回転軸を有し、ジンバルリストを形成する。好ましい実施形態において、第一の回転軸は、ブリッジの長手方向軸から４５°オフセットされ、それによって、質量平衡を保ち、かつ水平なＸ軸の周りの慣性モーメントを減少させる。あるいは、この回転軸は、ブリッジの長手方向軸に平行な軸および垂直な軸によって規定される、運動のＸ−Ｙ軸と整列される。
【００１２】
シールドが、ウォータージェットのスプレーを含むように、混合管の端部領域を囲む、切断ヘッドアセンブリの端部領域に結合される。混合管およびジェットが３Ｄ運動で操作されるように、このシールドは、可撓性材料から作製され、このシールドは、ワークピースと接触される場合、撓曲する。
【００１３】
（発明の詳細な説明）
図１に例示されるように、改良された高圧研磨ウォータージェットシステム１０は、本発明の好ましい実施形態に従って提供される。（本発明は研磨ウォータージェットの文脈で本明細書中に記載されるが、本発明は研磨ウォータージェットに限定されず、任意の型の高圧流体ジェットを発生させ、そして操作するために使用され得ることが理解されるべきである。）本発明に従って提供されるエンドエフェクタアセンブリ１４は、当該分野で公知であるように、垂直なＺ軸に沿った運動のためのラム１２に取り付けられる。ラム１２は、ブリッジ１１の長手方向軸６８に対して平行である軸に沿った運動のためにブリッジ１１に滑動可能に連結される。当該分野でさらに公知であるように、ブリッジ１１は、ブリッジ１１がその長手方向軸６８に対して垂直な方向で移動するのを可能にするために、１つ以上のレール１３上に取り付けられる。以下でより詳細に記載されるように、エンドエフェクタアセンブリ１４は、高圧研磨ウォータージェットを発生させるために、高圧流体５５の供給源および研磨剤の供給源５６に連結した切断ヘッドアセンブリを備える。研磨ウォータージェットは、エンドエフェクタアセンブリ１４からテーブル／キャッチャタンク７０上に配置されたワークピースに向かって放出される。このジェットは、選択された操作パラメータを使用して、所望の末端製品を得るために、選択された経路に沿ってワークピースを切断するために操作される。図１には示していないが、１つより多いエンドエフェクタ１４がブリッジ１１に取り付けられ得ることが理解される。本発明がレールおよびブリッジの構成を有するＣａｒｔｅｓｉａｎ型マニピュレータの文脈で本明細書中に記載されるが、本発明に従って提供されるエンドエフェクタが任意の型のＸ−Ｙ運動システムと接続して取り付けられ得るかまたは使用され得ることが理解される。
【００１４】
図２に例示されるように、本発明に従って提供されたエンドエフェクタアセンブリ１４は、切断ヘッドアセンブリ１５を備える。図７に見られるように、開口部位置１９において開口部１７を受容する本体１６を有する切断ヘッドアセンブリ１５が、提供される。また、切断ヘッドアセンブリ１５の本体１６内に混合管１８が配置され、この管は、コレット７３およびノズルナット４９を介して選択されかつ繰り返し可能な位置に保持される。当該分野で公知であるように、高圧流体が、研磨剤がポート２２を介して伴出され得る高圧流体ジェットを発生させるために、ノズル本体３０を通して開口部１７に提供される。（切断ヘッドアセンブリ１５に、第２の流体、例えば、空気の導入を可能にするために、または真空源もしくはセンサに切断ヘッドが接続され得るように、第２のポート３９が設けられる。）高圧流体ジェットおよび伴出した研磨剤は、混合管１８を通過して流れ、研磨ウォータージェットとして混合管を出る。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によれば、図２〜６に示されるように、運動アセンブリ２０が、クランプ２１およびブラケット７２を介して、切断ヘッドアセンブリ１５に連結される。好ましい実施形態において、クランプ２１は、切断ヘッドアセンブリの本体１６の周りに、より好ましくは、開口部位置１９の下流に、配置される。図５および６に最もよく見られるように、本体１６の外側表面２３は、クランプ２１の内側表面２４と噛合し、切断ヘッドアセンブリ１５を垂直に位置付けし、そして支持する。これは、好ましい実施形態において種々の様式で達成され得るが、ボス２５は、本体１６の外側表面２３上に設けられ、このボス２５は、クランプ２１の内側表面２４上に設けられた棚２６上で静置する。あるいは、クランプの内側表面の出っ張った部分が切断ヘッド本体内に設けられた凹部と噛合する。
【００１６】
クランプ２１は、第２の部分２９にヒンジ連結された第１の部分２８を有し、このクランプの第１および第２の部分は、迅速解放機構８１によって固定される。この迅速解放機構により、ツールを使用することなく、操作者が手動でクランプを開放することができ、これによって、切断ヘッドアセンブリ１５へのアクセスを可能にする。迅速解放機構が種々の様式で達成され得るが、２つの機構が図に示される。より詳細には、図４および５に最もよく見られるように、迅速解放機構が、クランプの第１の部分２８と第２の部分２９との間で延びる１つ以上のラッチ２７を含み得る。代替の好ましい実施形態において、図６に示されるように、ショルダスクリュ８０を介してクランプの第１の部分２８に回転可能に取り付けられたステンレス鋼アイボルト７７は、クランプが閉鎖される場合、クランプの第２の部分２９に設けられた凹部７９と噛合的に係合する。次いで、ノブ７８はそれがクランプの背面に対して締められるまでねじられ、それによって第１および第２の部分を一緒にロックする。
【００１７】
弁アセンブリ５３に連結したノズル本体１００を含むノズル本体アセンブリ３０は、例えば、ねじ切り接続を介して、開口部１７の上流で切断ヘッドアセンブリ１５に取り外し可能に連結される。クランプ２１が開口部の下流で切断ヘッドアセンブリ１５を支持する場合、ノズル本体アセンブリ３０は、クランプ２１から切断ヘッドアセンブリ１５を取り外すことなく、クランプ２１から切断ヘッドアセンブリ１５から分離され得、開口部へのアクセスを可能にする。開口部が磨耗し、取替えが必要な場合、この容易なアクセスは、従来のシステムに対して、有意な利点を提供する。
【００１８】
図４および５に最もよく見られるように、クランプ２１は、ノズルアセンブリ３０が通過する開口部３３を有する上方ガイド３２がさらに設けられる。結果として、クランプ２１の急速開放を介して切断ヘッドアセンブリ１５をアクセスし、ノズル本体アセンブリ３０から切断ヘッド１５をネジを回して外すことが所望される場合、ノズル本体１００およびそれに連結した弁アセンブリ５３は、ガイド３２によって垂直に支持される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態において、クランプ２１は、所望される位置内に切断ヘッドアセンブリ１５を配置するために、三角形に配置された整列部材が設けられる。このような整列は、種々の様式で達成され得る。例えば、図４〜６に例示されるように、整列部材は、クランプの内側表面２４から内向きに突出する３組の２個の垂直に配列したピン３１を含み得る。ピンがクランプに一体化され得る間、製造の容易さは、クランプの内側表面にフィッティングピンをプレスすることによって改善される。あるいは、クランプの内側表面は、例えば、Ｖ−ブロック構成を有することによって、３つの位置のみに切断ヘッドアセンブリの外側表面を接触させるように構成され得る。整列部材を設けることによって、切断ヘッドアセンブリ１５がシステムにおける所望の予め規定された位置に正確に配置および再配置することが可能となる。
【００２０】
クランプは、位置センサ３４を受容しかつ支持するために、開口部３６を有するフラン時３５がさらに設けられる。好ましい実施形態において、近接センサ３４は、混合管１８の下流末端と機械加工される材料の表面との間の離れた距離を感知する。この位置センサは、従来の構成からなり得、例えば、Ｂｉｍｂａ位置フィードバックシリンダー、Ｐａｒｔ  Ｎｏ．ＰＦＣ−０９１．５−ＸＰであり、Ｃａｒｒ  Ｌａｎｅ，Ｐａｒｔ  Ｎｏ．ＣＬ−１−ＳＣＢによってボールを細工する。あるいは、図３に例示されるように、位置センサは、混合管１８の末端領域の周囲に配置された環状センサ７５に連結された角付プローブ４６を備え得る。所望される場合、センサ７５の底面は、小型ブリストル７６を有し得、および／またはワークピースを通過するその移動を容易にするために球状であり得る。センサ７５は、十分に大きな内径を有し、その結果、プローブチップ４６はワークピースから含気的に離れて上昇する際に、センサ７５は混合管の外周の周りで上向きに移動する。ジェットに対して近位の位置センサを設けることによって、システムの精度が増加する。同様に、ジェットが配置され操作される制度が、混合管に隣接した運動アセンブリをクランピングすることによって改善され、これはまた、混合管の先端を操作するために必要なシステムによって加速を減少するのに役立つ。それゆえに、幾つかの利点が、本発明に従ってクランプを配置し、位置センサおよびクランプを一体化することによって得られる。
【００２１】
シールド３７は、切断ヘッドアセンブリ１５の端部領域５０に連結される。図７〜９に最もよく見られるように、シールド３７は、ノズルナット４９内の溝４８との締まりばめを形成するフランジ４７を備える。環状スカート４５は、混合管１８の端部領域３８の周囲のフランジ４７から下向きに延びる。この様式で、シールドは、研磨流体ジェットからのスプレーを実質的に収容する。このシールドは、可撓性材料（例えば、ポリウレタン）から作製され、その結果、この混合管１８およびジェットは、１つ以上の軸の周りに操作されるとき、シールド３７は、それがワークピース、ワークピース固定物または切断テーブルと接触するように収縮する。シールドの可撓性をさらに増加させるために、スリット７４が、環状スカート４５の周りに備わる。所望される場合、フランジ４７は、伸縮され得、シールド３７を、切断ヘッドアセンブリの端部領域に対して下向きおよび上向きに伸ばすことを可能にする。好ましい実施形態では、図９に示されるように、超硬金属のディスク５１（例えば、カーバイド）が、シールドの上部の内側の領域５２に配置される。このようなディスクは、特にジェットがワークピースを初めに貫通するときに、ジェットのスプレーバックから生じる、シールドの磨耗を低減する。
【００２２】
図２に最も良く示されるように、運動アセンブリ２０は、ジンバルリストを形成するための、第一のモータ４０および第二のモータ４１を備える。運動アセンブリ２０（従って、エンドエフェクタアセンブリ１４）は、ブラケット７１を介してラム１２に装着される。連結の方向から、ブラケット７１の長手方向の軸８４は、ブリッジ１１の長手方向の軸６８に平行である。好ましい実施形態では、第一のモータ４０は、第一の回転軸８２を有し、そして第二のモータ４１は、第二の回転軸８３を有し、これらの回転の第一の軸および第二の軸は、互いに対して垂直である。しかし、図２に示されるように、これらの第一のモータおよび第二のモータ（４０、４１）は、回転軸（８２、８３）が、ブリッジ１１の長手方向の軸６８に対して、平行でも、垂直でもないような方法で装着される。好ましい実施形態では、第一の回転軸８２は、ブリッジの長手方向の軸６８から４５°オフセットされ、それにより、重量平衡を保ち、そしてＸ軸の周りの慣性モーメントを減少させる。あるいは、２つの垂直で水平な回転軸（８２、８３）は、システムのＸ軸、Ｙ軸の動きと整列され得る（例えば、ブリッジの長手方向の軸に対して平行かつ垂直になるように整列される）。従来の５軸システムのような水平回転軸および垂直回転軸よりもむしろ、ジェットを傾けるために２つの水平軸を用いることにより、電力、研磨剤、水、空気などの供給ラインは、エンドエフェクタの運動によってねじれず、その結果、システムへのこれらの成分の供給を単純化する。
【００２３】
高い精度およびコンパクトな設計を提供するために、第一のモータおよび第二のモータの各々は、好ましくは、２００ｍｍ以下の直径および２５０ｍｍ以下の長さ、ならびに、より好ましくは、実質的に１００ｍｍの直径および実質的に９０ｍｍの長さを有する。好ましい実施形態では、第一のモータおよび第二のモータの各々は、２００：１以下のギア減速比、および１０，０００パルス／回転以下のエンコーダレゾリューション、ならびに、より好ましくは、１００：１のギア減速比、および１，０００パルス／回転のエンコーダレゾリューションを有する。出願人らは、モータが、３．０アーク−分以下のアクチュエータ精度、および±１０アーク−秒以下のアクチュエータ再現性を有する場合、優れた結果が達成されると考える。好ましい実施形態では、アクチュエータ精度は、１．５アーク−分であり、そしてアクチュエータ再現性は、±５アーク−秒である。さらなる利点は、５１Ｎｍ以下（好ましくは、７．８Ｎｍ）のトルク比を有するモータの使用を介して得られる。所望される場合、このモータは、中空シャフト構築物であり得、それにより、高圧管を中空シャフト構築物に通して、高圧流体を切断ヘッドに送達する。
【００２４】
あるいは、図２に示されるように、エンドエフェクタアセンブリ１４は、高圧流体アセンブリ４２を備え、高圧管は、この高圧流体アセンブリ４２を通過して、高圧流体を、弁アセンブリ５３を介して、切断ヘッドに送達する。高圧流体アセンブリ４２は、エルボー４４およびスイベル４３を組込み、このスイベル４３は、リストモータの回転軸に平行であり得る、２つの軸の周りを自由に回転する。従って、スイベル４３は、スイベル４３内に収容される高圧管が、運動アセンブリ２０のジンバルリストにより、切断ヘッドアセンブリ１５へと与えられる運動に従うことを可能にする。システムの動力学をさらに改良するために、弁アセンブリ５３の最も大きな直径５４は、４．０インチ以下である。
【００２５】
図１０に示されるように、弁アセンブリ５３は、弁胴６３および弁機構６４を備え、弁胴が高圧流体の供給源に連結される場合、高圧流体がこの弁アセンブリ５３を通って流動することを選択的に可能にする。従来のシステムにおいて、ノズル本体１００の上部領域上の外側のねじ山は、弁胴６３の内側表面上に提供されたねじ山を係合する。しかし、ノズル本体１００を弁胴６３へとねじ切りする操作の開始点に依存して、弁アセンブリ５３への高圧管についてのエントリーポート８４の方向、およびポート２２、３９の方向は、正確に予想できない。従って、これは、伝統的に、高圧管の相対剛性から重要である所望の位置に、ノズル本体１００および弁胴６３を整列するための、いくつかの試みを企て得る。この問題は、滑らかな外側表面６５およびねじ山を設けた内側表面６７を有するカラー５８は、弁胴６３内の陥凹部５９に受容される、本発明の好ましい実施形態に従って克服される。陥凹部５９の壁６６もまた、滑らかであり、その結果、カラーは、陥凹部内で自由に回転する。カラー５８のねじ山を設けた内側表面６７は、ノズル本体１００の上部領域５７上のねじ山を係合する。このように、カラー５８は、ノズル本体１００上にねじ切りされ、次いで、アセンブリは、弁胴６３へと挿入され、そして所望されるように方向付けられる。次いで、ノズル本体１００により保有されるナット６０は、弁胴の外側表面６２上に備えられたねじ山６１上にねじ切りされ、それにより、選択された方向で弁およびノズル本体を維持しながら、ノズル本体を弁アセンブリに連結する。
【００２６】
従って、本発明に従って提供されるシステムは、１〜５軸の周りに高圧流体ジェットに対する運動を与え、それにより、ジェットが、選択した方向での経路に沿った切断を生じる。システムに関する方向パラメータおよびプロセスパラメーターは、米国特許出願番号 （表題「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＡＵＴＯＭＡＴＥＤ  ＳＯＦＴＷＡＲＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＷＡＴＥＲＪＥＴ  ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ」（本明細書中で参考として援用される））に記載および特許請求されるような、ソフトウェアシステム６９を通して制御される。
【００２７】
上記から、本発明の特定の実施形態が、本明細書中で、例示の目的で記載されているが、種々改変が、本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲以外によっては限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明に従って提供される、高圧流体ジェット機械加工アセンブリの等角図である。
【図２】図２は、本発明に従って提供される、エンドエフェクタアセンブリの等角図である。
【図３】図３は、本発明に従って提供される、材料表面位置センサの等角図である。
【図４】図４は、図２のエンドエフェクタアセンブリの一部の等角図であり、クランプが、閉鎖位置で示されている。
【図５】図５は、図２のエンドエフェクタアセンブリの一部の等角図であり、クランプが、開口位置で示されている。
【図６】図６は、本発明に従って提供されるクランプの代替実施形態の等角図である。
【図７】図７は、図２のアセンブリの一部の断面正面図である。
【図８】図８は、本発明に従って提供されるシールドの等角図である。
【図９】図９は、図８の線９−９に沿ってとられた、本発明に従って提供されるシールドの断面図である。
【図１０】図１０は、図２のエンドエフェクタアセンブリの一部の断面正面図であり、弁アセンブリとノズル本体との間の接続を示している。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005500180.tif 000036
2005500180.tif 000037
【国際調査報告】
2005500180.tif 000038
2005500180.tif 000039
2005500180.tif 000040
2005500180.tif 000041
2005500180.tif 000042