(57)【要約】【課題】改善された作業環境を促進する流体ジェット切断システム、デバイス及び方法を提供する。【解決手段】特に作業しやすい状態で加工物を処理するようによく適合された流体ジェットシステム、構成要素及び関連する方法が提供される。実施形態は、処理されている加工物と、加工物を通過する流体ジェットのエネルギーを受け取って放散するジェット受け取りデバイスとの間の間隙を低減させ、最小にし、又は解消する流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。他の実施形態は、浸漬された状態での加工物の流体ジェット処理を伴う流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。さらなる実施形態は、入ってくる流体ジェットの経路を流体ジェット容器の中心軸又は他の特徴と調和させるための流体ジェット容器の位置及び向きの調整を伴う流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理すべき加工物を把持するためのエンドエフェクタを有する多軸産業用ロボットであって、前記多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内で前記加工物を選択的に動かすように構成された多軸産業用ロボットと、
前記多軸産業用ロボットの前記作業域内に位置決めされたタンクであって、加工物処理動作中に前記加工物が前記タンク内の流体中に浸漬されることを可能にするためのタンクと、
高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び前記高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドであって、前記加工物処理動作中、前記高圧流体ジェットが、前記タンク内の前記流体の上面より下にある前記流体ジェット出口から放出され、前記加工物を切断し、前記タンク内で前記切断ヘッドとは反対側の前記加工物近傍に位置する前記流体の領域内へ放散されるように、前記タンクに対して位置する切断ヘッドと、を備える流体ジェット切断システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、中心軸を含み、前記流体ジェットが前記中心軸に沿って放出され、前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸が、垂直方向に位置合わせされ、前記加工物処理動作中に前記流体ジェットが流体ジェット出口から下方へ放出されるように向けられる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、中心軸を含み、前記流体ジェットが前記中心軸に沿って放出され、前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸が、前記タンク内の前記流体の前記上面の法線方向に対して傾斜させられる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項４】
それぞれ中心軸を有する第１の流体ジェット切断ヘッド及び第２の流体ジェット切断ヘッドを含み、前記第１の流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸が、前記第２の流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸に対して直交するように位置合わせされる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、その一部分が前記タンクの開端部より上に位置するように吊るされる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、前記多軸産業用ロボットが前記放出された流体ジェットの下で前記タンクからの妨害なく前記加工物を操作することを可能にするために、前記タンクの側壁から隔置される、請求項５に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、前記タンクの側壁に取り付けられ、前記タンクの前記側壁を通って延びる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、前記タンクに対する前記流体ジェット切断ヘッドの角度方向の調整を可能にするために、前記タンクの前記側壁に可動に取り付けられる、請求項７に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項９】
前記タンク内の浸漬の前又は後に前記加工物の検査を可能にするために、前記多軸産業用ロボットの前記運動範囲によって規定される前記作業域内で前記タンクの外側に位置する検査ステーションをさらに備える、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１０】
高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び前記高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する流体ジェット切断ヘッドと、
加工物処理動作中に前記高圧流体ジェットが前記加工物を通過した後に前記高圧流体ジェットを受け取るためのジェット受け取り容器と、
前記ジェット受け取り容器を支持するための支持構造であって、前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口によって規定される軸に対する前記ジェット受け取り容器の横方向の位置及び前記ジェット受け取り容器の角度方向の向きの少なくとも１つを選択的に調整するための駆動システムを含む支持構造と、を備える流体ジェット切断システム。
【請求項１１】
前記流体ジェット切断ヘッドを空間内で制御可能に操作するように前記流体ジェット切断ヘッドに結合された運動システムをさらに備える、請求項１０に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１２】
前記支持構造が、前記ジェット受け取り容器を前記流体ジェット切断ヘッドに結合し、前記加工物処理動作中に前記高圧流体ジェットを受け取るように、前記ジェット受け取り容器を前記切断ヘッドの前記流体ジェット出口に対向して位置決めする、請求項１０に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１３】
前記駆動システムが、前記加工物処理動作中に撓んだ状態の前記高圧流体ジェットに対して略平行になるように、前記流体ジェット容器の中心軸を位置合わせするように制御可能である、請求項１２に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１４】
前記駆動システムが、前記加工物処理動作中に前記流体ジェット容器の入口部分内で撓んだ状態の前記高圧流体ジェットと交差するように前記流体ジェット容器の中心軸を位置合わせするように、前記流体ジェット容器を横方向に調整するように制御可能である、請求項１２に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１５】
前記支持構造が、前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口によって規定される前記軸に対して平行になるように、前記ジェット受け取り容器の位置を軸方向に選択的に調整する垂直調整機構を含む、請求項１０に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１６】
前記流体ジェット容器が、前記流体ジェット切断ヘッドの前記切断方向と位置合わせされた前記方向における前記支持構造の前記横方向の位置の選択的な調整及び前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口によって規定される前記軸に対する前記ジェット受け取り容器の前記角度方向の向きの選択的な調整を可能にするように、前記支持構造によって調整可能に支持される、請求項１０に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１７】
前記流体ジェット容器が、前記支持構造によって調整可能に支持され、前記加工物処理動作の少なくとも一部分中、前記流体ジェット容器の位置及び／又は向きが、少なくとも部分的にプロセスモデルの計算に基づく、請求項１０に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１８】
前記流体ジェット容器が、ジェット受け取り入口をその遠位端部に有する細長い管状の構造を備える、請求項１０に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１９】
前記細長い管状の構造が、前記ジェット受け取り入口のすぐ近傍及び下流の領域内に加工物の隙間を提供するために、前記遠位端部の方へ先細りする外面を有する、請求項１８に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２０】
前記細長い管状の構造が、略円筒形の遠位部分を含む、請求項１８に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２１】
処理すべき加工物を把持するためのエンドエフェクタを有する多軸産業用ロボットであって、前記多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内で前記加工物を選択的に動かすように構成された多軸産業用ロボットと、
前記多軸産業用ロボットの前記作業域内に位置する流体ジェット容器であって、前記加工物が前記流体ジェット容器の入口より上に位置決めされることを可能にするための流体ジェット容器と、
高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び前記高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する流体ジェット切断ヘッドと、を備え、
前記流体ジェット容器及び前記流体ジェット切断ヘッドの少なくとも１つが、前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口と前記流体ジェット容器の前記入口との間の隙間間隙を選択的に調整するように垂直方向に調整可能である、流体ジェット切断システム。
【請求項２２】
前記流体ジェット切断ヘッドが、空間内で固定され、前記流体ジェット容器が、前記流体ジェット切断ヘッドに対して垂直方向に調整可能である、請求項２１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２３】
前記流体ジェット容器が、空間内で固定され、前記流体ジェット切断ヘッドが、前記流体ジェット容器に対して垂直方向及び／又は角度方向に調整可能である、請求項２１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２４】
コントローラをさらに備え、前記コントローラが、加工物処理動作中に前記加工物が前記高圧流体ジェットの下で操作されるときに前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口と前記流体ジェット容器の前記入口との間の前記隙間間隙を調整するように構成される、請求項２１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２５】
前記コントローラが、少なくとも部分的にモデル又はモデル計算に基づいて前記隙間間隙を調整するように構成される、請求項２４に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２６】
前記コントローラに結合されたセンサをさらに備え、前記センサが、前記隙間間隙の大きさを感知するように構成され、前記コントローラが、少なくとも部分的に前記感知された大きさに基づいて前記隙間間隙を調整するように構成される、請求項２４に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２７】
前記多軸産業用ロボットの前記作業域内に位置決めされたタンクをさらに備え、前記タンクが、加工物処理動作中に前記加工物が前記タンク内の流体中に浸漬されることを可能にする、請求項２１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２８】
前記流体ジェット切断ヘッド及び多軸産業用ロボットが、代替として、前記流体ジェット容器及び前記タンクに対して選択的に動作可能である、請求項２７に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２９】
前記流体ジェット容器が、前記流体ジェット容器が前記流体ジェット切断ヘッドに対向して位置決めされる活動構成と、前記流体ジェット容器が前記タンクへのアクセスを提供するために前記タンクの開端部から離れて位置する非活動構成との間を動くように構成される、請求項２７に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項３０】
前記流体ジェット切断ヘッドが、前記流体ジェット切断ヘッドが前記高圧流体ジェットを前記ジェット受け取り容器内へ放出するように位置決めされる第１の切断構成と、前記流体ジェット切断ヘッドが前記高圧流体ジェットを前記タンク内へ放出するように位置決めされる第２の切断構成との間を動くように構成される、請求項２７に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項３１】
前記ジェット受け取り容器によって受け取られた前記高圧流体ジェットの内容物を後の廃棄又は再生のために前記タンクへ経路指定するように前記ジェット受け取り容器を前記タンクに接続する導管をさらに備える、請求項２７に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項３２】
前記流体ジェット容器の前記出口が、前記タンクと流体連通し、動作中に前記ジェット受け取り容器によって受け取られた前記高圧流体ジェットの前記内容物の抜き取り中に普通なら生成される騒音を減衰させることを支援するために、水中に浸漬される、請求項２７に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項３３】
前記流体ジェット容器が、動作中に前記流体ジェット容器によって捕獲された流体ジェットの内容物を廃棄物取り扱いユニットへ動かすために真空源又はポンプに取り付けられる、請求項２１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項３４】
加工物処理動作中に切断ヘッドの流体ジェット出口から放出される流体ジェットを受け取るための高圧流体ジェットシステムのジェット受け取り容器であって、
前記加工物処理動作中に前記流体ジェットの内容物を受け取るための入口を有する入口送り込み構成要素と、
前記入口送り込み構成要素に結合された騒音抑制部材であって、中間構成と圧縮構成との間で変形可能であり、前記圧縮構成で、前記入口送り込み構成要素の前記入口と処理すべき前記加工物との間の間隙を充填する騒音抑制部材と、を備えるジェット受け取り容器。
【請求項３５】
前記騒音抑制部材が、前記入口送り込み構成要素に摺動可能に係合する、請求項３４に記載のジェット受け取り容器。
【請求項３６】
前記騒音抑制部材が、上流方向に付勢される、請求項３４に記載のジェット受け取り容器。
【請求項３７】
前記騒音抑制部材を前記上流方向に付勢するように位置決めされたばねをさらに備える、請求項３６に記載のジェット受け取り容器。
【請求項３８】
前記騒音抑制部材を前記上流方向に付勢する空圧チャンバをさらに備える、請求項３６に記載のジェット受け取り容器。
【請求項３９】
前記騒音抑制部材が、弾性の多孔質材料から作られたスリーブを備える、請求項３４に記載のジェット受け取り容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体ジェット切断システム、構成要素、及び方法に関し、詳細には、改善された作業環境を促進する流体ジェット切断システム、デバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体ジェット又は研磨流体ジェット切断システムは、石、ガラス、セラミック、複合物及び金属を含む多種多様な材料を切断するために使用される。典型的な流体ジェット切断システムでは、切断ノズルを有する切断ヘッドを通って高圧流体（例えば、水）が流れ、この切断ノズルが切断ジェットを加工物上へ誘導する。このシステムは、研磨材を高圧流体ジェット内へ引き込み又は送り込んで、研磨流体ジェットを形成することができる。切断ノズルは、加工物を所望通りに切断するように、加工物を横切って制御可能に動かすことができる。以下総称として「流体ジェット」と呼ぶ流体ジェット又は研磨流体ジェットが加工物を通過した後、流体ジェットのエネルギーは、キャッチャタンク内の比較的大量の水によって放散されることが多い。このキャッチャタンクはまた、加工物を支持するように構成することができる。現在、例えば本出願の譲受人であるＦｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＭａｃｈ  ４（商標）の５軸ウォータジェットシステムなどの高圧流体ジェットを生成するシステムが利用可能である。ウォータジェット切断システムの他の例は、全体として参照により本明細書に組み込まれている、Ｆｌｏｗ社の米国特許第５，６４３，０５８号に図示及び記載されている。加工物を支持し、加工物を通過させた後にウォータジェットのエネルギーを放散するキャッチャタンクシステムの例は、全体として参照により本明細書に組み込まれている、２０１１年７月２８日出願のＦｌｏｗ社の米国特許出願第１３／１９３，４３５号に図示及び記載されている。
【０００３】
多くの流体ジェット切断システムが、使用中に流体ジェットのエネルギーを放散するために比較的大量の水が収容されたキャッチャタンク配置を特徴として有するが、他の知られているシステムは、小型又は比較的小型の流体ジェット容器を利用し、これらの流体ジェット容器は、切断ヘッドに対向して位置決めされており、切断ヘッドからジェットが放出されて加工物に作用した後、このジェットを捕らえるように切断ヘッドと一緒に動かされる。そのような容器（キャッチャカップとも呼ばれる）及び他の関連するデバイスの例は、米国特許第４，４３５，９０２号、第４，５３２，９４９号、第４，６５１，４７６号、第４，６６５，９４９号、第４，６６９，２２９号、第４，６９８，９３９号、第４，７９９，４１５号、第４，９２０，８４１号、及び第４，９３７，９８５号に図示及び記載されている。
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、知られている流体ジェットシステムは、いくつかの欠点を有する可能性がある。例えば、多くの流体ジェットシステムは、理想的とは言えない作業環境を提供する過度の騒音及び／又は他の状態を生成するように構成されることがある。
【０００５】
本明細書に記載する実施形態は、特に作業しやすい状態で加工物を処理する流体ジェットシステム、構成要素及び関連する方法を提供する。これらのシステム、構成要素及び方法は、例えば、騒音汚染の低減及び／又は流体の跳ね返りなどの他の潜在的に破壊的な作業状態の解消若しくは低減をもたらすことができる。実施形態は、処理されている加工物と、加工物を通過する流体ジェットのエネルギーを受け取って放散するジェット受け取りデバイスとの間の間隙を低減させ、最小にし、又は解消する流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。他の実施形態は、浸漬された状態での加工物の流体ジェット処理を伴う流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。さらなる実施形態は、入ってくる流体ジェットの経路を流体ジェット容器の中心軸又は他の特徴と調和させるための流体ジェット容器の位置及び向きの調整を伴う流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。
【０００６】
一実施形態によれば、流体ジェット切断システムは、処理すべき加工物を把持するためのエンドエフェクタを有する多軸産業用ロボットであって、多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内で加工物を選択的に動かすように構成された多軸産業用ロボットと、多軸産業用ロボットの作業域内に位置決めされたタンクであって、加工物処理動作中に加工物がタンク内の流体中に浸漬されることを可能にするためのタンクと、高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドであって、加工物処理動作中、高圧流体ジェットが、タンク内の流体の上面より下にある流体ジェット出口から放出され、加工物を切断し、タンク内で切断ヘッドとは反対側の加工物近傍に位置する流体の領域内へ放散されるように、タンクに対して位置する切断ヘッドとを含むと要約することができる。
【０００７】
少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドは、中心軸を含むことができ、流体ジェットは中心軸に沿って放出され、少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドの中心軸は、垂直方向に位置合わせすることができ、加工物処理動作中に流体ジェットが流体ジェット出口から下方へ放出されるように向けることができる。少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドは、中心軸を含むことができ、流体ジェットは中心軸に沿って放出され、少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドの中心軸は、タンク内の流体の上面の法線方向に対して傾斜させることができる。システムは、それぞれ中心軸を有する第１の流体ジェット切断ヘッド及び第２の流体ジェット切断ヘッドを含むことができ、第１の流体ジェット切断ヘッドの中心軸は、第２の流体ジェット切断ヘッドの中心軸に対して直交するように位置合わせされる。少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドは、その一部分がタンクの開端部より上に位置するように吊るすことができる。少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドは、多軸産業用ロボットが放出された流体ジェットの下でタンクからの妨害なく加工物を操作することを可能にするために、タンクの側壁から隔置することができる。少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドは、タンクの側壁に取り付けることができ、タンクの側壁を通って延びることができる。少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドは、タンクに対する流体ジェット切断ヘッドの角度方向の調整を可能にするために、タンクの側壁に可動に取り付けることができる。流体ジェット切断システムは、真空源をさらに含むことができ、真空源は、高圧流体ジェット内への研磨材の真空に支援された飛沫同伴を提供するように流体ジェット切断ヘッドに結合され、タンクから流体を抜き取ることを支援するようにタンクに結合される。流体ジェット切断システムは、タンク内の浸漬の前又は後に加工物の検査を可能にするために、多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内でタンクの外側に位置する検査ステーションをさらに含むことができる。流体ジェット切断システムは、多軸産業用ロボットが異なる位置で加工物を設置し、加工物を再把持又は再係合することを可能にするために、多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内でタンクの外側に位置する再把持ステーションをさらに含むことができる。このようにして、加工物は、いくつかの異なる把持位置の１つから多軸産業用ロボットによってウォータジェットの下で操作することができる。
【０００８】
別の実施形態によれば、流体ジェット切断システムは、高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する流体ジェット切断ヘッドと、加工物処理動作中に高圧流体ジェットが加工物を通過した後に高圧流体ジェットを受け取るためのジェット受け取り容器と、ジェット受け取り容器を支持するための支持構造であって、流体ジェット切断ヘッドの流体ジェット出口によって規定される軸に対するジェット受け取り容器の横方向の位置及びジェット受け取り容器の角度方向の向きの少なくとも１つを選択的に調整するための駆動システムを含む支持構造と、を含むと要約することができる。
【０００９】
流体ジェット切断システムは、流体ジェット切断ヘッドを空間内で制御可能に操作するように流体ジェット切断ヘッドに結合された運動システムをさらに含むことができる。支持構造は、ジェット受け取り容器を流体ジェット切断ヘッドに結合することができ、加工物処理動作中に高圧流体ジェットを受け取るように、ジェット受け取り容器を切断ヘッドの流体ジェット出口に対向して位置決めすることができる。駆動システムは、加工物処理動作中に撓んだ状態の高圧流体ジェットに対して略平行になるように、流体ジェット容器の中心軸を位置合わせするように制御可能とすることができる。駆動システムは、加工物処理動作中に流体ジェット容器の入口部分内で撓んだ状態の高圧流体ジェットと交差するように流体ジェット容器の中心軸を位置合わせするように、流体ジェット容器を横方向に調整するように制御可能とすることができる。支持構造は、流体ジェット切断ヘッドの流体ジェット出口によって規定される軸に対して平行になるように、ジェット受け取り容器の位置を軸方向に選択的に調整する垂直調整機構を含むことができる。流体ジェット容器は、流体ジェット切断ヘッドの切断方向と位置合わせされた方向における支持構造の横方向の位置の選択的な調整及び流体ジェット切断ヘッドの流体ジェット出口によって規定される軸に対するジェット受け取り容器の角度方向の向きの選択的な調整を可能にするように、支持構造によって調整可能に支持することができる。流体ジェット容器は、支持構造によって調整可能に支持することができ、加工物処理動作の少なくとも一部分中、流体ジェット容器の位置及び／又は向きは、少なくとも部分的にプロセスモデルの計算に基づくことができる。流体ジェット容器は、ジェット受け取り入口をその遠位端部に有する細長い管状の構造を含むことができる。細長い管状の構造は、ジェット受け取り入口のすぐ近傍及び下流の領域内に加工物の隙間を提供するために、遠位端部の方へ先細りする外面を有することができる。細長い管状の構造は、略円筒形の遠位部分を含むことができる。いくつかの例では、遠位部分は、１．５インチ以下の直径を有することができる。
【００１０】
別の実施形態によれば、流体ジェット切断システムは、処理すべき加工物を把持するためのエンドエフェクタを有する多軸産業用ロボットであって、多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内で加工物を選択的に動かすように構成された多軸産業用ロボットと、多軸産業用ロボットの作業域内に位置する流体ジェット容器であって、加工物が流体ジェット容器の入口より上に位置決めされることを可能にするための流体ジェット容器と、高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する流体ジェット切断ヘッドと、を含み、流体ジェット容器及び流体ジェット切断ヘッドの少なくとも１つが、流体ジェット切断ヘッドの流体ジェット出口と流体ジェット容器の入口との間の隙間間隙を選択的に調整するように垂直方向に調整可能であると要約することができる。
【００１１】
流体ジェット切断ヘッドは、空間内で固定することができ、流体ジェット容器は、流体ジェット切断ヘッドに対して垂直方向に調整可能とすることができる。流体ジェット容器は、空間内で固定することができ、流体ジェット切断ヘッドは、流体ジェット容器に対して垂直方向及び／又は角度方向に調整可能とすることができる。流体ジェット切断システムは、コントローラをさらに含むことができ、コントローラは、加工物処理動作中に加工物が高圧流体ジェットの下で操作されるときに流体ジェット切断ヘッドの流体ジェット出口と流体ジェット容器の入口との間の隙間間隙を調整するように構成される。コントローラは、少なくとも部分的にモデル又はモデル計算に基づいて隙間間隙を調整するように構成することができる。流体ジェット切断システムは、コントローラに結合された１つ又は複数のセンサをさらに含むことができ、センサは、隙間間隙の大きさを感知するように構成され、コントローラは、少なくとも部分的に感知された大きさに基づいて隙間間隙を調整するように構成することができる。
【００１２】
流体ジェット切断システムは、多軸産業用ロボットの作業域内に位置決めされたタンクをさらに含むことができ、このタンクは、加工物処理動作中に加工物がタンク内の流体中に浸漬されることを可能にする。流体ジェット切断ヘッド及び多軸産業用ロボットは、代替として、流体ジェット容器及びタンクに対して選択的に動作可能とすることができる。流体ジェット容器は、流体ジェット容器が流体ジェット切断ヘッドに対向して位置決めされる活動構成と、流体ジェット容器がタンクへのアクセスを提供するためにタンクの開端部から離れて位置する非活動構成との間を動くように構成することができる。流体ジェット切断ヘッドは、流体ジェット切断ヘッドが高圧流体ジェットをジェット受け取り容器内へ放出するように位置決めされる第１の切断構成と、流体ジェット切断ヘッドが高圧流体ジェットをタンク内へ放出するように位置決めされる第２の切断構成との間を動くように構成することができる。流体ジェット切断システムは、ジェット受け取り容器によって受け取られた高圧流体ジェットの内容物を後の廃棄又は再生のためにタンクへ経路指定するようにジェット受け取り容器をタンクに接続する導管をさらに含むことができる。流体ジェット容器の出口は、タンクと流体連通することができ、動作中にジェット受け取り容器によって受け取られた高圧流体ジェットの内容物の抜き取り中に普通なら生成される騒音を減衰させることを支援するために、水中に浸漬させることができる。流体ジェット容器は、動作中に流体ジェット容器によって捕獲された流体ジェットの内容物を廃棄物取り扱いユニットへ動かすために真空源又はポンプに取り付けることができる。
【００１３】
別の実施形態によれば、加工物処理動作中に切断ヘッドの流体ジェット出口から放出される流体ジェットを受け取るための高圧流体ジェットシステムのジェット受け取り容器は、加工物処理動作中に流体ジェットの内容物を受け取るための入口を有する入口送り込み構成要素と、入口送り込み構成要素に結合された騒音抑制部材とを含み、騒音抑制部材が、中間構成と圧縮構成との間で変形可能であり、圧縮構成で、騒音抑制部材が、入口送り込み構成要素の入口と処理すべき加工物との間の間隙を充填すると要約することができる。
【００１４】
騒音抑制部材は、入口送り込み構成要素に摺動可能に係合することができる。騒音抑制部材は、上流方向に付勢することができる。ジェット受け取り容器は、騒音抑制部材を上流方向に付勢するように位置決めされたばねをさらに含むことができる。ジェット受け取り容器は、騒音抑制部材を上流方向に付勢する空圧チャンバをさらに含むことができる。騒音抑制部材は、弾性の多孔質材料から作られたスリーブを備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】流体ジェットに対向するように加工物を操作する多軸ロボット運動システムを含む一実施形態による流体ジェット切断システムの斜視図である。
【図２】定置型の切断ヘッドに対するジェット受け取り容器の垂直方向の調整性を示す図１の流体ジェット切断システムの一部分の拡大詳細図である。
【図３】定置型のジェット受け取り容器に対する切断ヘッドの垂直方向の調整性を示す別の実施形態による流体ジェット切断システムの拡大詳細図である。
【図４】流体ジェットに対向するように加工物を操作する多軸ロボット運動システムを含む別の実施形態による流体ジェット切断システムの斜視図である。
【図５】少なくとも部分的にタンク内に浸漬された加工物の方へ流体ジェットを放出するようにキャッチャタンクの側壁を通って延びるその切断ヘッドを示す図４の流体ジェット切断システムの一部分の横断面図である。
【図６】多軸ロボット運動システムが多軸ロボット運動システムの作業域内に位置決めされた複数の切断ヘッドの１つに対向して加工物を位置決めする状態を示す図４の流体ジェット切断システムの側面図である。
【図７】多軸ロボット運動システムが複数の切断ヘッドの別の１つに対向して加工物を位置決めする状態を示す図４の流体ジェット切断システムの側面図である。
【図８】多軸ロボット運動システムが切断ヘッドに対向して加工物を位置決めし、加工物が少なくとも部分的にキャッチャタンク内に浸漬された状態を示す、別の実施形態による流体ジェット切断システムの側面図である。
【図９】多軸ロボット運動システムが切断ヘッドとジェット受け取り容器との間に加工物を位置決めする状態を示す、図８の流体ジェット切断システムの側面図である。
【図１０】切断ヘッドに対向して位置決めされたジェット受け取り容器を有する別の実施形態による流体ジェット切断システムの等角図である。
【図１１Ａ】ジェット受け取り容器の一部分が切断ヘッドに対して異なる例示的な位置及び／又は向きにある状態を示す、図１０の流体ジェット切断システムの正面図である。
【図１１Ｂ】ジェット受け取り容器の一部分が切断ヘッドに対して異なる例示的な位置及び／又は向きにある状態を示す、図１０の流体ジェット切断システムの正面図である。
【図１１Ｃ】ジェット受け取り容器の一部分が切断ヘッドに対して異なる例示的な位置及び／又は向きにある状態を示す、図１０の流体ジェット切断システムの正面図である。
【図１２】代替ジェット受け取り容器が切断ヘッドに対する異なる例示的な位置及び／又は向きにある状態を示す、図１０の流体ジェット切断システムの正面図である。
【図１３Ａ】加工物とジェット受け取り容器との間の間隙を充填するように構成された騒音抑制部材を有する別の実施形態による流体ジェット切断システムの正面図である。
【図１３Ｂ】加工物とジェット受け取り容器との間の間隙を充填するように構成された騒音抑制部材を有する別の実施形態による流体ジェット切断システムの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の説明では、開示する様々な実施形態の徹底的な理解を提供するために、特定の特有の詳細について述べる。しかし、これらの特有の詳細の１つ又は複数がなくても実施形態を実行することができることが、当業者には理解されよう。他の例では、実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを回避するために、流体ジェット切断システムに関連するよく知られている構造及びその動作方法を詳細に図示又は記載しないことがある。例えば、本明細書に記載する流体ジェットシステムの切断ヘッドにそれぞれ高圧流体及び研磨材を送り込むための高圧流体源及び研磨材源を設けて、例えば加工物の高圧又は超高圧研磨材ウォータジェット切断を容易にすることができることが、当業者には理解されよう。別の例として、よく知られている制御システム及び駆動構成要素を流体ジェット切断システム内へ組み込んで、処理すべき加工物に対する切断ヘッドの動き又はその逆の動きを容易にすることができる。これらのシステムは、例えば５軸研磨材ウォータジェット切断システムで一般的であるように、様々な回転軸及び並進軸の周りで切断ヘッドを操作するための駆動構成要素を含むことができる。例示的な流体ジェットシステムは、ガントリ型の運動システム又はロボットアーム運動システムに結合された流体ジェット切断ヘッドを含むことができる。
【００１７】
文脈上別途必要とされない限り、以下の本明細書及び特許請求の範囲全体にわたって、「備える、含む（comprise）」という単語、並びに「備える、含む（comprises）」及び「備える、含む（comprising）」などのその変化形は、「含むがそれだけに限定されるものではない（including, but not limited to）」と同様に、オープンで包括的な意味で解釈されるべきである。
【００１８】
本明細書全体にわたって、「一実施形態（one embodiment）」又は「一実施形態（an embodiment）」への言及は、その実施形態に関連して記載する特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な位置における「一実施形態では（in one embodiment）」又は「一実施形態では（in an embodiment）」という語句の使用は、必ずしもすべて同じ実施形態について言及しているとは限らない。さらに、１つ又は複数の実施形態において、特定の特徴、構造、又は特性を任意の適した形で組み合わせることができる。
【００１９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上別途明確な指示がない限り、複数形の指示対象を含む。また、「又は（or）」という用語は、文脈上別途明確な指示がない限り、概して「及び／又は（and/or）」を含むという意味で用いられることに留意されたい。
【００２０】
本明細書に記載する実施形態は、特に環境に優しい方法で加工物を処理する流体ジェットシステム及び関連する方法を提供し、それにより騒音汚染の低減及び／又は流体の跳ね返りなどの他の潜在的に破壊的な作業状態の解消若しくは低減をもたらすことができる。実施形態は、処理されている加工物と、加工物を通過する流体ジェットのエネルギーを受け取って放散するジェット受け取りデバイスとの間の間隙を低減させ、最小にし、又は解消する流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。他の実施形態は、浸漬された状態での加工物の流体ジェット切断を伴う流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。さらなる実施形態は、入ってくる流体ジェットの経路を流体ジェット容器の中心軸又は他の特徴と調和させるための流体ジェット容器の位置及び向きの調整を伴う流体ジェットシステム及び関連する方法を含む。
【００２１】
本明細書に記載するとき、切断ヘッドという用語は、概して、流体ジェット切断機械又はシステムの作業端部にある構成要素のアセンブリを指すことができ、例えば、高圧流体ジェットを放出するための出口開口を収容する流体ジェット切断システムのノズルと、ノズルと一緒に動くようにノズルに直接的又は間接的に結合された周辺構造及びデバイスとを含むことができる。
【００２２】
図１及び図２は、流体ジェット切断システム１０の例示的な実施形態を示す。流体ジェット切断システム１０は、産業用多軸ロボットアームなどの多軸ロボット運動システム１２を含み、運動システム１２は、高圧流体ジェット（例えば、ウォータジェット又は研磨材ウォータジェット）によって処理されるようにその運動範囲によって規定される運動システム１２の作業域内で加工物１４を操作するように構成される。ロボット運動システム１２は、操作のために加工物１４を流体ジェットに対向して選択的に把持するグリッパなどのエンドエフェクタ１５をその作業端部に含むことができる。
【００２３】
図１を参照すると、ロボット運動システム１２の作業域内又はその近傍で流体ジェット切断ヘッド１８を支持するために、ロボット運動システム１２付近に支持構造１６を設けることができる。流体ジェット切断ヘッド１８は、オリフィスを介して高圧流体ジェットを生成し、加工物１４を処理するように流体ジェット出口を介して流体ジェット（研磨材の有無にかかわらない）を選択的に放出するように構成される。支持構造１６は、加工物１４が選択的に放出可能な流体ジェットによって切断され、切り落とされ、又は他の方法で処理されるように概して切断ヘッド１８に対向して位置決めされることを可能にするように、ロボット運動システム１２の作業域内又はその近傍で切断ヘッド１８を支持するのに適した剛性の構造又は調整可能な構造とすることができる。ロボット運動システム１２及び支持構造１６は、共通の土台２０に固定することができ、かつ／又は密閉され若しくは部分的に密閉された作業セル内に位置することができる。
【００２４】
支持構造１６又は別の異なる支持構造は、ジェット受け取り容器２２を概して切断ヘッド１８に対向して支持することができる。ジェット受け取り容器２２は、流体ジェットがジェット受け取り容器２２の内部空胴内へ進むことを可能にするためのジェット入口開口２４をその遠位端部に含むことができる。ジェット受け取り容器２２は、入ってくる流体ジェットのエネルギーを放散するための１つ又は複数のエネルギー放散デバイスをその内部空胴内に含むことができる。例えば、容器２２は、流体ジェットの衝突に応答して動き又は回転するように構成された拘束流体及び／又は複数の玉軸受若しくは他の要素で充填することができる。実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを回避するため、そのようなエネルギー放散デバイスのさらなる詳細は提供しない。
【００２５】
図２に示すように、ジェット受け取り容器２２は、切断ヘッド１８とジェット受け取り容器の入口開口２４との間の隙間間隙距離Ｄが調整されることを可能にするように、支持構造１６又は他の基礎構造に結合されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、３２で示す矢印によって表すように、ジェット受け取り容器２２が切断ヘッド１８に向かう方及び切断ヘッド１８から離れる方へ制御可能に動かされることを可能にするために、支持構造１６とジェット受け取り容器２２との間の中間に線形ポジショナ３０を設けることができる。例示的な線形ポジショナ３０には、ペンシルバニア州アーウィン所在のＰａｒｋｅｒ  Ｈａｎｎｉｆｉｎ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎから入手可能なＨＤシリーズの線形ポジショナが含まれる。線形ポジショナ３０は、トークランプ３４又は他の締結デバイスによって支持構造１６の直立した支持部材１７に結合することができる。ジェット受け取り容器２２は、支持アーム３８又は他の構造部材によって線形ポジショナ３０に結合することができる。ジェット受け取り容器２２は、直立した構造部材１７からずらして、直立した構造部材１７に対して略平行に向けることができる。
【００２６】
線形ポジショナ３０は、加工物処理動作前、加工物処理動作中及び／又は加工物処理動作後に線形ポジショナ３０の制御された動き及び隙間間隙距離Ｄの調整を可能にするために、コントローラ４０（図１）と通信するモータ３６を含むことができる。このようにして、ジェット受け取り容器２２の入口開口２４は、加工物１４の放出側に密接して維持することができ、それにより有利には、そのような特徴のないシステムによって普通なら生成される騒音のレベルを低減させることを支援することができる。隙間間隙距離Ｄは、異なる厚さ又は変動する厚さの加工物１４を収納するように調整することができる。いくつかの実施形態では、隙間間隙距離Ｄは、加工物１４（又はその一部分）の処理中、加工物１４の後部放出表面とジェット受け取り容器２２の入口開口２４との間の間隙を低減させ又は最小にするように調整することができる。
【００２７】
図３を参照すると、前述の流体ジェットシステム１０の変形形態が提供されており、ジェット受け取り容器２２は、支持構造１６に対して固定され、線形ポジショナ３０は、３２で示す矢印で表すように、切断ヘッド１８がジェット受け取り容器に向かう方及びジェット受け取り容器から離れる方へ制御可能に動かされることを可能にするために、支持構造１６と切断ヘッド１８との間の中間に設けられる。この場合も、線形ポジショナ３０は、トークランプ３４又は他の締結デバイスによって支持構造１６の直立した支持部材１７に結合することができる。切断ヘッド１８は、支持アーム１９又は他の構造部材によって線形ポジショナ３０に結合することができる。切断ヘッド１８は、直立した構造部材１７からずらして、直立した構造部材１７に対して略平行に向けることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、切断ヘッド１８は、加工物の処理前、加工物の処理中及び／又は加工物の処理後に切断ヘッド１８の流体ジェット放出方向の調整を可能にするために、角度を付けて位置合わせすることができ、又は支持構造１６に調整可能に結合することができる。さらに、いくつかの実施形態では、ジェット受け取り容器２２は、Ｒ１、Ｒ２で示す矢印によって示すように、ジェット受け取り容器２２の傾斜を可能にするために、１つ又は複数の直交して位置合わせされた回転軸Ａ１、Ａ２の周りを回転可能とすることができる。いくつかの例では、容器２２は、動作中に加工物１４との相互作用によって切断ヘッド１８の中心軸Ａ０から撓むことがある入ってくる流体ジェットの方向とその中心軸Ａ３がより密接に位置合わせされるように、処理動作前又は処理動作中（若しくは少なくとも処理動作の一部分中）に傾斜するように構成することができる。
【００２９】
図１を参照すると、例えば、１以上の流体供給導管４４を介して切断ヘッド１８に高圧若しくは超高圧流体を供給するための高圧若しくは超高圧流体源４２（例えば、４０，０００ｐｓｉ〜１００，０００ｐｓｉの範囲及びそれ以上の圧力定格を有する直接ドライブ及び増圧ポンプ）、並びに／又は研磨流体ジェット切断を可能にするために研磨材を切断ヘッド１８へ送り込むための研磨材源４６（例えば、研磨材ホッパ及び分配システム）など、流体ジェット切断システムに関連する他のシステム又はサブシステムを設けることもできる。より具体的には、研磨材源４６は、１つ又は複数の研磨材供給導管５０を介して研磨材（例えば、ガーネット粒子）を研磨材送り込みシステム４８へ供給することができる。研磨材送り込みシステム４８は、切断ヘッド１８に密接して設けることができ、１つ又は複数の研磨材送り込み導管５２を介して研磨材を切断ヘッド１８へ選択的に送り込むように、切断ヘッド１８の上に位置決めすることができる。高圧流体源４２、研磨材源４６、研磨材送り込みシステム４８、切断ヘッド１８、多軸ロボット運動システム１２、及び／又は流体ジェットシステム１０の他の機能構成要素は、これらの動作の調和を可能にするように、コントローラ４０に結合することができる。例えば、切断ヘッド１８から放出される研磨流体ジェットに対向するように加工物１４が操作されるとき、多軸ロボット運動システム１２の動きを隙間間隙距離Ｄ（図２）の動きの調整と調和させることができる。いくつかの例では、コントローラ４０は、少なくとも部分的にモデル又はモデル計算に基づいて隙間間隙距離Ｄを調整するように構成することができる。他の例では、システムは、コントローラ４０に結合された１つ又は複数のセンサ（図示せず）をさらに含むことができ、センサは、隙間間隙距離Ｄの大きさを感知するように構成され、コントローラ４０は、少なくとも部分的に感知された大きさに基づいて隙間間隙距離Ｄを調整するように構成することができる。
【００３０】
コントローラ４０は、概して、それだけに限定されるものではないが、プロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの１つ又は複数の演算デバイスを含むことができる。情報を記憶するために、コントローラ４０はまた、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの１つ又は複数の記憶デバイスを含むことができる。記憶デバイスは、１つ又は複数のバスによって演算デバイスに結合することができる。コントローラ４０は、１つ又は複数の入力デバイス（例えば、ディスプレイ、キーボード、タッチパッド、コントローラモジュール、又はユーザ入力用の任意の他の周辺デバイス）と、出力デバイス（例えば、表示画面、光インジケータなど）とをさらに含むことができる。コントローラ４０は、様々な切断ヘッドの動きの命令に応じて任意の数の異なる加工物を処理する１つ又は複数のプログラムを記憶することができる。コントローラ４０はまた、例えば高圧流体源４２、研磨材源４６、及び運動システム１２などの他の構成要素の動作を制御することができる。一実施形態によるコントローラ４０は、汎用コンピュータシステムの形で設けることができる。コンピュータシステムは、ＣＰＵ、様々な入出力構成要素、記憶装置、及びメモリなどの構成要素を含むことができる。入出力構成要素は、ディスプレイ、ネットワーク接続、コンピュータ可読媒体ドライブ、及び他の入出力デバイス（キーボード、マウス、スピーカなど）を含むことができる。制御システムマネージャプログラムは、ＣＰＵの制御下など、メモリ内で実行することができ、本明細書に記載する流体ジェットシステムを通って高圧流体（例えば、水）及び研磨材媒体を経路指定することに関係する機能性を含むことができる。
【００３１】
例えば、ＣＮＣ機能を含み、本明細書に記載する流体ジェットシステムに適用可能な研磨材ウォータジェットシステムなど、流体ジェットシステムに対するさらなる例示的な制御方法及びシステムは、全体として参照により本明細書に組み込まれている、Ｆｌｏｗ社の米国特許第６，７６６，２１６号に記載されている。通常、コンピュータ援用設計（すなわち、ＣＡＤモデル）を使用して生成された加工物の２次元又は３次元モデルを使用して機械を駆動するためのコードを生成することを可能にすることなどによって、コンピュータ援用製造（ＣＡＭ）プロセスを使用して、指定された経路に沿って切断ヘッドを効率的に駆動又は制御することができる。例えば、いくつかの例では、ＣＡＤモデルを使用して、本明細書に記載する流体ジェットシステムの適当な制御及びモータを駆動するための命令を生成し、様々な並進軸及び／又は回転軸の周りで切断ヘッドを操作して、ＣＡＤモデルに反映されるように加工物を切断又は処理することができる。
【００３２】
また、いくつかの実施形態では、一貫した研磨流体ジェットを生じさせて特に正確で効率的な加工物処理を可能にするために、研磨材送り込みシステム４８からの研磨材を流体源４２からの流体内へ引き込むことを支援するための真空源（図示せず）を設けることもできる。また、動作中に容器２２によって受け取られた流体ジェットの内容物を抜き取ることを支援するために、同じ又は異なる真空源をジェット受け取り容器２２に結合することもできる。
【００３３】
しかしながら、実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを回避するために、コントローラ４０、ロボット運動システム１２、並びに流体ジェット切断システムに関連する他のシステム及びサブシステム（例えば、研磨材送り込みシステム４８）のさらなる詳細は、詳細に図示又は記載しない。
【００３４】
図４〜図７は、流体ジェット切断システム１１０の別の例示的な実施形態を示す。流体ジェット切断システム１１０は、産業用多軸ロボットアームなどの多軸ロボット運動システム１１２を含み、多軸ロボット運動システム１１２は、高圧流体ジェット（例えば、ウォータジェット又は研磨材ウォータジェット）によって処理されるようにその運動範囲によって規定される運動システム１１２の作業域内で加工物１１４（例えば、複合の航空機部分）を操作するように構成される。ロボット運動システム１１２は、操作のために加工物１１４を流体ジェットに対向して選択的に把持するグリッパなどのエンドエフェクタ１１５をその作業端部に含むことができる。
【００３５】
流体ジェット切断システム１１０は、タンク１２２及び１つ又は複数の流体ジェット切断ヘッド１１８、１１９（２つを示す）をさらに含む。タンク１２２は、加工物処理動作中に加工物１１４がタンク１２２内の流体１２３（例えば、水）中に少なくとも部分的に浸漬されることを可能にするように、多軸ロボット運動システム１１２の作業域内に位置決めされる。流体ジェット切断ヘッド１１８、１１９はそれぞれ、図５に示すように高圧流体ジェット１３２を生成するためのオリフィス部材１３０（例えば、オリフィスマウント１３１によって保持される宝石オリフィス）と、高圧流体ジェット１３２を放出するための流体ジェット出口１３４とを含むことができる。切断ヘッド１１８、１１９は、切断ヘッド１１８、１１９の一方による加工物１１４の処理中、高圧流体ジェット１３２が、タンク１２２内の流体１２３の上面１２４より下にあるこの選択された切断ヘッド１１８、１１９の流体ジェット出口１３４から放出され、加工物１１４を切断し、タンク１２２内で選択された切断ヘッド１１８、１１９とは反対側の加工物１１４近傍に位置する流体１２３の領域内へ放散されるように、タンク１２２に対して位置する。
【００３６】
図５は、図４〜図７に示す流体ジェット切断システム１１０の例示的な実施形態並びに本明細書に記載する流体ジェット切断システム１０、２１０、３１０、４１０及び関連する方法の他の実施形態に関連して使用することができる切断ヘッド１１９の一実施形態のさらなる詳細を示す。切断ヘッド１１９は、研磨材源１４６に結合された研磨材入口１４５を含み、例えば研磨材を切断ヘッド１１９内へ引き込むことを支援するための真空源などの補給デバイス１４９に結合することができる補給ポート１４７を含む。他の例では、補給デバイス１４９は、２次研磨材送り込み源、加圧空気源、又は切断ヘッド１１９の動作を支援若しくは強化する他のデバイスとすることができる。いくつかの例では、補給デバイス１４９を設けなくてもよく、キャップ１５１で補給ポート１４７を封止することができる。他の例では、切断ヘッド１１９は、補給ポート１４７を含まなくてもよい。
【００３７】
切断ヘッド１１９はまた、切断ヘッド本体１５０と、切断ヘッド本体１５０内に流体ジェット１３２を生じさせるためのオリフィス部材１３０と、本体１５０に結合された混合管１５２とを含む。切断ヘッド本体１５０は、混合チャンバ１５６の少なくとも一部分を規定する内面１５４を有する。図５に示す実施形態を含むいくつかの実施形態では、混合チャンバ１５６は、概して、オリフィス部材１３０を支持するオリフィスマウント１３１と混合管１５２との間の空間である。研磨材入口１４５は、研磨材源１４６と混合チャンバ１５６との間の流路の少なくとも一部分を規定し、補給ポート１４７は、設けられるとき、混合チャンバ１５６と補給デバイス１４９との間の流路の少なくとも一部分を規定する。
【００３８】
切断ヘッド本体１５０は、一体構造を有することができ、全体的又は部分的に、１つ又は複数の金属（例えば、鋼鉄、高強度金属など）、金属合金などから作ることができる。切断ヘッド本体１５０は、切断ヘッド１１９の他の構成要素に結合するためのねじ山又は他の結合特徴を含むことができる。オリフィスマウント１３１は、切断ヘッド本体１５０に対して固定され、オリフィス部材１３０を受け取って保持するように寸法設定された凹部を含む。オリフィス部材１３０は、混合チャンバ１５６、混合管１５２の通路１５８、及び高圧流体源１４２と流体連通する上流通路１６０と位置合わせされた状態で維持される。いくつかの実施形態では、オリフィス部材１３０は、宝石オリフィス又は他の流体ジェット又は切断流生成デバイスであり、その結果得られる流体ジェット１３２の所望の流動特性を実現するために使用される。オリフィス部材１３０の開口は、約０．００１インチ（０．０２５ｍｍ）〜約０．０２インチ（０．５ｍｍ）の範囲内の直径を有することができる。また、必要とされ又は所望される場合、他の直径を有する開口を使用することもできる。
【００３９】
オリフィスマウント１３１は、混合チャンバ１５６の上流端部を規定し、混合管１５２は、混合チャンバ１５６の下流端部を規定する。混合チャンバ１５６は、比較的広い中心領域を含み、この中心領域内で、研磨材源１４６のための研磨材を流体ジェット１３２内に同伴することができる。図示の混合チャンバ１５６の横断面積は、混合管１５２の通路１５８の横断面積より大きい。図５の図示の混合チャンバ１５６は、単段飛沫同伴チャンバであり、その中で実質上飛沫同伴プロセス全体が行われる。オリフィスマウント１３１と混合管１５２との間の流体ジェット１３２の区間の少なくとも一部分内に、研磨材の流れを連続して同伴することができる。図示の流体ジェット１３２は、オリフィス部材１３０から出て混合チャンバ１５６に直接入る。混合チャンバ１５６内へ送り込まれ又は引き込まれた研磨材は、真空デバイスの任意選択の支援によって、流体ジェット１３２内に同伴されて、混合管１５２の通路１５８を通って流れる研磨流体ジェット１３２を形成する。研磨材は、混合管１５２の上流端部に入る前に同伴することができる。同伴された研磨材は、混合管１５２の通路１５８に沿って進みながら、引き続き混ざり合うことができる。流体ジェット１３２は、最終的に、概して加工物１１４を処理するために混合管１５２によって規定される中心軸１６２に沿って出口１３４から放出される。
【００４０】
切断ヘッド１１９は、切断ヘッド１１９をタンク１２２又はタンク１２２付近の別の構造に結合するマウント１６４をさらに含むことができる。図５に示す例示的な実施形態によれば、切断ヘッド１１９は、処理動作中に流体ジェット出口１３４がタンク１２２内の流体１２３の上面１２４より下に位置決めされるように、タンク１２２の側壁に取り付けられ、タンク１２２の側壁を通って延びる。加工物１１４を処理するときに流体ジェット出口１３４が確実に浸漬されるように、タンク１２２内の流体１２３のレベルを調整するための流体レベル調整システム（図示せず）を設けることができる。加工物１１４が切断ヘッド１１９に対向して位置決めされたままで、加工物１１４の検査を可能にするために、流体１２３のレベルを下げることができる。いくつかの実施形態では、タンク１２２内の浸漬及び処理の前又は後に加工物１１４の検査を可能にするために、検査ステーションが、多軸ロボット運動システム１１２の運動範囲によって規定される作業域内でタンク１２２の外側に位置することができる。切断ヘッド１１９は、中心軸１６２が水平又は略水平に位置合わせされるように、タンク１２２に取り付けることができる。他の実施形態では、切断ヘッド１１９は、中心軸１６２が水平の基準平面に対して傾斜するように、タンク１２２に取り付けることができる。例えば、中心軸１６２は、流体ジェット１３２を少なくとも部分的にタンク１２２の底の方へ放出するように、下方へ傾斜させることができる。
【００４１】
さらなる実施形態では、切断ヘッド１１９は、操作可能な接合部（図示せず）を介してタンク１２２に取り付けることができる。操作可能な接合部は、タンク１２２に対する切断ヘッド１１９の角度αの選択的な調整を可能にするように、手動又は自動で調整可能とすることができる。例えば、操作可能な接合部は、切断動作前及び／又は切断動作中に切断ヘッド１１９の角度αの制御された調整を可能にするように、モータ及びコントローラ（図示せず）に結合することができる。切断ヘッド１１９の角度αは、とりわけ、切断動作中に表面の乱流を最小にし、又はその放出される流体ジェット１３２に対向する加工物１１４のより容易な操作を可能にするように、手動又は自動で調整することができる。タンク１２２又は他の器具に対するそのような切断ヘッドの角度方向の調整を可能にするために、例えば切断ヘッド１１８などの他の切断ヘッドを同様に支持することができる。
【００４２】
図６及び図７は、２つの異なる構成の多軸ロボット運動システム１１２を示し、加工物１１４は、２つの別個の切断ヘッド１１８、１１９のそれぞれに対向して位置決めされている。より具体的には、図６は、上記で論じたように、タンク１２２の側壁を通って延びる水平方向に向けられた切断ヘッド１１９に対向して加工物１１４を位置決めする多軸ロボット運動システム１１２を示し、図７は、垂直方向に取り付けられた切断ヘッド１１９に対向して加工物１１４を位置決めする多軸ロボット運動システム１１２を示し、切断ヘッド１１９は、処理動作中に流体ジェット１３２が流体ジェット出口１３４から下方へ放出されるようにタンク１２２より上に位置決めされる。切断ヘッド１１８、１１９は、互いに直交する２つの主方向に流体ジェット１３２を放出するように設けることができる。他の例では、切断ヘッド１１８、１１９によって放出される流体ジェット１３２の放出方向は、互いに対して直交しなくてもよく、又は互いに対して斜めにすることができる。さらに他の例では、切断ヘッド１１８、１１９の１つ又は複数は、処理動作前、処理動作後、及び／又は処理動作中に、放出されたジェット１３２の向きが所望通りに変えられるように、調整可能に取り付けることができる。
【００４３】
２つの別個の異なる切断ヘッド１１８、１１９が示されているが、いくつかの実施形態では、より多くの切断ヘッド１１８、１１９を設けることができ、他の実施形態では、単一の切断ヘッド１１８、１１９のみをタンク１２２及び多軸ロボット運動システム１１２とともに設けることができることが理解される。しかし、複数の切断ヘッド１１８、１１９を有することで、例えば浸漬環境内で複雑なプロファイルの加工物１１４を切断することなど、多種多様な加工物を処理すること及び多種多様な処理動作を実行することに対する多用性が提供される。少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッド１１８は、多軸ロボット運動システム１１２がタンク１３２の側壁からの妨害なく放出される流体ジェット１３２内で加工物１１４を操作することを可能にするために、タンク１２２の側壁から隔置することができる。
【００４４】
図６及び図７を引き続き参照すると、少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッド１１８をタンク１２２より上に吊るすことができ、又はタンク１２２より上に他の方法で位置決めすることができ、切断ヘッド１１８の一部分（例えば、切断ヘッド本体１５０）は、処理動作中に流体１２３の上面１２４より上に位置し、切断ヘッド１１８の一部分（例えば、混合管１５２の少なくとも一部分）は、流体１２３の上面１２４より下に浸漬される。したがって、切断ヘッド１１８は、流体１２３の上面１２４全体に及ぶことができ、その流体ジェット出口１３４は、切断及び他の処理動作中に浸漬される。切断ヘッド１１８は、タンク１２２より上の空間内にしっかりと又は固定して確保することができる。他の例では、切断ヘッド１１８が多軸ロボット運動システム１１２の作業域の外側に位置することができる格納構成と、切断ヘッド１１８がタンク１２２より上又はタンク１２２内に位置決めされ、その流体ジェット出口１３４が浸漬される配備構成との間を、切断ヘッド１１８が動くことを可能にするために、切断ヘッド１１８を揺動アーム又は他の支持構造（図示せず）に取り付けることができる。タンク１２２、多軸ロボット運動システム１１２、及び切断ヘッド１１８、１１９の１つ又は複数を支持する任意の支持構造（図示せず）は、共通の土台１２０に固定することができ、かつ／又は密閉され若しくは部分的に密閉された作業セル内に位置することができる。
【００４５】
また、前述の実施形態と同様に、図６及び図７を引き続き参照すると、例えば、切断ヘッド１１８、１１９に高圧若しくは超高圧流体（例えば、高圧水）を供給するための高圧若しくは超高圧流体源１４２（例えば、４０，０００ｐｓｉ〜１００，０００ｐｓｉの範囲及びそれ以上の圧力定格を有する直接ドライブ及び増圧ポンプ）、並びに／又は研磨流体ジェット切断を可能にするために研磨材を切断ヘッド１１８、１１９へ送り込むための研磨材源１４６（例えば、研磨材ホッパ及び分配システム）など、流体ジェット切断システムに関連する他のシステム及びサブシステムを設けることもできる。いくつかの実施形態では、追加の機能性を提供するために、切断ヘッド１１８、１１９に補給デバイス１４９を結合することができる。例えば、研磨材を切断ヘッド１１８、１１９内へ引き込むことを支援するために、真空源を設けることができる。他の例では、補給デバイス１４９は、２次研磨材送り込み源、加圧空気源、又は切断ヘッド１１８、１１９の動作を支援若しくは強化する他のデバイスとすることができる。加えて、内容物の廃棄又は内容物の再生及び再利用のためにタンク１２２からの内容物の抜き取りを可能にするために、真空源又はポンプ１４８をタンク１２２に結合することができる。高圧流体源１４２、研磨材源１４６、切断ヘッド１１８、１１９、多軸ロボット運動システム１１２、及び／又は流体ジェットシステム１１０の他の機能構成要素（例えば、補給デバイス１４９）はまた、これらの動作の調和を可能にするように、１つ又は複数のコントローラ（図示せず）に結合することができる。例えば、一実施形態によれば、放出される流体ジェット１３２が、真空源又はポンプ１４８が研磨剤を抜き取る間にタンク１２２の底部から使用済みの研磨材を取り除くことによって、タンク１２２を清浄にすることを支援するように、切断ヘッド１１８、１１９の向きを調整することができ、真空源又はポンプ１４８の動作と調和させることができる。実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを回避するために、コントローラ、ロボット運動システム１１２、及び流体ジェット切断システムに関連する他の知られているシステム（例えば、高圧流体源１４２）のさらなる詳細は、詳細に図示又は記載しない。
【００４６】
図８及び図９を参照すると、複数の代替処理配置の１つを使用して加工物を処理する別の実施形態による流体ジェット切断システム２１０が示されている。これらの処理配置は、図８に示す浸漬処理配置と、図９に示す非浸漬処理配置とを含むことができる。流体ジェット切断システム２１０は、産業用多軸ロボットなどの多軸ロボット運動システム２１２を含み、多軸ロボット運動システム２１２は、高圧流体ジェット２３２（例えば、ウォータジェット又は研磨材ウォータジェット）によって処理されるようにその運動範囲によって規定される運動システム２１２の作業域内で加工物２１４を操作するように構成される。ロボット運動システム２１２は、加工物２１４の操作のために加工物２１４を流体ジェット２３２に対向して選択的に把持するグリッパなどのエンドエフェクタ２１５をその作業端部に含むことができる。
【００４７】
流体ジェット切断システム２１０は、タンク２２２と、高圧流体ジェット２３２を選択的に生成するように構成された少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッド２１８と、をさらに含む。タンク２２２は、浸漬処理動作中に加工物２１４がタンク２２２内の流体２２３（例えば、水）中に少なくとも部分的に浸漬されることを可能にするように、多軸ロボット運動システム２１２の作業域内に位置決めされる。より具体的には、流体ジェット切断ヘッド２１８は、高圧流体ジェット２３２を生成するためのオリフィス部材（例えば、宝石オリフィス）と、高圧流体ジェット２３２を放出するための流体ジェット出口２３４とを含む。切断ヘッド２１８は、加工物２１４の処理中、高圧流体ジェット２３２をタンク２２２内の流体２２３の上面２２４より下にある切断ヘッドの流体ジェット出口から放出し、加工物２１４を切断し、タンク２２２内で切断ヘッド２１８とは反対側の加工物２１４近傍に位置する流体２２３の領域内へ放散することができるように、タンク２２２に対して位置決め可能である。
【００４８】
より具体的には、切断ヘッド２１８は、２７０で示す矢印によって表すように、図８に示す浸漬処理位置と図９に示す非浸漬処理位置との間で切断ヘッド２１８が動かされることを可能にするように、支持構造２１６に可動に結合することができる。切断ヘッド２１８は、支持アーム２７２及びキャリッジ又はベース２７４によって支持構造２１６に結合することができ、ベース２７４は、支持構造２１６の直立部分を並進又は上下させるように構成される。支持構造２１６に沿った切断ヘッド２１８の垂直方向の位置は、手動で調整可能又は制御可能に調整可能とすることができる。図８に示す浸漬処理位置若しくは図９に示す非浸漬処理位置又はそれらの間の中間位置に切断ヘッド２１８を確保するために、ロック（図示せず）又は他の締結デバイスを設けることができる。
【００４９】
図９を参照すると、流体ジェット切断システム２１０は、流体ジェット入口送り込み構成要素２８２を有するジェット受け取り容器２８０をさらに含むことができ、入口送り込み構成要素２８２は、非浸漬処理位置で動作するときに切断ヘッド２１８から放出される流体ジェット２３２を受け取って捕獲するための入口開口２８４を有する。ジェット受け取り容器２８０は、図９に示す加工物２１４を処理するための活動又は配備位置と図８に示す非活動又は格納位置との間で容器２８０が動かされることを可能にするように、支持構造２１６に可動に結合することができる。容器２８０は、支持アーム２９４及びキャリッジ又はベース２９６によって支持構造２１６に結合することができ、ベース２９６は、２９０で示す矢印によって表すように、支持構造２１６の直立部分を並進又は上下させるように構成することができる。支持構造２１６に沿った容器２８０の垂直方向の位置は、手動で調整可能又は制御可能に調整可能とすることができる。加えて、キャリッジ又はベース２９６は、２９２で示す矢印によって表すように、支持構造２１６の直立部分の周りを回転するように構成することができる。このようにして、支持アーム２９４及び容器２８０は、タンク２２２をよけて揺動することができ、タンク２２２内の加工物２１４の処理を邪魔又は干渉しないように収納することができる。図９に示す活動若しくは配備位置、又は図８に示す非活動若しくは格納位置、又は関連する他の位置で容器２８０を確保するために、ロック（図示せず）又は他の締結デバイスを設けることができる。有利には、流体ジェット切断システム２１０は、多種多様な加工物２１４の取り扱い及び処理に対して強化された多用性を提供する。タンク２２２、多軸ロボット運動システム２１２、支持構造２１６、及びそれらの上に支持される構成要素は、共通の土台２２０に固定することができ、かつ／又は密閉され若しくは部分的に密閉された作業セル内に位置することができる。
【００５０】
また、前述の実施形態と同様に、図８及び図９を引き続き参照すると、例えば、切断ヘッド２１８に高圧若しくは超高圧流体（例えば、高圧水）を供給するための高圧若しくは超高圧流体源２４２（例えば、４０，０００ｐｓｉ〜１００，０００ｐｓｉの範囲及びそれ以上の圧力定格を有する直接ドライブ及び増圧ポンプ）、並びに／又は研磨流体ジェットによる処理を可能にするために研磨材を切断ヘッド２１８へ送り込むための研磨材源２４６（例えば、研磨材ホッパ及び分配システム）など、流体ジェット切断システムに関連する他のシステム及びサブシステムを設けることもできる。研磨材源２４６は、１つ又は複数の研磨材供給導管２５０を介して研磨材（例えば、ガーネット粒子）を研磨材送り込みシステム２４８へ供給することができる。研磨材送り込みシステム２４８は、切断ヘッド２１８に密接して設けることができ、１つ又は複数の研磨材送り込み導管２５２を介して研磨材を切断ヘッド２１８へ選択的に送り込むように、切断ヘッド２１８の上に位置決めすることができる。高圧流体源２４２、研磨材源２４６、研磨材送り込みシステム２４８、切断ヘッド２１８、多軸ロボット運動システム２１２、及び／又は流体ジェットシステム２１０の他の機能構成要素はまた、これらの動作の調和を可能にするように、１つ又は複数のコントローラ（図示せず）に結合することができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、追加の機能性を提供するために、切断ヘッド２１８、２１９に補給デバイス２４５を結合することができる。例えば、研磨材を切断ヘッド２１８、２１９内へ引き込むことを支援するために、真空源を設けることができる。他の例では、補給デバイス２４５は、２次研磨材送り込み源、加圧空気源、又は切断ヘッド２１８、２１９の動作を支援若しくは強化する他のデバイスとすることができる。加えて、動作中に容器２８０によって受け取った流体ジェット２３２の内容物を抜き取ることを支援するために、導管２４９（図９）を介してジェット受け取り容器２８０に真空源又はポンプ２４７を結合することができる。またさらに、廃棄又は再生及び再利用のためにタンク２２２からの内容物の抜き取りを可能にするために、タンク２２２に同じ又は異なる真空源又はポンプ２４７を結合することができる。
【００５２】
図９を参照すると、いくつかの実施形態によれば、流体ジェット容器２８０から抜き取られた内容物は、１つ又は複数の導管２４９を介してタンク２２２へ経路指定することができ、タンク２２２内で放出される。流体ジェット容器２８０の出口はまた、タンク２２２と流体連通することができ、動作中のジェット受け取り容器２８０からの内容物の抜き取り中に普通なら生成される騒音を減衰させることを支援するために、水中に浸漬させることができる。
【００５３】
実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを回避するために、コントローラ、ロボット運動システム２１２、及び流体ジェット切断システムに関連する他の知られているシステム（例えば、研磨材送り込みシステム２４８）のさらなる詳細は、詳細に図示又は記載しない。
【００５４】
図１０及び図１１Ａ〜図１１Ｃは、流体ジェット切断システム３１０のさらに別の実施形態を示す。流体ジェット切断システム３１０は、流体ジェット切断ヘッド３１８を含み、流体ジェット切断ヘッド３１８は、高圧流体ジェット３３２を生成するためのオリフィスと、高圧流体ジェット３３２を放出するための流体ジェット出口３３４とを有する。処理動作中に高圧流体ジェット３３２が加工物３１４を通過した後に高圧流体ジェット３３２を受け取るために、ジェット受け取り容器３２２（見やすいように図１１Ａ〜図１１Ｃには一部のみを示す）が、概して切断ヘッド３１８に対向して設けられる。ジェット受け取り容器３２２は、動作中に流体ジェット３３２を受け取るための入口開口３２６を有する入口送り込み構成要素３２４を含むことができる。動作中にジェット受け取り容器３２２によって捕獲された流体ジェット３３２の内容物を抜き取るために、放出導管３２８が設けられる。
【００５５】
図１０を参照すると、流体ジェット切断システム３１０は、ジェット受け取り容器３２２を概して切断ヘッド３１８に対向して支持するための支持構造３４０をさらに含むことができる。支持構造３４０は、流体ジェット切断ヘッド３１８の流体ジェット出口３３４によって規定される軸３３５に対するジェット受け取り容器３２２の横方向の位置、ジェット受け取り容器３２２の軸方向の位置及び／又はジェット受け取り容器３２２の角度方向の向きを選択的に調整するための１つ又は複数の線形又は回転ポジショナ３５０、３５２、３７０を備える駆動システムを含むことができる。
【００５６】
例えば、図１０に示す流体ジェット切断システム３１０の例示的な実施形態は、付属のモータ３５４、３５６を有する２つの線形ポジショナ３５０、３５２を有する駆動システムを含み、線形ポジショナ３５０、３５２は、３５８、３６０で示す矢印によって表すように、ジェット受け取り容器３２２の横方向及び軸方向の調整を提供するように、互いに直交するように向けられる。駆動システムは、支持構造３４０の対向するアーム部分３７２、３７４間に結合された回転体又は回り継手３７０をさらに含む。回転体又は回り継手３７０は、例えば、それぞれの油圧ライン３７６を介して供給及び返還される油圧流体によって制御される油圧回転体又は回り継手とすることができる。アーム部分の一方３７４は、３８２で示す矢印によって表すように、ジェット受け取り容器３２２を選択的に傾斜させるために、アーム部分３７４が他方のアーム部分３７２に対して回転軸３８０の周りを回転又は旋回することを可能にするように、回転体又は回り継手３７０に結合するためのクレビス構造３７８を有することが示されている。
【００５７】
図１１Ａを参照すると、流体ジェット切断システム３１０の駆動システムは、３６０で示す矢印によって表すように、切断ヘッド３１８に対するジェット受け取り容器３２２の軸方向の位置を調整するように制御可能とすることができる。このようにして、ジェット受け取り容器３２２の入口送り込み構成要素３２４は、切断ヘッド３１８とは反対の加工物３１４の側と入口送り込み構成要素３２４との間の距離３２７を低減させ又は最小にするように、加工物３１４に密接させることができる。これは、切断プロセス中に生成される音を低減させ又は最小にすることを支援することができ、また、図１１Ａに示すように加工物３１４とのその相互作用によって放出方向から撓むことがある入ってくるジェット３３２が入口送り込み構成要素３２４の入口開口３２６とよりよく位置合わせされることを確実にすることができる。ジェット受け取り容器３２２の軸方向の位置は、例えば処理されている加工物１１４のトポグラフィを含む１つ又は複数の変数に応じて、処理中に調整することができる。
【００５８】
図１１Ｂを参照すると、流体ジェット切断システム３１０の駆動システムは、３５８で示す矢印によって表すように、切断ヘッド３１８に対するジェット受け取り容器３２２の横方向の位置を調整するように制御可能とすることができる。このようにして、ジェット受け取り容器３２２の入口送り込み構成要素３２４は、加工物処理中に流体ジェット容器３２２の遠位端部にある入口部分３２５内で撓んだ状態の高圧流体ジェットと交差するように、流体ジェット容器３２２の中心軸３２３を位置合わせするように制御することができる。ジェット受け取り容器３２２の横方向の位置は、例えば切断ヘッド３１８が加工物１１４に対して動く位置又は加工物１１４が切断ヘッド３１８に対して動く速度を含む１つ又は複数の変数に応じて、処理中に調整することができる。
【００５９】
図１１Ｃを参照すると、流体ジェット切断システム３１０の駆動システムは、それぞれ３５８、３６０、及び３８２で示す矢印によって表すように、切断ヘッド３１８に対するジェット受け取り容器３２２の横方向の位置、軸方向の位置、及び角度方向の向きを独立して調整するように制御可能とすることができる。このようにして、ジェット受け取り容器３２２の入口送り込み構成要素３２４は、加工物処理中にその撓んだ状態の高圧流体ジェット３３２に対して比較的より平行になるように、流体ジェット容器３２２の中心軸３２３を位置合わせするように制御することができる。いくつかの例では、ジェット受け取り容器３２２の入口送り込み構成要素３２４は、加工物処理中にその撓んだ状態の高圧流体ジェット３３２に対して平行又は略平行になるように、流体ジェット容器３２２の中心軸３２３を位置合わせするように制御することができる。
【００６０】
横方向の調整、軸方向の調整、及び／又は角度方向の調整の量は、いくつかの変数に応じることができることが理解される。これらの変数は、例えば、切断ヘッド３１８が加工物３１４に対して動かされる速度又は加工物３１４が切断ヘッド３１８に対して動かされる速度、処理されている材料のタイプ（例えば、鋼鉄対複合材料）、及び処理されている加工物３１４の厚さ又はトポグラフィを含むことができる。さらに、全体として参照により本明細書に組み込まれている、Ｆｌｏｗ社の米国特許第６，７６６，２１６号に記載されているような流体ジェットプロセスモデルを使用して、流体ジェット３３２の予期の撓みを計算することができる。次いで、少なくとも部分的にそのような計算に基づいて、ジェット受け取り容器３２２の位置及び／又は向きを調整することができる。いくつかの例では、フィードバック調整の目的のため、流体ジェット容器３２２の位置及び／又は向きを感知するために、１つ又は複数のセンサ（図示せず）を設けることができる。いくつかの例では、切断動作の少なくとも一部分全体にわたって、ジェット受け取り容器３２２の軸方向の位置、横方向の位置、及び／又は角度方向の向きを選択し、一定に保持することができる。いくつかの例では、切断動作又はその部分全体にわたって、ジェット受け取り容器３２２の軸方向の位置、横方向の位置、及び／又は角度方向の向きを調整することができる。有利には、ジェット受け取り容器３２２は、騒音及び跳ね返りを低減させるように、入ってくる流体ジェット３３２を捕獲するように制御することができる。
【００６１】
概して、動作中に切断ヘッド３１８に対するジェット受け取り容器３２２の位置及び／又は向きを操作するために、１つ又は複数の駆動構成要素を設けることができる。ジェット受け取り容器３２２の位置及び向きは、放出されるジェット３３２とジェット受け取り容器３２２との接触を最適にし、又は他の方法で操作するために、動作中に切断ヘッド３１８の速度及び／又は軌道と調和させることができる。例えば、切断速度が比較的速い結果、切断ヘッド３１８の中心軸３３５からのジェットの撓みがより大きくなることがあり、そのような例では、撓んだジェット３３２をより同軸に受け取るために、より大きい範囲のより大きい距離又は傾斜に対してジェット受け取り容器３２２を横方向に調整するように制御することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、切断ヘッド３１８は、加工物３１４が切断ヘッド３１８とジェット受け取り容器３２２との間を通過する間に、例えば多軸ロボット運動システムなどによって、概してジェット受け取り容器３２２に対向して位置決めして保持することができる。他の実施形態では、流体ジェット切断システム３１０は、例えばガントリ式の運動システムなど、流体ジェット切断ヘッド３１８を空間内で制御可能に操作するように流体ジェット切断ヘッド３１８に結合された異なる運動システムを含むことができる。
【００６３】
一例として、流体ジェット切断システム３１０は、１対のベースレールに沿って可動のブリッジアセンブリを備える運動システム３１２（図１０）を含むことができる。動作の際、ブリッジアセンブリは、加工物３１４を処理するためにシステム３１０の切断ヘッド３１８を位置決めするように、並進軸に対してベースレールに沿って前後に動くことができる。加えて、第１の並進軸に直交して位置合わせされた別の並進軸に沿って前後に並進するように、ブリッジアセンブリに器具キャリッジを可動に結合することができる。器具キャリッジは、切断ヘッド３１８を加工物３１４に向かう方及び加工物３１４から離れる方へ動かすために、さらに別の並進軸に沿って切断ヘッド３１８を上昇及び下降させるようにさらに構成することができる。さらに、追加の機能性を提供するために、切断ヘッド３１８と器具キャリッジとの中間に操作可能な前腕及び操作可能な手首を設けることができる。より具体的には、第１の回転軸の周りで切断ヘッド３１８を回転させるために、運動システムの前腕を器具キャリッジに回転可能に結合することができる。前述の回転軸に対して平行でない別の回転軸の周りで切断ヘッド３１８を回転させるために、運動システムの手首を前腕に回転可能に結合することができる。組み合わせると、これらの回転軸は、例えば複雑なプロファイルの切断を容易にするために、切断ヘッド３１８が加工物３１４に対する広範囲の向きで操作されることを可能にする。回転軸は、焦点で集束することができ、いくつかの実施形態では、焦点は、切断ヘッド３１８の端部又は先端からずらすことができる。切断ヘッド３１８の端部又は先端は、好ましくは、処理すべき加工物３１４から所望の離隔距離をあけて位置決めされる。この離隔距離は、流体ジェットの切断性能を最適にするように、所望の距離をあけて選択又は維持することができる。動作中、並進軸及び回転軸のそれぞれに対する切断ヘッド３１８の動きは、様々な従来の駆動構成要素及び適当なコントローラ（図示せず）によって実現することができる。
【００６４】
図１２は、前述のシステム３１０に類似の流体ジェットシステム３１０’を示すが、入口送り込み構成要素３２４’は、その入口開口３２６’のすぐ近傍及び下流の領域内に追加の加工物の隙間を提供するために、上流方向（すなわち、概して入ってくる流体ジェット３３２の方向とは反対の方向）に内方へ先細りする外面を有する遠位部分を含む。有利には、入口送り込み構成要素３２４’は、ジェット受け取り容器と処理すべき加工物３１４との間の干渉に対する可能性を低減させ又は最小にするために、細いプロファイルをその遠位端部に有することを特徴とすることができる。入口送り込み構成要素３２４’は、例えば加工物３１４が複雑な形状又は表面トポグラフィを有するにもかかわらず、加工物３１４と入口送り込み構成要素３２４’との間の間隙を最小にするように、加工物３１４に密接して維持することができ、加工物３１４に対して操作することができる（又は逆も同様である）。いくつかの例では、流体ジェット３３２は、切断動作の持続時間全体にわたって、流体ジェット３３２が加工物３１４を出る位置から約１．０インチの範囲内で、入口送り込み構成要素３２４’の入口開口３２６’に入ることができる。加えて、流体ジェットシステム３１０’は、図１２に示すように、加工物処理動作の少なくとも一部分中に、撓んだ状態の高圧流体ジェット３３２に対して略平行になるように、入口送り込み構成要素３２４’の中心軸３２３の位置合わせを可能にする駆動システムを含むことができる。このようにして、流体ジェット３３２は、時として、概して邪魔されずに入口送り込み構成要素３２４’を通過することができ、それによって入口送り込み構成要素３２４’の摩耗を低減させ又は最小にすることができる。
【００６５】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、流体ジェット切断システム４１０のさらに別の実施形態を示す。流体ジェット切断４１０は、そのノズル部分によって表す流体ジェット切断ヘッド４１８を含み、流体ジェット切断ヘッド４１８は、高圧流体ジェット４３２を生成するためのオリフィスと、高圧流体ジェット４３４を放出するための流体ジェット出口４３４とを有する。処理動作中に高圧流体ジェット４３２が加工物４１４（図１３Ｂ）を通過した後に高圧流体ジェット４３２を受け取るために、ジェット受け取り容器４２２が、概して切断ヘッド４１８に対向して設けられる。ジェット受け取り容器４２２は、動作中に流体ジェット４３２を受け取るための入口開口４２６を有する入口送り込み構成要素４２４を含むことができる。ジェット受け取り容器４２２は、入口送り込み構成要素４２４の一方の端部に位置決めされたベース４２７と、ジェット受け取り容器４２２によって捕獲された流体ジェット４３２の内容物を抜き取るようにベース４２７に結合された放出導管４４９とをさらに含むことができる。放出導管４４９は、廃棄又は再生及び再利用のために流体ジェット４３２の内容物を抜き取ることを支援するために、真空源４４８と流体連通することができる。
【００６６】
入口送り込み構成要素４２４は、例えば円筒形の管など、概して細い、細長い管状の構造とすることができる。入口送り込み構成要素４２４は、特に細くすることができ、約１０インチ以上の長さに延びることができ、約１．５インチ以下の直径を有することができる。いくつかの例では、入口送り込み構成要素４２４は、入口開口４２６のすぐ近傍及び下流の領域内に追加の加工物の隙間を提供するために、遠位端部の方へ先細りする外面を有する細長い管状の構造とすることができる。有利には、入口送り込み構成要素４２４は、ジェット受け取り容器４２２と処理すべき加工物４１４との間の干渉に対する可能性を低減させ又は最小にするために、細いプロファイルをその遠位端部に有することを特徴とすることができる。入口送り込み構成要素４２４は、例えば加工物４１４が複雑な形状又は表面トポグラフィを有するにもかかわらず、加工物４１４と入口送り込み構成要素４２４との間の間隙を最小にするように、加工物４１４に密接して維持することができ、加工物４１４に対して操作することができる（又は逆も同様である）。いくつかの例では、流体ジェット４３２は、切断動作の持続時間全体にわたって、流体ジェット４３２が加工物４１４を出る位置から約１．０インチの範囲内で、入口送り込み構成要素４２４の入口開口４２６に入ることができる。
【００６７】
ジェット受け取り容器４２２は、入口送り込み構成要素４２４に結合された騒音抑制部材４２８をさらに含むことができる。騒音抑制部材４２８は、中間構成（図１３Ａ）と圧縮又は変形構成（図１３Ｂ）との間で変形可能とすることができ、圧縮又は変形構成では、騒音抑制部材４２８は、入口送り込み構成要素４２４の入口開口４２６と処理されている加工物４１４との間の間隙を充填し、又は実質上充填することができる。騒音抑制部材４２８は、騒音抑制部材４２８が動作中に加工物４１４と相互作用するときに入口送り込み構成要素４２４に対する騒音抑制部材４２８の長手方向の動きを可能にするように、入口送り込み構成要素４２４に結合することができる。例えば、騒音抑制部材４２８は、入口送り込み構成要素４２４に摺動可能に結合することができる。
【００６８】
騒音抑制部材４２８はまた、上流方向（すなわち、入ってくる流体ジェット４３２の方向とは概して反対）に付勢することができる。例えば、騒音抑制部材４２８を上流方向に付勢するために、例えばばねなどの付勢デバイス４３０を位置決めすることができる。他の例では、付勢デバイス４３０は、騒音抑制部材４２８を上流方向に選択的に付勢する空圧チャンバ又は他の機構を備えることができる。加工物４１４が騒音抑制部材４２８に接触するときに加工物４１４に印加される反力の大きさは、付勢デバイス４３０の付勢力を調整することによって制御又は選択することができる。例えば、比較的損傷を受けやすい加工物４１４を処理するときは、比較的軽い付勢を提供することができ、比較的頑丈な加工物４１４を処理するときは、比較的強い付勢を提供することができる。騒音抑制部材４２８は、加工物４１４の形状又は表面プロファイルに適合するのによく適した変形可能又は形状適合性の材料を含むことができる。例えば、騒音抑制部材４２８は、固体発泡材などの弾性の多孔質材料又は他の適した材料を含むことができる。騒音抑制部材４２８は、例えば円筒形のスリーブなど、様々な形状及び形態をとることができる。
【００６９】
一般的な板状の加工物１４、１１４、２１４、３１４を処理するという文脈で、図のいくつかに実施形態を示したが、本明細書に記載する流体ジェット切断システム１０、１１０、２１０、３１０、４１０及び構成要素は、平面構造と非平面構造の両方を含む簡単な形状及び複雑な形状を有する多種多様な加工物を処理するために使用することができることが理解される。さらに、上記の説明から理解することができるように、本明細書に記載する流体ジェット切断システム１０、１１０、２１０、３１０、４１０は、特に環境に優しい方法で高圧流体ジェットを生成し、それを捕獲するように特に適合される。流体ジェット切断システム１０、１１０、２１０、３１０、４１０の環境は、従来の流体ジェット切断環境で典型的に広く認められる障害水域及び他の条件のない比較的静かな環境とすることができる。
【００７０】
さらに、上記の様々な実施形態の態様を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することもできる。２０１３年１０月２８日出願の米国特許出願第１４／０６５，２５５号が、全体として参照により本明細書に組み込まれている。例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示す騒音抑制部材４２８及び付勢デバイス４３０の態様は、図１〜１２に関して記載した流体ジェット切断システム１０、１１０、２１０、３１０及び関連する方法に含むことができ、又は適用することができる。上記の詳細な説明に照らして、上記その他の変更を実施形態に加えることができる。通常、以下の特許請求の範囲では、使用される用語は、特許請求の範囲を本明細書及び特許請求の範囲に開示する特有の実施形態に限定すると解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が与えられる均等物の完全な範囲とともに、すべての可能な実施形態を含むと解釈されるべきである。
【図１】
2018183871.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月19日(2018.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理すべき加工物を把持するためのエンドエフェクタを有する多軸産業用ロボットであって、前記多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内で前記加工物を選択的に動かすように構成された多軸産業用ロボットと、
前記多軸産業用ロボットの前記作業域内に位置決めされたタンクであって、加工物処理動作中に前記加工物が前記タンク内の流体中に浸漬されることを可能にするためのタンクと、
高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び前記高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドであって、前記加工物処理動作中、前記高圧流体ジェットが、前記タンク内の前記流体の上面より下にある前記流体ジェット出口から放出され、前記加工物を切断し、前記タンク内で前記切断ヘッドとは反対側の前記加工物近傍に位置する前記流体の領域内へ放散されるように、前記タンクに対して位置する切断ヘッドと、を備える流体ジェット切断システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、中心軸を含み、前記流体ジェットが前記中心軸に沿って放出され、前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸が、垂直方向に位置合わせされ、前記加工物処理動作中に前記流体ジェットが流体ジェット出口から下方へ放出されるように向けられる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、中心軸を含み、前記流体ジェットが前記中心軸に沿って放出され、前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸が、前記タンク内の前記流体の前記上面の法線方向に対して傾斜させられる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項４】
それぞれ中心軸を有する第１の流体ジェット切断ヘッド及び第２の流体ジェット切断ヘッドを含み、前記第１の流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸が、前記第２の流体ジェット切断ヘッドの前記中心軸に対して直交するように位置合わせされる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、前記タンクの側壁に取り付けられ、前記タンクの前記側壁を通って延びる、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの流体ジェット切断ヘッドが、前記タンクに対する前記流体ジェット切断ヘッドの角度方向の調整を可能にするために、前記タンクの前記側壁に可動に取り付けられる、請求項５に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項７】
前記タンク内の浸漬の前又は後に前記加工物の検査を可能にするために、前記多軸産業用ロボットの前記運動範囲によって規定される前記作業域内で前記タンクの外側に位置する検査ステーションをさらに備える、請求項１に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項８】
高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び前記高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する流体ジェット切断ヘッドと、
加工物処理動作中に前記高圧流体ジェットが前記加工物を通過した後に前記高圧流体ジェットを受け取るためのジェット受け取り容器と、
前記ジェット受け取り容器を支持するための支持構造であって、前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口によって規定される軸に対する前記ジェット受け取り容器の横方向の位置及び前記ジェット受け取り容器の角度方向の向きの少なくとも１つを選択的に調整するための駆動システムを含む支持構造と、を備える流体ジェット切断システム。
【請求項９】
前記流体ジェット切断ヘッドを空間内で制御可能に操作するように前記流体ジェット切断ヘッドに結合された運動システムをさらに備える、請求項８に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１０】
前記支持構造が、前記ジェット受け取り容器を前記流体ジェット切断ヘッドに結合し、前記加工物処理動作中に前記高圧流体ジェットを受け取るように、前記ジェット受け取り容器を前記切断ヘッドの前記流体ジェット出口に対向して位置決めする、請求項８に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１１】
前記駆動システムが、前記加工物処理動作中に前記流体ジェット容器の入口部分内で撓んだ状態の前記高圧流体ジェットと交差するように前記流体ジェット容器の中心軸を位置合わせするように、前記流体ジェット容器を横方向に調整するように制御可能である、請求項１０に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１２】
前記流体ジェット容器が、ジェット受け取り入口をその遠位端部に有する細長い管状の構造を備える、請求項８に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１３】
前記細長い管状の構造が、前記ジェット受け取り入口のすぐ近傍及び下流の領域内に加工物の隙間を提供するために、前記遠位端部の方へ先細りする外面を有する、請求項１２に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１４】
処理すべき加工物を把持するためのエンドエフェクタを有する多軸産業用ロボットであって、前記多軸産業用ロボットの運動範囲によって規定される作業域内で前記加工物を選択的に動かすように構成された多軸産業用ロボットと、
前記多軸産業用ロボットの前記作業域内に位置する流体ジェット容器であって、前記加工物が前記流体ジェット容器の入口より上に位置決めされることを可能にするための流体ジェット容器と、
高圧流体ジェットを生成するためのオリフィス及び前記高圧流体ジェットを放出するための流体ジェット出口を有する流体ジェット切断ヘッドと、を備え、
前記流体ジェット容器及び前記流体ジェット切断ヘッドの少なくとも１つが、前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口と前記流体ジェット容器の前記入口との間の隙間間隙を選択的に調整するように垂直方向に調整可能である、流体ジェット切断システム。
【請求項１５】
コントローラをさらに備え、前記コントローラが、加工物処理動作中に前記加工物が前記高圧流体ジェットの下で操作されるときに前記流体ジェット切断ヘッドの前記流体ジェット出口と前記流体ジェット容器の前記入口との間の前記隙間間隙を調整するように構成される、請求項１４に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１６】
前記多軸産業用ロボットの前記作業域内に位置決めされたタンクをさらに備え、前記タンクが、加工物処理動作中に前記加工物が前記タンク内の流体中に浸漬されることを可能にする、請求項１４に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１７】
前記流体ジェット切断ヘッド及び多軸産業用ロボットが、代替として、前記流体ジェット容器及び前記タンクに対して選択的に動作可能である、請求項１６に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項１８】
前記流体ジェット容器が、動作中に前記流体ジェット容器によって捕獲された流体ジェットの内容物を廃棄物取り扱いユニットへ動かすために真空源又はポンプに取り付けられる、請求項１４に記載の流体ジェット切断システム。
【外国語明細書】
2018183871000001.pdf