(57)【要約】外形追跡装置は、ウォータージェット・ノズルの周囲に間隔をあけて配置された複数のセンサを含み、前記センサ各々は、作業面と前記ノズルの長手方向軸に垂直な第１の平面との間の距離を測定するように構成されている。前記センサは、前記第１の平面にあるホール効果センサおよび前記作業面に平行な第２の平面にある磁石を含んでもよい。検知回路は、前記センサからの信号を処理して、前記第１の平面に対する前記作業面の角度、および前記ノズルの開口部と前記作業面との間の距離を決定する。衝突検知センサは、前記装置が前記作業面の平面上で障害物の所定の距離の範囲内に接近すると、信号を供給する。シールド・プレートは、前記作業面の上方に低角で発生する切断流体の第２のしぶきを阻止し、かつ減衰させる。
2008510969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸、第２の軸、および第３の軸にそって移動するように構成されているツールと共に使用する装置であって、該装置が、
第１の端部および第２の端部を有する複数のセンサ・レッグであって、該第１の端部が、該ツールの軸に垂直な第１の平面上に該ツールの周囲に間隔をあけて配置された各レッグの位置で、該装置に連結されており、該センサ・レッグ各々が、該各第２の端部にもたらされた変位の変化に応答して、長さを変更するように構成されており、該複数のセンサ・レッグの該第２の端部が、共に第２の平面を画定する、複数のセンサ・レッグと、
複数のセンサであって、各々が、該複数のセンサ・レッグの各１つと隣接して配置されており、かつ該各センサ・レッグの長さを感知するように構成されている、複数のセンサと、
を含む、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記複数のセンサの少なくとも１つにより供給された信号を処理し、かつ前記第２の平面から前記ツールの第１の端部までの距離を確定するための処理手段をさらに含む、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記処理手段が、前記複数のセンサ各々により供給された信号を処理し、かつ前記第２の平面から前記ツールの前記第１の端部までの距離を確定するための手段を含む、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、前記処理手段が、前記第３の軸方向の前記ツールの移動を制御するための手段を含む、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記複数のセンサ各々により供給された信号を処理し、かつ前記第１の平面に対する前記第２の平面の角度を確定するための処理手段をさらに含む、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記処理手段が、前記ツールを前記第４の軸および第５の軸を中心に回転させるための手段を含む、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、前記装置は、前記複数のセンサ・レッグ各々の前記第２の端部に連結された平面をさらに含み、開口部が、前記ツールの第１の端部の位置に対応する位置で前記平面を第１の側から第２の側へ横断する、装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、前記平面が、少なくとも部分的に、耐研磨材料で形成されている、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記耐研磨材料がカーバイド材料である、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置であって、該装置は、該装置に連結された衝突検知センサをさらに含み、前記ツールが前記第１の軸および第２の軸の１つ以上に沿って障害物の所定の距離内に接近すると、所定の信号を供給するように構成されている、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記衝突検知センサが、円形に配列された複数のトリガ・レッグを含み、前記円が、前記第２の平面に平行な平面上にあり、前記トリガ・レッグ各々は、前記ツールに向かって内側に動かされると、前記信号を作動させるように構成されている、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、前記複数のトリガ・レッグ各々が、支持リングに一体化され、前記各トリガ・レッグが前記支持リングに接合する上部領域に沿って曲がることにより動くように構成されている、装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の装置であって、前記各トリガ・レッグが、前記第２の平面に対して実質的に垂直な表面に接触することに応答して動くことができるように、前記複数のトリガ・レッグ各々が下部段状領域を含む、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置であって、センサ・レッグの数が３本である、装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置であって、前記複数のセンサ・レッグ各々が、前記各レッグの位置で前記装置に連結された円筒と、所定の長さならびに第１のシャフト端部および第２のシャフト端部を有するセンサ・シャフトとを含み、該第１のシャフト端部が該各円筒中に配置されており、該第２のシャフト端部が該各円筒から延出しており、該複数のセンサ・シャフト各々が、該各センサ・レッグの該第２の端部の変位の変化に応答して、該各円筒内を軸方向に移動するように構成されている、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記複数のセンサ・レッグ各々の前記円筒が、前記第１の平面に垂直に配向された長手方向軸を有する、装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の装置であって、前記複数のセンサ・レッグ各々の前記センサ・シャフトの前記第１の端部が磁石を含み、前記複数のセンサ各々が、該各磁石と相互作用するように構成されているホール効果センサを含む、装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の装置であって、前記複数のセンサ・レッグ各々が、前記各円筒および前記各センサ・シャフトを実質的に包囲する各ベローズを含み、該各ベローズが該円筒内での前記センサ・シャフトの移動を可能にするように構成されている、装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載の装置であって、前記複数のセンサ・レッグ各々が、前記各ベローズと前記装置との間にハーメチック・シールを形成するように構成されており、前記装置は、ガスが前記各ベローズを出入りして通過することができるように構成されているガス・チャネルをさらに含む、装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の装置であって、前記複数のセンサ・レッグ各々が、前記装置にスナップ式に連結されるように構成されている、装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の装置であって、該装置は、前記複数のセンサ・レッグ各々の前記第２の端部に連結されたブラシ・フットをさらに含み、該ブラシ・フットが、実質的に円形の支持リングと、該支持リングに連結されかつ該支持リングから延出する複数の剛毛とを有し、該複数の剛毛各々の外端部を有する該支持リングが、前記第２の平面に平行な第３の平面を集合的に画定する、装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置であって、前記第１の平面に対する作業面の角度の変化が前記ブラシ・フットを介して前記複数のセンサ・レッグに伝達され、かつ前記複数のセンサ・レッグの１つ以上のセンサ・レッグの該当する長さの変化に反映されるように、前記ブラシ・フットは、前記作業面を前記複数の剛毛の少なくともいくつかの剛毛の前記外端部と接触させるように構成されている、装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の装置であって、前記複数のセンサが、センサ・モジュールを形成するために、ポリマー材料に封じ込められた、装置。
【請求項２４】
請求項１に記載の装置であって、該装置は、該装置に連結されかつ前記円筒形部材と同軸上に配置された円筒形シールドをさらに含み、該シールドが複数のシールド開口部を有し、該複数のシールド開口部は該シールドの周囲に配設され、前記シールド内からその外部へと通過する流体が前記シールド開口部により前記複数のセンサ・レッグ各々から離れるように方向づけられるように配置された、装置。
【請求項２５】
請求項１に記載の装置であって、前記ツールがウォータージェット・システムの混合管である、装置。
【請求項２６】
作業面と相互作用するように構成されているツールと、
前記ツールに連結され、該ツールに対する該作業面の角度の変化を検知するように構成されている外形追跡装置と、
を含む、システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記ツールが、測定ツール、観察ツール、診断ツール、穿孔ツールおよび切断ツールの中から選択された、システム。
【請求項２８】
請求項２６に記載のシステムであって、前記外形追跡装置が複数のセンサ・レッグを含み、各々が、各センサ・レッグの位置で、前記ツールの軸に垂直な第１の平面と前記作業面との間の距離を感知するように構成されている、システム。
【請求項２９】
請求項２６に記載のシステムであって、前記外形追跡装置は、前記ツールが前記作業面全体に亘って移動する間に、該装置と障害物との衝突を検知するように構成されている衝突検知センサを含む、システム。
【請求項３０】
請求項２６に記載のシステムであって、前記ツールがウォータージェット・マシンである、システム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムであって、前記ウォータージェット・マシンが、切断ヘッド、キャッチャ・タンクおよび支持グリッドをさらに含む、システム。
【請求項３２】
請求項３０に記載のシステムであって、前記ウォータージェット・マシンが、前記作業面に対して実質的に平行な第１の軸および第２の軸に沿って、ならびに前記作業面に対して実質的に垂直な第３の軸に沿って、混合管を移動させるための機構を含む、システム。
【請求項３３】
請求項３０に記載のシステムであって、前記ウォータージェット・マシンが、前記作業面に対して実質的に垂直な軸と交差する第１の軸および第２の軸を中心に、混合管を回転させるための機構を含む、システム。
【請求項３４】
第１の平面上にあり、かつ中心点の周囲に配設された複数のセンサと、
該複数のセンサの各１つに隣接して、該第１の平面に垂直な各軸に沿って移動可能に配置された複数の部材であって、該複数の部材が、共に第２の平面を画定し、該複数のセンサ各々が、該各軸に沿った該センサと該各部材との間の距離に関連する信号を供給するように構成されている複数の部材と、
該複数のセンサ各々からの信号を処理し、該第１の平面に対する該第２の平面の角度を求めるための処理手段と、
を含む、装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の装置であって、前記複数のセンサ各々がホール効果センサであり、前記複数の部材各々が磁石を含む、装置。
【請求項３６】
請求項３４に記載の装置であって、該装置は中心点付近に配置され、かつ前記第２の平面に平行な表面と相互作用するように構成されているツールをさらに含む、装置。
【請求項３７】
請求項３４に記載の装置であって、前記ツールが中心点付近に配置された切断ツールである、装置。
【請求項３８】
第１の平面にあり、実質的に円環形状を有する圧力スイッチであって、径方向内側方向の圧力が該圧力スイッチの周囲に加えられると、信号を供給するように構成されている、圧力スイッチと、
該第１の平面に平行な第２の平面にあり、該圧力スイッチと同軸上にある円環形状のトリガ・スカートであって、該トリガ・スカートが、該第１の平面に対して実質的に垂直の方向に延出している複数のトリガ・レッグを含み、該トリガ・レッグ各々が、該装置と障害物との衝突に応答して、該圧力スイッチに径方向内側方向の圧力をかけるように構成されている、トリガ・スカートと、
を含む、衝突検知装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の装置であって、該装置は、前記圧力スイッチの中心軸に沿って配置され、前記第１の平面に平行な表面と相互作用するように構成されているツ−ルをさらに含む、装置。
【請求項４０】
軸方向に横断する開口部を有する上部部材と、
該開口部内に配置され、該開口部内を軸方向に移動するように構成されているセンサ・シャフトであって、該センサ・シャフトが、第１の端部および第２の端部を有し、該第１の端部が該センサ・シャフトに軸方向に形成された空洞を有するセンサ・シャフトと、
該空洞内に配置された磁石と、
該センサ・シャフトの該第２の端部を受けるように構成されている軸受け面を有する下部部材と、
を含む、センサ・レッグ・アセンブリ。
【請求項４１】
請求項４０に記載のセンサ・レッグ・アセンブリであって、該センサ・レッグ・アセンブリは、第１の端部で前記上部部材に、第２の端部で前記下部部材に連結され、実質的に前記センサ・シャフトを包囲する円筒形ベローズをさらに含む、センサ・レッグ・アセンブリ。
【請求項４２】
請求項４０に記載のセンサ・レッグ・アセンブリであって、前記上部部材が、外形追跡装置アセンブリの第１の取付ソケット内に入れ込まれるように構成されている取付フランジを含み、前記下部部材が、該外形追跡装置アセンブリの第２の取付ソケット内に入れ込まれるように構成されている取付フランジを含む、センサ・レッグ・アセンブリ。
【請求項４３】
第１の平面上でツールの周囲に配設された複数の点各々から、前記第１の平面に垂直でかつ前記第１の複数の点の各１つと交差する線上にある第２の平面の点までの距離を確定するステップであって、該ツールが該第１の平面に垂直な第１の軸を画定するステップと、
確定した前記距離に応答して、該第２の平面に対する該ツールの位置を調節するステップと、
を含む、方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載の方法であって、前記調節するステップが、前記ツールを前記第１の軸に沿って移動させることを含む、方法。
【請求項４５】
請求項４３に記載の方法であって、前記調節するステップが、前記ツールを前記第１の軸と交差する第２の軸を中心に回転させることを含む、方法。
【請求項４６】
請求項４３に記載の方法であって、前記確定するステップが、前記第１の平面に対する複数のシャフト各々の上端部からの距離を測定することを含み、前記シャフト各々の下端部が前記第２の平面を画定する、方法。
【請求項４７】
請求項４３に記載の方法であって、前記確定するステップが、前記第１の複数の点の各１つに位置する複数のセンサ各々からの信号を処理することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、全体的に、ウォータージェット切断システムに関し、特に、ある表面に対してウォータージェット切断ヘッドの配向および位置を制御するための方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の説明
ウォータージェット切断システムおよびアブレシブジェット切断システムは、石材、ガラス、セラミックなどの多種多様な材料、およびステンレス鋼などの種々の金属の切断に使用される。上記装置は、２インチ以上の厚さの材料を切断することができる。より薄い材料は、積み重ねて、同時に複数枚切断することができる。
【０００３】
典型的な流体ジェット切断システムでは、高圧流体（例えば、水）が、切断ジェットを被加工物上に方向づける切断ノズルを有する切断ヘッドを通って流出する。このシステムでは、高圧流体中に研磨剤を入れて、アブレシブ・ジェットを形成してもよい。次に、切断ノズルは、被加工物全体に亘って制御可能に移動し、被加工物を所望どおりに切断する。全体的に総称して切断ジェットと呼ばれる、流体ジェットまたはアブレシブ流体ジェットが被加工物を貫通した後、この切断ジェットのエネルギーは消失し、流体は廃棄用キャッチャ・タンクに集められる。このタイプのウォータージェット切断システムおよびアブレシブジェット切断システムは、例えば、特許文献１に記載され、説明されている。特許文献１はＥｒｉｃｈｓｅｎらに発行され、ワシントン州ケントに所在するＦｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された特許であり、その全体が、本明細書中に参照により組み込まれる。この特許文献１は、Ｆｌｏｗ  ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌのＰａｓｅｒ３アブレシブ切断システムに相当する。
【０００４】
図１は、従来技術によるウォータージェット切断システム１００の等角図である。ウォータージェット切断システム１００は、取付アセンブリ１０４に連結された切断ヘッド１２０を含む。取付アセンブリ１０４は、被加工物１１２の表面１１０に対して実質的に平行なＸ−Ｙ平面全体に亘って切断ヘッド１２０を制御可能に配置する、駆動アセンブリ１０８を有する制御構台（詳細には図示せず）により制御可能に駆動される。典型的に、駆動アセンブリ１０８は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って配向された１対のボールねじ駆動部を含むことができ、各ボールねじ駆動部は、電力駆動モータに連結されている。Ｚ軸制御機構１０６が、駆動アセンブリに連結されており、表面１１０に対して実質的に垂直なＺ軸方向で、取付アセンブリの位置を制御する。
【０００５】
あるいは、駆動アセンブリ１０８は、５軸モーション・システムを含んでもよい。２軸制御構台および５軸制御構台は、ＷＭＣ（Ｗａｔｅｒｊｅｔ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｅｎｔｅｒ）およびＡＦ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｗａｔｅｒｊｅｔ切断システムとして、ワシントン州ケントに所在するＦｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから市販されている。
【０００６】
切断ヘッド１２０は、高圧ポンプまたは超高圧ポンプなどの高圧流体源１１６に、高圧ライン１１８により連結された高圧流体注入口１１４を含む。この実施形態では、切断ヘッド１２０は、ジェット出射口１２４で終端する混合管１２２を含む。このジェット出射口から、高圧流体流、即ちウォータージェット１２６が放出され、被加工物１１２に方向づけられる。
【０００７】
「混合管」という用語は、一般的に、アブレシブ切断ジェットを形成するために研磨剤を高圧流体ジェット中に混合するアブレシブジェット切断システムの、部分を指すのに用いられるが、以下の説明では、「混合管」は、ノズルを指すのに用いられる場合がある。装置がアブレシブ切断ジェットを用いるか、非アブレシブ切断ジェットを用いるかに関わらず、ジェットはこのノズルを通って放出される。さらに、「ウォータージェット」または「切断ジェット」という用語は、同様に水流が研磨剤を含むか否かに関わらず、流体流１２６を指すのに用いられる。
【０００８】
被加工物を支持するいかなる表面もウォータージェット１２６の切断力を受けることになるため、ウォータージェット切断システムにおける特別な課題は、被加工物の適切な支持の提供となる。一般的なシステムは、キャッチャ・タンク（図示せず）の全体に亘って配置された複数のスラット１３０で形成されたグリッド１２８を含む。スラット１３０の上端は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面にある。被加工物１１２は、切断のためにグリッド１２８の上に支持されている。ウォータージェット１２６が、被加工物１１２を貫通しながらスラット１３０を通過すると、切り欠き１３４（図５参照）が、各スラット１３０に入る。切り欠き１３４の深さは、ウォータージェット１２６の移動速度、ならびに被加工物１１２の厚さおよび硬さなどの要因に左右される。図１に示すように、スラット１３０の深さＤは、切断作業が継続する間、ウォータージェットが繰り返しスラット１３０を通過するので、ウォータージェット１２６への大量の暴露に耐えるように選択される。最終的には、グリッド１２８への損傷が、グリッド１２８を交換しなければならない程度に達する。
【０００９】
作業中、超高圧流体が、切断ヘッドに配置された開口部（図示せず）を通って方向づけられ、超高圧流体ジェット１２６を形成する。前述したように、このシステムは、ジェット中に研磨剤を混入してもしなくてもよい。ジェットは混合管１２２を出、それにより被加工物１１２の方へ方向づけられる。切断ジェット１２６は、被加工物１１２を穿孔し、所望の切断を実行する。制御構台を用いて、切断ヘッド１２０は、被加工物１１２全体に亘って所望の方向またはパターンで移動する。
【００１０】
切断の効率および質を最大にするために、混合管１２２のジェット出射口１２４と被加工物１１２の表面１１０との間の離隔距離Ｓ（図５参照）が制御される。離隔距離Ｓが小さ過ぎると、穿孔中に混合管１２２が塞がり、システムの停止および被加工物１１２の損傷の可能性がある。離隔距離が大き過ぎると、切断の質および正確性に問題がある。図２および３は、離隔Ｄを確定する目的で混合管１２２に対する被加工物の位置を決定するための２台の既知の装置を示す。図２および３を参照して説明する装置は、特許文献２でより詳細に説明されている。特許文献２は、Ｋｎａｕｐｐらの名義の、ワシントン州ケントに所在するＦｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された公報であり、その全体が、本明細書中に参照により組み込まれる。
【００１１】
図２のプローブ１３８は、空気圧シリンダの作動により、被加工物１１２の表面１１０に接触するまで拡大するように構成されている。それにより、表面１１０の高さが確認され、次にプローブ１３８が退去し、混合管１２２はＺ軸上に正確に配置され、切断が開始される。図２は、シールド１３６も示している。シールド１３６は、以下により詳細に説明するように、穿孔作業中に生じる大量のしぶきを捕獲するように構成されている。
【００１２】
図３の接触リング１４０は、混合管１２２と同軸上に配置され、カンチレバー・ロッド１４４を介して作動装置に接続されている。接触リング１４０は、混合管１２２の軸に沿って、被加工物１１２の表面１１０に接触するまで降下するように構成されている。表面１１０の高さが確定されたら、その後、接触リング１４０は退去してもよいし、切断作業中、表面１１０に接触した状態もしくは接触しそうな状態のままであるように構成されてもよい。接触リング１４０に関連付けられているセンサが表面１１０の高さを継続的にモニタすることができるので、関連する切断システムは被加工物１１２の高さの変化を修正することができる。しかし、図２のシールド１３６のような装置は、接触リング１４０と同時に用いることはできない。
【００１３】
装置１００が適切に構成されており、かつ被加工物１１２の端から端までの実線を切断する場合、実質的にすべての切断流体は、被加工物１１２を貫通して、下方でキャッチャ・タンクに捕獲される。しかし、切断の開始時点では、ウォータージェット１２６が表面に衝突はしているがまだ表面を貫通しておらず、この時、しぶきが発生し、流体の一部または全部が上方へ跳ね返る。第１のしぶきは、ウォータージェット１２６が被加工物１１２を最初に穿孔している時に発生する。特に、第１のしぶきの大部分は、ウォータージェット１２６の角度と逆の角度に沿って生じるので、切断装置へ向かって真上に跳ね返る。このしぶきの高角度成分は、初期エネルギーの大部分を保持している。したがって、しぶきは切断システムの構成要素に大きく損害を与えるおそれがあり、特に、流体流中に研磨剤を使用している装置では大きく損害を与えるおそれがある。
【００１４】
図２は、既知の技術によるしぶき用シールド１３６（特許文献２でさらに詳細に説明されている）を示す。シールド１３６は、高角度部分のしぶきを阻止および減衰し、切断システムの構成要素のしぶきによる損傷、およびしぶきの経路にある物体への損傷または損害の可能性を実質的に防止するように構成されている。
【００１５】
前述したように、しぶきは、ウォータージェット１２６が表面に衝突してはいるが充分に貫通していない時に発生する。図４は、ウォータージェット１２６が方向Ｔに移動し、被加工物を切断してグリッド１２８のスラット１３０内に切り込む状態を示す。ウォータージェット１２６は、被加工物を貫通している間にエネルギーを喪失し、スラット１３０内を深さＮまで切り込んで切り欠き１３４をいれる。深さＮでは、ウォータージェット１２６のエネルギーは、それ以上深く切断するには不十分であるが、水流中に残存するエネルギーは依然としてかなりの量である。切り欠き１３４の前進先頭部１３３は、ウォータージェット１２６が移動するので湾曲形状を有するが、各切り欠き１３４の底部は実質的に水平であることが分かるだろう。
【００１６】
本明細書の目的に関して、第１のしぶきは被加工物によるウォータージェットの反射に起因するものであり、一方、第２のしぶきは、被加工物の真下の構造によるウォータージェットの反射に起因する。
【００１７】
穿孔作業の第１のしぶきと異なり、図４に示すように、第２のしぶきは、切り欠き１３４の湾曲した先頭部１３３により扇形のしぶきで、移動の方向Ｔと実質的に反対方向に反射する。しぶき用シールド１３６は、第２のしぶきの高角度部分しか捕獲できない。場合により、速度、移動の方向Ｔ、スラット１３０の状態、スラット１３０に対する切断角度等の要因に左右され、第２のしぶきの一部は、被加工物１１２の切り口１３２を通って低角で反射し、切断位置から相当離れた所に飛ぶ可能性がある。装置が曲線を切断している場合、切り口の湾曲した壁がしぶきの一部または全部を阻止するので、この種のしぶきは減衰されるであろう。
【００１８】
移動の方向Ｔがスラット１３０にかかる場合、すなわち移動の方向Ｔがスラット１３０に平行で、スラットの真上にある場合、最も強力な第２のしぶきが発生する。このため、このウォータージェット１２６が被加工物１１２を貫通し、スラット１３０の上面からその先の距離まで直接侵食する構成では、下方へ逃げてキャッチャ・タンク内に入る切断流体はごく僅かであり、そのため、切り口１３２を通って上方へ向かわされることになる。
【００１９】
混合管１２２は、典型的に、磨耗に耐えるように、特別に考案された炭化物で作製されている。特にアブレシブ切断システムに関しては、混合管１２２は、高速の研磨剤との恒常的な接触による極度の磨耗が問題である。したがって、混合管がこのシステムの比較的高価な構成要素となる。特別に考案された炭化物も脆いことがあり、混合管１２２が切断システム１００の作業中に切断作業中に舞い上がることもある被加工物１１２の付着部分または切り欠き部分などの障害物に衝突した場合、たやすく破損する可能性がある。混合管１２２の不慮の破損は、切断システム１００の作業コストおよびダウンタイムを増加させる。
【００２０】
いくつかの衝突センサ・システムが当業者に知られている。例えば、外見上図３の環状センサ１４０に類似したリング・センサは、切断作業中、被加工物の表面に接触させた状態で、または真上に配置することができる。障害物は、混合管１２２に接触するより前に、センサのリング部分に接触する。センサは、混合管１２２への損傷を防ぎ、被加工物への損傷を最小にするために、障害物との接触に応答して、少なくとも切断システムの駆動モータを停止することを始めとし、通常ウォータージェット１２６も停止するように構成されている。
【００２１】
別の衝突検知システムは、衝突の場合に、混合管への損傷なしに外れるように構成されている切断ヘッドの部分を有する装置を含む。このシステムは、特許文献３で詳細に説明されている。特許文献３は、Ｆｅｌｉｃｅ  Ｓｃｉｕｌｌｉらに発行され、ワシントン州ケントに所在するＦｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された特許であり、その全体が、本明細書中に参照により組み込まれる。
【００２２】
５軸方向でのジェットの操作は、例えば３次元形状の切断を含む種々の理由のために有用である場合がある。上記の操作はまた、ジェットの切断特性または切断結果の特性を修正するために所望されることもある。さらに詳細には、当業者に理解されているように、図１から４のアブレシブ・ウォータージェット１２６などのジェットで作り出される切断は、それまでの機械加工処理で作り出された切断とは異なる特性を有する。
【００２３】
高圧流体ジェットの使用に起因する２つの切断特性は、「テーパ」および「トレイルバック」と呼ばれる。図５は、テーパの典型的な実例を示す。図５の混合管１２２は、図面の平面に垂直なＸ軸に沿って移動している。テーパは、垂直面と切り口１３２の１つの壁の平面とのなす角度Ａを指す。テーパは、典型的に、（ジェット１２６が被加工物に進入する）上面１１０と（ジェット１２６が被加工物から脱出する）底面１１１とに異なる面積を有する被加工物１１２をもたらす。
【００２４】
図６は、トレイルバックの例を示す。図６の混合管１２２は、図面の平面に平行なＸ−軸に沿った方向Ｔに移動している。トレイルバックは、ドラッグとも呼ばれ、高圧流体ジェット１２６が、被加工物１１２の上面１１０のジェット１２６の進入点よりも移動の方向Ｔに対して後ろ側の点で被加工物１１２の底面１１１から抜け出る状態である。トレイルバックの角度は、垂直線と、ジェット１２６の進入点から脱出点へ貫通する線とのなす角度Ｂである。
【００２５】
所望の最終製品を考えると、これら２つの切断特性、すなわちテーパとトレイルバックは、好ましい場合もあれば、そうでない場合もある。テーパおよびトレイルバックは、被加工物１１２の厚さおよび硬さ、ならびに切断速度によって変化する。このため、過剰なテーパおよび／またはトレイルバックを制御する１つの既知の方法は、システムの切断速度を落とすことである。あるいは、速い切断速度で作業しつつ、テーパおよびトレイルバックを最小化または除去することが望ましい場合、５軸システムを利用すれば、図７および８に示すようにジェットが切断経路に沿って移動する際に、ジェット１２６にテーパおよびリード角度補正を行うことができる。
【００２６】
本明細書を記載する上で、図７の混合管１２２の右側の被加工物の部分が完成品であり、一方、左側部分は不用品であると仮定する。混合管１２２は、切り口１３２の右壁が実質的に垂直になるまで、Ｘ−軸に平行な軸を中心に回転する。
【００２７】
図８に示すように、混合管１２２は、図示したようにトレイルバックが実質的に除去されるまで、ウォータージェット１２６が移動の方向Ｔに角度を曲げられるように、Ｙ−軸に平行な軸を中心に回転する。
【００２８】
切断作業の工程で移動の方向Ｔが変化するにつれて、テーパおよびトレイルバックを補償する４軸回転および５軸回転も、それに従って変化しなければならないことが理解されるであろう。ウォータージェット配向パラメータの自動制御のための方法とシステムは、特許文献４で説明されている。特許文献４は、Ｅｒｉｃｈｓｅｎらに発行され、ワシントン州ケントに所在するＦｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された特許であり、その全体が、本明細書中に参照により組み込まれる。
【特許文献１】米国特許第５，６４３，０５８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／００３７６５０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５４０，５８６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７６６，２１６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２９】
発明の概要
本発明のある実施形態によると、第１の軸、第２の軸および第３の軸に沿って移動するように構成されているツールと共に用いるために、外形追跡装置が設けられている。ツールは、ウォータージェット切断システムまたは他のシステムの１部とすればよく、そのようなシステムでは、作業面の位置、距離、または角度の決定が有利となるであろう。ウォータージェット切断システムが、出口開口部を備える円筒形部材を有する場合、この装置は、第１の端部および第２の端部を有する複数のセンサ・レッグを含む。第１の端部は、円筒形部材の軸に垂直な第１の平面の円筒形部材の周囲に等間隔に配置された各レッグの位置でツールに連結されている。各センサ・レッグは、各第２の端部の変位の変化に応じて、長さを変更するように構成されている。複数のセンサ・レッグの第２の端部は、共に第２の平面を画定している。装置は、複数のセンサも含む。各々は、複数のセンサ・レッグの各１つに隣接するように配置されており、各センサ・レッグの長さを感知するように構成されている。
【００３０】
本発明のある実施形態によると、複数のセンサ・レッグ各々は、各レッグの位置で装置に連結された円筒と、所定の長さならびに第１および第２のシャフト端部を有するセンサ・シャフトとを含む。第１のシャフト端部は、各円筒内に配置されており、第２のシャフト端部は各円筒から延出している。複数のセンサ・シャフト各々は、各センサ・レッグの第２の端部の変位の変化に応答して、各円筒内を軸方向に移動するように構成されている。複数のセンサ・レッグ各々のセンサ・シャフトの第１の端部は磁石を含み、複数のセンサ各々は、各磁石と相互作用するように構成されているホール効果センサを含む。実質的に各円筒および各センサ・シャフトを包囲するベローズは、各センサ・レッグに設けられている。各ベローズ各々は、センサ・シャフトの円筒内の移動を可能にするように構成されている。各センサ・レッグと装置との間には、ハーメチック・シールが施されている。装置は、各センサ・レッグ各々が伸び縮みすると、複数のセンサ・レッグ各々を往復するガスの通過を可能にするように構成されている、ガス・チャネルをさらに含む。
【００３１】
複数のセンサの少なくとも１つにより供給された信号を処理し、円筒形部材の軸に沿った、第２の平面から円筒形部材の出口開口部までの距離を確定するための処理手段が設けられている。この処理手段は、第３の軸方向のツールの移動を制御するための手段を含んでもよく、第１の平面に対する第２の平面の角度を確定し、第１の軸および第２の軸に平行な平面にある第４の軸および第５の軸を中心とするツールの移動を制御するための手段をさらに含んでもよい。
【００３２】
本発明のある実施形態によると、平面が、複数のセンサ・レッグ各々の第２の端部に連結して設けられており、開口部が、円筒形部材の出口開口部の位置に対応する位置で、この平面を第１の側から第２の側まで横断する。この平面は、ウォータージェット切断システムの第２のしぶきを阻止するように構成されている。
【００３３】
本発明のある実施形態によると、衝突検知センサが装置に連結されており、ツールが第１の軸および第２の軸に沿って障害物の所定の距離以内に接近すると、信号を供給するように構成されている。この衝突検知センサは、円形に配列された複数のトリガ・レッグを含んでもよい。この円は第２の平面に平行な平面にあり、各トリガ・レッグは、ツールの方向へ内側に動かされると、信号を作動させるように構成されている。
【００３４】
本発明のある実施形態によると、ブラシ・フットが、複数のセンサ・レッグ各々の第２の端部に連結されて設けられており、実質的に円形の支持リングおよび複数の剛毛を有する。剛毛は、支持リングに連結し、かつ支持リングから延出している。複数の剛毛の外端部を有する支持リングは、第２の平面に平行な第３の平面を集合的に画定する。ブラシ・フットは、第１の平面に対する作業面の角度の変化が、ブラシ・フットを介して複数のセンサ・レッグに伝達され、複数のセンサ・レッグ各々の該当する長さの変化に反映されるように、作業面を複数の剛毛の少なくともいくつかの外端部と接触させるように構成されている。
【００３５】
本発明の別の実施形態によると、操作方法が提供されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
発明の詳細な説明
ウォータージェット機械加工に関連する多くの課題を、背景技術の節で説明したが、まだ対処されていない問題が少なくとも１つある。混合管１２２の適切な位置を決定するために、これまで、被加工物１１２の上面１１０は実質的に水平である、またはＸ−Ｙ平面に平行な平面にあると考えられてきた。上面１１０の位置を決定するように構成されている大部分のセンサは、図２を参照して説明したセンサのように、切断作業の開始以前にその決定を行う。図３を参照して説明したセンサの場合でも、切断作業が進行する間に被加工物１１２の表面１１０を継続的に追跡するように構成することはできるが、このようなセンサは上面１１０の高さの変化を検知することしかできず、Ｘ−Ｙ平面に対する表面の角度を決定することができない。
【００３７】
したがって、このシステムは被加工物の表面角度の変化を補償することができないため、切断角度、すなわちウォータージェット１２６が表面１１０に衝突する角度のエラーが、切断の工程に持ち込まれるおそれがある。一般的にウォータージェットの工程を用いて機械加工される材料の中には、完全な平面でないものもある。例えば、大判のシート・メタルは、シートの高さおよび縦横のサイズに関する外形に大きな変動がある場合もある。さらに、切断作業が進行する間に、表面がずれたり、曲がったりすることもある。例えば、スチール部材の結晶構造に固有の内部圧力のバランスが突然変化して、大判のシート・メタルの一部が突然曲がり、シートメタル上面の相対的な高さおよび角度を変えてしまうことがある。上面の高さを継続的にモニタしないシステムでは、混合管と表面の突然持ち上がった部分との衝突が起こる一方、上記高さをモニタする装置であっても、切断角度に対する表面角度の変化を補償することはできない。
【００３８】
ここで、図９から１４を参照して、本発明の種々の特徴および実施形態を説明する。
【００３９】
図９は、本発明のある実施形態による外形追跡装置アセンブリ１５０の正投影図である。外形追跡装置１５０は、ノズル・ナット・アセンブリ１５２、プリント基板（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）アセンブリ１５４、複数のセンサ・レッグ・アセンブリ１５６、フット・プレート・アセンブリ１５８、および衝突センサ・アセンブリ１６０などの、複数のサブアセンブリを含む。本明細書で説明された実施形態には、３つのセンサ・レッグが含まれるが、本発明はこの数に限定されない。
【００４０】
図１０は外形追跡装置１５０の部分分解図であり、種々のアセンブリおよびそれらの各位置に関して、さらなる詳細を提供している。図１１は外形追跡装置１５０の平面図であり、センサ・レッグ・アセンブリ１５６を含む多数の構成要素の相対的な位置を陰線で示している。平面図では通常可視であるはずのノズル・ナット・アセンブリ１５２の詳細は、カーバイド・スリーブ２２４の特徴をより明確に示すことができるように省略され、陰線で示されている。
【００４１】
ここで、図１２を参照すると、図１１の線１２−１２に沿った、外形追跡装置１５０の断面図が示されている。図１２に示すように、切断ヘッド１２０には、混合管１２２と同軸上に連結したコレット１２１が設けられている。ノズル・ナット・アセンブリ１５２は、コレット１２１と係合することによって外形追跡装置１５０を切断ヘッド１２０および混合管１２２に連結するように構成されているノズル・ナット２２２を含む。ノズル・ナット・アセンブリ１５２は、カーバイド・スリーブ２２４および弾性スリーブ２２６をさらに含む。Ｏ−リング１６８は、カーバイド・スリーブ２２４とノズル・ナット２２２との間に締まりばめを提供し、作業中、カーバイド・スリーブを確実に保持するのに十分である。ノズル・ナット２２２には、上に弾性スリーブ２２６を受けるように構成されているかえし２２３がさらに設けられている。弾性スリーブ２２６は、天然ゴムあるいは合成ゴム、または他の同様の弾性的に曲がりやすい材料で形成されるとよい。
【００４２】
前述したように、ウォータージェットが最初に被加工物を穿孔する時、高角の第１のしぶきが勢いよく発生する。カーバイド・スリーブ２２４はこのしぶきを捕獲し、減衰させるのに役立つ。流体除去開口部２２８は、カーバイド・スリーブ２２４の壁を通じて流体の一部を放出する。図１１の平面図は、カーバイド・スリーブ２２４および流体除去開口部２２８を陰線で示している。流体除去開口部２２８は、センサ・レッグ・アセンブリ１５６への損傷を防ぐために、流体除去開口部２２８から脱出するアブレシブ流体がセンサ・レッグ・アセンブリ１５６の間に方向づけられるように配向されていることがわかるであろう。
【００４３】
弾性スリーブ２２６は、流体除去開口部２２８から脱出する流体に対して、最終的な減衰をもたらす。弾性スリーブ２２６は、流体の通路は妨げないがエネルギーが減衰するように、カーバイド・スリーブ２２４の周囲にゆるく取り付けられている。外形追跡装置１５０のいくつかの構成要素は、特別な材料で形成されているように説明されているが、このような説明は、例示目的に過ぎない。例えば、カーバイド・スリーブ２２４は、他の超硬金属、弾性材料、または滑らかなプラスチックなど、しぶきの侵食作用に耐えることのできる任意の材料で形成されてもよい。同様に、本発明のある実施形態の説明における特別な材料への言及は、本発明の範囲に関する限定と見なされるべきではない。
【００４４】
ＰＣＢアセンブリ１５４は、樹脂またはポリマーのケースに入れられたプリント基板（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）１７０を含む。１つの実施形態では、ＰＣＢ１７０は、複数のホール効果センサ１７２を含み、図１１に示すように、各々は、複数のセンサ・レッグ１５６の１つの真上に配置されている。ホール効果センサは、共に混合管１２２の軸に垂直な上部マシン平面Ｕを画定する。
【００４５】
ＰＣＢ１７０を樹脂またはポリマーのケースに入れることは、種々の材料および物質、特に、通常の切断作業中に遍在するようなウォータージェット切断流体および研磨剤によって、ＰＣＢが汚染されないようにする。電力および制御は、ケーブル１７３を経由してＰＣＢ１７０に供給される。ケーブル１７３の末端も、ＰＣＢ１７０に封じ込められている。静電気防止用ストラップ１８８は、ＰＣＢ１７０をハウジング・プレート１７４に接地している。ＰＣＢ１７０はハウジング・プレート１７４に装着されており、ハウジング・プレート１７４はノズル・ナット２２２に連結されており、それにより混合管１２２の軸に対して実質的に垂直な平面に維持されている。締付リング１７６は、ＰＣＢ１７０の外周に係合している。締付リング１７６およびＰＣＢ１７０の開口部を貫通する留め具１７７は、ハウジング・プレート１７４のねじ開口部と係合し、締付リング１７６およびＰＣＢ１７０を維持している。ＰＣＢ１７０およびハウジング・プレート１７４の形状は、ぴたりと組み合わさるように互いに協働している。環状チャネル１７８は、ＰＣＢ１７０とハウジング・プレート１７４との間の狭い間隙により画定されている。ハウジング・プレート１７４に形成された環状溝に配置されたＯ−リング１７１は、環状空気チャネル１７８を密閉し、流体または他の汚染物質の進入を防ぐ。
【００４６】
ハウジング・プレート１７４は、複数のセンサ開口部１８４および排出開口部１８６を含み、各々が環状チャネル１７８と流体連通している。エルボ・フィッティング１８０は、排出開口部１８６に連結されており、排出管１８２は、図示したように、エルボ・フィッティング１８０に連結されている。排出管１８２は、その第２の端部が外形追跡装置１５０および混合管１２２から十分に離れて配置されるのに十分な長さを有しており、したがって、切断流体および研磨剤などの汚染物質に進入されにくい。したがって、汚染物質を排出管に通すことなく、空気が、エルボ・フィッティング１８０および排出管１８２を経由して、空気チャネル１７８に自由に進入する。
【００４７】
図１２の詳細の密集度が高いため、外形追跡装置１５０、特にセンサ・レッグ・アセンブリ１５６の特徴の一部が、図１２に示されていないが、図１０および１３を見ればよりはっきりとするであろう。
【００４８】
複数のセンサ・レッグ・アセンブリ１５６各々は、上部部材１９０および下部部材１９６を含む。上部部材１９０は、それを貫通する同軸上に形成された開口部１９１を含み、センサ・シャフト１９２を受け入れるように構成されている。上部部材１９０は、ハウジング・プレート１７４の下面に形成された取付ソケット１８９にスナップ式に係合するように構成された取付フランジ１９３をさらに含む。開口部１９１の上部は、ハウジング・プレート１７４の複数のセンサ開口部１８４の各１つの位置に対応する。上部部材１９０は、連結するために円筒形ベローズ２０２を受け入れるように構成されたかえし領域１９５も含む。
【００４９】
センサ・シャフト１９２は、上部部材１９０内を自由に垂直移動できるように、上部部材１９０の開口部１９１内に配置されている。センサ・シャフト１９２は、その一方の端部に形成された１つの開口部内に入れ込まれた磁石１９４を含む。センサ・シャフト１９２が垂直移動すると、磁石１９４は、対応するホール効果センサ１７２に接近するか、またはさらに遠ざかる。ばね１９８は、センサ・シャフト１９２が上部部材１９０に対して下向き方向に付勢されるように、一方の端部で上部部材１９０の下部と、他方の端部でセンサ・シャフト１９２に連結された保護リング２００との間に拘束されている。各センサ・レッグ・アセンブリ１５６のセンサ・シャフト１９２の下端部１８５は、共に下部マシン平面Ｌを画定する。
【００５０】
下部部材１９６は、軸受け面１９７を含む。軸受け面１９７の上には、センサ・シャフト１９２の下端部１８５が載るように構成されている。軸受け面１９７は、センサ・シャフト１９２の下端部１８５の横移動に対応するのに十分な表面領域を有する。下部部材１９６は、フット・プレート２１８の取付ソケット２０１内にスナップ式に入れ込まれるように構成されている取付フランジ１９９をさらに含む。下部部材１９６は、連結するために円筒形ベローズ２０２を受け入れるように構成されているかかり領域２０３をさらに含む。
【００５１】
円筒形ベローズ２０２（図１２参照）は第１の端部が、上部部材１９０のかかり領域１９５に連結しており、下部部材１９６のかかり領域２０３に連結している。ホース・クランプ２０４または同様のものは、ベローズ２０２を所定の位置に固定するのに役立つ。各円筒形ベローズ２０２は、弾性材料で形成されており、センサ・シャフト１９２が開口部１９１内を上下移動すると、センサ・レッグ・アセンブリ１５６の伸び縮みに適応するように構成されている。ベローズは、流体および他の汚染物質がセンサ・レッグ・アセンブリ１５６の機能を阻害するのを防ぐようにも構成されている。
【００５２】
図１２に示すように、上部部材１９０の開口部１９１は、センサ開口部１８４と一直線に並び、かつ流体連通している。したがって、ベローズ２０２が伸び縮みすると、ベローズ２０２内の空気は、空気チャネル１７８および排出管１８２を自由に通過する。経路（図示せず）は、センサ・シャフト１９２および開口部１９１内の磁石１９４を通過する空気の移動を促進するために、センサ・シャフト１９２または上部部材１９０に設けられてもよい。あるいは、センサ・シャフト１９２および磁石１９４の上部の形状が、空気の通過を可能にするように選択されてもよい。
【００５３】
フット・プレート・アセンブリ１５８は、フット・プレート２１８、シールド・プレート２２０、およびフット・ブラシ２３０を含む。フット・プレートは、円環形状を有し、複数のセンサ・レッグ１５６の１つの位置に各々が対応する複数の取付ソケット２０１と、中央開口部とを含む。各取付ソケット２０１は、各センサ・レッグ１５６の下部部材１９６の取付フランジ１９９をスナップ式に受け入れるように構成されている。
【００５４】
シールド・プレート２２０は、例えばカーバイドなどの耐研磨剤材料で形成されている。シールド・プレートは、その内縁に隆起したフランジ２３６を備えた円環形状を有する。隆起したフランジ２３６は、円環形状のフット・プレート２１８の中央開口部に締りばめで係合するように構成されている。さらに、止め輪２３４が、シールド・プレート２２０のフランジ２３６に押し付けられ、シールド・プレート２２０をフット・プレート２１８にさらに固着するとよい。
【００５５】
図４を参照して上述したように、スラット１３０上方でのウォータージェット１２６の通過に起因する第２のしぶきは、移動方向から後方に扇形のしぶきで反射する可能性がある。いくつかの理由で、しぶきのエネルギーは反射の角度に直接関連して減衰する。したがって、最大エネルギーのしぶきは、カーバイド・スリーブ２２４により捕獲された高角のしぶきである。シールド・プレート２２０は、残りのしぶきの大部分を阻止するのに十分な直径を有する。この残りのしぶきは、被加工物１１２の表面１１０の上方に発生するもので、フット・ブラシ２３０により阻止される比較的低エネルギーの部分をごく一部として有する。シールド・プレート２２０のフランジ２３６は、カーバイド・スリーブ２２４とシールド・プレート２２０との間を通過するすべてのしぶきを偏向させる。
【００５６】
上述のように、第１のしぶきおよび第２のしぶきの大部分は、外形追跡装置１５０の種々の構成要素により偏向させられる。これによって得られる利益の一つに、そのように設備された切断システムのごく周辺の領域は、溢水および損傷を受けにくく、乾いた状態を保ちやすいことがある。
【００５７】
切断作業のうち、Ｘ−軸またはＹ軸に沿った直線状の切断を伴う作業の割合が高いため、さらに、スラット１３０にかかる移動方向に沿い、かつＸ軸およびＹ軸とほぼ整列する切断で最も強力な第２のしぶきが発生するため、シールド・プレート２２０の底部は、Ｘ軸およびＹ軸に対応するラインで過度に消耗する可能性がある。したがって、シールド・プレートは、任意の角度でフット・プレート上に配向されてもよく、消耗を均等に振り分けるために定期的に回転させてもよい。
【００５８】
フット・ブラシ２３０は、その内壁に沿って形成された内溝２３１と、外溝２３７とを備えた円環形状を有する。内溝２３１は、フット・プレート２１８の外側リム２３３と係合するように形成されている。円環形状のフット・ブラシ２３０は、径方向スプリット２３５を有する。径方向スプリットがあるため、内溝２３１をフット・プレート２１８の外側リム２３３に係合させて配置させるようにフット・ブラシ２３０を十分に広げることができるようになる。フット・ブラシ２３０は、そこから下方に延出する複数の短い剛毛２３２をさらに含む。作業中、剛毛２３２の下端部は、被加工物１１２の上面１１０上に載置され、よって当該表面に一致する。この平面は、「作業平面」または「作業面」と呼ぶこともある。切断作業中、下部マシン平面Ｌは上面１１０と平行であることが理解されるであろう。
【００５９】
衝突センサ・アセンブリ１６０は、円環形状を有する圧力スイッチ支持リング２１０と、衝突センサ・アセンブリ１６０の内周に沿って形成され、かつフット・ブラシ２３０の外溝２３７と係合するように構成された隆起部２１１とを含む。圧力スイッチ支持リング２１０は、内部で圧力スイッチ２０８を受けるように構成されている。圧力スイッチ２０８は、圧力スイッチ支持リング２１０の外周に沿って形成されたチャネル内に入れ込まれ、圧力突起２０９を含む。圧力スイッチ２０８は、圧力突起２０９の外周に沿った任意の点で該突起に圧力がかかると、スイッチが閉じられるように構成されている。制御ケーブル２１６は、スイッチが閉じていることを検知するために、圧力スイッチを衝突センサ回路（図示せず）に電気的に接続するように構成されている。
【００６０】
トリガ・スカート２０６は、圧力スイッチ支持リング２１０の上方に配置され、衝突センサ・アセンブリ１６０の構成要素を一緒に固定し、衝突センサ・アセンブリ１６０をフット・ブラシ２３０と共に、フット・プレート２１８上に固定する。トリガ・スカート２０６は、所定の位置にスナップ留めするように構成されてもよい。トリガ・スカート２０６は、その周囲に配設され、かつそれと一体に形成された複数のスカート・レッグ２１２を含む。スカート・レッグ２１２は、スカート・レッグ２１２の１つの外面に圧力がかかると、各レッグが内側方向に曲がり、圧力突起２０９を加圧し、それによりセンサ・スイッチを閉じるように構成されている。各トリガ・レッグ２１２は、このレッグの上部から径方向に外側へずらした下面２１４を含む。この構成により、トリガ・レッグ２１２は、完全な垂直面と接触すると内側に曲がることが可能になっている。
【００６１】
外形追跡装置アセンブリ１５０は、ノズル・ナット・アセンブリ１５２およびＰＣＢアセンブリ１５４を含む上部セクション２４０と、フット・プレート・アセンブリ１５８および衝突センサ・アセンブリ１６０を含む下部セクション２５０とを含む（図１０参照）。上部セクション２４０は、ノズル・ナット２２２により、切断ヘッド１２０のコレット１２１に堅く連結されている。下部セクション２５０は、複数のセンサ・レッグ１５６により、上部セクション２４０に移動可能に連結されている。複数のセンサ・レッグ１５６各々は、ハウジング・プレート１７４の各取付ソケット１８９と係合する上部部材１９０と、フット・プレート２１８の取付ソケット２０１と係合する下部部材１９６とを有する。外形追跡装置１５０の下部セクション２５０は、各センサ・レッグ・アセンブリ１５６のばね１９８により、下向き方向に付勢されている。
【００６２】
作業中、被加工物１１２は、ウォータージェット切断システムの支持グリッド１２８上に配置されている。切断ヘッド１２０は、そこに連結された外形追跡装置１５０を有し、フット・ブラシ２３０の剛毛２３２が被加工物１１２の上面１１０に接触するまで降下させられる。切断ヘッド１２０が降下し続けると、各下部部材１９６の軸受け面１９７は、各センサ・シャフト１９２を押し上げ、センサ・シャフト１９２を各開口部１９１内で上方に移動させ、それにより、ばね１９８を圧縮する。センサ・シャフト１９２が開口部１９１内を上昇すると、磁石１９４はホール効果センサ１７２に接近する。ホール効果センサ１７２の電気的特性は、当業者に既知の態様で、ホール効果センサ１７２から磁石１９４までの距離によって変化する。ＰＣＢ１７０は、ケーブル１７３経由で位置検出回路（図示せず）に、各ホール効果センサ１７２に対する各磁石１９４の位置を示す信号を供給する。
【００６３】
説明した実施形態によると、以下の値を定め、既知とする。センサ・シャフト１９２の下端部１８５により画定される下部マシン平面Ｌは、被加工物の上面１１０から既知の距離にあり、剛毛２３２により画定される。混合管１２２の出射口１２４は、Ｚ−軸上で、ホール効果センサ１７２により画定される上部マシン平面Ｕから既知の距離にある。各センサ・シャフト１９２の磁石１９４は、下部マシン平面から既知の距離にあり、この距離はセンサ・シャフト１９２の長さにより規定される。これらの既知の値を前提とし、かつセンサ信号から算出されたホール効果センサ１７２と各マグネットとの間の距離を前提とすると、混合管１２２の出射口１２４から被加工物１１２の上面までの距離は、高精度で求めることができる。
【００６４】
位置検出回路は、ＰＣＢにより提供されたデータに基づき、種々の計算を提供するように構成されてもよい。例えば、下部マシン平面Ｌは上面１１０に平行なので、複数のホール効果センサ１７２各々からのデータは、上部マシン平面Ｕに対する被加工物１１２の上面１１０の角度を確定するために、処理されてもよい。あるいは、複数のホール効果センサ１７２各々からのデータは、出射口１２４からの上面１１０の距離を決定するために平均されてもよい。第３の別の計算では、被加工物の上面１１０が実質的に平らであると分かっていれば、ホール効果センサ１７２のたった１つからのデータを使用し、上面１１０の出射口１２４からの距離を求めてもよい。これらおよび他の計算を実行するように構成されている回路の設計および製造は、当業者の能力の範囲に含まれる。したがって、位置検出回路については詳細に説明しない。
【００６５】
前述したように、ウォータージェット切断システムに関してこれまでに適切に対処されてこなかった課題の１つは、被加工物が切断システムのグリッド上で平らにならない場合である。例えば、１辺が恐らく何フィートもある大判のシート・メタルの場合、シートが平らでなく、相当曲がった部分があることはめずらしいことではない。
【００６６】
ここで、図１３を参照すると、外形追跡装置アセンブリ１５０が、被加工物１１２上に配置された状態で示されている。この被加工物は、支持グリッドのスラット１３０の上端部の上で平らになっていない。この装置の下部セクション２５０が、被加工物１１２の上面１１０に沿っているので、切断ヘッド１２０および混合管１２２を含む切断ヘッドが、被加工物１１２の上面１１０に従って、その上方を移動しなければならないことが分かるであろう。ホール効果センサ１７２に対する磁石１９４の位置に直接関連する信号がホール効果センサ１７２により供給されると、Ｘ−Ｙ平面に対する上面１１０の角度も、非常に高精度で求めることができる。
【００６７】
３軸制御、すなわちＸ、ＹおよびＺを有するウォータージェット切断システムの場合、混合管１２２の位置は、被加工物１１２の角度に関わらず、被加工物の上面１１０のウォータージェットが被加工物に衝突する点からの最適な距離Ｓ（図５参照）に出射口１２４を配置するように、Ｚ−軸上で調節可能である。これは、混合管１２２からおよその距離を単一点から測定する従来のセンサでは不可能である。
【００６８】
図６および７を参照して説明したシステムなど、Ｘ軸およびＹ軸を中心とした回転を含む５軸システムの場合、混合管１２２の軸角は、Ｌ平面、および拡大解釈すれば被加工物１１２の上面１１０の平面における変化を補償するために調節可能である。さらに、テーパおよびトレイルバックの正確な補償は、上面１１０の変化とは無関係に実行可能である。
【００６９】
図１３を参照して説明したシステムなどの場合、例えば、被加工物１１２は、切断工程が進行する間にＺ軸方向に移動させられることがわかるであろう。図１３は、被加工物がグリッド１２８上で平らにならない場合を示す。被加工物１１２の持ち上がった部分を支えていた部分１１３はすでに切り離されており、そのため被加工物１１２は落下できる状態にある。部分１１３の上面１１５は、現時点で、被加工物１１２の上面１１０とは異なる平面にある。このような場合、外形追跡装置１５０は新しい角度を再調整しなければならないだけでなく、切断端が上面１１０の上に持ちあがっているので、衝突の危険もある。
【００７０】
図１４は、図１３を参照して前述した衝突状況にある外形追跡装置１５０のごく一部の拡大図である。連結された外形追跡装置１５０を有する切断ヘッドが方向Ｔに移動すると、トリガ・レッグ２１２は、被加工物１１２の持ち上がった部分１１３と接触する。トリガ・レッグ２１２は、トリガ・レッグ２１２がトリガ・スカート２０６と接合する領域２１３で内側に曲がる。トリガ・レッグ２１２が、圧力スイッチ２０８の圧力突起２０９を押すと、圧力スイッチ２０８が電気回路を閉じる。関連する衝突センサ回路は、圧力スイッチ２０８の作動に応答して切断システムの運転を停止し、システムへの損傷を防ぐように構成されている。
【００７１】
図９から１４を参照して説明した実施形態には、締まりばめまたはスナップ式により連結された多数の部分が含まれる。これにより、留め具等を除去する必要なく、個々の構成要素またはアセンブリを修理または交換するために、迅速かつ容易な解体ができるようになっている。ただし、他の実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなく、ねじ留め具、保持器、ねじ係合、または他の任意の連結用の装置または方法を組み込む場合もある。
【００７２】
説明した本実施形態は、センサ・シャフトに連結された磁石と協働するホール効果センサを採用している。多くのタイプのセンサまたは信号生成装置をホール効果センサおよび磁石の代わりに使用してもよいことは、当業者に理解されるであろう。例えば、歪みゲージ、ポテンショメータ、光センサ、加速度計、または他の検知装置を採用する構成を用いてもよい。このような他の実施形態の設計および製造は、当業者の技術の範囲、および本発明の範囲に含まれる。
【００７３】
図面、特に図１２および１３をよく見れば、具体的に説明されなかったいくつかの「Ｏ」リングがあることがわかるであろう。上記装置の様々な箇所で密封を提供し「Ｏ」リングの有用性およびその機能が当業者には明らかであろうことは、当業者に理解されるであろう。
【００７４】
本発明の他の実施形態は、説明した構成要素すべてを含まない場合もあり、本明細書で説明した構成要素またはアセンブリを、図示した実施形態とは明確な類似性がほとんどないシステムに組み込む場合もある。そのような他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。例えば、プラズマまたはメカニカル・ソーなどの他の切断方法を採用する切断システムまたは穿孔システムが、本実施形態を参照して説明したいくつかの原理を有利に組み込むことも考えられる。
【００７５】
あるいは、本発明のある実施形態では、測定またはクリーニングのために、ツールが表面に対して配向される必要のあるシステムを組み込むことも考えられる。例えば、自動ウォータージェット・クリーニング装置では、表面を損傷することなく、破片、被覆物、または腐食を効率的に除去するために、表面からの厳密な角度および距離に維持される必要があると考えられる。開示した実施形態を参照して説明した機能が有利に組み込まれている可能性のある他の応用を、当業者が考え付く可能性もある。そのような応用も本発明の範囲に含まれる。
【００７６】
本明細書で言及されている、および／または出願データ・シート（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ）に記載されている、上記の米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および非特許文献はすべて、その全体が、参照により本明細書中に組み込まれる。
【００７７】
本発明の具体的な実施形態は、例示の目的で本発明書に記述されてきたが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは、前述の説明から理解されるであろう。したがって、本発明は、添付の請求の範囲による場合を除き、限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
図面では、同一の参照番号は類似の要素および動作を表す。図面中の要素の大きさおよび相対位置は、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。
【図１】図１は、従来技術により提供された、ウォータージェット切断システムの等角図である。
【図２】図２および３は、２台の既知のウォータージェット切断システムの詳細を示す図である。
【図３】図２および３は、２台の既知のウォータージェット切断システムの詳細を示す図である。
【図４】図４は、既知の技術による、被加工物を切断するウォータージェットを示す図である。
【図５】図５および６は、ウォータージェット切断システムの典型的な切断特性を示す図である。
【図６】図５および６は、ウォータージェット切断システムの典型的な切断特性を示す図である。
【図７】図７および８は、図５および６に示された特性を補償する方法を示す図である。
【図８】図７および８は、図５および６に示された特性を補償する方法を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態による、外形追跡装置アセンブリの正投影図である。
【図１０】図１０は、図９の外形追跡装置の部分分解図である。
【図１１】図１１は、図９の外形追跡装置の平面図である。
【図１２】図１２は、図１１の線１２−１２に沿った、図９の外形追跡装置の断面図である。
【図１３】図１３は、ある角度に曲げられた被加工物上に配置された状態で示された、図９の外形追跡装置の断面図である。
【図１４】図１４は、図１３の外形追跡装置のごく一部の拡大図である。
【図１】
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【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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