(57)【要約】  多軸機械の工具（４０）（例えば流体ジェット切断機の流体ジェットノズル）と加工される工作物（１４）との間の空間的関係を維持するシステム及び方法が提供される。例示のシステムは、動作時にジンバルアセンブリが工作物の表面に乗るときに機械焦点とジンバルアセンブリによって規定されるジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知するための、センサと、センサとともに動作可能なジンバルアセンブリ（１０２）と、を有する外形追従装置（１００）を含む。システムは、ジンバルアセンブリと別の物体との衝突事象を検知するように構成されたジンバル取り付けアセンブリをさらに含むことができる。【選択図】図２
2018538150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸機械の工具と前記工具によって加工される工作物との間の空間的関係の維持を支援するための多軸機械用ジンバルアセンブリであって、前記多軸機械は、機械焦点を規定するように交差する２つの回転軸を含み、前記ジンバルアセンブリは、
第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、
ジンバルアセンブリ焦点を規定するように前記第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転するように前記旋回アームに回転可能に結合された接触部材であって、動作時に前記工作物の表面に乗り、前記ジンバルアセンブリ焦点を含む基準面を規定するようになされた１つ又は複数の表面装備を含む接触部材と、を含み、
前記ジンバルアセンブリは、動作時に前記接触部材が前記工作物の前記表面に乗るときに前記機械焦点と前記ジンバル焦点との間のずれの検知を可能にする、ジンバルアセンブリ。
【請求項２】
前記ジンバルアセンブリはジンバル基部を含み、前記ジンバルアセンブリは、前記ジンバルアセンブリ焦点からの前記機械焦点の前記ずれの結果として前記ジンバル基部の対応する変位が生じるように構成される、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。
【請求項３】
前記ジンバルアセンブリは、前記第１回転軸及び前記第２回転軸をそれぞれ中心にした前記旋回アーム及び前記接触部材の回転運動を介して前記工作物のトポグラフィの変化に適応するように構成され、前記ジンバルアセンブリは同時に、前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間のずれの検知を可能にする、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。
【請求項４】
前記第１回転軸を中心にした前記旋回アームの回転又は前記第２回転軸を中心にした前記接触部材の回転を選択的に防止する少なくとも１つの旋回ロックをさらに含む、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。
【請求項５】
前記第１回転軸を中心にした前記旋回アームの回転又は前記第２回転軸を中心にした前記接触部材の回転を制限する少なくとも１つの回転止めをさらに含む、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。
【請求項６】
前記旋回アームと前記接触部材とのそれぞれの検知された回転位置に基づいて、前記工作物の表面トポグラフィを測定するためのエンコーダをさらに含む、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。
【請求項７】
前記旋回アーム及び前記接触部材のそれぞれの検知された回転位置に基づいて、前記工作物の表面トポグラフィを測定するためと、前記表面トポグラフィに対して相対的な、規定された向きに前記工具を維持するためのエンコーダをさらに含む、請求項１に記載のジンバルアセンブリ。
【請求項８】
多軸機械の工具と前記工具によって加工される工作物との間の空間的関係の維持を支援するための多軸機械用外形追従装置であって、前記多軸機械は、機械焦点を規定するように交差する２つの回転軸を含み、前記外形追従装置は、
センサと、
動作時に前記ジンバルアセンブリが前記工作物の前記表面に乗るときに、前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリによって規定されるジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知するように前記センサとともに動作可能なジンバルアセンブリと、を含む外形追従装置。
【請求項９】
前記ジンバルアセンブリを前記多軸機械に結合するため、及び、前記ジンバルアセンブリと別の物体との衝突事象を検出するためのジンバル取り付けアセンブリをさらに含む、請求項８に記載の外形追従装置。
【請求項１０】
前記ジンバルアセンブリは、前記ジンバルアセンブリを前記ジンバル取り付けアセンブリに取り外し可能に結合する結合機構を含み、前記結合機構は、留め具の操作なしに前記ジンバルアセンブリの前記ジンバル取り付けアセンブリからの取り外しを可能にするように構成される、請求項９に記載の外形追従装置。
【請求項１１】
前記結合機構は、前記ジンバルアセンブリの基部と前記ジンバル取り付けアセンブリの基部との間の所定の空間的関係を設定及び維持する少なくとも１つの位置合わせ装置と、前記ジンバルアセンブリの前記基部と前記ジンバル取り付けアセンブリの前記基部とを互いに対して付勢する少なくとも１つの磁気装置と、を含む、請求項１０に記載の外形追従装置。
【請求項１２】
前記ジンバル取り付けアセンブリは、衝突センサと、前記衝突事象時に変位させられて前記衝突センサに衝突事象信号を発生させるセンサ部材と、を含む衝突センサ機構を含む、請求項９に記載の外形追従装置。
【請求項１３】
前記衝突センサ機構は傾斜部を含み、前記センサ部材は、前記衝突事象時に前記傾斜部によって垂直方向に移動するように強制されて前記衝突センサに前記衝突事象信号を発生させる、請求項１２に記載の外形追従装置。
【請求項１４】
前記衝突センサ機構は、操作時に前記ジンバルアセンブリが工作物に乗るときに前記ジンバルアセンブリの動きを阻害しないように、前記ジンバルアセンブリから離れた位置に配置される、請求項１２に記載の外形追従装置。
【請求項１５】
前記ジンバル取り付けアセンブリは、直線的に移動するように前記工具に対して相対的に制約される、請求項９に記載の外形追従装置。
【請求項１６】
前記ジンバル取り付けアセンブリは、前記ジンバルアセンブリと前記多軸機械との間に、衝突事象時に解放される強固な接続をもたらすように構成される、請求項９に記載の外形追従装置。
【請求項１７】
前記ジンバルアセンブリを稼働構成内に配備及び稼働構成から退避させる少なくとも１つのアクチュエータをさらに含む、請求項８に記載の外形追従装置。
【請求項１８】
流体ジェット切断システムであって、
機械焦点を規定するように交差する２つの回転軸を含む多軸機械を介して空間内で操作可能な流体ジェット切断ヘッドであって、工作物を加工するために動作時に高圧流体ジェットが吐出されるノズルを含む流体切断ヘッドと、
センサと、第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、ジンバルアセンブリ焦点を規定するように前記第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転するように前記旋回アームに回転可能に結合された接触部材と、を含む外形追従装置であって、前記接触部材は動作時に前記工作物の表面に乗り、前記ジンバルアセンブリ焦点を含む基準面を規定するようになされた１つ又は複数の表面装備を含む前記外形追従装置と、を含み、
前記センサは、動作時に前記接触部材が前記工作物の前記表面に乗るときに、前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知するために前記外形追従装置の前記ジンバルアセンブリと連動して動作する、流体ジェット切断システム。
【請求項１９】
前記ジンバルアセンブリを前記多軸機械に結合し、前記ジンバルアセンブリと別の物体との衝突事象を検知するように構成されたジンバル取り付けアセンブリをさらに含む、請求項１８に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２０】
前記ジンバルアセンブリは、前記旋回アーム及び前記接触部材のそれぞれ前記第１回転軸及び前記第２回転軸を中心にした回転運動を介して前記工作物のトポグラフィの変化に適応するように構成され、前記ジンバルアセンブリは同時に、前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間のずれの検知を可能にする、請求項１８に記載の流体ジェット切断システム。
【請求項２１】
機械焦点を規定するように交差する２つの回転軸を有する多軸機械を介して空間内で操作可能な流体ジェット切断ヘッドのノズルのスタンドオフ距離を制御する方法であって、
ジンバルアセンブリ焦点を規定するように交差する２つの回転軸を含み、前記流体ジェット切断ヘッドに付随するジンバルアセンブリが工作物の表面に乗るように、加工される前記工作物に対して相対的に前記流体ジェット切断ヘッドを操作することと、
前記ノズルの前記スタンドオフ距離を調整するために前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知することと、を含む方法。
【請求項２２】
前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点とが一致する状態に向かって前記ノズルの前記スタンドオフ距離を調整することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ノズルの前記スタンドオフ距離を調整するために前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間の前記ずれを検知することは、動作時に前記接触部材が前記工作物の前記表面に乗るときに前記ノズルと前記工作物の前記表面との間の距離の変化を検知することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ノズルと前記工作物の前記表面との間の距離の前記変化を検出するときに前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点とが一致しない、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間の距離が所定の値である状態に向かって前記ノズルの前記スタンドオフ距離を調整することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記ジンバルアセンブリは、ジンバル基部と、第１回転軸を中心に回転するように前記ジンバル基部に回転可能に結合された旋回アームと、前記ジンバルアセンブリ焦点を規定するように前記第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転するように前記旋回アームに回転可能に結合された接触部材とを含み、前記接触部材は、動作時に前記工作物の前記表面に乗り、前記ジンバルアセンブリ焦点を含む基準面を規定するようになされた１つ又は複数の表面装備を含み、前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間の前記ずれを検知することは、前記ジンバルアセンブリが前記工作物の前記表面に乗るときに前記ジンバル基部の変位を検知することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記機械焦点と前記ジンバルアセンブリ焦点との間の前記ずれを検知することは、前記ジンバルアセンブリが、旋回アーム及び接触部材のそれぞれ前記第１回転軸及び前記第２回転軸を中心にした回転運動を介して前記工作物のトポグラフィの変化に適応することができるようにすることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記ジンバルアセンブリと別の物体との衝突を検知することと、
前記衝突に応答して前記多軸機械の動作を調整することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
衝突の検出は、前記衝突時に前記ジンバルアセンブリに加わる衝撃をセンサ部材の垂直運動に変換して衝突事象信号を発生することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
多軸機械の工具と別の物体との差し迫った衝突の検知を支援する多軸機械用の衝突検出システムであって、前記衝突検出システムは、
動作時に工作物の表面に乗るように構成された外形追従装置と、
前記差し迫った衝突を検知するように前記外形追従装置に動作可能に結合された衝突検知機構であって、衝突センサと、衝突事象時にセンサ部材に加えられたトルクが前記衝突センサとの係合への前記センサ部材の変位に変換されて前記衝突センサに衝突事象信号を発生させるように制約されたセンサ部材とを含む衝突検知機構と、を含む衝突検出システム。
【請求項３１】
前記外形追従装置はジンバルアセンブリを含み、前記ジンバルアセンブリは、第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、第２回転軸を中心に回転するように前記旋回アームに回転可能に結合された接触部材と、を含み、前記接触部材は動作時に前記工作物の前記表面に乗るようになされた１つ又は複数の表面装備を含む、請求項３０に記載の衝突検出システム。
【請求項３２】
前記衝突センサ機構は、動作時に前記ジンバルアセンブリが前記工作物に乗るときに前記ジンバルアセンブリの動きを阻害しないように前記ジンバルアセンブリから離れた位置に配置される、請求項３１に記載の衝突検出システム。
【請求項３３】
前記衝突センサ機構は、直線的に移動するように前記工具に対して相対的に制約された取り付けアセンブリの一部である、請求項３１に記載の衝突検出システム。
【請求項３４】
前記取り付けアセンブリは、前記ジンバルアセンブリと前記多軸機械との間に、衝突事象時に解放される強固な接続を設けるように構成される、請求項３３に記載の衝突検出システム。
【請求項３５】
前記衝突センサ機構は、傾斜部を有するシートを含み、前記センサ部材は、衝突事象時に前記シートの前記傾斜部によって垂直方向に移動するように強制されて前記衝突センサに前記衝突事象信号を発生させる、請求項３０に記載の衝突検出システム。
【請求項３６】
前記センサ部材は前記シート側に偏らせられた、請求項３５に記載の衝突検出システム。
【請求項３７】
流体ジェット切断システムであって、
多軸機械と、
前記多軸機械を介して空間内で操作可能な流体ジェット切断ヘッドであって、工作物を加工するために動作時に高圧流体ジェットが吐出されるノズルを含む前記ジェット切断ヘッドと、
前記多軸機械に結合され、動作時に前記流体ジェット切断ヘッドの前記ノズルの近傍において前記工作物の表面に乗るように構成されたジンバルアセンブリと、を含む流体ジェット切断システム。
【請求項３８】
前記ジンバルアセンブリは、第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、第２回転軸を中心に回転するように前記旋回アームに回転可能に結合された接触部材と、を含み、前記接触部材は動作時に前記工作物の前記表面に乗るようになされた１つ又は複数の表面装備を含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記多軸機械の前記ノズルと別の物体との差し迫った衝突を検知するように前記ジンバルアセンブリに動作可能に結合された衝突センサ機構をさらに含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記衝突センサ機構は、動作時に前記ジンバルアセンブリが前記工作物に乗るとき、前記ジンバルアセンブリの動きを阻害しないように、前記ジンバルアセンブリから離れた位置に配置される、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記衝突センサ機構は、直線的に移動するように前記流体ジェット切断ヘッドの前記ノズルに対して相対的に制約されたジンバル取り付けアセンブリの一部である、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記ジンバル取り付けアセンブリは、前記ジンバルアセンブリと前記多軸機械との間に、衝突事象時に解放される強固な接続を設けるように構成される、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記衝突センサ機構は、傾斜部を有するシートを含み、前記センサ部材は、衝突事象時に前記シートの前記傾斜部によって垂直方向に移動するように強制されて前記衝突センサに前記衝突事象信号を発生させる、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４４】
前記センサ部材は前記シート側に偏らせられる、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
多軸機械の工具と前記工具によって加工される工作物との間の空間的関係の維持を支援する多軸機械用ジンバルアセンブリであって、前記ジンバルアセンブリは、
第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、
第２回転軸を中心に回転するように前記旋回アームに回転可能に結合され、動作時に前記工作物の表面に乗るようになされた１つ又は複数の表面装備を含む接触部材と、を含み、
前記ジンバルアセンブリは、動作時に前記接触部材が前記工作物の前記表面に乗るときに前記工具と前記工作物の前記表面との間の距離の変化の検知を可能にする、ジンバルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多軸機械の工具（例えば、流体切断機の流体ジェットノズル）とその工具によって加工される工作物との空間的関係を維持するシステム及び方法に関する。また、本開示は、工具の被制御経路における障害物との衝突を検知し、それに応じて機械の動作を調整するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの異なる産業において、多様な材料を切断するために高圧研磨ウォータージェットを含む高圧流体ジェットが使用される。例えば、本発明の譲受人であるフローインターナショナルコーポレーション（Ｆｌｏｗ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製のＭａｃｈ４（商標）５軸研磨ウォータージェットシステムや、多関節ロボットアーム又はその他のモーションシステムに装着された切断ヘッドアセンブリを含むその他のシステムなどの、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が現在利用可能である。研磨流体ジェット切断システムのその他の例は、参照により本明細書に組み込まれるフロー社の米国特許第５，６４３、０５８号に示され、記載されている。「高圧流体ジェット」及び「ジェット」という用語は、高圧ウォータージェット高圧ウォータージェット及び高圧研磨ウォータージェットを含むがこれらには限定されない、あらゆる種類の高圧流体ジェットを含むものと理解すべきである。このようなシステムでは、高圧流体、典型的には水が、切断ヘッド内の開口部ユニットの開口部を通って流れ、高圧ジェットを形成し、この高圧ジェット内には、ジェットが混合室と混合管とを通過するときに研磨粒子を混合して高圧研磨ウォータージェットを形成することもできる。高圧研磨ウォータージェットは、工作物を指定経路に沿って切断するために、典型的には混合管から吐出され、工作物に向けて送られる。
【０００３】
現在、高圧流体ジェットを指定経路に沿って移動させるために様々なシステムが利用可能である。このようなシステムは、一般に、例えば３軸機又は５軸機と呼ばれることがある。従来の3軸機は、切断ヘッドアセンブリを、切断アセンブリがｘ−ｙ面に沿って、及びその面に対して垂直にｚ軸に沿って移動、すなわち工作物に向かう方向と工作物から離れる方向とに移動することができるように、取り付ける。このようにすることで、切断ヘッドアセンブリによって発生させられる高圧流体ジェットを、所望通りにｘ−ｙ面内の指定経路に沿って移動させ、工作物に対して相対的に上昇及び下降させる。従来の５軸機も同様に動作するが、２つの追加の非平行回転軸を中心とした動きを可能にする備えがある。その他のシステムは、例えば、６つの別々の回転軸を中心として関節運動する６軸ロボットアームなどの、多関節ロボットアームに取り付けられた切断アセンブリを含む場合がある。
【０００４】
コンピュータ支援設計を使用して生成された工作物の２次元又は３次元モデル（すなわちＣＡＤモデル）を、機械を駆動するためのコードの生成に使用することができるようにするなどして、このような従来の機械を指定経路に沿って駆動又は制御するためにコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）プロセスを使用することができる。例えば、モデルに反映されている通りに工作物を切断又は加工するために、機械をその並進軸及び／又は回転軸を中心に操作するように機械の適切な制御部及びモータを駆動する命令を生成するために、ＣＡＤモデルを使用することができる。
【０００５】
流体ジェット切断プロセス時には、寸法精度及び切断品質は、しばしばスタンドオフ距離と呼ばれるノズル又は混合管の端部と切断される工作物の表面との間の所望の距離を正確に維持することにとりわけ依存する場合がある。流体ジェット切断技術がフラットストック２Ｄ切断から、５軸及びその他の多軸制御により可能となる曲面材料、ベベル切断及びその他の複雑な切断面を含む用途に進化するにつれて、正確なスタンドオフ距離を維持することが特に重要になる。
【０００６】
歴史的に見て、例えば、２Ｄフラットストック切断の指令５軸モーションコントロールは、ノズル又は混合管の端部と切断する工作物の表面との間の推定（「公称」）距離に基づいて求められる合成角計算値に基づく。実際には、実際のスタンドオフ距離は公称距離から逸脱し、例えば、切断中の材料のストレス解放による反り、自然材料たわみ、又は製造業者からの「供給時のまま」の状態により、切り口に垂直軸からの誤差が生じることになる。この誤差は、例えば意図されたベベル切断において切り口が垂直線からさらにずれると特に明らかとなり、望ましくない。本明細書に記載の例示の外形追従装置及び関連システム並びに方法は、切断される工作物の表面に対する機械の焦点の距離が確実にわかりやすくする。これにより、工作物の領域にずれがあっても、コントローラが機械焦点を工作物の表面上に保持することができるようにするとともに、フロー社の米国特許第７，３３１，８４２号に示され、記載されているものなど、先行のスタンドオフ距離制御システム及び方法よりも改良された機能を提供する。例えば、例示の外形追従装置及びシステム並びに方法は、特に、意図されたベベル切断を作製する場合など、特に急峻な角度での切断の場合などに、スタンドオフ距離を維持する改良された精度を提供する。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載の実施形態は、性能を向上させるために、多軸機械の工具（例えば流体ジェット切断機の流体ジェットノズル）と工具によって加工される工作物との空間的関係を維持する改良されたシステム及び方法を提供する。例えば、一実施形態は、流体ジェット切断機のエンドエフェクタに取り付けられる外形追従装置を対象とする。流体ジェット切断プロセス時、外形追従装置は、エンドエフェクタの焦点と切断工作物の表面との間の距離を監視する。この距離の変化は、可変信号として機械のモーションコントローラに送信され、それによって、測定されるスタンドオフ距離を設定する機械式アクチュエータをコントローラがリアルタイムで調整することができるようにする。フィードバック制御により、エンドエフェクタの焦点を切断される工作物の表面上に直接維持し、したがって、切断工作物の寸法精度を最適化する。また、本明細書に記載の実施形態は、工具の被制御経路における障害物との衝突を検知し、それに応じて動作を調整する改良されたシステム及び方法も提供することができる。
【０００８】
多軸機械の工具とその工具によって加工される工作物との間の空間的関係の維持を支援する多軸機械用のジンバルアセンブリの一実施形態は、第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、ジンバルアセンブリ焦点を規定するように第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転するように旋回アームに回転可能に結合された接触部材と、を含むものと要約することができる。接触部材は、動作時に工作物の表面に乗り、ジンバルアセンブリ焦点を含む基準面を規定するようになされた１つ又は複数の表面装備をさらに含むことができる。ジンバルアセンブリは、動作時に接触部材が工作物の表面に乗るときに、（機械の２つの回転軸の交差部によって規定される）機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれの検知を可能にするので有利である。
【０００９】
ジンバルアセンブリはジンバル基部をさらに含むことができ、ジンバルアセンブリは、ジンバルアセンブリ焦点からの機械焦点のずれの結果として、ジンバル基部の対応する変位が生じるように構成することができる。ジンバルアセンブリは、旋回アーム及び接触部材のそれぞれ第１回転軸及び第２回転軸を中心にした回転運動を介して、工作物のトポグラフィの変化に適応するように構成することができると同時に、ジンバルアセンブリは機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれの検知を可能にする。
【００１０】
ジンバルアセンブリは、第１回転軸を中心にした旋回アームの回転又は第２回転軸を中心にした接触部材の回転を選択的に防止するために少なくとも１つの旋回ロックをさらに含むことができる。ジンバルアセンブリは、第１回転軸を中心にした旋回アームの回転又は第２回転軸を中心にした接触部材の回転を制限するために少なくとも１つの回転止めをさらに含むことができる。ジンバルアセンブリは、旋回アーム及び接触部材のそれぞれの検知された回転位置に基づいて、工作物の表面トポグラフィを測定するためのエンコーダをさらに含むことができる。表面トポグラフィに対して相対的な定義済みの向き（例えば垂直向き）に工具を維持するために、エンコーダからの信号を使用することもできる。
【００１１】
多軸機械の工具とその工具によって加工される工作物との間の空間的関係の維持を支援するための多軸機械用外形追従装置の一実施形態は、センサと、動作時にジンバルアセンブリが工作物の表面に乗るときに、（機械の２つの回転軸の交差部によって規定される）機械焦点とジンバルアセンブリによって規定されるジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知するためにセンサとともに動作可能なジンバルアセンブリと、を含むものと要約することができる。
【００１２】
外形追従装置は、ジンバルアセンブリを多軸機械に結合するためと、ジンバルアセンブリと別の物体との衝突事象を検知するための、ジンバル取り付けアセンブリをさらに含むことができる。ジンバルアセンブリは、ジンバルアセンブリをジンバル取り付けアセンブリに取り外し可能に結合する結合機構を含むことができ、結合機構は、留め具を操作することなくジンバルアセンブリのジンバル取り付けアセンブリからの取り外しを可能にするように構成される。結合機構は、ジンバルアセンブリの基部とジンバル取り付けアセンブリの基部との間の所定の空間的関係を設定し、維持する少なくとも１つの位置合わせ装置と、ジンバルアセンブリの基部とジンバル取り付けアセンブリの基部とを互いに対して付勢する少なくとも１つの磁気装置と、を含むことができる。ジンバル取り付けアセンブリは、衝突センサと、衝突事象時に変位させられて衝突センサに衝突事象信号を発生させるセンサ部材と、を含む衝突センサ機構を含むことができる。衝突センサ機構は傾斜面を含んでよく、センサ部材は衝突事象時に、衝突センサに衝突事象信号を発せさせるように傾斜面によって垂直方向に強制的に移動させることができる。衝突センサ機構は、動作時にジンバルアセンブリが工作物に乗るときに、ジンバルアセンブリの動きに支障を来さないように、ジンバルアセンブリから離れた位置に配置することができる。ジンバル取り付けアセンブリは、直線的に移動するように工具に対して相対的に制約することができる。ジンバル取り付けアセンブリは、ジンバルアセンブリと多軸機械との間に、衝突事象時に解放される強固な接続を設けるように構成することができる。外形追従装置は、ジンバルアセンブリを稼働構成に配備し、稼働構成から退避させるための少なくとも１つのアクチュエータをさらに含むことができる。
【００１３】
流体ジェット切断システムの一実施形態は、機械焦点を規定するように交差する２つの回転軸を含む多軸機械を介して空間内で操作可能な流体ジェット切断ヘッドであって、工作物を加工するために動作時に高圧流体ジェットが吐出されるノズルを含む流体ジェット切断ヘッドと、センサと第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームとジンバルアセンブリ焦点を規定するように第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転するように旋回アームに回転可能に結合された接触部材とを含むジンバルアセンブリとを含む外形追従装置と、を含み、接触部材は、動作時に工作物の表面に乗り、ジンバルアセンブリ焦点を含む基準面を規定するようになされた１つ又は複数の表面装備を含むものと要約することができる。センサは、動作時に接触部材が工作物の表面に乗るときに、機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知するように外形追従装置のジンバルアセンブリと連動して動作するので有利である。
【００１４】
流体ジェット切断システムは、ジンバルアセンブリを多軸機械に結合し、ジンバルアセンブリと別の物体との衝突事象を検知するように構成されたジンバル取り付けアセンブリをさらに含むことができる。ジンバルアセンブリは、旋回アーム及び接触部材のそれぞれ第１回転軸及び第２回転軸を中心にした回転運動を介して工作物のトポグラフィの変化に適応するように構成することができると同時に、ジンバルアセンブリは機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれの検知を可能にする。
【００１５】
多軸機械を介して空間内で操作可能な流体ジェット切断ヘッドのノズルのスタンドオフ距離を制御する方法の一実施形態は、流体ジェット切断ヘッドに付随し、ジンバルアセンブリ焦点を規定するように交差する２つの回転軸を含むジンバルアセンブリが工作物の表面に乗るように、加工される工作物に対して相対的に流体ジェット切断ヘッドを操作することと、ノズルのスタンドオフ距離を調整するために機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知することとを含むものと要約することができる。
【００１６】
この方法は、ノズルのスタンドオフ距離を、機械焦点とジンバルアセンブリ焦点とが一致する状態に向けて調整すること、又は、ノズルのスタンドオフ距離を、機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間の距離が所定の値となる状態に向けて調整することをさらに含むことができる。ノズルのスタンドオフ距離を調整するために機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれを検知することは、動作時に接触部材が工作物の表面に乗るときにノズルと工作物の表面との間の距離の変化を検知することを含むことができる。場合によっては、ノズルと工作物の表面との間のずれ又は距離の変化の検知時に、機械焦点とジンバルアセンブリ焦点とが一致しないことがある。ジンバルアセンブリは、ジンバル基部と、第１回転軸を中心に回転するようにジンバル基部に回転可能に結合された旋回アームと、ジンバルアセンブリ焦点を規定するように第１回転軸と交差する第２回転軸を中心に回転するように旋回アームに回転可能に結合された接触部材と、を含むことができ、接触部材は動作時に工作物の表面に乗り、ジンバルアセンブリ焦点を含む基準面を規定するようになされた１つ又は複数の表面装備を含み、機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれの検知が、ジンバルアセンブリが工作物の表面に乗るときにジンバル基部の変位を検知することを含むことができる。機械焦点とジンバルアセンブリ焦点との間のずれの検知は、ジンバルアセンブリが旋回アーム及び接触部材のそれぞれ第１及び第２回転軸を中心にした回転運動を介して工作物のトポグラフィの変化に適応することができるようにすることを含む。この方法は、ジンバルアセンブリと別の物体との衝突を検知することと、衝突に応答して多軸機械の動作を調整することと、をさらに含むことができる。衝突の検知は、衝突時にジンバルアセンブリに加えられた衝撃をセンサ部材の垂直宝庫の運動に変換して衝突事象信号を発生することを含む。
【００１７】
多軸機械の工具と別の物体との差し迫った衝突の検知を支援する多軸機械用衝突検出システムの一実施形態は、動作時に工作物の表面に乗るように構成された外形追従装置と、差し迫った衝突を検知するために外形追従装置に動作可能に結合された衝突センサ機構とを含むものと要約することができる。衝突センサ機構は、衝突センサと、衝突事象時にセンサ部材に加えられるトルクが、衝突センサに衝突事象信号を発生させる衝突センサとの係合につながるセンサ部材の変位に変換されるように制約されたセンサ部材と、を含むことができる。外形追従装置は、第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、第２回転軸を中心に回転するように旋回アームに回転可能に結合された接触部材とを有するジンバルアセンブリを含むことができ、接触部材は、動作時に工作物の表面に乗るようになされた１つ又は複数の表面装備を含むことができる。衝突センサ機構は、動作時にジンバルアセンブリが工作物に乗るときにジンバルアセンブリの動きに支障をきたさないように、ジンバルアセンブリから離れた位置に配置することができる。衝突センサ機構は、直線的に移動するように工具に対して相対的に制約されたジンバル取り付けアセンブリの一部とすることができる。ジンバル取り付けアセンブリは、ジンバルアセンブリと多軸機械との間に、衝突事象時に解放される強固な接続を設けるように構成することができる。衝突センサ機構は、傾斜部を有するシートをさらに含むことができ、センサ部材は、衝突事象時に、衝突センサに衝突事象信号を発生させるようにシートの傾斜部によって垂直方向に移動するように強制されることができる。センサ部材は、シート側に偏らせることができる。
【００１８】
流体ジェット切断システムの一実施形態は、多軸機械と、多軸機械を介して空間内で操作可能な流体ジェット切断ヘッドであって、工作物を加工するために動作時に高圧流体ジェットを吐出するノズルを含む流体ジェット切断ヘッドと、多軸機械に結合され、動作時に流体ジェット切断ヘッドのノズルの近傍において工作物の表面に乗るように構成されたジンバルアセンブリと、を含むものと要約することができる。流体ジェット切断システムは、多軸機械のノズルと別の物体との差し迫った衝突を検知するためにジンバルアセンブリに動作可能に結合された衝突センサ機構をさらに含むことができる。
【００１９】
多軸機械の工具とその工具によって加工される工作物との間の空間的関係の維持を支援する多軸機械用のジンバルアセンブリの一実施形態は、第１回転軸を中心に回転するように動作可能な旋回アームと、第２回転軸を中心に回転するように旋回アームに回転可能に結合された接触部材であって、動作時に工作物の表面に乗るようになされた１つ又は複数の表面装備を含む接触部材とを含み、ジンバルアセンブリは、動作時に接触部材が工作物の表面に乗るときに工具と工作物の表面との間の距離の変化を検知することを可能にするものと要約することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】一実施形態による、多軸流体ジェット切断機を示す等角図である。
【図２】切断ヘッドアセンブリとそれに付随する外形追従装置とを含む、図１の流体ジェット切断機の一部を示す側面図である。
【図３】切断ヘッドアセンブリの流体ジェットノズル（例えば混合管）とともに示す、図２の外形追従装置のジンバルアセンブリを示す等角図である。
【図４】内部構成要素とその特徴とが見えるようにした、図３のジンバルアセンブリを示す部分断面図である。
【図５】図２の外形追従装置のジンバル取り付けアセンブリの一部から取り外された、図３のジンバルアセンブリを示す等角図である。
【図６】図５に示すジンバル取り付けアセンブリの一部を示す分解等角図である。
【図７】内部構成要素とその特徴とが見えるようにした、図５に示すジンバル取り付けアセンブリとジンバルアセンブリとの一部を示す部分断面図である。
【図８】ジンバル取り付けアセンブリをそれに装着されたジンバルアセンブリとともに示す部分分解図である。
【図９】ジンバル取り付けアセンブリをそれに装着されたジンバルアセンブリとともに示す部分断面図である。
【図１０】図２の外形追従装置を示す分解等角図である。
【図１１】内部構成要素とその特徴とが見えるようにカバーが取り外された、図２の外形追従装置を示す部分断面図である。
【図１２】別の実施形態による、外形追従装置のジンバルアセンブリの接触部材を示す底面透視図である。
【図１３】さらに別の実施形態による、外形追従装置のジンバルアセンブリの接触部材を示す底面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の説明では、開示の様々な実施形態を十分に理解することができるようにするために特定の具体的な詳細が記載される。しかしながら、当業者は、実施形態がこれらの具体的な詳細のうちの１つ又は複数の詳細がなくても実施可能であることがわかるであろう。また、実施形態の説明を無用に不明瞭にしないように、流体ジェット切断システムに付随する周知の構造、その他の機械加工システム（例えば穿孔機、フライス機、外径加工機）及びこれらを操作する方法は、詳細には図示又は説明しないことがある。例えば、当業者は、例えば工作物の高圧又は超高圧研磨流体ジェット切断を容易にするために、本明細書に記載の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と研磨剤とを供給するために高圧流体供給源及び研磨剤供給源を設けることができることがわかるであろう。他の例として、加工する工作物に対して相対的な切断ヘッド又はその他の工具の動きを容易にするために、周知の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及びその他の機械に組み込むことができる。これらのシステムは、例えば５軸位置決めシステムにおいて一般的であるように、切断ヘッド又はその他の工具を複数の回転軸及び並進軸について操作するための駆動構成要素を含むことができる。
【００２２】
文脈が別の解釈を要求しない限り、本明細書及び後続の特許請求の範囲全体を通じて、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」と、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などのその変化形とは、オープンな包括的意味に、すなわち「含むがそれには限定されない」という意味に解釈すべきである。
【００２３】
本明細書全体を通じて、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ又はａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」と言う場合、その実施形態に関連して記載されている特定の特徴、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、本明細書全体を通じて様々な個所における「一実施形態において（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ又はｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句の記載は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているとは限らない。また、これらの特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適合する方式で組み合わせてもよい。
【００２４】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される単数形の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、内容が明確に別の解釈を示していない限り、複数の指示概念も含む。また、内容が明確に別の解釈を示していない限り、「又は（ｏｒ）」という語は、「及び／又は」を含む意味で一般的に使用されている。
【００２５】
本明細書に記載の実施形態は、性能を向上させるために、多軸機械の工具（例えば流体ジェット切断機の流体ジェットノズル）とその工具によって加工される工作物との間の空間的関係を維持する改良されたシステム及び方法を提供する。本明細書に記載の実施形態は、工具の被制御経路における障害物との衝突を検知し、それに応じて機械の動作を調整する改良されたシステム及び方法も提供する。実施形態は、例えば、スタンドオフ距離フィードバック機能をもたせるために切断ヘッドアセンブリによって切断される工作物の表面に乗るように流体ジェット切断機の切断ヘッドアセンブリと連動して動作する、外形追従装置を含む。
【００２６】
本明細書に記載されている切断ヘッドアセンブリ又は切断ヘッドという用語は、流体ジェット切断機の作業端における構成要素のアセンブリを一般的に指す場合があり、例えば、高圧流体ジェットを発生させるための、流体ジェット切断システムの開口部ユニット及び／又はノズルと、それと一致して動くようにそれに直接又は間接的に結合されている周辺の構造及び装置を含み得る。切断ヘッドアセンブリ又は切断ヘッドは、エンドエフェクタとも呼ぶこともある。本明細書に記載の例示の外形追従装置及び関連システム並びに方法の実施形態とともに使用可能なその他の工具は、例えばドリルビットなど、例えば多軸フライス機又は穿孔機の工具などの他の種類の機械のエンドエフェクタも含み得る。
【００２７】
図１に、流体ジェット切断システム１０の例示の一実施形態を示す。流体ジェット切断システム１０は、システム１０によって加工されるプラットフォーム１６上の工作物１４を支持するように構成されたキャッチャータンク１２を含む。キャッチャータンク１２は、切断動作中に切断ジェットのエネルギーを吸収するための大量の水を含む。
【００２８】
流体ジェット切断システム１０は、１対の基部レール２０に沿って移動可能であって、キャッチャータンク１２をまたぐブリッジアセンブリ１８をさらに含む。動作時、ブリッジアセンブリ１８は、工作物１４を加工するためにシステム１０の切断ヘッド２２を位置決めするように、並進軸Ｙを基準にして基部レール２０に沿って前後に移動する。工具カートリッジ２４が、並進軸Ｙに対して垂直に位置合わせされた別の並進軸Ｘに沿って前後に並進するようにブリッジアセンブリ１８に移動可能に結合されている。工具カートリッジ２４は、切断ヘッド２２を工作物１４に向かう方向と工作物１４から離れる方向とに移動させるように、さらに別の並進軸Ｚに沿って切断ヘッド２２を上昇及び下降させるようにさらに構成される。追加の機能をもたせるために、切断ヘッド２２と工具カートリッジ２４とを仲介する操作可能な前腕３０とリスト３４とが設けられる。
【００２９】
より具体的には、図２を参照すると、前腕３０は、切断ヘッド２２を、回転軸Ｃを中心に回転させるように工具カートリッジ２４に回転可能に結合され、リスト３４は、上記の回転軸Ｃに対して非平行である別の回転軸Ｂを中心に回転させるように前腕３０に回転可能に結合されている。回転軸Ｂ、Ｃは組み合わさって、例えば３次元形状を含む複雑な断面の切断を容易にするために、切断ヘッド２２が工作物１４に対して相対的な広範囲な向きに操作されることができるようにする。
【００３０】
図２を続けて参照すると、回転軸Ｂ、Ｃは、機械焦点４２で収束することができ、機械焦点４２は、実施形態によっては切断ヘッド２２のノズル又は混合管４０の端部又は先端からずれていてもよい。ノズル又は混合管４０の端部又は先端は、加工される工作物からの所望のスタンドオフ距離を維持するように位置決めされることが好ましい。スタンドオフ距離は、流体ジェットの切断性能を最適化するように選定することができ、実施形態によっては、約０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）と約０．１００インチ（２．５４ｍｍ）の間の固定距離とすることができ、又はより大きなスタンドオフ距離が必要な場合があるより入り組んだ又は複雑な形状を切断する場合など、場合によっては約０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）と約０．５００インチ（１２．７ｍｍ）の間の固定距離とすることができる。
【００３１】
動作中、並進軸Ｘ、Ｙ、Ｚ及び回転軸Ｂ、Ｃのそれぞれを基準にした切断ヘッド２２の移動は、構成済みコンピュータシステムを含む様々な従来の駆動構成要素及び適切な制御システム２８（図１）によって行うことができる。例えば、高圧又は超高圧流体を切断ヘッド２２に供給するための高圧又は超高圧流体供給源（例えば、４０，０００ｐｓｉから１００，０００ｐｓｉ以上の範囲の圧力定格を有する直接駆動及び増圧ポンプ）、及び／又は、研磨流体ジェット切断を可能にするために研磨剤を切断ヘッド２２に供給するための研磨剤供給源（例えば研磨剤ホッパ及び分配システム）など、流体ジェット切断機に付随するその他の周知のシステムも設けることができる。実施形態によっては、特に正確かつ効率的な工作物加工を可能にするために、一定した研磨流体ジェットを生成するように流体供給源からの流体中に研磨剤を引き込むのを支援するために、真空装置を設けてもよい。ただし、実施形態の説明を無用に不明瞭にしないために、流体ジェット切断システムに付随する、制御システム２８、従来の駆動構成要素、及びその他の周知のシステムの詳細については、詳細には図示又は記載しない。
【００３２】
この場合も、本明細書に記載の実施形態は、多軸機械の工具（例えば、流体ジェット切断システム１０の流体ジェットノズル又は混合管４０）とその工具によって加工される工作物１４との間の空間的関係を維持する改良されたシステム及び方法を提供する。また、本明細書に記載の実施形態は、工具（例えばノズル又は混合管４０）の被制御経路における障害物との衝突を検知し、それに応じて動作を調整する改良されたシステム及び方法も提供する。例えば、例示の外形追従装置１００が図２に示されており、ジンバルアセンブリ１０２を含み、ジンバルアセンブリ１０２は、動作時にジンバルアセンブリ１０２が工作物１４の表面に乗るときに流体ジェットノズル又は混合管４０に付随する機械焦点４２とジンバルアセンブリ１０２によって規定されるジンバルアセンブリ焦点１０４との間のずれの検出を可能にする。また、この例示の外形追従装置１００は、ノズル又は混合管４０を不慮の損傷から保護するために、ノズル又は混合管４０の被制御経路における障害物との接触事象の検出も可能にする。本明細書では、実施形態について、研磨ウォータージェット切断機を含む、高圧流体ジェット切断機に関して説明するが、当業者は、本発明の態様及び技術が、例えば多軸ＣＮＣフライス機などの他の様々な種類の多軸機械とともに適用及び使用可能であることがわかるであろう。
【００３３】
続けて図２を参照すると、切断ヘッドアセンブリ５０が、切断ヘッド２２の吐出口２３（例えば切断ヘッド２２のノズル又は混合管４０の吐出口２３）を介して吐出される、工作物１４を加工するための高圧流体ジェットを発生させるために、動作時に流体が通過する切断ヘッド２２を含む。切断ヘッドアセンブリ５０は、切断ヘッド２２を使用して空間内で操作される多軸位置決めシステムのリスト３４に装着された外形追従装置１００をさらに含むか、又はその他の方法で外形追従装置１００と連動して動作する。前述のように、前腕３０が、切断ヘッド２２を、回転軸Ｃを中心に回転させるために工具カートリッジ２４（図１）に回転可能に結合され、リスト３４が、切断ヘッド２２を上記回転軸Ｃとは非平行な別の回転軸Ｂを中心に回転させるように前腕３０に回転可能に結合される。回転軸Ｂ、Ｃは組み合わさって、例えば３次元形状を含む複雑な断面の切断を容易にするために、切断ヘッド２２が工作物１４に対して相対的な広範囲な向きに操作されることができるようにする。
【００３４】
図２及び図３を参照すると、外形追従装置１００は、回転軸Ａ１、Ａ２の交差部によって規定されるジンバルアセンブリ焦点１０４を含む多軸ジンバルアセンブリ１０２を備える。ジンバルアセンブリ１０２は、工作物１４の切断全体を通じてジンバルアセンブリ焦点１０４と機械焦点４２とが一致又は実質的に一致した状態に維持されるように、切断ヘッドのノズル又は混合管４０に対して相対的に取り付けられ、制御される。
【００３５】
図面に示される例示の実施形態によると、多軸ジンバルアセンブリ１０２は、完全な半円弧運動は組み込んでおらず、回転軸Ａ１、Ａ２を中心とした回転が本明細書に記載の焦点測定機能に必要な動きに限定されるように構成される。多軸ジンバルアセンブリ１０２のこの縮小された可動性により、ジェット途絶、促進摩耗、及び切断品質の低下に伴う問題が回避されるので有利である。ただし、多軸ジンバルアセンブリ１０２の可動性又は可動域は、用途と必要な機能とに応じて調整可能である。
【００３６】
図３を参照すると、ジンバルアセンブリ１０２は、ジンバル基部１１０と、第１ジンバル回転軸Ａ１を中心に回転するようにジンバル基部に回転可能に結合された旋回アーム１１２と、第１回転軸Ａ１と交差してジンバルアセンブリ焦点１０４を規定する第２ジンバル回転軸Ａ２を中心に回転するように旋回アーム１１２に回転可能に結合された接触部材１１４と、を含む。ジンバルアセンブリ１０２の接触部材１１４は、動作時に工作物１４の表面に乗り、ジンバルアセンブリ焦点１０４を含む基準面Ｐを規定するようになされた１つ又は複数の装備１１６を含む。ジンバルアセンブリ１０２は、動作時に接触部材１１４が工作物１４の表面に乗るときに、機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４との間のずれの検知を可能にする。
【００３７】
第１ジンバル回転軸Ａ１を中心にした旋回アーム１１２の回転及び第２ジンバル回転軸Ａ２を中心にした接触部材１１４の回転は、接触部材１１４と工作物１４との接触によって規定される基準面Ｐの向きに応じて駆動される。図面に示す外形追従装置１００の例示の実施形態によると、基準面Ｐは、動作時に工作物１４の表面と接触する円形の底部環状端部又は環状面部１１８に接する面として規定される。他の例では、複数の突起（例えば、中心軸を中心に規則的又は不規則的間隔で配置された３つの接触パッド）又はその他の表面装備が共同で面Ｐを規定してもよい。第１ジンバル軸Ａ１と第２ジンバル軸Ａ２は、基準面Ｐ内の一点（すなわちジンバルアセンブリ焦点１０４）で交差するように設計される。しかし、製造公差又はその他の要因により、ジンバル軸Ａ１、Ａ２は必ずしも厳密に交差又は平面Ｐ内にないこともある。理想的には、ジンバル軸Ａ１、Ａ２は、基準面Ｐ内の、接触部材１１４の環状部１２０の中心における一点（すなわちジンバルアセンブリ焦点１０４）で交差する。これにより、ジンバルアセンブリ焦点１０４は、機械がノズル又は混合管４０を所望のスタンドオフ距離に位置決めするように制御されると、機械焦点４２の位置（工具軸Ａ０に沿ったノズル又は混合管４０の０．１００インチ（２．５４ｍｍ）下に示される）に対応するように工作物１４の表面上の前記環状部１２０の中心に配置される。このようなジンバル軸Ａ１、Ａ２を中心に旋回することが可能な機能をジンバルアセンブリ１０２にもたせることにより、接触部材１１４を、機械焦点４２の位置とジンバルアセンブリ焦点１０４とを分離させることなく任意の材料角度に合致させることができる。これにより、ジンバルアセンブリ１０２は、アプローチ角又はデパーチャ角に関係なく機械焦点４２における工作物領域の高さによってのみ駆動されることが可能になり、それによって機械焦点４２と工作物１４の表面との間の正相関を実現し、これをフィードバック制御ループとともに使用してスタンドオフ距離を所望の距離又は最適な距離に維持することができる。
【００３８】
このジンバル焦点アセンブリ１０２の位置決め及び動作は、機械焦点４２を中心にした完全かつ自動的な関節運動を可能にする。しかし、工作物１４の表面と機械焦点４２との間の距離のずれに関するデータを抽出するために、第１ジンバル軸Ａ１を中心にした回転と、図３で符号１２２が付された矢印によって示すような測定軸（すなわち図５から図１０に示すピストン軸Ａ４）に沿った並進とを可能にしながら、第１ジンバル軸Ａ１を測定軸（すなわち図５〜図１０に示すピストン軸Ａ４）に対して垂直な面に固定する必要がある。ジンバル軸Ａ１、Ａ２の自由回転を維持することにより、接触部材１１４は工作物１４の表面外形に能動的に従うことができる。ジンバル基部１１０を、ピストン軸Ａ４に沿った直線運動に制限されたピストン１８０（図８から図１１）に強固に接続することにより、第１ジンバル軸Ａ１はピストン軸Ａ４に対して垂直な面内に限定されるとともに、やはり図３で符号１２２が付された矢印で示すようにピストン軸Ａ４の方向のみに自由に動くことが可能になる。ピストン軸Ａ４は、工具軸Ａ０に平行に位置合わせされてよく、又は図２からわかるように工具軸Ａ０を基準にして傾斜してもよい。図２では、工具軸Ａ０とピストン軸Ａ４とが互いに対して相対的にわずかに傾斜している。
【００３９】
図１０及び図１１を参照すると、ピストン１８０は、ピストン１８０の上端に結合されたケージ１９４によって直線運動に制限される。図の実施形態によると、ケージ１９４は、ピストン１８０を収容する外形追従装置１００のハウジング１９０内に固定された対応する複数の直線誘導シャフト１９６に係合する複数の軸受１９５を含む。これにより、ピストン１８０は、ピストン軸Ａ４に沿って直線誘導シャフト１９６に対して平行な二方向運動に制限される。この運動の制限により、接触部材１１４のジンバル運動が、ジンバルアセンブリ１０２の垂直方向の（工具経路を生じさせるときに期待されるものからの工作物１４の表面のずれによって生じる可能性がある）全体的変位とは独立して動作することができるようになる。言い換えると、空間における接触部材１１４の向きは、ピストン１８０の二方向直線運動とは独立している。敷衍すると、ジンバルアセンブリ１０２の接触部材１１４は、ピストン１８０の全重量を工作物１０４の表面で強固に支持する役割を果たす。ピストン１８０と軸受ケージ１９４とジンバルアセンブリ１０２との間のこの関係により、ジンバルアセンブリ１０２は、ピストン１８０を動かさずにジンバル軸Ａ１、Ａ２の回転を介した材料角度の変化を自動的に補償する。ジンバルアセンブリ１０２は、工作物１４が工作物の反り又はその他により期待状態又は名目状態から逸脱した場合など、機械焦点４２からのジンバルアセンブリ焦点１４の相対位置を変化させるように工作物１４の表面が変動する場合にのみ、ピストン１８０を強制的に動かす。
【００４０】
図１０を参照すると、歯車ラック１８２と平歯車１８４とを含むラック及びピニオンアセンブリを介して、ピストン軸Ａ４に沿ってピストン１８０の運動を測定することができる。歯車ラック１８２はピストン１８０に取り付けられ、平歯車１８４は、ピニオン歯車１８４の回転位置を線形測定値に変換するか又は相関をとるハウジング１９０内の強固に取り付けられた回転エンコーダ１８６に取り付けられており、この線形測定値はその後、機械焦点４２がジンバルアセンブリ焦点１０４と一致する状態に向かって切断ヘッド２２を移動させるためのフィードバック制御において使用することができる。機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４とを一致又はほぼ一致した状態に維持し、それによって工作物１４の表面からのノズル又は混合管４０の正確なスタンドオフ距離を確保するために、ＰＩＤ制御ループフィードバック機構などの様々なフィードバック制御機構を使用することができる。
【００４１】
以下に、図４〜図１１を参照しながら、外形追従装置１００の例示の実施形態及びその構成要素についてより詳細に説明する。
【００４２】
図４を参照すると、ジンバルアセンブリ１０２の接触部材１１４が、加工される工作物１４の表面に乗り、接触部材１１４に押し込み、ねじ込み又はその他の方法で結合することができる回転シャフト１２４を通してずれを並進させる。回転シャフト１２４は、旋回アーム１１２の末端内に設けられた回転軸受１２６（例えばボールベアリングなどの転がり軸受け）内で回転するように構成される。第２ジンバル軸Ａ２を中心にした接触部材１１４の回転運動は、回転運動を所定の範囲内に限定するように旋回アーム１１２の末端１２８の停止装備１３２（図７）と交差する、接触部材１１４に設けられた回転止め１３０（図７）によって制限することができる。このようにして、接触部材１１４を、例えば、９０度未満又は４５度未満で前後に回転又は旋回するように限定することができる。フェースシール１３４と、Ｏリング１３８によって封止されたネジ式エンドキャップ１３７とによってそれぞれ、先端アーム１１２の末端１２８内の軸受１２６を旋回アーム１１２の対向する側のそれぞれにおける汚染から保護することができる。
【００４３】
図４を続けて参照すると、接触部材１１４の運動は、さらに、ジンバル基部１１０内で回転するように旋回アーム１１２の基部側端に押し込み、ねじ込み又はその他の方法で結合することができる別の回転シャフト１４０まで旋回アーム１１２を通って並進させる。回転シャフト１４０は、軸受１４４と、フェースシール１４６と、Ｏリング１５０付きネジ式エンドキャップ１４０との同様の機構によって保護及び誘導することができる。さらに、回転シャフト１４０の一端は、ジンバル基部１１０の内部空洞１４５内に加えられる空気圧がピストン要素１４２の一面をジンバル基部１１０の内径１５４内のショルダ１５２に押しつることができるようにして、このような空気圧の印加時にジンバル基部１１０に対して相対的な旋回アーム１１２の回転運動を防止するスイベルロックをかける、Ｏリング１４３付きピストン要素１４２を含むことができる。このようにして、工作物１４の一部を切断する間にジンバルアセンブリ１０２を使用しないのが望ましい場合に、ジンバルアセンブリ１０２、具体的には旋回アーム１１２の運動を選択的に制約することができる。より具体的には、要求に応じて圧縮空気を内部空洞１４５に供給して、内部空洞１４５と流体連通しているジンバル基部１１０に押し込み又はその他の方法で結合されている中空ステム１５９を介してピストン要素１４２の一面をショルダ１５２内に押し込むことができる。さらに、所望の動作にとって異常な移動が旋回アーム１１２とジンバル基部１１０との間に確実に制限されるようにするために、ジンバル基部１１０に設けられた停止装備１５８と係合するように旋回アーム１１２の基部側端部１２９に回転止め１５６を設けることができる。このようにして、旋回アーム１１２を、例えば９０度未満又は４５度未満で前後に回転又は旋回するように限定することができる。
【００４４】
図５を参照すると、ジンバル基部１１０は、ジンバルアセンブリ１０２と、トルク伝達アセンブリ１０５及びピストンアセンブリ１０６を含むジンバル取り付けアセンブリ１０３（図８）を含む外形追従装置１００の他の部分との間の迅速な接続及び切り離しを行うための結合機構１６０を含むことができる。結合機構１６０は、１つ又は複数の位置決めピン１６２又はその他の位置合わせ装置と１つ又は複数の磁気装置１６４とを含むことができる。位置決めピン１６２又はその他の位置合わせ装置によって、接触部材１１が受けるトルク又は並進が、磁気装置１６４に無理な力を加えずに相手側アセンブリ（すなわちトルク伝達アセンブリ１０５）まで伝達されることができるようにする。磁気装置１６４は、空気圧が内部空洞１４５に加えられたときに空気圧によってジンバル基部１１０とトルク伝達アセンブリ１０５の付随ジンバル取り付け具１７１との間の機械接続が断たれるのを防止するのに大いに助けとなる。
【００４５】
図５〜図８を参照すると、例示の外形追従装置１００のジンバルアセンブリ１０２は、前述の結合機構１６０を介してトルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０に接合することができる。磁気装置１６４及び位置決めピン１６２又はその他の位置合わせ装置を使用して、中空ステム１５９を、図７に最もよく示すようにトルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０に設けられた逆止め弁１７２内に位置合わせすることができる。このステム１５９と逆止め弁１７２との接続によって、前述のように旋回アーム１１２の回転運動を選択的に防止するために空気圧源１７４とジンバルアセンブリ１０２との間に開放通気道が設けられる。この逆止め弁１７２の構成によって、万一、ステム１５９が封止に支障をきたした場合、又は、ジンバルアセンブリ１０２が外れた場合に、逆止め弁球１７６がジンバルアセンブリ１０２への空気の供給を遮断することができる。トルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０は、ジンバルアセンブリ１０２からの任意の運動を、歯車ラック１８２が装着された前述のピストン１８０を通して並進させ、歯車ラック１８２は次に、フィードバック制御のための直線運動を定量化するために、回転エンコーダ１８６（図１０）に結合された平歯車１８４（図１０）を駆動する。
【００４６】
図１０及び図１１を参照すると、ジンバルアセンブリ１０２と、トルク伝達アセンブリ１０５と、ピストンアセンブリ１０６と、を含むピストンジンバルアセンブリ１６９が、ハウジング１９０に組み付けられる。ピストン１８０に固定された歯車ラック１８２が、回転エンコーダ１８６に装着された平歯車１８４とかみ合う。回転エンコーダ１８６は、ピストンジンバルアセンブリ１６９のすべての運動が基づく基準系を形成するエンコーダ取り付けブラケット２０１を介してハウジング１９０内に静止状態に持される。回転エンコーダ１８６は、歯車ラック１８２の直線運動を推定するために平歯車１８４の回転を追跡する。歯車ラック１８２の運動は、軸受ケージ１９４を介してピストン軸Ａ４及び直線誘導シャフト１９６に平行な並進に制約される。軸受ケージ１９４は、ピストン１８０に固定され、すべての直線運動を回転エンコーダ１８６の軸に対して垂直なピストン軸Ａ４に沿う方向に制限する。この直線運動は、工作物１４の表面に従うジンバルアセンブリ１０２によって、又はハウジング１９０内に設けられた空気圧シリンダ２００又はその他のアクチュエータの、指令による後退によって駆動される。空気圧シリンダ２００又はその他のアクチュエータは、別個の取り付け板２０２によってエンコーダ取り付けブラケット２０１に接続することができる。空気圧シリンダ２００又はその他のアクチュエータは、軸受ケージ１９４を上昇させるトルクアーム２０３を回転させることによってジンバルアセンブリ１０２を上昇させ、それによってピストンアセンブリ１０６とジンバルアセンブリ１０２とを持ち上げるように動作可能とすることができる。このようにして、ジンバルアセンブリ１０２を稼働構成内に配備し、稼働構成から退避させることができる。
【００４７】
図１０を参照すると、ハウジング１９０内の内部構成要素を封止ハウジングキャップ１９１によって保護することができる。さらに、ハウジング１９０に対するジンバルアセンブリ１０２の伸長と収縮を可能にする蛇腹アセンブリ１９３によって、ハウジング１９０とトルク伝達アセンブリ１０５との接触面を環境から保護することができる。
【００４８】
図２に戻って参照すると、外形追従装置１００は、一連の取り付けブラケット２０６、２０７、２０８によって流体ジェット切断システム１０のリスト３４に結合することができる。例えば、リスト３４は、取り付けブラケット２０７の取り付けを可能にするモータブラケット２０６を装備することができ、外形追従装置１００を取り付けブラケット２０７に接続するために調整ブラケット２０８を使用することができる。調整ブラケット２０８は、外形追従アセンブリ１０２のジンバルアセンブリ焦点１０４が機械焦点４２と一致するように調整することを可能にする可変取り付け位置を設けることができる。
【００４９】
図に示す例示の外形追従装置１００は、工具（例えばノズル又は混合管４０）又は付随する構成要素と、工具の被制御経路における障害物との衝突を検知し、それに応じて機械の動作を調整する改良されたシステム及び関連方法も提供することができる。前述のように、ジンバルアセンブリ１０２の接触部材１１４が機械焦点４２を中心として配置され、それによってノズル又は混合管４０を接触部材１１４内の中心に配置された状態に維持する。したがって、工作物留め具又は隆起した材料片などの障害物は、ノズル又は混合管４０に接触する前にほぼ間違いなく接触部材１１４に接触する。接触部材はノズル又は混合管から離れた位置にあるため、ノズル又は混合管４０を危険にさらすことになる打撃はノズル又は混合管４０に達する前に接触部材１１４及びジンバルアセンブリ１０２にかかるトルクを生じさせる。図５〜図９を参照すると、このトルクを使用して「Ｖ」字形又はその他の適切な形状（例えば円錐形状）の傾斜部１８３を有するシート内のピン１８１（又はその他のセンサ部材）を回転させて、回転力又は並進力をピン１８１の垂直運動に変換する。ピン１８１の十分な大きさの垂直運動の結果、ピン１８１がリミットスイッチ２１４と接触し、次にリミットスイッチ２１４が衝突事象信号を発生する。衝突が検知されていない場合、強固な接続をシミュレートすることができるようにするために、ピン１８１はシートの「Ｖ」字形又はその他の適切な形状の傾斜部１８３内に堅固に配置された状態のままである必要がある。これは、シートの「Ｖ」字形又はその他の適切な形状の傾斜部１８３とトルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０との間にばね１７７を設けることによって実現される。全ばね抵抗力を確保するように全方向の打撃がばねを確実に圧縮するために、特別な形状のばね座金１７８がバネ１７７の端部に配置される。ばね１７７にかかるカンチレバー負荷を有することから生じる可能性のある誤トリガを最小限にするか又はなくすために、最大ばね抵抗力が望ましい。
【００５０】
図６及び図７を参照すると、トルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０は、ジンバルアセンブリ１０２と接合するジンバル取り付け具１７１を含む。基部１７０は、圧縮空気を逆止め弁１７２に供給するための空気継手１７５も含む。ジンバルアセンブリ１０２が接続されていないときに空気流を封止するために、逆止め弁１７２は逆止め球１７６を収容する。ジンバル取り付け具１７１は、万一、破壊的衝突が起こった場合に剪断するように設計された２つの留め具１６８によってトルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０に接続される。ジンバル取り付け具１７１は、ジンバルアセンブリ１０２のジンバル基部１１０内の対応する磁気装置１６４と結合するための２つの磁気装置１６５を収容し、ジンバルアセンブリ１０２の対応する位置決めピン１６２又はその他の位置決め装備を受け入れてそれらと位置合わせする複数の穴１６３を含む。圧縮ばね１７７とばね座金１７８と衝突センサ基部１７９とはすべて、トルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０と衝突センサピン１８１との間に挟まれている。圧縮ばね１７７は、衝突センサピン１８１を衝突センサ基部１７９内のシートの「Ｖ」字形又はその他の適切な形状の傾斜部１８３内に確実にロックするように強制する。ばね座金１７８は、圧縮ばね１７７にかかる全負荷が確実に軸方向にかかるようにし、それによって、衝突事象時に加力ベクトルに関係なく、最大ばね抵抗力を確保する。衝突センサ基部１７０内のシートの「Ｖ」字形又はその他の適切な形状の傾斜部１８３は、衝突センサピン１８１と衝突センサ基部１７９との間の相対的な回転運動又は横断運動を垂直方向の運動に変換し、衝突に伴う障害物の撤去後に衝突センサピン１８１が確実に自動的にその元の位置に戻るようにする。トルク伝達アセンブリ１０５の基部１７０と衝突センサピン１８１との間の回転運動は、合わせ穴１８７及び衝突センサピン１８１の対応する形状の部分１８５とによってロックされ、これらは留め具１８８によって所定の位置に保持され、適合する座金１８９（例えばテフロン座金）を使用して環境から保護することができる。衝突センサ基部１７９は、ピストン軸Ａ４に沿って２方向に動くように制約されたピストンアセンブリ１０６に固定されることによって、回転が防止される。
【００５１】
図８を参照すると、ジンバルアセンブリ１０２とトルク伝達アセンブリ１０５がピストンアセンブリ１０６に結合されている。ピストンアセンブリ１０６は、リミットスイッチ２１４を収容するリミットスイッチハウジング２１２をトルク伝達アセンブリ１０５上に底止まりするように強制する２つの圧縮ばね２１０を含む。圧縮バネ２１０は、破壊的衝突の場合にリミットスイッチハウジング２１２がリミットスイッチ２１４のトリガ点を超えて上方に移動することができるようにする。リミットスイッチ２１４は、リミットスイッチ２１４の自然状態がトルク伝達アセンブリ１０５によって影響されないように、リミットスイッチハウジング２１２内に収められる。したがって、リミットスイッチ２１４がトルク伝達アセンブリ１０５によって係合されるのは衝突時のみである。前述のように、ピストンアセンブリ１０６は、ハウジング１９０内に収容され、ピストン１８０に装着される軸受ケージ１９４を誘導する直線誘導シャフト１９６のアセンブリによって２方向に動くように制約される。軸受ケージ１９４と直線誘導シャフト１９６との相互作用が、衝突時にピン１８１がシートの「Ｖ」字形又はその他の適切な形状の傾斜部１８３に入るように駆動されるとリミットスイッチ２１４に係合する必要があるピン１８１の相対的な直線運動を生じさせる衝突センサ基部１７９の回転運動を制限する。このようにして、外形追従装置１００の例示の実施形態は、システム性能を向上させるように、ノズル又は混合管４０のスタンドオフ距離を正確に維持するためのフィードバック制御機能を有利に提供するジンバルアセンブリ１０２のダイナミクスを損なわずに、衝突検出機能を提供することができる。
【００５２】
図１２及び図１３に、接触部材１１４の代わりに、図１〜図１１に示す上述のジンバルアセンブリ１０２とともに使用可能な接触部材３１４、４１４の他の例示の実施形態を示す。図１２に示す接触部材３１４は、環状基部３１６と、摩耗した場合又はその他の理由で必要な場合に交換することができる交換可能要素を提供するために、環状基部３１６に取り外し可能に結合可能なスライド部材３１８とを含む。スライド部材３１８は、切断動作時に工作物の表面上を円滑にスライドするための低摩擦接触面を与える材料（たとえばＵＨＭＷ）で形成することができる。スライド部材３１８はスカラップ３２０、欠刻、又はその他の装備を含み、スカラップ３２０、欠刻、又はその他の装備は、工作物との間欠接触を容易にするとともに、水噴霧、研磨剤及びその他の物質がスカラップ３２０、欠刻、又はその他の装備を通って吐出することができるようにして、接触部材３１４によって提供されるスタンドオフ距離フィードバック機能を阻害し、又は影響を与える可能性のある滞留及び／又はハイドロプレーニングを防止する。スライド部材３１８は、スライド部材３１８が環状基部３１６に強固に装着されることができるように、環状基部３１６の対応する結合装備３２４（例えば溝）に係合するための１つ又は複数の結合装備３２２（例えば弾力性タブ又はクリップ）を含むことができる。図１３に示す接触部材４１４は、環状基部４１６と、切断動作時に工作物の表面に乗るための接触面を共同で規定するブラシ要素４１８の配列とを含む。ブラシ要素４１８は、柔軟性があり弾力的であってよく、水噴霧、研磨剤、及びその他の物質がブラシ要素４１８の間を通過して、滞留、又は接触部材４１４によって提供されるスタンドオフ距離フィードバック機能に対するその他の障害を防止するように、互いに間隔をあけて配置することができる。図１２及び図１３に示す接触部材３１４、４１４は、装着する対象のジンバルアセンブリ１０２の他の部分に対して相対的な接触部材３１４、４１４の接触面によって規定される面Ｐの位置を変えることなく、それぞれ、図１〜図１１の例示の実施形態に示す接触部材１１４をそのまま置き換えることができるような大きさ及び形状とすることができる。したがって、本明細書に記載の装置、システム及び関連する方法とともに、多様な接触部材１１４、３１４、４１４を交換可能に使用することができることがわかる。
【００５３】
本明細書に記載の外形追従装置１００及び関連する構成要素並びにサブアセンブリの例示の実施形態によると、機械焦点４２を規定するように交差する２つの回転軸Ｂ、Ｃを有する多軸機械を介して空間内で操作可能な工具（例えば、流体ジェット切断ヘッド２２のノズル又は混合管４０）のスタンドオフ距離を制御する関連する方法を提供することができる。例えば、実施形態によっては、機械焦点４２を規定するように交差する２つの非平行かつ非直交回転軸Ｂ、Ｃを有する多軸機械を介して空間内で操作可能な流体ジェット切断ヘッド２２のノズル又は混合管４０のスタンドオフ距離を制御する方法であって、ジンバルアセンブリ焦点１０４を規定するように交差する２つの回転軸Ａ１、Ａ２を含む、流体ジェット切断ヘッド２２に付随するジンバルアセンブリ１０２が工作物１４の表面に乗るように、加工する工作物１４に対して相対的に流体ジェット切断ヘッド２２を操作することと、ノズル又は混合管４０のスタンドオフ距離を調整するために機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４との間のずれを検知することとを含む方法を提供することができる。この方法は、例えば検知されたずれに応答して、工作物１４に向かう方向及び工作物１４から離れる方向に切断ヘッド２２を動かすように並進軸Ｚに沿って切断ヘッド２２を調整することなどによって、機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４とが一致する状態に向かってノズル又は混合管４０のスタンドオフ距離を調整することをさらに含むことができる。これは、Ｚ軸調整（及び／又は機械のその他の軸Ｘ、Ｙ、Ｂ、Ｃのその他の動き）によって機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４とを一致又はほぼ一致した状態に維持し、それによって工作物１４の表面からのノズル又は混合管４０の正確なスタンドオフ距離を確保するために、ＰＩＤ制御ループフィードバックなどの様々なフィードバック制御機構を含むことができる。
【００５４】
実施形態によっては、ジンバルアセンブリ１０２は、ジンバル基部１１０と、第１回転軸Ａ１を中心に回転するようにジンバル基部１１０に回転可能に結合された旋回アーム１１２と、ジンバルアセンブリ焦点１０４を規定するように第１回転軸Ａ１と交差する第２回転軸Ａ２を中心に回転するように旋回アーム１１２に回転可能に結合された接触部材１１４とを含むことができ、接触部材１１４は、動作時に工作物１４の表面に乗り、ジンバルアセンブリ焦点１０４を含む基準面Ｐを規定するようになされた、１つ又は複数の表面装備１１６を含むことができる。このような例では、機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４との間のずれの検出は、ジンバルアセンブリ１０２が工作物４の表面に乗るときにジンバル基部１１０の直線変位を検出することを含むことができる。さらに、機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４との間のずれの検出は、ジンバルアセンブリ１０２がそれぞれ第１及び第２回転軸Ａ１、Ａ２を中心にした旋回アーム１１２及び接触部材１１４の回転運動を介して工作物１４のトポグラフィの変化に適応することができるようにすることを含むことができる。
【００５５】
一部の実施形態によると、ジンバルアセンブリ１０２によって工具（例えばノズル又は混合管４０）のスタンドオフ距離を制御する方法は、ジンバルアセンブリ１０２と別の物体との衝突を検知することと、衝突に応答して多軸機械の動作を調整すること（例えば、衝突の衝撃を最小限に抑えるか又はなくすために、機械を停止させるか又は運動を制御すること）をさらに含むことができる。一部の例では、衝突の検知は、衝突時にジンバルアセンブリ１０２に加えられる衝撃をセンサ部材（例えばセンサピン１８１）の垂直運動に変換して衝突事象信号を発生することを含む。
【００５６】
図２〜図１１に示す外形追従装置１００及びその構成要素並びにサブアセンブリの例示の実施形態を参照しながら特定の具体的詳細を図示し、説明したが、当業者は、これらの具体的な詳細のうちの１つ又は複数の詳細がなくても他の実施形態を実施することができることがわかるであろう。例えば、外形追従装置の１つ又は複数の実施形態は、衝突検出機能がまったくなくてもよい。さらに、他の外形追従装置の実施形態は、機械焦点４２からのジンバルアセンブリ焦点１０４のずれを検出するためにジンバル基部１１０の直線変位を検知するための、ピストン１８０及びそれに付随するラック１８２と平歯車１８４及びそれに付随する回転エンコーダ１８６とがなくてもよい。その代わりに、接触部材１１４の厳密な向きを計算することができるように、ジンバル軸Ａ１、Ａ２に回転エンコーダ１８６を取り付けてもよい。このような計算によって、接触部材１１４が工作物１４の表面と接触したときに、工作物１４の表面の位置を空間と向きの両方において特定することができる。このようにして表面位置と向きを検出することは、複雑さの低減と機械加工機能の向上とを可能にするであろう。
【００５７】
さらに、図面に示されているジンバルアセンブリ１０２の例示の実施形態は２つのジンバル軸Ａ１、Ａ２を含むが、３つ以上のジンバル軸を備えるジンバルアセンブリも提供可能であることがわかる。
【００５８】
本明細書では実施形態について、流体ジェット切断システム１０のノズル又は混合管４０と工作物１４との間の所望のスタンドオフ距離を維持するという文脈で説明したが、本明細書に記載のシステム及び方法の態様は、機械加工動作中に工具（例えばルータビット）を工作物１４との係合の所望の深さに維持するために使用してもよいことがわかる。
【００５９】
さらに、本明細書では実施形態について、固定又は一定したスタンドオフ距離を維持するという文脈で説明したが、本明細書に記載のシステム及び方法は、切断動作の少なくとも一部を通してスタンドオフ距離を動的に制御するために使用してもよいことがわかる。例えば、流体ジェットで工作物に穿孔する場合など、特定の作業時に、工作物の材料に穿孔しているときにスタンドオフ距離を変えると有利な場合がある。本明細書に記載のシステム及び方法は、状況に応じてスタンドオフ距離を制御するためのスタンドオフ距離フィードバックループを提供することができる。
【００６０】
さらに、本明細書では実施他形態について、機械焦点４２がジンバルアセンブリ焦点１０４と一致するか又はほぼ一致するように調整することによって固定又は一定したスタンドオフ距離を維持するという文脈で説明したが、実施形態によっては、ノズルのスタンドオフ距離を機械焦点４２とジンバルアセンブリ焦点１０４との間の距離が所定の値となる状態に向かって調整してもよいことがわかる。例えば、ある種の切断動作時に、切断動作の少なくとも一部の間、機械焦点４２をジンバルアセンブリ焦点１０４、したがって工作物１４の表面から所定の距離だけ上方に維持することが有利な場合がある。
【００６１】
また、本明細書に記載のジンバルアセンブリ１０２及び関連する方法の態様は、機械焦点がまったくない機械も含め、多様な多軸機械に関連して使用可能であることもわかる。
【００６２】
さらに、上記の様々な実施形態の態様及び特徴を組み合わせてさらに他の実施形態を提供することもできる。本明細書で言及及び／又は出願データシートで列挙されている米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願及び非特許公開文献はすべて、２０１５年１０月２３日に出願された米国特許出願第１４／９２１，３９４号を含めて、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。実施形態の態様は、これら様々な特許、出願及び公開の概念又は特徴を採用してさらに他の実施形態を提供するために必要であれば修正することができる。
【００６３】
上記の詳細な説明に鑑みて、実施形態にこれら及びその他の変更を加えることができる。一般に、以下の特許請求の範囲において使用されている用語は、特許請求の範囲を本明細書及び特許請求の範囲で開示されている特定の実施形態に限定するものと解釈すべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を有する同等物の全範囲とともに、可能なすべての実施形態を含むものと解釈すべきである。
【図１】
2018538150.tif 000003
【図２】
2018538150.tif 000004
【図３】
2018538150.tif 000005
【図４】
2018538150.tif 000006
【図５】
2018538150.tif 000007
【図６】
2018538150.tif 000008
【図７】
2018538150.tif 000009
【図８】
2018538150.tif 000010
【図９】
2018538150.tif 000011
【図１０】
2018538150.tif 000012
【図１１】
2018538150.tif 000013
【図１２】
2018538150.tif 000014
【図１３】
2018538150.tif 000015
【国際調査報告】
2018538150.tif 000016
2018538150.tif 000017
2018538150.tif 000018