本願は、出典を明記することによりその開示内容全体を本願明細書の一部とした、2014年7月16日提出の米国仮出願第62/025,181号に基づく優先権を主張する非仮出願である。
以下の詳細な説明では、本明細書の一部である添付図面を参照する。各図において、同様の記号は、文脈が他の要素を示す場合を除き、一般に同様の構成要素を示す。詳細な説明、各図、及び特許請求の範囲に記載の例示的な実施は、限定を意図するものではない。本明細書に提示した主題の範囲から逸脱することなく、他の実施を利用してもよく、他の変更を加えてもよい。本明細書に一般的に記載され、各図に示した本開示の態様は、様々な異なる構成において、配置、置換、結合、分離、設計が可能であり、これらの全てが本明細書において明示的に企図されていることは容易に理解されよう。
本出願は、一般に工作機械に関し、特に、小規模な高精度の機械動作を実施するように構成された工作機械に関する。本願の一実施形態において、工作機械は、チューブを短い部分又は特定の形状にする場合でも、正確に切断するように構成されたチューブ切断機である。このような機械は、多数の異なる用途、例えば、直径約0.010インチ乃至直径約0.250インチのチューブサイズ用、完成部品の寸法測定及び検証が必要なチューブ切断用途、極めて微細な切断品質(エッジ品質、表面仕上げ、切断後のチューブ円筒度等)を要するチューブ切断用途のために、チューブ切断動作を行うように設計し得る。本願の機械が使用され得る用途の一例は、心臓カテーテルマーカーバンド及び心臓ステントの切断用といった生物医学的用途である。しかしながら、本願の機械は、他のチューブサイズ、及び本明細書に記載のもの以外の用途にも使用し得ることを理解されたい。
図1は、エンクロージャ内のチューブ切断機100の一例の斜視図であり、図2はチューブ切断機100の一例の正面図であり、図3は、チューブ切断機100の一例の上面図である。これらの図に示したように、切断機は、複合型レーザ切断部品測定システム104と、レーザ切断部品測定システムの操作及び制御を容易にする装置102と、電源システム、部品回収システム、構成要素冷却システム等の、レーザ切断部品測定システムの操作及び支援を行う様々なシステムを収容するための機械構成要素領域106とを含み得る。流入システム又はフィーダも、切断機に固定することができる。フィーダは、原材料(例えば、切断されていない未加工チューブ)が切断機に投入される1つ以上の処理ステーション401を含むことができる。
図示したように、ユーザインタフェース装置102は、レーザ切断部品測定システムの操作及び制御を容易にする様々なユーザインタフェース構成要素を含み得るスタンド上に装着し得る。このようなユーザインタフェース構成要素(図6を参照して更に説明する)は、1つ以上の計算装置(マイクロコントローラ又は専用プロセッサ等)、グラフィカルユーザインタフェース、パーソナルコンピュータ、及び/又はタブレットコンピュータを含み得る。これらの計算装置は、レーザ切断部品測定システムの様々な構成要素を、所望の材料処理及び切断動作を実施するように動作させるプログラミング命令を実行するように構成し得る。計算装置は、様々なセンサが集めた測定データを収集及び記憶し、そのデータを用いてシステム内の他の装置の挙動に影響を及ぼすようにも構成し得る。
例えば、ユーザインタフェース装置102は、ユーザからの入力を受領し、この入力に応答して複合型レーザ切断部品測定システム104の様々な構成要素を制御するように構成し得る。複合型レーザ切断部品測定システム内の構成要素は、ユーザインタフェースにおいて提供された入力に基づいて制御信号を受信し得る。しかしながら、複合型レーザ切断部品測定システム104を操作及び制御する他の方法も、同様に可能である。
切断機は、外部エンクロージャ/カバーを含み得る。エンクロージャは、例えば、金属製にし得るが、他の適切な材料も使用し得ることを理解されたい。エンクロージャは、異物が機構及び可動部品に入ることを防ぐと共に、機械操作者を怪我から守るのに役立つ。レーザシステムの場合、エンクロージャは、レーザ光が漏出して、切断機外部のものに損傷を与える可能性が生じないようにするためにも用いられる。
図4A乃至4C及び5A乃至5Cは、チューブ切断機100の一例のレーザ切断部品測定システム104の一例の斜視図である。これらの図を参照して、レーザ切断部品測定システム104を更に説明する。これらの図全体に示したように、レーザ切断部品測定システムは、花崗岩基部上に配置し得る。上述したように、未加工チューブは、直径約0.010インチ乃至直径約0.250インチ、長さ約2フィート乃至約6フィートにし得る。チューブは、例えば、白金合金により構成し得る。他の実施形態において、チューブは、ニッケル−チタン合金により構成し得る。しかしながら、これらは単なる材料の例であり、他の様々な材料を使用し得る。
フィーダは、一定量の未加工(未切断)チューブを保持するために原材料キューを含んでもよい。キューは、100本のチューブといった多数のチューブを保持可能にし得る。しかしながら、他の実施形態において、キューは、異なる量のチューブを保持可能にし得る。さらに、ロボットシステムを用いて、原材料をキューから部品保持位置決めシステムに装填し得る。このロボットシステムは、キューから個々のチューブを取り出して、部品保持位置決めシステムに供給することが可能な一対の把持部又は指部を含み得る。
また、チューブ切断機は、部品保持位置決めシステムを含み得る。部品保持位置決めシステムも基部に固定してよく、部品を回転させるスピンドルと、レーザ切断ヘッドの下にチューブを位置決めする1つ以上の直線軸とを含み得る。スピンドルは、一本のチューブを保持し、回転させるように構成される。
動作中、操作者は、未加工チューブのストックを、切断機の材料流入システム401内のフィーダキューに装填する。材料流入システムは、キューから未加工チューブをロボットにより取り出し、チューブを部品保持位置決めシステムに供給する。部品保持位置決めシステムは、流入システムから未加工チューブを受け取り、未加工チューブを、図4B乃至4C及び図5B乃至5Cに更に詳しく図示した複合型切断測定区域内に移動させる。次に図4B及び4Cを参照すると、これらの図は、複合型レーザ切断部品測定システム104の拡大図である。複合型レーザ切断部品測定システム104は、チューブ402を保持した状態で図示されたスピンドル404を含み得る。システム104は、更に、レーザ切断ヘッド406と、様々な測定値を取得し得る1つ以上のセンサ409とを含み得る。このような測定値には、限定では無いが、チューブの外径、肉厚、内径、及び切断長が含まれる。レーザは、フェムト秒パルスレーザ等の超短パルス装置にし得るが、他のレーザも使用し得る。レーザヘッド406は、他のセンサに対して垂直に移動するZステージ408に結合し得る。レーザ切断区域は、図4B乃至5C及び図5B乃至5Cに示したように、レーザヘッド406の下の領域に形成される。センサは、レーザ切断区域内でチューブ402を測定するように位置決めされ、これにより、原位置測定機能が可能になる。例えば、レーザマイクロメータセンサ、カメラ、レーザ変位センサ等を含む様々なセンサを使用し得る。一実施形態では、2台のレーザマイクロメータ及び1台のカメラ等、3つのセンサが用いられる。しかしながら、他の実施形態では、1台のレーザマイクロメータ及び1台のカメラである合計2つのセンサが、レーザマイクロメータセンサにより2種類の個別のセンサ測定値を具現化する形で用いられる。
部品保持位置決めシステムと、切断測定区域とは、適切な切断及び測定工程が達成可能となるように構成される。そのため、チューブ402は、チューブの長軸を中心にチューブを回転させることが可能なスピンドル404に装填される。スピンドル404は(チューブを保持した)スピンドルをスピンドルの軸に沿って移動させることが可能なリニア位置決めステージ405上に装着される。このリニア位置決めステージは、Xステージと呼ばれる場合がある。他の移動機能を提供するために、他の位置決めステージが存在してもよい。スピンドル404及びXステージ405は、チューブをチューブの軸に沿って測定切断区域内へ移動させると共に、測定切断区域内でチューブを回転させることができる。レーザ切断ヘッド406は、レーザビームに沿い且つチューブに対して半径方向(チューブの軸に対して垂直)となる方向にレーザを移動させることが可能な他のリニア位置決めステージ408に装着し得る。この第2のリニア位置決めステージ408は、Zステージと呼ばれる場合がある。したがって、Zステージは、スピンドル及びチューブの中心線に対してレーザのレーザ焦点を移動させることができる。これにより、チューブの直径に応じて、レーザの焦点を調節してチューブの外面上に配置することができる。
測定切断区域内の測定装置は、X、Z、及び他の任意のステージに対して静止するように装着してよく、又はステージに取り付けて、したがってステージと共に移動するように装着してもよい。例えば、図4B乃至5C及び図5B乃至5Cに示したように、チューブの肉厚を測定するために使用し得るカメラ410を、プラットフォーム412に装着し得る。これにより、カメラは、チューブの直径に応じてチューブの肉厚が見えるように位置決めされる。同様に、チューブ長及び外径測定センサは、機械基部に装着して、何れのステージとも一緒に移動しないようにし得る。これにより、これらのセンサは、Xステージ又はZステージの動きに影響されなくなる。
流出システムも基部に固定してよく、流出システムは、完成品(切断チューブ)がシステムから退出する1つ以上の処理ステーションを含み得る。処理ステーションは、例えば、測定データを利用して切断部品を分類するために、ロボット式部品キャッチャ及びソータを含み得る。完成した部品は、測定データを利用して、切断直後に分類し得る。例えば、測定データを利用して、それぞれのビン又はトレイを有する2種類のカテゴリに部品を分類することができる。ロボット式部品キャッチャ及びソータは、測定センサから受信した信号に応じて、適切なビン又はトレイに切断チューブを自動的に送り得る。
切断機は、更に、切断破片を除去し、切断区域内で測定センサを清浄に保つ破片(廃棄材料)管理システムを含み得る。一実施形態において、破片除去システムは、切断区域の周りにエンベロープを設置して、破片がエンベロープの外側に移動するのを防ぐ、特別に設計された破片シールド413を含む。シールド413は、金属、プラスチック、又は他の何らかの材料により構成し得る。シールド413は、更に、レーザ切断ヘッド及び測定センサがそれぞれの作業を行うのに必要なアクセスを可能にする一方で、切断区域の周りの他の全ての領域を遮断する最小数の開口又はスロットを含むことができる。
一実施形態において、破片管理システムは、更に、破片を破片管理システムから何らかの適切な収集システムに移送するように構成された真空接続部414を含み得る。また、真空部414は、破片シールド413に接続しており、シールド外部からシールド413の開口部を介してシールド内部に向かって移動する傾向を有する気流を提供し得る。本実施形態においては、破片を含まない周囲空気のみが、破片シールド内の開口部に向かう途中で、センサを通過して流れ、最終的に真空接続部及び収集システムに達するため、真空部414及び関連する気流は、測定センサが破片により汚れるのを防ぐことになる。他の実施形態において、破片シールドは、他の構成を取ることもできる。
切断機は、測定センサを破片から保護するために、エアナイフ等の他の装置を含んでもよい。一実施形態において、破片管理システムは、カメラレンズの前にエアバリアを提供するためにエアナイフを含み得る。一実施形態では、カメラによる画像撮影用の光を提供するLEDリングライトが存在し得る。他の装置も存在し得る。
図6は、実施形態例による計算装置600のブロック図である。例えば、計算装置600は、ユーザインタフェースを含み得る。計算装置600は、ユーザインタフェースモジュール601、通信インタフェースモジュール602、1つ以上のプロセッサ603、及びデータストレージ604を含むことが可能であり、これらは全て、システムバス、ネットワーク、又は他の接続機構605を介して共に結合させることができる。
ユーザインタフェースモジュール601は、外部ユーザ入力/出力装置との間でデータを送信する動作及び/又はデータを受信する動作が可能である。例えば、ユーザインタフェースモジュール601は、現在知られている又は後に開発される、キーボード、キーパッド、タッチスクリーン、コンピュータマウス、トラックボール、ジョイスティック、及び/又は他の同様の装置等のユーザ入力装置との間でデータを送受信するように構成することができる。また、ユーザインタフェースモジュール601は、現在知られている又は後に開発される、1つ以上のブラウン管(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)、発光ダイオード(LED)、デジタルライトプロセッシング(DLP)技術を用いたディスプレイ、プリンタ、電球、及び/又は他の同様の装置等のユーザ表示装置へ出力を提供するように構成することもできる。また、ユーザインタフェースモジュール601は、現在知られている又は後に開発される、スピーカ、スピーカジャック、オーディオ出力ポート、オーディオ出力装置、イヤホン、及び/又は他の同様の装置等の可聴出力を生成するように構成することもできる。ユーザインタフェースモジュール601は、本明細書に開示した方法及びシステムで用いるデータを入力するために使用し得る。
ネットワーク通信インタフェースモジュール602は、ネットワークを介して通信するように構成可能な1つ以上の無線インタフェース606及び/又は有線インタフェース608を含むことができる。無線インタフェース606は、Bluetoothトランシーバ、Wi−Fiトランシーバ、又は他の無線トランシーバ等の1つ以上の無線トランシーバを含むことができる。有線インタフェース608は、イーサネットトランシーバ、ユニバーサルシリアルバス(USB)トランシーバ、又は電線、ツイストペア線、同軸ケーブル、光リンク、光ファイバリンク、又は他の物理的接続を介して有線ネットワークと通信するように構成可能な同様のトランシーバ等の1つ以上の有線トランシーバを含むことができる。
1つ以上のプロセッサ603は、1つ以上の汎用プロセッサ及び/又は1つ以上の専用プロセッサ(例えば、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路等)を含むことができる。1つ以上のプロセッサ603は、データストレージ604に含まれるコンピュータ読み取り可能なプログラム命令610及び/又は本明細書に記載した他の命令を実行するように構成することができる。
データストレージ604は、プロセッサ603のうちの少なくとも1つにより読み取り又はアクセス可能な1つ以上のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含むことができる。1つ以上のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、光学、磁気、有機、若しくは他のメモリ又はディスクストレージ等の揮発性及び/又は不揮発性記憶構成要素を含むことが可能であり、その全て又は一部は、1つ以上のプロセッサ603の少なくとも1つに統合することができる。一部の実施形態において、データストレージ604は、単一の物理的装置(例えば、1台の光学、磁気、有機、若しくは他のメモリ又はディスクストレージユニット)を用いて実現することが可能である一方、他の実施形態において、データストレージ604は、2つ以上の物理的装置を用いて実現することができる。
データストレージ604に関連するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体及び/又は本明細書に記載の他のコンピュータ読み取り可能な媒体は、更に、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、及びランダムアクセスメモリ(RAM)のように、データを短期間記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体等、非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体を含むことができる。データストレージ604に関連するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体及び/又は本明細書に記載の他のコンピュータ読み取り可能な媒体は、更に、例えばリードオンリメモリ(ROM)、光学又は磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD−ROM)のように、二次的又は持続的な長期ストレージ等、より長い期間に亘りプログラムコード及び/又はデータを記憶する非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体を含むことができる。データストレージ604に関連するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体及び/又は本明細書に記載の他のコンピュータ読み取り可能な媒体は、他の任意の揮発性又は不揮発性記憶システムにすることもできる。データストレージ604に関連するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体及び/又は本明細書に記載の他のコンピュータ読み取り可能な媒体は、例えばコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、又は有形の記憶装置と考えることができる。
データストレージ604は、コンピュータ読み取り可能なプログラム命令610及びおそらくは付加的データを含むことができる。一部の実施形態において、データストレージ604は、本明細書に記載の手法、方法の少なくとも一部、及び/又は本明細書に記載の装置及びネットワークの機能の少なくとも一部を実行するために必要なストレージを更に含むことができる。
チューブ切断機の動作例について、一実施形態によれば、未加工チューブは、切断測定区域に入り、チューブ径、肉厚、チューブ端位置、及び/又は他の測定値が、センサ409により取得される。測定値は、切断直前又は切断前約3秒(未満)以内に取得し得る。その後、切断工程が開始される。レーザ切断は、所望の切断動作を実行し、所望の切断形状を発生させるために、部品保持位置決めシステムと協働して行われる。切断工程の間、破片管理システムは、切断測定区域から廃棄材料を取り除き、破片により測定センサが汚れるのを防ぐように動作する。
切断工程の最中及び直後(例えば3秒以内)に様々な測定を行い、追加データを取得し得る。チューブ径、肉厚、チューブ端位置、チューブ長、及び他の測定値の測定が、センサ409により行われる。
一例において、センサは、チューブ片の切断長を決定する測定機能を含む。まず、レーザマイクロメータ又はこの作業に適切となり得る他のセンサ等のセンサは、切断工程の直前又は例えば切断工程前3秒以内に、未加工チューブの未切断端部の位置を決定する(M1)。次に、切断工程が行われ、切断されたチューブ片が切断区域から落下する。次に、センサは、切断工程直後(又はチューブ片落下後3秒以内)に、未加工チューブの切断端の位置を決定する(M2)。チューブ片の切断長は、第1の測定値(M1と呼ぶ)から、第2の測定値(M2と呼ぶ)を減算し、さらに「カーフ」幅を減算したものに等しい。「カーフ」は、専門用語で、切断工程により除去された材料の幅であり、「鋸刃の幅」に等しい。カーフ幅の値は、正確に決定することが可能であり、反復可能な値であるため、この工程では、チューブ片の切断長を高い精度で決定することができる。
完成品は、材料流出システム内に落下する。材料流出システムは、測定センサからのデータを利用して、完成品が許容範囲内かを判断する。完成品は、様々なビン又は容器に分類される。
その後、部品保持位置決めシステムがリセットされ、未加工チューブの別の部分で工程が再開され、チューブ全体が処理されるまで繰り返される。チューブが全て処理された後、新しい未加工チューブでシーケンスが再開される。これは、キューが空になるまで繰り返され、操作者が未加工チューブのストックをキュー領域に装填した際に、シーケンスが再開される。
上述した機能の例を更に説明するために、図7は、本開示の実施形態例によるチューブ切断機の機能例を説明する方法例700のフローチャートを示す。方法例700は、ブロック701、702、及び/又は703の1つ以上に示すような、1つ以上の動作、機能、又は作用を含んでよく、それぞれ図1、図2、図3、図4A乃至4C、図5A乃至5C、及び図6により示したシステムの何れかにより実施してよいが、しかしながら、他の構成を用いることもできる。
更に、本明細書に記載のフローチャートが、本開示の特定の実施の機能及び動作を例示するものであることは当業者により理解されるであろう。これに関して、フローチャートの各ブロックは、工程内の特定の論理機能又はステップを実現するためにプロセッサ(例えば、計算装置600の1つ以上のプロセッサ603)により実行可能な1つ以上の命令を含むモジュール、セグメント、又はプログラムコードの一部を表し得る。プログラムコードは、例えばディスク又はハードドライブ(例えば、データストレージ604)を含む記憶装置等、任意のタイプのコンピュータ読み取り可能な媒体に格納し得る。加えて、各ブロックは、工程内の特定の論理機能を実行するように配線された回路を表し得る。他の実施も、当業者に理解されるように、関連する機能に応じて実質的に同時又は逆となる順序を含め、図示又は説明とは異なる順序で機能を実行し得る本願の実施例の範囲内に含まれる。
方法700は、ブロック701で開始され、センサ(レーザマイクロメータ等)は、未加工チューブの未切断端部の位置を切断工程の直前に決定する。この位置を「M1」とし得る。続いてブロック702において、センサは、切断工程の直後に未加工チューブの切断端部の位置を決定する。一実施において、このセンサは、ブロック701の決定を行ったセンサと同一であるが、しかしながら、別の実施形態において、このセンサは異なるセンサである。何れの場合も、この位置を「M2」とし得る。続いてブロック703において、計算装置は、M1からM2を減算しさらに既知のカーフ幅を減算することにより、チューブの切断長を計算する。カーフ幅は、測定により決定され(例えば、センサの1つがカーフ幅を測定し)、又は計算装置に入力される。
本開示は、様々な態様の例示を目的とした本願に記載の特定の実施に関して限定されるべきではない。当業者に明らかであるように、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、多くの変形及び変更を加えることが可能である。本明細書に列挙したものに加え、本開示の範囲に含まれる機能的に等価な方法及び装置は、上述の説明から当業者に明らかとなろう。このような変形例及び変更例は、添付の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
上述した詳細な説明は、開示されたシステム、装置、及び方法の様々な特徴及び機能を、各添付図を参照して説明するものである。各図において、同様の記号は、文脈が他の要素を示す場合を除き、一般に同様の構成要素を示す。本明細書及び各図に記載された実施例は、限定を意図するものではない。本明細書に提示した主題の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の実施を利用することが可能であり、他の変更を加えることが可能である。本明細書に一般的に記載され、各図に図示されている本開示の態様は、様々な異なる構成において、配置、置換、結合、分離、設計が可能であり、これらの全てが本明細書において明示的に企図されていることは容易に理解されよう。
各図に示した特定の配置は、限定的なものと見做すべきではない。他の実施では、所定の図に示した各要素と同程度のものを含むことができることを理解されたい。更に、図示した要素の一部は、組み合わせること又は省略することが可能である。また更に、実施例は、各図に示していない要素を含むことができる。