JP2019042881A - Water jet processing device and water jet processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧水によって被加工物を加工するウォータージェット加工装置とウォータージェット加工方法とに関する。 The present invention relates to a water jet machining apparatus and a water jet machining method for machining a workpiece with high-pressure water.
高圧水噴出ノズルから噴出される高圧水でワーク(被加工物)に加工を施すウォータージェット加工装置(例えば、特許文献1を参照。)は、加工時に被加工物が発熱しにくい、加工しろが小さくて済む、加工具(高圧水噴出ノズル)が消耗(摩耗等)しにくい、加工屑が発生しにくい等の利点を有しており、各種材料の切断加工等に用いられている。この種のウォータージェット加工装置を用いて被加工物を切断する場合には、被加工物における一側の面に高圧水を当てて被加工物を切削していき、その高圧水が被加工物を貫通して被加工物の他側の面から出てくるようになると、被加工物に対して高圧水噴出ノズルを移動させる制御が行われる。高圧水が被加工物を貫通したかの判断は、被加工物に高圧水を当て始めてからの経過時間によって行われることが多い。 A water jet machining apparatus (for example, refer to Patent Document 1) that processes a workpiece (workpiece) with high-pressure water ejected from a high-pressure water ejection nozzle. It is advantageous in that it is small, the processing tool (high-pressure water ejection nozzle) is less likely to be consumed (worn), and processing waste is less likely to be generated, and is used for cutting various materials. When cutting a workpiece using this type of water jet machining apparatus, the workpiece is cut by applying high-pressure water to one surface of the workpiece, and the high-pressure water is used to cut the workpiece. When it comes out from the other surface of the workpiece through the surface, control is performed to move the high-pressure water jet nozzle relative to the workpiece. The determination as to whether the high-pressure water has penetrated the workpiece is often made based on the elapsed time from the start of applying the high-pressure water to the workpiece.
ところが、被加工物に高圧水を当て始めてから高圧水が被加工物を実際に貫通するまでの時間(以下においては「被加工物の貫通時間」と呼ぶことがある。)は、被加工物の厚みや材料等によって異なることは勿論のこと、同じ厚みを有する同じ材料で形成された被加工物を加工する場合であってもバラツキが生じ得る。このため、従来のウォータージェット加工装置では、上記の経過時間を長めに設定していた。したがって、従来のウォータージェット加工装置では、高圧水が被加工物を既に貫通しているにもかかわらず、その場所で高圧水を噴出し続ける無駄な時間が生じ、被加工物の加工時間が長くなるという問題があった。 However, the time from when high-pressure water starts to be applied to the workpiece until the high-pressure water actually penetrates the workpiece (hereinafter sometimes referred to as “penetration time of the workpiece”) is the workpiece. Of course, even when processing a workpiece formed of the same material having the same thickness, the variation may occur. For this reason, in the conventional water jet processing apparatus, the elapsed time is set to be longer. Therefore, in the conventional water jet processing apparatus, even though the high pressure water has already penetrated the workpiece, there is wasted time to continue to eject the high pressure water at that location, and the processing time of the workpiece is long. There was a problem of becoming.
この点、これまでには、特許文献2の図1等に示されるように、被切断物3(被加工物)を一側から他側に貫通してきた高圧水を受け止めるためのキャッチャータンク4を支持テーブル2の裏側(高圧水を噴出する噴出ノズル1が配される側とは反対側)に設けるとともに、そのキャッチャータンク4に振動検出器5を取り付けたウォータージェット切断装置(ウォータージェット加工装置)が提案されている。このウォータージェット加工装置は、振動検出器5の出力レベルが大きくなると、被加工物が貫通したと判断するものとなっている。また、特許文献2の図5等に示されるように、被切断物3(被加工物)で跳ね返った高圧水を受けるための受体7を噴出ノズル1の外周部に設けるとともに、その受体7に振動検出器5を取り付けたウォータージェット切断装置(ウォータージェット加工装置)も提案されている。このウォータージェット加工装置は、振動検出器5の出力レベルが小さくなると、被加工物が貫通したと判断するものとなっている。 In this respect, as shown in FIG. 1 and the like of Patent Document 2, a catcher tank 4 for receiving high-pressure water that has penetrated the workpiece 3 (workpiece) from one side to the other side has been provided so far. A water jet cutting device (water jet processing device) provided on the back side of the support table 2 (the side opposite to the side where the jet nozzle 1 for jetting high pressure water is disposed) and having a vibration detector 5 attached to the catcher tank 4 Has been proposed. This water jet machining apparatus determines that the workpiece has penetrated when the output level of the vibration detector 5 increases. In addition, as shown in FIG. 5 and the like of Patent Document 2, a receptacle 7 for receiving high-pressure water bounced off by the workpiece 3 (workpiece) is provided on the outer peripheral portion of the ejection nozzle 1 and the receptacle. A water jet cutting device (water jet processing device) in which a vibration detector 5 is attached to 7 is also proposed. This water jet machining apparatus determines that the workpiece has penetrated when the output level of the vibration detector 5 decreases.
しかし、特許文献2の図1に示されるウォータージェット加工装置では、被加工物3を貫通してきた高圧水がキャッチャータンク4に当たったときにキャッチャータンク4に生ずる振動によって被加工物3の貫通を検出する。また、特許文献2の図5に示されるウォータージェット加工装置では、被加工物3で跳ね返った高圧水が受体7に当たったときに受体7に生ずる振動によって被加工物3が貫通されていないことを検出する。このため、特許文献2の図1や図5に示されるウォータージェット加工装置では、キャッチャータンク4や受体7を振動しやすい状態で設ける必要がある。したがって、同文献のウォータージェット加工装置では、キャッチャータンク4の振動音が激しくなる分、大きな騒音が発生する虞があった。加えて、支持テーブル2に対してキャッチャータンク4を固定した部分や、噴出ノズル1に対して受体7を固定した部分が振動によって外れる虞もあった。 However, in the water jet machining apparatus shown in FIG. 1 of Patent Document 2, when the high-pressure water that has penetrated the workpiece 3 hits the catcher tank 4, the workpiece 3 is penetrated by vibration generated in the catcher tank 4. To detect. Further, in the water jet machining apparatus shown in FIG. 5 of Patent Document 2, the workpiece 3 is penetrated by the vibration generated in the receiver 7 when high-pressure water bounced off from the workpiece 3 hits the receiver 7. Detect not. For this reason, in the water jet processing apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 5 of Patent Document 2, it is necessary to provide the catcher tank 4 and the receiver 7 in a state in which they can easily vibrate. Therefore, in the water jet machining apparatus of the same document, there is a possibility that a large noise is generated because the vibration noise of the catcher tank 4 becomes intense. In addition, there is a possibility that a portion where the catcher tank 4 is fixed to the support table 2 and a portion where the receiving body 7 is fixed to the ejection nozzle 1 are detached by vibration.
また、特許文献2の図1に示されるウォータージェット加工装置では、振動検出器5を取り付ける箇所が、キャッチャータンク4における高圧水が当たる箇所から遠く離れたり、キャッチャータンク4の固定箇所の近くであったりすると、振動検出器5がキャッチャータンク4の振動を検出しにくくなる。このため、特許文献2の図1に示されるウォータージェット加工装置は、キャッチャータンク4における高圧水が当たる箇所の近くであって、且つ、キャッチャータンク4の固定箇所からもある程度離れた箇所に振動検出器5を取り付ける必要がある。同様に、特許文献2の図5に示されるウォータージェット加工装置でも、振動検出器5を取り付ける箇所が、受体7における高圧水が当たる箇所から遠く離れたり、受体7の固定箇所の近くであったりすると、振動検出器が5キャッチャータンク4の振動を検出しにくくなる。このため、特許文献2の図5に示されるウォータージェット加工装置は、受体7における高圧水が当たる箇所の近くであって、且つ、受体7の固定箇所からもある程度離れた箇所に振動検出器5を取り付ける必要がある。このように、特許文献2の図1や図5に示されるウォータージェット加工装置は、振動検出器5を取り付ける箇所が大きく制限されるという欠点も有していた。 Further, in the water jet machining apparatus shown in FIG. 1 of Patent Document 2, the location where the vibration detector 5 is attached is far from the location where the high pressure water hits the catcher tank 4 or near the location where the catcher tank 4 is fixed. If this happens, it becomes difficult for the vibration detector 5 to detect the vibration of the catcher tank 4. For this reason, the water jet machining apparatus shown in FIG. 1 of Patent Document 2 detects vibration at a location near the location where the high-pressure water hits in the catcher tank 4 and at some distance from the location where the catcher tank 4 is fixed. It is necessary to install the vessel 5. Similarly, in the water jet machining apparatus shown in FIG. 5 of Patent Document 2, the location where the vibration detector 5 is attached is far from the location where the high-pressure water hits the receiver 7 or near the location where the receiver 7 is fixed. If there is, it becomes difficult for the vibration detector to detect the vibration of the five catcher tank 4. For this reason, the water jet machining apparatus shown in FIG. 5 of Patent Document 2 detects vibrations at a location near the location where the high-pressure water hits the receiver 7 and at some distance from the location where the receiver 7 is fixed. It is necessary to install the vessel 5. As described above, the water jet machining apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 5 of Patent Document 2 also has a drawback that the location where the vibration detector 5 is attached is greatly limited.
さらに、特許文献2の図1に示されるウォータージェット加工装置は、キャッチャータンク4を高圧水噴出ノズル1の下側の限られた範囲にのみ局所的に設けたものであったため、被加工物3を複雑な形状の切断線に沿って切断しにくいという欠点も有していた。というのも、このような態様のウォータージェット加工装置で被加工物3を波状に切断しようとすると、[1]被加工物3に対して高圧水噴出ノズル1を波状に移動させるか、[2]高圧水噴出ノズル1に対して被加工物3を波状に移動させる必要がある。ところが、上記[1]の場合には、高圧水噴出ノズル1に合わせてキャッチャータンク4も移動させるという複雑な機構が必要になるし、上記[2]の場合には、支持テーブル2を広く確保しなければならない分、ウォータージェット加工装置が大型化してしまうし、被加工物3を動かすための大掛かりな機構も必要になるからである。特許文献2の図1に示されるウォータージェット加工装置において、キャッチャータンク4を高圧水噴出ノズル1の下側の限られた範囲にのみ局所的に設けた理由は定かでないが、キャッチャータンク4における振動検出器5を取り付けた箇所の振動態様にバラツキが生じにくくすることも考慮されているものと推測される。 Further, since the water jet machining apparatus shown in FIG. 1 of Patent Document 2 is provided with the catcher tank 4 locally only in a limited range below the high pressure water jet nozzle 1, the workpiece 3 Has a drawback that it is difficult to cut along a cutting line having a complicated shape. This is because when the workpiece 3 is to be cut into a wave shape by the water jet machining apparatus of this aspect, [1] the high pressure water jet nozzle 1 is moved in a wave shape relative to the workpiece 3 or [2 It is necessary to move the workpiece 3 in a wave shape with respect to the high-pressure water jet nozzle 1. However, in the case of [1], a complicated mechanism for moving the catcher tank 4 in accordance with the high-pressure water jet nozzle 1 is required. In the case of [2], a wide support table 2 is secured. This is because the size of the water jet machining apparatus is increased by the amount that must be performed, and a large-scale mechanism for moving the workpiece 3 is also required. In the water jet machining apparatus shown in FIG. 1 of Patent Document 2, the reason why the catcher tank 4 is locally provided only in a limited range below the high-pressure water jet nozzle 1 is not clear, but the vibration in the catcher tank 4 It is presumed that the variation in the vibration mode at the location where the detector 5 is attached is also considered to be less likely to occur.
加えて、ウォータージェット加工装置においては、被加工物の一側の面に対して垂直な方向に高圧水を噴出して被加工物を加工する場合だけでなく、被加工物の一側の面に対して傾斜した方向(非垂直な方向)に高圧水を噴出(以下において「傾斜噴出」と呼ぶことがある。この傾斜噴出は、噴出ノズルを旋回させながら行うこともある。)して被加工物を加工する場合も想定されるところ、特許文献2の図1に示されるウォータージェット加工装置では、このような高圧水の傾斜噴出による加工が難しいという欠点もあった。というのも、特許文献2の図1に示されるウォータージェット加工装置では、被加工物3の一側の面(上面)に対して傾斜した方向から高圧水を当てると、被加工物3を貫通した高圧水がキャッチャータンク4の底壁部ではなく側壁部に当たるようになり、振動検出器5がキャッチャータンク4の振動を正確に検出できなくなる虞があるからである。 In addition, in the water jet processing apparatus, not only when processing the workpiece by jetting high-pressure water in a direction perpendicular to the surface on one side of the workpiece, but also on one side of the workpiece High pressure water is ejected in a direction inclined with respect to (non-perpendicular direction) (hereinafter sometimes referred to as “inclined ejection”. This inclined ejection is sometimes performed while the ejection nozzle is swung). Assuming the case of processing a workpiece, the water jet processing apparatus shown in FIG. 1 of Patent Document 2 also has a drawback that it is difficult to perform processing by such inclined jetting of high-pressure water. This is because, in the water jet machining apparatus shown in FIG. 1 of Patent Document 2, when high-pressure water is applied from a direction inclined with respect to one surface (upper surface) of the workpiece 3, the workpiece 3 is penetrated. This is because the high pressure water hits the side wall portion instead of the bottom wall portion of the catcher tank 4 and the vibration detector 5 may not be able to accurately detect the vibration of the catcher tank 4.
また、特許文献2の図5に示されるウォータージェット加工装置も、高圧水の傾斜噴出による加工が難しいという欠点を有していた。というのも、特許文献2の図5に示されるウォータージェット加工装置では、被加工物3の一側の面(上面)に対して傾斜した方向から高圧水を当てると、被加工物3で跳ね返った高圧水が受体7から外れて受体7に当たらなくなる虞があるからである。 Further, the water jet machining apparatus shown in FIG. 5 of Patent Document 2 also has a drawback that it is difficult to machine by inclined jetting of high-pressure water. This is because, in the water jet machining apparatus shown in FIG. 5 of Patent Document 2, when high-pressure water is applied from a direction inclined with respect to one surface (upper surface) of the workpiece 3, the workpiece 3 rebounds. This is because there is a risk that the high-pressure water will come off the receiver 7 and will not hit the receiver 7.
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、激しく振動する部材(特許文献2のウォータージェット加工装置におけるキャッチャータンク4に相当する部材)を特に設けなくても、被加工物の貫通を検出することができるウォータージェット加工装置を提供するものである。また、被加工物の貫通を検出するセンサの配置自由度が高いウォータージェット加工装置を提供することも本発明の目的である。さらに、複雑な形状の切断線に沿って被加工物を切断することが可能なウォータージェット加工装置を提供することも本発明の目的である。さらにまた、高圧水の傾斜噴出による加工を行った場合(噴出ノズルを旋回させる場合も含む。)であっても、被加工物の貫通を安定して検出することのできるウォータージェット加工装置を提供することも本発明の目的である。そして、このウォータージェット加工装置を用いて被加工物を加工するウォータージェット加工方法を提供することも本発明の目的である。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even if a member that vibrates vigorously (a member corresponding to the catcher tank 4 in the water jet machining apparatus of Patent Document 2) is not particularly provided, the workpiece is provided. A water jet machining apparatus capable of detecting penetration of the water is provided. It is also an object of the present invention to provide a water jet machining apparatus having a high degree of freedom in arrangement of sensors for detecting penetration of a workpiece. Furthermore, it is another object of the present invention to provide a water jet machining apparatus capable of cutting a workpiece along a cutting line having a complicated shape. Furthermore, a water jet machining apparatus capable of stably detecting the penetration of the workpiece even when machining by inclined jetting of high-pressure water is performed (including the case where the jet nozzle is swung) is provided. It is also an object of the present invention. Another object of the present invention is to provide a water jet machining method for machining a workpiece using this water jet machining apparatus.
上記課題は、
被加工物を支えるための支持テーブルと、
支持テーブルに支えられた被加工物に対して高圧水を噴出するための高圧水噴出ノズルと
を備え、
高圧水噴出ノズルから噴出した高圧水を、被加工物の一側(高圧水噴出ノズルが配される側。以下同じ。)から他側(高圧水噴出ノズルが配される側とは反対側。以下同じ。)に貫通させることによって被加工物を加工するウォータージェット加工装置であって、
被加工物を他側に貫通してきた高圧水が発生する音を検出するための音センサと、
高圧水が被加工物を貫通したことを前記音センサの出力結果から判別する貫通判別手段と
をさらに備えたことを特徴とするウォータージェット加工装置
を提供することによって解決される。
The above issues
A support table for supporting the workpiece;
A high-pressure water jet nozzle for jetting high-pressure water to the work piece supported by the support table;
The high-pressure water ejected from the high-pressure water ejection nozzle is from one side of the workpiece (the side where the high-pressure water ejection nozzle is arranged; the same applies hereinafter) to the other side (the side opposite to the side where the high-pressure water ejection nozzle is arranged). The same shall apply hereinafter)), a water jet processing device for processing a workpiece by penetrating,
A sound sensor for detecting the sound generated by the high-pressure water that has penetrated the workpiece to the other side;
This can be solved by providing a water jet machining apparatus further comprising a penetration discriminating unit for discriminating from the output result of the sound sensor that high-pressure water has penetrated the workpiece.
本発明のウォータージェット加工装置においては、支持テーブルを、その外周部が遮音板で囲まれた構造のものとし、前記音センサを、支持テーブルにおける前記遮音板で囲まれた空間内に配することも好ましい。このときには、前記遮音板を四角筒状に配して、前記音センサを、支持テーブルの内部空間における四隅部近傍に配することが好ましい。
また、本発明のウォータージェット加工装置においては、前記音センサを、支持テーブルにおける被加工物を支持する面(以下において「被加工物支持面」と呼ぶことがある。)の近傍に配することが好ましい。
さらに、本発明のウォータージェット加工装置は、不動の支持テーブルに対して高圧水噴出ノズルを二次元的に移動させるためのノズル移動手段をさらに備えたものとすることが好ましい。
In the water jet machining apparatus of the present invention, the support table has a structure in which an outer peripheral portion thereof is surrounded by a sound insulation plate, and the sound sensor is disposed in a space surrounded by the sound insulation plate in the support table. Is also preferable. In this case, it is preferable that the sound insulating plate is arranged in a square cylinder shape, and the sound sensor is arranged in the vicinity of the four corners in the internal space of the support table.
In the water jet machining apparatus of the present invention, the sound sensor is disposed in the vicinity of a surface of the support table that supports the workpiece (hereinafter sometimes referred to as “workpiece support surface”). Is preferred.
Furthermore, it is preferable that the water jet machining apparatus of the present invention further includes nozzle moving means for moving the high pressure water jet nozzle two-dimensionally with respect to the stationary support table.
本発明のウォータージェット加工装置は、被加工物の貫通を音によって検出するものとなっている。このため、本発明のウォータージェット加工装置では、特許文献2のウォータージェット加工装置におけるキャッチャータンクのように激しく振動する部材を特に設けなくても、被加工物の貫通を検出することが可能になる。したがって、ウォータージェット加工装置から発生する騒音を抑えるだけでなく、支持テーブルに固定した部材が振動によって脱落しにくくすることも可能になる。そして、高圧水の傾斜噴出による加工を行った場合(噴出ノズルを旋回させる場合も含む。)であっても、被加工物の貫通を安定して検出することも可能になる。
加えて、高圧水から発生する音は、高圧水が被加工物を貫通する前と後とで大きく異なるものの、高圧水が被加工物を貫通した後では、場所によって(特に被加工物の他側では)著しく変わらない。したがって、本発明のウォータージェット加工装置は、被加工物の貫通を検出するセンサ(音センサ)を取り付ける箇所が特に制限されず、その配置自由度が高いものとなっている。
また、本発明のウォータージェット加工装置では、支持テーブルにおける被加工物支持面の下側の略全域に亘ってキャッチャータンクを設ける構成や、そもそもキャッチャータンクを設けない構成を採用することも可能である。このため、高圧水噴出ノズルが二次元的に移動するようにすることで、キャッチャータンクを移動させる機構や被加工物を移動させる機構を設けなくても、被加工物を複雑な形状の切断線に沿って切断することも可能になる。
The water jet machining apparatus of the present invention detects penetration of a workpiece by sound. For this reason, in the water jet machining apparatus of the present invention, it is possible to detect the penetration of the workpiece without particularly providing a member that vibrates violently like the catcher tank in the water jet machining apparatus of Patent Document 2. . Therefore, not only the noise generated from the water jet machining apparatus can be suppressed, but also the member fixed to the support table can be made difficult to fall off due to vibration. And even if it is a case where the processing by the inclined jet of high-pressure water is performed (including the case where the jet nozzle is swung), the penetration of the workpiece can be detected stably.
In addition, the sound generated from high-pressure water varies greatly before and after high-pressure water penetrates the workpiece, but after high-pressure water penetrates the workpiece, On the side) not significantly changed. Therefore, the water jet machining apparatus of the present invention is not particularly limited in the location where a sensor (sound sensor) for detecting penetration of the workpiece is attached, and the degree of freedom in arrangement is high.
In the water jet machining apparatus of the present invention, it is also possible to adopt a configuration in which a catcher tank is provided over substantially the entire area below the workpiece support surface of the support table, or a configuration in which no catcher tank is provided in the first place. . For this reason, by making the high-pressure water jet nozzle move two-dimensionally, the workpiece can be cut into a complicated shape without providing a mechanism for moving the catcher tank or a mechanism for moving the workpiece. It is also possible to cut along.
本発明のウォータージェット加工装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。後掲する図1〜4には、x軸、y軸及びz軸を示している。x軸、y軸及びz軸の向きは、異なる図であっても、互いに一致させている。以下においては、説明の便宜上、x軸方向正側を「右」側、x軸方向負側を「左」側、y軸方向正側を「前」側、y軸方向負側を「後」側、z軸方向正側を「上」側、z軸方向負側を「下」側と呼んでいる。 A preferred embodiment of the water jet machining apparatus of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. 1-4 shown later show the x-axis, y-axis, and z-axis. The directions of the x-axis, y-axis, and z-axis are made to coincide with each other even in different drawings. In the following, for convenience of explanation, the x-axis positive side is “right”, the x-axis negative is “left”, the y-axis positive is “front”, and the y-axis negative is “rear”. The z-axis direction positive side is called the “upper” side, and the z-axis direction negative side is called the “lower” side.
図1は、本実施態様のウォータージェット加工装置を側方から見た状態を示した側面図である。図2は、図1のウォータージェット加工装置で被加工物Wを加工している様子を高圧水噴出ノズル20の周辺で拡大して示した断面図である。図2(a)は、高圧水90が被加工物80を貫通する前の状態を、図2(b)は、高圧水90が被加工物80を貫通した後の状態をそれぞれ示している。
FIG. 1 is a side view showing a state of the water jet machining apparatus of this embodiment as viewed from the side. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the state of processing the workpiece W by the water jet processing apparatus of FIG. FIG. 2A shows a state before the high-
本実施態様のウォータージェット加工装置は、図1に示すように、被加工物80を支えるための支持テーブル10と、支持テーブル10に支えられた被加工物80の上面に対して高圧水90を下向きに噴出するための高圧水噴出ノズル20とを備えており、図2に示すように、高圧水噴出ノズル20から噴出した高圧水90を、被加工物80の上面側から下面側に貫通させることによって被加工物80を加工するものとなっている。
As shown in FIG. 1, the water jet machining apparatus according to this embodiment includes a support table 10 for supporting a
高圧水噴出ノズル20は、その先端(下端)に組み込まれた約0.1〜0.4mmのオリフィスから400MPaを超える圧力の高圧水90(超高圧水)を噴出することが可能なものとなっている。この高圧水90が被加工物80に連続的に衝突する衝撃で、図2(a)に示すように、被加工物80が切削されていき、図2(b)に示すように、被加工物80が貫通した状態となる。被加工物80が貫通する前の図2(a)の状態においては、高圧水90は、被加工物80の上側に跳ね返されるものの、被加工物80が貫通した後の図2(b)の状態においては、高圧水90は、被加工物80の下側に突き抜けるようになる。
The high-pressure
高圧水90が被加工物80を加工した後に、被加工物80に対して相対的に高圧水噴出ノズル20を移動させると、被加工物80に形成された貫通孔81を拡大することや、被加工物80を線状に切断することができる。既に述べたように、ウォータージェット加工装置は、加工時に被加工物80が発熱しにくい、加工しろが小さくて済む、加工具(高圧水噴出ノズル20)が消耗(摩耗等)しにくい、加工屑が発生しにくい等の利点を有しているため、各種材料を切断加工等する際に好適に用いることができる。例えば、紙材、ゴム材、繊維材、皮革材、木材や、各種樹脂材、FRP材、ガラス材、セラミック材、石材、金属材(ステンレス材、チタン材、銅材、真鍮材、アルミニウム材等)、各種複合材等を、被加工物80として任意の形状に切断加工等することができる。
When the high-pressure
このようなウォータージェット加工装置を用いて被加工物80を切断する場合において、被加工物80が貫通していない状態で、被加工物80に対して高圧水噴出ノズル20を移動させると、切断不良が発生する。このため、被加工物80の貫通を検出する必要がある。この点、本実施態様のウォータージェット加工装置は、図2に示すように、音センサ30を設けるとともに、この音センサ30を、図示省略の貫通判別手段に接続している。貫通判別手段は、被加工物80の貫通の有無を、音センサ30の出力結果から判別するものとなっており、本実施態様のウォータージェット加工装置においては、図1に示す音センサ制御装置40内に、プログラム的又は電気回路的に実装される。音センサ制御装置40は、ウォータージェット加工装置の全体の制御(高圧水噴出ノズル20からの高圧水90の噴出の制御や、後述するノズル移動手段60の制御等)を行うメイン制御装置50に接続されている。なお、音センサ制御装置40は、図1に示すように、メイン制御装置50に対して外付けしてもよいし、メイン制御装置50に組み込んでもよい。
When cutting the
すなわち、高圧水90が発する音の大きさや質(周波数の波形等)は、図2(a)に示すように、被加工物80が貫通する前と図2(b)に示すように被加工物80が貫通した後とで大きく異なるところ、高圧水90が発する音を音センサ30で検出し、その音の変化を貫通判別手段で解析することによって、被加工物80の貫通の有無を判別するようにしている。貫通判別手段による、被加工物80の貫通の有無の判別アルゴリズムは、特に限定されず、例えば、音センサ30から検出した音の周波数波形を、基準となる周波数波形と比較することにより、被加工物80の貫通の有無を判別するようにしてもよい。しかし、この場合には、判別アルゴリズムが複雑になる傾向がある。
That is, the magnitude and quality (frequency waveform, etc.) of the sound generated by the high-
このため、貫通判別手段による、被加工物80の貫通の有無の判別アルゴリズムは、音センサ30が検出した音の大きさ(例えば音響パワー等)を基準値と比較することにより、被加工物80の貫通の有無を判別するものとすることが好ましい。これにより、判別アルゴリズムを単純化することが可能になる。ただし、このときには、全周波数帯の音響パワー等を用いるのではなく、高圧水90が発する音の周波数帯のみの音響パワー等を用いるとより好ましい。これにより、被加工物80の振動音や、ウォータージェット加工装置周辺の騒音が、貫通判別手段による判別結果に悪影響を及ぼさないようにし、判別精度をより高めることが可能になるからである。本実施態様のウォータージェット加工装置では、上記のように音センサ30が検出した音の大きさを基準値と比較するという、比較的単純な判別アルゴリズムを採用しても、被加工物80の貫通の有無を高精度で判別することが可能である。
For this reason, the discrimination algorithm for determining whether or not the
というのも、図2に示すように、音センサ30を被加工物80の下側(被加工物80から見て高圧水噴出ノズル20とは反対側)に設けた場合を想定すると、図2(a)に示すように、被加工物80が貫通していないときには、高圧水90が発する音は、被加工物80に遮られて音センサ30に届きにくいのに対し、図2(b)に示すように、被加工物80が貫通したときには、高圧水90が発する音が、音センサ30に届きやすくなる。このため、音センサ30が検出した音の大きさが基準値以下の場合には、被加工物80が貫通していないと判断し、音センサ30が検出した音の大きさが基準値を超えた場合には、被加工物80が貫通したと判断することで、被加工物80の貫通の有無を高精度で判別することができるからである。
2, assuming that the
これに対し、音センサ30を被加工物80の上側(被加工物80から見て高圧水噴出ノズル20と同じ側)に設けた場合を想定すると、例えば、被加工物80に跳ね返される高圧水90の音(反射音)を検出するようにすれば、音センサ30が検出した音の大きさを基準値と比較することによって、被加工物80の貫通の有無を判別することができる。ただし、高圧水90の反射音は、被加工物80の材質等によって異なる。このため、基準値をどの程度に設定するのかの判断が難しくなるだけでなく、被加工物80の種類等に応じて基準値を変える必要がでてくる。したがって、音センサ30は、被加工物80の下側(被加工物80から見て高圧水噴出ノズル20とは反対側)に設けると好ましい。これにより、被加工物80の種類等に応じて基準値を変える必要がなくなる。本実施態様のウォータージェット加工装置においても、音センサ30は、被加工物80の下側となる位置に設けている。
On the other hand, assuming that the
音センサ30を被加工物80の下側に設ける場合には、支持テーブル10における被加工物80を支持する面(図2における支持面α)の近傍に音センサ30を配すると好ましい。これにより、被加工物80を貫通して被加工物80の下面側に突き抜けてきた高圧水90が発する音を音センサ30が検出しやすくすることができる。支持面αは何もない状態とし、被加工物80は、支持テーブル10の上縁に掛ける状態で支持するようにしてもよいが、被加工物80の寸法形状にかかわらず、被加工物80を支持テーブル10に支持できるようにするためには、支持テーブル10における支持面αに、金網等、高圧水90の通り抜けを阻害しない支持用面材(図示省略)を配するとよい。
When the
加えて、本実施態様のウォータージェット加工装置においては、図3及び図4に示すように、支持テーブル10を、その外周部を遮音板11,12,13,14で囲まれた構造のものとし、音センサ30を、支持テーブル10における遮音板11〜14で囲まれた空間内に配している。図3は、本実施態様のウォータージェット加工装置を上方から見た状態を示した平面図である。図4は、本実施態様のウォータージェット加工装置における支持テーブル10を示した斜視図である。このように、遮音板11〜14で囲まれた空間内に音センサ30を配することによって、図2(a)に示すように、被加工物80が貫通していないときに高圧水90が発する音が音センサ30に届きにくくすることが可能になる。したがって、音センサ30が検出する音の大きさが、被加工物80が貫通する前と貫通した後とで大きく異なるようにし、被加工物80の貫通の有無の判別精度を高めることが可能になる。遮音板11〜14をどのように配置するかは、特に限定されないが、通常、四角筒状等の多角筒状に配される。本実施態様のウォータージェット加工装置においては、図3に示すように、遮音板11〜14を断面が略長方形を為す四角筒状に配している。遮音板11〜14は、吸音材を貼ったものや、吸音構造を有するものである必要はないが、開口部等を有さない閉塞された板材を用いると好ましい。
In addition, in the water jet machining apparatus of the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the support table 10 has a structure in which the outer peripheral portion is surrounded by the
音センサ30は、音(空気の振動)を検出できるものであれば、その種類を特に限定されない。音センサ30としては、音による空気振動に起因して圧電素子に生ずる圧電効果を利用して音を電気信号に変換するもの(クリスタルマイク等)や、音による空気振動を動電変換器を介して電気信号に変換するもの(ダイナミックマイク等)や、音による空気振動に起因して生ずる炭素粉の接触抵抗の変化を電気信号として出力するもの(カーボンマイク等)や、音による空気振動に起因してコンデンサに生ずる静電容量の変化を電気信号として出力するもの(コンデンサマイク等)等のマイクロフォンが例示される。音センサ30には、増幅器(アンプ)等を接続することも可能である。音センサ30に水がかかると、音センサ30が故障等する虞があるために、本実施態様のウォータージェット加工装置のように、音センサ30を支持テーブル10内に配する場合等、音センサ30に水(高圧水90の飛沫等)がかかる虞がある場合には、音センサ30には防水処理を施すと好ましい。
The type of the
本実施態様のウォータージェット加工装置でも、支持テーブル10を不動とする一方、この不動の支持テーブル10に対して高圧水噴出ノズル20が二次元的に移動するようにしている。具体的には、図3に示すノズル移動手段60を設けている。このノズル移動手段60は、移動ベース61に対して前後方向(y軸方向)に移動可能な前後移動部材62と、前後移動部材62に対して左右方向(x軸方向)に移動可能な左右移動部材63とで構成されている。高圧水噴出ノズル20は、左右移動部材63の先端部(下端部)に取り付けられている。これにより、支持テーブル10に支持された被加工物80に対して高圧水噴出ノズル20を前後方向(y軸方向)及び左右方向(x軸方向)に移動させることで、様々な形状の切断線に沿って被加工物80を切断することが可能となっている。
Also in the water jet machining apparatus of this embodiment, while the support table 10 is fixed, the high-pressure
音センサ30は、1箇所のみに設けてもよいが、複数箇所に設けることが好ましい。これにより、被加工物80の貫通の有無をより確実に検出することが可能になる。例えば、[1]複数箇所に設けた音センサ30のうち、一部の音センサ30(例えば、最も大きな音を検出している一部の音センサ30や、逆に最も音を検出できていない一部の音センサ30や、最も大きな音を検出している音センサ30と最も音を検出できていない音センサ30とを除いた一部の音センサ30等)又は全ての音センサ30のそれぞれの出力結果から、被加工物80の貫通の有無を判別するようにしたり、[2]複数箇所に設けた音センサ30のうち、一部の音センサ30(例えば、最も大きな音を検出している一部の音センサ30や、逆に最も音を検出できていない一部の音センサ30や、最も大きな音を検出している音センサ30と最も音を検出できていない音センサ30とを除いた一部の音センサ30等)又は全ての音センサ30の出力結果の平均値や中央値等から、被加工物80の貫通の有無を判別するようにしたりすることで、ノイズ等に左右されない安定した判別結果を得やすくなる。
The
音センサ30を複数箇所に設ける場合において、その配置をどのようにするかは、支持テーブル10の形態等によっても異なるが、支持テーブル10における同一の高さに配すると好ましく、且つ、支持テーブル10の水平断面において対称性を有する配置にするとより好ましい。例えば、支持テーブル10を水平断面多角形状のものとする場合には、音センサ30は、支持テーブル10の隅部(遮音板11〜14で形成される角部近傍)に配置することや、支持テーブル10の各面の幅方向中央部(遮音板11〜14のそれぞれの幅方向中央部)に配置することによって、音センサ30を対称性を有する状態で配することが可能になる。本実施態様のウォータージェット加工装置においては、上記のように、支持テーブル10を水平断面長方形状のものとしたため、図3及び図4に示すように、4つの音センサ30を、支持テーブル10の内部空間における四隅部近傍に配している。
In the case where the
ところで、本実施態様のウォータージェット加工装置においては、図2に示すように、高圧水噴出ノズル20を被加工物80の上面に対して垂直に配しており、高圧水噴出ノズル20から噴出された高圧水90が被加工物80の上面に対して垂直に入射するようにしているが、行う加工の種類等によっては、高圧水噴出ノズル20を被加工物80の上面に対して傾斜させ(非垂直に配し)、高圧水噴出ノズル20から噴出された高圧水90が被加工物80の上面に対して傾斜した状態で(非垂直に)入射するようにしてもよい。また、本実施態様のウォータージェット加工装置においては、高圧水噴出ノズル20を、支持テーブル10に対して、左右方向(x軸方向)及び前後方向(y軸方向)に平行移動する構成を採用しているが、上記のように、高圧水90を被加工物80に対して非垂直に入射する場合には、行う加工の種類等によって、高圧水噴出ノズル20を、ある軸(例えばz軸)を中心として旋回させることも可能である。本実施態様のウォータージェット加工装置は、被加工物80の貫通を音によって検出するものであり、高圧水90を当てて振動させる部材を設ける必要がないため、このような場合でも、被加工物80の貫通を高精度且つ安定して検出することができる。
By the way, in the water jet machining apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 2, the high pressure
10 支持テーブル
11 遮音板
12 遮音板
13 遮音板
14 遮音板
20 高圧水噴出ノズル
30 音センサ
40 音センサ制御装置(貫通判別手段)
50 メイン制御装置
60 ノズル移動手段
61 移動ベース
62 前後移動部材
63 左右移動部材
80 被加工物
81 貫通孔
90 高圧水
α 支持面
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (8)
支持テーブルに支えられた被加工物に対して高圧水を噴出するための高圧水噴出ノズルと
を備え、
高圧水噴出ノズルから噴出した高圧水を、被加工物の一側(高圧水噴出ノズルが配される側。以下同じ。)から他側(高圧水噴出ノズルが配される側とは反対側。以下同じ。)に貫通させることによって被加工物を加工するウォータージェット加工装置であって、
被加工物を他側に貫通してきた高圧水が発生する音を検出するための音センサと、
高圧水が被加工物を貫通したことを前記音センサの出力結果から判別する貫通判別手段と
をさらに備えたことを特徴とするウォータージェット加工装置。
A support table for supporting the workpiece;
A high-pressure water jet nozzle for jetting high-pressure water to the work piece supported by the support table;
The high-pressure water ejected from the high-pressure water ejection nozzle is from one side of the workpiece (the side where the high-pressure water ejection nozzle is arranged; the same applies hereinafter) to the other side (the side opposite to the side where the high-pressure water ejection nozzle is arranged). The same shall apply hereinafter)), a water jet processing device for processing a workpiece by penetrating,
A sound sensor for detecting the sound generated by the high-pressure water that has penetrated the workpiece to the other side;
A water jet machining apparatus, further comprising a penetration discriminating means for discriminating from the output result of the sound sensor that high-pressure water has penetrated the workpiece.
前記音センサが、支持テーブルにおける前記遮音板で囲まれた空間内に配された
請求項1記載のウォータージェット加工装置。
The support table has a structure in which the outer periphery is surrounded by a sound insulation board,
The water jet machining apparatus according to claim 1, wherein the sound sensor is disposed in a space surrounded by the sound insulation plate in a support table.
前記音センサが、支持テーブルの内部空間における四隅部近傍に配された
請求項2記載のウォータージェット加工装置。
The sound insulation plate is arranged in a square tube shape,
The water jet machining apparatus according to claim 2, wherein the sound sensor is disposed in the vicinity of the four corners in the internal space of the support table.
請求項1〜3いずれか記載のウォータージェット加工装置。
The water jet machining apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the sound sensor is disposed near a surface of the support table that supports the workpiece.
請求項1〜4いずれか記載のウォータージェット加工装置。
The water jet machining apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising nozzle moving means for translating the high-pressure water jet nozzle along at least two non-parallel axes with respect to the stationary support table.
The water jet machining apparatus according to claim 5, wherein the high pressure water ejection nozzle ejects high pressure water in a direction non-perpendicular to the one side surface of the workpiece.
7. The water jet machining apparatus according to claim 6, wherein the nozzle moving means is capable of turning the high pressure water jet nozzle about an axis that is non-parallel to the two axes that translate the high pressure water jet nozzle. .
The water jet processing method which processes a to-be-processed object using the water jet processing apparatus in any one of Claims 1-7.
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