JP2596768B2 - ウオータジエツト加工における検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はウオータジェット加工装置に係り、詳細には
ウオータジェットを用いて各種材料を切断加工する際に
ウオータジェットの噴射状態を検出するための装置に関
するものである。

［従来の技術］ 高圧流体噴流を物体加工に利用した技術は、すでに多
数実用化され、効果的に利用されている。特に、加工時
の発熱が極めて少ないこと、加工工具として作用する高
圧流体噴流が加工時において方向性が全く無いこと、加
工代が極めて小さくて済むこと、加工工具の摩耗が無視
し得ること、加工屑の発生が極めて少ないことなどの特
徴を有しており、エレクトロニクス、機械加工、医療、
原子力など、幅広い分野で多用されている。

加工技術について見れば、ノズルを手動で移動させる
簡易なもの、定型的な加工を行う自動専用機、自由な加
工が可能な汎用機、三次元加工を行うためにロボットな
どのマニプレータを組み込んた加工機など、用途に応じ
てさまざまな形態で利用されている。

汎用機の多くは制御装置にコンピュータを内蔵してい
て、目的の加工形状を予め記憶させ、該記憶加工形状に
従ってノズルまたは被加工物を移動させて加工するよう
にしている。

［発明が解決しようとする問題点］ さて、このような所謂ウオータジェット加工装置にお
いて、被加工物（以下ワークと言う）に対してウオータ
ジェットが表面から裏面に貫通して完全に切断されなけ
ればならないが、このようなウオータジェットの貫通を
機械的あるいは電気的に検出して確認するのは困難であ
った。そのために、あらかじめ余裕をもったスペックで
ウオータジェット加工を行うことになり、動力や加工速
度において無駄を生じていたものである。

限定された加工において、ウオータジェットに研磨材
を混入した所謂アブレーシブジェットが利用されている
が、該アブレーシブジェット加工において、ジェットの
貫通を検出することは極めて重要である。切断は通常、
プログラムにより自動運転で実行されるために貫通に要
する時間は経験上予め十分に余裕のある値をとり、穴明
け（ピアシング）から切断へと移行するものである。こ
のとき貫通までに要する時間を大きく取りすぎると噴射
点において穴径が拡大してゆき加工の仕上げ精度に悪影
響を及ぼすものである。これとは逆に、ノズルとワーク
の距離が遠すぎたり、研磨材の供給が不十分であった
り、またアブレーシブノズルの寿命等で切断能力が低下
している場合には前記予め設定された所定時間内に貫通
することができず、周囲に研磨材を飛散させ、あるいは
その後の切断が不完全となり加工を続行することができ
なくなる。従って、ジェットの噴射指令を出してから貫
通を検出するまでの時間を監視し、該時間により必要に
応じて切断を続行したり異常信号を出して自動運転を停
止する等の手段が必要となる。特にワークのくりぬき加
工を行う際、ワークの所定位置にアブレーシブジェット
を投射して該ジェットがワークを貫通した後にジェット
ないしはワークを移動させて切断加工を行おうとするも
のである。この時、ワークに対してジェットを投射して
から該ジェットがワークを貫通するまでのわずかの間、
ジェット並びに研磨材がある程度周囲に飛散するが、こ
れと同様の飛散が加工不完全でワークの一部が切断され
ずに残った場合にも生じ、周囲を汚損したり不必要な部
位にジェットや研磨材が当たって損傷したりして、作業
環境を悪化させているのが現状である。

先行技術としては、限定された用途に対して、特開昭
62−199400号公報に示される技術がある。当該先行技術
においては、ノズルとワークがかなり接近して設置され
ている場合には効果的にその目的を達成し得るが、ノズ
ルとワークとの間が離れている場合においては不安定な
結果を生じることになる。

［発明の目的］ 本願発明はこのような従来技術に鑑み成されたもの
で、その目的とするところは、いかなる条件の下におい
ても研磨材を混入した場合を含めてウオータジェットが
ワークを貫通したことを効果的に検出し得る装置を得ん
とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 前記問題点を解決するために本発明は次のような構成
をなしている。すなわち、高速噴射水流または研磨材を
含む高速噴射水流を物品を加工する所謂ウオータジェッ
ト加工であってノズルから噴射された高速噴射水が物品
加工後に水を張った噴流受手段の水面に投射されるよう
にした加工装置において、前記噴流受手段に取り付けた
加速度検出器と、該加速度検出器の信号を数値化して基
準値と比較演算し演算結果を信号として出力する演算装
置と、ノズルの移動または／及び被加工物の移動を制御
する制御手段から成り、前記演算装置から出力される信
号に基づいて前記制御手段を介して前記ノズルを移動さ
せるノズル駆動手段または／および被加工物品を移動さ
せるワーク駆動手段を制御するようにしたものである。

［作用］ 作用について述べる。以下においてウオータジェット
とは高速噴射水流並びに研磨材を含む高速噴射水流の両
者を総称するものとする。

一般にウオータジェット加工において、加工に寄与し
たウオータジェット水流はワークを貫通した後も余力を
有しているため何らかの手段によってウオータジェット
の余勢を受けている。このような噴流受手段は通称キャ
ッチャーと呼ばれている。キャッチャーにはノズルと同
期して移動するものやワークの下部全体をカバーするよ
うに配設されるものなど種々の形態のものがある。本願
発明では後者のワークの下部全体をカバーするように配
設され、かつウオータジェットの余勢を減衰させるため
にキャッチャーに水を張り詰めて該水面から所定距離離
れた位置にワークを保持するように構成された切断装置
を対象にするものである。

ウオータジェット加工において、前記した加工上の特
長から、ワークの所定位置においてくりぬき加工を行う
場合が多い。このような加工において、ウオータジェッ
トの噴射開始からワーク貫通までの間は特定の場合を除
いてノズルを停止したままで行うのが一般的である。ノ
ズルを停止したままウオータジェットを噴射し、ワーク
を貫通する前はウオータジェットは周囲に飛散するため
キャッチャーの水面には到達せず、従ってキャッチャー
に張られた水に対しては特に顕著な影響は与えない。次
にウオータジェットがワークを貫通するとウオータジェ
ットはその保持している余勢で勢いよくキャッチャーの
水面に投射される。すると該水面を含む水にはウオータ
ジェットの投射によって振動が発生する。そこで該振動
をキャッチャーに配設した加速度検出器により検出し、
演算装置で処理すると、ウオータジェットがワークを貫
通する前と後との明瞭な差を得ることができる。前記の
差を以てノズル駆動装置あるいはワーク移動装置の駆動
を制御するものである。

［実施例］ 以下、図示の好適な実施例に基づいて、本発明をさら
に詳細に説明する。

図において、１はノズルであって駆動手段２によって
移動可能に係止されている。３はワークであって保持手
段４によってキャッチャー５の水面上に保持されてい
る。６はキャッチャー５に配設された加速度検出器であ
って演算装置７に連結されている。演算装置７はノズル
１の移動を制御する制御装置９に連結されている。

このように構成した装置において、まず、ワーク３に
対してノズル１からウオータジェット10が投射される。
投射された直後はウオータジェット10はワーク３に衝突
してはねかえり周囲に飛散するが、所定時間後にはワー
ク３を貫通してウオータジェット10はその余勢でキャッ
チャー５に張った水８に投射される。ウオータジェット
10がワーク３をまだ貫通していない間は該ウオータジェ
ット10はキャッチャー５の水８に到達しないから水８に
生じる振動は、ウオータジェット10がワーク３に衝突し
て発生する振動と機械的駆動系から伝搬される振動であ
る。次にウオータジェット10がワーク３を貫通すると該
ウオータジェット10はキャッチャー５の水８に投射さ
れ、該投射ジェット10によって水８には衝撃波が発生す
る。この衝撃波は水８自体を伝達媒体としてキャッチャ
ー５に伝わる。するとキャッチャー５に取り付けた加速
度検出器６で検出される振動加速度がそれまでとは違っ
た値を示すことになる。すなわち、ここでウオータジェ
ット10がワーク３を貫通する前後において明瞭な差異を
得ることができるものである。

加速度検出器６で検出された振動加速度は必要に応じ
て増幅あるいは雑信号を除去するフィルター処理を施
し、ウオータジェット10がワーク３を貫通した前後で変
化する成分を取出し、貫通後に増加する成分が予め設定
された基準値を超えたか否かによって貫通を検出する。
他の手法としては、貫通前の値を基準にして該基準値に
対して予め設定された値を超えた時に貫通を検出するよ
うにすることも可能である。その他演算手法は種々使用
に最適な手法を選択的に使用可能である。

このようにしてジェット10の貫通を検出すれば、あと
はこの検出信号によってノズル１または／及びワーク３
を移動させたりあるいは移動を停止させたりといった制
御を行うものである。ノズル１を移動させるか、ワーク
３を移動させるか、あるいはノズル１とワーク３の両方
を移動させるかはその切断システムの仕様に関わってお
り、それぞれ効果的に使用され得る。

また加速度検出器６の代わりに通常の音響マイクロホ
ン６′や超音波マイクロホン６″の使用も可能ではある
が、周囲の雑音に影響を受け易く、正確な制御が困難に
なり、結果的に切断精度の低下と製品の不良化を来すこ
とになり推奨し難い。

［発明の効果］ 以上詳述した通り本発明は、高速噴射水流または研磨
材を含む高速噴射水流で物品を加工する所謂ウオータジ
ェット加工であってノズルから噴射された高速噴射水が
物品加工後に水を張った噴流受手段の水面に投射される
ようにした加工装置において、前記噴流受手段に取り付
けた加速度検出器と、該加速度検出の信号を数値化して
基準値と比較演算し演算結果を信号として出力する演算
装置と、ノズルの移動または／及び被加工物の移動を制
御する制御手段から成り、前記演算装置から出力される
信号に基づいて前記制御手段を介して前記ノズルの移動
を制御するノズル駆動手段または／および被加工物品の
移動を制御するワーク駆動手段を制御するようにしたも
のであるから、ウオータジェットがワークに対して貫通
したか否かを自動的に検出することが可能となり、該検
出信号によってノズルまたは／及びワークの移動を制御
するようにしたため、結果的に製品の加工不良を防止す
ることが可能になったものであり、当該加工における加
工品質の向上に貢献し得る極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例を示す縦断斜視図、第２
図は検出信号の出力波形の一例を示す部、第３図は信号
処理の一例を示す図、第４図は加速度検出器の代わりに
マイクロホンないしは超音波マイクロホンを使用した例
を示す図、第５図は従来公知の検出手段を示す図であ
る。 1:ノズル、2:駆動手段 3:ワーク、4:支持手段 5:キャッチャー、6:加速度検出器 7:演算装置、8:水 9:制御装置、10:ウオータジェット

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高速噴射水流または研磨材を含む高速噴射
   水流で物品を加工する所謂ウオータジェット加工であっ
   て、ノズルから噴射された高速噴射水が物品加工後に水
   を張った噴流受手段の水面に投射されるようにした加工
   装置において、前記噴流受手段に取り付けた加速度検出
   器と、該加速度検出器の信号を数値化して基準値と比較
   演算し演算結果を信号として出力する演算装置と、ノズ
   ルの移動または／及び被加工の移動を制御する制御手段
   から成り、前記演算装置から出力される信号に基づいて
   前記制御手段を介して前記ノズルを移動させるノズル駆
   動手段または／および被加工物品を移動させるワーク駆
   動手段を制御するようにしたこと特徴とするウオータジ
   ェット加工における検出装置。