JP2597383B2 - 高圧流体噴射を用いた加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ウオータージェットあるいはアブレーシ
ブジェットのような高圧流体による噴射を利用して、被
加工物（ワーク）に穴を開け、あるいは切断加工する高
圧流体噴射を用いた加工装置に関する。

［従来の技術］ 高圧流体の噴射によって物体を加工する技術は良く知
られている。ここで利用される高圧流体としては、基本
的には水を使用するようにしたウオータージェットが知
られているものであり、さらにこの水に適宜研磨材を混
入したアブレーシブジェットが知られている。特にこの
アブレーシブジェットによる加工は、加工が困難な材料
に対して効果的に適用できる。

高圧流体の噴射を用いた加工装置にあっては、高圧流
体を噴射するノズルと被加工物であるワークとの距離を
正確に設定する必要があるものであり、ワークの面が一
様で無い場合を考慮して、ノズルに近接してこのノズル
と一体的に移動されるようにした距離の検出機構を設け
るようにすることが考えられている。すなわち、この検
出機構によってノズルの流体噴射孔とワーク面との距離
が特定される値に設定されるようにし、高圧流体の噴射
による加工が、常に安定して行われるようにしている。

しかし、このような高圧流体の噴射による加工を行な
う場合、ノズルから噴射された流体がワークの加工面に
当り、特にワークにまだ貫通孔が形成されていない状態
では、噴射流体がワーク面で大きく反射する。このた
め、このノズルに近接して検出機構が設定されている
と、上記反射された流体が検出機能の検出面に衝突し、
特にアブレーシブジェットのように流体中に研磨材が混
入されている場合には、この反射流体によって検出機構
が損傷を受け、以後ノズルとワーク面との距離を正確に
設定制御することが困難となるおそれがある。

またこのような加工装置において、ノズルの平面的な
位置制御さらには上昇および下降位置の制御は、ティー
チングあるいはNC入力によるプログラミングデータに基
づき実行される。このようなプログラミングデータは、
例えばロボットあるいはNC装置の座標系に対して作製さ
れているもので、例えばノズルが待機位置に上昇設定さ
れた状態から、ワークに近接するピアシング加工位置に
下降動作する場合、ワークの面に反りやたわみが存在す
ると、ノズルとワークとの間の距離が一定にすることが
困難となり、加工作業にむらが生じ、またノズルとワー
クとが衝突するような障害が発生する。例えば穴あけ時
のノズルとワークとの距離は2mm程度と極めて小さいも
のであり、特に大きな板状のワークである場合には、反
り、たわみの量が大きくなって精密加工上で大きな問題
となる。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、高
圧流体を噴射するノズルとワーク面との距離を正確に設
定した状態でウオータージェットあるいはアブレーシブ
ジェットによる加工が行われるようにすると共に、ノズ
ルとワーク加工面との距離を測定設定する検出機構に加
工時に損傷が与えられたことが無く、信頼性の高い加工
制御が実行されるようにする高圧流体噴射を用いた加工
装置を提供しようとするものであり、さらにノズルの先
端が加工対象となるワークの面に効率的に接近制御でき
るようにすることできる加工装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る高圧流体を用いた加工装置にあって
は、高圧流体を噴射するノズルに近接して、ワークの加
工面との距離を測定する検出機構を設けるものであり、
ノズルがワークの加工位置に移動設定された状態で、検
出機構と共にノズルをワーク面に向けて下降させ、ノズ
ルが高圧流体噴射による加工を行なうための適正位置に
設定された状態で、検出機構のみを上昇させる制御手段
を備え、その後ノズルから高圧流体を噴射し、上記ワー
クをピアシング加工する。そして、高圧流体噴射がワー
クを貫通した状態で、再び検出機構を下降させ、ノズル
とワーク面との距離を測定しながら、切断等の加工が進
行されるようにする。また、ノズルをワークに近接設定
するに際しては、特定される位置までは高速で接近動作
させ、その後は加工適正位置にノズルとワークとの距離
を測定しながら、低速でワークに近接制御させるように
する。

［作用］ 上記のように構成される高圧流体を用いた加工装置に
あっては、まずノズルがワークの加工すべき位置に移動
設定された状態で、検出機構で検出されたワーク面との
距離を見ながら、加工に最も適する位置に正確に設定さ
れる。このようにノズルが適正位置に設定された状態で
高圧流体が噴射され、ワークにピアシング加工が行われ
るものであるが、この加工に際して検出機構はワーク面
から離反された位置に設定されている。したがって、特
に貫通されていない状態でワーク面に反射する噴射流
体、特に流体に含まれる研磨材等が検出機構の検出面に
当たることは無くなり、この検出機構に損傷を与えるこ
とが防止される。そして、ワークに貫通孔が形成され、
噴射流体が反射されることが無くなる状態で、再び検出
機構をワーク面に接近させ、ワーク面とノズルとの距離
を正確に設定しながら、切断加工等が進行される。また
ノズルを待機位置からワークに接近する加工位置に移動
させるときには、速やかに且つ精度の高い状態で移動制
御できるようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図は加工対象となる鉄板等のワーク10を、例え
ば切断加工する加工部分を取り出して示したもので、例
えばアブレーシブジェットを噴射するノズル11を備え
る。このノズル11は、この図では示されていないが、ワ
ーク10の面に並行な平面内で移動可能とされる支持部材
に支持され、さらにこの移動面と直角の方向、すなわち
ワーク10の面に近接しまたは離反する方向（以後は垂直
方向に特定して考える）に移動できるように支持されて
いる。

また、このノズル11の側部の近接する位置にワーク10
との距離を計測する検出機構とされるセンサ12が設定さ
れている。このセンサ12は、ノズル11と一体的にワーク
10の面に並行に移動されるものであり、またノズル11と
一体的にワーク10の面に近接しまた離反する垂直方向に
移動されるように支持されている。またこのセンサ12
は、ノズル11とは独立的に垂直方向に移動制御されるよ
うになっている。

例えば、このセンサ12のワーク10に対向する検出面が
ノズル11の先端と一致する位置に設定された状態で、セ
ンサ12の検出面とワーク10との距離を測定しながらワー
ク10の面の方向に移動し、ノズル11とワーク10との間隔
がピアシング加工等に適する位置に近接設定された状
態、すなわち図に破線で示したような状態を、センサ12
によって検出できるようにする。そして、このようにノ
ズル11がピアシング加工に適する位置に設定された後
に、センサ12のみがワーク10の面から離反される方向に
上昇移動され、センサ12の検出面がワーク10の面から所
定距離離れた退避位置に移動設定されるようになってい
る。

ここで上記センサ12は被加工物であるワーク10の材質
によって、その種類が適当に選定される。例えば、ワー
ク10が金属等の導電性材料の場合には、過電流式の距離
測定装置が効果的に使用できるものであり、水漏れある
いは汚れ等の外乱に対して安定した機能が発揮される。
またワーク10が非導電性材料によって構成される場合
は、光学的な測定装置あるいはエアー式の測定装置が効
果的に利用できる。しかし、光学的なものは水による乱
反射あるいは光学的な汚れに弱く、使用環境に注意を要
する。しかし、ワーク10の材質に影響されることがな
い。エアー式の場合は、ノズル11とワーク10との距離が
短いときには有効であるが、その距離が大きくなった場
合には測定能力が低下する。

第２図はセンサ12の移動制御機構の例を示したもの
で、このセンサ12は支持部材13を介して、エアシリンダ
14に設定されるピストン15に連結され、このピストン15
の位置に対応した位置に設定されるようにする。エアシ
リンダ14内のピストン15の両側に形成される室141およ
び142には、ソレノイバルブ16を介して、空気源からの
空気が選択的に切換え供給されるもので、このソレノイ
ドバルブ16はセンサ移動制御信号によって制御される。

すなわち、移動制御信号が上昇の指令を与えたとき
は、空気が室141に供給され、ピストン15が上昇され
て、センサ12がワーク10から離れる方向に上昇移動され
る。そして、センサ12が所定の退避位置に上昇したとき
に、そのときのピストン15の位置をリミットスイッチ17
1で検出し、このスイッチ171からの上昇位置検出信号
は、例えばノズル噴射工程制御のシーケンス信号として
使用される。

逆にセンサ12のワーク10の方向に移動させる加工動作
時には、室142に空気を送りピストン15を駆動するもの
で、センサ12がワーク10に近接する所定位置まで下降し
た状態が、リミットスイッチ172によって検出され、ノ
ズルの移動制御工程に移るシーケンス信号として使用さ
れるようにする。

第３図は上記のような加工装置のノズル11およびセン
サ12の移動制御を伴う加工制御の態様を説明するもの
で、まずステップ100では一体的に設定されるノズル11
およびセンサ12を、加工用の図面等に対応してワーク10
上の加工位置に移動する。この状態では、ノズル11およ
びセンサ12は、ワーク10の面から充分に離れた位置、す
なわちワーク10の表面に凹凸が存在しても、それに当た
らない位置に上昇設定されている。

ノズル11およびセンサ12が所定位置に移動設定された
ならば、次のステップ101に進んで、ノズル11およびセ
ンサ12をワーク10の加工面に近接する方向に下降させ
る。このときの下降速度は、後述する手段によって高速
状態あるいは低速状態に切換え制御される。

この下降制御に際しては、ステップ102においてセン
サ12とワーク10の面との間の距離が測定されているもの
で、ノズル11がワーク10をピアシング加工するに適する
距離、例えば2mmに近接した状態を検出する。そして、
ノズル11がワーク10を加工するに適する位置にまで下降
したことを、センサ12が検出したときに、ステップ103
に進んでセンサ12のみを上昇させる。

この状態ではノズル11はワーク10の面に近接したピア
シング加工のための所定位置に設定され、センサ12が退
避位置に向けて上昇されるもので、ステップ104ではセ
ンサ12の上昇位置を判定し、センサ12が所定の退避位置
に上昇した状態でステップ105に進む。

ステップ105ではノズル11から水あるいは研磨材を混
入した水を、ワーク10に向けてジェット噴射し、ワーク
10に穴を貫通させる作業を実行させる。ステップ106で
はこの加工作業に際して、ワーク10に貫通孔が形成され
たか否かを判定しているもので、例えばワーク10の裏面
側にウオータジェットあるいはアブレーシブジェットが
貫通した状態を検出して、貫通を確認する。また、貫通
を確認する手段のより簡単な方法として、タイマーを使
用することが考えられる。すなわち、経験的に得られる
貫通に要する時間をタイマーに設定し、ノズル噴射開始
からの時間経過をこのタイマーで計測して、アブレーシ
ブジェットの貫通を判断するものである。

このようにしてステップ106で貫通が確認されたなら
ば、第１のケースとしてはステップ107に進んで、ノズ
ル11からの噴射を停止し、ステップ108でノズル11を上
昇させる。ステップ109ではワーク10に貫通孔が形成加
工されたか否かを判断し、貫通孔が形成されたことが確
認されたならば、このピアシング加工作業が終了され
る。

また第２のケースでは、ステップ106で切断作業の基
準となる貫通孔が形成されたことが確認されたならば、
ステップ110に進んでセンサ12をノズル11とワーク10と
の距離が測定できる位置まで下降させる。そして、ステ
ップ111でこのセンサ12によってノズル11の先端とワー
ク10との距離が適正位置に設定されるようににして、図
面データ等に対応してノズル11およびセンサ12を移動さ
せ、ノズル11からのジェット噴射による切断加工を行わ
せる。ステップ112ではこの切断作業の進行状態を切断
し、切断完了が確認されたならばステップ113に進ん
で、ノズル11およびセンサ12を待機位置に上昇させる。
ステップ114ではこの切断作業の終了を判定し、切断作
業の終了が確認された状態で、この加工処理の流れが終
了される。

すなわち、上記のような加工処理にあっては、ノズル
11がワーク10にピアシング加工を行うに適する位置に近
接された状態で、センサ12のみが退避位置に上昇され
る。ピアシング加工を行う場合、ワーク10に貫通孔が形
成されていない状態では、ノズル11からのジェット流体
がワーク10の面で反射されるものであるが、センサ12が
ワーク10の面から離れた位置に退避されているものであ
るため、ワーク10の面で反射された例えば研磨材等がセ
ンサ12の検出面に衝突することは、効果的に防止され
る。したがって、センサ12に検出作用に影響を与えるよ
うな損傷の発生は効果的に防止される。

また、ワーク10に貫通孔が形成された後は、ノズル11
からのジェットはこの貫通孔を介してワーク10の裏面に
逃がされる。したがって、この状態ではワーク10の上方
にジェットの反射が存在しないようになり、センサ12を
ワーク10の面に近接させても、その検出面に損傷が与え
られるおそれが少ない。このため、貫通孔が形成された
後は、センサ12をワーク10の面に近接させ、ワーク10の
面とノズル11の先端との距離を確認しながら切断動作が
進行されるようにする。ワーク10の面に凹凸等の形状が
存在しても、この形状にしたがってノズル11の先端位置
が制御され、連続した切断作業が円滑に進められるよう
になる。

第３図で示した制御処理の特にステップ101のノズル1
1およびセンサ12の下降処理に際しては、高速および低
速下降の切換え制御を行う。

第４図はこのノズル11およびセンサ12の下降制御処理
の流れを示しているもので、まずステップ200でノズル1
1およびセンサ12高速で下降させる。この下降動作に際
しては、ステップ201で示すようにセンサ12によってワ
ーク10までの距離Ｌを測定しているので、ステップ202
ではこの測定距離Ｌと第１の設定距離L_Sとを比較し、測
定距離Ｌが設定距離L_Sより大きい状態では高速下降が継
続されるようにする。ここで、設定距離L_Sは反り、たわ
みの領域より上の部分である例えば5mm程度に設定され
る。

このようにしてノズル11およびセンサ12がワーク10上
の距離L_Sの位置まで下降したならば、ステップ203に進
んでノズル11およびセンサ12を低速下降制御する。この
下降制御に際しても、ステップ204のようにノズル11と
ワーク10との距離Ｌを測定しているもので、ステップ20
5ではこの測定距離Ｌと第２の設定距離L_Oとを比較す
る。この距離L_Oは、ノズル11からのジェット噴射による
下降に適正な距離、例えば2mmに設定される。

ステップ205で測定距離Ｌが設定距離L_Oと一致したこ
とが確認されたならば、ステップ206でノズル11および
センサ12の下降動作を停止させる。

ワーク10の面に反りやたわみが存在することを考慮し
た場合、センサ12によってワーク10との距離を測定しな
がら低速でノズル11の下降制御を行えば、ノズル11の位
置を正確に設定制御できる。しかし、ノズル11のワーク
10に対する接近動作を低速で行っていては、その動作に
多く時間が必要となる。また高速でノズル11の下降動作
を行えば、高精度にノズル11とワーク10との間の距離を
設定制御することが困難となる。しかし、上記のように
第１の設定距離L_Sまでは高速で下降制御し、その以後距
離L_Oまで低速で下降させるようにすることによって、無
駄な時間を最少限にしてノズル11を所定の加工位置に設
定できるようになる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る加工装置によれば、検出
機構とされるセンサによってノズルとワークとの間の測
定しながらウオータージェットあるいはアブレーシブジ
ェットによる加工を行うに際して、ノズルとワークとの
間の距離を常に適正に設定した状態で、安定した加工制
御が実行できるものであり、また特にピアシング等のワ
ーク面からの反射が存在する状態では、センサの検出面
の保護が効果的に行われ、加工制御の信頼性が確実に保
たれるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る高圧流体噴射を用い
た加工装置を説明する特に加工部分の構成を示す図、第
２図は上記装置のセンサの移動制御機構の例を説明する
構成図、第３図は上記加工装置における加工動作処理の
流れを示すフローチャート、第４図は上記フローチャー
トにおける特に下降制御部の処理の流れを示すフローチ
ャートである。 10……ワーク、11……ノズル、12……センサ、14……エ
アシリンダ、15……ピストン、16……ソレノイドバル
ブ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を切断加工する高圧流体を噴射す
   るノズルと、 このノズルに近接して設定されると共に、このノズルと
   一体的に移動するように設定された、上記被加工物の加
   工面との距離を測定する検出機構と、 上記ノズルが上記被加工物の加工すべき所定位置に移動
   された状態で、上記検出機構で被加工物との距離を測定
   しながら、上記ノズルを被加工物の加工面上に近接設定
   する手段と、 上記ノズルが被加工物の加工面上に近接設定された状態
   で上記検出機構を上昇設定する手段と、 この検出機構が上昇設定された状態で、上記ノズルから
   高圧流体を噴射し、ピアシング加工を行なう手段と、 このピアシング加工で上記ノズルからの高圧流体噴射
   が、被加工物を貫通したことを検出する手段とを具備
   し、 上記高圧流体噴射が加工物を貫通した状態で、上記検出
   機構を選択的に被加工物に近接させ、ノズルと被加工物
   の加工面との距離を測定しながら、高圧流体による切断
   加工が進行されるようにしたことを特徴とする高圧流体
   噴射を用いた加工装置。
2. 【請求項２】上記ノズルを被加工物の加工面上に近接設
   定する手段は、このノズルと被加工物の加工面との距離
   が設定された距離範囲までは、上記加工面に向けて高速
   で下降させる第１の下降制御手段と、上記設定された距
   離よりもノズルが上記加工面に近接した状態で、このノ
   ズルを低速度で下降させる第２の下降制御手段とによっ
   て構成されるようにした特許請求の範囲第１項記載の加
   工装置。