JPH01153299A - Detector in water jet machining - Google Patents
Detector in water jet machiningInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明はウォータジェット加工装置に係り、詳細にはウ
ォータジェットを用いて各種材料を切断加工する際にウ
ォータジェットの噴射状態を検出するための装置に間す
るものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a water jet machining device, and more particularly, to a water jet machining device for detecting the jetting state of a water jet when cutting various materials using a water jet. It is installed between the equipment.
[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。[Prior Art] Many technologies that utilize high-pressure fluid jets to process objects have already been put into practical use and effectively utilized. In particular, the heat generation during machining is extremely low, the high-pressure fluid jet that acts as a machining tool has no directionality during machining, the machining allowance is extremely small, the wear of the machining tool is negligible, and machining It has features such as extremely low waste generation, and is used in electronics, machining, medical,
It is widely used in a wide range of fields, including nuclear power.
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だ加工機など、用途に応じて
さまざまな形態で利用されている。Looking at machining technology, there are simple ones that move the nozzle manually, automatic dedicated machines that perform routine machining, general-purpose machines that allow free machining, and machining that incorporates manipulators such as robots for three-dimensional machining. It is used in various forms depending on the purpose, such as machines.
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。Most general-purpose machines have a built-in computer in their control device, store a target machining shape in advance, and move a nozzle or a workpiece according to the memorized machining shape to perform machining.
[発明が解決しようとする問題点]
さて、このような所謂ウォ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)に対してウォータジ
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、このようなウォ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
ウォ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。[Problems to be Solved by the Invention] In such a so-called water jet processing device, the water jet must penetrate the workpiece (hereinafter referred to as the work) from the front surface to the back surface and completely cut the workpiece. However, it has been difficult to mechanically or electrically detect and confirm such water jet penetration. For this reason, water jet machining was performed with specifications that had a margin in advance, resulting in wasted power and machining speed.
限定された加工において、ウォ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。従フて、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。A so-called abrasive jet, which is a water jet mixed with an abrasive, is used in a limited number of machining operations, and in such abrasive jet machining, it is extremely important to detect penetration of the jet. Cutting is normally performed automatically by a program, so the time required for penetration is set to a value with sufficient margin based on experience, and the transition from piercing to cutting is made. At this time, if the time required for penetration is too long, the hole diameter will expand at the injection point, which will have a negative effect on the finishing accuracy of the machining. On the other hand, if the distance between the nozzle and the workpiece is too far, or if the supply of abrasive material is insufficient,
In addition, if the cutting ability of the abrasive nozzle has decreased due to its lifespan, etc., the abrasive nozzle may not be able to penetrate within the preset time, and the abrasive material may be scattered around or the subsequent cutting may be incomplete. This makes it impossible to continue machining. Therefore, it is necessary to monitor the time from issuing a jet injection command to detecting penetration, and take measures to continue cutting or issue an abnormal signal to stop automatic operation depending on the time. becomes.
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。In particular, when cutting a workpiece, an abrasive jet is projected onto a predetermined position of the workpiece, and after the jet passes through the workpiece, the jet or the workpiece is moved to perform the cutting process. At this time, for a short time after the jet is projected onto the workpiece until the jet penetrates the workpiece, the jet and abrasive material will scatter to some extent around the workpiece, but similar scattering may occur due to incomplete machining. This problem also occurs when a portion of the abrasive material is left uncut, and the current situation is that the work environment is worsened by contaminating the surrounding area or damaging unnecessary parts by jets or abrasives.
先行技術としては、限定された用途に対して、特開昭6
2−199400号公、報に示される技術がある。As a prior art, for limited applications, JP-A-6
There is a technique disclosed in the publication No. 2-199400.
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−しることになる。In the prior art, the purpose can be effectively achieved when the nozzle and the workpiece are installed fairly close to each other, but unstable results can be achieved when the nozzle and the workpiece are far apart. I will live.
[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ォ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。[Object of the invention] The present invention has been made in view of such prior art,
The object is to provide a device that can effectively detect the penetration of a water jet through a workpiece under any conditions, including when an abrasive is mixed in.
[問題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
む高速噴射水流で物品を加工する所謂ウォータジェット
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。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. In other words, this is so-called water jet processing in which an article is processed with a high-speed jet of water or a high-speed jet of water containing an abrasive, and the high-speed jet of water jetted from a nozzle is projected onto the water surface of a water-filled jet receiving means after processing the article. In the processing device, an acceleration detector attached to the jet receiving means, an arithmetic device that digitizes the signal of the acceleration detector, compares it with a reference value, and outputs the arithmetic result as a signal, and a / and a control means for controlling the movement of the workpiece, and a nozzle drive means for moving the nozzle via the control means based on a signal output from the arithmetic unit, and/and a workpiece for moving the workpiece. The driving means is controlled.
[作用]
作用について述べる。以下においてウォータジェットと
は高速噴射水流並びに研ば材を含む高速噴射水流の両者
を総称するものとする。[Effect] Let's talk about the effect. In the following, the term "water jet" refers to both a high-speed water jet and a high-speed water jet containing abrasive material.
一般にウォータジェット加工において、加工に寄与した
ウォ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ォータジェットの
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−と呼ばれている。キャッチャ−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、かつウォータジェットの余勢を減衰させるために
キャッチャ−に水を張り詰めて該水面から所定距離前れ
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。In general, in water jet machining, the water jet water stream that contributes to machining has residual force even after penetrating the workpiece, and therefore receives the residual force of the water jet by some means. Such a jet receiving means is commonly called a catcher. There are various types of catchers, such as those that move in synchronization with the nozzle and those that are disposed so as to cover the entire lower part of the workpiece. In the present invention, the catcher is disposed so as to cover the entire lower part of the work, and in order to attenuate the residual force of the water jet, the catcher is filled with water and holds the work at a position a predetermined distance in front of the water surface. The target is a cutting device configured as follows.
ウォ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、ウォータジェット
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ォ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i・は周囲に飛散するため
キャッチャ−の水面には到達せず、従ってキャッチャ−
に張られた水に対しては特に顕著な影響は与えない。次
にウォータジェットがワークを貫通するとウォータジェ
ットはその保持している余勢で勢いよくキャッチャ−の
水面に投射される。すると該水面を含む水にはウォータ
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−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、ウォ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。In water jet machining, hollowing is often performed at a predetermined position on a workpiece due to the above-described machining features. In such machining, the nozzle is generally stopped during the period from the start of water jet injection to the time when the water jet penetrates the workpiece, except in specific cases. The water jet is sprayed with the nozzle stopped, and before it penetrates the work, the water jet scatters around and does not reach the water surface of the catcher.
It does not have a particularly noticeable effect on water that is filled with water. Next, when the water jet penetrates the workpiece, the water jet is forcefully projected onto the water surface of the catcher due to its retained force. Then, vibrations are generated in the water including the water surface due to the projection of the water jet. . Therefore, if this vibration is detected by an acceleration detector disposed in the catcher and processed by an arithmetic unit, a clear difference between before and after the water jet penetrates the work can be obtained.
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。The above difference is used to control the drive of the nozzle drive device or the workpiece moving device.
[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。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in further detail based on preferred embodiments shown in the drawings.
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−5の水面上に保持されている。In the figure, reference numeral 1 denotes a nozzle, which is movably locked by a driving means 2. As shown in FIG. Reference numeral 3 denotes a workpiece, which is held above the water surface of a catcher 5 by holding means 4.
6はキャッチャ−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。Reference numeral 6 denotes an acceleration detector disposed in the catcher 5 and connected to the arithmetic unit 7. The computing device 7 is connected to a control device 9 that controls movement of the nozzle 1.
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からウォータジェット10が投射される。In the apparatus configured as described above, first, the water jet 10 is projected onto the workpiece 3 from the nozzle 1 .
投射された直後はウォータジェット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を貫通してウォータジェット10はその余勢で
キャッチャ−5に張った水8に投射される。ウォータジ
ェット10がワーク3をまだ貫通していない間は該ウォ
ータジェット10はキャッチャ−5の水8に到達しない
から水8に生じる振動は、ウォータジェット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。次にウォータジェット10がワーク3
を貫通すると該ウォータジェット10はキャッチャ−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−5に伝わる。するとキャッチャ−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。Immediately after being projected, the water jet 10 collides with the workpiece 3, bounces off, and scatters around, but after a predetermined time, it penetrates the workpiece 3 and the waterjet 10 uses its remaining force to hit the water 8 spread over the catcher 5. Projected. Since the water jet 10 does not reach the water 8 in the catcher 5 while the water jet 10 has not yet penetrated the work 3, the vibration generated in the water 8 is the vibration generated when the water jet 10 collides with the work 3. These are vibrations propagated from the mechanical drive system. Next, the water jet 10
When the water jet 10 passes through the catcher 5
is projected onto the water 8 , and a shock wave is generated in the water 8 by the projection jet 10 . This shock wave is transmitted to the catcher 5 using water 8 itself as a transmission medium. Then catcher 5
The vibration acceleration and velocity detected by the acceleration detector 6 attached to the machine will show a different value than before.
すなわち、ここでウォータジェット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。That is, here, a clear difference can be obtained before and after the water jet 10 penetrates the workpiece 3.
加速度検出器6て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、
ウォータジェット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。The vibration acceleration detected by the acceleration detector 6 is amplified or filtered to remove noise signals as necessary.
A component that changes before and after the water jet 10 penetrates the workpiece 3 is extracted, and penetration is detected based on whether the component that increases after the penetration exceeds a preset reference value. As another method, it is also possible to detect penetration when the value before penetration exceeds a preset value with respect to the reference value. As for other calculation methods, it is possible to selectively use various methods that are most suitable for use.
このようにしてジェット100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。Once penetration of the jet 100 is detected in this way, all that is left is to use this detection signal to control the nozzle 1 or/and workpiece 3.
It is used to perform control such as moving or stopping the movement. Whether the nozzle 1 is moved, the workpiece 3 is moved, or both the nozzle 1 and the workpiece 3 are moved depends on the specifications of the cutting system, and each can be used effectively.
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
62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は易く、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。It is also possible to use a normal acoustic microphone 62 or an ultrasonic microphone 6'' instead of the acceleration detector 6, but they are easily affected by surrounding noise, making accurate control difficult, and as a result, cutting accuracy may be reduced. It is difficult to recommend this method as it will lead to a decrease in product quality and defective products.
[発明の効果1
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請ウォータジェ
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、ウォ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。[Effects of the Invention 1] As detailed above, the present invention provides water jet processing for processing articles with a high-speed jet of water or a high-speed jet of water containing an abrasive, in which the high-speed jet of water jetted from a nozzle is used to process an article after processing the article. A processing device configured to project water onto the water surface of a jet receiving means filled with water, a calculation device that digitizes the signal from the acceleration detector, compares it with a reference value, and outputs the calculation result as a signal, and a nozzle. and/or a nozzle drive means that controls the movement of the nozzle via the control means based on a signal output from the arithmetic unit, and/or Since the workpiece driving means that controls the movement of the workpiece is controlled, it is possible to automatically detect whether or not the water jet has penetrated the workpiece, and based on the detection signal, the nozzle Or/and by controlling the movement of the workpiece, it has become possible to prevent product processing defects, and is extremely useful as it can contribute to improving processing quality in the processing concerned. It is.
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図、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:チャッチャ−6:加速度検出器
7二演算装置 8:水
9:制御装置 10:ウォータージェット特許出願
人 株式会社スギツマシン
第1図
第3図
第4図
第5図Fig. 1 is a vertical perspective view showing a preferred embodiment of the present invention;
Figure 3 shows an example of the output waveform of a detection signal, Figure 3 shows an example of signal processing, Figure 4 shows an example of using a microphone or an ultrasonic microphone instead of an acceleration detector, and Figure 5 shows an example of using a microphone or an ultrasonic microphone instead of an acceleration detector. The figure shows a conventionally known detection means. 1: Nozzle 2: Driving means 3: Workpiece 4: Supporting means 5: Chatcher 6: Acceleration detector 7 Two calculation devices 8: Water 9: Control device 10: Water jet patent applicant Sugitsu Machine Co., Ltd. Figure 1 Figure 3 Figure 4 Figure 5
Claims (1)
物品を加工する所謂ウォ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ことを特徴とするウォータジェ
ット加工における検出装置。(1) So-called water jet processing in which an article is processed with a high-speed jet of water or a high-speed jet of water containing an abrasive, in which the high-speed jet of water jetted from a nozzle is projected onto the water surface of a water-filled jet receiving means after processing the article. In the processing apparatus, an acceleration detector attached to the jet receiving means;
It consists of a calculation device that digitizes the signal of the acceleration detector, performs a calculation to compare it with a reference value, and outputs the calculation result as a signal, and a control device that controls the movement of the nozzle and/or the movement of the workpiece. A detection device for water jet machining, characterized in that a nozzle drive means for moving the nozzle and/or a workpiece drive means for moving a workpiece are controlled via the control means based on an output signal. .
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Country | Link |
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- 1987-12-08 JP JP62311667A patent/JP2596768B2/en not_active Expired - Lifetime
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