JPH01199799A - ウオータジェット切断加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高圧流体噴射を利用した加工技術に係り、特
に当該加工におけるノズルと被加工物との距離を一定に
保持しながら行う切断方法に間するものである。

［従来の技術Ｊ 高圧流体噴射を物体加工に利用したウォータジェット加
工は、レーザ加工、プラズマ加工。

放電加工等と共に、°高エネルギー密度の加工方法とし
て既に数多く実用化され、効果、的に利用されている。

中でもウォータジェット加工は、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ないこと、加工しるが極
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、幅広い分野で洗浄、切断、掘削、剥離その他各
種用途において効果的に多用されている。

特殊な用途として、前記ウォータジェット加工方法の特
徴を生かしてウォータシェッドでは加工が困難な材料の
加工に適用するように工夫されたのが、研摩材である砥
粒や砂等を水に混入して噴射する所謂アブレーシブジェ
ット加工方法である。

該アブレーシブジェット加工方法では前記ウォータジェ
ット加工方法に加えて、脆性材料も破損することなく切
断加工ができること、複合材料においては異種材料を同
時・に−挙に切断可能であること、鉄筋コンクリート等
の構造物に適用した場合、加工部位以外に振動を与えな
いため亀裂や損傷を防止できることなど、アブレーシブ
ジェット加工特有の効果を有していて、各種産業界にお
いて近年注目されている加工方法の一つである。

アブレーシブジェット加工を含めたウォータジェット加
工の特性上、任意の点から切断を開始し任意の点で切断
を終了できるため、穴明は加工を含む゛くり抜き加工に
その威力を発揮することができる。

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だ加工機など、用途に応じて
様々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を移動させて
被加工物を加工するようにして馳る。

ところが、目的の加・工形状が比較的単純な形状や、二
次元的な平面加工においては、形状を記憶させるのにあ
まり困難は生じないが、目的の加工形状が自由曲線を多
く含んでいたり凸凹の多い複雑な形状、あるいは複雑な
三次元加工になると、その形状を記憶させるにはあまり
にも多大の労力と時間を要することになる。そこで、こ
のような複雑な形状の加工においては、加工形状に沿っ
てノズルを移動させながらノズルの移動軌跡を記憶し、
該記憶した移動軌跡通りに加工する所謂ティーチング・
プレーバック制御方式が便利であり、有効に利用されて
いる。

しかし、前記ティーチング・プレーバック制御。

方式において、ノズルの移動軌跡を記憶させるティーチ
ング時、従来は探触針で加工部位を順に接触しながら移
動軌跡を辿る方法や、ごく低圧の流体をノズルから実際
に噴射しながら順に移動軌跡を辿る方法などが用いられ
ていた。

これら従来の方法においては、次のような不備を有する
ものであった。実際上は噴射流体の流線が到達可能、で
加工可能°である部位でも、探触針刃式では探触針が触
れることができない場合があること、被加工物が柔軟な
部材で探触針が触れることによって変形し正確な形状を
得るには相当注意深く行う必要があること、低圧流体噴
射方式によれば２ｊ、の飛散によつて正確な位置の同定
が困難であること、水の飛散によつて作業環境が悪くな
ることなどがあった。総じて、前記のような不備により
ティーチングに時間がかかり、しかもティーチングが不
正確になり、結果的に加工部のものが不正確になりがち
であった。この°ような不備を解消するために本願出願
人は改良されたティーチング手段として特願昭６Ｏ−２
６８７４６（特開昭６２−１３０２００）を既に提案し
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 別の不都合な点として、被加工物が個々にある程度の製
作誤差による変形を含んでいるという点である。この誤
差変形がノズルの移動面に対して平行な方向の変形であ
・れば問題は少ないが、誤差変形がノズルの移動面に対
して垂直な方向の変形であった場合、予めティ−チング
された軌跡に沿って移動するノズルと被加工物との距離
が変形部位において変化することになり、切断精度に著
しい影響を与えるものである。具体的には、切断部位表
面がウォータジェットあるいはアブレーシブジェットの
投射によって荒れること。被加工物が厚い場合にはジェ
ット入射部位とジェット抜は部位において切断幅が著し
く異なること。極端な場合にはノズルと被加工物とがぶ
つかって双方共破損す゛る可能性があること、等である
。同様の変形が加工中に生じることもしばしばあり、例
えば、切断された部位において被加工物の内部応力のバ
ランスが崩れて、加工中に変形してしまう場合等である
。このような加工中の変形に対しリアルタイムで対処し
なければならない。特に、アブレーシブジェット加工に
おいて切断精度を向上させようとする場合、ノズルと被
加工物との距離を例えば１　ｍｍないし２　ｍｍの範囲
であるようにかなり厳格に管理しながら実施しなければ
ならない。ところが、このような重大な欠点でありなが
らこれを解決するような効果的な・方法が未だに採られ
ていないのが現状である。一部においてシバイトセンサ
と称する距離検出器をアナログサーボによって高さ制御
する方法が採られているが、価格的に極めて高価なもの
となり、実用上、生産設備としてのウォータジェット加
工装置に適用することは困難である。

本願発明は、このような従来放置されていた加工上の欠
点を解決しようとするもので、その目的は、アブレーシ
ブジェット加工を含むウォータジェット加工装置に対し
てノズルと被加工物との距離を適正な範囲に自動的に維
持する手段を付加すること、すなわち、ノズルと被加工
物との距離を一定にするような所謂倣い機能を備えてい
ない比較的安価なノズル駆動装置に付加することによっ
て、安価に倣い機能を持たせて、加工精度の向上を達成
せんとするものであり、もってウォータジェットの加工
の普及に寄与せんとするものである。

［課題各解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明では次のような方法
を採っている。すなわち、ウォータジェットまたはアブ
レーシブジェットを用いて物品を切断する方法において
、ノズルに近接しかつノズルと一体的に移動する検出手
段によって被加工物との距離を検出し、判別手段で前記
検出信号をデジタル化してノズル駆動制御装置に人力し
てノズルの上下動を制御するものである。具体的には、
検出手段が渦電流式距離検出器、光学式距離検出器、゛
エアー式距離検出器、静電容量式距離検出器等で構成さ
れ、判別手段に対して入力される信号がアナログ信号で
あり１、出力される信号がデジタル信号である加工方法
である。

［作用］ 作用について述べる。

ノズルに近接して配設された検出手段は、ノズルと一体
的に加工開始位置へ移動する。ノズルが被加工物に近づ
くにつれて、検出手段で検出される距離に比例して検出
信号が変化する。この変化する信号は通常アナログ信号
であり、該信号を判別手段に入力し、判別０手段におい
て、予め設定された基準値と比較して基準値との大小関
係を判別し、大小に応じたデジタル信号を出力する。す
なわち、ノズルと被加工物との適正な距離に対応する検
出信号強度の基準値を設定することによって、ノズルが
次第に被加工物に接近して、前記適正な距離よりも近づ
きすぎた時点で信号が変化するものである。そこで、該
信号をノズル駆動制御装置に人力してやればノズル下降
、ノズル上昇を適時に制御して、ノズルと被加工物との
距離を常に適正な値に維持し得るものである。

［実施例］ 以下、図示の好適な実施例に基づいてさらに詳細に説明
する。

第１図はノズルと検出手段を示す外観図であって、ノズ
ル１と検出手段であるセンサ２は一体的に移動すべく構
成されている。センサ２は、被加工物３の材質によって
その材質に適合したものが選択的に使用されなければな
らない。金属をはじめ導電性材料の場合には渦電流式距
離検出器が効果的であり、水濡れや・汚れなどの外乱に
対しても安定にその機能を発揮し得る。非導電性材料の
場合は光学式距離検出器やエアー式距離検出器が効果的
である。光学式検出器は水による乱反射や光学系への汚
れの付着などの外乱に弱く、使用環境に注意を要する反
面、材質を問わず適用可能である。エアー式については
ノズル１と被加工物３との距離が近い場合には有効であ
るがある程度前れた距離を検出しようとすると、不正確
になったり分解能が低下したりする反面、前記光学式と
同様材質を問わず適用可能である。

センサ２で検出された被加工物３との距離りは、該距ｉ
！ｔＬに対応した電気量で例えば電圧や電流としてセン
サ２から出力される。すなわち、距ＭＬの変化を電気量
の変化として出力する。センサ２から出力された電気量
はセンサコントローラ４に人力され、適宜フィルター処
理や増幅処理がなされて、判別手段５に送られる。判別
手段５においては、センサコントローラ４から送られた
電気量にたいし、ノズル１と被加工物３との適正な距離
α′に対応するセンサ・２と被加工物３との距離Ｌ′に
おいて検出される電気量を基準値としてあらかじめ設定
されていて、該基準値と入力される値とを比較して、そ
の大小間係に基づいてＯＮ、ＯＦＦの２値信号に変換し
出力する。基準値と比較してセンサ２と被加工物３との
距離が離れすぎているときにセンサ２によって検出され
る電気量に対してＯＮ、逆にセンサ２と被加工物３との
距離りが近づきすぎているときにセンサ２によって検出
される電気量に対してＯＦＦの信号が割り当てられるも
のとする。

判別手段５から出力されたＯＮ、ＯＦＦの２値信号はノ
ズル駆動制御装置６に入力され、該ノズル駆動制御装置
６によってセンサ２と被加工物３との距離Ｌ１すなわち
ノズル１と被加工物３との距離ａが変更され得る。つま
り、ノズル１と被加工物３との距離αが離れすぎていて
、判別装置５からのＯＮ信号がノズル駆動制御装置６に
人力されると、該ノズル駆動制御装置６によってノズル
駆動手段（図示せず）が駆動されて、ノズル１が被加工
物３に接近すべく移動する。逆にノズル１と被加工物３
との距離ａが近づきすぎていて、判別装置５からのＯＦ
Ｆ信号がノズル駆動制御装置６に入力されると、該ノズ
ル駆動制御装置６によってノズル駆動手段（図示せず）
が駆動されて、ノズル１が被加工物３から離れるべく移
動する。このようなノズル１の移動制御を所定時間間隔
て行うことによって、ノズル１と被加工物３との距離ａ
をほぼ一定に維持することができるものである。

この°時間間隔は適用される装置全体との関連で適宜選
択され得るものであり、例えば０．１秒や０゜０５秒と
いった値が使用され得る。　第３図は前記作用に基づい
て作動するセンサ２と被加工物３との位置関係の推移を
示したものである。

また、判別手段５に予め設定される基準値が、ある一定
の幅をもった値であり、その上限と下限が設定されてい
て、該基準値に基づいてセンサ２からの信号を、基準値
の上限を超えている。基準値の範囲内にある。基準値の
下限を下まわっているという３つのケースに応じて信号
を３種出力するようにすることも可゛能であり、より効
果的に利用することができるものである。

［発明の効果］ 以上詳述した通り本発明によれば、ウォータジェットま
たはアブレーシブジェットを用いて物品を切断する方法
において、ノズルに近接しかつノズルと一体的に移動す
る検出手段によって被加工物との距離を検出し、判別手
段で前記検出信号をデジタル化してノズル駆動制御装置
に入力してノズル°の上下動を制御するものであり、具
体的には、検出手段が渦電流式距離検出器、光学式距離
検出器、エアー式距離検出器、静電容量式距離検出器等
で構成され、判別手段に対して人力される信号がアナロ
グ信号であり、出力される信号を２値または３値のデジ
タル信号としたものであるから、簡単で安価な構成で容
易にしかも効果的にノズルと被加工物との距離を逐次的
に制御し得るものであり、被加工物の変形に対して有効
にウォータジェットを作用させることが可能になったも
のである。

このことによって加工精度と加工品質の向上を達成し得
たものであり、加えて当該加工における安全と機器の保
全に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するための構成の−７１を示す外
観図、第２図は本発明の実施例を示す制御ブロック図、
第３図及び第４図は本発明を適用したときのセンサと被
加工物との位置間係を示す図である。 １：ノズル　　　　　２：センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウォータジェットまたはアブレーシブジエットを
   用いて物品を切断する方法において、ノズルに近接しか
   つノズルと一体的に移動する検出手段によって被加工物
   との距離を検出し、判別手段で前記検出信号をデジタル
   化してノズル駆動制御装置に入力してノズルの上下動を
   制御することを特徴とする加工方法。
2. （２）検出手段が渦電流式距離検出器である請求項１に
   記載の方法。
3. （３）検出手段が光学式距離検出器である請求項１に記
   載の方法。
4. （４）検出手段がエアー式距離検出器である請求項１に
   記載の方法。
5. （５）検出手段が静電容量式距離検出器である請求項１
   に記載の方法。