KR102562737B1 - 컨투어 팔로워 장치 및 관련 시스템과 방법 - Google Patents
컨투어 팔로워 장치 및 관련 시스템과 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102562737B1 KR102562737B1 KR1020187014426A KR20187014426A KR102562737B1 KR 102562737 B1 KR102562737 B1 KR 102562737B1 KR 1020187014426 A KR1020187014426 A KR 1020187014426A KR 20187014426 A KR20187014426 A KR 20187014426A KR 102562737 B1 KR102562737 B1 KR 102562737B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gimbal assembly
- gimbal
- axis
- assembly
- workpiece
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 124
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 95
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 62
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 238000012876 topography Methods 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 12
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 12
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 4
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 3
- 241000237503 Pectinidae Species 0.000 description 2
- 244000273618 Sphenoclea zeylanica Species 0.000 description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 238000011176 pooling Methods 0.000 description 2
- 235000020637 scallop Nutrition 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
- B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
- B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
- B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
- B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
- B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
- B23Q17/2208—Detection or prevention of collisions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
- B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
- B23Q17/2241—Detection of contact between tool and workpiece
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Abstract
다축 기계의 공구(예로, 유체 제트 커팅 기계의 유체 제트 노즐)와 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하기 위한 시스템 및 관련 방법이 제공된다. 예시적인 시스템은 센서 및 작동 중 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스의 표면에 올라갈 때, 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리에 의해 정의되는 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하기 위해 상기 센서와 작동될 수 있는 짐벌 어셈블리를 포함한다. 상기 시스템은 짐벌 어셈블리와 다른 오브젝트와의 충돌 이벤트를 감지하도록 구성된 짐벌 장착 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 다축 기계(multi-axis machine)의 공구(예로, 유체 제트 커팅 기계의 유체 제트 노즐)와 공구(tool)에 의해 처리되는 워크피스(workpiece) 사이의 공간적 관계를 유지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는 또한 공구의 제어된 경로 내의 장애물과의 충돌을 감지하고 그리고 이에 따라 기계의 작동(operation)을 이에 따라 조절하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
고압 연마제 워터제트를 포함한, 고압 유체 제트는 여러 산업 분야에서 다양한 재료를 커팅하는데 사용된다. 고압 연마제 워터제트를 생성하기 위한 시스템이 현재 이용 가능하며, 예를 들어, 현재 본 발명의 양수인인 플로우 인터내셔널 코퍼레이션사(Flow International Corporation)에 의해 제조된 마하 4?? 5-축 연마제 워터제트 시스템 뿐만 아니라, 관절형 로봇암(articulated robotic arm) 또는 다른 운동 시스템도 현재 이용 가능하다. 연마제 유체 제트 커팅 시스템의 다른 예들이 본원에 참조로써 포함된 Flow사의 미국 특허 제5,643,058호에서 도시되고 설명되어 있다. "고압 유체 제트(high-pressure fluid jet)"와 "제트(jet)"라는 용어는 고압 워터제트 및 고압 연마제 워터제트를 포함하되 이에 국한되지 않는 모든 유형의 고압 유체 제트를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 시스템에서, 일반적으로 물인 고압 유체는, 고압 제트를 형성하기 위해 커팅 헤드 내의 오리피스 유닛(orifice unit)의 오리피스를 통해 유동하며, 제트가 혼합 챔버와 혼합튜브를 통해 유동함에 따라, 고압 연마제 워터제트를 형성하기 위해 연마제 입자가 그 내측에서 결합될 수 있다. 고압 연마제 워터제트는 일반적으로 혼합튜브에서 배출되어 워크피스로 향하며 지정된 경로를 따라 워크피스를 커팅한다.
고압 유체 제트를 지정된 경로를 따라 이동시키기 위한 다양한 시스템이 현재 이용 가능하다. 이러한 시스템은 일반적으로 예를 들어 3-축과 5-축 기계로 불린다. 종래의 3-축 기계는 x-y 평면을 따라 그리고 수직으로 z-축을 따라 즉 워크피스를 향해 그리고 멀어지게 이동할 수 있는 방식으로 커팅 헤드 어셈블리를 장착한다. 이러한 방식으로, 커팅 헤드 어셈블리에 의해 발생된 고압 유체 제트는 x-y 평면의 지정된 경로를 따라 이동되고, 원하는 바와 같이, 워크피스에 대해 상승 및 하강된다. 종래의 5-축 기계는 유사한 방식으로 작동하지만 2개의 추가적인 비평행 회전축(non-parallel rotary axes)에 대한 움직임을 제공한다. 다른 시스템은, 예를 들어 6개의 독립한 회전축에 대한 관절인 6-축 로봇암과 같은, 관절형 로봇암이 장착된 커팅 헤드 어셈블리를 포함할 수 있다.
캠(Computer-aided manufacturing, CAM) 공정은, 캐드 설계(computer-aided design)(즉, CAD models)를 사용하여 발생된 워크피스의 2차원 또는 3차원 모델이, 기계를 구동하도록 코드를 발생시키기 위해 사용되는 것을 가능하게 하는 것과 같이, 종래의 기계들을 지정된 경로를 따라 구동하고 또는 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, CAD 모델은 기계의 적절한 제어 및 모터를 구동하여 모델에 반영된 워크피스를 커팅 또는 처리하기 위해 병진축 및/또는 회전축에 대해 기계를 조작하기 위한 명령을 생성하는데 사용될 수 있다.
유체 커팅 공정 중에, 치수 정밀도와 커팅 품질은, 다른 무엇보다도, 종종 스탠드오프(standoff) 거리라고 불리는, 노즐 또는 혼합튜브의 단부와 커팅되는 워크피스의 표면 사이의 원하는 거리를 정확하게 유지하는 것에 의존할 수 있다. 정확한 스탠드오프 거리를 유지하는 것은, 유체 제트 커팅 기술이 플랫-스탁 2-D커팅(flat-stock 2-D cutting)으로부터, 곡선 소재, 베벨 커팅(beveled cut) 및 5축과 기타 다축 제어에 의해 가능해진 다른 복잡한 커팅 프로파일을 포함하는 응용분야로 발전함에 따라 특히 중요하다.
예를 들어, 역사적으로, 2-D 플랫스탁 커팅의 명령된 5축 운동 제어는 노즐 또는 혼합튜브의 단부와 커팅된 워크피스의 표면 사이의 추정("공칭(nominal)") 거리에 기반한 복합 각도 계산을 기반으로 한다. 실제로는, 실제의 스탠드오프 거리는 공칭 거리로부터 벗어날 것이며, 예를 들어, 커팅 중 재료의 응력 완화, 천연소재 곡선, 또는 제조자로부터 "제공된(as provided)" 상태로 인한 뒤틀림(warping)은, 수직축의 커팅된 모서리로의 오류를 일으킬 것이다. 이러한 오류는 커팅된 모서리가, 예를 들어, 의도적인 베벨 커팅과 같이, 수직에서 더욱 멀리 이동함에 따라 특히 뚜렷하며 바람직하지 않다. 본원에 설명된 예시적인 컨투어 팔로워 장치 및 관련 시스템과 방법은, 기계의 초점 사이의 거리가 커팅되는 워크피스의 표면에 대하여 알려진 것임을 보장하는데 도움을 준다. 이는 제어기가 워크피스의 지형에서 임의의 편차에도 불구하고 워크피스의 표면 상에 기계 초점을 유지할 수 있게 하고, Flow사의 미국 특허 제7,331,842호에서 도시되고 설명된 바와 같이, 이전의 스탠드오프 거리 제어 시스템과 방법론에 대한 향상된 기능을 제공한다. 예를 들어, 예시적인 컨투어 팔로워 장치 및 관련 시스템과 방법은, 다른 무엇보다도, 의도적인 베벨 커팅을 할 때와 같이, 특히 급경사각에서 커팅할 때를 포함하여, 스탠드오프 거리가 유지되는 향상된 정밀성을 제공한다.
본원에 기술된 실시예들은 성능을 개선시키기 위해 다축 기계의 공구(예로, 유체 제트 커팅 기계의 유체 제트 노즐)와 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하기 위한 향상된 시스템과 방법을 제공한다. 예를 들어, 일 실시예는 유체 제트 커팅 기계의 엔드이펙터(end effector) 상에 장착되는 컨투어 팔로워 장치에 관한 것이다. 유체 제트 커팅 처리 중에는, 컨투어 팔로워 장치는 엔드이펙터의 초점과 커팅되는 워크피스의 표면 사이의 거리를 감시한다. 이 거리의 변화는 가변 신호로서, 기계의 모션 컨트롤러(machine's motion controller)로 전송되며, 차례로 컨트롤러가 실시간으로 측정된 스탠드오프 거리를 설정하는 기계식 액추에이터를 조정할 수 있게 한다. 이러한 피드백 제어는, 커팅되는 워크피스의 표면 상에 직접적으로 엔드이펙터의 초점을 유지하며, 이에 따라 커팅된 워크피스의 치수 정밀도를 최적화한다. 본원에 기술된 실시예는 또한 공구의 제어된 경로 내의 장애물과 충돌을 감지하고 이에 따라 작동을 조절하기 위한 향상된 시스템과 방법을 제공할 수 있다.
다축 기계의 공구와 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하는 것을 보조하는 다축 기계용 짐벌 어셈블리의 일 실시예는 다음을 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암; 및 짐벌 어셈블리 초점을 정의하도록 상기 제 1 회전축과 교차하는 제 2 회전축에 대하여 상기 스위블 암과 회전 가능하도록 결합된 접촉 부재. 상기 접촉 부재는 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가고 상기 짐벌 어셈블리 초점을 포함하는 기준면을 정의하도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐(surface feature)를 더 포함할 수 있다. 유리하게는, 상기 짐벌 어셈블리는, 작동 중 워크피스의 표면 상에 접촉 부재가 올라갈 때, 기계의 초점(상기 기계의 두 축의 교차에 의해 정의됨)과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하게 할 수 있다.
짐벌 어셈블리는 짐벌 베이스를 더 포함할 수 있으며, 상기 짐벌 어셈블리는, 짐벌 어셈블리 초점으로부터 기계 초점의 편차가 짐벌 베이스의 대응하는 변위를 야기시키도록 구성될 수 있다. 짐벌 어셈블리가 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 동시에 감지할 수 있게 하는 동안, 상기 짐벌 어셈블리는, 스위블 암 및 제 1 및 제 2 축 각각 회전축에 대한 접촉 부재의 회전 운동을 통해 워크피스의 토포그래피 변화를 조절하도록 구성될 수 있다.
짐벌 어셈블리는 상기 제 1 회전축에 대한 스위블 암의 회전 또는 제 2 회전축에 대한 접촉 부재의 회전을 선택적으로 방지하는 적어도 하나의 스위블 락(swivel lock)을 더 포함할 수 있다. 상기 짐벌 어셈블리는 제 1 회전축에 대한 스위블 암의 회전 또는 제 2 회전축에 대한 접촉 부재의 회전을 제한하기 위해 적어도 하나의 회전 정지부(rotational stop)를 더 포함할 수 있다. 상기 짐벌 어셈블리는 상기 스위블 암 및 접촉 부재의 각각 감지된 회전 위치에 기초하여 상기 워크피스의 표면 토포그래피를 측정하기 위한 인코더(encoders)를 더 포함할 수 있다. 인코더로부터의 신호는 또한 표면 토포그래피와 관련하여 정의된 방향(예를 들어, 수직 방향)으로 공구를 유지하는데 사용될 수 있다.
다축 기계의 공구와 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하는 것을 보조하는 다축 기계용 컨투어 팔로워 장치의 일 실시예는 다음을 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 센서; 및 작동 중 상기 어셈블리가 상기 워크피스의 표면에 올라갈 때 상기 기계 초점(상기 기계의 두 회전축의 교차에 의해 정의)과 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하기 위해 상기 센서와 작동할 수 있는 짐벌 어셈블리.
상기 컨투어 팔로워 장치는 상기 짐벌 어셈블리를 상기 다축 기계와 연결하고 상기 짐벌 어셈블리와 다른 오브젝트(object)와의 충돌 이벤트(collision event)를 감지하기 위한 짐벌 장착 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 상기 짐벌 어셈블리는, 상기 짐벌 어셈블리를 상기 짐벌 장착 어셈블리에 탈착 가능하게 결합시키는 커플링 배열체(coupling arrangement)를 포함할 수 있으며, 상기 커플링 배열체는 임의의 패스너(fastener)를 조작하지 않고 상기 짐벌 장착 어셈블리로부터 상기 짐벌 어셈블리의 분리를 허용하도록 구성된다. 상기 커플링 배열체는, 상기 짐벌 어셈블리의 베이스 및 상기 짐벌 장착 어셈블리의 베이스 사이의 미리 결정된 공간적 관계를 설정하고 유지하는 적어도 하나의 정렬 디바이스 및 상기 짐벌 어셈블리의 베이스 및 상기 짐벌 장착 어셈블리의 베이스를 함께 누르는 적어도 하나의 자기 디바이스를 포함할 수 있다. 상기 짐벌 장착 어셈블리는, 충돌 센서와 충돌 이벤트 중 상기 충돌 센서가 충돌 이벤트 신호를 생성하기 위해 변위되는 센서 부재를 포함하는 충돌 센서 배열체를 포함 할 수 있다. 상기 충돌 센서 배열체는 램프를 포함할 수 있으며, 그리고 상기 센서 부재는, 충돌 이벤트 중 상기 충돌 센서가 충돌 이벤트 신호를 생성하기 위해 상기 램프에 의해 수직으로 이동하게 강제될 수 있다. 상기 충돌 센서 배열체는, 작동 중 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스 상에 올라갈 때 상기 짐벌 어셈블리의 이동을 손상시키지 않기 위해 상기 짐벌 어셈블리로부터 이격되어 위치할 수 있다. 상기 짐벌 장착 어셈블리는 상기 공구에 대해 선형으로 움직이게 구속될 수 있다. 상기 짐벌 장착 어셈블리는, 상기 짐벌 어셈블리와 충돌 이벤트 중 탈주하는 상기 다축 기계 사이에 강성의 연결을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 컨투어 팔로워 장치는 상기 짐벌 어셈블리를 능동 구조 안팎으로 전개되고 수축되기 위한 적어도 하나의 액추에이터를 더 포함할 수 있다.
유체 제트 커팅 시스템의 일 실시예는 다음을 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 기계 초점을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축을 포함하는 다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 유체 제트 커팅 헤드, 워크피스를 처리하는 작동 중 고압 유체 제트가 토출되는 노즐을 포함하는 유체 제트 커팅 헤드; 및 센서와 제 1 회전축에 대하여 회전하도록 작동가능한 스위블 암을 포함하는 짐벌 어셈블리, 및 짐벌 어셈블리 초점을 정의하는 상기 제 1 회전축과 교차하는 제 2 회전축에 대하여 회전하는 상기 스위블 암과 회전 가능하게 결합된 접촉 부재를 포함하는 컨투어 팔로워 장치로서, 상기 접촉 부재는 작동 중에 상기 워크피스의 표면 상에 올라가고 상기 짐벌 어셈블리 초점을 포함하는 기준면을 정의하도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐. 유리하게는, 상기 센서는 작동 중에 상기 접촉 부재가 상기 워크피스의 표면 상에 올라갈 때 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하도록 상기 컨투어 팔로워 장치의 상기 짐벌 어셈블리와 함께 작동한다.
상기 유체 커팅 시스템은 상기 다축 기계와 연결하고 상기 짐벌 어셈블리와 다른 오브젝트와의 충돌 이벤트를 감지하도록 구성된 짐벌 장착 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 상기 짐벌 어셈블리가 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 동시에 감지할 수 있게 하는 동안, 상기 제 1 및 제 2 회전축에 대한 상기 스위블 암 및 상기 접촉 부재 각각의 회전 운동을 통해 상기 워크피스의 토포그래피의 변화를 조절하도록 구성될 수 있다.
다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 유체 제트 커팅 헤드의 노즐의 스탠드오프 거리를 조절하는 방법의 일 실시예가 다음을 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 상기 유체 제트 커팅 헤드와 관련된 짐벌 어셈블리가 워크피스의 표면 상에 올라가도록 처리될 워크피스에 대한 상기 유체 제트 커팅 헤드를 조작하는 단계로서, 짐벌 어셈블리 초점을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축을 포함하는 조작 단계; 및 상기 노즐의 스탠드오프 거리를 조절하기 위한 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 단계.
상기 방법은 기계 초점과 짐벌 어셈블리 초점이 일치하는 상태를 향하여 노즐의 스탠드오프 거리를 조정하는 단계 또는 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 거리가 미리 결정된 값을 향하여 노즐의 스탠드오프 거리를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 노즐의 스탠드오프 거리를 조절하기 위해 상기 기계 초점과 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 것은 상기 접촉 부재가 작동 중에 상기 워크피스 표면 상에 올라갈 때 상기 노즐과 상기 워크피스의 표면 사이의 거리의 변화를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 노즐과 상기 워크피스의 표면 사이의 거리 변화를 감지할 때, 상기 기계 초점과 짐벌 어셈블리 초점이 일치하지 않을 수 있다. 상기 짐벌 어셈블리는 짐벌 베이스, 제 1 회전축에 대하여 회전하도록 상기 짐벌 베이스에 회전 가능하도록 결합된 스위블 암, 및 상기 짐벌 어셈블리 초점을 정의하기 위해 상기 제 1 회전축과 교차하는 제 2 회전축에 대하여 회전하도록 상기 스위블 암과 회전 가능하도록 결합된 접촉 부재를 포함하며, 상기 접촉 부재는, 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가고 상기 짐벌 어셈블리 초점을 포함하는 기준면을 정의하도록 배열된 하나 이상의 표면 피쳐를 포함하며, 상기 기계 초점과 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 단계는, 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스의 표면 상에 올라가는 동안 상기 짐벌 베이스의 변위를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기계 초점과 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 것은 상기 짐벌 어셈블리가 스위블 암과 상기 제 1 및 제 2 회전축에 대한 접촉 부재 각각의 회전 이동을 통해 상기 워크피스의 토포그래피의 변화를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 다음의 단계를 더 포함할 수 있다: 상기 짐벌 어셈블리와 다른 오브젝트와의 충돌을 감지하는 단계; 및 상기 충돌에 반응하여 상기 다축 기계의 작동을 조절하는 단계를 포함한다. 충돌을 감지하는 단계는 충돌 이벤트 신호를 생성하기 위해 상기 충돌 동안 상기 짐벌 어셈블리에 인가된 충격을 센서의 수직 이동으로 변환하는 단계.
다축 기계의 공구와 다른 오브젝트 사이에 임박한 충돌의 감지를 보조하는 다축 기계용 충돌 검출 시스템의 일 실시예는 다음을 포함하는 것으로 요약할 수 있다: 작동 중 워크피스의 표면 상에 올라가도록 구성된 컨투어 팔로워 장치; 및 임박한 충돌을 감지하기 위해 상기 컨투어 팔로워 장치와 작동 가능하게 결합된 충돌 센서 배열체(collision sensor arrangement). 상기 충돌 센서 배열체는 충돌 센서 및 센서 부재를 포함할 수 있으며, 충돌 이벤트 중 상기 센서 부재에 인가된 토크가 상기 충돌 부재와 맞물려 상기 센서 부재의 변위로 변환되어 상기 충돌 센서가 충돌 이벤트 신호를 생성하도록 구속된다. 상기 컨투어 팔로워 장치는 제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암 및 제 2 회전축에 대하여 회전하도록 상기 스위블 암과 회전 가능하도록 결합된 접촉 부재를 가지고 있는 짐벌 어셈블리를 포함하며, 상기 접촉 부재는 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐를 포함할 수 있다. 상기 충돌 센서 배열체는 작동 중 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스 상에 올라갈 때 상기 짐벌 어셈블리의 이동을 손상시키지 않기 위해 상기 짐벌 어셈블리로부터 이격되어 위치 할 수 있다. 상기 충돌 센서 배열체는 상기 공구에 대해 선형으로 움직이게 구속되는 짐벌 장착 어셈블리의 일부일 수 있다. 상기 짐벌 장착 어셈블리는 충돌 이벤트 중 상기 짐벌 어셈블리와 탈주하는 상기 다축 기계 사이의 강성의 연결을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 충돌 센서 배열체는 램프부를 갖는 시트를 포함하고, 그리고 상기 센서 부재는 상기 충돌 이벤트 중 상기 충돌 센서가 상기 충돌 이벤트 신호를 생성하게 하도록 상기 시트의 램프부에 의해 수직으로 이동이 강제될 수 있다. 상기 센서 부재는 상기 시트를 향해 편향될 수 있다.
유체 제트 커팅 시스템의 일 실시예는 다음을 포함하는 것으로 요약될 수 있다: 다축 기계; 상기 다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 유체 제트 커팅 헤드로서, 작동 중 워크피스를 처리하기 위해 고압 유체 제트가 토출되는 노즐을 포함하는 유체 제트 커팅 헤드; 및 상기 다축 기계에 결합되고, 작동 중 상기 유체 제트 커팅 헤드의 노즐의 근방에서 상기 워크피스의 표면 상에 올라가도록 구성된 짐벌 어셈블리; 를 포함한다. 유체 제트 커팅 시스템은 상기 다축 기계의 노즐 및 다른 오브젝트 사이에 임박한 충돌을 감지하도록 상기 짐벌 어셈블리에 작동 가능하게 결합된 충돌 센서 배열체.
다축 기계의 공구 및 상기 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하는 것을 보조하는 다축 기계용 짐벌 어셈블리의 일 실시예는 다음을 포함하는 것으로 요약될 수 있으며: 제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암; 및 제 2 회전축에 대하여 회전하도록 상기 스위블 암과 회전 가능하게 결합된 접촉 부재로서, 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐를 포함하는 접촉 부재, 여기서, 상기 짐벌 어셈블리는 작동 중 상기 접촉 부재가 상기 워크피스의 표면 상에 올라갈 때 상기 공구 및 상기 워크피스의 표면 사이의 거리의 변화를 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다축 유체 제트 커팅 기계의 등각도이다.
도 2는 도 1의 유체 제트 커팅 기계의 일부분의 측입면도로서, 이는 커팅 헤드 어셈블리 및 이와 관련된 컨투어 팔로워 장치를 포함한다.
도 3은 커팅 헤드 어셈블리의 유체 제트 노즐(예로, 혼합튜브)이 도시된 도 2의 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 어셈블리의 등각도이다.
도 4는 내부 구성 및 그 특징이 나타난 도 3의 짐벌 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 5는 도 2의 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 장착 어셈블리의 일부분으로부터 분리된 도 3의 짐벌 어셈블리를 도시하는 등각도이다.
도 6은 도 5에 도시된 짐벌 장착 어셈블리의 부분의 분해 등각도이다.
도 7은 내부 구성 및 그 특징이 나타난 도 5에 도시된 짐벌 장착 어셈블리 및 짐벌 어셈블리의 일부분의 부분 단면도이다.
도 8은 짐벌 어셈블리가 부착된 짐벌 장착 어셈블리의 부분 분해도이다.
도 9는 짐벌 어셈블리가 부착된 짐벌 장착 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 10은 도 2의 컨투어 팔로워 장치의 분해 사시도이다.
도 11은 도 2의 컨투어 팔로워 장치 내부 구성 및 그 특징을 나타내기 위해 커버가 제거된 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 어셈블리의 접촉 부재의 하부 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른, 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 어셈블리의 접촉 부재의 하부 사시도이다.
도 2는 도 1의 유체 제트 커팅 기계의 일부분의 측입면도로서, 이는 커팅 헤드 어셈블리 및 이와 관련된 컨투어 팔로워 장치를 포함한다.
도 3은 커팅 헤드 어셈블리의 유체 제트 노즐(예로, 혼합튜브)이 도시된 도 2의 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 어셈블리의 등각도이다.
도 4는 내부 구성 및 그 특징이 나타난 도 3의 짐벌 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 5는 도 2의 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 장착 어셈블리의 일부분으로부터 분리된 도 3의 짐벌 어셈블리를 도시하는 등각도이다.
도 6은 도 5에 도시된 짐벌 장착 어셈블리의 부분의 분해 등각도이다.
도 7은 내부 구성 및 그 특징이 나타난 도 5에 도시된 짐벌 장착 어셈블리 및 짐벌 어셈블리의 일부분의 부분 단면도이다.
도 8은 짐벌 어셈블리가 부착된 짐벌 장착 어셈블리의 부분 분해도이다.
도 9는 짐벌 어셈블리가 부착된 짐벌 장착 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 10은 도 2의 컨투어 팔로워 장치의 분해 사시도이다.
도 11은 도 2의 컨투어 팔로워 장치 내부 구성 및 그 특징을 나타내기 위해 커버가 제거된 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 어셈블리의 접촉 부재의 하부 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또다른 실시예에 따른, 컨투어 팔로워 장치의 짐벌 어셈블리의 접촉 부재의 하부 사시도이다.
이하의 설명에서, 개시된 다양한 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정의 세부 사항들이 설명된다. 그러나, 당업자는, 실시예들이 이러한 특정의 세부 사항 중 하나 또는 그 이상이 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 유체 제트 커팅 시스템, 다른 기계 처리 시스템(예로, 드릴링 기계, 밀(mills), 라우터(routers))과 관련된 공지된 구조 및 그 동작 방법은 실시예의 설명을 불필요하게 불명료하는 것을 피하기 위해 상세하게 도시되거나 설명되지 않을 수 있다. 예를 들어, 고압 유체 공급원 및 연마제 공급원이 고압 유체 및 연마제를 공급하도록 제공될 수 있고, 각각, 본원에 기술된 유체 제트 시스템의 커팅 헤드, 예를 들어, 워크피스의 고압 또는 초고압 연마제 유체 제트 커팅을 용이하게 하기 위해 제공될 수 있는 것은 당업자에게 자명할 수 있다. 다른 예로서, 공지된 제어 시스템 및 구동 구성들은 처리되는 워크피스에 대한 커팅 헤드 또는 다른 공구의 이동을 용이하게 하기 위해 유체 제트 커팅 시스템 및 다른 기계에 통합될 수 있다. 이러한 시스템은, 예를 들어, 5-축 위치 시스템에서 일반적인 것처럼, 다수의 회전 및 병진 축에 대하여 커팅 헤드 또는 다른 공구를 조작하기 위한 구동 구성들을 포함할 수 있다.
문맥상 달리 요구되지 않는 한, 후술하는 명세서 및 특허청구범위 전체에 걸쳐, "포함한다(comprise)" 및 그 변형인 "포함하다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)"과 같은 용어는, 개방적이고, 포괄적인 의미로, 즉, "포함하지만, 이에 제한되지 않는(including, but not limited to)"으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예(one embodiment)" 또는 "실시예(an embodiment)"라는 언급은, 적어도 하나의 실시예를 포함하는 실시예와 관련되어 설명된 특정한 특징(feature), 구조 또는 특성(characteristic)을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 실시예에서(in one embodiment)" 또는 "실시예에서(in an embodiment)"라는 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것이 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성은 하나 또는 그 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
본 명세서 또는 첨부된 특허청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태의 "어느("a", "an" 및 "the")"는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다. "또는(or)"이라는 용어는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 일반적으로 "및/또는(and/or)"을 포함하는 그 의미로 채용된다는 점을 또한 주의해야한다.
본원에 기술된 실시예는 다축 기계(예로, 유체 제트 커팅 기계의 유체 제트 노즐)와 성능 개선을 위해 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하기 위한 향상된 시스템 및 방법을 제공한다. 본원에 기술된 실시예는 또한 공구의 제어된 경로 내의 장애물과의 충돌을 감지하고 그리고 이에 따른 기계의 작동을 조절하기 위한 향상된 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. 실시예는 예를 들어, 스탠드오프 거리 피드백 기능을 제공하도록 커팅 헤드 어셈블리에 의해 커팅되는 워크피스의 표면 상에 올라가기 위해 유체 제트 커팅 기계의 커팅 헤드 어셈블리와 함께 작동하는 컨투어 팔로워 장치를 포함한다.
본원에 기술된 바와 같이, 커팅 헤드 어셈블리 또는 커팅 헤드라는 용어는 일반적으로 유체 제트 커팅 기계의 동작 단부에서의 구성들의 어셈블리를 지칭할 수 있으며, 그리고 예를 들어, 고압 유체 제트를 발생하기 위한 유체 제트 커팅 시스템의 오르피스 유닛 및/또는 노즐과 그와 함께 이동하기 위해 그에 직접 또는 간접적으로 결합된 주변 구조 및 디바이스를 포함할 수 있다. 커팅 헤드 어셈블리 또는 커팅 헤드는 또한 엔드이펙터로 지칭될 수 있다. 본원에 기술된 예시적인 컨투어 팔로워 장치 및 관련된 시스템과 방법의 실시예와 결합하여 사용될 수 있는 다른 공구들은, 예를 들어, 다축 밀링 또는 드릴 기계와 같은, 예를 들어, 드릴 비트와 같은, 다른 유형의 기계의 엔드이펙터를 포함할 수 있다.
도 1은 유체 제트 커팅 시스템(10)의 예시적인 실시예를 도시한다. 유체 제트 커팅 시스템(10)은 상기 시스템(10)에 의해 처리되는 플랫폼(16) 상에 워크피스(14)를 지지하도록 구성된 캐쳐 탱크(catcher tank)(12)를 포함한다. 캐쳐 탱크(12)는 커팅 작동 중 커팅 제트의 에너지를 흡수하기 위한 정도의 물을 포함한다.
유체 제트 커팅 시스템(10)은 한 쌍의 베이스 레일(20)을 따라 이동 가능하고, 캐쳐 탱크(12)에 올라 앉은 브릿지 어셈블리(18)를 더 포함한다. 작동시, 브릿지 어셈블리(18)는, 워크피스(14)를 처리하기 위한 시스템(10)의 커팅 헤드(22)를 위치시키기 위해 병진축(Y)에 대해 베이스 레일(20)을 따라 전후로 이동한다. 공구 캐리지(24)는 병진축(Y)에 수직으로 정렬된 또다른 병진축(X)을 따라 전후로 병진하도록 브릿지 조립체(18)에 이동 가능하게 결합된다. 공구 캐리지(24)는 또한 커팅 헤드(22)를 워크피스(14)를 향해 및 워크 피스(14)로부터 멀리 이동시키기 위해 또다른 병진축(Z)을 따라 커팅 헤드(22)를 상승 및 하강시키도록 구성된다. 조작 가능한 포어암(forearm)(30) 및 리스트(wrist)(34)는 추가적인 기능을 제공하기 위해 커팅 헤드(22)와 공구 캐리지(24) 중간에 제공된다.
더욱 특히, 도 2를 참조하면, 포어암(30)은 회전축(C)에 대하여 커팅 헤드(22)를 회전시키기 위해 공구 캐리지(24)에 회전 가능하게 결합되며 그리고 리스트(34)는 회전축(C)에 대하여 비-평행인 다른 회전축(B)에 대하여 커팅 헤드(22)를 회전시키기 위해 포어암(30)과 회전 가능하게 결합된다. 조합하면, 회전축(B, C)들은, 예를 들어, 3차원 형상을 포함하는 복잡한 프로파일의 커팅을 용이하게 하기 위해, 커팅 헤드(22)가 워크피스(14)에 대해 광범위한 방향으로 조작될 수 있게 한다.
도 2를 계속 참조하면, 회전축(B, C)들은, 일부 실시예에서, 커팅 헤드(22)의 노즐 또는 혼합튜브(40)의 단부 또는 팁(tip)으로부터 오프셋될 수 있는 기계 초점(42)에서 수렴할 수 있다. 커팅 헤드(22)의 노즐 또는 혼합튜브(40)의 단부 또는 팁은 바람직하게는 처리되는 워크피스로부터 원하는 스탠드오프 거리를 유지하도록 위치된다. 스탠드오프 거리는 유체 제트의 커팅 성능을 최적화하도록 선택될 수 있으며, 일부 실시예에서는 약 0.010 인치 내지 약 0.100 인치 사이의 고정된 거리일 수 있고, 또는 일부 예에서는, 더 큰 스탠드오프 거리가 필요할 수 있는 회선(convolute) 또는 복잡한 형상을 커팅할 때의 경우와 같이, 약 0.010 인치 내지 0.500 인치 사이의 고정된 거리일 수 있다.
작동 중, 각각의 병진축(X, Y, Z)들 및 회전축(B, C)들에 대한 커팅 헤드(22)의 이동은 다양한 종래의 구동 구성 및 컴퓨팅 시스템으로 구성된 것을 포함하는 적절한 제어 시스템(28)(도 1)에 의해 수행될 수 있다. 또한 예를 들어, 유체 제트 커팅 기계와 관련된 다른 공지된 시스템에는, 커팅 헤드(22)에 고압 또는 초고압 유체를 공급하는 고압 또는 초고압 유체 공급원(예로, 40,000psi 내지 100,000psi 및 그 이상 범위의 압력 등급을 갖는 직접 구동 및 강화 펌프) 및/또는 연마제 유체 제트 커팅을 가능하게 하기 위해 커팅 헤드(22)에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급원(예로, 연마제 호퍼 및 분배 시스템)와 같은 것이 제공될 수 있다. 일부 실시예에서는, 특히 정밀하고 효율적인 워크피스 처리를 가능하게 하는 일정한(consistent) 연마제 유체 제트를 생성하도록 유체 공급원으로부터 유체 내로 연마제를 뽑아내는 것을 보조하기 위해 진공 장치가 제공될 수 있다. 그러나, 종래의 구동 구성 및 유체 제트 커팅 시스템과 관련된 공지된 시스템은, 불필요하게 불명료한 실시예의 설명을 피하기 위해 제어 시스템(28)의 세부 사항은 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.
다시, 본원에 기술된 실시예들은 다축 기계의 공구(예로, 유체 제트 커팅 머신(10)의 유체 제트 노즐 또는 혼합튜브(40))와 성능을 향상시키기 위해 상기 공구에 의해 처리되는 워크피스(14) 사이의 공간적 관계를 유지하기 위한 향상된 시스템 및 방법을 제공한다. 본원에 기술된 실시예는 또한 공구(예로, 노즐 또는 혼합튜브 (40))의 제어 경로 내의 장애물과의 충돌을 감지하고 그리고 그에 따른 작동을 조절하기 위한 향상된 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. 예를 들어, 컨투어 팔로워 장치(100)의 예가 도 2에 도시되어 있고, 그리고 이는 작동 중 짐벌 어셈블리(102)가 워크피스(14)의 표면 상에 올라갈 때, 유체 제트 노즐 또는 혼합튜브(40)와 관련된 기계 초점과 짐벌 어셈블리(102)에 의해 정의되는 짐벌 어셈블리 초점(104) 사이에 임의의 편차를 감지할 수 있는 짐벌 어셈블리(102)를 포함한다. 상기 예시적인 컨투어 팔로워 장치(100)는 또한 부주의한 손상으로부터 노즐 또는 혼합튜브(40)를 보호하기 위해, 노즐 또는 혼합튜브(40)의 제어된 경로 내의 장애물을 갖는 충돌 이벤트의 감지를 가능하게 한다. 실시예들은 연마제 워터제트 커팅 기계를 포함하는 고압 유체 제트 커팅 기계에 관하여 본원에서 논의되었지만, 당업자는 본 발명의 양태들 및 기술들이, 예를 들어, 다축 CNC 밀링 기계(multi-axis CNC milling machines)와 같은 다양한 다른 유형의 다축 기계들에 적용되며 그리고 결합되어 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
도 2를 계속 참조하면, 커팅 헤드 어셈블리(50)는, 커팅 헤드(22)의 출구(23)(예로, 커팅 헤드(22)의 노즐 또는 혼합튜브(40)의 출구(23))를 통해 배출되는 워크피스(14)를 처리하기 위한 고압 유체 제트를 생성하기 위해 작동 중에 유체를 통과시키는 커팅 헤드(22)를 포함한다. 커팅 헤드 어셈블리(50)는, 커팅 헤드(22)를 갖는 공간에서 조작되도록 다축 위치 설정 시스템의 리스트(34)에 부착된 컨투어 팔로워 장치(100)를 더 포함하거나 또는 그렇지 않으면 이와 함께 작동한다. 전술한 바와 같이, 포어암(30)은 커팅 헤드(22)를 회전축(C)에 대하여 회전시키기 위해 공구 캐리지(24)(도 1)에 회전 가능하게 결합되고 그리고 리스트(34)는 상기 회전축(C)에 대하여 비-평행인 다른 회전축(B)에 대하여 커팅 헤드(22)를 회전시키기 위해 포어암(30)과 회전 가능하게 결합된다. 조합하면, 회전축(B, C)들은, 예를 들어, 3차원 형상을 포함하는 복잡한 프로파일의 커팅을 용이하게 하기 위해, 커팅 헤드(22)가 워크피스(14)에 대한 광범위한 방향으로 조작될 수 있게 한다.
도 2 및 3을 참조하면, 컨투어 팔로워 장치(100)에는 다축 짐벌 어셈블리(102)가 구비되며, 이는 회전축(A1, A2)의 교차에 의해 정의되는 짐벌 어셈블리 초점(104)을 포함한다. 짐벌 어셈블리(102)는, 커팅 헤드(22)의 노즐 또는 혼합튜브(40)에 관하여 장착되고 제어되어 짐벌 어셈블리 초점(104) 및 기계 초점(42)이 워크피스(14)의 커팅을 통해 일치하거나 또는 본질적으로 일치하게 유지된다.
도면에 도시되어 설명된 실시예에 따르면, 다축 짐벌 어셈블리(102)는 완전한 반원형 아크 이동(semicircular arc movement)을 포함하지 않고 회전축(A1, A2)들에 대한 회전이 본원에 기술된 초점 측정 기능을 위해 필요한 운동으로 제한되도록 구성되는 방식이다. 다축 짐벌 어셈블리(102)의 감소된 이동성은 제트 파손, 가속된 마모 및 커팅 품질 저하와 관련된 문제점을 유리하게 방지한다. 그러나, 다축 짐벌 어셈블리(102)의 이동성 또는 운동 범위는 원하는 애플리케이션 및 기능에 따라 조절될 수 있다.
도 3을 참조하면, 짐벌 어셈블리(102)는 짐벌 베이스(110), 제 1 짐벌 회전축(A1)에 대하여 회전하도록 짐벌베이스에 회전 가능하게 결합된 스위블 암(swivel arm)(112), 및 짐벌 어셈블리 초점(104)을 정의하도록 제 1 짐벌 회전축(A1)과 교차하는 제 2 짐벌 회전축(A2)에 대하여 회전하도록 스위블 암과 회전 가능하도록 결합된 접촉 부재를 포함한다. 짐벌 어셈블리(102)의 접촉 부재(114)는, 작동 중 워크피스(14)의 표면 상에 올라가고 그리고 짐벌 어셈블리 초점(104)을 포함하는 기준면(P)을 정의하도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐(116)을 포함한다. 작동 중, 짐벌 어셈블리(102)는, 접촉 부재(114)가 작동 중 워크피스(14)의 표면 상에 올라갈 때, 기계 초점(42)과 짐벌 어셈블리 초점(104) 사이의 편차를 감지할 수 있게 한다.
제 1 짐벌 회전축(A1)에 대한 스위블 암(112)의 회전 동작 및 제 2 짐벌 회전축(A2)에 대한 접촉 부재(114)의 회전 동작은 접촉 부재(114) 및 워크피스(14)의 접촉에 의해 정의되는 기준면(P)의 방향에 상관되어 구동된다. 도면에 도시된 컨투어 팔로워 장치(100)의 예시적인 실시예에 따르면, 기준면(P)은, 작동 중 워크피스(14)의 표면과 접촉하는 둥근 하부 환형 모서리 또는 토로이드 부분(118)와 접하는 평면으로 정의된다. 다른 예에서는, 복수의 돌출부(예로, 중심축에 대하여 규칙적으로 또는 불규칙적으로 이격된 3개의 접촉 패드) 또는 다른 표면 피쳐는 집합적으로 평면(P)을 정의할 수 있다. 제 1 짐벌축(A1) 및 제 2 짐벌축(A2)은 기준면(P) 내의 점(즉, 짐벌 어셈블리 초점(104))에서 교차하도록 설계되나; 제조 공차 또는 다른 요인들로 인해, 짐벌 축(A1, A2)은 반드시 정확하게 평면(P) 내에서 교차하거나 놓이지 않을 수 있다. 이상적으로는, 짐벌 축(A1, A2)은 접촉 부재(114)의 환형 부분(120)의 중심에서 기준면(P) 내의 점(즉, 짐벌 조립체 초점 (104))에서 교차한다. 이는 기계가 원하는 스탠드오프 거리에 노즐 또는 혼합튜브(40)를 위치하도록 제어될 때, 기계 초점(42)의 위치(공구축(A0)을 따라 노즐 또는 혼합튜브(40)보다 아래에 0.100"로 도시됨)에 대응하도록 워크피스(14)의 표면 상의 환형 부분(120)의 중심에 짐벌 어셈블리 초점(104)을 위치시키는 것이다. 짐벌 어셈블리(102)에 이러한 짐벌축(A1, A2)에 대하여 피봇하는 능력을 제공함으로써, 기계 초점(42) 및 짐벌 어셈블리 초점(104)의 위치 분리없이 접촉 부재(114)가 임의의 재료 각도를 따르게 한다. 이는 진입 또는 이탈 각도와는 관계없이, 짐벌 어셈블리(102)가 기계 초점(42)에서 워크피스 지형(terrain) 높이에 의해 단독으로 구동되도록 하며, 그에 따라 스탠드오프 거리를 원하는 또는 최적의 거리로 유지하기 위해 피드백 제어 루프와 함께 사용되는, 기계 초점(42)과 워크피스(14) 표면 사이에 직접적인 연관성(correlation)을 제공한다.
그러나, 짐벌 초점 어셈블리(120)의 위치 설정 및 작동은 워크피스(14)의 표면과 기계 초점(42) 사이의 거리의 편차에 관계된(pertaining) 데이터를 추출하기 위해 기계 초점(42)에 대한 완전하고 자동적인 분절(articulation)을 허용하며, 제 1 짐벌축(A1)은, 도 3의 122로 표시된 화살표로 나타낸 바와 같이, 제 1 짐벌축(A1)에 대한 회전을 허용하고 그리고 측정축(즉, 도 5 내지 10에 도시된 피스톤축(A4))을 따라 병진을 허용하면서 측정축(즉, 도 5 내지 10에 도시된 피스톤축(A4))에 수직인 평면에 고정되어야 한다. 짐벌 축(A1, A2)들의 자유 회전을 유지함으로써, 접촉 부재(114)가 워크피스(14)의 표면 컨투어를 능동적으로 따라갈 수 있게 한다. 짐벌 베이스(110)를 피스톤축(A4)를 따라 직선 운동으로 제한되는 피스톤(180)(도 8 내지 11)에 견고하게 연결함으로써, 제 1 짐벌축(A1)은 피스톤축(A4)에 수직인 평면 내에 한정되고, 그리고 다시 도 3의 122로 표시된 화살표로 나타낸 바와 같이, 피스톤축(A4) 방향으로만 자유롭게 이동할 수 있게 한다. 피스톤축(A4)은, 공구축(A0)에 평행하게 정렬될 수 있거나 또는 공구축(A0) 및 피스톤축(A4)이 서로에 대해 약간 기울어진 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 그것에 대해 경사질 수 있다.
이제 도 10 및 11을 함께 참조하면, 피스톤(180)은 피스톤(180)의 상단부에 결합된 케이지(194)에 의해 선형 운동으로 제한된다. 도시된 실시예에 따르면, 케이지(194)는 피스톤(180)을 수용하는 컨투어 팔로워 장치(100)의 하우징(190) 내에 고정된 대응하는 복수의 선형 가이드 샤프트(196)와 맞물리는 복수의 베어링(195)을 포함한다. 이는 피스톤(180)을 피스톤축(A4)를 따라 선형 가이드 샤프트(196)에 평행한 양방향 운동으로 제한한다. 이러한 이동 제한은, 접촉 부재(114)의 짐벌 이동이 짐벌 어셈블리(102)의 전체 수직 변위로부터 독립적으로 작동하게 한다(이는 공구 경로를 생성할 때 예상되는 것으로부터 워크피스(14)의 표면의 편차로부터 발생될 수 있음). 다시 말하면, 공간 내의 접촉 부재(114)의 방향은 피스톤(180)의 양방향 선형 운동과는 독립적이다. 연장에 의해, 짐벌 어셈블리(102)의 접촉 부재(114)는 워크피스(14)의 표면 상의 피스톤(180) 전체 중량을 견고하게 지지하는 역할을 한다. 피스톤(180), 베어링 케이지(194)와 짐벌 어셈블리(102) 사이의 이러한 관계로 인해, 짐벌 어셈블리(102)는 피스톤(180)의 이동없이 짐벌축(A1, A2)들 회전을 통해 재료 각도의 임의의 변화를 자동으로 보상한다. 워크피스(14)가 워크피스 또는 다른 휨으로 인해 예상된 또는 공칭 상태(nominal state)로부터 벗어나는 경우일 수 있으며, 워크피스(14)의 표면이 기계 초점(42)으로부터 짐벌 어셈블리 초점(104)의 상대적 위치를 변화시키는 방식으로 바뀌는 경우에만 짐벌 어셈블리(102)는 피스톤(180)을 이동하게 한다.
도 10을 참조하면, 피스톤(180)의 이동은 기어랙(gear rack)(182) 및 스퍼기어(spur gear)(184)를 포함하는 랙 및 피니언 어셈블리를 통해 피스톤축(A4)를 따라 측정될 수 있다. 기어랙(182)은 피스톤(180)에 장착되고 스퍼기어(184)는 피니언기어(184)의 회전 위치를 선형 측정치로 변환 시키거나 또는 상관시키는 하우징(190) 내에 견고하게 장착된 로터리 인코더(186)에 장착되고 그 다음에 피드백 제어 시스템에서 기계 초점(42)이 짐벌 어셈블리 초점(104)과 일치하는 상태를 향해 커팅 헤드(22)를 다시 이동하는데 사용될 수 있다. PID 제어 루프 피드백 메커니즘과 같은 다양한 피드백 제어 메커니즘은, 기계 초점(42) 및 짐벌 어셈블리 초점(104)을 일치시키거나 거의 일치되게 유지함으로써, 워크피스(14)의 표면으로부터 노즐 또는 혼합튜브(40)의 정밀한 스탠드오프 거리를 보장하도록 사용될 수 있다.
컨투어 팔로워 장치(100) 및 그 구성요소의 예시적인 실시예의 더욱 상세한 설명은 도 4 내지 11을 참조하여 설명될 것이다.
도 4를 참조하면, 짐벌 어셈블리(102)의 접촉 부재(114)는 처리되는 워크피스(14)의 표면 상에 올라가고 그리고 접촉 부재(114) 내로 가압되거나, 나사 결합되거나(threaded into) 또는 다른 방식으로 접촉 부재(114)와 결합될 수 있는 회전 샤프트(124)를 통해 임의의 편차(deviation)를 병진시킨다. 회전 샤프트(124)는 스위블 암(112)의 말단부(128) 내에 제공된 회전 베어링(126)(예로, 볼 베어링과 같은 롤링 부재 베어링(rolling element bearings)) 내에서 회전하도록 구성된다. 제 2 짐벌축(A2)에 대한 접촉 부재(114)의 회전 운동은, 미리 결정된 제한 내에서 회전 운동을 제한하기 위해 스위블 암(112)의 단부(128)에서 정지피쳐(132)(도 7)와 상호 작용하는 접촉 부재(114)에 제공된 회전 정지부(130)(도 7)를 통해 제한될 수 있다. 이러한 방식으로, 접촉 부재(114)는 예를 들어, 90도 미만 또는 45도 미만으로 전후로 회전 또는 피봇하도록 제한될 수 있다. 스위블 암(112)의 단부(128) 내의 베이링(126)은, 각각 오링(138)으로 밀봉된 페이스 시일(134) 및 나사산 단부캡(136)을 갖는 스위블 암(112)의 대향 측면 각각에서의 오염으로부터 보호될 수 있다.
도 4를 계속해서 참조하면, 접촉 부재(114)의 이동은 스위블 암(112)을 통해 짐벌 베이스(110) 내에서 회전하도록 스위블 암(112)의 근단부(proximal end)(129)에 가압되거나, 나사 결합되거나, 또는 다른 방식으로 결합될 수 있는 다른 회전 샤프트(140)로 더 병진된다. 회전 샤프트(140)는 오링(150)을 갖는 베어링(144), 페이스 시일(146), 및 나사산 단부캡(148)의 유사한 배열체에 의해 보호되고 가이드될 수 있다. 추가로, 회전 샤프트(140)의 단부는, 공기압의 인가시 짐벌 베이스(110)에 대한 스위블 암(112)의 임의의 회전 운동을 방지하는 스위블 락을 제공하기 위해, 짐벌 베이스(110)의 내부 공동(145)에 인가된 공기압이, 짐벌 베이스(110)의 내부 보어(154)를 갖는 숄더(152)에 대항하여 피스톤 부재(142)의 면을 가압할 수 있게 하는, 오링(143)을 갖는 피스톤 부재(142)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 짐벌 어셈블리(102), 특히 스위블 암(112)의 운동은, 워크피스(14)의 부분을 커팅하는 동안 짐벌 어셈블리(102)를 사용하지 않도록 할 때 선택적으로 구속될 수 있다. 보다 상세하게는, 압축 공기는, 내부 공동(145)과 유체 연통하는 짐벌 베이스(110) 내로 가압되거나 또는 다른 방식으로 짐벌 베이스(110)와 결합된 중공 스템(hollow stem)(159)을 통해 숄더(152) 내로 피스톤 부재(142)의 면을 누르기 위한 요구만 있으면 내부 공동(145)에 공급될 수 있다. 추가로, 스위블 암(112)과 짐벌 베이스(110) 사이에서 비정상적인 임의의 이동(travel)이 원하는 작동으로 제한되도록 보장하기 위해, 회전 정지부(156)가 짐벌 베이스(110)에 제공된 정지피쳐(158)와 맞물리도록 스위블 암(112)의 근단부에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 스위블 암(112)은, 예를 들어, 90도 미만 또는 45도 미만으로 전후로 회전 또는 피봇하도록 제한될 수 있다.
도 5를 참조하면, 짐벌 베이스(110)는, 짐벌 어셈블리(102)와, 토크 전달 어셈블리(105) 및 피스톤 어셈블리(106)를 포함하는 짐벌 장착 어셈블리(103)(도 8)를 포함하는 컨투어 팔로워 장치(100)의 나머지 사이의 신속한 연결 및 분리(disconnect) 기능을 제공하기 위해 커플링 배열체(160)를 포함할 수 있다. 커플링 배열체(160)는 하나 또는 그 이상의 다월핀(dowel pins)(162) 또는 다른 정렬 디바이스 및 하나 또는 그 이상의 자기 디바이스를 포함할 수 있다. 다월핀(162) 또는 다른 정렬 디바이스는 접촉 부재(114)에 의해 겪는(experienced) 임의의 토크 또는 병진 운동이 자기 디바이스(164)의 변형없이 결합 어셈블리(mating assembly)(즉, 토크 전달 어셈블리(105))를 통해 전달되도록 한다. 자기 디바이스(164)는, 공기압이 내부 공동(145)에 인가될 때, 짐벌 베이스(110)와 토크 전달 어셈블리(105)의 관련 짐벌 마운트(171) 사이의 기계적인 연결을 파괴하는 것을 방지하는데 크게 도움을 준다.
도 5 내지 8을 참조하면, 예시적인 컨투어 팔로워 장치(100)의 짐벌 어셈블리(102)는, 전술한 커플링 배열체(160)를 통해 토크 전달 어셈블리(105)의 베이스(170)에 연결될 수 있다. 도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 자기 디바이스(164) 및 다월핀(162) 또는 다른 정렬 디바이스는 토크 전달 어셈블리(105)의 베이스(170)에 제공된 체크밸브(172) 내에 중공 스템(159)을 정렬하는데 사용될 수 있다. 스템(159)과 체크밸브(172) 사이의 연결은 전술한 바와 같이 스위블 암(112)의 회전 운동을 선택적으로 방지하기 위해 공기압 공급원(174)과 짐벌 어셈블리(102) 사이의 개방된 공기 통로를 제공한다. 체크밸브(172)의 구성은, 스템(159)이 밀봉하지 못하거나, 또는 짐벌 어셈블리(102)가 제거되는 경우 체크밸브볼(176)이 짐벌 어셈블리(102)로의 공기 공급을 차단하도록 한다. 토크 전달 어셈블리(105)의 베이스(170)는 짐벌 어셈블리(102)로부터의 임의의 운동을 기어랙(182)이 부착된 전술한 피스톤(180)을 통해 병진 운동시키고, 이는 피드백 제어를 위한 선형 운동을 정량화하기 위해 회전 인코더(186)(도 10)에 결합된 스퍼기어(184)(도 10)를 차례로 구동한다.
도 10 및 11을 참조하면, 짐벌 어셈블리(102), 토크 전달 어셈블리(105) 및 피스톤 어셈블리(106)를 포함하는 피스톤 짐벌 어셈블리(169)가 하우징(190) 내에 설치된다. 피스톤(180)에 고정된 기어랙(182)은, 회전 인코더(186)에 부착된 스퍼기어(184)와 맞물린다(mesh). 회전 인코더(186)는 피스톤 짐벌 어셈블리(169)의 모든 이동을 기초로 하는 기준 프레임을 생성하는 인코더 장착 브라켓(201)을 통해 하우징 (190)내에서 정적으로 유지된다. 회전 인코더(186)는 기어랙(182)의 선형 운동을 추정하기 위해 스퍼기어(184)의 회전을 추적한다. 기어랙(182)의 운동은 베어링 케이지(194)를 통해 피스톤축(A4) 및 선형 가이드 샤프트(196)에 평행하게 병진 운동하도록 제한된다. 베어링 케이지(194)는, 피스톤(180)에 고정되고 그리고 회전 인코더(186)의 축에 수직인 피스톤축(A4)을 따라 모든 선형 운동을 한정한다. 이러한 선형 이동은 워크피스(14)의 표면을 따르면 짐벌 어셈블리(102)에 의해 구동될 수 있거나, 대안적으로, 공기압 실린더(200) 또는 하우징(190)에 제공된 다른 액추에이터의 명령된 수축일 수 있다. 공기압 실린더(200) 또는 다른 액추에이터는, 별도의 장착플레이트(202)를 통해 인코더 장착 브라켓(201)에 연결될 수 있다. 공기압 실린더(200) 또는 다른 액추에이터는 베어링 케이지(194)를 상승시키는 토크 암(203)을 회전시킴으로써 짐벌 어셈블리(102)를 상승하도록 작동될 수 있으며, 이에 따라 피스톤 어셈블리(106) 및 짐벌 어셈블리(102)를 상승시킨다. 이러한 방식으로, 짐벌 어셈블리(102)는 능동 구조(active configuration) 안팎으로 전개되고 수축될 수 있다.
도 10을 참조하면, 하우징(190) 내의 내부 구성들은 밀봉된 하우징 캡(191)에 의해 보호될 수 있다. 이에 더하여, 하우징(190)에 대한 짐벌 어셈블리(102)의 연장 및 수축을 허용하는 벨로우즈 어셈블리(193)에 의해 하우징(190)과 토크 전달 어셈블리(105) 사이의 인터페이스가 주변(environment)으로부터 보호될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 컨투어 팔로워 장치(100)는 일련의 장착 브라켓(206, 207, 208)을 통해 유체 제트 커팅 시스템(10)의 리스트(34)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 리스트(34)는 장착 브라켓(207)의 설치를 허용하는 모터 브라켓(206)을 구비할 수 있고, 그리고 조절 브라켓(208)은 컨투어 팔로워 장치(100)를 장착 브라켓(207)에 연결시키는데 사용될 수 있다. 조절 브라켓(208)은 컨투어 팔로워 장치(102)의 짐벌 어셈블리 초점(104)이 기계 초점(42)과 일치하도록 조절되는 것을 허용하는 가변 장착 위치를 제공할 수 있다.
도면들에 도시된 예시적인 컨투어 팔로워 장치(100)는 또한 공구(예로, 노즐 또는 혼합튜브(40)) 또는 관련 구성과 공구의 제어된 경로 내의 장애물과의 충돌을 감지하고 이에 따른 기계의 작동을 조절하기 위한 향상된 시스템 및 관련된 방법을 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 짐벌 어셈블리(102)의 접촉 부재(114)는, 접촉 부재(114) 내에 노즐 또는 혼합튜브(40)를 중심에 유지시키는 기계 초점(42) 상의 중심에 위치된다. 이에 따라, 워크피스 클램프 또는 돌출된 재료의 조각과 같은, 장애물은 노즐 또는 혼합튜브(40)와 접촉하기 전에 접촉 부재(114)와 접촉할 가능성이 가장 높다. 접촉 부재가 노즐 또는 혼합튜브(40)로부터 이격되어 위치되기 때문에, 노즐 또는 혼합튜브(40)에 위험한 타격은 노즐 또는 혼합튜브(40)에 도달하기 전에 접촉 부재(114) 및 짐벌 어셈블리(102)에 토크를 생성한다. 도 5 내지 9를 참조하면, 이러한 토크는, 회전 또는 횡방향 힘을 핀(181)의 수직 운동으로 병진시키기 위해, "V"자형 또는 다른 적절한 형상(예로, 원뿔형)의 램프부(183)를 갖는 시트 내에서 핀(181)(또는 다른 센서 부재)을 회전시키는데 이용된다. 충분한 크기의 핀(181)의 수직 운동은 핀(181)과 제한 스위치(214)의 접촉을 초래하고, 이는 충돌 이벤트 신호를 발생시킨다. 충돌이 감지되지 않을 때, 핀(181)은 견고한 연결이 시뮬레이션되도록 시트의 "V"자형 또는 다른 적절한 형상의 램프부(183) 내에 단단히 위치되어 유지되어야 한다. 이는 시트의 "V"자형 또는 다른 적절한 형상의 램프부(183) 및 토크 전달 어셈블리의 베이스(170) 사이에 스프링(177)을 제공함으로써 달성된다. 특수 형상의 스프링 와셔(178)는 전방향의 타격이 전체 스프링 저항력을 보장하기 위해 스프링을 축방향으로 압축하도록 보장하기 위해 스프링(177)의 단부에 위치한다. 스프링(177)에 인가되는 캔틸레버 하중을 가짐으로써 발생할 수 있는 오작동 유발(false triggers)을 최소화 또는 제거하기 위해서는 전체 스프링 저항력이 요구된다.
도 6 및 7을 참조하면, 토크 전달 어셈블리(105)의 베이스(170)는 짐벌 어셈블리(102)와 접하기 위한 짐벌 마운트(171)를 포함한다. 베이스(170)는 또한 체크밸브(172)에 압축 공기를 공급하기 위한 공기압 피팅(pneumatic fitting)(175)를 포함한다. 체크밸브(172)는 짐벌 어셈블리(102)가 연결되지 않을 때 기류(airflow)를 차단(seal off)하기 위한 체크볼(176)을 수용한다. 짐벌 마운트(171)는 치명적인 충돌이 발생할 경우 전단되도록 설계된 두 개의 패스너(168)를 통해 토크 전달 어셈블리(105)의 베이스(170)에 연결된다. 짐벌 마운트(171)는, 짐벌 어셈블리(102)의 짐벌 베이스(110) 내의 대응하는 자기 디바이스(164)와 결합하기 위한 두 개의 자기 디바이스(165)를 수용하며 그리고 대응하는 다월핀(162) 또는 짐벌 어셈블리(102)의 다른 정렬피쳐를 수용하고 정렬하기 위한 복수의 개구(163)를 포함한다. 압축 스프링(177), 스프링 와셔(178), 및 충돌 센서 베이스(179)는 모두 토크 전달 어셈블리(105)의 베이스(170)와 충돌 센서핀(181) 사이에 끼워진다. 압축 스프링(177)은 충돌 센서핀(181)이 충돌 센서 베이스(179) 내의 시트의 "V"자형 또는 다른 적절한 형상의 램프부(183)에 분명히 고정되도록 한다. 압축 스프링(177)에 대한 모든 하중이 축방향으로 가해짐으로써, 스프링 와셔(178)는 충돌 이벤트 중 힘 적용 벡터에 관계없이 완전한 스프링 저항력을 보장한다. 충돌 센서 베이스(179) 내의 시트의 "V"자형 또는 다른 적절한 형상의 램프부(183)는, 충돌 센서핀(181)과 충돌 센서 베이스(179) 사이의 상대 회전 또는 횡방향 운동을 수직 운동으로 변환시키고 그리고 충돌과 관련된 방해물의 정리 후에 충돌 센서핀(181)이 자동으로 원래의 위치로 복귀하는 것을 보장한다. 토크 전달 어셈블리(105)의 베이스(170)와 충돌 센서핀(181) 사이의 회전 운동은, 충돌 센서핀의 키형 보어(keyed bore) 및 그에 대응하는 형상의 부분을 통해 함께 고정되며, 이는 파스너(188)에 의해 제자리에 고정될 수 있고 적절한 와셔(189)(예로, 테프론 와셔(Teflon washer))의 사용을 통해 주변으로부터 보호될 수 있다. 충돌 센서 베이스(179)는 피스톤축(A4)을 따라 양방향으로 이동하도록 구속된 피스톤 어셈블리(106)에 고정됨으로써 회전이 방지된다.
도 8을 참조하면, 짐벌 어셈블리(102) 및 토크 전달 어셈블리(105)는 피스톤 어셈블리(106)에 결합된다. 피스톤 어셈블리(106)는, 제한 스위치(214)를 포함하는 제한 스위치 하우징(212)이 토크 전달 어셈블리(105) 상의 바닥에 놓이도록 하는 두 개의 압축 스프링(210)을 포함한다. 압축 스프링(210)은, 치명적인 충돌의 경우 제한 스위치 하우징(212)이 제한 스위치(214)의 트리거 지점(trigger point)을 너머 위로 이동할 수 있게 한다. 제한 스위치(214)는 제한 스위치 하우징(212) 내에서 리세스되어 제한 스위치(214)의 자연 상태(natural state)는 토크 전달 어셈블리(105)에 의해 영향을 받지 않는다. 이에 따라, 제한 스위치(214)가 토크 전달 어셈블리(105)에 의해 맞물리는 것은 단지 충돌하는 동안이다. 전술한 바와 같이, 피스톤 어셈블리(106)는 하우징(190) 내에 수용되며 피스톤(180)에 부착되는 베어링 케이지(194)를 가이드하는 선형 가이드 샤프트(196)의 어셈블리에 의해 양방향으로 이동하도록 구속된다. 충돌 시, 베어링 케이지(194)와 선형 가이드 샤프트(196)의 상호 작용은, 핀(181)이 시트의 "V"자형 또는 다른 적절한 형상의 램프부(183) 내로 구동됨에 따라, 제한 스위치(214)를 맞물리는데 필요한 핀(181)의 상대적인 선형 운동을 생성하는 충돌 센서 베이스(179)의 임의의 회전 운동을 제한한다. 이러한 방식으로, 컨투어 팔로워 장치(100)의 예시적인 실시예는 시스템 성능을 향상시키기 위해 노즐 또는 혼합튜브(40)의 스탠드오프 거리를 정확하게 유지하기 위한 피드백 제어 기능을 유리하게 제공하는 짐벌 어셈블리(102)의 동역학(dynamics)의 손해없이 충돌 검출 기능을 제공할 수 있다.
도 12 및 13은 접촉 부재(114) 대신에 도 1 내지 11에 도시된 전술한 짐벌 어셈블리(102)와 사용될 수 있는 접촉 부재(314, 414)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 도 12에 도시된 접촉 부재(314)는 마모될 때 또는 아니면 필요할 때 대체될 수 있는 교체 가능한 요소를 제공하기 위해 환형 베이스(316) 및 환형 베이스(316)에 제거 가능하게 결합 가능한 슬라이드 부재(318)를 포함한다. 슬라이드 부재(318)는 커팅 작동 중 워크피스의 표면 상에서 부드럽게 슬라이딩되기 위한 저마찰 계면(low friction interface)을 제공하는 재료(예로, UHMW)로 형성될 수 있다. 슬라이드 부재(318)는 워크피스와의 간헐적인 접촉을 용이하게 하는 스캘럽(scallops)(320), 톱니 형상 또는 다른 피쳐를 포함하며 그리고 접촉 부재(314)에 의해 제공되는 스탠드오프 피드백 기능을 다른 방법으로 방해하거나 또는 충격을 주는 풀링(pooling) 및/또는 수막현상(hydroplaning)을 방지하기 위해 워터 스프레이, 연마제 및 다른 물질이 스캘럽, 톱니 형상 또는 다른 피쳐를 통해 탈출하게 할 수 있다. 슬라이드 부재(318)는 환형 베이스(316)의 대응하는 커플링 피쳐(324)(예로, 그루브)와 맞물리기 위한 하나 또는 그 이상의 커플링 피쳐(322)(예로, 탄성탭 또는 클립)를 포함하여 슬라이드 부재(318)가 환형 베이스(316)에 견고하게 부착될 수 있다. 도 13에 도시된 접촉 부재(414)는 커팅 작동 중 워크피스의 표면 상에 올라가기 위한 인터페이스를 집합적으로 정의하는 환형 베이스(416) 및 브러쉬 부재(418)의 배열체를 포함한다. 브러쉬 부재(418)는 플렉서블하고 탄성이 있을 수 있고 그리고 접촉 부재(414)에 의해 제공되는 스탠드오프 피드백 기능을 다른 방법으로 방해하거나 또는 충격을 주는 풀링(pooling) 및/또는 수막현상(hydroplaning)을 방지하기 위해, 워터 스프레이, 연마제 및 다른 물질이 브러쉬 부재(418) 사이를 통과하도록 서로 이격될 수 있다. 도 12 및 13에 도시된 접촉 부재(314, 414)들은, 부착되는 짐벌 어셈블리(102)의 나머지에 대해 상기 접촉 부재(314, 414)들의 접촉 계면에 의해 정의된 평면(P)의 위치의 변화없이 도 1 내지 11의 예시적인 실시예에 도시된 접촉 부재(114)를 각각 직접적으로 대체할 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 넓고 다양한 접촉 부재(114, 314, 414)들이 본원에 기술된 장치, 시스템 및 관련된 방법과 연결하여 상호 교환 가능하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
본원에 기술된 컨투어 팔로워 장치(100) 및 관련된 구성들 및 서브-어셈블리(sub-assemblies)의 예시적인 실시예에 따르면, 기계 초점(42)을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축(B, C)들을 갖는 다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 공구(예로, 유체 제트 커팅 헤드(22)의 노즐 또는 혼합튜브(40))의 스탠드오프 거리를 제어하는 관련 방법이 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는, 기계 초점을 정의하도록 교차하는 2개의 비평행 및 비직교의 회전축(B, C)를 갖는 다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 유체 제트 커팅 헤드(22)의 노즐 또는 혼합튜브(40)의 스탠드오프 거리를 조절하는 방법은 이하를 포함하는 것을 제공할 수 있다: 워크피스(104)의 표면 상에 올라가는 유체 제트 커팅 헤드(22)와 관련된 짐벌 어셈블리(102)와 같이 처리되는 워크피스(14)에 대해 유체 제트 커팅 헤드(22)를 조작하는 단계로서, 짐벌 어셈블리(102)는 짐벌 어셈블리 초점(104)을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축(A1, A2)를 포함하는 조작 단계, 및 노즐 또는 혼합튜브(40)의 스탠드오프 거리를 조절하기 위해 기계 초점(42)과 짐벌 어셈블리 초점(104) 사이의 편차를 감지하는 단계. 상기 방법은, 예를 들어, 감지된 편차에 반응하여 커팅 헤드(22)를 워크피스(14)쪽으로 및 워크피스(14)로부터 멀리 이동시키기 위해 또다른 병진축(Z)을 따라 커팅 헤드(22)를 조절하는 것과 같이, 기계 초점(42)과 짐벌 어셈블리 초점(104)이 일치하는 상태를 향하여 노즐 또는 혼합튜브(40)의 스탠드오프 거리를 조절하는 단계를 더 포함한다. 이것은 PID 제어 루프 피드백 메카니즘과 같이, Z축 조절(및/또는 기계의 다른 X, Y, B, C 축들의 이동)을 통해 기계 초점(42) 및 짐벌 어셈블리 초점(104)을 일치시키거나 또는 거의 일치되게 유지시켜, 그 결과 워크피스(14)의 표면으로부터 노즐 또는 혼합튜브(40)의 정확한 스탠드오프 거리를 보장시키는 다양한 피드백 제어 메카니즘을 포함할 수 있다.
일부 예에서는, 짐벌 어셈블리(102)는 짐벌 베이스(110), 제 1 회전축(A1)에 대하여 회전하도록 짐벌 베이스(110)에 회전 가능하도록 결합된 스위블 암(112), 및 짐벌 어셈블리 초점(104)을 정의하기 위해 제 1 회전축(A1)과 교차하는 제 2 회전축(A2)에 대하여 회전하도록 스위블 암(112)과 회전 가능하도록 결합된 접촉 부재(114)를 포함하며, 접촉 부재(114)는, 작동 중 워크피스(14)의 표면 상에 올라가고 그리고 짐벌 어셈블리 초점(104)을 포함하는 기준면(P)을 정의하도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐(116)를 포함할 수 있다. 이와 같은 예에서는, 기계 초점(42)과 짐벌 어셈블리 초점(104) 사이의 편차를 감지하는 단계는 짐벌 어셈블리(102)가 워크피스(14)의 표면 상에 올라가는 동안 짐벌 베이스(110)의 선형 변위를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 기계 초점(42)과 짐벌 어셈블리 초점(104) 사이의 편차를 감지하는 단계는 짐벌 어셈블리(102)가 제 1 및 제 2 회전축(A1, A2)에 대한 스위블 암(112) 및 접촉 부재(114) 각각의 회전 이동을 통해 워크피스(14)의 토포그래피의 변화를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 짐벌 어셈블리(102)를 갖는 공구(예로, 노즐 또는 혼합튜브(40))의 스탠드오프 거리를 제어하는 방법은 짐벌 어셈블리(102)와 다른 오브젝트의 충돌을 감지하는 단계 및 충돌에 반응하여 다축 기계의 작동을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다(예로, 충돌의 최소화 또는 제거하기 위해 기계를 셧다운시키거나 또는 이동을 제어하는 단계). 일부 예에서, 충돌을 감지하는 단계는, 충돌 동안 짐벌 어셈블리(102)에 인가된 충격을 충돌 이벤트 신호를 생성하기 위해 센서 부재(예로, 센서핀(181))의 수직 이동으로 변환하는 단계를 포함한다.
도 2 내지 11에 도시된 컨투어 팔로워 장치(100)과 구성 및 서브-어셈블리의 예시적인 실시예를 참조하여 특정의 구체적인 세부 사항이 도시되고 기술되었으나, 당업자는 다른 실시예가 하나 또는 그 이상의 구체적인 세부 사항 없이 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 컨투어 팔로워 장치의 하나 또는 그 이상의 실시예들은 충돌 검출 기능이 함께 결여될 수 있다. 또한, 다른 컨투어 팔로워 장치의 실시예들은 피스톤(180)과 관련된 랙기어(182), 스퍼기어(184) 및 기계 초점(42)으로부터 짐벌 어셈블리 초점(104)의 임의의 편차를 검출하기 위해 짐벌 베이스(110)의 선형 변위를 감지하는 회전 인코더(186)가 결여될 수 있다. 대신에, 회전 인코더는 접촉 부재(114)의 정확한 방향이 계산될 수 있도록 짐벌축(A1, A2)에 장착될 수 있다. 공간 및 방향 모두에서, 이러한 계산은 접촉 부재(114)가 워크피스(14)의 표면과 접촉할 때 워크피스(14)의 표면이 위치될 수 있게 한다. 이러한 방식으로 표면 위치 및 방향을 찾는 것은 복잡성을 감소시키고 처리 능력을 증대시키게 한다.
또한, 도면에 도시된 짐벌 어셈블리(102)의 예시적인 실시예가 2개의 짐벌축(A1, A2)을 포함하지만, 2개 초과의 짐벌축을 갖는 짐벌 어셈블리가 제공될 수 있음을 알 수 있다.
유체 제트 커팅 시스템(10)의 노즐 또는 혼합튜브(40)과 및 워크피스(14)사이의 원하는 스탠드오프 거리를 유지하는 것과 관련하여 실시예들이 본원에 기술되었으나, 본원에 기술된 시스템 및 방법의 양태는 처리 작동 중에 워크피스(14)와 원하는 맞물림 깊이에서 공구(예로, 라우터 비트)를 유지하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.
또 다르게, 실시예들이 고정된 또는 일정한 스탠드오프 거리를 유지하는 것과 관련하여 설명되었지만, 본원에 설명된 시스템 및 방법은 커팅 작동의 적어도 일부 동안 스탠드오프 거리를 동적으로 제어하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수있다. 예를 들어, 유체 제트로 워크피스를 관통시킬 때와 같은, 특정한 활동 중에, 워크피스의 재료가 관통될 때 스탠드오프 거리를 변화시키는 것이 유리하다. 본원에 기술된 시스템 및 방법은 그에 따라 스탠드오프 거리를 제어하기 위해 스탠드오프 거리 피드백 루프를 제공할 수 있다.
추가로, 실시예들은 기계 초점(42)을 짐벌 어셈블리 초점(104)과 일치하거나 거의 일치하도록 조절함으로써 고정된 또는 일정한 스탠드오프 거리를 유지하는 것과 관련하여 설명되었지만, 일부 실시예에서는 노즐의 스탠드오프 거리는 기계 초점(42)과 짐벌 어셈블리 초점(104) 사이의 거리가 미리 결정된 값인 상태를 향해 조절될 수 있다. 예를 들어, 일부 커팅 동작 중에 기계 초점(42)을 짐벌 어셈블리 초점(104) 위의 미리 결정된 거리에 유지하고 따라서 커팅 작동의 적어도 일부 동안 워크피스(14)의 표면을 유지하는 것이 유리할 수 있다.
본원에 기술된 짐벌 어셈블리 및 관련된 방법론의 양태는, 기계 초점이 전부 결여되는 것을 포함하는, 광범위한 다축 기계와 관련하여 사용될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 상기에 기술된 다양한 실시예의 양태 및 특징들은 다른 실시예를 제공하기 위해 결합될 수 있다. 본 명세서에서 언급되거나 및/또는 출원 데이터 시트에 나열된 미국 특허, 미국 특허 출원 간행물, 미국 특허 출원, 외국 특허, 외국 특허 출원 및 비특허 간행물은 모두 본원에 참고로 인용되며, 2015년 10월 23일에 출원된 미국 특허 출원 제14/921,394호를 포함한다. 또다른 실시예를 제공하기 위해 다양한 특허, 출원 및 간행물의 개념 또는 특징을 사용할 필요가 있는 경우, 실시예의 양태들은 변형될 수 있다.
전술한 상세한 설명을 고려하여 실시예들에 대한 이러한 변경 및 다른 변경이 이루어질 수 있다. 일반적으로, 이하의 특허청구범위에서, 사용된 용어는 특허청구범위를 명세서 및 특허청구범위에 개시된 특정 실시예로 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 그러한 특허청구범위가 부여되는 균등물의 전체 범위와 함께 모든 가능한 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (45)
- 다축 기계의 공구 및 상기 공구에 의해 처리되는 워크피스(workpiece) 사이의 공간적 관계를 유지하는 것을 보조하는 다축 기계용 짐벌(gimbal) 어셈블리로서, 상기 다축 기계는 기계 초점(focal point)을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축을 포함하며,
제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암(swivel arm); 및
짐벌 어셈블리 초점을 정의하도록 상기 제 1 회전축과 교차하는 제 2 회전축에 대하여 상기 스위블 암에 회전 가능하게 결합된 접촉 부재로서, 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가고(ride upon) 상기 짐벌 어셈블리 초점을 포함하는 기준면을 정의하도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐(surface feature)를 포함하는 접촉 부재; 를 포함하며,
상기 짐벌 어셈블리는, 작동 중 상기 접촉 부재가 상기 워크피스의 표면 상에 올라갈 때, 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지할 수 있게 하는,
짐벌 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리는 짐벌 베이스를 포함하며, 상기 짐벌 어셈블리는 상기 짐벌 어셈블리 초점으로부터의 상기 기계 초점의 편차가 상기 짐벌 베이스의 대응하는 변위가 되도록 구성되는,
짐벌 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리가 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 동시에 감지할 수 있게 하는 동안, 상기 제 1 및 제 2 회전축 각각에 대한 상기 스위블 암 및 상기 접촉 부재의 회전 운동을 통해 상기 워크피스의 토포그래피(topography)의 변화에 조절되도록 구성된,
짐벌 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 회전축에 대한 상기 스위블 암의 회전 또는 상기 제 2 회전축에 대한 상기 접촉 부재의 회전을 선택적으로(selectively) 방지하는 적어도 하나의 스위블 락; 을 더 포함하는,
짐벌 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 회전축에 대한 상기 스위블 암의 회전 또는 상기 제 2 회전축에 대한 상기 접촉 부재의 회전을 제한하는 적어도 하나의 회전 정지부(rotational stop); 를 더 포함하는,
짐벌 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서,
상기 스위블 암 및 상기 접촉 부재의 각각 감지된 회전 위치에 기초하여 상기 워크피스의 표면 토포그래피를 측정하기 위한 인코더; 를 더 포함하는,
짐벌 어셈블리.
- 제 1 항에 있어서,
상기 스위블 암 및 상기 접촉 부재의 각각 감지된 회전 위치에 기초하여 상기 워크피스의 표면 토포그래피를 측정하고 상기 표면 토포그래피에 대하여 정의된 방향으로 상기 공구를 유지하기 위한 인코더; 를 더 포함하는,
짐벌 어셈블리.
- 다축 기계의 공구 및 상기 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하는 것을 보조하는 다축 기계용 컨투어 팔로워(contour follower) 장치로서, 상기 다축 기계는 기계 초점(focal point)을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축을 포함하며,
상기 컨투어 팔로워 장치는
센서; 및
작동 중 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스의 표면 상에 올라갈 때, 상기 기계 초점과 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하기 위해 상기 센서와 작동될 수 있는 짐벌 어셈블리; 를 포함하는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리를 상기 다축 기계에 연결하고 상기 짐벌 어셈블리와 다른 오브젝트(object)와의 충돌 이벤트(collision event)를 감지하기 위한 짐벌 장착 어셈블리; 를 더 포함하는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리는, 상기 짐벌 어셈블리를 상기 짐벌 장착 어셈블리에 탈착 가능하게 결합시키는 커플링 배열체(coupling arrangement)를 포함하며, 상기 커플링 배열체는 패스너(fastener)를 조작하지 않고 상기 짐벌 장착 어셈블리로부터 상기 짐벌 어셈블리의 분리를 허용하도록 구성된,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 10 항에 있어서,
상기 커플링 배열체는, 상기 짐벌 어셈블리의 베이스 및 상기 짐벌 장착 어셈블리의 베이스 사이의 미리 결정된 공간적 관계를 설정하고 유지하는 적어도 하나의 정렬 디바이스 및 상기 짐벌 어셈블리의 베이스 및 상기 짐벌 장착 어셈블리의 베이스를 함께 누르는 적어도 하나의 자기 디바이스를 포함하는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 짐벌 장착 어셈블리는, 충돌 센서와 충돌 이벤트 중 상기 충돌 센서가 충돌 이벤트 신호를 생성하기 위해 변위되는 센서 부재를 포함하는 충돌 센서 배열체를 포함하는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는 램프(ramp)를 포함하고, 그리고 상기 센서 부재는 충돌 이벤트 중 상기 충돌 센서가 충돌 이벤트 신호를 생성하기 위해 상기 램프에 의해 수직으로 이동하게 강제되는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는, 작동 중 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스 상에 올라갈 때 상기 짐벌 어셈블리의 이동을 손상시키지 않기 위해 상기 짐벌 어셈블리로부터 이격되어 위치되는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 짐벌 장착 어셈블리는 상기 공구에 대해 선형으로 움직이게 구속되는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 짐벌 장착 어셈블리는, 상기 짐벌 어셈블리와 충돌 이벤트 중 탈주하는 상기 다축 기계 사이에 강성의 연결을 제공하도록 구성되는,
컨투어 팔로워 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리를 능동 구조 내외로 전개 및 후퇴하기 위한 적어도 하나의 액추에이터(actuator)를 더 포함하는,
컨투어 팔로워 장치.
- 유체 제트 커팅 시스템으로서,
기계 초점을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축을 포함하는 다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 유체 제트 커팅 헤드로서, 워크피스를 처리하는 작동 중 고압 유체 제트가 토출되는 노즐을 포함하는 유체 제트 커팅 헤드; 및
센서와 제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암을 포함하는 짐벌 어셈블리, 및 짐벌 어셈블리 초점을 정의하는 상기 제 1 회전축과 교차하는 제 2 회전축에 대하여 회전하는 상기 스위블 암에 회전 가능하게 결합된 접촉 부재를 포함하는 컨투어 팔로워 장치로서, 상기 접촉 부재는 작동 중에 상기 워크피스의 표면 상에 올라가고 상기 짐벌 어셈블리 초점을 포함하는 기준면을 정의하도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐를 포함하는 컨투어 팔로워 장치; 를 포함하고,
상기 센서는, 작동 중에 상기 접촉 부재가 상기 워크피스의 표면 상에 올라갈 때 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하도록 상기 컨투어 팔로워 장치의 상기 짐벌 어셈블리와 함께 동작하는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 18 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리를 상기 다축 기계에 연결하고 상기 짐벌 어셈블리와 다른 오브젝트와의 충돌 이벤트를 감지하도록 구성된 짐벌 장착 어셈블리; 를 더 포함하는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 18 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리가 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지할 수 있게 하는 동안과 동시에, 상기 제 1 및 제 2 회전축에 대한 상기 스위블 암 및 상기 접촉 부재 각각의 회전 운동을 통해 상기 워크피스의 토포그래피의 변화에 조정되도록 구성된,
유체 제트 커팅 시스템.
- 기계 초점을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축을 갖는 다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 유체 제트 커팅 헤드의 노즐의 스탠드오프(standoff) 거리를 조절하는 방법으로서,
상기 유체 제트 커팅 헤드와 관련된 짐벌 어셈블리가 워크피스의 표면 상에 올라가도록 처리될 워크피스에 대해 상기 유체 제트 커팅 헤드를 조작하는 단계로서, 상기 짐벌 어셈블리는 짐벌 어셈블리 초점을 정의하도록 교차하는 2개의 회전축을 포함하는, 조작 단계; 및
상기 노즐의 스탠드오프 거리를 조정하기 위해 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 단계; 를 포함하는,
방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점이 일치하는 상태를 향하여 상기 노즐의 스탠드오프 거리를 조정하는 단계; 를 더 포함하는,
방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 노즐의 스탠드오프 거리를 조정하기 위해 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 단계는, 접촉 부재가 작동 중에 상기 워크피스 표면 상에 올라갈 때 상기 노즐 및 상기 워크피스의 표면 사이의 거리의 변화를 감지하는 것을 포함하는,
방법.
- 제 23 항에 있어서,
상기 노즐과 상기 워크피스의 표면 사이의 거리 변화를 감지할 때, 상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점이 일치하지 않는,
방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 거리가 미리 결정된 값인 상태를 향하여 상기 노즐의 스탠드오프 거리를 조정하는 단계; 를 더 포함하는,
방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리는 짐벌 베이스, 제 1 회전축에 대하여 회전하도록 상기 짐벌 베이스에 회전 가능하게 결합된 스위블 암, 및 상기 짐벌 어셈블리 초점을 정의하기 위해 상기 제 1 회전축과 교차하는 제 2 회전축에 대하여 회전하도록 상기 스위블 암에 회전 가능하게 결합된 접촉 부재를 포함하며,
상기 접촉 부재는, 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가고(ride upon) 상기 짐벌 어셈블리 초점을 포함하는 기준면을 정의하도록 배열된 하나 이상의 표면 피쳐를 포함하며,
상기 기계 초점과 상기 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 단계는, 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스의 표면 상에 올라가는 동안 상기 짐벌 베이스의 변위를 감지하는 단계를 포함하는,
방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 기계 초점과 짐벌 어셈블리 초점 사이의 편차를 감지하는 단계는, 상기 짐벌 어셈블리가 상기 제 1 및 제 2 회전축 각각에 대한 스위블 암 및 접촉 부재의 회전 이동을 통해 상기 워크피스의 토포그래피의 변화에 조정되는 단계를 포함하는,
방법.
- 제 21 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리와 다른 오브젝트와의 충돌을 감지하는 단계; 및
상기 충돌에 반응하여 상기 다축 기계의 작동을 조정하는 단계; 를 더 포함하는,
방법.
- 제 21 항에 있어서,
충돌을 감지하는 단계는, 상기 충돌 동안 상기 짐벌 어셈블리에 인가된 충격을 충돌 이벤트 신호를 생성하기 위해 센서 부재의 수직 이동으로 변환하는 단계를 포함하는,
방법.
- 다축 기계의 공구 및 다른 오브젝트 사이에 임박한 충돌의 감지를 보조하는 다축 기계용 충돌 검출 시스템으로서,
작동 중 워크피스의 표면 상에 올라가도록 구성된 컨투어 팔로워 장치; 및
임박한 충돌을 감지하도록 상기 컨투어 팔로워 장치에 작동 가능하게 결합된 충돌 센서 배열체(collision sensor arrangement)로서, 충돌 센서 및 센서 부재를 포함하며, 상기 센서 부재는 충돌 이벤트 중 상기 센서 부재에 인가된 토크가 상기 충돌 센서와 맞물려 상기 센서 부재의 변위로 변환되어 상기 충돌 센서가 충돌 이벤트 신호를 생성하도록 구속되는,
충돌 검출 시스템.
- 제 30 항에 있어서,
상기 컨투어 팔로워 장치는 짐벌 어셈블리를 포함하며, 상기 짐벌 어셈블리는 제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암 및 제 2 회전축에 대하여 회전하도록 상기 스위블 암에 회전 가능하게 결합된 접촉 부재를 포함하고, 상기 접촉 부재는 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐를 포함하는,
충돌 검출 시스템.
- 제 31 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는, 작동 중 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스 상에 올라갈 때 상기 짐벌 어셈블리의 이동을 손상시키지 않기 위해 상기 짐벌 어셈블리로부터 이격되어 위치되는,
충돌 검출 시스템.
- 제 31 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는, 상기 공구에 대해 선형으로 움직이게 구속되는 장착 어셈블리의 일부인,
충돌 검출 시스템.
- 제 33 항에 있어서,
상기 장착 어셈블리는, 상기 짐벌 어셈블리와 충돌 이벤트 중 탈주하는 상기 다축 기계 사이에 강성의 연결을 제공하도록 구성되는,
충돌 검출 시스템.
- 제 30 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는 램프부를 갖는 시트를 포함하고, 그리고 상기 센서 부재는 상기 충돌 이벤트 중 상기 충돌 센서가 상기 충돌 이벤트 신호를 생성하게 하도록 상기 시트의 램프부에 의해 수직으로 이동이 강제되는,
충돌 검출 시스템.
- 제 35 항에 있어서,
상기 센서 부재는 상기 시트를 향해 편향되는,
충돌 검출 시스템.
- 유체 제트 커팅 시스템으로서,
다축 기계;
상기 다축 기계를 통해 공간에서 조작 가능한 유체 제트 커팅 헤드로서, 작동 중 워크피스를 처리하기 위해 고압 유체 제트가 토출되는 노즐을 포함하는 유체 제트 커팅 헤드; 및
상기 다축 기계에 결합되고, 작동 중 상기 유체 제트 커팅 헤드의 노즐의 근방에서 상기 워크피스의 표면 상에 올라가도록 구성된 짐벌 어셈블리; 를 포함하는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 37 항에 있어서,
상기 짐벌 어셈블리는, 제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암 및 제 2 회전축에 대하여 회전하도록 상기 스위블 암에 회전 가능하게 결합된 접촉 부재를 포함하며, 상기 접촉 부재는 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐를 포함하는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 37 항에 있어서,
상기 다축 기계의 노즐 및 다른 오브젝트 사이에 임박한 충돌을 감지하도록 상기 짐벌 어셈블리에 작동 가능하게 결합된 충돌 센서 배열체; 를 더 포함하는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 39 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는, 작동 중 상기 짐벌 어셈블리가 상기 워크피스 상에 올라갈 때 상기 짐벌 어셈블리의 이동을 손상시키지 않기 위해 상기 짐벌 어셈블리로부터 이격되어 위치되는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 39 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는, 상기 유체 제트 커팅 헤드의 노즐에 대해 선형으로 움직이게 구속되는 짐벌 장착 어셈블리의 일부인,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 41 항에 있어서,
상기 짐벌 장착 어셈블리는, 상기 짐벌 어셈블리와 충돌 이벤트 중 탈주하는 상기 다축 기계 사이에 강성의 연결을 제공하도록 구성된,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 39 항에 있어서,
상기 충돌 센서 배열체는 램프부를 갖는 시트를 포함하고, 그리고 센서 부재는 충돌 이벤트 중 상기 충돌 센서가 충돌 이벤트 신호를 생성하게 하도록 상기 시트의 램프부에 의해 수직으로 이동이 강제되는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 제 43 항에 있어서,
상기 센서 부재는 상기 시트를 향해 편향되는,
유체 제트 커팅 시스템.
- 다축 기계의 공구 및 상기 공구에 의해 처리되는 워크피스 사이의 공간적 관계를 유지하는 것을 보조하는 다축 기계용 짐벌 어셈블리로서,
제 1 회전축에 대하여 회전할 수 있는 스위블 암; 및
제 2 회전축에 대하여 회전하도록 상기 스위블 암에 회전 가능하게 결합된 접촉 부재로서, 작동 중 상기 워크피스의 표면 상에 올라가도록 배열된 하나 또는 그 이상의 표면 피쳐를 포함하는 접촉 부재; 를 포함하며,
상기 짐벌 어셈블리는 작동 중 상기 접촉 부재가 상기 워크피스의 표면 상에 올라갈 때 상기 공구 및 상기 워크피스의 표면 사이의 거리의 변화를 감지할 수 있게 하는,
짐벌 어셈블리.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/921,394 US9636798B1 (en) | 2015-10-23 | 2015-10-23 | Contour follower apparatus and related systems and methods |
| US14/921,394 | 2015-10-23 | ||
| PCT/US2016/057970 WO2017070387A1 (en) | 2015-10-23 | 2016-10-20 | Contour follower apparatus and related systems and methods |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180070686A KR20180070686A (ko) | 2018-06-26 |
| KR102562737B1 true KR102562737B1 (ko) | 2023-08-03 |
Family
ID=57233886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187014426A KR102562737B1 (ko) | 2015-10-23 | 2016-10-20 | 컨투어 팔로워 장치 및 관련 시스템과 방법 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9636798B1 (ko) |
| EP (1) | EP3365136B1 (ko) |
| JP (1) | JP7208792B2 (ko) |
| KR (1) | KR102562737B1 (ko) |
| AU (1) | AU2016341958B2 (ko) |
| ES (1) | ES2773762T3 (ko) |
| WO (1) | WO2017070387A1 (ko) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD802634S1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-11-14 | Flow International Corporation | Contour follower for a fluid jet cutting machine |
| USD802636S1 (en) * | 2015-10-30 | 2017-11-14 | Flow International Corporation | Contour follower for a fluid jet cutting machine |
| USD802635S1 (en) * | 2015-10-30 | 2017-11-14 | Flow International Corporation | Contour follower for a fluid jet cutting machine |
| JP6469159B2 (ja) * | 2017-04-10 | 2019-02-13 | ファナック株式会社 | 接触センサによるワーク位置検出プログラム生成機能を備えたオフラインプログラミング装置及び方法 |
| TWI618602B (zh) * | 2017-06-03 | 2018-03-21 | Waterjet cutting device | |
| WO2019090058A1 (en) * | 2017-11-05 | 2019-05-09 | Kiffer Industries, Inc. | Method and apparatus for water jet cutting standoff height |
| CN110253442A (zh) * | 2019-07-25 | 2019-09-20 | 杭州博砾得科技有限公司 | 超高压水切割设备随动喷头 |
| WO2021047777A1 (en) * | 2019-09-12 | 2021-03-18 | Kuka Systems Aerospace Sas | Measurement device for monitoring robot-guided processing of a work piece surface and related method |
| IT202000010936A1 (it) * | 2020-05-13 | 2021-11-13 | Cms Spa | Centro di lavoro per tagliare oggetti |
| CN111993286A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-11-27 | 江苏富技腾机电科技有限公司 | 一种多功能刀头及其切割方法 |
| CN112846932A (zh) * | 2021-01-09 | 2021-05-28 | 陈力红 | 一种数控机床的实时防碰撞装置 |
| EP4070927A1 (en) * | 2021-04-08 | 2022-10-12 | Stacmol Ricerca E Sviluppo S.r.l. | Cutting head |
| CN113432551A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 哈尔滨工业大学 | 基于多轴精密运动机构的微小零件三维形貌测量方法 |
| JP7424589B2 (ja) | 2021-11-19 | 2024-01-30 | 三菱重工業株式会社 | 加工方法 |
| CN114310677A (zh) * | 2022-01-05 | 2022-04-12 | 江苏华臻航空科技有限公司 | 磨料水射流柔性智能六轴切割平台3d曲面切割工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010015514A1 (en) * | 2000-02-21 | 2001-08-23 | Atila Babai | Apparatus for the scanning of working levels |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5997790A (ja) * | 1982-11-25 | 1984-06-05 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ−加工機用焦点追従装置 |
| US4786848A (en) * | 1987-07-27 | 1988-11-22 | Davidson Textron Inc. | Water jet trim head simulator |
| US4848042A (en) | 1987-09-09 | 1989-07-18 | Ltv Aerospace And Defense Company | Fluid jet cutting system with standoff control |
| JPH0816732B2 (ja) * | 1990-06-11 | 1996-02-21 | 三菱電機株式会社 | 光素子モジュールの組立方法 |
| JPH04367385A (ja) * | 1991-06-12 | 1992-12-18 | Toshiba Corp | レーザ加工機 |
| JPH07111664B2 (ja) * | 1992-03-18 | 1995-11-29 | 川崎重工業株式会社 | 航空機用ジョイスティックタイプコントローラのフィール機構 |
| JP2603191B2 (ja) * | 1994-02-15 | 1997-04-23 | 東芝セラミックス株式会社 | 薄板傾動装置 |
| US5643058A (en) | 1995-08-11 | 1997-07-01 | Flow International Corporation | Abrasive fluid jet system |
| US6044308A (en) * | 1997-06-13 | 2000-03-28 | Huissoon; Jan Paul | Method and device for robot tool frame calibration |
| US6540586B2 (en) * | 1999-08-25 | 2003-04-01 | Flow International Corporation | Apparatus and methods for collision detection and recovery for waterjet cutting systems |
| US6379214B1 (en) * | 1999-08-25 | 2002-04-30 | Flow International Corporation | Apparatus and methods for z-axis control and collision detection and recovery for waterjet cutting systems |
| US20020066345A1 (en) | 2000-12-06 | 2002-06-06 | Shepherd John D. | Waterjet edge cut taper controlling method |
| US6752685B2 (en) | 2001-04-11 | 2004-06-22 | Lai East Laser Applications, Inc. | Adaptive nozzle system for high-energy abrasive stream cutting |
| US6766216B2 (en) | 2001-08-27 | 2004-07-20 | Flow International Corporation | Method and system for automated software control of waterjet orientation parameters |
| US7464630B2 (en) | 2001-08-27 | 2008-12-16 | Flow International Corporation | Apparatus for generating and manipulating a high-pressure fluid jet |
| US6981906B2 (en) * | 2003-06-23 | 2006-01-03 | Flow International Corporation | Methods and apparatus for milling grooves with abrasive fluidjets |
| US7331842B2 (en) * | 2004-08-19 | 2008-02-19 | Flow International Corporation | Contour follower for tool |
| JP4840144B2 (ja) * | 2005-01-19 | 2011-12-21 | 三菱電機株式会社 | 位置決め装置及び位置決め方法 |
| JP5127710B2 (ja) | 2005-08-04 | 2013-01-23 | パー・システムズ，インコーポレーテッド | 流体ジェット装置のための補償 |
| JP2009083022A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Sugino Mach Ltd | 噴流加工装置、および噴流加工装置における原点補正方法 |
| US20090305611A1 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-10 | Flow International Corporation | Device and method for improving accuracy of a high-pressure fluid jet apparatus |
| DE102009012155A1 (de) | 2009-03-06 | 2010-09-09 | Thyssenkrupp Drauz Nothelfer Gmbh | Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks |
| US20110087363A1 (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-14 | Furmanite Worldwide, Inc. | Surface measurement, selection, and machining |
| US8401692B2 (en) * | 2010-09-09 | 2013-03-19 | Flow International Corporation | System and method for tool testing and alignment |
| US8661905B2 (en) * | 2010-11-09 | 2014-03-04 | Georgia Tech Research Corporation | Non-contact microelectronic device inspection systems and methods |
| US9003936B2 (en) * | 2011-07-29 | 2015-04-14 | Flow International Corporation | Waterjet cutting system with standoff distance control |
| US8864553B2 (en) | 2011-10-17 | 2014-10-21 | Mc Machinery Systems, Inc. | Fluid jet cutting system |
| US8894468B2 (en) * | 2012-05-16 | 2014-11-25 | Flow International Corporation | Fluid jet receptacle with rotatable inlet feed component and related fluid jet cutting system and method |
| CH707657A1 (de) * | 2013-02-21 | 2014-08-29 | Waterjet Robotics Ag C O Matthias Straubhaar | Verfahren zum Bohren mindestens eines Loches in einem Werkstück mittels eines Bearbeitungsstrahls aus Flüssigkeit. |
| AT515942B1 (de) | 2014-08-29 | 2016-01-15 | Stm Stein Moser Gmbh | Sensor einer Wasserstrahl-Schneideinrichtung |
-
2015
- 2015-10-23 US US14/921,394 patent/US9636798B1/en active Active
-
2016
- 2016-10-20 JP JP2018518425A patent/JP7208792B2/ja active Active
- 2016-10-20 ES ES16791193T patent/ES2773762T3/es active Active
- 2016-10-20 AU AU2016341958A patent/AU2016341958B2/en active Active
- 2016-10-20 KR KR1020187014426A patent/KR102562737B1/ko active IP Right Grant
- 2016-10-20 WO PCT/US2016/057970 patent/WO2017070387A1/en active Application Filing
- 2016-10-20 EP EP16791193.2A patent/EP3365136B1/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20010015514A1 (en) * | 2000-02-21 | 2001-08-23 | Atila Babai | Apparatus for the scanning of working levels |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20170113324A1 (en) | 2017-04-27 |
| US9636798B1 (en) | 2017-05-02 |
| AU2016341958A1 (en) | 2018-05-10 |
| AU2016341958B2 (en) | 2022-03-03 |
| EP3365136B1 (en) | 2020-01-01 |
| KR20180070686A (ko) | 2018-06-26 |
| EP3365136A1 (en) | 2018-08-29 |
| JP7208792B2 (ja) | 2023-01-19 |
| ES2773762T3 (es) | 2020-07-14 |
| WO2017070387A1 (en) | 2017-04-27 |
| JP2018538150A (ja) | 2018-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102562737B1 (ko) | 컨투어 팔로워 장치 및 관련 시스템과 방법 | |
| KR102475955B1 (ko) | 다관절 아암 로봇에 부착된 보링 공구를 사용하여 고정식으로 장착된 공작물의 표면에 보어홀을 도입하기 위한 방법 및 장치 | |
| EP2736678B1 (en) | Waterjet cutting system with standoff distance control | |
| US10537993B2 (en) | Apparatus and method for surface finishing | |
| CN103170981B (zh) | 工具更换系统 | |
| CA2577363A1 (en) | Contour follower | |
| KR101887731B1 (ko) | 이송대 장치, 및 대상물 구동 장치 | |
| WO2005018878A3 (en) | Cnc abrasive fluid-jet m illing | |
| KR102158959B1 (ko) | 샤프트의 자동 교체를 위한 방법 및 시스템 | |
| US9862073B2 (en) | End effector adjustment systems and methods | |
| EP2219827B1 (en) | System for removing material from components | |
| ES2562825T3 (es) | Conjunto de soporte para usar con una máquina herramienta y métodos de funcionamiento del mismo | |
| US20090144958A1 (en) | Method of manufacturing interchangeable tools | |
| US10525543B2 (en) | Multi-axis metallic processing bevel head | |
| CN204997661U (zh) | 一种机器人 | |
| KR20200069309A (ko) | 방사상 디스크 브러쉬를 갖는 연삭 기계용 흡인 추출 시스템 | |
| EP3850299B1 (en) | Tool setting apparatus and method for a machine tool | |
| JP6834827B2 (ja) | ガラス基板の位置決め装置及び位置決め方法、並びにガラス基板の加工機 | |
| CN106826422B (zh) | 一种自动化打磨机械手 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |