JP3746825B2 - 静電容量式倣いセンサー支持機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス切断、プラズマ切断、パウダーマーキング等によって鋼板を切断する切断加工器本体に、静電容量を測定して加工ヘッドと被加工材間の距離を一定に保つセンサー部を設けた静電容量式倣いセンサー支持機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、加工ヘッドと被加工材の加工面との距離を一定に保ちながら鋼板等の切断を行う切断加工機がある。この切断加工機では、加工ヘッド近傍を取り囲むようにしてセンサーリングと呼ばれる環状の電極を設け、この電極と被加工材との間の距離の変化をこれらの間の静電容量の変化として検知するようにしたセンサー部が設けられている。
また、前記センサーリングは、中心電極線および同軸ケーブルを介して制御部に接続されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のセンサー部および中心電極線は、電気的および機械的な保護手段が全く構じられていないため、作業時に接近する人体やその他の導体、あるいは、切断加工時に発生する熱などの影響を受け、測定した静電容量の誤差の原因となる。このため、制御部が距離を誤って認識し、切断加工機の倣い動作が不安定なものになっていた。このことは、急激な高さ変化や障害物を有する被加工材の切断時に、加工ヘッドが加工面に追突し、この変化ともなってセンサー部を破損してしまうといった問題をも発生させていた。
また、加工ヘッドにあっては、被加工材の厚さや切断トーチ先端部の消耗等により切断トーチの交換作業を頻繁に行う必要があるため、加工ヘッド付近を取り囲む位置に設けられたセンサー部は、その交換作業の能率を妨げるものとなっていた。
【0004】
本発明では、加工ヘッド近傍に設けられたセンサー部からの感知信号を制御部に伝達する中心電極線が、切断加工時に接近する被加工材以外の導体および加工時に発生する熱によって生じる静電容量の測定値の誤認を防ぐとともに、高さ倣い手段の不使用時には、センサー部を加工ヘッド近傍の静電容量検知位置から外れた待避位置に待避させて、切断トーチの交換作業能率を向上させることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、被加工材の表面に沿って移動しながら所定の加工を行う加工ヘッドと、この加工ヘッドと一体に移動しながら被加工材の表面との距離を測定するセンサー部と、このセンサー部に測定された距離に基づいて前記加工ヘッドの高さを制御する制御部とからなる加工装置において、前記センサー部は、前記加工ヘッドに一体に設けられた固定部により加工ヘッドの側部に支持され、内部に前記センサー部と前記制御部とを接続する感知電極線が配線されるとともに、前記感知電極線から絶縁された筒体と、この筒体によって前記加工ヘッドの近傍に支持された感知板と、前記筒体の途中に設けられて感知板を移動可能に支持する支持機構とから構成されたことを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1に記載の静電容量式倣いセンサー支持機構において、前記支持機構は、前記筒体に球面を介して摺動自在に支持するスイベル継手と、このスイベル継手を上下方向に摺動自在に支持する上下動機構と、これらスイベル継手および上下動機構に弾性力を作用させて前記感知板を所定の角度に保つばね手段とからなることを特徴とするものである。
【0006】
請求項3の発明は、前記感知板を支持する筒体をフレキシブル金属管により構成したことを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1および2は倣いセンサー支持機構の一実施形態を示すものであって、符号1は加工ヘッドである。この加工ヘッド1は、被加工面2に沿って移動する移動部3と、この移動部3に支持された加工ヘッド本体4とから構成されている。なお前記加工ヘッド本体4には、具体的には、ガス切断トーチ、レーザー加工ヘッド、プラズマ加工装置が用いられていて、前記被加工面2に対して切断加工などを施すようになっている。
【0008】
前記移動部3には、支持ブラケット5が設けられており、この支持ブラケット5には、上下動機構6を介して、支持管7が支持されている。また符号8はボルトであって、このボルト8を中心として、支持ブラケット5に対して、上下動機構6および支持管7が回動することができるようになっている。
【0009】
前記支持管7の下端は、球形のスイベルニップル9と一体化されており、このスイベルニップル9は、これに対応する形状の球面状の凹部を有する分割構造のスイベル継手部材10により囲まれていて、これらが互いに摺動することができるようになっている。前記スイベル継手部材10の外周には雄ネジが設けられていて、この雄ネジにスイベルナット11がねじ込まれている。このスイベルナット11は、前記スイベル継手部材10にねじ込むことにより、スイベル継手部材10を一体化して前記スイベルニップル9を支持させるようになっている。そして、前記スイベルニップル9、スイベル継手部材10、および、スイベルナット11によってスイベル継手12が構成されている。また、前記支持管7が前記上下動機構6に支持されることにより、前記スイベル継手12の全体が軸線方向(図1の上下方向)に移動自在に支持されている。前記スイベルナット10の下部には、上部にフランジを有する筒状をなすフランジニップル13が摺動自在に挿入されており、このフランジニップル13の上面と前記スイベルニップル10との間には、一対の皿ばね14が上下に重ねて設けられていて、スイベルニップル10の回転、および、フランジニップル13の上下動により弾性変形するようになっている。さらに、前記スイベル継手部材10の上部には、フランジ15を介して圧縮ばね16が設けられていて、前記支持ブラケット5に対する支持管7の移動により弾性変形するようになっている。
【0010】
前記フランジニップル13には、上側感知板17と下側感知板18とから構成されている感知板Cを支持する感知板支持パイプ19が取り付けられている。前記上側感知板17は、ほぼ前記加工ヘッド4を中心とする環状をなし、その下部には、同一の平面形状を有する下側感知板18が設けられている。これらの感知板のうち、下側感知板18は被加工面2と向き合うことにより、被加工面2との間の静電容量が変化する電極として機能し、また、上側感知板17は、前記下側感知板18を保護する機能を果たしている。前記上下の検知板の17、18の間には、絶縁板20、20が介在していて、両者を電気的に絶縁し、これらは、ボルト21によって一体に結合されている。また図2の左側の一方の絶縁板20は、さらに下側感知板18と感知板接続パイプ19とを電気的に絶縁している。
前記下側感知板18には、感知電極線22が接続されている。この感知電極線22は、絶縁管23を介して絶縁されて前記感知板支持パイプ19および支持管7内を配線され、図示しない制御部に接続されている。なお絶縁管23は、例えばセラミックにより構成されており、製作の容易さ、あるいは取扱いの容易さを考慮して、長手方向に分割した構造とすることが望ましい。
【0011】
次に、本実施形態の作用について説明する。
通常の制御においては、感知板Cと被加工材2の表面との間隔が表面との間の静電容量の変化として検出され、この検出された間隔によって加工ヘッド1を制御して上下動させることにより、図1中、実線で示した状態でこの表面との間の間隔を一定に保つ加工が行われる。
これに対し、被加工材2の表面形状の予期しない変化により、感知板Cが被加工材2の平面に接触した場合は、接触面による該感知板Cの下からの押圧に連動してフランジニップル13が下から押圧される。
感知板Cを上下方向に移動することにより被加工材2との接触が回避可能な場合には該フランジニップル13が自在継手9に設けられたスイベル継手部材11を上方向に摺動させることによってフランジ15を介して圧縮ばね16が下から圧縮される。
【0012】
また、感知板Cを傾斜させることにより、被加工材2との接触が回避可能な場合には、該感知板Cは被加工材2の傾斜角度に沿って傾いたまま、感知板支持パイプ19を介してフランジニップル13を下から押圧する。
このとき、自在継手12内では、まず、皿ばね14が傾斜して弾性変形し、これに従ってスイベルニップル9がスイベル継手部材10内を摺動する。該スイベルニップル9は、球面状をなす該スイベル継手部材10の内面と摺動して、図1の鎖線で示すように自在継手12を中心として回動することにより傾斜することができる。そして、さらに押し上げられると、この傾斜状態のまま、下からフランジニップル15を押圧して圧縮ばね16を弾性変形させながら、支持管7を支持ブラケット5に対してスライドさせて上方へ移動することができる。
なお、いずれの場合も、被加工材2との接触が回避され、下からの押圧が解除されると圧縮ばね16の伸張によって感知板Cは本来の定位置に押し戻される(下方向移動)。
さらに、加工部の保守点検あるいは、厚板の切断などのように加工ヘッド1の高さ制御が不要の場合には、ボルト8を緩め、この軸を中心として、上下動機構6を支持管7およびこれより下側の部分とともに一体に回転させて(図1の紙面と直交する方向へ回動させて)上方へ待避させればよい。
【0013】
次いで、図3は本発明の他の実施形態を示すものである。この実施形態にあっては、前記一実施形態の自在継手に代えて、フレキシブル金属管30を使用した基本構成となっている。このフレキシブル金属管30は、ステンレスなどの帯鋼をその一方の縁を一部ずつオーバラップさせながら螺旋状に成形ししたもので、前記オーバラップ部が互いに摺動することにより、必要な屈曲した形状を維持することができるようになっている。また、このフレキシブル金属管30の内側には、長手方向に方向多数のセラミック製短管を並べてなる絶縁管23が設けられ、絶縁管23内に前記感知電極線22が挿通されている。
【0014】
また前記フレキシブル金属管30の下端には、感知板Cに連結された雄ねじ部材31にねじ込まれる雌ねじ部材32が取り付けられていて、これら雄ネジ部材31および雌ねじ部材32から構成される連結部を介して前記感知板Cが着脱可能に支持されている。一方、前記フレキシブル金属管30の上端は、前記コネクタ33と同様に雄ねじ部材31と雌ねじ部材32とから構成された連結部を介して支持ブラケット5に着脱可能に連結されている。
【0015】
この実施形態にあっては、感知板Cに何らかの外力が作用した場合にフレキシブル金属管30が種々に屈曲して、その破損を防止することができる。また、フレキシブル金属管30を必要に応じて屈曲させることにより、感知板Cを加工ヘッド本体4の周囲から待避させてメインテナンスなどを行うことができる。また、フレキシブル金属管30の屈曲に伴い、その内部の絶縁管23は、長手方向に方向に多数分割された構造となっているため、フレキシブル金属管の30の屈曲状態に容易に追随することができる。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わる静電容量式倣いセンサー支持機構によれば、被加工材の表面形状の予期しない変化により、感知板が被加工材と接触した場合は、接触面の押圧に従って該感知板を上下方向(加工ヘッドと平行な方向)へ移動させ、あるいは傾斜させて待避させることができ、感知板と被加工材との追突による衝撃を緩和し、被加工材の表面形状に沿った切断加工作業を続行させることが可能となった。
【0017】
また、感知板に静電容量を感知する電極として機能する下側感知板上に同一平面形状をなす上側感知板を設け、感知信号を制御部に伝達する中心電極線をガード電極によって電気的に保護することによって、作業時に接近する人体やその他の導体あるいは切断加工時に発生する熱などの影響を受けることなく安定した倣い動作を行うことが可能となった。
【0018】
また、厚板切断の場合のような感知板(センサー)を使用しない加工の場合、および加工ヘッドの保守点検作業に際しては、支持軸を中心として感知板およびこれを支持する支持管全体を上方へ回転させることにより、センサー部を静電容量検知位置から外れた退避位置に退避させることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態にかかる静電容量式倣いセンサー支持機構の側面図である。
【図2】 本発明の一実施形態かかる静電容量式倣いセンサー支持機構におけるセンサー部の側断面図である。
【図3】 本発明の他の実施形態にかかる静電容量式倣いセンサー支持機構におけるセンサー部の部分断面図である。
【符号の説明】
1 加工ヘッド 2 被加工材 3 移動部 4 加工ヘッド本体、
7 支持管 9 スイベルニップル 10 スイベル継手部材 11 スイベルナット 13 フランジニップル 14 皿ばね
16 圧縮ばね
Claims (3)
- 被加工材の表面に沿って移動しながら所定の加工を行う加工ヘッドと、この加工ヘッドと一体に移動しながら被加工材の表面との距離を測定するセンサー部と、このセンサー部に測定された距離に基づいて前記加工ヘッドの高さを制御する制御部とからなる加工装置において、
前記センサー部は、前記加工ヘッドに一体に設けられた固定部により加工ヘッドの側部に支持され、
内部に前記センサー部と前記制御部とを接続する感知電極線が配線されるとともに、前記感知電極線から絶縁された筒体と、
この筒体によって前記加工ヘッドの近傍に支持された感知板と、
前記筒体の途中に設けられて感知板を移動可能に支持する支持機構とから構成されたことを特徴とする加工装置の静電容量式倣いセンサー支持機構。 - 前記支持機構は、前記筒体に球面を介して摺動自在に支持するスイベル継手と、このスイベル継手を上下方向に摺動自在に支持する上下動機構と、これらスイベル継手および上下動機構に弾性力を作用させて前記感知板を所定の角度に保つばね手段とからなることを特徴とする請求項1に記載の静電容量式倣いセンサー支持機構。
- 前記感知板を支持する筒体をフレキシブル金属管により構成したことを特徴とする請求項1に記載の静電容量式倣いセンサー支持機構。
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