TW496815B - Apparatus and methods for z-axis control and collision detection and recovery for waterjet cutting systems - Google Patents

Description

496815 五、發明說明（1) 發明領域 本發明有關水喷注及研磨劑噴注切割系統Z轴控制及碰 撞偵測及回收之裝置及方法。 發明背景 水噴注及研磨劑噴注切割系統係用於切割多種材料。一 種典型的水噴注切割系統中，一種高壓流體（如水）流過一 個切割頭，此切割頭具有將一切割喷注導至工件上之一個 切割噴嘴。切割喷嘴可能包括一個混合管，以將一種研磨

劑導入高壓切割噴注中形成一個研磨劑切割喷注。切割噴 嘴隨後可在工件上可控制地移動，將工件切成所需形狀。 在切割噴注（或研磨劑切割喷注）通過工件之後，切割噴注 的能量消散，而流體聚集在一個攫取槽中加以拋棄。此型 水噴注及研磨劑喷注切割系統譬如圖示及描述於發證予艾 瑞區森等人且讓渡予華盛頓州肯特的流動國際公司之美國 專利5, 643, 0 58號，該項’ 〇58號專利案與流動國際公司的 Paser 3研磨劑切割系統相對應。

圖1為根據習知技藝之水噴注切割系統丨〇之等角圖，水 喷注切割系統1 〇包括耦合至一安裝總成3 〇之一個切割頭 20。利用一個控制跨軌信號杆4〇以可控制方式驅動安裝油 成30，控制跨執信號杆40具有一個驅動總成“將切割頭f 可控制式定位在與工件12的一平面14概呈平行之一個卜 平面。通常，驅動總成42可包括沿乂與丫軸定位之一對 絲驅動器及一對電驅動馬達。另外，驅動總成42可包^ 個五轴動作系統。兩軸及五軸控制跨執信號杆可購自華 496815 五、發明說明（2) 頓州肯特的流動國際公司之班果4x4切割系統。 圖2為圖1之水喷注切割系統1 〇 〇之安裝總成3 0及切割頭 2 0的部份側視圖，切割頭2 0包括經由一個高壓管線2 3與譬 如高壓或超高壓泵等一個高壓流體源5 0相耦合之一個高壓 流體入口 22。此項實施例中，切割頭20包括一個喷嘴體24 及終止於一個噴注出口埠2 8處之一個混合管2 6。雖然π混 合管”通常指一個研磨劑噴注切割系統的切割頭中將研磨 劑與一高壓流體喷注相混合形成一研磨性切割喷注之部 份，但下文不論水喷注切割系統是否使用研磨性或非研磨 性切割喷注，”混合管”均指切割頭2 0中最靠近工件1 2的部 份。 安裝總成30包括具有一個安裝開孔34通過之一個安裝臂 32，安裝臂32耦合至跨執信號杆40的一下部44。切割頭20 的噴嘴體24固定在安裝臂32的安裝開孔34之内。 操作時，來自高壓流體源5 0的高壓流體進入高壓流體入 口 22中、流過喷嘴體24及混合管26、離開喷注出口埠2 8以 一股切割喷注1 6前往工件1 2。切割噴注1 6刺穿工件1 2進行 所需切割。利用控制跨執信號杆4 0，切割頭2 0以所需方向 或型式橫跨工件1 2。 為了盡量增加切割的效率及品質，必須小心控制介於混 合管26的喷注出口埠28與工件12表面14之間的一個墊高距 離d (圖2 )。若墊高距離d太過接近，則混合管2 6可能在刺 穿期間堵塞住，造成系統停止且損及工件1 2。若距離太 遠，則不利於切割品質及正確度。 496815 ：—— 五 發明說明（3) 一 損 混合管2 6通常由特殊配方防磨損碳化物製造以降低磨 一。特別是對於研磨性切割系統，混合管2 6由於不斷接觸 局$研磨劑而受到極度磨損，因此，混合管為切割頭2 〇中 車父貴的組件。特殊配方的碳化物亦很脆，在切割系統丨〇操 作時’混合管2 6若與譬如切割作業時所抬高的工件1 2的配 件或切口部等阻礙相碰撞則可能容易破裂。混合管2 6的意 外破^將增加切割系統1 0之操作成本及停工時間。 " 哭目别的碰撞感測器使用位於混合管2 6周圍之一個環感測 厂口此％感測器在工件丨2表面丨4上或略微上方滑動。環 ^ =可私不工件的相對高度。一個機動化的球螺絲將切 ，^上及往下驅動以保持所需的墊高距離。環與—個二 ::iΐ阻=碰撞時，一個偵測器係偵測到碰撞且；： =止戒^到控制跨軌信號杆，纟混合管停止移動以免礙 必ί ί:撞f測器的根本問題在於感測器與-混合管之” 足夠時間停下來，^不奋王户緩衝"，則吏控制跨^言號杆有 的尺寸及速度，很難快速停止押φ丨&鈾彳> # k刀。彳糸統 另一項問題為相杜控制跨軌^ 杆以免碰撞。 以確保適各的勢_ 、何移位皆需要冗長的重新校準ρ疼 ’ W週田的墊尚距離d。 仅旱％序 器。 嚴重的娅扣可肊知毁環感測 一種方式中，僅膝：s 停止空間，作此方，大以提供控制跨軌信號杆更大& 緣處的阻礙及配件附 σ 、 在吊位於工件1 2邊

第10頁 附近進仃切割而浪費了材料。加二ί _ 力ϋ大％亦 奶 6815 五、發明說明（4) 將，加發生錯誤碰撞訊號的機會，造成切割系統之不必要 ^ 4工時間。最後，現有的環感測器裝置很貴，且在高速 $髒污情況下操作控制跨執信號杆進行偵測表面高度或碰 撞時並不堅固。 又 發明概論 本^明有關一種水噴注及研磨劑喷注切割系統z軸控制 娅扣偵測及回收之裝置及方法。本發明之一項 ;;二包括一個直線㉟；-個滑動構件，可輕合；：割 、及可π式耦合至直線軌；至少一個致動 ϊί:第二：，L—端輕合至滑動w 器。致動』器，輕合至滑動構件；及-個控制 ΪΠΓ7控Γ式位於工件上方的理想高度i致ΐ ^括：個氣壓缸或另包括一個線性馬達。&致動 型態中，裝置包括一個第一 j注切割系統的一個可控制定位式:μ合至水 f:構件，…至切割頭且可脫第一個第二安 件，及一個感測電路，呈右彳 口至苐一女裝構 守电兀件及位於弟二安裝構件上之 心夕歎弟 ^切割頭與—阻礙之間發生碰4童a#，笛數ί —導電元件。 女裝構件脫離，以防止切 :第一女裝構件從第一 安裝構件快速且容易地與^一 ^生破裂。碰撞之後，第二 時的重新校準。-項實施 女^構件再度接合而無需費 第二端與第一安裝構件的 ，由一個偏壓構件自動進行 J丹度接合。 496815 五、發明說明（5) 另一型態中，一種用於控制工件表面上方之水喷注切割 系統的一切割頭高度之方式包括：將一接觸構件的一第一 端耦合至切割頭；將接觸構件的一第二端與工件表面相接 合；提供一個可調式可控制力以支撐切割頭的重量；並略 微降低支撐力以將接觸構件略往下偏壓而與工件表面相接 合。位置控制方法有利地提供一種簡單的高度測量系統且 可對於水噴注切割系統的各種組件的摩擦或重量變化進行 自動調整。 圖式簡單說明 圖1為根據習知技藝之水噴注切割系統之等角圖。 圖2為圖1的水噴注切割系統之安裝總成及切割頭之部份 側視圖。 圖3為根據本發明的一項實施例之水噴注切割系統之前 等角圖。 圖4為圖3的水喷注切割系統之切割頭及可脫離式安裝總 成部份之側剖視圖。 圖5為圖4之可脫離式安裝總成之分解等角圖。 圖6為圖5之可脫離式安裝總成之碰撞感測電路之不意 圖。 圖7為圖3的水喷注切割系統之部份分解後等角圖。 圖8為根據本發明的一項實施例之z軸控制系統的校準程 序之流程圖。 圖9為根據本發明的一項實施例之z軸控制系統的偏壓式 順從程序之流程圖。

第12頁 496815 發明說明（6) 本發明之詳細描述 本揭不係針對水噴注切割系統的z軸控制及碰撞偵測及 回收之裝置及方法，本發明特定實施例的特定細節描述如 下文及圖3-9中’ u更加瞭解此等實施例。但熟悉本技藝 者瞭解本發明可具有其他實施例，且可用省略下文提及的 部份細節之方式來實施本發明。 含圖3為根據本發明的一項實施例之水噴注切割系統1〇〇之 ，專角圖。水噴注切割系統丨00包括耦合至一個可脫離式（或 可斷開式”）的安裝總成160之一個切割頭12〇。發生碰撞 時’可脫離式安裝總成1 6 0有利地脫離（或”破裂"）以防止 混合管26或其他切割頭組件破裂。發生碰撞且水喷注切判 糸統100停止之後，可脫離式安裝總成16〇可容易地再度接 合並繼續切割作業而不需冗長的重新校準程序。 水噴注切割系統1 0 0亦包括經由一個線圈狀高壓流體管 線U3與切割頭1 20接合之一個高壓流體源50。可脫離式安 裝系統1 6 0附接至一個安裝臂1 3 2，安裝臂如上述耦合至_ 個控制跨軌信號杆40。高壓流體源50譬如可為高壓或超高 壓果，譬如市售的華盛頓州肯特的流動國際公司之哈士奇 (Husky)型泵 。 圖4為圖3的水喷注切割系統1 〇 〇之切割頭1 2 0及可脫離式 安裝總成1 6 0之部份侧視圖’圖5為圖4的可脫離式安裝總 成16〇之分解等角圖。如圖4所示，切割頭120包括輕合至 線圈狀的面壓管線123之一個向壓流體入口 22、一個噴嘴 體2 4及一個混合管2 6。混合管2 6包括一個喷注出口埠2 §，

496815 五、發明說明（7) · --------— 一股切割喷注16離開此噴注出口璋28而朝向工件12分散。 :個=撞護件127配置於混合管26周圍以保護混合管26不 又碰彳里。碰撞護件丨2 7包括一個磨損環丨2 9。水喷注切割 統1 0 0的部份择作禮由 , 一 姑作模式中，如下詳述，磨損環1 2 9接合工件 個表面1 4 °其他操作模式中，磨損環1 2 9略微位於 面14上方。磨損環1 29可由與碰撞護件127相同的材料構 '或另可由一種低摩擦材料如〇η@形成，碰撞護件 2 7。具有可在噴注出口埠2 8與表面丨4之間提供一固定理邦、 墊高距離d之長度1。 〜 可脫離式安裝總成16〇包括附接至安裝臂132的一個上表 面133之一個扣件162，安裝臂132具有一個加大的安裝開 孔1 3 4扣件1 6 2包括與安裝臂1 3 2的加大安裝開孔丨3 4對準 之一個座接開孔164。如圖5清楚顯示，，扣件162進一步包 括沿座接開孔1 6 4周圍配置之三個銷腔丨6 6。各個銷腔丨6 β 具有各腔相對侧上之一對的圓形囊部丨68。一個導電打擊 墊170位於各圓形囊部168的底部。同樣地，導電球Η?位 於各圓形囊部1 6 8内而接觸相關的打擊墊丨7 〇。 一個夾固軸環1 74附接至切割頭丨2 〇的噴嘴體24且部份配 置於座接開孔1 64内，三個導電銷176從夾固軸環174突 起。對於座接在座接開孔1 6 4中之夾固轴環丨7 4，導電銷 ^ 176大向銷腔ΐ6β且接觸導電球丨。可脫離式安裝總成 亦包括位於噴嘴體24周圍且接合抵住安裝臂132 ^二個下 表面135之一個座接力彈簧丨78。一個拉力器179接合（譬如 螺接）在喷嘴體24上且部份壓縮座接力彈簧178。一個碰撞

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感測電路1 8 0形成於扣件丨6 2上，如下詳述。 干脫離式安裝總成16°的碰撞感測電路180之 二二184之二路18°包括並聯式輕合至打擊塾"0及

:電阻器184，打擊墊17〇係與其他導電元件182耦合：： 188的導電球172呈電性接觸。各電阻器184、打擊墊17〇 導電球172形成並聯電路之一個分支。次級導電元件丨8 9在 電阻器24與打擊墊170之間電性耦合至一個碰撞控制器 及導電兀件>1 82。碰撞控制器丨9〇將一個第一碰撞偵測訊號 192傳送至高壓流體源5〇，碰撞控制器19〇亦將第二碰撞偵 測訊號194傳送至控制跨軌信號杆4〇，且將一個第三碰撞、 偵測訊號1 9 6傳送至一個ζ軸控制總成2 〇 〇，詳述如下。 圖5及6所示之可脫離式安裝總成實施例丨6〇已知稱為開 爾文夾（Kelvin clamp)，開爾文夾已使用於觸碰探針及其 他精密儀器中’譬如英國葛洛司特雪的雷里蕭pLC所售之 座標測量機（CMM’s)，如www.renishaw.uk.com所圖示及描 述° 操作時，可脫離式安裝總成丨6 〇防止混合管2 6因發生碰 撞而脫離產生破裂。因為控制跨執信號杆4〇在與工件12表 面1 4概呈平行的X-y平面中移動切割頭丨2 〇，使得磨損環 1 2 9在表面1 4上移動。此項實施例中，碰撞護件1 2 7位於混 合管2 6周圍。當碰撞護件1 2 7打擊到一個阻礙時，碰撞力 將一個扭矩施加至切割頭1 2 0的噴嘴體2 4上。噴嘴體2 4開 始在安裝臂132之加大的安裝開孔134内搖擺，造成失固轴

第15頁 496815 五、發明說明（9) %1 74，在座接開孔丨64内旋轉。所以噴嘴體24樞轉所需的碰 撞力係取決於藉由調整拉力器丨7 9位置所調整之壓縮入座 接力無音178内的力量值。 當失固軸環1 7 4旋轉時，一或多個導電銷丨7 6開始脫離相 關的導電球172，使碰撞感測電路18〇的一或多個分支之電 路中斷。碰撞控制器1 90經由第二導線丨89來監測碰撞感測 電=1 8 0的为支，且偵测碰撞的發生。碰撞控制器1 9 〇接著 將第一碰撞偵測訊號1 9 2傳送至高壓流體源5 〇，以關閉通 過切割頭1 6 0的高壓流體的流動。碰撞控制器丨9 〇亦將第二 娅撞偵測訊號194傳送至控制跨執信號杆4〇以使切割頭16〇 停止移動。最後’碰撞控制器19〇將第三碰撞偵測訊號196 傳运至z軸控制系統2 〇 〇。另外，對於研磨劑噴注切割系 統，碰撞控制器1 9 0亦可傳送第四碰撞偵測訊號，以關閉 前往切割頭1 2 0的研磨劑流。 在水喷注切割系統1 〇〇已由碰撞控制器丨9〇關閉之後，碰 才里濩件127與阻礙相脫離，且僅將夾固軸環174再度座接在 座接開孔164内，並將導電銷176再度座接在銷腔166内， 即可再度接合可脫離式安裝總成丨6 〇。此實施例中，以座 接力彈簧178的力量將夾固軸環174自動座接在座接開孔 1 64内。另一項實施例中，失固轴環丨74可用人工再度座接 在座接開孔1 64内。在導電銷176已經再度座接之後，感測 電路180的分支重新安置，可由控制跨軌信號杆4〇重新定 位切割頭1 2 0，且可快速及容易地繼續切割作業。 可脫離式安裝總成1 6 0有利地防止混合管2 6及切割頭i 2 〇 第16頁 496815 五、發明說明（ίο) 的組件在碰撞時產生破裂。發生碰撞 樞轉方式離開，同時產生碰撞偵測氘_ 頭1 2 0僅以 系統。可脫離式安裝總成16〇可以良好。自動停止各種次 割頭120恢復碰撞前的狀態，使H重複性使得切 用者繼續切割而不需要任何重新自導引’作章準，可供使 安農總成16。可快速再度接合 丨乍業。碰撞之後， 準或其他費時的程序。 、作業，而不需校 可瞭解可脫離式安裝總成16〇 文描述為開爾文夾，可且右# + 已在圖中顯示且在下 開的功能之其他可脫吏在碰撞時柩轉離 感測系統雖然針對企圖避免成本：：的=技藝碰撞 解碰撞無法避免，且以可般M ^本發明的裝置及方法瞭 W7 Λ 以了脫離式安裝總成接受碰撞。 如圖所V3::;:::系職… 内之z轴控制系統2。0:二：1°°包括-個位於-殼體段2。2 2〇6，以包圍殼體 jf204耦合至一對的導塊 杆40。因昝制田 > 之'個後侧且柄合至控制跨軌信號 定位z轴控制系統^跨軌信號杆40及切割頭120可控制式 且00進—步包括—對空氣缸208，各空氣缸 構ί 21 4之至殼體段2 02之一個第一端21 0及附接至滑動 2 1 4，一個吉個第二端2 1 2 °安裝臂1 3 2附接至滑動構件 之間。直線執 =2二合接至，動構件214且位於空氣缸2〇8 8附接至滑動構件2U且可滑式接合直線軌216。空氣

496815 丨 I I ―― 發明說明（11) ^〇8及空氣制動器218流體式輕合至一個高壓空氣源 。一個第—空氣控制閥2 22'控制從高壓空氣源22〇至空 Ξ動2二η，而一個第二空氣控制閥223控制對於空氣 釋放”型氣動制動器，可使滑動構件214保持在適/位力/， f防止滑動構件214(及切割頭12〇)在損失空氣壓力時掉 洛0

一個位置感測器224在空氣缸208的第二端212之間附接 ^滑動構件214。此實施例中，位置感測器224包括附接至 :上導塊2 0 6之一個線纜2 2 6。適合此目的之市售位置感測 器譬如為奥瑞岡州的科維力斯的優尼梅澤公司 心、 (Ul\imeasure，Inc·)的LX-PA-15 線型電位計。一個z 轴控 ，器2 3 0電性耦合至位置感測器2 24、耦合至第一及第二空 氣控制閥222、2 23、及耦合至碰撞控制器19〇。

操作時，z軸控制系統2〇〇支撐切割頭12〇的重量、且藉 由控制空氣缸2 0 8内的空氣壓力而快速升降切割頭丨2 〇。因 此’，氣缸2 0 8提供一固定往上偏壓力量以支撐切割頭1 2 〇 的重^並降低碰撞護件12?在工件12上之追蹤力量。碰撞 控制器1 9 0若偵測到碰撞，碰撞控制器丨9 〇將第三碰撞偵測 訊號1 9 6傳送到z軸控制器2 3 0。z軸控制器2 3 0將一個制動 控制訊號231傳送至第二空氣控制閥223，因而釋放空氣制 動器21 8 ’並將一個空氣控制訊號23 2傳送至第一空氣控制 闊222 ’故增加空氣缸2〇8内的空氣壓力並升高滑動構件 2 1 4 °可瞭解z軸控制器2 3 〇及碰撞控制器丨g 〇的功能可整合

第18頁 496815 五、發明說明（12) 成單一的控制器。 當滑動構件2 1 4往上移動時，線纜2 2 6拉出位置感測器 2 2 4外。位置感測器2 2 4決定滑動構件2 1 4所拉出的線纜2 2 6 量並將一個位置訊號2 2 8傳送至z軸控制器2 3 0。為了回應 位置訊號2 2 8，z軸控制器2 3 0將一個空氣控制訊號2 3 2傳送 至空氣控制閥2 2 2，以升降空氣缸2 〇 8内的空氣壓力。 可瞭解z軸控制系統2 0 0的致動裝置可與圖7所示及上述 特定實施例z軸控制器2 3 0不同。譬如並非採用一對空氣缸 2 0 8，而可採用單個空氣缸。另外可由線性馬達取代一或 多個空氣缸2 0 8，適合此目的之市售線性馬達譬如包括德-州偉伯斯特的區樂基系統（T r i 1 〇 g y S y s t e m s )公司所鎖 售。但空氣缸208 —般比其他致動裝置更便宜，適合此目 的之市售空氣缸譬如包括康乃狄克州諾沃克的愛爾波特公 司（Airpot Corporation)公司所售的Airpel®16公厘空氣 缸。 z軸控制糸統2 0 Q之一項優點為··可具有一種稱為"偏壓 順從π之獨特的水喷注切割系統丨〇 〇的操作模式。利 式順從法，使切割頭1 2 0與工件1 2表面1 4相接合。因μ 藉由測良切割頭120.位置簡單地測量工件12高度。=可 軸控制系統2 0 0，切割頭120的較大重量將造成工\右無2 良且不可接受的負荷，而無法使用偏壓式順從法上不 制糸統2 0 0有利地提供一種固定往上偏壓力量而 2車由控 份或所有的切割頭120 ’因此大幅降低或消除工 $受部 追蹤力量，而可順利使用偏壓式順從法。 丨2上的

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五 發明說明（13) 壓'轴習控Λ系二°的另—項優點為切割頭120 <快速偏 速率i ΐ Ϊ 絲驅動系統通常能以約4〇公分/分鐘 割頭。利用線性致動裝置，ζ轴控制系統200 杵制ί二 速率來升降切割頭。因此，本發明的ζ軸 二糸二…知技藝的驅動系統更請^ ($义^ ^糸統具有五個操作模式：（1) 一個偏壓式順從 -個人工升/降模(一 —個設定高度切割模式，（3) 模3。h淮& (4 ) 一個停駐模式，及（5 )〆個校準 設1李二:二二係用於測試Z軸控制系統20 0的性能或首次 止，；立壓之&内壓力可改變到出現中立壓力為 同稱頭120及滑動構件214及其他組件（共 力，且找到及』不体a因為釋放空氣制動器而上下移動之壓 刀 且找到及3己錄中廠 錄軸線之行程上限盘下，力的上下限”死帶”。且找到並記 式值，且使用"死帶作：這些資料來設定其他移動模 是否因為過度摩擦而需個診斷工具’峨轴線 圖8為根據本發明一 Jg奋 程序30 0的流程圖，首先貝2例的Z軸控制系統2 0 0之校準 頭的一中立未移動位置先相’斜二座氧缸内的壓力設定為與切割 後釋放空氣制動器304。釋放:之二定或自然歷力3〇2。然 是否往上移動3。6。若軸氣制動器之後’決定軸線 漸減308。重複決 移動，則空氣缸内的壓力 用308，直到鉍妗 線疋否在上移動306及減少壓力的作 用3U8罝到軸線不再往上移動 若決定軸線不再往上蔣- ° 上移動30 6，則決定轴線是否往下移

五、發明說明（14) 動310。 滿冰軸在下移動，則空氣缸内的壓力漸增312。重 可^ 1〇及壓力漸增312，直到軸線不再往下移動為止。 值°，ί解t内定壓力設定30 2確實為—個中立壓力設定 & —二，私序300可能不需要動作或作用306至312。但若 先5i設定值30 2並非中立壓力設定值，譬如可能為從 修改或移除切割頭的一或多個組件之情形， 作用30 6至312之後建立—個適當的中立壓力 是^ :8上所二:若決定軸線不往下移動’則另外決定軸線 且校準°若決定不往上移動’則壓力漸增31 6， 定及：ίΪ再回到決定軸線是否往上移動314。重複決 ^ 漸增3 1 6直到軸線往上移動3 14為止。 、 限：往t移動314 ’則由'軸控制器318記錄-個上低 之壓力。，< 限值壓力表示空氣缸中使軸線開始往上移 下=’決定軸線是否往下移動320，若決定軸線並不往 Π主=壓力漸減322。校準程序3〇〇接著 移動32。。重複決定32。及壓力漸增 二軸 線彺下移動為止。 且巧軸 $轴線往下移動32〇，則2軸控制器記錄一 =力。下低限值壓力表示軸線開始往下移動時空氣上 旦^後二空氣紅中的壓力增加至上低限值壓力加上一個辦 白級壓力3 26。然後決定軸線是否移動328，若轴線移曰 496815 五、發明說明（15) 動’則記錄下軸線往上移動速度3 3 0。重複決定軸線是否 移動32 8及記錄往上移動速度3 3 0，直到軸線不再移動且已 抵達行程上限為止。若軸線不移動3 2 8，則記錄行程上限 3 32 〇 然後校準程序3 0 0將空氣缸中的壓力降低至下低限值壓 力減去增量階級壓力334。然後，決定軸線是否移動33 6， 若轴線移動，則否記錄軸線的往下移動速度3 3 8。重複決 定3 3 6及記錄向下移動速度3 3 8直到轴線不再移動且已經抵 達行私下限為止。若軸線不移動3 3 β，則記錄行程下限一 340。然後校準程序3 0 0達到完成階段342。 "在設定南度切割模式中，軸線以人工或自動方式移入商 當位置。當自動移入位置時，軸線將往下移動到軸線 ^ 移動而直到接合工件12表面14為止，然後依需要升高 當的墊高距離。ζ軸控制系統2〇〇隨後因相接合的空 k 器而具有一個中立壓力。 "刷動 在人工升/降模式中，依操作員指令使轴線升高或 直到已抵達行程極限端點為止、或直到碰撞護件1 2 低 損環1 2 9接觸到工株1 ?矣$ !」& , 的磨 一、 碉巧仵1 Z表面1 4為止。可能譬如以鍵盤f 土 不將升向或降低移動指令輸入z軸控制器1 9 〇中，圖 高或降低轴、線。當已經抵達行程極限時，所有行朿升 當移除一個移動指八式把、I 1 ^ 遵k止。 向壓力訊號#之、、志，降 ^〜個读 決定。當軸後連續銘叙拄^ ^ 田神綠迷度戶斤 神琛遷,移動時，軸線尋找一個固定速唐X所 移動譬如可能取決於使軸磕 ’增量 六於便釉線彺上或往下移動預定距離遣

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五、發明說明（16) *- 盤的各個鍵擊（或各個滑鼠選按等）。在增量或連續 情形中’最後與空氣制動器相接合而結束移動。只 停駐模式中，軸線僅升高到行程上限且接合空氣制 器，空氣缸内的壓力設定在一個中立偏壓設定值。 在偏壓式順從（或高度感測）切割模式中，轴線具有— 略微往下偏壓壓力，略微往下偏壓壓力可使軸線缓慢掉個 落’使得磨損環129不斷接觸工件12表面14。藉由下"低限 值壓力與上低限值壓力之間的死帶内將壓力往上與往下: 速移動以補償往上方向中之靜摩擦力，而並入办*， 動器2 1 8。 。二乳制 ^圖9為根據本發明的一項實施例的z轴控制系統2〇 〇的偏 壓式順從（或高度感測）程序4〇〇的流程圖。此實施例中， 藉由將空氣缸中的壓力降低至下低限值壓力減去一個增量 階級壓力402，而開始偏壓式順從程序4〇〇。然後釋放空氣 制動器404。然後決定軸線是否移動4〇6，若軸線移動^則 無限次重複決定40 6直到軸線不移動為止。若 動，空氣缸中的壓力在上與下低限值壓力之間變化4〇8。 然後決定是否已發生碰撞410。若未發生碰撞，則益限次 重複決定碰撞410。若已發生碰撞，則z軸控制系統2〇〇停 止412。另外，若已發生碰撞，空氣缸中的壓力可能增加 而快速升高遠離工件。 z軸控制系統2 0 0的另一項優點為··可自動補償系統組件 的摩擦及/或重量變化，系統組件譬如包括空氣缸2〇8、直 線轨216、導塊2 06、磨損元件如軸承、以及豈他 且 496815 五、發明說明（17) 件。藉由調整 自動補償z軸# 模式中保持接 位於表面1 4上 件的磨擦及/ j 已經顯示且 碰撞回收之改 本發明的實施 發明的精神。 申請專利範圍 空氣缸2 08内的壓力而降低滑動構件214，。 S制器23 0，使磨損環1 29在偏壓式順從操作可 合工件12表面14，或在設定高度操作模式中 方之固定高I。以此方 <，不論各種系統組 Α重量變化，仍可將墊高距離d保持預定值。 描述水噴注切割系統的切割頭之z軸控制及 良的裝置及方法。由上文可瞭解雖然已描述 例以供示範，仍可具有各種修改而不背離本 因此本發明不限於上述實施例，而可由 所界定。 496815

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Claims (1)

1. 496815 六、申請專利範圍 1. 一種水喷注切割系統，用於切割一工件且包含： 一個切割頭，具有可耦合至一個高壓流體源之一個高壓流 體入口 ，及用於產生一股切割喷注之一個孔口以及位於工 件上的一個混合管； 一個直線執，相對於該工件呈往外延伸； 一個滑動構件，耦合至該切割頭且可滑式耦合至該直 線執； 至少一個致動器，具有一個第一端及一個第二端，該 第一端耦合至該滑動構件，而該第二端與該直線執呈相對 固定； 一個位置感測器，耦合至該滑動構件；及 一個控制器，操作性耦合至該位置感測器且耦合至該 致動器，該控制器從該位置感測器接收一個位置訊號並將 一控制訊號傳送至該致動器。 2 ·如申請專利範圍第1項之水喷注切割系統，其中該致 動器包含一個氣壓缸，此氣壓缸具有耦合至一高壓空氣源 的一個空氣閥，該控制器操作性耦合至該空氣閥。 3 .如申請專利範圍第2項之水喷注切割系統，進一步包 含搞合至該空氣閥之一個高壓空氣源。 4.如申請專利範圍第1項之水喷注切割系統，進一步包 含一個接觸構件，此接觸構件具有一個第一端及一個第二 端，該第一端附接至該切割頭，該第二端接合該工件的一 表面。 5 .如申請專利範圍第1項之水喷注切割系統，其中該位

   O:\65\65958.ptd 第26頁 496815 六、申請專利範圍 置感測器包含具有一裝載彈簧繩之一個電位計，該裝載彈 簧繩具有與該直線執呈相對固定之一個自由端。 6.如申請專利範圍第1項之水喷注切割系統，其中該致 動器包含一個第一氣動缸且包含一個第二氣動缸’該第一 氣動缸具有耦合至一高壓空氣源的一個第一空氣閥，該第 二氣動缸具有可耦合至該高壓空氣源之一個第二空氣閥， 該控制器操作性耦合至該第二空氣閥且傳送一第二控制訊 號以控制該第二空氣閥。 7 .如申請專利範圍第1項之水喷注切割系統，進一步包 含一個高壓流體源。 8 .如申請專利範圍第7項之水喷注切割系統，其中該高 壓流體源包含一個高壓泵。 9 .如申請專利範圍第1項之水喷注切割系統，進一步包 含一個具有一驅動總成之控制跨執信號杆，以將該切割頭 可控制式定位在與該工件的一表面概呈平行之一個X - y平 面上。 1 0.如申請專利範圍第9項之水喷注切割系統，其中該控 制跨執信號杆包含一個二軸式控制跨軌信號杆。 1 1. 一種水喷注切割系統的切割頭用之位置控制裝置， 包含： 一個直線執，相對於一工件往外延伸； 一個滑動構件，可耦合至該切割頭且可滑式耦合至該 直線軌； 至少一個致動器，具有一個第一端及一個第二端，該

   O:\65\65958.ptd 第27頁 496815 六、申請專利範圍 第一端耦合至該滑動構件，該第二端與該直線軌呈相對固 定； 一個位置感測器，耦合至該滑動構件；及 一個控制器，操作性耦合至該位置感測器且耦合至該 致動器，該控制器從該位置感測器接收一個位置訊號並將 一個控制訊號傳送至該致動器。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之位置控制裝置，其中該致 動器包含一個氣壓缸，此氣壓缸具有耦合至一高壓空氣源 的一個空氣閥，該控制器操作性耦合至該空氣閥。 1 3.如申請專利範圍第1 2項之位置控制裝置，進一步包-含耦合至該空氣閥之一個高壓空氣源。 1 4.如申請專利範圍第1 1項之位置控制裝置，進一步包 含一個接觸構件，該接觸構件具有一個第一端及一個第二 端，該第一端附接至該切割頭，該第二端接合該工件的一 表面。 1 5.如申請專利範圍第1 1項之位置控制裝置，其中該位 置感測器包含具有一裝載彈簧繩之一個電位計，該裝載彈 簧繩具有與該直線軌呈相對固定之一個自由端。 1 6.如申請專利範圍第1 1項之位置控制裝置，其中該致 動器包含一個第一氣動缸及一個第二氣動缸，該第一氣動 缸具有耦合至導向一高壓空氣源的一個第一空氣閥，該第 二氣動缸可耦合至該空氣閥，該控制器操作性耦合至該空 氣閥且將一個控制訊號傳送至該空氣閥。 1 7.如申請專利範圍第1 1項之位置控制裝置，進一步包

   O:\65\65958.ptd 第28頁 496815 六、申請專利範圍 0&V 耜 含 &y 口 口 1S 口 勤 制之 亥乂 士5 。中源 器.氣 其 動空 制t壓 置 個‘高 裝 Γ個 之^一 控 執置至 線立合 該㉟可 至7^及 合1器 第 1UJ. |圍亲 及i控 β 臂彳該 >^>I 裝卜至 專 安青合 =口 該卩耦 至U含 合包 器 動 制 氣 空 個 當 中 其 置 裝 制 控 置 位 之 項 8 ΊΗ 第 圍 範 利 專 請 申 如 制 氣 空 該 放 釋 時 器 動 制 氣 空 該 至 應 供 氣 空 壓 古冋 的 量 〇 積器 容動 總 裝 安 式 Μ 0 脫 可 之 用 頭 割 切 的 統 系 割 切 注 喷 水 \Ulul 種 含 包 成 之銷 臂數 裝多 安之 一置 的配 統中 系其 割及 切孔 注開 喷接 水座 個個二 至有 接具 附件 ，扣 件該 扣， 個面 一表 上 β, 立口 ; 囊 部該 囊個 對一 一於 之置 上配 側墊 向擊 橫打 的個 對各 相 ， 於墊 位擊 有打 具電 腔.導 銷之 個對 各，多 腔 内 各 内 β— 立口 囊 該 個 - 於 置 配 球 電 導 個 各 球 電 導 之 對 多 於 置 配 份 β— 立口 少 至 且 頭 割 切 該 至 •，人口 觸耦 接可 εΜ ， 才 墊環 擊轴 打固 該夾 個個二 與 球 各對 ，該 銷觸 電接 導式 數離 多脫 之可 突且 外内 往腔 有銷 具個 環一 軸於 固置 爽配 該式 β 内脫 孔可 開銷 接電 座導 該個 球 電 導 面 表 下 該 合 接 可 簧 力 接 座 個 CTttd- 力 分 接 測 座 感 該 之 合 數 接 多 可 有 且 具 頭及且 割·，件 切菁扣 該彈該 至力至 合接接 耦座附 可該， ，縮路 器壓電 力份測 拉部感 個少個 一至一 以 簣

   O:\65\65958.ptd 第29頁 496815 六、申請專利範圍 支，各感測分支操作性耦合到至少一個打擊墊及至少一個 導電球。 2 1.如申請專利範圍第2 0項之可脫離式安裝總成，其中 該等多數銷腔包含三個銷腔，且該等多數導電銷包含三個 導電銷。 2 2.如申請專利範圍第2 0項之可脫離式安裝總成，其中 該座接力彈簧包含與該安裝開孔概呈對準之一個線圈彈 簧。 2 3.如申請專利範圍第2 0項之可脫離式安裝總成，其中 該座接開孔可與該安裝臂之一個安裝開孔概呈對準。 2 4.如申請專利範圍第2 0項之可脫離式安裝總成，進一 步包含具有一第一端與一第二端之一個護件構件，該第一 端附接至該切割頭，該第二端可接合一個工件。 2 5.如申請專利範圍第2 0項之可脫離式安裝總成，進一 步包含可操作性耦合至該感測電路之一個控制器。 2 6.如申請專利範圍第2 5項之可脫離式安裝總成，其中 該控制器將一個碰撞偵測訊號傳送至該水喷注切割系統的 一個控制跨軌信號杆。 2 7. —種水喷注切割系統的切割頭用之可脫離式安裝總 成，包含： 一個第一安裝構件，可耦合至該水喷注切割系統的一 個可控制式定位安裝表面； 一個第二安裝構件，可耦合至該切割頭且可脫離式耦 合至該第一安裝構件；及

   O:\65\65958.ptd 第30頁 496815 六、申請專利範圍 一個感測電路，在該第一安裝構件上配置有多數之第 一導電元件，及在該第二安裝構件上配置有多數之第二導 電元件。 2 8.如申請專利範圍第2 7項之可脫離式安裝總成，其中 該第一安裝構件包含一個扣件，該扣件具有一個座接開孔 通過且其中配置有多數銷腔，各銷腔在相對橫向側上配置 有一對圓形囊部，且其中該等多數第一導電元件包含配置 於各囊部中之一個導電打擊墊及配置於各囊部内且接觸該 打擊墊之一個導電球。 2 9.如申請專利範圍第2 8項之可脫離式安裝總成，其中 該第二安裝構件包含至少部份配置於該座接開孔内之一個 夾固轴環，且其中該等多數第二導電元件包含從該夾固軸 環往外突之多數導電銷，各導電銷可脫離式配置於一個該 銷腔内且可脫離式接觸一對的導電球。 3 0.如申請專利範圍第2 7項之可脫離式安裝總成，進一 步包含將該第二安裝構件偏壓而接觸該第一安裝構件之一 個偏壓裝置。 3 1.如申請專利範圍第3 0項之可脫離式安裝總成，其中 該偏壓裝置包含一個線圈彈簧。 3 2.如申請專利範圍第2 7項之可脫離式安裝總成，進一 步包含操作性耦合至該感測電路並監測一個碰撞感測訊號 之一個控制器。 3 3. —種水喷注切割系統，用於切割一個工件，包含： 一個切割頭，具有可耦合至一個高壓流體源之一個高

   O:\65\65958.ptd 第31頁 496815 六、申請專利範圍 壓流體入口； 一個第一安裝構件，可耦合至一個可控制式定位安裝 表面； 一個第二安裝構件，耦合至該切割頭且可脫離式耦合 至該第一安裝構件；及 一個感測電路，在該第一安裝構件上配置有多數之第 一導電元件，及在該第二安裝構件上配置有多數之第二導 電元件。 3 4.如申請專利範圍第3 3項之水喷注切割系統，其中該 第一安裝構件包含一個扣件，該扣件具有一個座接開孔通 過且其中配置有多數銷腔，各銷腔在相對橫向側上配置有 一對圓形囊部，且其中該等多數第一導電元件包含配置於 各囊部中之一個導電打擊墊及配置於各囊部内且接觸該打 擊墊之一個導電球。 3 5.如申請專利範圍第3 4項之水喷注切割系統，其中該 第二安裝構件包含至少部份配置於該座接開孔内之一個夾 固軸環，且其中該等多數第二導電元件包含從該夾固軸環 往外突之多數導電銷，各導電銷可脫離式配置於一個該銷 腔内且可脫離式接觸一對的導電球。 3 6.如申請專利範圍第3 3項之水喷注切割系統，進一步 包含一個偏壓裝置，該偏壓裝置可與該切割頭及該安裝表 面相接合，且將該第二安裝構件偏壓而接觸該第一安裝構 件。 3 7 ·如申請專利範圍第3 3項之水喷注切割系統，進一步

   O:\65\65958.ptd 第32頁 496815 六、申請專利範圍 包含可操作性耦合至該感測電路及監測一個碰撞感測訊號 之一個控制器。 3 8.如申請專利範圍第3 3項之水喷注切割系統，進一步 包含耦合至該安裝表面且具有一驅動總成之一個控制跨執 信號杆，將該切割頭可控制式定位在與該工件的表面概呈 平行之一個x-y平面上。 3 9.如申請專利範圍第3 3項之水喷注切割系統，進一步 包含一個高壓流體源。 4 0.如申請專利範圍第3 3項之水喷注切割系統，進一步 包含： 一個直線執，可與相對於該工件往外延伸之一軸線相 對準； 一個滑動構件，耦合至該安裝表面且可滑式耦合至該 直線執； 至少一個致動器，與該直線執相對準且具有一個第一 端及一個第二端，該第一端耦合至該滑動構件，該第二端 與該直線執呈相對固定； 一個位置感測器，耦合至該滑動構件；及 一個控制器，操作性耦合至該位置感測器且耦合至該 致動器，該控制器從該位置感測器接收一個位置訊號且將 一個控制訊號傳送至該致動器。 4 1.如申請專利範圍第4 0項之水喷注切割系統，其中該 致動器包含一個氣動缸，該氣動缸具有可耦合至一高壓空 氣源的一個空氣閥，該控制器操作性耦合至該空氣閥。

   O:\65\65958.ptd 第33頁 496815 六、申請專利範圍 4 2.如申請專利範圍第4 1項之水喷注切割系統，進一步 包含耦合至該空氣閥之一個高壓空氣源。 4 3.如申請專利範圍第4 0項之水噴注切割系統，進一步 包含一個接觸構件，該接觸構件具有一個第一端及一個第 二端，該第一端附接至該切割頭，該第二端可接合該工件 的一表面。 4 4.如申請專利範圍第4 0項之水喷注切割系統，其中該 致動器包含一個第一氣動缸且包含一個第二氣動缸，該第 一氣動缸具有可耦合至一高壓空氣源的一個第一空氣閥， 該第二氣動缸具有可耦合至該高壓空氣源之一個第二空氣 閥，該控制器操作性耦合至該第二空氣閥且傳送一個第二 控制訊號以控制該第二空氣閥。 4 5. —種水喷注切割系統的切割頭用之碰撞偵測及回收 之方法，包含： 將該切割頭安裝在具有一個碰撞感測電路之一個可脫 離式安裝總成上， 監測來自該碰撞感測電路之一個碰撞偵測訊號； 該切割頭與一異物相碰撞； 脫離該可脫離式安裝總成； 從該碰撞偵測訊號決定已經發生一碰撞；及 將一停止訊號傳送予該水喷注切割系統。 4 6.如申請專利範圍第4 5項之方法，進一步包含使該切 割頭從該異物脫離。 4 7.如申請專利範圍第4 5項之方法，進一步包含將一個

   O:\65\65958.ptd 第34頁 496815 六、申請專利範圍 致動訊號傳送至與該切割頭相附接之一個Z軸控制系統。 4 8.如申請專利範圍第4 5項之方法，進一步包含再度接 合該可脫離式安裝總成。 4 9.如申請專利範圍第4 5項之方法，其中將一個停止訊 號傳送至該水喷注切割系統時包括：將一個關閉訊號傳送 至該水喷注切割系統之一個高壓流體源。 5 0. —個用於控制水喷注切割系統的切割頭在一工件表 面上方的高度之方法，包含： 將一個接觸構件的一第一端耦合至該切割頭； 使該接觸構件的一第二端與該工件的表面相接合； 提供一個可調式控制的支撐力，以支撐該切割頭的重 量；及 略微降低該支撐力，以將該接觸構件略微往下偏壓而 接合該工件表面。 5 1.如申請專利範圍第5 0項之方法，其中提供一個可調 式控制的支撐力時包括：可調式加壓與該切割頭相耦合之 一個空氣缸。 5 2.如申請專利範圍第5 0項之方法，其中略微降低該支 撐力以將該接觸構件略微往下偏壓時包括：略微降低與該 切割頭相耦合的一空氣缸中之空氣壓力。 5 3.如申請專利範圍第5 0項之方法，進一步包含： 監測一個碰撞偵測訊號；及 回應於該碰撞偵測訊號而傳送一個控制訊號。 5 4.如申請專利範圍第5 3項之方法，其中該回應於碰撞

   O:\65\65958.ptd 第35頁 496815 六、申請專利範圍 偵測訊號而傳送一個控制訊號時包括：將一個停止訊號傳 送至該水喷注切割系統的一個控制跨執信號杆。 5 5.如申請專利範圍第5 3項之方法，其中該回應於碰撞 偵測訊號而傳送一個控制訊號時包括：將一個控制訊號傳 送至一個氣流控制閥以增加耦合至該切割頭的一空氣缸中 之空氣壓力。 5 6.如申請專利範圍第5 0項之方法，進一步包含週期性 調整該可調式支撐力而不改變該切割頭的高度。 5 7. —種用於校準一個切割總成之一高度位置控制系統 之方法，此切割總成包括工件的一表面上方之一水喷注切 割系統之一個切割頭，此方法包含： 提供一個可調式控制支撐力，以支撐該切割總成之重 曰 · ΐ ， 將該支撐力設定為大約等於該切割總成的重量； 決定該切割總成是否移動離開該工件； 記錄該支撐力的一上低限值； 決定該切割總成是否移向該工件， 記錄該支撐力的一下低限值； 將該支撐力的上低限值處之支撐力設定為加上該支撐 力的一個增量階級； 記錄該切割總成遠離該工件之離開速度； 決定該切割總成是否移動離開該工件； 記錄該切割總成的行程上限； 將該支撐力的下低限值處之支撐力設定為減去該支撐

   O:\65\65958.ptd 第36頁 496815 六、申請專利範圍 力的一個增量階級； 記錄該切割總成朝向該工件之接近速度； 決定該切割總成是否移向該工件；及 記錄該切割總成的行程下限。 5 8.如申請專利範圍第5 7項之方法，其中該提供一個可 調式控制支撐力以支撐該切割總成的重量時包括：提供耦 合至該切割總成的一個空氣缸中之一個可調式控制空氣壓 力。 5 9.如申請專利範圍第5 7項之方法，其中該將該支撐力 設定為大約等於該切割總成的重量時包括：將一空氣缸中 的壓力設定為一個内定壓力值。 6 0.如申請專利範圍第5 7項之方法，其中該將支撐力設 定為大約等於該切割總成的重量時包括：決定該切割總成 是否移往該工件。 6 1.如申請專利範圍第6 0項之方法，進一步包含以一個 增量階級力來降低該支撐力。 6 2.如申請專利範圍第5 7項之方法，其中該將該支撐力 設定為大約等於該切割總成的重量時包括：決定該切割總 成是否移動遠離該工件。 6 3.如申請專利範圍第6 2項之方法，進一步包含以一個 增量階級力來增加該支撐力。 6 4 ·如申請專利範圍第5 7項之方法，進一步包含以一個 增量階級力來增加該支撐力。 6 5.如申請專利範圍第6 4項之方法，其中該以一個增量

   O:\65\65958.ptd 第37頁 496815 六、申請專利範圍 階級力來增加該支撐力時包括：以一個增量階級壓力來增 加一空氣缸内的一壓力。 6 6.如申請專利範圍第5 7項之方法，進一步包含以一個 增量階級力來降低該支撐力。 6 7.如申請專利範圍第6 6項之方法，其中該以一個增量 階級力來降低該支撐力時包括：以一個增量階級壓力來降 低一空氣缸内的壓力。

   O:\65\65958.ptd 第38頁