特表 2024-532308 材料加工システムを用いたエッジ成形

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-05

(54)【発明の名称】材料加工システムを用いたエッジ成形

(51)【国際特許分類】

   B23K 10/00 20060101AFI20240829BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20240829BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20240829BHJP

   B23K 26/361 20140101ALI20240829BHJP

   B26F 3/00 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

B23K10/00 501A

B23K26/38 A

B23K31/00 Z

B23K26/361

B26F3/00 R

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024512153

(86)(22)【出願日】2022-08-24

(85)【翻訳文提出日】2024-02-22

(86)【国際出願番号】 US2022041345

(87)【国際公開番号】W WO2023028125

(87)【国際公開日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】63/237,009

(32)【優先日】2021-08-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500036037

【氏名又は名称】ハイパーサーム インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】チャン、ユー

(72)【発明者】

【氏名】ムーディ、スティーブン

【テーマコード（参考）】

3C060

4E001

4E168

【Ｆターム（参考）】

3C060AA00

3C060CE08

3C060CE13

3C060CE28

4E001AA01

4E001BA04

4E001CA01

4E168AD06

4E168AD07

4E168CB07

(57)【要約】

加工ストリームを供給するように構成された加工ヘッドを含む材料加工システムを使用して、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するためのコンピュータ実装方法が提供される。本方法は、所望のエッジプロファイルに基づいて部品のエッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算することと、始点から終点までの成形経路を実行するために部品のエッジの周りに加工ストリームを制御可能に衝突させるための、動作パラメータのセットを決定することと、を含む。本方法は、加工ヘッドを部品の表面に対して垂直に位置決めすることと、加工ヘッドによって、加工ストリームを部品のエッジに制御可能に衝突させて、所望のエッジプロファイルを成形することと、を更に含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工ストリームを供給するように構成された加工ヘッドを含む材料加工システムを使用して、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するためのコンピュータ実装方法であって、
前記材料加工システムによって、所望のエッジプロファイルに基づいて前記部品の前記エッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算することと、
前記材料加工システムによって、前記始点から前記終点までの前記成形経路を実行するために前記部品の前記エッジの周りに前記加工ストリームを制御可能に衝突させるための、動作パラメータのセットを決定することであって、前記動作パラメータのセットは、前記部品に対する前記加工ヘッドの高さ、前記加工ストリームのエネルギー密度、前記成形経路に沿った前記加工ヘッドの速度、前記部品の前記エッジに対する前記成形経路のオフセット、及び前記加工ストリームの圧力のうちの少なくとも１つを含む、決定することと、
前記材料加工システムによって、前記加工ヘッドを前記部品の表面に対して垂直に位置決めすることと、
前記加工ヘッドによって、前記加工ストリームを前記部品の前記エッジに制御可能に衝突させて、前記所望のエッジプロファイルを成形することと、を含む、コンピュータ実装方法。

【請求項2】

前記材料加工システムは、プラズマアークトーチシステム、レーザ加工システム、又はウォータージェット切断システムのうちの１つを含む、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項3】

前記加工ストリームは、プラズマアーク、レーザビーム、又はウォータージェットストリームのうちの１つを含む、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項4】

前記所望のエッジプロファイルは、傾斜の付いたエッジ、すくい取られたエッジ、又は面取りされたエッジのうちの１つを含む、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項5】

前記加工ストリームはレーザビームを含み、前記制御可能に衝突させることは、前記部品の前記エッジの一部を選択的に溶融して前記所望のエッジプロファイルを達成するために、前記ワークピースの表面に対して前記レーザビームを供給することを含む、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項6】

前記加工ストリームはプラズマアークを含み、前記制御可能に衝突させることは、前記部品の前記エッジにおいて前記プラズマアークを制御可能に曲げて前記所望のエッジプロファイルを達成することを含む、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項7】

前記プラズマアークの前記制御可能に曲げることは、前記ワークピースを横切る前記加工ヘッドの移動方向に対して非垂直な方向に前記プラズマアークの遠位先端を曲げることを含む、請求項６に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項8】

前記プラズマアークの前記遠位先端は、前記プラズマアークの長さの約４０％を含む、請求項７に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項9】

前記部品の前記エッジを成形するための前記部品に対する前記加工ヘッドの高さは、前記部品を切断するために使用可能なプラズマアークのエネルギー密度の約２５％のエネルギー密度の発生を可能にするように設定される、請求項６に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項10】

前記加工ヘッドは、前記プラズマアークの幅の少なくとも約１０％だけ前記ワークピースの前記部品の前記エッジから横方向にオフセットされる、請求項６に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項11】

前記成形経路は、前記ワークピースの前記部品の前記エッジから約２．５ｃｍ以内に位置する、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項12】

前記成形経路は、前記始点と前記終点との間の第１のパスと、前記始点と前記終点との間の第２のパスと、を含み、
（ｉ）前記第１のパス中に、前記加工ストリームは、前記ワークピースを貫通して、前記ワークピースから前記部品の少なくとも一部を分離し、
（ｉｉ）前記第２のパス中に、前記加工ストリームは、前記分離された部品の前記エッジを成形して、前記所望のエッジプロファイルを達成する、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項13】

加工ヘッド高さ、加工ストリームエネルギー密度、加工ストリーム圧力、加工ストリームガス混合物、速度、又はオフセットのうちの少なくとも１つは、前記所望のエッジプロファイルを達成するために、前記第１のパスと前記第２のパスとの間で異なる、請求項１２に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項14】

前記第１のパス中の前記部品に対する前記加工ヘッドの前記高さは、前記第２のパス中の前記部品に対する前記加工ヘッドの前記高さよりも低く、それによって、前記第２のパス中に前記ワークピースに衝突する前記加工ストリームの前記エネルギー密度を減少させる、請求項１２に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項15】

前記所望のエッジプロファイルに関連する所望の角度及び深さを、前記第２のパス中に前記加工ヘッドの速度を制御することによって生成することをさらに含む、請求項１２に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項16】

切断消耗品のセットを前記第１のパスを実行するために取り付けることと、消耗品の異なるセットを前記第２のパスを実行するために取り付けることと、をさらに含む、請求項１２に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項17】

前記動作パラメータのセットを決定することは、前記ワークピースの材料タイプ又は厚さのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項18】

前記第１のパスと前記第２のパスとの両方に１組の消耗品を使用することと、前記部品の前記エッジを制御可能に成形するために、前記動作パラメータのうちの１つ以上を前記第１のパスと前記第２のパスとの間で変更することと、をさらに含む、請求項１２に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項19】

レーザビームを供給するように構成された熱加工ヘッドを含むレーザ切断システムを使用して、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するためのコンピュータ実装方法であって、
前記レーザ切断システムによって、所望の傾斜プロファイルに基づいて前記部品の前記エッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算することと、
前記レーザ切断システムによって、前記始点から前記終点までの前記成形経路を実行するために、少なくとも前記部品に対する前記熱加工ヘッドの高さを決定することと、
前記レーザ切断システムによって、前記加工ヘッドを前記決定された高さで前記部品の表面に対して垂直に位置決めすることと、
前記熱加工ヘッドから前記成形経路に沿って供給される前記レーザビームによって、前記部品の前記エッジの一部を選択的に溶融して、前記所望の傾斜プロファイルを達成することと、を含む、コンピュータ実装方法。

【請求項20】

前記レーザビームの遠位先端は、前記ワークピースの表面に垂直な方向に前記ワークピースを貫通する、請求項１９に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項21】

前記部品に対する前記熱加工ヘッドの前記高さは、約２．５ｃｍである、請求項１９に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項22】

前記熱加工ヘッドは、少なくとも１．２７ｍｍだけ前記ワークピースの前記部品の前記エッジから横方向にオフセットされる、請求項１９に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項23】

前記成形経路は、前記始点と前記終点との間の第１のパスと、前記始点と前記終点との間の第２のパスとを含み、
（ｉ）前記第１のパス中に、前記加工ストリームは、前記ワークピースを貫通して、前記ワークピースから前記部品の少なくとも一部を分離し、
（ｉｉ）前記第２のパス中に、前記加工ストリームは、前記分離された部品の前記エッジを成形して、前記所望の傾斜プロファイルを達成する、請求項１９に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項24】

前記部品に対する前記熱加工ヘッドの前記高さを決定することは、前記ワークピースの材料タイプ又は厚さのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１９に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項25】

ワークピースから切断される部品のエッジを成形するための材料加工システムであって、
加工ストリームを生成し、前記加工ストリームを前記ワークピースに供給するための手段と、
所望のエッジプロファイルに基づいて、前記部品の前記エッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算するための手段と、
前記始点から前記終点までの前記成形経路を実行するために前記部品の前記エッジの周りに前記加工ストリームを制御可能に衝突させるための、動作パラメータのセットを決定するための手段であって、前記動作パラメータのセットは、前記部品に対する加工ヘッドの高さ、前記加工ストリームのエネルギー密度、前記成形経路に沿った前記加工ヘッドの速度、前記部品の前記エッジに対する前記成形経路のオフセット、及び前記加工ストリームの圧力のうちの少なくとも１つを含む、決定するための手段と、
前記加工ストリームを供給する前記手段が前記部品の表面に対して垂直になるように、前記加工ストリームを供給する前記手段を位置決めする手段と、
前記所望のエッジプロファイルを成形するために前記部品の前記エッジに前記加工ストリームを制御可能に衝突させる手段と、を含む、材料加工システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、材料加工システムを使用してワークピースから切断される部品のエッジを成形するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマアークトーチシステム、レーザ加工システム、及び液体ジェット加工システムを含む材料加工システムは、材料（例えば、金属などの導電性材料）の加工（例えば、加熱、切断、ガウジング、及びマーキング）に広く使用されている。これらの材料加工システムは、ワークピースに加工ストリームを供給してワークピースを加工するための加工ヘッドを含む、様々な消耗部品を含む。例えば、プラズマアークトーチシステムは、一般に、プラズマアークトーチヘッドを含む加工ヘッドと、トーチヘッド内に取り付けられた電極と、電極のボア内に配置されたエミッタと、トーチヘッド内に取り付けられた中央出口オリフィスを有するノズルと、シールドと、電気接続部と、冷却用通路と、アーク制御流体（例えば、プラズマガス）用通路と、電源とを含む。スワールリングを使用して電極とノズルとの間に形成されたプラズマチャンバ内の流体の流れのパターンを制御することができる。動作中、プラズマアークトーチは、溶融金属の除去を支援するために、高温でかつ十分な運動量を有するイオン化ガスの圧縮されたジェットであるプラズマアークを含む加工ストリームを生成する。トーチで使用されるガスは、非反応性（例えば、アルゴン又は窒素）又は反応性（例えば、酸素又は空気）であり得る。ウォータージェット加工システム又はレーザ加工システムなどの他のタイプの材料加工システムも、それぞれの加工装置を動作させるために使用される様々な消耗部品を含む。これらの消耗品は、ワークピースを加工するために加工ストリーム（例えば、ウォータージェットストリーム又はレーザストリーム）を供給するための加工ヘッド（例えば、ウォータージェット切断ヘッド又はレーザ切断ヘッド）を含む。

【0003】

これらの材料加工システムは、複雑な機械及び構造へと溶接及び組立をするための準備において、平板、Ｉ型鋼及びパイプを切断するために頻繁に使用される。一般的な溶接技術は、強い溶接を達成するために、接合される部品に傾斜の付いたエッジ（すなわち、勾配のある、９０度でないエッジ）を必要とすることが多い。従来、部品のエッジに傾斜の付いた形状を達成するために、材料加工システムは、多軸傾斜トーチ及び／又は大量の二次加工（例えば、エンドユーザによる研削）を使用している。しかしながら、多軸傾斜トーチは高価であり、設計が複雑であり、所望の傾斜形状を達成するために部品の周りで操作／操縦するのが複雑である。加えて、所望の形状を達成するために使用される二次加工は、通常は非効率的である。複雑な切断コンポーネントを採用することに伴う二次加工及び費用のこれらの非効率性は、溶接可能部品を形成する際の従来の材料加工システム（例えば、プラズマ又はレーザ切断システム）の使用を制限する。更に、塗装される部品に対して、部品上の直角（すなわち、９０度）のエッジは塗装するのが困難であり、多くの場合、完成品上の塗料の破損／欠け点となる。したがって、より容易に塗装可能な部品には、エッジ面取り（すなわち、部品の直角エッジの一部を切り取って丸みを帯びた勾配のあるエッジを達成すること）が必要とされる場合がある。現在、作業者は、塗装可能な面取りされたエッジを達成するために部品の直角エッジを研削しているが、これも非効率性及び追加の材料取扱い要件並びに追加の人的操作をもたらす。

【0004】

したがって、二次加工及び／又は複雑な加工コンポーネントを必要とすることなく、部品エッジにおける傾斜及び／又は面取り形状を達成することができるシステム及び方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0005】

本発明は、プラズマアークシステム及びレーザシステムなどの既存の材料加工システムを使用して、ワークピースの一部に傾斜の付いた及び面取りされたエッジを達成するためのシステム及び方法を提供する。いくつかの実施形態では、単純なＸ－Ｙ切断テーブルが、加工ヘッド運動、動作、及び／又はプロセス設定の制御された調節と併せて使用されて、複雑な切断コンポーネント（例えば、多関節又は傾斜ベンチ、ロボット操作など）又は二次加工のいかなる使用も伴わずに、一貫した傾斜切断及び／又は面取り切断を得る。

【0006】

一態様では、本発明は、加工ストリームを供給するように構成された加工ヘッドを含む材料加工システムを使用して、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するためのコンピュータ実装方法を特徴とする。本方法は、材料加工システムによって、所望のエッジプロファイルに基づいて部品のエッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算することと、材料加工システムによって、所望のエッジプロファイルに基づいて部品のエッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算することとを含む。本方法はまた、材料加工システムによって、始点から終点までの成形経路を実行するために部品のエッジの周りに加工ストリームを制御可能に衝突させるための、動作パラメータのセットを決定することを含む。動作パラメータのセットは、部品に対する加工ヘッドの高さ、加工ストリームのエネルギー密度、成形経路に沿った加工ヘッドの速度、部品のエッジに対する成形経路のオフセット、及び加工ストリームの圧力のうちの少なくとも１つを含む。本方法は、材料加工システムによって、加工ヘッドを部品の表面に対して垂直に位置決めすることと、加工ヘッドによって、加工ストリームを部品のエッジに制御可能に衝突させて、所望のエッジプロファイルを成形することとを更に含む。

【0007】

別の態様では、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するための材料加工システムが提供される。材料加工システムは、加工ストリームを生成し、加工ストリームをワークピースに供給するための手段と、所望のエッジプロファイルに基づいて、部品のエッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算するための手段とを含む。材料加工システムはまた、始点から終点までの成形経路を実行するために部品のエッジの周りに加工ストリームを制御可能に衝突させるための、動作パラメータのセットを決定するための手段を含む。動作パラメータのセットは、部品に対する加工ヘッドの高さ、加工ストリームのエネルギー密度、成形経路に沿った加工ヘッドの速度、部品のエッジに対する成形経路のオフセット、及び加工ストリームの圧力のうちの少なくとも１つを含む。材料加工システムは、加工ストリームを供給する手段が部品の表面に対して垂直になるように、加工ストリームを供給する手段を位置決めする手段と、所望のエッジプロファイルを成形するために部品のエッジに加工ストリームを制御可能に衝突させる手段とを更に含む。

【0008】

いくつかの実施形態では、材料加工システムは、プラズマアークトーチシステム、レーザ加工システム、又はウォータージェットストリームのうちの１つを含む。いくつかの実施形態では、加工ストリームは、プラズマアーク、レーザビーム、又はウォータージェットストリームのうちの１つを含む。いくつかの実施形態では、加工ストリームはレーザビームを含み、制御可能に衝突させることは、部品のエッジの一部を選択的に溶融して所望のエッジプロファイルを達成するために、ワークピースの表面に対してレーザビームを供給することを含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、加工ストリームはプラズマアークを含み、制御可能に衝突させることは、部品のエッジにおいてプラズマアークを制御可能に曲げて所望のエッジプロファイルを達成することを含む。いくつかの実施形態では、プラズマアークを制御可能に曲げることは、ワークピースを横切る加工ヘッドの移動方向に対して非垂直な方向にプラズマアークの遠位先端を曲げることを含む。いくつかの実施形態では、プラズマアークの遠位先端は、プラズマアークの長さの約４０％を含む。いくつかの実施形態では、部品のエッジを成形するための部品に対する加工ヘッドの高さは、部品を切断／分断するために使用可能なプラズマアークに関連するエネルギー密度の約２５％のプラズマアーク密度の発生を可能にするように設定される。いくつかの実施形態では、加工ヘッドは、プラズマアークの幅の少なくとも約１０％だけワークピースの部品のエッジから横方向にオフセットされる。いくつかの実施形態では、成形経路は、ワークピースの部品のエッジから約２５ｍｍ（１インチ）以内に位置する。

【0010】

いくつかの実施形態では、成形経路は、始点と終点との間の第１のパスと、始点と終点との間の第２のパスとを含む。第１のパス中に、加工ストリームは、ワークピースを貫通して、ワークピースから部品の少なくとも一部を分離し、第２のパス中に、加工ストリームは、分離された部品のエッジを成形して、所望のエッジプロファイルを達成する。いくつかの実施形態では、加工ヘッド高さ、加工ストリームエネルギー密度、加工ストリーム圧力、加工ストリームガス混合物、速度、又はオフセットのうちの少なくとも１つは、所望のエッジプロファイルを達成するために、第１のパスと第２のパスとの間で異なる。いくつかの実施形態では、第１のパス中の部品に対する加工ヘッドの高さは、第２のパス中の部品に対する加工ヘッドの高さよりも低く、それによって、第２のパス中にワークピースに衝突する加工ストリームのエネルギー密度を減少させる。いくつかの実施形態では、所望のエッジプロファイルに関連する所望の角度及び深さは、第２のパス中に加工ヘッドの速度を制御することによって生成される。いくつかの実施形態では、切断消耗品のセットが、第１のパスを実行するために取り付けられ、消耗品の異なるセットが、第２のパスを実行するために取り付けられる。あるいは、第１のパスと第２のパスの両方に同じセットの消耗品が使用されるが、部品のエッジを制御可能に成形するために、動作パラメータ（例えば、電流、電力密度、圧力、オフセット、及び／又は加工ヘッド高さ）のうちの１つ以上が第１のパスと第２のパスとの間で変更される。

【0011】

いくつかの実施形態では、動作パラメータのセットを決定することは、ワークピースの材料タイプ又は厚さのうちの少なくとも１つに基づく。いくつかの実施形態では、所望のエッジプロファイルは、傾斜の付いたエッジ（例えば、Ｙ字形傾斜、Ｖ字形傾斜、Ｕ字形傾斜など）、すくい取られた／丸みを帯びたエッジ、又は面取りされたエッジのうちの１つを含む。

【0012】

更に別の態様では、レーザビームを供給するように構成された熱加工ヘッドを含むレーザ切断システムを使用して、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するためのコンピュータ実装方法が提供される。この方法は、レーザ切断システムによって、所望の傾斜プロファイルに基づいて部品のエッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算することと、レーザ切断システムによって、始点から終点までの成形経路を実行するために少なくとも部品に対する熱加工ヘッドの高さを決定することとを含む。この方法は、レーザ切断システムによって、加工ヘッドを決定された高さで部品の表面に対して垂直に位置決めすることと、熱加工ヘッドから成形経路に沿って供給されるレーザビームによって、部品のエッジの一部を選択的に溶融して、所望の傾斜プロファイルを達成することとを更に含む。いくつかの実施形態では、レーザ出力密度、ワークフロー圧力、熱加工ヘッド高さ、又は熱加工ヘッドの横方向オフセットのうちの少なくとも１つを含む、レーザ切断システムに関連する１つ以上の動作パラメータが、所望の傾斜プロファイルを達成するために変更される。

【0013】

いくつかの実施形態では、レーザビームの遠位先端は、ワークピースの表面に垂直な方向にワークピースを貫通する。いくつかの実施形態では、部品に対する熱加工ヘッドの高さは、約２５ｍｍ（１インチ）である。いくつかの実施形態では、部品に対する熱加工ヘッドの高さを決定することは、ワークピースの材料タイプ又は厚さのうちの少なくとも１つに基づく。いくつかの実施形態では、熱加工ヘッドは、少なくとも約０．２５ｍｍ（０．０１）インチ～約１２．７ｍｍ（０．５インチ）、例えば１．２７ｍｍ（０．０５インチ）だけワークピースの一部のエッジから横方向にオフセットされる。

【0014】

いくつかの実施形態では、成形経路は、始点と終点との間の第１のパスと、始点と終点との間の第２のパスとを含む。第１のパス中に、加工ストリームは、ワークピースを貫通して、ワークピースから部品の少なくとも一部を分離し、第２のパス中に、加工ストリームは、分離された部品のエッジを成形して、所望の傾斜プロファイルを達成する。

【0015】

上述した本発明の利点は、更なる利点と共に、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによってより良く理解することができる。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、概して、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明のいくつかの実施形態による、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するための例示的な材料加工システムを示す。

【図2】本発明のいくつかの実施形態による、図１の材料加工システムを使用してワークピースから切断される部品のエッジを成形するための例示的なコンピュータ化されたプロセスを示す。

【図3A-3B】本発明のいくつかの実施形態による、面取りされたエッジを生成するために図２のプロセスを使用して、それぞれ第１のパス及び第２のパスにおけるプラズマアークトーチシステムによるワークピースからの部品の切断及び成形を視覚化する図を示す。

【図4】本発明のいくつかの実施形態による、傾斜の付いたエッジを生成するために図２のプロセス２００を使用してプラズマアークトーチシステムによって部品のエッジを成形することを視覚化する図を示す。

【図5】本発明のいくつかの実施形態による、傾斜の付いたエッジを生成するために図２のプロセスを使用して成形された例示的な部品を示す。

【図6】本発明のいくつかの実施形態による、面取りされたエッジを生成するために図２のプロセスを使用して成形された例示的な部品を示す。

【図7】本発明のいくつかの実施形態による、プラズマアークトーチシステムによってワークピース上に加工された例示的なＶ字形傾斜プロファイルを示す。

【図8】本発明のいくつかの実施形態による、プラズマアークトーチシステムによってワークピース上に加工された例示的なＵ字形傾斜プロファイルを示す。

【図9】本発明のいくつかの実施形態による、レーザ切断システムを使用してワークピースから切断される部品のエッジを成形するための、図２のコンピュータ化されたプロセスから適合された例示的なコンピュータ化されたプロセスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、本発明のいくつかの実施形態による、ワークピース１０６から切断される部品のエッジを成形するための例示的な材料加工システム１００を示す。図示のように、システム１００は、概して、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、コンピュータ、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などとすることができるプロセッサ１０８と電気通信する、加工ヘッド１０２を含む。加工ヘッド１０２は、加工ストリームを生成してワークピース１０６に供給し、（ｉ）ワークピース１０６から部品を切断し、及び／又は（ｉｉ）ワークピース１０６から分離された後に部品のエッジを成形するように構成されている。いくつかの実施形態では、材料加工システム１００はプラズマアークトーチシステムであり、この場合、加工ヘッド１０２は、プラズマアークを生成してワークピース１０６に供給して切断及び／又はエッジ成形を行うように構成されたプラズマトーチヘッドである。いくつかの実施形態では、材料加工システム１００はレーザ加工システムであり、この場合、加工ヘッド１０２は、レーザストリームを生成してワークピース１０６に供給して切断及び／又はエッジ成形を行うように構成された熱加工ヘッドである。いくつかの実施形態では、材料加工システムは液体ジェットシステムであり、この場合、加工ヘッド１０２は、液体のストリームを生成してワークピース１０６に供給して切断及び／又はエッジ成形を行うように構成された液体ジェットヘッドである。

【0018】

図１に示すような材料加工システム１００の例示的な構成では、ワークピース１０６は、切断テーブル１０８（例えば、Ｘ－Ｙ切断テーブル）上に配置され、加工ヘッド１０２は、加工ヘッド１０２の遠位先端１２２がワークピース１０６の上方に位置決めされるようにガントリ１１２に取り付けられた、高さコントローラ１１０内に取り付けられる。プロセッサ１０８は、材料加工システム１００の様々なシステムモジュールと相互作用して、加工ヘッド１０２からの加工ストリームをワークピース１０６上の成形経路に沿って方向付けながら、ワークピース１０６に対する加工ヘッド１０２の動きを制御するように構成される。システム１００はまた、様々なシステムモジュールと相互作用して、ワークピース１０６を加工するために加工ヘッド１０２に供給される電流、電圧及び／又は電力を制御するように構成された、電源１１６を含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ１０８及び電源１１６は、１つのコンポーネントに統合される。あるいは、それらは、図１に示されるように別個のコンポーネントである。

【0019】

一般に、プロセッサ１０８及び／又は電源１１６は、開始シーケンス、ＣＮＣインターフェース機能、ガス及び動作パラメータ、並びに停止シーケンスを含むがこれらに限定されない多くのシステム機能を調整することによって、ワークピース１０６に対する加工ヘッド１０２の動作を制御及び最適化するように構成される。例えば、プロセッサ１０８及び／又は電源１１６は、（ｉ）加工ヘッド１０２に供給される１つ以上のガス（例えば、プラズマアークトーチシステムのためのシールドガス及び／又はプラズマガス）を制御するためのガスコントローラ１１８、（ｉｉ）ワークピース１０６の表面に対する加工ヘッド１０２の横方向移動を調節するためのドライバシステム１２０、（ｉｉｉ）加工ヘッド１０２とワークピース１０６との間の垂直高さを調節するための高さコントローラ１１０、及び（ｉｖ）所望の切断及び／又は成形結果を達成するためにワークピース１０６を加工するための所望のパラメータを設定する適切なプログラムを提供するためのネスティングソフトウェア（図示せず）を含む、様々なシステムモジュールを制御する。

【0020】

図２は、本発明のいくつかの実施形態による、図１の材料加工システム１００を使用してワークピース１０６から切断される部品のエッジを成形するための例示的なコンピュータ化されたプロセス２００を示す。材料加工システム１００は、ワークピース１０６から切断された部品のエッジを成形して、部品のエッジにおいて、傾斜の付いたエッジプロファイル、すくい取られた／丸みを帯びたエッジプロファイル、又は面取りされたエッジプロファイルなどのユーザが所望するプロファイルを達成することができる。一例として、材料加工システム１００は、約９．５ｍｍ（３／８インチ）厚の鋼板であるワークピース１０６にプロセス２００を適用して、ワークピース１０６から約６０度の傾斜の付いたエッジを有する部品を切断及び／又は成形することができる。

【0021】

図２に示すように、プロセス２００は、ステップ２０２で開始し、材料加工システム１００（例えば、材料加工システム１００のプロセッサ１０８及び／又は電源１１６）が、所望のエッジプロファイルを達成するために、部品のエッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算する。いくつかの実施形態では、成形経路は２つ以上のパスを含み、各パスは始点と終点との間に延びている。第１のパス中に、加工ヘッド１０２は、加工ストリームを供給してワークピース１０６を貫通して、ワークピース１０６から部品の少なくとも一部を分離する（例えば、ワークピースから部品を切り離す）。第１のパスの後、切断が行われた部品のエッジは、実質的に直角（すなわち、９０度）であってもよい。第２及び任意の後続のパス中に、加工ストリームは、所望のエッジプロファイルが達成されるように、初期切断が行われた部品のエッジを成形する。したがって、第１のパスでワークピース１０６から部品が切断／分離されるエッジは、第２のパス及び任意の後続のパス中に成形が行われるエッジと同じであり得る。代替実施形態では、部品は、追加の切断を必要とせずに提供され、この場合、成形経路は、成形経路の始点及び終点が、所望のプロファイルへの成形が必要とされるエッジを示すシングルパス動作である。

【0022】

ステップ２０４において、材料加工システム１００（例えば、材料加工システム１００のプロセッサ１０８及び／又は電源１１６）は、マルチパス（例えば、２パス）成形経路又はシングルパス成形経路のいずれかで、始点から終点まで成形経路を実行するために、部品のエッジの周りに（加工ヘッド１０２によって）加工ストリームを生成し、制御可能に衝突させるための１つ以上の動作パラメータのセットを決定する。動作パラメータのセットは、ワークピース１０６の表面の上方の加工ヘッド１０２の高さ（例えば、高さコントローラ１１０を調節することによる）、加工ヘッド１０２によって生成される加工ストリームのエネルギー密度、成形経路に沿った加工ヘッド１０２の速度、及び部品のエッジに対する成形経路の横方向オフセット（例えば、形状厚さ及び角度に応じて約０．２５ｍｍ（０．０１インチ）～約２５ｍｍ（１インチ））のうちの少なくとも１つを含むことができる。いくつかの実施形態では、パラメータのセットは、達成される必要がある所望のエッジプロファイルを考慮しながら、ワークピースの材料タイプ又は厚さのうちの少なくとも１つに基づいて決定される。例えば、プラズマアーク加工手法では、第２のパス又は任意の後続のパス中に（又はシングルパス成形動作において）、プラズマアークトーチシステム１００の動作パラメータは、トーチヘッド１０２によって放出される低密度プラズマアーク（例えば、ワークピースを切断／分断するために使用されるプラズマアークのエネルギー密度よりも実質的に低いエネルギー密度を有するプラズマアーク）を制御可能に曲げるように構成され得、その結果、曲げられたアークは、部品の上部部分上の／から大部分の材料を除去し、それによって、傾斜の付いた、面取りされた、又はすくい取られたエッジプロファイルを達成する。例えば、低密度プラズマアークは、ワークピースを切断するために使用されるプラズマアークに関連するエネルギー密度の約２５％のエネルギー密度を有することができる。別の例として、レーザ加工手法では、第２のパス又は任意の後続のパス中に（又はシングルパス成形動作において）、レーザ加工システム１００の動作パラメータは、部品のエッジの上部部分を選択的に溶融するレーザビームを生成するように構成され、それによって、傾斜の付いた、面取りされた、又はすくい取られたエッジプロファイルを達成する。いくつかの実施形態では、第１のパス及び後続のパスは、同じセットの消耗品を使用するが、切断高さ、速度、横方向オフセット、入力電力密度、ガス圧力、ガス混合物、制御された電力プロファイル及び圧力プロファイルなどを含む１つ以上のパラメータの異なる設定を用いる。

【0023】

いくつかの実施形態では、マルチパス（例えば、２パス）成形経路において、これらの動作パラメータのうちの１つ以上は、パス中において異なる機能を実行するために、第１のパスと第２のパスとの間で異なる。より具体的には、第１のパスでは、動作パラメータは、ワークピース１０６から部品を分断するように構成され、それによって部品のエッジを（例えば、直角エッジとして）寸法的に形成し、第２の（及び任意の後続の）パスでは、動作パラメータは、第１のパスからの部品の同じエッジ（例えば、第１のパスからの直角エッジ）を成形して所望のプロファイルを達成するように構成される。いくつかの実施形態では、２パス動作において、第１のパス中の部品に対する加工ヘッド１０２の高さは、第２のパス中の部品に対する加工ヘッド１０２の高さよりも低く（例えば、加工ヘッドは、第２のパス中に部品からより遠くに離間される）、それによって、第２のパス中の加工ストリーム衝突のエネルギー密度を減少させる。いくつかの実施形態では、マルチパス（例えば、２パス）動作において、加工ヘッド１０２の速度は、所望のエッジプロファイルに関連する所望の角度及び深さを生成するために、複数のパスの間で異なる。例えば、加工ヘッド１０２の速度は、第１のパスの速度よりも第２のパスにおいて速くても遅くてもよい。他の差異は、異なるガス圧力、異なる電流のアンペア数、エッジからの加工ストリーム中心点の異なる横方向オフセットなどのうちの１つ以上を含む。例えば、第２のパスは、第１のパスにおける加工ストリームの衝突の場所と比較して、加工ストリームが部品に衝突する横方向オフセットを導入することができる。いくつかの実施形態では、横方向オフセットは、プロセスガスの直径の２倍以下である（例えば、約１００Ａでのプラズマ加工の場合、横方向オフセットは約５．１ｍｍ（０．２インチ）未満であり得る）。いくつかの実施形態では、第２のパス中に、より低い、電流アンペア数、電力密度、ガス混合物、又はガス圧力のうちの少なくとも１つが、第１のパス中に設定されたものと比較して設定される。いくつかの実施形態では、異なるパス間の高さの差及び他のパラメータ設定の差は、切断厚さ及び傾斜角に依存する。例えば、約３０度の傾斜を有する１３ｍｍ（１／２インチ）の軟鋼の場合、第１のパスのパラメータは、約１０５Ａの電流、約１．５ｍ（６１インチ）／分の速度、約３．２ｍｍ（０．１２５インチ）の切断高さを含み、横方向オフセットは無い。第２のパスのパラメータは、約１０５Ａの電流、約０．６ｍ（２４インチ）／分の速度、約３０ｍｍ（１．２インチ）の切断高さ、及び約３．８ｍｍ（０．１５インチ）の横方向オフセットを含む。

【0024】

ステップ２０６において、材料加工システム１００は（ドライバシステム１２０及びガントリ１１８を介して）加工ヘッド１０２をワークピース１０６の表面に対して実質的に垂直に位置決めする。ステップ２０８において、材料加工システム１００は、加工ストリームを（加工ヘッド１０２を介して）部品のエッジに制御可能に供給する。加工ストリームは、上述したように、始点から終点までのマルチパス（例えば、２パス）成形経路又はシングルパス成形経路のいずれかにおいて、材料加工システム１００によって供給され得る。材料加工システム１００は、所望のエッジプロファイルを達成するためにそれぞれのパスに対して決定された動作パラメータを使用して、マルチパス成形経路又はシングルパス成形経路のための加工ストリームを生成することができる。いくつかの実施形態では、２パス動作が使用される場合、材料加工システム１００は、第１のパスの切断動作を実行するために切断消耗品のセットを使用し、その後、これらの消耗品を、第２のパスのエッジ精緻化／成形動作を実行するための消耗品（例えば、ガウジング又は傾斜付け消耗品）の異なるセットに変更するように適合される。代替実施形態では、同じセットの消耗品が全てのパスに使用されるが、異なる動作パラメータ設定を有する。

【0025】

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、面取りされたエッジを生成するために図２のプロセス２００を使用して、それぞれ第１のパス及び第２のパスにおけるプラズマアークトーチシステム１００によるワークピース３０２からの部品３００の切断及び成形を視覚化する図を示す。より具体的には、図３Ａは、成形経路の第１の／初期パス中にワークピース３０２から部品３００を切断する（すなわち、分離する）ために、プラズマアークトーチ１０２を使用してワークピース３０２にプラズマアーク３０４を供給することを示す。いくつかの実施形態では、プラズマアーク３０４は、第１のパス中にワークピース３０２の表面に対して実質的に垂直に衝突する。いくつかの実施形態では、初期エッジ３００ａは、切断が行われる第１のパスの後に部品３００上に形成される。エッジ３００ａは、例えば、実質的に直角であり得る。この第１のパスにおける切断を実行するために、トーチ１０２の遠位先端１２２は、ワークピース３０２の表面から第１の高さ（Ｈ１）、例えばワークピース３０２の上方に約１．５ｍｍ（０．０６インチ）～約６．４ｍｍ（０．２５インチ）に位置決めされる。第１の高さＨ１を含むプラズマアーク３０４の生成に関連する動作パラメータは、プラズマアーク３０４がプラズマアークトーチ１０２から真っ直ぐ下方に流れ、ワークピース３０２の表面に対して実質的に垂直／直角方向でワークピース３０２を貫通するように選択することができる。図３Ａに示される第１のパス中において、プラズマアーク３０４の中心は、ワークピースの表面に衝突するとき、部品３００のエッジ３００ａから実質的に位置合わせされる（すなわち、横方向オフセットが無い）。

【0026】

図３Ｂは、成形経路の第２のパス中に部品３００のエッジ３０２ａを成形するために、プラズマアークトーチ１０２を使用して図３Ａの部品３００にプラズマアーク３０６を供給することを示しており、第１及び第２のパスは実質的に同じ始点及び終点を有する。図示のように、プラズマアークトーチ１０２の第２のパスは、部品３００のエッジ３００ａを成形して面取りされたエッジを形成する。これを達成するために、プラズマアークシステム１００は、トーチ先端１０２を部品３００の表面の上方の第２の高さ（Ｈ２）に位置決めし、第２の高さＨ２は、第１のパスで使用される第１の高さＨ１よりも高い。いくつかの実施形態では、プラズマアーク３０６の中心は、部品３００の表面に衝突する際に、エッジ３００ａに対して横方向オフセット距離Ｄ２だけ横方向にオフセットされる。そのような高さＨ２及び横方向オフセットＤ２の選択は、プラズマアーク３０６を生成するための他の動作パラメータの値の特定の選択と任意選択で組み合わされて、第１のパスからのプラズマアーク３０４と比較して、より長くより順応性のある／柔軟なプラズマアーク３０６をもたらす。例えば、プラズマアークシステム１００は、図３Ａの第１のパスに関連するトーチ速度と比較して、トーチ先端１０２が部品３００を横切って移動するより高い又はより低い速度を選択することができる。第１のパスの速度に対するこの変化したトーチ速度は、面取りされたエッジを達成するために、プラズマアーク３０６によってエッジ３００ａから除去される材料の量を減少させるように適合される。

【0027】

結果として生じるプラズマアーク３０６は、部品３００に衝突する際に曲がることができ、材料の周りで湾曲し、最小抵抗の空隙／経路内に入り、部品３００のエッジ３００ａにおいて滑らかな面取りされた形状を生成する。図示のように、プラズマアーク３０６の遠位先端３０６ａは、概して、部品３００を横切るトーチ１０２の移動方向に対して垂直でない方向に曲がる。いくつかの実施形態では、プラズマトーチ１０２から放出されているプラズマガスは、プラズマガスが部品３００から離れて流れるときに、プラズマアーク３０６を部品３００のエッジ及びその周りに押し、それによって、プラズマアーク３０６の曲がりを効果的に駆動してエッジプロファイルを成形する。いくつかの実施形態では、プラズマアーク３０６の遠位先端３０６ａは、プラズマアーク３０６の長さの約４０％を含む。いくつかの実施形態では、結果として生じる部品３００の面取りされたエッジ３００ａは、すぐに塗装できる丸みを帯びたエッジを提供する。

【0028】

図４は、本発明のいくつかの実施形態による、傾斜の付いたエッジを生成するために図２のプロセス２００を使用してプラズマアークトーチシステム１００によって部品４００のエッジ４００ａを成形することを視覚化する図を示す。いくつかの実施形態では、図４に示される成形プロセスは、独立型成形動作である。いくつかの実施形態では、図４に示される成形プロセスは、２パス動作の第２のパスを表し、第１のパスは、図３Ａを参照して上で説明された第１のパスの動作と同様に、より大きなワークピースから部品４００を最初に切断することを含む。一般に、エッジ４００ａにおいて傾斜の付いた形状を達成するために、第２のパスに関して、プラズマアークシステム１００は、トーチ先端１０２を部品４００の表面の上方の第３の高さ（Ｈ３）に位置決めし、第３の高さＨ３は、ワークピースから部品４００を切断する第１のパスにおいて使用される第１の高さＨ１よりも大きくすることができる。いくつかの実施形態では、トーチ１０２によって供給されるプラズマアーク４０６の中心は、部品４００の表面に衝突する際に、エッジ４００ａに対して横方向オフセット距離Ｄ３だけ横方向にオフセットされる。このような高さＨ３及び横方向オフセットＤ３の選択は、プラズマアーク４０６を生成するための他の動作パラメータの値の選択と任意選択で組み合わされて、プラズマアーク４０６を部品４００に貫入した後に部品４００のエッジ４００ａから下方に移動させ、それによって、トーチ４００が成形経路の始点から終点に移動する際に、部品４００の上部部分を削り取り、エッジ４００ａに角度の付いた／傾斜の付いた面を形成する。図４に示すように、傾斜の付いた形状を生成するために、プラズマアーク４０６の遠位先端４０６ａは、概して、部品４００を横切るトーチ１０２の移動方向に対して垂直でない方向に曲がる。いくつかの実施形態では、プラズマアーク４０６の遠位先端４０６ａは、プラズマアーク４０６の長さの約４０％を含む。

【0029】

いくつかの実施形態では、傾斜形状の角度は、横方向オフセット距離Ｄ３、トーチ高さＨ３、及び／又は１つ以上の他の動作パラメータ（例えば、トーチ速度、アーク電流など）を調節することによって制御され得る。一例として、トーチ速度を増加させて、アーク４０６によって除去される材料の量を減少させることによって傾斜角度を増加（すなわち、平坦化）させて、より浅い傾斜深さ、したがって角度を生成することができる。

【0030】

一般に、プラズマアークシステム１００を使用したエッジ成形では、部品に対するプラズマアークトーチの高さ（例えば、それぞれ図３Ｂ及び図４のＨ２及びＨ３）、部品のエッジからの横方向オフセット（例えば、それぞれ図３Ｂ及び図４のＤ２及びＤ３）、又は１つ以上の他の動作パラメータの値のうちのいずれか１つを調節して、所望のエッジプロファイルを達成することができる。部品が既に切断された後の成形動作のいくつかの実施形態では、部品に対するプラズマアークトーチの高さ（例えば、Ｈ２又はＨ３）は、同じワークピースを切断／分断するためのプラズマアークに関連するエネルギー密度（例えば、第１の切断パス中に使用されるプラズマアークのエネルギー密度）の約２５％のプラズマアーク密度の生成を可能にするように設定される。いくつかの実施形態では、横方向オフセット（例えば、Ｄ２又はＤ３）は、部品のエッジから約２５ｍｍ（１インチ）以内に位置することができる。いくつかの実施形態では、プラズマアークは、プラズマアークの幅の少なくとも約１０％だけ部品のエッジから横方向にオフセットされる。いくつかの実施形態では、傾斜の付いたプロファイルと比較して面取りされたプロファイルにより丸みを帯びたエッジを形成するために（例えば、面取りされたプロファイルにおいてより少ない材料が除去される）、プロセスパラメータは、より低い電流プロセス及びより高い切断速度を生成して、除去される材料の量を低減するように調節される。

【0031】

図５は、本発明のいくつかの実施形態による、傾斜の付いたエッジ５０２を生成するために図２のプロセス２００を使用して成形された例示的な部品５００を示す。部品５００は、厚さ約９．５ｍｍ（３／８インチ）の鋼板を含む。傾斜の付いた角度は、部品５００のエッジ５０２において約６０度である。いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステム１００を利用して傾斜の付いたエッジ５０２を生成するために、部品５００は、図３Ａを参照して詳細に上述された第１のパスの動作を使用して、より大きなワークピースから最初に切断される。次に、部品５００のエッジ５０２は、図４を参照して詳細に上述した第２のパスの動作を用いて、傾斜の付いたプロファイルを有するように精緻化される。

【0032】

図６は、本発明のいくつかの実施形態による、面取りされたエッジ６０２を生成するために図２のプロセス２００を使用して成形された例示的な部品６００を示す。部品６００は、厚さ約９．５ｍｍ（３／８インチ）の鋼板を含む。いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステム１００を利用して面取りされたエッジ６０２を生成するために、部品６００は、図３Ａを参照して上で詳細に説明される第１のパスの動作を使用して、より大きいワークピースから最初に切断される。次に、部品のエッジ６０２は、図３Ｂを参照して詳細に上述した第２のパスの動作を用いて、面取りされたプロファイルを有するように精緻化される。

【0033】

いくつかの実施形態では、部品上に傾斜の付いたエッジプロファイルを生成するための上述のプロセス２００は、Ｖ字形傾斜又はＵ字形傾斜などの他の関連する傾斜形状を生成するように容易に適合され得る。図７は、本発明のいくつかの実施形態による、プラズマアークトーチシステム１００によってワークピース上に加工された例示的なＶ字形傾斜プロファイル７００を示す。このプロファイル７００は、図３Ａ（第１のパスの動作）及び図４（第２のパスの動作）を参照して上で説明したマルチパスプロセス２００を２つの部品７０２、７０４に繰り返し適用することによって達成することができ、部品７０２、７０４のそれぞれのエッジに鏡像の傾斜切断が生成される。図８は、本発明のいくつかの実施形態による、プラズマアークトーチシステム１００によってワークピース上に加工された例示的なＵ字形傾斜プロファイル８００を示す。９．５ｍｍ（３／８インチ）のＵ字形傾斜である図８のＵ字形傾斜８００の場合、プラズマアークの屈曲は、図７のＶ字形傾斜７００より小さい。いくつかの実施形態では、Ｕ字形傾斜プロファイル８００を生成するために、１つ以上の動作パラメータの値は、切断に関連するものと傾斜に関連するものとの間に設定される。例えば、トーチ先端高さは、切断に関連する高さと傾斜に関連する高さとの間であるように選択されることができ、その結果、プラズマアークの屈曲もまた、その間になる。いくつかの実施形態では、９．５ｍｍ（３／８インチ）のＵ字形傾斜のための動作パラメータは、約７５Ａの電流、約０．９５ｍ（３７．５インチ）／分の速度、約１５ｍｍ（０．６インチ）のトーチ先端高さ、及び約２．８ｍｍ（０．１１インチ）の横方向オフセットを含む。

【0034】

別の例として、部品のエッジに１９ｍｍ（３／４インチ）のＵ字形傾斜プロファイルを生成するために、４パス加工動作を使用して材料を切断／除去してこのプロファイルを達成することができる。第１のパス中に、鋼ワークピースは、所望の部品を生成するために完全に切断／分断される。この初期切断に関連するパラメータは、約１０５Ａの動作電流、約２．５ｍｍ（０．１インチ）のトーチ高さ、及び約０．８ｍ（３３インチ）／分の切断速度を含む。後続の３回のパス中に、１つ以上の動作パラメータが連続的に調節されて、部品を所望のプロファイルに成形する。例えば、後続の３回のパスでは、動作電流は約１０５Ａのままとすることができ、トーチ高さは約１５ｍｍ（０．６インチ）に設定することができ、トーチ速度は約０．５ｍ（２０インチ）／分に設定することができる。更に、後続の３回のパスに対して、トーチヘッドの横方向オフセットは、第２のパス中の約２．５ｍｍ（０．１インチ）から、第３のパス中の約３．８ｍｍ（０．１５インチ）まで、次いで第４のパス中の約５．１ｍｍ（０．２インチ）まで、パス毎に連続的に増加させることができる。

【0035】

図９は、本発明のいくつかの実施形態による、レーザ切断システム１００を使用してワークピース１０６から切断される部品のエッジを成形するための、図２のコンピュータ化されたプロセス２００から適合された例示的なコンピュータ化されたプロセス９００を示す。プラズマアークトーチシステムと同様に、レーザ切断システム１００は、ワークピース１０６から切断された部品のエッジを成形して、傾斜の付いたエッジプロファイル、すくい取られたエッジプロファイル、又は面取りされたエッジプロファイルなどのユーザが所望するプロファイルを達成することができる。

【0036】

図９に示すように、プロセス９００は、ステップ９０２で開始し、レーザ切断システム１００（例えば、レーザ切断システム１００のプロセッサ１０８及び／又は電源１１６）が、所望のエッジプロファイルを達成するために、部品のエッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算する。いくつかの実施形態では、成形経路は、複数のパス（例えば、２つのパス）を含み、各パスは、始点と終点との間に延びている。第１のパス中に、レーザ切断ヘッド１０２は、レーザビームを供給してワークピース１０６を貫通して、ワークピース１０６から部品の少なくとも一部を分離する（例えば、ワークピースから部品を切り離す）。第１のパスの後、切断が行われた部品のエッジは、実質的に直角（すなわち、９０度）であってもよい。第２のパス及び任意の後続のパス中に、所望のエッジプロファイルが達成されるように、初期切断が行われた部品のエッジを成形するために、レーザビームが供給される。代替実施形態では、部品は、追加の切断を必要とせずに提供され、この場合、成形経路は、成形経路の始点及び終点が、所望のプロファイルへの成形が必要とされるエッジを示すシングルパス動作である。

【0037】

ステップ９０４において、レーザ切断システム１００（例えば、レーザ切断システム１００のプロセッサ１０８及び／又は電源１１６）は、マルチパス成形経路又はシングルパス成形経路のいずれかにおいて始点から終点まで成形経路を実行するときに、部品の表面に対するレーザ切断ヘッド１０２の高さ、部品のエッジからのレーザ切断ヘッド１０２の横方向オフセット、レーザ切断ヘッド１０２の速度、ガス圧力／ガス混合物、又はレーザ出力密度のうちの少なくとも１つを決定する。例えば、第１のパス中に、レーザ切断ヘッド１０２を設定するための高さは、ワークピース１０６から部品を切り離すためにワークピースを貫通するレーザビームを生成するように決定され、それによって、部品のエッジを（例えば、直角エッジとして）寸法的に形成する。第２のパス又は任意の後続のパス中に（又は切断が必要とされないときのシングルパス成形動作において）、レーザ切断ヘッド１０２を設定するための高さは、部品のエッジの上部部分を選択的に溶融するレーザビームを生成するように決定され、それによって、傾斜の付いた、面取りされた、又はすくい取られたエッジプロファイルを達成する。いくつかの実施形態では、２パス動作において、第１のパス中の部品に対するレーザ切断ヘッド１０２の高さは、第２のパス中の部品に対するレーザ切断ヘッド１０２の高さよりも低く、それによって、第２のパス中のレーザビーム衝突のエネルギー密度を減少させる。いくつかの実施形態では、マルチパス動作において、レーザ切断システム１００に関連する他の動作パラメータも、部品の所望のエッジプロファイルを達成するように調節される。例えば、第２の又は任意の後続のパスは、第１のパスにおける加工ストリームの衝突の場所と比較して、レーザビームが部品に衝突する横方向オフセットを導入することができる。このレーザビームの横方向オフセットは、部品のエッジから少なくとも約２．５ｍｍ（０．１インチ）とすることができる。いくつかの実施形態では、レーザ切断ヘッド１０２の高さを含む動作パラメータのセットは、ワークピースの材料タイプ又は厚さのうちの少なくとも１つに基づいて決定される。

【0038】

ステップ９０６において、レーザ切断システム１００は、ステップ９０４から決定された高さでワークピース１０６の表面に対して垂直にレーザ切断ヘッド１０２を位置決めする。ステップ９０８において、レーザ切断システム１００は、レーザ切断ヘッド１０２を介してレーザビームを制御可能に供給して、部品のエッジの一部を選択的に溶融し、部品のエッジにおいて所望のプロファイルを達成する。レーザビームは、上述したように、始点から終点までのマルチパス（例えば、２パス）成形経路又はシングルパス成形経路のいずれかにおいて、レーザ切断システム１００によって供給され得る。レーザ切断システム１００は、所望のエッジプロファイルを達成するためにそれぞれのパスに対して決定された動作パラメータを使用して、マルチパス成形経路又はシングルパス成形経路のためのレーザビームを生成することができる。いくつかの実施形態では、切断動作及び成形動作の両方について、レーザビームがワークピースを貫通するときのレーザビームの遠位先端は、ワークピースの表面に対して実質的に垂直である。すなわち、分離可能な切断が必要とされず、代わりにレーザビームが部品のエッジを成形するために使用される第２のパス中であっても、レーザビームは、部品を貫通するときに屈曲せず、実質的に垂直である。いくつかの実施形態では、レーザビームが直線（すなわち、ワークピース表面に対して垂直）のままである間、レーザ切断ヘッドから放出されるガスは、部品のエッジの周りで湾曲し、横方向に流出し、次いで部品のエッジの周りで部品から下方に流れ、それによってエッジを所望のように成形する。いくつかの実施形態では、切断ヘッド高さに加えて、レーザビームに関連するガス圧力などの他の動作パラメータが、所望のエッジプロファイルを達成するように適切に調節される。一般に、使用される圧力が高いほど、エッジ加工中により多くの材料が吹き飛ばされる。

【0039】

いくつかの実施形態では、プラズマ及びレーザ切断システムに関して上述した同様の手法が、部品のエッジを成形するために液体ジェットシステムによって利用される。例えば、マルチパスプロセスは、ウォータージェット加工システムによって使用されて、最初に所望のワークピースから部品を切断し、次いで、後続のパス中に部品のエッジを成形することができる。いくつかの実施形態では、速度、トーチヘッド高さ、部品エッジに対するトーチヘッドの横方向オフセット、ガーネットサイズ、タイプ又は量、及びウォータージェット圧力を含む、ウォータージェット加工システムの１つ以上の動作パラメータを変更することによって、後続のパス中に所望の成形を達成することができる。

【0040】

本明細書で説明されるように、本発明のシステム及び方法は、一貫した角度及び結果を伴って、ワークピース上に勾配のある切断（例えば、傾斜の付いた切断、丸みを帯びた切断、又は面取りされた切断）を生成することが可能である。これらの切断は、単純なプロセス設定及び低コストの機器（例えば、単純なＸ－Ｙテーブル及び典型的な消耗品）を使用して、最小限の二次的機械加工／作業を伴って、効率的に行われ得る。対照的に、複雑なロボット工学及び／又は特殊な機器が、以前は、同じ角度付けられた切断を生成するために必要であった。したがって、本発明は、特定の部品エッジプロファイルを生成するための自動化された効率的かつ低コストのソリューションを提供し、それによって、エンドユーザが高価な３Ｄ切断ソリューションを購入して維持する必要性を低減する。例えば、本発明は、直線トーチプラズマ切断システム（例えば、傾斜ヘッドもテーブルも必要としない）及び単純なＸＹテーブルのみを使用して、溶接準備済み（例えば、傾斜の付いた）及び／又は塗装準備済み（例えば、面取りされた又は丸みを帯びた）ワークピースを生産することができる。

【0041】

本発明の様々な態様及び実施形態は、様々な方法で組み合わせることができることを理解されたい。本明細書の教示に基づいて、当業者は、これらの様々な実施形態をどのように組み合わせるかを容易に決定することができる。当業者であれば、本明細書を読んだ際に修正を思いつくこともできよう。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-14

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマアークを供給するように構成された加工ヘッドを含むプラズマアークトーチシステムを使用して、ワークピースから切断される部品のエッジを成形するためのコンピュータ実装方法であって、
前記プラズマアークトーチシステムによって、所望のエッジプロファイルに基づいて前記部品の前記エッジに近接する成形経路の始点及び終点を計算することと、
前記プラズマアークトーチシステムによって、前記始点から前記終点までの前記成形経路を実行するために前記部品の前記エッジの周りに前記プラズマアークを制御可能に衝突させるための、動作パラメータのセットを決定することであって、前記動作パラメータのセットは、前記部品に対する前記加工ヘッドの高さ、前記プラズマアークのエネルギー密度、前記成形経路に沿った前記加工ヘッドの速度、前記部品の前記エッジに対する前記成形経路のオフセット、及び前記プラズマアークの圧力のうちの少なくとも１つを含む、決定することと、
前記プラズマアークトーチシステムによって、前記加工ヘッドを前記部品の表面に対して垂直に位置決めすることと、
前記加工ヘッドによって、前記プラズマアークを前記部品の前記エッジにおいて制御可能に曲げて、前記所望のエッジプロファイルを成形することと、を含む、コンピュータ実装方法。

【請求項2】

前記所望のエッジプロファイルは、傾斜の付いたエッジ、すくい取られたエッジ、又は面取りされたエッジのうちの１つを含む、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項3】

前記プラズマアークの前記制御可能に曲げることは、前記ワークピースを横切る前記加工ヘッドの移動方向に対して非垂直な方向に前記プラズマアークの遠位先端を曲げることを含む、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項4】

前記プラズマアークの前記遠位先端は、前記プラズマアークの長さの約４０％を含む、請求項３に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項5】

前記部品の前記エッジを成形するための前記部品に対する前記加工ヘッドの高さは、前記部品を切断するために使用可能なプラズマアークのエネルギー密度の約２５％のエネルギー密度の発生を可能にするように設定される、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項6】

前記加工ヘッドは、前記プラズマアークの幅の少なくとも約１０％だけ前記ワークピースの前記部品の前記エッジから横方向にオフセットされる、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項7】

前記成形経路は、前記ワークピースの前記部品の前記エッジから約２．５ｃｍ以内に位置する、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項8】

前記成形経路は、前記始点と前記終点との間の第１のパスと、前記始点と前記終点との間の第２のパスと、を含み、
（ｉ）前記第１のパス中に、前記プラズマアークは、前記ワークピースを貫通して、前記ワークピースから前記部品の少なくとも一部を分離し、
（ｉｉ）前記第２のパス中に、前記プラズマアークは、前記分離された部品の前記エッジを成形して、前記所望のエッジプロファイルを達成する、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項9】

加工ヘッド高さ、エネルギー密度、圧力、ガス混合物、速度、又はオフセットのうちの少なくとも１つは、前記所望のエッジプロファイルを達成するために、前記第１のパスと前記第２のパスとの間で異なる、請求項８に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項10】

前記第１のパス中の前記部品に対する前記加工ヘッドの前記高さは、前記第２のパス中の前記部品に対する前記加工ヘッドの前記高さよりも低く、それによって、前記第２のパス中に前記ワークピースに衝突する前記プラズマアークの前記エネルギー密度を減少させる、請求項８に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項11】

前記所望のエッジプロファイルに関連する所望の角度及び深さを、前記第２のパス中に前記加工ヘッドの速度を制御することによって生成することをさらに含む、請求項８に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項12】

切断消耗品のセットを前記第１のパスを実行するために取り付けることと、消耗品の異なるセットを前記第２のパスを実行するために取り付けることと、をさらに含む、請求項８に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項13】

前記動作パラメータのセットを決定することは、前記ワークピースの材料タイプ又は厚さのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１に記載のコンピュータ実装方法。

【請求項14】

前記第１のパスと前記第２のパスとの両方に１組の消耗品を使用することと、前記部品の前記エッジを制御可能に成形するために、前記動作パラメータのうちの１つ以上を前記第１のパスと前記第２のパスとの間で変更することと、をさらに含む、請求項８に記載のコンピュータ実装方法。

【国際調査報告】