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技術 鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法

出願人 日立金属株式会社
発明者 釘宮浩己山田勝己春山繁之
出願日 1999年5月10日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 1999-128043
公開日 2000年11月21日 (18年10ヶ月経過) 公開番号 2000-317622
状態 特許登録済
技術分野 アーク溶接一般 鋳型又は中子及びその造型方法 鋳造後の仕上げ処理 アーク溶接の制御
主要キーワード シャトル装置 失火現象 トリミングプレス 自動車用排気系部品 プラズマ制御装置 切断終了点 見切面 切断開始点
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年11月21日)のものです。
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図面 (5)

課題

プラズマトーチ把持したロボット装置により、鋳放品に付属している押し湯鋳バリを効率よく自動切断する。

解決手段

トーチを移動させる軌跡上の各教示点ごとに次の教示点までのプラズマアーク発生の電流値、トーチの移動速度、トーチを把持するハンド姿勢等を教示しておき、これら教示データ再生して堰、押し湯等を切断するときには、各教示点ごとに教示したプラズマアーク発生の電流値とトーチの移動速度等を再生して、1サイクルのトーチの移動により堰、押し湯、鋳バリを切断する。

概要

背景

鋳物製品付属する押し湯等を除去する方法としては、従来からトリミングプレスハンマー等を用いる方法が採用されている。また、鋳鉄鋳物の堰、鋳バリの除去については、ロボット装置を応用した自動研削が実用化されている。自動車用排気系部品であるマニホールド等に利用される耐熱鋳鋼鋳物では、溶湯流動性が悪いために堰、押し湯等を大きくすることにより鋳造欠陥の発生を防止している。このため、堰、押し湯等をトリミングプレスやハンマー等により打撃を与えても除去できないことがある。一部の鋳物製品については、ガス切断機またはプラズマ切断機を用いて堰、押し湯等を切断する方法が採用されている。さらに、近年のロボット制御技術の進歩により、プラズマアークを発生させるトーチロボットハンド把持させ、PTP制御により被切断物を切断する方法が多数提案されている。

プラズマアークを用いた切断方法としては、例えば、特開昭62—207555号公報には、ダイカストにより鋳造した製品の堰等を切断する方法が開示されている。さらに特開平5−169380号公報には、パイプ外壁小円切断加工を行う方法が開示されている。さらに特開平7−246473号公報には、厚みが異なる部材を切断する場合に、アーク電圧を測定してトーチの移動速度を制御する方法が開示されている。

概要

プラズマトーチを把持したロボット装置により、鋳放品に付属している堰、押し湯、鋳バリを効率よく自動切断する。

トーチを移動させる軌跡上の各教示点ごとに次の教示点までのプラズマアーク発生の電流値、トーチの移動速度、トーチを把持するハンド姿勢等を教示しておき、これら教示データ再生して堰、押し湯等を切断するときには、各教示点ごとに教示したプラズマアーク発生の電流値とトーチの移動速度等を再生して、1サイクルのトーチの移動により堰、押し湯、鋳バリを切断する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ロボット等のハンドプラズマ切断トーチ把持させて、鋳物製品押し湯等を切断する方法において、予め前記トーチを移動させる軌跡各教示点ごとに次の教示点までのプラズマアーク発生の電流値と、前記トーチの移動速度と、前記ハンドの姿勢に関する教示データを前記ロボットの制御装置登録しておき、前記教示データを再生して堰、押し湯等をプラズマ切断するときには、前記各教示点ごとに教示したプラズマアーク発生の電流値とトーチの移動速度等を再生して、鋳物製品の堰、押し湯、鋳バリを前記トーチの切断開始教示点から切断終了教示点までの1サイクル移動軌跡により切断することを特徴とする鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法

請求項2

切断を行う教示点においてプラズマアークが着火しない場合には、トーチを次の教示点方向に移動させながら予め設定した時間(t1)内に、予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返して行い、プラズマアークの着火が確認されたら、プラズマ切断を開始するように制御することを特徴とする請求項1記載の鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法。

請求項3

プラズマ切断中にプラズマアークの失火が発生した場合、トーチをプラズマアークの照射方向、かつ切断面方向へ移動させながら、予め設定した時間(t1)内に予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返して行い、プラズマアークの着火が確認されたらプラズマ切断を再開するように制御することを特徴とする請求項1記載の鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法。

請求項4

プラズマ切断中にプラズマアークの失火が発生した場合、ロボット制御装置は、前記失火が発生した位置から切断終了教示点までのトーチの移動距離を算出し、該移動距離が所定範囲内ならばプラズマ切断作業を終了させ、該移動距離が所定範囲外ならば、前記トーチをプラズマアークの照射方向、かつ切断面方向へ移動させながら、予め設定した時間(t1)内に予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返して行い、プラズマアークの着火が確認されたらプラズマ切断を再開するように制御することを特徴とする請求項1記載の鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法。

技術分野

3)鋳バリ形状変化により、プラズマ切断中に失火現象が発生しても、ロボットはその位置で停止し続けることはなく、押し湯、鋳バリをトーチの1サイクルの移動で確実に切断することができる。

背景技術

0001

本発明は鋳物製品付属する堰、押し湯等をプラズマアークを発生するトーチを把持したロボット装置により自動切断する方法に関するものである。

0002

鋳物製品に付属する堰、押し湯等を除去する方法としては、従来からトリミングプレスハンマー等を用いる方法が採用されている。また、鋳鉄鋳物の堰、鋳バリの除去については、ロボット装置を応用した自動研削が実用化されている。自動車用排気系部品であるマニホールド等に利用される耐熱鋳鋼鋳物では、溶湯流動性が悪いために堰、押し湯等を大きくすることにより鋳造欠陥の発生を防止している。このため、堰、押し湯等をトリミングプレスやハンマー等により打撃を与えても除去できないことがある。一部の鋳物製品については、ガス切断機またはプラズマ切断機を用いて堰、押し湯等を切断する方法が採用されている。さらに、近年のロボット制御技術の進歩により、プラズマアークを発生させるトーチをロボットハンドに把持させ、PTP制御により被切断物を切断する方法が多数提案されている。

発明が解決しようとする課題

0003

プラズマアークを用いた切断方法としては、例えば、特開昭62—207555号公報には、ダイカストにより鋳造した製品の堰等を切断する方法が開示されている。さらに特開平5−169380号公報には、パイプ外壁小円切断加工を行う方法が開示されている。さらに特開平7−246473号公報には、厚みが異なる部材を切断する場合に、アーク電圧を測定してトーチの移動速度を制御する方法が開示されている。

課題を解決するための手段

0004

上記従来のプラズマ切断方法は、プラズマ切断面が平坦な面を有するか、滑らかな面を有する部材であり、アーク電圧値を一定にするためにトーチ先端面と切断面とを所定距離に保持して良好な切断をするための制御方法が示されている。しかしながら、砂鋳型で製造された鋳放品のように形状が複雑で、かつ堰、押し湯、鋳バリ等が多数付属し、これら堰等の付着物をプラズマアークを用いて効率良く切断する方法については開示されていない。砂鋳型で製造された鋳放品に付着する堰、押し湯、鋳バリは、その形状、厚さは鋳造の1枠ごとに微妙に変化する場合がある。特に、鋳バリは1枠ごとに発生箇所、大きさ(長さ、厚さ)が変化する。従って、このような鋳物製品の堰、押し湯、鋳バリを従来のプラズマアークによる制御方法で切断すると、予め教示したトーチの移動軌跡と切断面との距離が変化するためにプラズマアークの失火現象が多発する。このため、プラズマ切断作業の効率が極めて悪くなり、ロボット装置の安定した稼動を得ることができなかった。

0005

本発明は、上記従来の課題を解決し、鋳物製品、特に耐熱鋳鋼品の堰、押し湯等を効率良くプラズマ切断する方法を提供することを目的とするものである。具体的に第1の発明は、ロボット等のハンドにプラズマ切断のトーチを把持させて、鋳物製品の堰、押し湯等を切断する方法において、予め前記トーチを移動させる軌跡各教示点ごとに次の教示点までのプラズマアーク発生の電流値と、前記トーチの移動速度と、前記ハンドの姿勢に関する教示データを前記ロボットの制御装置登録しておき、前記教示データを再生して堰、押し湯等をプラズマ切断するときには、前記各教示点ごとに教示したプラズマアーク発生の電流値とトーチの移動速度等を再生して、鋳物製品の堰、押し湯、鋳バリを前記トーチの切断開始教示点から切断終了教示点までの1サイクルの移動により切断することを特徴とする鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法である。

0006

第2の発明は、切断を行う教示点においてプラズマアークが着火しない場合には、トーチを次の教示点方向に移動させながら予め設定した時間(t1)内に、予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返して行い、プラズマアークの着火が確認されたら、プラズマ切断を開始するように制御することを特徴とする鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法である。

0007

第3の発明は、プラズマ切断中にプラズマアークの失火が発生した場合、トーチをプラズマアークの照射方向、かつ切断面方向へ移動させながら、予め設定した時間(t1)内に予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返して行い、プラズマアークの着火が確認されたらプラズマ切断を再開するように制御することを特徴とする鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法である。

0008

第4の発明は、プラズマ切断中にプラズマアークの失火が発生した場合、ロボット制御装置は、前記失火が発生した位置から切断終了教示点までのトーチの移動距離を算出し、該移動距離が所定範囲内ならばプラズマ切断作業を終了させ、該移動距離が所定範囲外ならば、前記トーチをプラズマアークの照射方向、かつ切断面方向へ移動させながら、予め設定した時間(t1)内に予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返して行い、プラズマアークの着火が確認されたらプラズマ切断を再開するように制御することを特徴とする鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法である。

0009

本発明は次のように作用する。自動車用マニホールドのように、複雑な形状をしている鋳放品では、堰、押し湯、鋳バリ等の切断部厚さがかなり異なる。このとき、堰、押し湯等厚肉部が切断できるトーチの移動速度、プラズマアーク発生の電流値のとき、薄肉である鋳バリ部は過剰電流値となって製品部までアークが流れて溶融し、過剰切断となってしまうことがある。逆に、薄肉である鋳バリ部が切断できるトーチの移動速度、プラズマアーク発生の電流値に合せると、厚肉である堰、押し湯では電流値不足でプラズマアークが失火してしまう。これを防ぐためにはトーチの移動速度、プラズマアーク発生の電流値を変えて、堰、押し湯、鋳バリ等数回に分けて切断する必要がある。そこで、堰、押し湯、鋳バリ等の教示点ごとにトーチの移動速度、プラズマアーク発生の電流値を教示することで、1サイクルのトーチの移動のみで切断が完了するため、切断作業を自動化でき、かつ切断時間を著しく短縮することができる。また、鋳バリは、その発生場所、大きさ、厚さは鋳放品1個づつ異なるが、前述のような過剰切断や失火を防ぐべく、教示点ごとに適切なプラズマアーク発生の電流値、トーチの移動速度を教示できるために、効率良く、かつ良好な切断面を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0010

さらに、切断を行う教示点においてプラズマアークが着火しない場合や、プラズマ切断中に失火現象が発生しても、ロボットはその位置で停止し続けることはなく、トーチが移動しながら着火動作を繰り返すことにより、結果として切断が続行されていることになり、堰、押し湯、鋳バリをトーチの1サイクルの移動で確実に切断することができる。

0011

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明を実施するためのプラズマ切断装置概要を示す図である。図1に示す装置は、6軸から構成されるロボット1、ロボット1の制御装置2、鋳放品8の移載用シャトル装置3、プラズマ制御装置4から構成される。ロボット1のハンド6にはプラズマ切断用のトーチ5が取り付けられている。ロボット1は、密閉型の安全7で囲われ、シャトル装置3による鋳放品8の移動中のみ安全柵7に付属したシャッター開閉する。安全柵7内には集塵機9に接続されたダクトを取り付け、プラズマ切断中に発生する煙、粉塵等を自動的に集塵するようにする。

0012

図2は、本発明を実施するための制御ブロック図である。図2において、マイクロコンピュータ等から構成されるロボット1の制御装置2には、トーチ5の移動軌跡、移動速度、移動距離、プラズマアークを発生させるための電流値、ハンド6の姿勢(6軸の座標値等)等の教示データを記憶するための記憶装置2aが接続されている。さらに制御装置2には、タイマーT1、T2が接続されている。プラズマ制御装置4内にはプラズマ電源装置4aを設け、トーチ5に所定の電流電圧を供給する。制御装置2とプラズマ電源装置4aとを結ぶ制御ケーブルには、プラズマ着火時に発生するノイズカットするためのノイズフィルターFを設ける。プラズマ電源装置4aからトーチ5に電源(電流、電圧)を供給するケーブル線には電流値を検出する電流検出装置4bを設け、その検出値をロボット1の制御装置2にフィードバックするようになっている。

0013

図3は、本発明の実施対象品の一例である自動車用排気系マニホールドの鋳放品の状態を示す図である。図3において、マニホールド8aには、4個の押し湯10a、10b、10c、10dが、堰11a、11b、11c、11dを介して接続されている。また、砂鋳型により鋳造したマニホールド8aの見切面には、鋳バリ12a、12b、12c、12dが発生している。前記のように、この鋳バリ12a、12b、12c、12dの発生場所、長さ、厚みは鋳造1枠ごとに異なる。本発明はプラズマアークを発生するトーチ5を用いて、堰11a、11b、11c、11dを切断して押し湯10a、10b、10c、10dを除去し、さらに、鋳バリ12a、12b、12c、12dの切断を行う。

0014

次に本発明を実施するための教示方法について説明する。まず、作業者は、押し湯、堰、鋳バリを完全に除去した教示用マニホールドをシャトル装置3に設置した移載テーブル(図示せず)に位置決めセットする。続いて、このシャトル装置3をロボット1がプラズマ切断する位置まで移動させ、位置決め停止させる。続いて、ロボット1を教示モードにして、押し湯、堰、鋳バリを切断するためにトーチ5の移動軌跡を教示する。教示したデータは、ロボット1の制御装置2の記憶装置2aに記憶させる。

0015

トーチ5の移動軌跡の教示手順図3に基づいて説明すると次のようになる。
1)まず、トーチ5の切断開始の初期位置となる教示点PSを教示する。このPS点は、ロボット1のトーチ5が1個の鋳放品を処理し、次の鋳放品がシャトル装置3により搬送されてくるまでに待っている位置を示す教示点である。このPS点の座標、ハンド6の姿勢、次の教示点P1までの移動速度を教示する。このとき、次の教示点P1までにトーチ5に供給するプラズマアークを発生させるための電流値は0を教示する。
2)切断を開始する教示点P1の座標、ハンド6の姿勢、次の教示点P2までのトーチ5の移動速度、プラズマアークを発生させるためにトーチ5に供給する電流値を教示する。この電流値は、堰11aを切断するために必要な電流値である。図3に示すように切断開始教示点P1は、堰11aを切断して鋳放品8と押し湯10aとを除去するための切断開始点になる。なお、本発明においてトーチ5に供給する電圧値は、切断を行っている間は一定の値を供給するようにする。
3)同様にして、堰11aを切断するための次の教示点P2の教示をする。
4)鋳バリ12aが発生する可能性がある部分については、教示点P10、P11、・・を教示する。鋳バリ12aの厚さは堰11aの厚さより小さいので、教示点P10、P11、・・におけるトーチ5の移動速度は堰11aの教示データより速くし、プラズマアーク発生の電流値は小さい値を教示するようにする。この理由は、切断厚さに応じてプラズマアーク発生のエネルギーを適切に制御する必要があり、切断部の厚みが大きい場合は、切断速度を小さくして電流値は大きくし、一方切断部の厚みが小さい場合は、切断速度を大きくして電流値は小さくした方が良好な切断が行われるからである。

0016

5)このように、順次、堰11B、鋳バリ12b、堰11c、鋳バリ12c、堰11d、鋳バリ12dを切断するための教示点の座標、ハンド6の姿勢、移動速度、プラズマアーク発生の電流値を教示する。
6)これら堰、鋳バリを切断するための教示点は、トーチ5の先端部が切断面から一定距離離れた位置を教示する。この距離は、プラズマ切断の制御装置4の能力によるが、本発明を実施するために使用した装置では、4〜5mmに設定した。
7)切断終了点PEを教示する。このPE点は、切断が完了し、プラズマアークの照射を止める位置である。
8)タイマーT1、T2に時間値をセットし、この値を記憶装置2aに記憶する。タイマーT1では、プラズマアークを発生させて切断を行う教示点において、着火指示を行っても着火しない場合、あるいはプラズマ切断中にプラズマアークの失火が発生した場合に、制御装置2がプラズマアークの着火指示を繰り返して出す時間(t1)を設定する。タイマーT2では、このt1時間内においてプラズマアークの着火を繰り返して指示する時間間隔(t2)を設定する。すなわち、t1を10秒、t2を0.2秒に設定した場合には、最大で10秒間に50回の着火指示を繰り返して行うことになる。なお、上記プラズマ切断を行うためのトーチ5の移動速度、トーチ5へ供給する電流値は、堰の厚さ、鋳バリの発生状況(鋳バリの厚さ)を考慮して適切な値を教示し、実際に切断した結果を評価して最適値を設定するようにする。また、上記教示データを再生してトーチ5を移動させてプラズマ切断を行うときには、各教示点を直線補間で結んだ軌跡に従ってトーチ5の先端部を移動させるようにする。

0017

続いて、ロボット1による堰、押し湯、鋳バリの切断の制御方法について説明する。この制御は、予め記憶装置2aに記憶させた制御プログラムに従って行われる。以下この切断制御の手順について説明する。この制御手順の概略のフローチャート図4に示している。
1)作業者は、鋳放品8をシャトル3に設置した移載テーブルに位置決めセットする。次いで、この移載テーブルをロボット1側でプラズマ切断する所定位置まで移動させる。
2)移載テーブルが所定位置に停止した信号がロボット制御装置2に入力されると、トーチ5を初期位置PSからプラズマ切断開始の教示点P1に移動させる。
3)トーチ5の教示点P1への移動が完了すると、ロボット制御装置2は、ハンド6を一端停止させてプラズマアークの照射を開始させる。そして、電流検出装置4bにより堰11aとの導通を確認(一定以上の電流値が流れているかどうか)する。すなわち正常なプラズマアークが発生しているかどうかを確認する。正常なプラズマが発生している場合には、次の教示点P2方向に向かって、教示点P1で教示した電流値をトーチ5に供給しながらプラズマアークを発生させ、かつ教示点P1で教示したトーチ5の移動速度に従って堰11aを切断して行く。

0018

4)上記3)の処理において、制御装置2が正常なプラズマアークが発生していないと判断した場合には、直ちにトーチ5を次の教示点である教示点P2の方向に移動させながら再度プラズマアークを発生し、次の教示点P2方向に向かってプラズマ切断を行うようにする。すなわち、トーチ5を次の教示点P2方向に移動させながら予め設定した時間(t1)内に予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返して行い、プラズマアークの着火が確認されたらプラズマ切断を開始する。もし、t1時間経過してもプラズマアークの着火が確認できない場合には、制御装置2は警報を出して作業者に異常を通知し、次の鋳放品のプラズマ切断を実施させるようにする。上記4)の制御において、着火指示を出す時間間隔t2をほとんど0に近い値に設定すると、プラズマアークの失火が発生しても直ぐに着火指示を繰り返す制御になり、鋳放品の位置ずれ、押し湯10a、堰部11aの歪みによる位置ずれが発生していても、切断を開始することができるようになる。

0019

5)以上の制御方法により、順次、堰11a、鋳バリ12a、堰11b、鋳バリ12b、・・の切断を行う。
6)プラズマ切断中にプラズマアークの失火が発生した場合、ロボット制御装置2は、失火が発生した位置から切断終了教示点PEまでのトーチの移動距離を算出し、該移動距離が所定範囲内(本実施例では2〜5mm)ならばプラズマ切断作業を終了させる。該移動距離が所定範囲外ならば、トーチ5をプラズマアークの照射方向、かつ切断面方向に移動させながら、予め設定した時間(t1)内に予め設定した時間間隔(t2)でプラズマアークの着火指示を繰り返し行い、プラズマアークの着火が確認されたらプラズマ切断を再開するように制御する。もし、t1時間経過してもプラズマアークの着火が確認できない場合には、トーチ5を切断終了教示点PEに移動させる。この制御により、鋳バリの形状(発生場所、長さ、厚さ)が変化してプラズマアークが失火した場合においても、プラズマ切断作業を再開することができる。
7)ロボット1のトーチ5が切断終了点PEに達すると、制御装置2は、トーチ5を初期位置PS点に移動させ、切断が完了した鋳放品は排出口(図示せず)に搬送させる。続いて、次に切断する鋳放品を所定位置に搬送するように制御する。

0020

以上のように、本発明においては、図3に示すように、鋳放品8aの堰11aから切断作業を開始し、鋳放品の見切面に沿って鋳バリ、堰をトーチ5の最短に近い移動軌跡により、かつ1サイクルで全ての堰、押し湯、鋳バリを除去することができる。なお、この1サイクルとはトーチ5が順次、堰11aの切断、鋳バリ12aの切断、堰11bの切断、鋳バリ12bの切断、堰11cの切断、鋳バリ12cの切断、堰11dの切断、鋳バリ12dの切断を行うように移動することを意味する。また、タイマーT1、T2で設定する時間値t1、t2は、t1=5〜20秒、t2=0〜3秒程度に設定するとよい。

図面の簡単な説明

0021

以上の説明により明らかなように、本発明は次の効果を有している。
1)自動車用マニホールドのように、複雑な形状をしている鋳放品でも、教示点ごとにトーチの移動速度、プラズマアーク発生の電流値を教示しているので、堰、押し湯、鋳バリを1サイクルのトーチの最短距離の移動で切断することができる。これにより、堰、押し湯、鋳バリの切断を自動化でき、かつ切断時間を著しく短縮することができる。
2)鋳バリは、その発生場所、大きさ、厚さは鋳放品1個づつことなるが、本発明においては、教示点ごとに適切なプラズマ電流値、トーチの移動速度を教示できるために、効率良く、かつ良好な切断面を得ることができる。

--

0022

図1本発明を実施するための装置の構成図
図2本発明を実施するための制御ブロック図
図3本発明を実施するための鋳造鋳放品の一例を示す図
図4プラズマ切断を行うときの制御手順を示すフローチャート

0023

1ロボット本体
2ロボット制御装置
3 移載用シャトル装置
4プラズマ制御装置
プラズマ切断用トーチ
6ハンド
8 鋳放品
10a、10b、10c、10d押し湯
11a、11b、11c、11d堰
12a、12b、12c、12d鋳バリ
P1切断開始教示点
PE 切断終了教示点

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