JP2015229179A - 切断機ノズルヘッド支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔操作での作業安全性及び作業効率性を向上させることのできる切断機ノズルヘッド支持装置を提供すること。
【解決手段】切断機ノズルヘッド支持装置（１）は、切断機のノズルヘッド（２）が載置される基部（１０）と、当該基部と連結されており、マニュピレータにより保持される被保持部（１１）と、基部先端から一対の保護アーム（１２ａ）が延び、当該保護アーム先端に連結された保護リング（１２ｂ）がノズルヘッド先端を囲う保護枠部（１２）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に遠隔操作によりレーザや水流により切断等を行う切断機を支持する切断機ノズルヘッド支持装置に関する。

原子炉施設、深海、宇宙、高所、高電圧環境下での作業等、人が現場に入り直接作業するのが困難な場所では、マニュピレータ等を用いた遠隔操作による作業が行われる。例えば原子炉施設内での解体作業であれば、レーザ切断機をマニュピレータの先端に取り付け、作業現場に設置したカメラ等を通して作業者がマニュピレータを遠隔操作して作業を行う。

このような遠隔操作による解体作業を効率的に行うべく、切断機のノズルヘッドをロボットアームに装着し、当該ノズルヘッドに付設したハイトセンサにより切断対象面に対する高さ方向の制御を行うレーザ切断装置が開発されている（特許文献１参照）。

特開２００６−７３０４号公報

特許文献１ではハイトセンサにより切断対象面に対して一定の距離を保つことができるものであるが、作業現場には切断対象以外にも様々な構造物があり、遠隔操作では作業者は直接目視できない環境で切断機を操作するため、ノズルヘッドが周辺構造物と干渉し、ノズルヘッドを損傷させるおそれがある。

また、切断機の遠隔操作においては、ノズルヘッドがマニュピレータに確実且つ適切に取り付けられているか、ノズルヘッドの操作範囲が制限されていないか、ノズルヘッドの交換作業性等、安全で効率よく作業を行うためには、目視での作業以上に多くの課題を有している。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、遠隔操作での作業安全性及び作業効率性を向上させることのできる切断機ノズルヘッド支持装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、第１の発明に係る切断機ノズルヘッド支持装置は、切断機のノズルヘッドが載置される基部と、前記基部と連結されており、マニュピレータにより保持される被保持部と、前記基部から延び、当該基部に載置された前記ノズルヘッド先端近傍にて当該ノズルヘッド先端を囲うように形成された保護枠部と、を備える。

第２の発明に係る切断機ノズルヘッド支持装置は、第１の発明において、前記基部に載置されたノズルヘッドを、クランプを用いて固定する固定部と、前記ノズルヘッドを載置する際に前記ノズルヘッドを固定位置に案内するガイド部と、をさらに備えることとしている。

第３の発明に係る切断機ノズルヘッド支持装置は、第１又は第２の発明において、前記基部と前記被保持部との間で前記ノズルヘッドの軸方向に加わる力を吸収する衝撃吸収部をさらに備えることとしている。

第４の発明に係る切断機ノズルヘッド支持装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記被保持部は、前記マニュピレータが有する把持手段が第１の方向で把持した際に当該把持手段と係合する第１の溝と、第２の方向で把持した際に当該把持手段と係合する第２の溝とを有している。

第５の発明に係る切断機ノズルヘッド支持装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記被保持部は、前記マニュピレータが有する把持手段により把持されることでＯＮ状態となり、当該把持が解除されることでＯＦＦ状態となる把持検知スイッチを有しており、前記把持検知スイッチがＯＮ状態である場合には前記切断機による切断作業が可能となり、ＯＦＦ状態である場合には前記切断機による切断作業を禁止する。

上記手段を用いる本発明によれば、切断機のノズルヘッドが基部に載置され、被保持部がマニュピレータにより保持される切断機ノズルヘッド支持装置において、当該ノズルヘッド先端近傍を保護枠部が囲うことで、周辺構造物とノズルヘッドとの干渉を防止することができ、遠隔操作での作業安全性及び作業効率性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る切断機ノズルヘッド支持装置においてノズルヘッドが取り付けられた状態の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る切断機ノズルヘッド支持装置単体の斜視図である。 （ａ）図１のＡ−Ａ線に沿う断面図及び（ｂ）ノズルヘッド載置時の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１には本発明の一実施形態に係る切断機ノズルヘッド支持装置においてノズルヘッドが取り付けられた状態の斜視図、図２には切断機ノズルヘッド装置単体の斜視図、図３には（ａ）図１のＡ−Ａ線に沿う断面図及び（ｂ）ノズルヘッド載置時の断面図、がそれぞれ示されており、以下これらの図面に基づき説明する。

図１に示すように、切断機ノズルヘッド支持装置１（以下、単に支持装置という）は、レーザ切断機のノズルヘッド２を支持した状態でマニュピレータのグリッパ（把持手段）３により把持されて使用されるノズルヘッド取扱治具である。

レーザ切断機におけるレーザの種類等は特に限定されないが、例えばガスレーザや半導体レーザである。マニュピレータの種類等も特に限定されないが、例えばマスタースレーブマニュピレータであり、多関節のロボットアームの先端にグリッパ３を有したものである。本実施形態におけるマニュピレータは、人が直接作業することのできない原子炉施設内での解体作業に用いられるものであり、作業者が当該施設内又はマニュピレータに設けられたカメラの映像を確認しつつ、遠隔操作により動作して、切断対象を切断するものである。

ノズルヘッド２は円筒状の本体部２ａの先端側に円錐状に延びる円錐部２ｂが形成され、当該円錐部２ｂの先端からレーザが照射される。また当該ノズルヘッド２の本体部２ａの周面及び基端側には各種のケーブル２ｃが接続されている。

支持装置１は、ノズルヘッド２が載置される基部１０を有し、当該基部１０と連結している被保持部１１がマニュピレータのグリッパ３により把持されることで保持される。

基部１０はノズルヘッド２の軸方向に沿って長い略板状をなしており、当該基部１０の表面にノズルヘッドの本体部２ａが載置される。そして、基部１０の先端部分からはノズルヘッド２の円錐部２ｂ先端へと延びる保護枠部１２が取り付けられている。

保護枠部１２は、基部１０先端から延びる一対の棒材からなる保護アーム１２ａ、１２ａと、両保護アーム１２ａの先端と連結されている保護リング１２ｂとからなる。一対の保護アーム１２ａはノズルヘッド２と干渉しないよう途中屈曲しつつ先端側に延びている。保護リング１２ｂはノズルヘッド２の円錐部２ｂ先端よりも僅かに先側に位置し、当該円錐部２ｂ先端を囲うような環状をなしている。従って、円錐部２ｂ先端から照射されるレーザは保護リング１２ｂの中空部分を通ることとなる。また、保護枠部１２は、両保護アーム１２ａが基部１０に図示しないボルトにより締結されることで取り付けられている。ここでのボルトはマニュピレータによって締め付け及び緩めることが可能なボルトを使用する。これにより、作業現場内で保護枠部１２を取り外してノズルヘッド２の交換を行うことができる。

また、基部１０に載置されているノズルヘッド２は、当該基部１０の先端側にある固定部１３にて固定されている。詳しくは、図３（ａ）に示すように、ノズルヘッド２の本体部２ａ周面の一部には基台部２ｄが形成され、当該基台部２ｄの底面に外方に向けて拡がった角錐台状の係止部２ｅが形成されている。そして、係止部２ｅが固定部１３の固定面１３ａ上に載置されている。当該固定部１３は、基部１０の側部に設けられたトグルクランプ１３ｂを有しており、当該トグルクランプ１３ｂの締付状態とすることで、基部１０の両側一対の挟持部１３ｃ、１３ｄがノズルヘッド２の係止部２ｅを挟持する。このように角錐台状の係止部２ｅが、トグルクランプ１３ｂによる力の加わった挟持部１３ｃ、１３ｄに挟持されることでノズルヘッド２は基部１０に固定されている。

さらに、固定部１３にはロック機構１４が設けられている。当該ロック機構１４は、基部１０の側部に形成された突出部１４ａとトグルクランプ１３ｂの一端とにロック孔１４ｂ、１４ｃが形成されており、これらロック孔１４ｂ、１４ｃがトグルクランプ１３ｂの締付状態で重なり、各ロック孔１４ｂ、１４ｃを貫通するようにロックピン１４ｄが挿入されることで、トグルクランプ１３ｂの締結状態を維持するものである。

一方、ノズルヘッド２の交換等のために固定を解除する際には、まずロックピン１４ｄを抜きロック機構１４のロックを解除する。そして、図３（ｂ）に示すようにトグルクランプ１３ｂを解除状態とすることで、トグルクランプ１３ｂと連結された一方の挟持部１３ｃが外側に移動して、ノズルヘッド２を取り外し可能とする。

また、固定部１３における他方の挟持部１３ｄ上にはガイド部１５が立設されている。当該ガイド部１５は内側面１５ａが固定部１３の固定面１３ａに向けて傾斜しており、図３（ｂ）の白抜き矢印で示すように、当該ガイド部１５の内側面１５ａに沿わせてノズルヘッド２を落とし込むことで、係止部２ｅが固定位置である固定面１３ａに案内される。

被保持部１１は、基部１０の裏面にて、当該基部１０の長手方向、即ちノズルヘッド２の軸方向に、摺動可能に取り付けられている。そして、基部１０と被保持部１１とは一対の衝撃吸収部１６を介して連結されている。

衝撃吸収部１６は、ノズルヘッド２の軸方向に伸縮可能なシリンダダンパであり、被保持部１１の両側部から立設したシリンダ部１６ａと、当該シリンダ部１６ａ内からノズルヘッド２の軸方向に摺動可能に延びたピストンロッド１６ｂと、ピストンロッド周りに設けられたスプリング１６ｃと、を有している。ピストンロッド１６ｂの一端は基部１０のピストン連結部１６ｄに連結されている。このように構成された衝撃吸収部１６は、基部１０、保護枠部１２、又はノズルヘッド２が軸方向に外力を受けた場合に、当該外力を吸収する機能を有している。

また、被保持部１１の両側面には、ノズルヘッド２の軸方向と垂直（第１の方向）に延びる垂直溝１７（第１の溝）と、当該軸方向と平行（第２の方向）に延びる平行溝１８（第２の溝）とが一部重複するように形成されている。図１に示すように、垂直溝１７はマニュピレータのグリッパ３がノズルヘッド２の軸方向に対して垂直な状態で把持したときに当該グリッパ３と係合する。一方、図１にて二点鎖線で示すように、平行溝１８はマニュピレータのグリッパ３がノズルヘッド２の軸方向に対して平行な状態で把持したときに当該グリッパ３と係合する。

さらに、垂直溝１７及び平行溝１８の重複部分には、マニュピレータのグリッパ３が把持した際にＯＮ状態となり、把持を解除した際にＯＦＦ状態となる押ボタン式の把持検知スイッチ１９が設けられている。レーザ切断機は、当該把持検知スイッチ１９がＯＮ状態である場合にはノズルヘッド２からのレーザ照射による切断作業が可能であり、ＯＦＦ状態である場合にはノズルヘッド２からのレーザ照射が禁止されるよう設定されている。

また、基部１０の基端側にはケーブル案内板２０が設けられている。当該ケーブル案内板２０は基部１０に対し側方に向けて斜めに延びており、表面にはケーブルクランプ２１が設けられている。ケーブルクランプ２１は上面が開閉可能な筒状をなしており、ノズルヘッド２に接続されている各種ケーブル２ｃをひとまとめにすることが可能である。

このように構成された支持装置１は、基部１０にノズルヘッド２が固定された状態で、マニュピレータのグリッパ３により被保持部１１が把持され、作業者はマニュピレータを遠隔操作して当該支持装置１を介してノズルヘッド２を移動させる。当該支持装置１を介しての解体作業の具体的手順の一例としては、まずノズルヘッド２を切断対象面に対し垂直な位置に移動させ、保護リング１２ｂが切断対象面に接するまで支持装置１を移動させる。保護リング１２ｂが切断対象面に接触した後は、当該接触位置からレーザによる切断に必要な距離分支持装置１を戻して、レーザ照射を開始する。

作業者はマニュピレータや作業現場内に設置されたカメラからの映像を介してマニュピレータを操作する。このように作業者は限られた視界で作業を行うため、ノズルヘッド２の先端が周辺構造物に接近する場合もあるが、ノズルヘッド２の先端近傍は保護リング１２ｂに囲まれており、円錐部２ｂの周囲にも保護アーム１２ａが配設されていることから、ノズルヘッド２と接触する前に保護リング１２ｂ又は保護アーム１２ａが周辺構造物と接触することとなる。これにより、周辺構造物がノズルヘッド２に干渉することを防ぎ、ノズルヘッド２の損傷を防ぐことができる。また保護リング１２ｂは環状であることで、中空部内を通してレーザを照射することができるとともに、突出部分もなく周辺構造物に引っ掛かりにくい。そして、解体作業において切断対象面と適切な距離をとる際に、保護リング１２ｂを切断対象面と接触させて支持装置１を戻すことでノズルヘッド２を損傷することなく正確に距離をとることができる。

また、保護枠部１２が設けられている基部１０は衝撃吸収部１６を介して被保持部１１と連結されていることから、保護リング１２ｂを切断対象面に接触させる際や、保護枠部１２が周辺構造物と接触した際に受けた外力を衝撃吸収部１６により吸収することができ、ノズルヘッド２やマニュピレータへの損傷をより確実に防ぐことができる。

さらに、ノズルヘッド２は固定部１３にてトグルクランプ１３ｂを用いることで容易に且つ小さい力で確実にノズルヘッド２を固定することができる。また、ノズルヘッド２を固定部１３に案内するガイド部１５が設けられていることで、ノズルヘッド２の取り付けが容易且つ確実となり、作業効率が向上する。

また、ノズルヘッド２からは各種ケーブル２ｃが延びているのに対し、これらのケーブル２ｃがケーブル案内板２０のケーブルクランプ２１によりまとめられることで、ケーブル２ｃがマニュピレータによる支持装置１の移動を妨げるのを防止し、さらに作業効率を向上させることができる。

これらのことから本実施形態に係る切断機ノズルヘッド支持装置１は遠隔操作での作業安全性及び作業効率性を向上させることができる。

以上で本発明に係る断機ノズルヘッド支持装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態における支持装置１はレーザ切断機のノズルヘッドに適用しているが、切断機はレーザ切断機に限られるものではない。例えばノズルヘッド形状が類似するウォータジェット切断機にも同様に適用することができ、その場合も上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

上記実施形態では支持装置１は、被保持部１１がマニュピレータのグリッパ３により把持されることで保持されるものであるが、グリッパ以外の保持手段により保持されてもよい。

１ 切断機ノズルヘッド支持装置
２ ノズルヘッド
２ａ 本体部
２ｂ 円錐部
２ｃ ケーブル
２ｄ 基台部
２ｅ 係止部
３ グリッパ（把持手段）
１０ 基部
１１ 被保持部
１２ 保護枠部
１２ａ 保護アーム
１２ｂ 保護リング
１３ 固定部
１３ａ 固定面
１３ｂ トグルクランプ
１４ ロック機構
１５ ガイド部
１６ 衝撃吸収部
１７ 垂直溝（第１の溝）
１８ 平行溝（第２の溝）
１９ 把持検知スイッチ
２０ ケーブル案内板
２１ ケーブルクランプ

Claims (5)

1. 切断機のノズルヘッドが載置される基部と、
   前記基部と連結されており、マニュピレータにより保持される被保持部と、
   前記基部から延び、当該基部に載置された前記ノズルヘッド先端近傍にて当該ノズルヘッド先端を囲うように形成された保護枠部と、
   を備える切断機ノズルヘッド支持装置。
2. 前記基部に載置されたノズルヘッドを、クランプを用いて固定する固定部と、
   前記ノズルヘッドを載置する際に前記ノズルヘッドを固定位置に案内するガイド部と、
   をさらに備える請求項１記載の切断機ノズルヘッド支持装置。
3. 前記基部と前記被保持部との間で前記ノズルヘッドの軸方向に加わる力を吸収する衝撃吸収部をさらに備える請求項１又は２記載の切断機ノズルヘッド支持装置。
4. 前記被保持部は、前記マニュピレータが有する把持手段が第１の方向で把持した際に当該把持手段と係合する第１の溝と、第２の方向で把持した際に当該把持手段と係合する第２の溝とを有している請求項１から３のいずれか一項に記載の切断機ノズルヘッド支持装置。
5. 前記被保持部は、前記マニュピレータが有する把持手段により把持されることでＯＮ状態となり、当該把持が解除されることでＯＦＦ状態となる把持検知スイッチを有しており、
   前記把持検知スイッチがＯＮ状態である場合には前記切断機による切断作業が可能となり、ＯＦＦ状態である場合には前記切断機による切断作業を禁止する請求項１から４のいずれか一項に記載の切断機ノズルヘッド支持装置。

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