JP3931790B2 - 摩擦撹拌処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦撹拌処理方法及びその方法を実施する摩擦撹拌処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アーク溶接等のロボット制御においては、特許文献１に示すように、ロボットの異常停止時、アーク等の供給指令が出力されている時間を計測手段（タイマ）で計時し、この計時時間が所定時間経過したら、異常と判断して強制終了させるものがあることは知られている。
【０００３】
ところで、接合方法或いは表面処理方法として、摩擦撹拌処理方法を用いることが知られている。この摩擦撹拌処理方法は、ワークに対して加圧力を付与すると共に該加圧力の加圧方向を中心として回転力を付与するものとされており、このものによれば、回転ツールの加圧と回転とに伴い、回転ツールとワークとの間で発生される摩擦熱によりそのワークが軟化され、そのワーク内に回転ツールが進入される。このため、回転ツールによりワーク内において塑性流動が引き起こされることになり、ワーク同士を接合する場合には、重ねられたワークは、その重ね面付近で生じる塑性流動に基づきスポット的に一体化することになり、表面処理の場合には、塑性流動に基づき組織が緻密化することになり、強度の向上を図ることができることになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３３４６９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記摩擦撹拌処理方法においては、その構成上、回転ツールがワーク内に進入せざるを得ず、その状態において、何らかの緊急理由により回転ツール等を非常停止させた場合には、軟化していたワークが硬化して回転ツールをロックすることになる。このため、原状復帰するべくワークから回転ツールを引き抜く際には、該回転ツール及びワークが損傷するおそれがある。
【０００６】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第１の技術的課題は、非常停止させた場合でも、回転ツール及びワークが損傷することを防止できる摩擦撹拌処理方法を提供することにある。
第２の技術的課題は、上記摩擦撹拌処理方法を実施する摩擦撹拌処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記第１の技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）にあっては、
摩擦撹拌処理として、ワークに対して、回転ツールを回転させながら該回転ツールの押し込みのみを行い、その押し込みのみを行った後、前記回転ツールを前記ワークから退避させる摩擦撹拌処理方法において、
前記摩擦撹拌処理のための制御系と別個に、前記回転ツールの非常停止のための制御系を用意して、その非常停止のための制御系に、非常停止制御を開始させると共にその非常停止制御に基づき前記回転ツールが非常停止した後にはその停止状態をリセット操作しない限り維持する非常停止手段を設けた上で、
前記摩擦撹拌処理中に、前記非常停止手段に基づき非常停止操作が行われたときには、該摩擦撹拌処理を続行して、前記回転ツールを、該回転ツールが前記ワーク内から退避した後に停止させると共に、その停止状態をリセット操作しない限り維持する構成としてある。
【０００８】
前記第２の技術的課題を達成するために本発明（請求項２に係る発明）にあっては、
加圧動作と回転動作とを行う回転ツールが備えられ、該回転ツールが、ワークに対して回転しながら押し込みのみを行う摩擦撹拌処理を行った後、該ワークから退避するように設定されている摩擦撹拌処理装置において、
前記摩擦撹拌処理のための制御系と別個に設けられる前記回転ツールの非常停止のための制御系に備えられて、非常停止信号を出力すると共に、一旦、その非常停止信号を出力した後は、その非常停止信号の出力状態をリセット操作しない限り維持する非常停止手段と、
前記回転ツールが摩擦撹拌処理中であることを検出する処理検出手段と、
前記処理検出手段からの信号に基づき前記回転ツールが摩擦撹拌処理中であると判断したときであって前記非常停止手段からの信号に基づき非常停止操作が行われたと判断したとき、前記摩擦撹拌処理を続行して、前記回転ツールを、該回転ツールが前記ワーク内から退避した後に停止させると共に、その停止状態を、前記非常停止手段をリセットしない限り維持する停止制御手段と、を備える構成としてある。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、摩擦撹拌処理中に回転ツールを非常停止させる非常停止操作が行われたとき、回転ツールを、ワーク内から退避させると共にその退避後に停止させることから、硬化するワークにより回転ツールがロックされることはなくなり、原状復帰のためにワークから回転ツールを引き抜く作業をなくすことができることになる。このため、非常停止させた場合でも、回転ツール及びワークが損傷することを防止できることになる。
【００１０】
また、非常停止操作が行われたときにおけるワーク内からの退避が、摩擦撹拌処理を完了した後の退避として設定されていることから、摩擦撹拌処理途中で処理を中断することに基づくワークの不良発生を防止できると共に、既存の制御（通常の制御）を利用して簡単に非常停止制御を行うことができることになる。
【００１１】
請求項２に記載された発明によれば、摩擦撹拌処理中に非常停止操作が行われたときには、回転ツールが、摩擦撹拌処理完了後におけるワーク内からの退避後に停止されることになり、硬化するワークにより回転ツールがロックされることをなくして、非常停止させた場合でも、回転ツール及びワークが損傷することを防止できることになる。また、摩擦撹拌処理途中で処理を中断することに基づくワークの不良発生を防止できると共に、既存の制御（通常の制御）を利用して簡単に非常停止制御を行うことができることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、摩擦撹拌処理として摩擦撹拌接合処理を例にとって図面に基づいて説明する。先ず、摩擦撹拌処理方法を具体的に実施する装置について説明する。
【００１３】
図１において、符号Ｓは、安全柵５１により区画されるロボット作業エリアであり、そのロボット作業エリアＳには、自動機としての複数のロボット２（図１においては図示略）が配設されている。この各ロボットとしては、図２に示すように、例えば汎用の６軸垂直多関節型ロボットが用いられており、そのロボット２の手首には、ワーク同士を摩擦撹拌接合処理（以下、接合処理）する接合ガン１が取付けられている。このロボット２は、接合ガン１を、待機位置（原位置）から接合すべきワーク同士の接合位置に移動させ、ワーク同士の接合処理においては、接合ガン１に対する姿勢補正を行い、そのワーク同士の接合処理後においては、その接合位置から原位置に復帰させる一連の自動運転を行う機能を有している。
【００１４】
前記接合ガン１は、図２に示すように、ワーク同士を接合するべく、接合用工具６として、回転ツール４と、受け具５とを備えている。回転ツール４は、本実施形態においては、加圧軸モータを利用して加圧のために接合軸Ｘに沿って昇降動されると共に、回転軸モータを利用して接合軸Ｘを中心として回転されることになっている。受け具５は、前記回転ツール４に対向して配置されており、この位置状態は、略Ｌ字状のアーム１３を利用し、その先端に受け具５を取付けることにより保持されている。これにより、この回転ツール４の回転動作と加圧動作とに基づき、回転ツール４と受け具５とは、接合すべきワークＷ１，Ｗ２同士に対して接合処理を行うことになっている。例えば、接合処理を行うに際しては、図３，図４に示すように、回転状態の回転ツール４を接合すべきワークＷ１，Ｗ２のうちの一方のワークＷ１に進入させて、他方のワークＷ２の貫通孔１０に一方のワークＷ１の材料Ｗ１−１を押し込み、その一方のワークＷ１の材料Ｗ１−１に回転ツール４の回転に基づき塑性流動を生じさせ、それにより、ワークＷ１，Ｗ２同士を強固に接合することとされる。そしてこの後、回転状態の回転ツール４及び受け具５は、前記接合ガン１における加圧軸モータ等に基づきワークＷ１，Ｗ２から離間（退避）され、ロボット２により原位置に復帰される。
【００１５】
このため、このような制御のため、各ロボット２毎にはロボット制御盤３がそれぞれ備えられており、その各ロボット制御盤３は、図２に示すように、制御すべきロボット２にハーネス３１を介して接続されると共に、そのロボット２が保持する接合ガン１（加圧軸モータ、回転軸モータ）に、ハーネス３３、中継ボックス３４、ハーネス３２を介して接続されている。
【００１６】
前記安全柵５１には、図１に示すように、複数の開閉扉５２が設けられていると共に、その各開閉扉５２に、その開閉扉５２のロック、アンロックを行う電磁ロックプラグ５３が設けられている。各電磁ロックプラグ５３は、安全プラグ（図示略）をそれぞれ備えており、この各安全プラグは、工程制御盤５４から電磁ロック解除信号を受け取っていることを条件に、電磁ロックプラグ５３において抜くことが許容され、安全プラグを抜くことによりその電磁ロックプラグ５３からロボット２の非常停止要求信号が工程制御盤５４に出力されることになっている。この場合、上記工程制御盤５４から各電磁ロックプラグ５３への電磁ロック解除信号は、全てのロボット制御盤３から工程制御盤５４へ電磁ロック解除信号が出力されることを条件に出力されることになっている。
【００１７】
前記各ロボット制御盤３には、図５に示すように、非常停止のためのシーケンス回路５５が設けられている。この各シーケンス回路には、図５に示すように、非常停止ボタン５６、非常停止用接点５７がそれぞれ組み込まれており、この非常停止ボタン５６、非常停止用接点５７に基づき非常停止制御が開始されることになっている。非常停止ボタン５６は、各ロボット制御盤３にそれぞれ設けられるものであり、この非常停止ボタン５６を押した場合には、その押したときの状態（開状態）が保持されることになっており、その状態は図示を略すリセットスイッチにより元の状態に復帰することになっている。非常停止用接点５７は、外部（付帯設備等）からの非常停止非要求信号（正常信号）及び非常停止要求信号（例えば、前述の電磁ロックプラグ５３からの非常停止要求信号、付帯設備（搬送手段等）からの非常停止要求信号）に基づき開閉制御されることになっており、外部において非常停止非要求信号が出力されているときには、非常停止用接点５７は閉成され、外部において非常停止要求信号が出力されたときには、非常停止用接点５７は開成されることになっている。勿論この非常停止要求信号の場合にも、一旦、出力されると、外部においてリセット操作がされない限り、その非常停止要求信号が出力され続け、それに伴い、非常停止用接点５７も開成状態を維持し続けることになっている。
【００１８】
この各シーケンス回路５５に基づくシーケンス制御は、概略的には、ロボット２が自動運転状態で摩擦撹拌接合処理状態にあるときには、非常停止ボタン５６を押しても、直ちにロボット２等は停止せず、回転ツール４がワークＷ１内にロックされないようにすべく、非常停止ボタン５６を押してから所定時間経過後に停止されることになっている。しかも、その所定時間内においては、工程制御盤５４からのロック信号に基づき各電磁ロックプラグ５３により全ての開閉扉５２がロックされており、作業者は、開閉扉５２を介してロボット作業エリアＳ内に入ることができないようにされている。
【００１９】
勿論、摩擦撹拌接合処理が行われておらず、ロボット２の自動運転（移動等）のみが実行中である場合において、いずれかの非常停止ボタン５６が押され、或いはいずれかの付帯設備の非常停止等により非常停止要求信号が出力されたときには、ロボット作業エリアＳ内の全てのロボット２は、直ちに停止されることになる。
【００２０】
具体的に、非常停止させる場合の各ロボット２の制御、接合ガン１の制御（実施形態に係る摩擦撹拌接合方法）について、図５に示すシーケンス回路図に基づき説明する。
いずれかのロボット制御盤３における非常停止ボタン５６（図５において、非常停止ボタン５６は、各ロボット制御盤３の非常停止ボタン５６を意味する）が押されると、リレー（コイル）ＣＲが非通電状態になると共に、このリレー（コイル）ＣＲの非通電信号を受けてタイマーリレー（コイル）Ｔ（タイマ手段の一要素）が所定時間経過後に非通電の状態となり、各ロボット２及びその各ロボット２が把持する接合ガン１においては、その非常停止ボタン５６を押されたときにおける態様（状態）により、次のような停止制御が行われる。
【００２１】
ロボット作業エリアＳ内におけるロボット２のうち、自動運転中であると共に接合ガン１が接合処理中であるものについては、接合シーケンス実行状態として、スイッチ５８及び５９が閉成されて、リレー（コイル）Ｒ１に電流が通電されることになり、これに伴い、そのリレー（コイル）Ｒ１に対応する常開接点Ｒ１は閉成され、常閉接点Ｒ１は開成されることになっている。ここで、スイッチ５８は自動運転中か否かを判断するスイッチで、自動運転中であるときにスイッチ５８は閉成されることになる。スイッチ５９は自動運転の中において接合中であるか否かを判断するスイッチで、回転ツール４の作動情報に基づいて接合中であるときにスイッチ５９は閉成されることになる。このため、このような状況下において、いずれかのロボット制御盤３の非常停止ボタン５６が押されたときには、タイマーリレー（コイル）Ｔが所定時間経過後に非通電状態となり、その非通電状態になること基づき、タイマーリレー（コイル）Ｔに対応する接点Ｔは、通電時の閉成状態からその所定時間経過後には開成される。これに伴い、電源用リレーＭＣは、接点Ｔが閉成されている所定時間までは電流が通電され、その間、ロボット２における各モータ及び接合ガン１における各モータ（加圧軸モータ、回転軸モータ）は電源に接続されるが（各モータの代表符号としてＭを用いる）、所定時間経過後においては、電源用リレーＭＣに電流が通電されないことになり、そのロボット２及び接合ガン１における各モータＭは、電源に接続されないことになる。これにより、ロボット２及び接合ガン１は、タイマーリレー（コイル）Ｔが非通電となる所定時間まではそれまでの作動を続行し、その所定時間経過後に、その作動を停止することになる。この場合、所定時間としては、本実施形態においては、接合処理に要する時間ないしはそれよりもやや長い時間が設定されており、この所定時間の設定により、非常停止ボタン５６が押されても、回転ツール４及び受け具５は、ワークに対する接合処理を完了して退避する状態にまで作動され、ワーク内に進入した状態で停止されることはなくなる。このため、非常停止ボタン５６が押されても、ワークと回転ツール４等とが接合されて、回転ツール４等及びワークが損傷することを防止でき、さらには、接合処理途中で処理を中断することに基づくワークの不良発生を防止できることになる。
【００２２】
上記場合においては、上述の如く、非常停止ボタン５６を押しても、所定時間の間、ロボット２及び接合ガン１が作動を続行しているが、その間は、接合シーケンス実行状態として、リレー（コイル）Ｒ１に電流が通電され、そのリレーＲ１に対応する常閉接点Ｒ１は開成されて、リレーＲ２には通電されない。ここで、リレーＲ２は、接合シーケンス実行状態にあるか否かに基づきロボット制御盤３から工程制御盤５４に電磁ロック解除信号を出力するか否かを決定するものであり、接合シーケンス実行状態にないときには、常閉接点Ｒ１の閉成状態に基づきリレーＲ２に通電され、それに基づきロボット制御盤３から工程制御盤５４に電磁ロック解除信号が出力される一方、接合シーケンス実行状態にあるときには、常閉接点Ｒ１の開成状態に基づきリレーＲ２に通電されず、それに基づきロボット制御盤３から工程制御盤５４に電磁ロック解除信号が出力されないことになっている。このため、上記のようにリレーＲ２に通電されないときには、少なくともこの該当ロボット制御盤３から工程制御盤５４に電磁ロック解除信号が出力されないことになり、各電磁ロックプラグ５３のロック（安全プラグが抜けない状態）により全ての開閉扉５２を開くことができない状態とされる。この結果、接合ガン１等が少なくとも１台でも接合シーケンス実行状態にあるときには、作業者が不用意にロボット作業エリアＳ内に入り込むことを未然に防止できることになる。
【００２３】
一方、ロボット作業エリアＳ内におけるロボット２のうち、自動運転又は接合ガン１の接合処理の少なくともいずれかが実施されていないものにおいては、接合シーケンス非実行中として、スイッチ５８又は５９が開成されて、リレー（コイル）Ｒ１に電流が通電されず、そのリレー（コイル）Ｒ１に対応する常閉接点Ｒ１は閉成状態を維持することになっている。このため、このような状況下において、いずれかのロボット制御盤３の非常停止ボタン５６が押されると、それまでリレー（コイル）ＣＲへの通電に基づき閉成状態にあったその接点ＣＲが開成されることになり、電源用リレーＭＣには電流が通電されない。これにより、ロボット２における各モータ及び接合ガン１における各モータは、直ちに電源に接続されないことになり、ロボット２及び接合ガン１は、その作動をすぐに停止することになる。
【００２４】
上記と同様な作動は、いずれかの付帯設備等が非常停止により停止したときにも行われることになっている。例えば、いずれかの付帯設備において非常停止操作等を行われたときには、非常停止要求信号が出力され、その非常停止要求信号が工程制御盤５４を介して各ロボット制御盤３に出力され、接点５７の作動を通じて、リレー（コイル）ＣＲが非通電状態となると共に、タイマーリレー（コイル）Ｔも所定時間経過後に非通電状態とされる。このため、この場合にも、前記非常停止ボタン５６を押した場合と同様の作動を生じることになる。
【００２５】
図６は他の実施形態を示す。この実施形態は、回転ツール４を用いることにより、摩擦撹拌処理として、ワークの表面処理を施すようにしたもの、すなわち、回転状態の回転ツール４のピン部４ａをワークＷ内に押し込みつつ移動させることにより、ワークＷの材料を塑性流動させ、ワーク表面部ＷＳの組織の緻密化を図るものが示されており、このようなものにおいても、前記実施形態における非常停止制御を適用することができる。
【００２６】
以上実施形態について説明したが本発明にあっては、次のような態様を包含する。
１）ロボットにシーケンス回路５５を組み込むこと。
２）非常停止操作が行われることを条件に、直ちに、ワーク内から回転ツール４を退避させること。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る摩擦撹拌処理装置を示す説明図。
【図２】実施形態において用いられるロボット及び接合ガンを示す説明図。
【図３】摩擦撹拌接合処理を示す説明図。
【図４】図３の続きを示す説明図。
【図５】実施形態に係る非常停止制御を示すシーケンス回路図。
【図６】他の実施形態を説明する説明図。
【符号の説明】
１ 接合ガン
２ ロボット
４ 回転ツール
５ 受け具
６ 接合用工具
５１ 安全柵
５２ 開閉扉
５３ 電磁ロックプラグ
５６ 非常停止ボタン
５７ 非常停止用接点
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 摩擦撹拌処理として、ワークに対して、回転ツールを回転させながら該回転ツールの押し込みのみを行い、その押し込みのみを行った後、前記回転ツールを前記ワークから退避させる摩擦撹拌処理方法において、
   前記摩擦撹拌処理のための制御系と別個に、前記回転ツールの非常停止のための制御系を用意して、その非常停止のための制御系に、非常停止制御を開始させると共にその非常停止制御に基づき前記回転ツールが非常停止した後にはその停止状態をリセット操作しない限り維持する非常停止手段を設けた上で、
   前記摩擦撹拌処理中に、前記非常停止手段に基づき非常停止操作が行われたときには、該摩擦撹拌処理を続行して、前記回転ツールを、該回転ツールが前記ワーク内から退避した後に停止させると共に、その停止状態をリセット操作しない限り維持する、
   ことを特徴とする摩擦撹拌処理方法。
2. 加圧動作と回転動作とを行う回転ツールが備えられ、該回転ツールが、ワークに対して回転しながら押し込みのみを行う摩擦撹拌処理を行った後、該ワークから退避するように設定されている摩擦撹拌処理装置において、
   前記摩擦撹拌処理のための制御系と別個に設けられる前記回転ツールの非常停止のための制御系に備えられて、非常停止信号を出力すると共に、一旦、その非常停止信号を出力した後は、その非常停止信号の出力状態をリセット操作しない限り維持する非常停止手段と、
   前記回転ツールが摩擦撹拌処理中であることを検出する処理検出手段と、
   前記処理検出手段からの信号に基づき前記回転ツールが摩擦撹拌処理中であると判断したときであって前記非常停止手段からの信号に基づき非常停止操作が行われたと判断したとき、前記摩擦撹拌処理を続行して、前記回転ツールを、該回転ツールが前記ワーク内から退避した後に停止させると共に、その停止状態を、前記非常停止手段をリセットしない限り維持する停止制御手段と、を備える、
   ことを特徴とする摩擦撹拌処理装置。

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