JP4419106B2 - 鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋳物製品に付属する堰、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】
【従来の技術】
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製鋳物では、溶湯の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。
【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、パイプ外壁に小円の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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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】
【課題を解決するための手段】
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に登録しておき、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サイクルの移動軌跡により切断するとともに、前記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】
さらに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とよい。
【０００８】
さらに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とよい。
【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。
【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】
【発明の実施の形態】
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の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、密閉型の安全柵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が開閉する。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を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を図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は図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。
【００２１】
【発明の効果】
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。
３）鋳バリの形状変化により、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、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。
【図面の簡単な説明】
【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
【符号の説明】
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
５ 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

Claims (1)

1. 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に登録しておき、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サイクルの移動軌跡により切断するとともに、
   前記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。

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