JP5991270B2 - 鋼板溶断システム - Google Patents

Description

本発明は、アーク放電によって鋼板の一部を環状に溶断する鋼板溶断システムに関する。

鋼板を切断するに当たっては、プラズマ発生装置を用いて鋼板を溶断する方法がある。プラズマ発生装置は、トーチと鋼板との間に生ずる電位差によって発生するアーク放電に、酸素等の動作ガスを供給し、アーク放電の勢いによって溶融した金属素材部分を吹き飛ばして溶断している。
例えば、特許文献１のプラズマ切断に於ける切断開始方法においては、まず、電極と被切断材の間にメインアークを形成して被切断材を貫通する穴を形成する。その後、この穴の形成に伴って被切断材の表面に排出された排出物の一部又は全部を含む穴の周囲を切断し、切断に引き続き目的の切断線に対する切断を開始している。これにより、穴の形成に伴って被切断材の表面に固化蓄積される排出物が、被切断材の切断に悪影響を与えないようにしている。

また、特許文献２のプラズマ切断方法においては、プラズマトーチによる被切断材の切断経路上であって切断線の交差点の直前位置に分割点を設け、この分割点にて、プラズマアークの停止指令処理と、分割点と交差点との間の分割線分の移動指令処理とを同時に行うことが記載されている。これにより、プラズマトーチが切断線の交差する点を通過する際に、アーク電圧の急激な上昇によってプラズマトーチが被切断材に衝突する突っ込み現象を防止している。

特開平８−２９４７７８号公報 特開平１１−３３７３１号公報

ところで、プラズマ発生装置によってアーク放電を発生させて鋼板の溶断を行う際に、特に鋼板の板厚が薄い場合等には、鋼板に生じた変形等により、トーチから鋼板までの距離が必要以上に離れ、トーチから形成されるアーク放電が切れてしまうことがある。このとき、アーク放電の着火を再び行って、アーク放電が切れてしまった位置から鋼板の溶断を再開することになる。
しかしながら、アーク放電の着火を再び行い、鋼板の溶断を再開する際には、アーク放電が瞬間的に大きくなり、鋼板から形成する製品の形状が悪化するおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、製品の形状を悪化させることなく、アーク放電切れから迅速に復帰することができる鋼板溶断システムを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、アーク放電によって、鋼板の一部を不要部分として環状に溶断して切り抜く鋼板溶断システムであって、
アーク放電を発生させるトーチ及び該トーチからアーク放電が発生しているかを監視するための監視機能を有するプラズマ発生装置と、
上記トーチを移動先端部に支持して、該移動先端部を三次元に移動させるロボットと、
上記移動先端部の移動経路がティーチングデータとして教示され、該ティーチングデータに従って上記移動先端部を移動させる制御装置と、を備え、
該制御装置は、上記ティーチングデータにおいて設定された上記鋼板を溶断する溶断経路に基づいて、アーク放電を行う上記トーチを移動させる際に、上記プラズマ発生装置の監視機能によって上記トーチからのアーク放電切れが検知されたときには、該アーク放電切れが生じた位置を放電切れポイントとして記憶し、
上記溶断経路における既溶断部分と未溶断部分とを避けた、上記不要部分におけるいずれかの位置を溶断の再開ポイントとして算出し、
該再開ポイントから上記放電切れポイントを通過して上記未溶断部分に戻る補正経路を算出し、該補正経路に基づいて、アーク放電を行う上記トーチを移動させて、該トーチを上記溶断経路に復帰させるよう構成されていることを特徴とする鋼板溶断システムにある。

上記鋼板溶断システムにおいては、鋼板の溶断を行う際に、アーク放電切れが発生したときには、アーク放電の再開の仕方に工夫をしている。
制御装置には、鋼板を溶断する溶断経路が設定されたティーチングデータが設定されている。そして、鋼板の溶断を行う際には、制御装置は、ティーチングデータにおける溶断経路に基づいてアーク放電を行うトーチを移動させる。また、鋼板の溶断を行う際には、制御装置は、プラズマ発生装置の監視機能によってトーチからアーク放電が正常に発生しているかを監視する。そして、鋼板の溶断を行う際に、アーク放電切れが検知されたときには、制御装置は、アーク放電切れが生じた位置を放電切れポイントとして記憶する。

次いで、制御装置は、溶断の再開ポイントを算出する。この再開ポイントは、鋼板を溶断して形成される製品に不要となる不要部分におけるいずれかの位置であって、溶断経路における既溶断部分と未溶断部分とを避けた位置として算出される。そして、制御装置は、再開ポイントから放電切れポイントを通過して未溶断部分に戻る補正経路を算出し、補正経路に基づいて、アーク放電を行うトーチを移動させて溶断経路に復帰させる。これにより、アーク放電切れが生じた後、再びアーク放電の着火を行って鋼板の溶断を再開する際に、瞬間的に大きくなるアーク放電は、不要部分に発生させることができる。そのため、瞬間的に大きくなるアーク放電によって鋼板を溶断して形成する製品の形状が悪化することがない。また、制御装置における自動計算によって、鋼板の溶断を再開する補正経路を算出することができ、アーク放電切れ後の復帰を極めて迅速に行うことができる。

それ故、上記鋼板溶断システムによれば、製品の形状を悪化させることなく、アーク放電切れから迅速に復帰することができる。

実施例にかかる、鋼板における溶断経路及び補正経路を示す説明図。 実施例にかかる、鋼板における補正経路を示す説明図。 実施例にかかる、鋼板溶断システムの構成を示すブロック図。 実施例にかかる、鋼板溶断システムの動作を示すフローチャート。

上述した鋼板溶断システムにおける好ましい実施の形態につき説明する。
上記鋼板溶断システムにおいては、上記不要部分は、環形状に溶断して切り抜くことができる。また、上記不要部分は、切欠形状に溶断して切り抜くこともできる。
また、上記補正経路は、上記鋼板の上記不要部分において、上記放電切れポイントから所定距離離れた位置に補正中心点を求め、該補正中心点を中心に描く円に沿って、上記再開ポイントから上記放電切れポイントまで形成してもよい。
この場合には、溶断の再開ポイントから放電切れポイントまでの補正経路を容易に形成することができる。なお、補正経路は、補正中心点を中心に略９０°回るように形成することができる。

以下に、鋼板溶断システム１にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
鋼板溶断システム１は、図１に示すごとく、アーク放電によって、鋼板５の一部を不要部分５２として環形状に溶断して切り抜くよう構成されている。鋼板溶断システム１は、図３に示すごとく、プラズマ発生装置２と、ロボット３と、制御装置４とを備えている。プラズマ発生装置２は、アーク放電を発生させるトーチ２２と、トーチ２２からアーク放電が発生しているかを監視するための監視機能を有している。ロボット３は、トーチ２２を移動先端部３１に支持して、移動先端部３１を三次元に移動させるよう構成されている。制御装置４は、移動先端部３１の移動経路がティーチングデータとして教示され、ティーチングデータに従って移動先端部３１を移動させるよう構成されている。

制御装置４は、次の各動作を実行して、アーク放電切れによって溶断が途切れた後、再び溶断を開始させることができる。
制御装置４は、図２に示すごとく、ティーチングデータにおいて設定された鋼板５を溶断する溶断経路Ａに基づいて、アーク放電を行うトーチ２２を移動させる際に、プラズマ発生装置２の監視機能によってトーチ２２からのアーク放電切れが検知されたときには、アーク放電切れが生じた位置を放電切れポイントＰ２として記憶する。次いで、制御装置４は、溶断経路Ａにおける既溶断部分５０１と未溶断部分５０２とを避けた、不要部分５２におけるいずれかの位置を溶断の再開ポイントＰ３として算出する。その後、制御装置４は、再開ポイントＰ３から放電切れポイントＰ２を通過して未溶断部分５０２に戻る補正経路Ｂを算出し、補正経路Ｂに基づいてアーク放電を行うトーチ２２を移動させて溶断経路Ａに復帰させる。

以下に、本例の鋼板溶断システム１につき、図１〜図４を参照して詳説する。
図３には、本例の鋼板溶断システム１の構成をブロック図によって簡略的に示す。
同図に示すごとく、プラズマ発生装置２は、プラズマ発生源を有する装置本体２１から、トーチ２２が設けられた一方の電極部２２１と、鋼板５に導通される他方の電極部２２２とを引き出して構成されている。プラズマ発生装置２は、トーチ２２と鋼板５との間の電位差によってアーク放電を発生させるよう構成されている。そして、プラズマ発生装置２は、プラズマ化させる酸素ガス等の作動ガスをアーク放電に供給して、溶融した鋼板５をアーク放電の勢いを利用して吹き飛ばすことによって、鋼板５を溶断する。

プラズマ発生装置２におけるアーク放電の監視機能は、アーク放電が生じている際の電圧を測定してアーク放電の有無を監視することができる。また、アーク放電の監視機能は、アーク放電が生じている際の光量を測定してアーク放電の有無を監視することもできる。アーク放電の監視機能は、その他種々の方法によってアーク放電の有無を監視することができる。

図３に示すごとく、ロボット３は、トーチ２２を保持させた移動先端部３１の位置及び姿勢を三次元に変更可能に構成されている。ロボット３は、多関節ロボットであり、各関節をサーボモータによって駆動して、移動先端部３１の位置及び姿勢を変更するよう構成されている。ロボット３の各サーボモータは、ロボット制御盤４１によって動作の制御が可能である。移動先端部３１に保持するトーチ２２の位置及び姿勢は、作業者が操作可能なティーチングペンダント４１１によってティーチング（教示）が可能である。作業者は、鋼板５に対する各設定位置にトーチ２２を移動させ、このトーチ２２の位置及び姿勢をティーチングペンダント４１１からロボット制御盤４１に記憶させ、鋼板５に対して溶断を行う溶断経路Ａを教示する。なお、この溶断経路Ａの教示は、コンピュータ等のシステム上からオフラインで行うこともできる。

本例の制御装置４は、プラズマ発生装置２及びロボット制御盤４１とリンクしており、プラズマ発生装置２及びロボット制御盤４１と協調して動作する。プラズマ発生装置２のトーチ２２によるプラズマの発生動作と、ロボット制御盤４１によるロボット３の移動動作とは、制御装置４によって制御、管理されるようになっている。
ロボット３の移動先端部３１には、トーチ２２を円形状に移動させるためのエンドエフェクタ（移動制御可能なツール）を設けることができ、トーチ２２はエンドエフェクタに設けることができる。

本例の鋼板５は、自動車のボディを形成するものであり、鋼板溶断システム１において溶断を行う鋼板５は、プレス加工によって打抜き加工が行われた後のものである、鋼板溶断システム１においては、プレス加工によっては形成しなかった穴を溶断によって形成する。鋼板溶断システム１においては、複数の車種に応じてそれぞれ必要となる穴を形成し、車種ごとに異なる位置に穴を形成することができる。本例の鋼板５は、自動車のボディにおいてフロアパネルを構成するものである。

図２に示すごとく、制御装置４は、アーク放電を行うトーチ２２をティーチングデータにおける溶断経路Ａに沿って移動させる際に、プラズマ発生装置２からアーク放電切れの検知信号を受信したときには、溶断経路Ａに対して補正経路Ｂを付加するよう構成されている。本例の補正経路Ｂは、鋼板５における不要部分５２において、放電切れポイントＰ２から所定距離離れた位置に補正中心点Ｏを求め、補正中心点Ｏを中心に描く円に沿って略９０°回ることによって、再開ポイントＰ３から放電切れポイントＰ２まで形成する。

図１に示すごとく、溶断経路Ａは、鋼板５の一部を不要部分５２として、四角形状、丸形状等の環形状に溶断して切り抜くために、環形状に形成される。本例の補正中心点Ｏは、放電切れポイントＰ２から、溶断経路Ａの形成方向に直交する方向に所定距離離れた位置に設定する。補正経路Ｂは、アーク放電の着火がされたときに鋼板５に形成される着火時の孔径を考慮し、不要部分５２の幅よりも小さい範囲内で設定することができる。

次に、本例の鋼板溶断システム１によって鋼板５に溶断を行う動作、及びその作用効果につき、図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、作業者は、溶断経路Ａを設定するために、ティーチングペンダント４１１を用いてトーチ２２の位置及び姿勢のティーチングを行い、このティーチングデータをロボット制御盤４１に記憶させておく。このティーチングデータには、鋼板５を溶断する溶断経路Ａが設定される（図４のステップＳ１）。
そして、鋼板５の溶断を行う際には、制御装置４は、プラズマ発生装置２によってトーチ２２と鋼板５との間にアーク放電を発生させ（Ｓ２）、ティーチングデータにおける溶断経路Ａに基づいてアーク放電を行うトーチ２２を移動させる（Ｓ３）。このとき、制御装置４は、図１に示すごとく、鋼板５に対して溶断を開始する溶断開始ポイントＰ１を、不要部分５２となる範囲内のいずれかの位置に設定する。そして、制御装置４は、アーク放電を行うトーチ２２の移動を溶断開始ポイントＰ１から開始させ、このトーチ２２を溶断経路Ａに沿って移動させる。

そして、アーク放電を行うトーチ２２が溶断経路Ａを一巡して不要部分５２を切り抜いたときには、鋼板５の溶断を終了する（Ｓ４）。
また、鋼板５の溶断を行う際には、制御装置４は、プラズマ発生装置２の監視機能によってトーチ２２からアーク放電が正常に発生しているかを監視する（Ｓ５）。そして、鋼板５の溶断を行う際に、アーク放電切れが検知されたときには、制御装置４は、図２に示すごとく、アーク放電切れが生じた位置を放電切れポイントＰ２として記憶する（Ｓ６）。アーク放電切れは、特に鋼板５の板厚が薄い場合等に、鋼板５に生じた変形等により、トーチ２２から鋼板５までの距離が必要以上に離れてしまったとき等に生じる。

次いで、制御装置４は、溶断の再開ポイントＰ３を算出する（Ｓ７）。この再開ポイントＰ３を算出するに当たっては、制御装置４は、図２に示すごとく、鋼板５を溶断して形成される製品５１に不要となる不要部分５２において、放電切れポイントＰ２から、溶断経路Ａの形成方向に直交する方向に所定距離離れた位置に補正中心点Ｏを配置した補正円Ｃを設定する。そして、制御装置４は、補正円Ｃの接線が放電切れポイントＰ２を通過するように補正中心点Ｏを設定し、放電切れポイントＰ２から補正円Ｃ上を、溶断の進行逆方向に略９０°回った位置に溶断の再開ポイントＰ３を設定する。こうして、制御装置４は、再開ポイントＰ３から放電切れポイントＰ２を通過して未溶断部分５０２に戻る補正経路Ｂを算出する（Ｓ８）。補正経路Ｂは、再開ポイントＰ３から放電切れポイントＰ２まで略９０°溶断の進行方向に回る経路として設定される。また、補正経路Ｂは、不要部分５２において、溶断経路Ａにおける既溶断部分５０１と未溶断部分５０２とを避けた位置として算出される。

次いで、制御装置４は、補正経路Ｂに基づいて、アーク放電を行うトーチ２２を移動させ（Ｓ９）、溶断経路Ａに復帰させる（Ｓ１０）。これにより、アーク放電切れが生じた後、再びアーク放電の着火を行って鋼板５の溶断を再開する際に、瞬間的に大きくなるアーク放電は、不要部分５２に発生させることができる。そのため、瞬間的に大きくなるアーク放電によって鋼板５を溶断して形成する製品５１の形状が悪化することがない。また、制御装置４における自動計算によって、鋼板５の溶断を再開する補正経路Ｂを算出することができ、アーク放電切れ後の復帰を極めて迅速に行うことができる。

それ故、本例の鋼板溶断システム１によれば、製品５１の形状を悪化させることなく、アーク放電切れから迅速に復帰することができる。

１ 鋼板溶断システム
２ プラズマ発生装置
２２ トーチ
３ ロボット
３１ 移動先端部
４ 制御装置
４１ ロボット制御盤
５ 鋼板
５０１ 既溶断部分
５０２ 未溶断部分
５１ 製品
５２ 不要部分
Ａ 溶断経路
Ｂ 補正経路
Ｐ２ 放電切れポイント
Ｐ３ 再開ポイント

Claims (2)

1. アーク放電によって、鋼板の一部を不要部分として溶断して切り抜く鋼板溶断システムであって、
   アーク放電を発生させるトーチ及び該トーチからアーク放電が発生しているかを監視するための監視機能を有するプラズマ発生装置と、
   上記トーチを移動先端部に支持して、該移動先端部を三次元に移動させるロボットと、
   上記移動先端部の移動経路がティーチングデータとして教示され、該ティーチングデータに従って上記移動先端部を移動させる制御装置と、を備え、
   該制御装置は、上記ティーチングデータにおいて設定された上記鋼板を溶断する溶断経路に基づいて、アーク放電を行う上記トーチを移動させる際に、上記プラズマ発生装置の監視機能によって上記トーチからのアーク放電切れが検知されたときには、該アーク放電切れが生じた位置を放電切れポイントとして記憶し、
   上記溶断経路における既溶断部分と未溶断部分とを避けた、上記不要部分におけるいずれかの位置を溶断の再開ポイントとして算出し、
   該再開ポイントから上記放電切れポイントを通過して上記未溶断部分に戻る補正経路を算出し、該補正経路に基づいて、アーク放電を行う上記トーチを移動させて、該トーチを上記溶断経路に復帰させるよう構成されていることを特徴とする鋼板溶断システム。
2. 上記補正経路は、上記鋼板の上記不要部分において、上記放電切れポイントから所定距離離れた位置に補正中心点を求め、該補正中心点を中心に描く円に沿って、上記再開ポイントから上記放電切れポイントまで形成することを特徴とする請求項１に記載の鋼板溶断システム。

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