JP2000317622A

JP2000317622A - 鋳物製品の堰、押し湯等のプラズマ切断方法

Info

Publication number: JP2000317622A
Application number: JP11128043A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kugimiya; 浩己釘宮; Katsumi Yamada; 勝己山田; Shigeyuki Haruyama; 繁之春山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2000-11-21
Anticipated expiration: 2019-05-10
Also published as: JP4419106B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【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の姿勢等を教
示しておき、これら教示データを再生して堰、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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、１
１ｂ、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、１２
ｃ、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１
２ａの厚さは堰１１ａの厚さより小さいので、教示点Ｐ
１０、Ｐ１１、・・におけるトーチ５の移動速度は堰１
１ａ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１
２ｄ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（ｔ
１）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、ｔ
２を０．２秒に設定した場合には、最大で１０秒間に５
０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１１
ａ、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（ｔ
１）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ｔ
１、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

【特許請求の範囲】

【請求項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。