(57)【要約】      （修正有）【課題】タングステン電極の損傷を軽減することができるプラズマ溶接ロボットシステムを提供する。【解決手段】プラズマ溶接トーチ１２と、プラズマ溶接トーチを手首部先端に取り付けたマニピュレータ１０と、マニピュレータへ動作指令信号を出力するロボット制御装置と、マニピュレータの近傍に設けられてプラズマ溶接トーチのアークを遮光する遮光板２０とを備えたプラズマ溶接ロボットシステムにおいて、プラズマ溶接トーチの先端部が挿入されて、点弧しているパイロットアークをほぼ覆うように形成されて、遮光性及び不燃性を有する退避ボックス２１を備え、ロボット制御装置がプラズマ溶接開始前又はプラズマ溶接終了後を判別して、かつ、パイロットアークが点弧中にプラズマ溶接トーチの先端部を退避ボックスへ挿入する退避指令信号を、マニピュレータへ出力するプラズマ溶接ロボットシステム。【選択図】図１
2007030026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ溶接トーチと、
前記プラズマ溶接トーチを手首部先端に取り付けたマニピュレータと、
前記マニピュレータへ動作指令信号を出力するロボット制御装置と、
前記マニピュレータの近傍に設けられて前記プラズマ溶接トーチのアークを遮光する遮光板とを備えたプラズマ溶接ロボットシステムにおいて、
前記プラズマ溶接トーチの先端部が挿入されて点弧しているパイロットアークをほぼ覆うように形成されて遮光性及び不燃性を有する退避ボックスを備え、
前記ロボット制御装置がプラズマ溶接開始前又はプラズマ溶接終了後を判別してかつパイロットアークが点弧中にプラズマ溶接トーチの先端部を前記退避ボックスへ挿入する退避指令信号を前記マニピュレータへ出力することを特徴とするプラズマ溶接ロボットシステム。
【請求項２】
前記ロボット制御装置がプラズマ溶接開始前又はプラズマ溶接終了後を判別する代わりに、
前記遮光板の入り口が開いたこと又は前記遮光板に人が接近したことを検知して検知信号を出力するセンサを備え、
前記ロボット制御装置が前記検知信号を入力してかつパイロットアークが点弧中に前記退避指令信号を前記マニピュレータへ出力することを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶接ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットを用いてプラズマ溶接を行うための改良されたプラズマ溶接ロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ溶接は、タングステン電極を一般的に陰極として放電し、このときに発生する主プラズマアークを、水冷されたプラズマノズルとプラズマガスのガス流とによって拘束する。これによって、集中性の良い高温プラズマ流を発生させ、その保有エネルギを利用して溶接するものである。一般的なプラズマ溶接トーチを図４を参照して説明する。
【０００３】
図４は、一般的なプラズマ溶接トーチを示す図である。同図において、プラズマノズル１をトーチ本体２に取り付けて、タングステン電極の先端部３ａを取り囲んでいる。このプラズマノズル１は、タングステン電極３と被加工物との間で発生する主プラズマアークを拘束する。タングステン電極３に絶縁ガイド４を設けている。この絶縁ガイド４に、プラズマガス５を噴出させるプラズマガス流路６を形成している。
【０００４】
また、トーチ本体２及びプラズマノズル１の中に水冷用の冷媒用流路７を設けて、直接、プラズマノズル１を水冷している。そして、プラズマノズルの先端部１ａを取り囲むようにシールドガスカップ８を設けて、シールドガス９を供給して、主プラズマアーク発生部と被加工物の溶融部とを空気から遮蔽している。上記のプラズマガス５及びシールドガス９として、アルゴンガスが一般的に使用される。
【０００５】
今日、プラズマ溶接の作業能率を向上させるために、ロボットを用いてプラズマ溶接を自動化することが広く行われている。図５は、多関節ロボットを使用したときのプラズマ溶接ロボットシステムの一般的な構成を示す図である。同図において、マニピュレータ１０の手首部１１の先端に、プラズマ溶接トーチ１２を取り付けている。プラズマ溶接電源装置１３がプラズマ溶接トーチ１２に電力を供給し、プラズマガスボンベ１４及びシールドガスボンベ１５からプラズマガス５（図４参照）及びシールドガス９（図４参照）が、プラズマ溶接電源装置１３を介して、プラズマ溶接トーチ１２にそれぞれ供給される。チラー内蔵冷却水循環装置１６が、冷却水をプラズマ溶接電源装置１３を介して、プラズマ溶接トーチ１２に供給する。ティーチペンダント１７からロボット制御装置１８に指令信号が入力され、ロボット制御装置１８が、マニピュレータ１０の第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させる動作指令信号を、マニピュレータ１０に入力する。
【０００６】
以下、図４及び図５を参照して動作を説明する。プラズマガスボンベ１４から噴出されたプラズマガス５が、プラズマガス流路６に供給されて、タングステン電極３とプラズマノズル１との間にパイロットアーク電流を通電する。そして、タングステン電極３とプラズマノズル１との間に高周波電圧を印加して、火花放電からパイロットアークを点弧する。
【０００７】
次に、タングステン電極３と被加工物との間に、主プラズマアーク電圧を印加して、シールドガスボンベ１５から噴出されたシールドガス９をシールドガスカップ８から噴出して、パイロットアークによるプラズマの導電性を利用して、電極３と被加工物との間で主プラズマアークを発生する。この主プラズマアークを、水冷されたプラズマノズル１とプラズマガス５のガス流とによって拘束する。これによって、集中性の良い高温プラズマ流を発生させ、その保有エネルギを利用して溶接を行う。また、ロボット制御装置１８からの動作指令信号によって、マニピュレータ１０の第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、プラズマ溶接トーチ１２の先端位置が制御されて、プラズマ溶接が行われる。そして、溶接が終了すると、パイロットアーク電流の通電を停止する。
【特許文献１】実開昭５６−１２６９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、プラズマ溶接においては、パイロットアークを点孤する場合に高周波電圧を印加して、火花放電からパイロットアークを点孤する。そして、高電圧をタングステン電極３と被加工物との間に印加して、パイロットアークから主プラズマアークへ移行させている。この高周波によってパイロットアークを点孤するときに、タングステン電極３に最も負荷を与え、損傷することになる。そのために、パイロットアークの点孤及び消孤を繰り返すと、タングステン電極３の消耗によってパイロットアークの点孤性が低下し、最終的に高周波を印加しても、パイロットアークが点孤しないようになる。その場合、再度、パイロットアークを点孤させるには、プラズマ溶接トーチ１２からタングステン電極３を取り出し、この先端３ａを研磨する必要がある。
【０００９】
このタングステン電極３を研磨する作業を行うには、プラズマ溶接トーチ１２からタングステン電極３を取り出す必要があるが、そのとき、プラズマノズル１を外す必要がある。このプラズマノズル１を水冷する方法としては、上述したように、プラズマノズル１の中に冷媒用流路を設けて、直接、水冷するものが一般的である。従って、プラズマノズル１を外すときに、水漏れを起こし易いので、この作業は、煩雑な作業であり、生産効率を低下させる。
【００１０】
本発明は、タングステン電極３の損傷を軽減することができ、タングステン電極３を長寿命化することができるプラズマ溶接ロボットシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、第１の発明は、
プラズマ溶接トーチと、
前記プラズマ溶接トーチを手首部先端に取り付けたマニピュレータと、
前記マニピュレータへ動作指令信号を出力するロボット制御装置と、
前記マニピュレータの近傍に設けられて前記プラズマ溶接トーチのアークを遮光する遮光板とを備えたプラズマ溶接ロボットシステムにおいて、
前記プラズマ溶接トーチの先端部が挿入されて点弧しているパイロットアークをほぼ覆うように形成されて遮光性及び不燃性を有する退避ボックスを備え、
前記ロボット制御装置がプラズマ溶接開始前又はプラズマ溶接終了後を判別してかつパイロットアークが点弧中にプラズマ溶接トーチの先端部を前記退避ボックスへ挿入する退避指令信号を前記マニピュレータへ出力することを特徴とするプラズマ溶接ロボットシステムである。
【００１２】
第２の発明は、
前記ロボット制御装置がプラズマ溶接開始前又はプラズマ溶接終了後を判別する代わりに、
前記遮光板の入り口が開いたこと又は前記遮光板に人が接近したことを検知して検知信号を出力するセンサを備え、
前記ロボット制御装置が前記検知信号を入力してかつパイロットアークが点弧中に前記退避指令信号を前記マニピュレータへ出力することを特徴とする第１の発明に記載のプラズマ溶接ロボットシステムである。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明及び第２の発明のプラズマ溶接ロボットシステムは、プラズマ溶接を終了したとき、パイロットアークを消弧しないで、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを、遮光性を有する退避ボックス２１の中に退避させて、パイロットアークを点孤した状態を維持している。そのために、パイロットアークの点孤及び消孤を繰り返すことが軽減されるので、タングステン電極３の損傷を軽減することができ、タングステン電極３を長寿命化することができる。また、タングステン電極３を交換する頻度が低下するので、稼働率を向上させることができる。
【００１４】
また、パイロットアークを点孤すると、微量ではあるがプラズマがプラズマノズル１の先端から噴出されるが、退避ボックス２１へ退避させて、パイロットアークを覆っている。このために、作業者が被加工物の交換や治具のメンテナンス作業等でロボット作動エリア内に入る必要があるとき、作業者をパイロットアークから保護することができる。
【００１５】
さらに、パイロットアークを点弧するために高周波電圧を印加しているが、この高周波は、周辺機器に電波障害を起こす場合がある。本発明の実施の形態１のプラズマ溶接ロボットシステムは、パイロットアークの点孤及び消孤を繰り返すことが軽減されるので、この電波障害を軽減することができる。また、パイロットアークの消弧回数を減少することができるので、パイロットアークの点弧不良を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。上述したように、タングステン電極３を最も損傷させるのは、パイロットアークを点孤するための高周波を、印加した瞬間である。従って、タングステン電極３の消耗を防ぐためには、パイロットアークの点孤及び消孤の繰り返し回数を、極力減らす必要がある。そのためには、プラズマ溶接を一時的に中断したときに、パイロットアークを消孤せず、その点孤状態を維持すればよい。そのためのプラズマ溶接ロボットシステムを、以下に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態１のプラズマ溶接ロボットシステムの構造を示す図である。同図において、マニピュレータ１０の手首部１１の先端に、プラズマ溶接トーチ１２を取り付けている。このマニピュレータ１０へロボット制御装置１８（図５参照）が動作指令信号を入力する。このロボット制御装置１８は、プラズマ溶接開始前又はプラズマ溶接終了後を判別して、かつ、パイロットアークが点弧中に、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを退避ボックス２１へ挿入させる退避指令信号を、マニピュレータ１０へ出力する。人２６に対してプラズマ溶接トーチ１２から発生するアークを遮光する遮光板２０を、マニピュレータ１０の近傍に設けている。
【００１８】
また、図２に示すように、パイロットアーク２２を点孤すると、微量ではあるがプラズマがプラズマノズル１の先端から噴出される。人２６を、このパイロットアークから保護するために、退避ボックス２１をマニピュレータ１０の近傍に設けている。この退避ボックス２１は、図２に示すように、プラズマ溶接トーチ１２のパイロットアーク２２をほぼ覆うように形成されていて、遮光性及び不燃性を有している。プラズマ溶接を行わないとき、かつ、パイロットアークを点弧し続けているとき、マニピュレータ１０は、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを、この退避ボックス２１に挿入する。
【００１９】
図２は、本発明のプラズマ溶接ロボットシステムの退避ボックス２１の形状及び使用状態を説明する図であって、同図（Ａ）は、退避ボックス２１を示す図であり、同図（Ｂ）は、退避ボックス２１の使用状態を説明する図である。同図に示す退避ボックス２１は、４面を遮光性及び不燃性を有する壁面で囲まれた直方体状に形成されている。しかし、退避ボックス２１は、この形状に限定されるものではなく、側面及び低面が連続した曲面で形成されていてもよい。アーク光を人２６の視線からさえぎるように、ロボット動作エリア内で、人２６から離れた位置に退避ボックス２１を設置する。
【００２０】
以下、動作を説明する。図１において、プラズマ溶接を開始する前は、プラズマ溶接トーチ１２を退避ボックス２１の中に退避させている。そして、プラズマ溶接トーチ１２にプラズマガス５を供給して、タングステン電極３とプラズマノズル１との間にパイロットアーク電流を通電する。そして、タングステン電極３とプラズマノズル１との間に高周波電圧を印加して、火花放電からパイロットアークを点弧する。そして、ロボット制御装置１８からの動作指令信号によって、マニピュレータ１０の第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、プラズマ溶接トーチ１２の先端位置が制御されて、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａが、退避ボックス２１から離れて、被加工物へ移動する。
【００２１】
次に、タングステン電極３と被加工物との間に、主プラズマアーク電圧を印加して、シールドガス９を供給して、パイロットアークによるプラズマの導電性を利用して、電極３と被加工物との間で主プラズマアークが発生する。そして、水冷されたプラズマノズル１とプラズマガス５のガス流とによって拘束する。これによって、集中性の良い高温プラズマ流を発生させ、その保有エネルギを利用して溶接を行う。そして、溶接が終了すると、主プラズマアーク電流の通電を停止するが、パイロットアーク電流の通電は停止しない。同時に、ロボット制御装置１８からの動作指令信号によって、マニピュレータ１０がプラズマ溶接トーチの先端部１２ａを退避ボックス２１の中に退避させる。
【００２２】
この結果、プラズマ溶接を終了したとき、パイロットアークを消弧しないで、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを、遮光性を有する退避ボックス２１の中に退避させて、パイロットアークを点孤した状態を維持している。そのために、パイロットアークの点孤及び消孤を繰り返すことが軽減されるので、タングステン電極３の損傷を軽減することができ、タングステン電極３を長寿命化することができる。また、タングステン電極３を交換する頻度が低下するので、稼働率を向上させることができる。
【００２３】
また、パイロットアークを点孤すると、微量ではあるがプラズマがプラズマノズル１の先端から噴出されるが、退避ボックス２１へ退避させて、パイロットアークを覆っている。このために、作業者が被加工物の交換や治具のメンテナンス作業等でロボット作動エリア内に入る必要があるとき、作業者をパイロットアークから保護することができる。
【００２４】
さらに、パイロットアークを点弧するために高周波電圧を印加しているが、この高周波は、周辺機器に電波障害を起こす場合がある。本発明の実施の形態１のプラズマ溶接ロボットシステムは、パイロットアークの点孤及び消孤を繰り返すことが軽減されるので、この電波障害を軽減することができる。また、パイロットアークの消弧回数を減少することができるので、パイロットアークの点弧不良を軽減することができる。
【００２５】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２のプラズマ溶接ロボットシステムの構造を示す図である。同図において、遮光板２０に、シャッタ２３又は開き戸（図示を省略）を設けていて、このシャッタ２３又は開き戸に、開閉センサ２４を取り付けている。この開閉センサ２４は、遮光板２０のシャッタ２３又は開き戸が開いたことを検知して、検知信号をロボット制御装置１８へ入力する。又は、この開閉センサ２４を取り付ける代わりに、遮光板２０の周囲に光電センサ２５を設けて、遮光板２０に人２６が接近して、人体の一部が光電センサ２５の光を遮ったことを検知して、検知信号を出力するようにしてもよい。
【００２６】
ロボット制御装置１８は、実施の形態１のプラズマ溶接ロボットシステムの動作であるプラズマ溶接開始前又はプラズマ溶接終了後を判別する代わりに、上記の検知信号を入力して、かつ、パイロットアークが点弧中に、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを退避ボックス２１へ挿入する退避指令信号を、マニピュレータ１０へ出力する。その他の機能は、図１に示した実施の形態１の同機能に同符号を付して、説明を省略する。
【００２７】
以下、動作を説明する。実施の形態２のプラズマ溶接ロボットシステムの動作のうち、図１に示した実施の形態１のプラズマ溶接ロボットシステムのプラズマ溶接を開始する前からプラズマ溶接を行うまでの動作は、同じであるので、説明を省略する。そして、溶接が終了すると、主プラズマアーク電流の通電を停止するが、パイロットアーク電流の通電は停止しない。また、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを退避ボックス２１の中に退避させない。
【００２８】
そして、人２６がワークの交換や治具のメンテナンス等で遮光板２０に近づいて、遮光板２０のシャッタ２３又は開き戸が開いたことを開閉センサ２４が検知するか、又は、遮光板２０に人２６が接近して、人体の一部が光電センサ２５の光を遮ったことを検知する。このとき、ロボット制御装置１８が検知信号を入力して、かつ、パイロットアークが点弧中であるので、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを退避ボックス２１の中に退避させる退避指令信号を、マニピュレータ１０へ出力し、プラズマ溶接トーチの先端部１２ａを退避ボックス２１の中に退避させる。
【００２９】
この結果、図１に示した実施の形態１のプラズマ溶接ロボットシステムが奏する効果と同様の効果を奏する。  
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１のプラズマ溶接ロボットシステムの構造を示す図である。
【図２】本発明のプラズマ溶接ロボットシステムの退避ボックス２１の形状及び使用状態を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態２のプラズマ溶接ロボットシステムの構造を示す図である。
【図４】一般的なプラズマ溶接トーチを示す図である。
【図５】多関節ロボットを使用したときのプラズマ溶接ロボットシステムの一般的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１            プラズマノズル
１ａ            プラズマノズルの先端部
２            トーチ本体
３            タングステン電極
３ａ            タングステン電極の先端部
４            絶縁ガイド
５            プラズマガス
６            プラズマガス流路
７            冷媒用流路
８            シールドガスカップ
９            シールドガス
１０            マニピュレータ
１１            手首部
１２            プラズマ溶接トーチ
１２ａ            プラズマ溶接トーチの先端部
１３            プラズマ溶接電源装置
１４            プラズマガスボンベ
１５            シールドガスボンベ
１６            チラー内蔵冷却水循環装置
１７            ティーチペンダント
１８            ロボット制御装置
２０            遮光板
２１            退避ボックス
２２            パイロットアーク
２３            シャッタ
２４            開閉センサ
２５            光電センサ
２６            人
【図１】
2007030026.tif 000003
【図２】
2007030026.tif 000004
【図３】
2007030026.tif 000005
【図４】
2007030026.tif 000006
【図５】
2007030026.tif 000007