(57)【要約】【課題】分析作業の全自動化を図るべく、複数のるつぼを収容するるつぼ収容器から、搬送機構を用いてるつぼを取り出し、所定の加熱位置に搬送する構成を採用した場合に、低コストかつ簡単な構成で、確実にるつぼを取り出すことができるとともに、不測のエラーにも対応できる加熱型試料分析装置を提供する。【解決手段】るつぼ収容器３において、取り出し順位が最初の順位に設定されている部位にるつぼ８１が有るか無いかを検知する検知手段７を設け、その検知手段７で最初の順位のるつぼ８１が有ると検知された場合には、搬送機構２がそれまでに記憶していたるつぼ８１の順位をリセットするとともに、起動時又はエラー発生時には、搬送機構２を所定の待機状態に設定した後、検知手段７で最初の順位のるつぼ８１が有ると検知した場合を必要条件として待機状態を解除するように構成した。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
るつぼに入れた試料を加熱融解することにより、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出し、分析する加熱型試料分析装置であって、
複数のるつぼを所定位置に並べ設けたるつぼ収容器と、
前記るつぼ収容器から予め定められた順番でるつぼを取り出し、所定の加熱位置に搬送する搬送機構と、
前記るつぼ収容器において、取り出し順位が最初の順位に設定されている部位にるつぼが有るか無いかを検知する検知手段と、を具備し、
前記搬送機構が、前回取り出したるつぼの順位を記憶しておき、その次の順位のるつぼを取り出すように構成されており、なおかつ、前記検知手段で最初の順位のるつぼが有ると検知された場合には、それまでに記憶していたるつぼの順位をリセットするとともに、起動時又はエラー発生時には、前記搬送機構を所定の待機状態に設定した後、前記検知手段で最初の順位のるつぼが有ると検知した場合を必要条件として待機状態を解除するように構成している加熱型試料分析装置。
【請求項２】
前記試料が金属である請求項１記載の加熱型試料分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属などの試料を加熱融解することによって、試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出し、分析する加熱型試料分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の加熱型試料分析装置は、例えば特許文献１に示すように、上部電極及び下部電極に狭持された黒鉛るつぼに金属試料を収容して、電圧を印加することにより、前記るつぼ内の測定試料を加熱融解し、それによって発生したガス成分を分析することにより、金属試料に元々含まれている酸素などの元素量を測定することができる。
【０００３】
そして、このような分析装置を用いて試料を分析する場合には、試料の計量や、るつぼへの試料投入、電極へのるつぼ載置など、主として試料搬送に係る種々の作業を所定手順にしたがって行う必要があり、従来は、一部を自動化した例はあるものの、一般的にはオペレータがこの作業を人手で行っている。
【特許文献１】特許２９４９５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これに対し、近時では、例えば工場等での生産ラインにこの分析装置を組み込んで、インライン分析するといった理由から、前記作業の全自動化への要望があり、これに対応すべく、本発明者らは、６軸ロボットを利用して前記作業を全自動化したシステムを開発しつつある。
【０００５】
このようなシステムにおいて、複数のるつぼをストックしておき、そこからロボットによってるつぼを1つずつ取り出すような構成が考えられているが、この構成の場合、ロボットにるつぼのストック状況（ストック数、ストック場所など）を把握させておく必要がある。このシステムのように全自動化を図る場合には、不測のエラーに対する対応アルゴリズムの確立が必須であるが、例えば、エラーが発生した場合の復旧を考慮すると、通常は、残りのるつぼのストック状況の把握が必要と考えられるからである。そして、ストック状況の把握には、単純には、ロボットにＣＣＤカメラなどの目をつけたり、各るつぼの有無を検出する検知センサを設けたりする態様が考えられる。
【０００６】
しかしながら、ロボットにＣＣＤカメラをつけるのは、コスト高を招きかねないし画像処理のための複雑なプログラムが必要となる恐れもある。また後者の構成では、センサが多数になってやはりコスト高を招きかねないし、センサを多数にした分、故障の確率も増える。
【０００７】
本発明はかかる問題点を鑑みてなされたものであって、分析作業の全自動化を図るべく、複数のるつぼを収容するるつぼ収容器から、搬送機構を用いてるつぼを取り出し、所定の加熱位置に搬送する構成を採用した場合に、低コストかつ簡単な構成で、確実にるつぼを取り出すことができるとともに、不測のエラーにも対応できる加熱型試料分析装置を提供することをその主たる所期課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る加熱型試料分析装置は、るつぼに入れた試料を加熱融解することにより、当該試料内部に含まれている元素をガス成分として抽出し、分析するものであって、複数のるつぼを所定位置に並べ設けたるつぼ収容器と、前記るつぼ収容器から予め定められた順番でるつぼを取り出し、所定の加熱位置に搬送する搬送機構と、前記るつぼ収容器において、取り出し順位が最初の順位に設定されている部位にるつぼが有るか無いかを検知する検知手段と、を具備したものである。そして、前記搬送機構が、前回取り出したるつぼの順位を記憶しておき、その次の順位のるつぼを取り出すとともに、前記検知手段で最初の順位のるつぼが有ると検知された場合に、記憶していたるつぼの順位をリセットするように構成されており、さらに、起動時又はエラー発生時には、前記搬送機構を所定の待機状態に設定した後、前記検知手段で最初の順位のるつぼが有ると検知した場合を必要条件として搬送動作を開始するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このように構成した本発明によれば、単一の検知手段を設けるだけで、複数のるつぼを収容するるつぼ収容器から、搬送機構によって自動的に順にるつぼを取り出すことができるうえ、エラー時にも適切に対応できる。すなわち、るつぼ切れや搬送ミスなどのエラー発生時でも、搬送機構が待機状態となって動作を開始しないので、オペレータはそのことを確実に知ることができる。また、エラーを手動等で解消した後、るつぼ収容器の１番順位場所にるつぼを置くことで、ロボットの動作を再開させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に示す加熱型試料分析装置１００は、金属試料（以下、単に試料とも言う）を加熱溶解し、その際に発生するガス成分を分析することによって、当該試料中に含まれている元素を測定するもので、搬送機構たる６軸ロボット２と、その周囲に配置された分析装置本体１、及び周辺機器とから構成されている。
【００１２】
分析装置本体１から説明すると、この分析装置本体１の正面には、図１、図３に示すように、上部電極１２及び下部電極１１が上下に離間させて設けられており、下部電極１１上に、試料を収容したるつぼ８１を載置できるように構成してある。この図３に示するつぼ位置が加熱位置Ｐ１である。るつぼ８１は、上部が開口した円筒状をなす黒鉛を素材としたもので、下端部は先細りのテーパー形状をなしている。分析時は、加熱位置Ｐ１に置かれたるつぼ８１に対して、下部電極１１が上方にスライドし、上部電極１２との間でるつぼ８１を挟み込む。この状態で、上部電極１２の上方に設けられた図示しない試料投入口から、るつぼ８１内に試料を投入されると、その後、電極１１、１２間に電流が印加され、黒鉛るつぼ８１が発熱して内部の試料が加熱融解される。融解した試料から発生したガスは、図示しない分析部に送られて成分が測定され、その結果から、試料に元々含まれていた元素が分析される。例えば、試料中の酸素量を測定する場合には、試料の融解によって反応生成物であるＣＯ（一酸化炭素）を発生させ、ＣＯを例えば分析部を構成する非分散形赤外線検出器を用いて測定し、そのＣＯ値に基づいて当該試料中に存在していた酸素量を測定・算出する。その他、反応生成物とそれに応じた分析部を設定することにより、水素や硫黄、窒素などの成分も測定することができる。なお、分析後は、使用したるつぼ８１は、試料と共に廃棄処分される。
【００１３】
次に６軸ロボット２及び周辺機器について説明する。
【００１４】
６軸ロボット２は、図１、図３に示すように、ロボットアーム２２とその先端に取り付けられた一対の把持爪２１をと具備するもので、別に設けた制御機器（図示しない）からの指令によって制御される。ロボットアーム２２は、複数のアーム要素とそれらを接続する関節とからなり、前記把持爪２１の位置（３自由度）と姿勢（３自由度）を、所定空間領域内で自在にコントロールすることができるものである。把持爪２１は、特に図４に示すように、例えば概略くの字形をなすもので、一対の把持爪２１が中央部分間の隙間が最も大きくなるように左右対称に配置されている。各把持爪２１は、基端部において前記ロボットアーム２２にスライド駆動可能に保持されており、前記制御機器からの指令で把持爪２１間の距離を縮めるようにスライドさせることによって、各把持爪２１の中央部分間で前記るつぼ８１や後述する試料搬送用容器８２、８３の側周面を狭圧把持できるように構成してある。
【００１５】
周辺機器としては、図１、図３に示すように、別装置から搬送されてくる試料を受け取る試料受取器６、受け取った試料を装置１００内で搬送するための試料搬送用容器８２、８３、試料を秤量するための天秤５、使用前の複数のるつぼ８１を収容しているるつぼ収容器たるるつぼ載置テーブル３、エラー発生時に前記るつぼ８１や試料搬送用容器８２、８３を載置しておくための退避テーブル９等が設けてある。
【００１６】
試料搬送用容器８２、８３は、黒鉛るつぼ８１と略同形状をなす上部が開口したもので、内部に試料を収容することができる。この実施形態では、試料搬送用容器として、試料の秤量用に用いるもの（以下、区別するときは秤量用容器８２とも言う）と、別装置から導入されてきた試料を受け取るもの（以下、区別するときは受取用容器８３とも言う）との２つを用いるようにしている。
【００１７】
試料受取器６は、ロート形状をなす受取器本体６１と、受取器本体６１の下方に設けた容器載置テーブル６２とを具備したものである。受取器本体６１は、上端に設けた大径の試料導入口６１ａから導入された試料が、試料より若干大きい内径を有する細管６１ｂを通って下端の試料排出口から排出されるように構成してある。容器載置テーブル６２は、矩形平板状をなすもので、その表面中央には、後述する試料搬送用容器（ここでは特に受取用容器８３）を嵌め置くための凹部６２ａが設けてある。このような構成によって、別装置から送られてきた試料が、この試料受取器６を介して試料搬送用容器８３に投入されるようにしている。
【００１８】
るつぼ載置テーブル３は、図５、図６に示すように、矩形平板状をなすものであり、表面には、るつぼ８１の下端部を嵌め入れることのできる凹部３１が、縦横マトリクス状に複数設けてある。また、このるつぼ載置テーブル３のロボット２側の一角には、検知手段たる光を利用した物体検知センサ７が設けてある。物体検知センサは７は、支持台７１上に、互いに対向離間させて発光部７２と受光部７３とを設けたもので、発光部７２から出た光が、受光部７３で受光されるように構成してある。この実施形態では、発光部７２を出て受光部７３に到達する光の軌道が、るつぼ載置テーブル３の隅の１つの凹部３１の直上を通過するように構成してあり、前記隅の凹部３１にるつぼ８１が載置されている場合は、受光部７３が光を受光しないことから、その隅部のるつぼ８１の有無のみを検知できる。
【００１９】
退避テーブル９は、図１、図３に示すように、矩形平板状をなすものであり、その表面中央には、るつぼ８１又は試料搬送用容器８２、８３を置くための凹部９１が設けてある。この凹部位置が退避位置Ｐ２である。
【００２０】
天秤５は、試料の質量を精密に測定するためのものである。
【００２１】
なお、本実施形態では、周辺機器として秤量用容器８２を載置するための第２容器載置テーブル４をさらに設けている。この第２容器載置テーブル４は、前記容器載置テーブル６２と略同一のものであるため、説明は省略する。
【００２２】
次に、かかる構成の加熱型試料分析装置１００の動作を、図７、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２３】
まず起動初期状態では、るつぼ８１はるつぼ載置テーブル３に、受取用容器８３は容器載置テーブル６２に、秤量用容器８２は第２容器載置テーブル４にそれぞれ置かれており、退避テーブル９には、何も置かれていない。またロボット２は、何も把持しておらず、ロボットアーム２２を所定の待機位置で停止させた待機状態（ステップＳ１）となっている。
【００２４】
この待機状態から、オペレータからの入力や、別装置からのトリガー信号などの測定開始信号を受信すると（ステップＳ２）、加熱型試料分析装置１００は、各部、つまり分析装置本体１、周辺機器、６軸ロボット２からの各状態信号を読み取って、エラー等がなく測定準備が完了しているかどうかを判断する（ステップＳ３）。準備が未完の場合は、ロボット２は動作せず、待機状態を維持する。
【００２５】
一方、準備完了の場合には、ロボット２が動作し、試料を前記試料受取器６で受け取り、分析装置本体１に搬送する試料搬送工程（ステップＳ４）を行う。
【００２６】
その後、分析装置本体１で、前述したように、加熱融解されて元素分析が行われる（ステップＳ５）。分析後は、るつぼ８１及び試料は破棄される（ステップＳ６）。そして、測定開始信号の受信を待って（ステップＳ７）、ステップＳ４に戻る。
【００２７】
ところで、前記試料搬送工程では、ロボット２は、試料搬送のために、試料搬送用容器８２、８３やるつぼ８１の搬送・設置を行うが、ここでは、特に、るつぼ８１をるつぼ載置テーブル３から取りだす手順について、図８のフローチャートを参照しつつ詳述する。
【００２８】
るつぼ載置テーブル３の各るつぼ載置場所には、取り出しのための順位が予め設定されており、ロボット２はこの順位を予め記憶している。順位は、図６のカッコ書きに示すように、物体検知センサ７が設定されている隅部を最初（１番）として、そこから横又は縦に増加していくように設定されている。
【００２９】
ロボット２は、内部にカウンタを有しており、そのカウンタの値に対応する順位のるつぼ８１を、予め記憶したるつぼ載置場所の座標に基づいて取りに行く（ステップＳ４１）。最初はカウンタは初期値が１であるから、１番のるつぼ８１（１）を取りに行く。なお、取りに行った場所にるつぼ８１がない場合には、後述するエラー発生と見なして待機状態となり、動作を停止する。るつぼ８１の有無は、把持爪２１でるつぼ８１を掴んだはずであるにも拘わらず把持爪２１同士が接近しすぎた場合をもって、るつぼ８１がないと判断する（ステップＳ４２）。
【００３０】
そして次にるつぼ８１を取りに行くときには、記憶している前回のカウンタ値を１つ繰り上げ（ステップＳ４３）、次の順位に設定されているるつぼ８１を取りに行く。
【００３１】
ただし、カウンタ値は、るつぼ８１の載置上限数に設定されており、その上限に達するとやはり後述するエラー発生と見なして待機状態となり、動作を停止する（ステップＳ４４）。
【００３２】
このようにして、ロボット２は、るつぼ８１を順位どおりに取っていくが、この順番を、前述のようにロボット２側の隅部から始めて横又は縦に順に取っていくように設定しているのは、把持爪２１が、水平方向からるつぼ８１に接近してその側周面を把持することから、その把持爪２１の移動軌跡上に、未だ取られていないるつぼ８１が干渉することを防止するためである。
【００３３】
しかしてこの実施形態では、上述したように、順にるつぼ８１を取りに行っている最中であっても、前記物体検知センサ７で最初の順位のるつぼ８１が有ると検知された場合には（図９ステップＳ３１）、それまでに記憶していたるつぼ８１の順位をリセットし、カウンタ値を初期値に戻すようにしている（図９ステップＳ３２）。すなわち、るつぼ８１がオペレータ等により隅部に置かれると、次にるつぼ８１を取りに行くときには、ロボット２は、前回までの順番を破棄して、その隅部のるつぼ８１を取りに行くこととなる。
【００３４】
また、この実施形態では、起動時及び試料搬送工程中で何らかのエラーが発生したとき、例えば、停電、前記カウンタ値がるつぼの載置上限数に達したとき、るつぼ８１や試料搬送用容器８２、８３の把持・搬送ミスが生じたとき、るつぼ８１や試料搬送用容器８２、８３への試料の投入ミスが生じたとき等には、図７に示すように、ロボット２を待機状態に戻すように構成している。そして、この待機状態から、前記物体検知センサ７で、最初の順位のるつぼ８１が有ると検知した場合を必要条件として、ロボット２が、搬送動作を開始できるようにしている。このルーチンはステップＳ３に組み込まれている。このとき、カウンタ値は図９に示すように、初期値に戻されているので、ロボット２は、最初の順位のるつぼ８１から取りに行くことになる。
【００３５】
しかして、このようなものであれば、単一の物体検知センサ７を設けるだけで、多数のるつぼ８１を収容するるつぼ載置テーブル３から、ロボット２が順にるつぼ８１を取り出すことができるうえ、るつぼ切れや把持ミスなどのエラー発生時でも、ロボット２が待機状態となって動作を開始しないので、オペレータはそのことを確実に知ることができる。また、エラーを手動等で解消した後、るつぼ載置テーブル３の１番順位場所、すなわち隅部にるつぼ８１を置くことで、ロボット８１の動作を再開させることができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
【００３７】
例えば、るつぼ収容器は、るつぼをマトリクス状ではなく、同心円状であるとか渦巻状に並べ設けるものでも構わないし、上述したテーブルとは違った形状のものでも構わない。検知手段も、その取り付け位置に制限があるわけではなく、また、前記実施形態のように光透過型のものではなく、受光部と発光部とが一体となった光反射型や、超音波を利用したもの、機械接触式のもの等でも構わない。
【００３８】
その他、本発明は前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る加熱型試料分析装置の全体斜視図。
【図２】同実施形態における加熱型試料分析装置の電極を示す部分正面図。
【図３】同実施形態における加熱型試料分析装置の全体平面図。
【図４】同実施形態におけるロボットの把持爪を示す部分平面図。
【図５】同実施形態におけるるつぼ載置テーブルを示す斜視図。
【図６】同実施形態におけるるつぼ載置テーブルを示す平面図。
【図７】同実施形態における加熱型試料分析装置の動作を示すフローチャート。
【図８】同実施形態における加熱型試料分析装置の動作を示すフローチャート。
【図９】同実施形態における加熱型試料分析装置の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４０】
１００・・・加熱型試料分析装置
２・・・試料搬送機構（６軸ロボット）
２１・・・把持爪
２２・・・ロボットアーム
８１・・・るつぼ
８２、８３・・・試料搬送用容器
Ｐ１・・・加熱位置
Ｐ２・・・退避位置
【図１】
2009198406.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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