JP2004237321A - プラズマ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の消耗品（電極および／またはノズル）のそれぞれについて正確な寿命判定を行うことができ、これにより各消耗品を効率良く使用することでランニングコストの削減を図ることのできるプラズマ加工装置を提供する。
【解決手段】電極１６とノズル１７を備えてなるプラズマトーチ６からプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークにより被加工物Ｗに対してプラズマ加工を施すプラズマ加工装置１において、電極１６および／またはノズル１７を消耗品ｉとしてその消耗品ｉを複数備えるとともに、消耗量Ｖを算出するための消耗量データ（Ｎｊ，ｎｊ，Ｔｊ，ｔｊ・・・）を消耗品ｉ毎に記憶する記憶装置２５、使用中の消耗品ｉに対応する前記消耗量データを選択する中央処理装置２３により算出された消耗量Ｖを表示する表示部２８を備える構成とする。
【選択図】 図２
【解決手段】電極１６とノズル１７を備えてなるプラズマトーチ６からプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークにより被加工物Ｗに対してプラズマ加工を施すプラズマ加工装置１において、電極１６および／またはノズル１７を消耗品ｉとしてその消耗品ｉを複数備えるとともに、消耗量Ｖを算出するための消耗量データ（Ｎｊ，ｎｊ，Ｔｊ，ｔｊ・・・）を消耗品ｉ毎に記憶する記憶装置２５、使用中の消耗品ｉに対応する前記消耗量データを選択する中央処理装置２３により算出された消耗量Ｖを表示する表示部２８を備える構成とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマトーチから発生されるプラズマアークを用いて被加工物の溶断、溶接等を行うプラズマ加工装置に関し、より詳しくはプラズマトーチにおける電極やノズル等の消耗品の寿命を管理することのできるプラズマ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラズマ加工装置の一種であるプラズマ切断機では、プラズマトーチから高温・高速のプラズマジェットをワーク（被加工物）に吹き付けて、ワークを局所的に溶融し、溶融された部分を吹き飛ばしていくことで切断を行っている。
この切断動作を行うにあたっては、プラズマトーチにプラズマガスを供給しつつプラズマトーチ内部の電極とノズルとの間でパイロットアークを発生させ、このパイロットアークを先導として電極とワークとの間のメインアークに移行させることで、高温のプラズマアークを生成し、このプラズマアークをプラズマトーチのノズルによって細く絞り込むことで、切断に適したプラズマジェット（高温高速噴流）にしている。
【０００３】
前記プラズマトーチ内の電極とノズルは、高温のプラズマやアーク放電の影響により、切断を行う都度、アークが発生する度に消耗し、最終的にはプラズマアークの発生が困難になったり、切断品質が劣化したりするため、適当なタイミングで交換する必要がある。この電極とノズル（以下、「消耗品」という。）の寿命は、切断回数で数百回レベル、切断時間で数時間というものであるため、１日の作業の中で１回ないし２回程度は消耗品を交換する必要があり、交換のタイミングは作業者の経験に基づく判断に委ねられている。
【０００４】
ところが、作業者の経験不足や不注意による見逃し等により、消耗品が寿命に至ったにもかかわらず使用を続けることがあり、このような場合に、切断不良を起こしたり、トーチを損傷したりするといった不具合が発生する。反対に、寿命に至るかなり前に消耗品を交換すれば、切断不良やトーチの損傷は回避できるが、高価な消耗品に対して無駄な使い方をすることになり、ランニングコストが嵩んでしまうという問題がある。そこで、消耗品を効率良く使用するための寿命管理に関する従来技術が特許文献１〜３にて提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６１１３３７号公報
【特許文献２】
特開平５−２４５６４５号公報
【特許文献３】
特開平９−２１６０６６号公報
【０００６】
前記特許文献１には、アーク発生回数、アーク発生時間およびアーク電流の検出データを所定の演算式で処理・積算していくことで消耗品の消耗量を推定し、この推定消耗量と許容消耗量とを比較した結果に基づいて、警報、作業停止あるいは残寿命の割合の表示等を行うための寿命判定回路に関する技術が開示されている。また、前記特許文献２には、先の特許文献１に対し、加工継続時間を積算し設定回路の出力と比較している点、および加工電流を変数として係数を選択している点で基本的に同一の技術思想が開示されている。また、前記特許文献３には、電極の消耗に伴い上昇する冷却水の温度を測定することで、消耗品の寿命判断を行うという技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、プラズマ切断機では、切断するワークの板厚に応じてアーク電流値が変更され、このアーク電流値の変更に合わせて対応するノズルや電極に交換される。このようにアーク電流値に応じてノズルや電極を交換する理由は、アーク電流値に対して切断品質および消耗品寿命（耐久性）が良好となる最適仕様のノズルや電極があるためである。また、この理由以外の理由によっても、寿命に達していない消耗品を交換する場合がある。すなわち、高精度の切断品質が要求される場合、あるいは切断動作の途中で消耗品が寿命に達する恐れがある場合などである。したがって、プラズマ切断機により切断加工を実施する際には、複数の消耗品が適宜使い分けられる。
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に係る技術では、単一の消耗品に対して寿命判定回路が組まれた構成であるために、前述のように複数の消耗品を使い分けた場合、消耗品毎にデータ管理や演算を施すことができず、各消耗品についての正確な寿命判定を行うことができないという問題点がある。また、前記特許文献２および特許文献３に係る技術も、単一の消耗品に対してのみ正確な寿命判定が可能な構成であるために、特許文献１に係る技術と同様の問題点を有している。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、複数の消耗品のそれぞれについて正確な寿命判定を行うことができ、これにより各消耗品を効率良く使用することでランニングコストの削減を図ることのできるプラズマ加工装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるプラズマ加工装置は、
電極とノズルを備えてなるプラズマトーチからプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークにより被加工物に対してプラズマ加工を施すプラズマ加工装置において、
前記電極および／またはノズルを消耗品としてその消耗品を複数備えるとともに、
ａ）消耗量を算出するための消耗量データを消耗品毎に記憶する記憶手段、
ｂ）使用中の消耗品に対応する前記消耗量データを選択する選択手段、
ｃ）この選択手段により選択された消耗量データに基づいて消耗量を演算する演算手段および
ｄ）この演算手段により算出された消耗量を表示する表示手段を備えることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１１】
本発明においては、記憶手段によって記憶される複数の消耗品のそれぞれの消耗量データのうち、使用中の消耗品に係る消耗量データが選択手段によって選択され、この選択手段によって選択された消耗量データに基づいて消耗量が演算手段によって演算され、その結果算出された消耗量が表示手段によって表示される。このため、複数の消耗品のそれぞれについて正確な寿命判定を行うことができ、各消耗品を効率良く使用することができる。したがって、ランニングコストを削減することができるという効果を奏する。
【００１２】
第１発明において、前記演算手段により算出された消耗量が予め設定された消耗量に到達した際に警報を発する警報手段が設けられるのが好ましい（第２発明）。こうすれば、作業者（管理者）に対して消耗品が寿命に達したことをより確実に知らせることができるので、作業者の不注意に起因する切断不良やトーチ損傷を確実に防ぐことができる。
【００１３】
第１発明または第２発明において、前記演算手段により算出された消耗量が予め設定された消耗量に到達した際に当該プラズマ加工装置の加工動作を加工終了時に停止させる加工停止手段が設けられるのが好ましい（第３発明）。このように、パイロットアーク発生、メインアークへの移行、プラズマ加工およびプラズマアーク消滅という１サイクルのプラズマ加工の終了時に加工停止を行うことで、加工途中の被加工物が不良品になってしまうのを確実に防止することができる。
【００１４】
ここで、前記消耗量データは、アーク発生回数、アーク発生時間およびアーク電流のうちの一部または全部の情報を含むものであり得る（第４発明）。
【００１５】
第１発明乃至第４発明において、前記選択手段は、前記記憶手段に入力された加工情報を参照することで、使用される消耗品を特定する構成であるのが好ましい（第５発明）。このようにすれば、寿命管理の自動化が図れ、作業者（管理者）の労力を軽減することができるという利点がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるプラズマ加工装置の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、プラズマ加工装置の一種であるプラズマ切断装置に本発明が適用された例である。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の全体斜視図が示されている。また、図２には、本実施形態に係るプラズマ切断装置の概略システム構成図が示されている。
【００１８】
本実施形態のプラズマ切断装置１は、図１において斜視図で示される装置本体と同図において図示省略されるＮＣ（数値制御）装置１５を備えて構成され、前記装置本体においては、鋼板Ｗ（被加工物）を支持する切断定盤（切断架台）２が矩形状のフレーム３の内側空間に配されるとともに、このフレーム３を跨ぐように門形の走行ビーム４が配され、この走行ビーム４上にキャリッジ５が配されて、そのキャリッジ５にプラズマトーチ６が装着されている。ここで、前記走行ビーム４は、Ｘ軸モータ７の駆動によりフレーム３の長手方向（Ｘ軸方向）に配されるＸ軸レール８に沿ってＸ軸方向に走行可能とされ、前記キャリッジ５は、Ｙ軸モータ９の駆動により走行ビーム４上に配されるＹ軸レール１０に沿ってＹ軸方向に走行可能とされている。また、前記プラズマトーチ６は、Ｚ軸モータ１１の駆動によりキャリッジ５に対して上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能とされている。そして、各モータ（サーボモータ）７，９，１１を前記ＮＣ装置１５により制御することで、プラズマトーチ６は鋼板Ｗの任意の位置へ移動されるとともに、任意の高さ位置に位置決めされて鋼板Ｗの切断加工が行われる。
【００１９】
前記プラズマトーチ６は、図２に示されるように、電極１６とノズル１７を備えてなり、ノズル１７からプラズマガスを噴出させつつ電極１６とノズル１７との間でパイロットアークを発生させ、このパイロットアークを先導として電極１６と鋼板Ｗとの間のメインアークに移行させることで高温のプラズマアークを生成し、このプラズマアークをノズル１７によって細く絞り込むことで、切断に適したプラズマジェット（高温高速噴流）を噴出するように構成されている。ここで、電極１６は、交流電源１８から電力を得ているプラズマ加工用電源装置１９（以下、単に「電源装置１９」という。）のマイナス端子に接続されており、この電源装置１９においては、パイロット電流を出力するプラス端子がノズル１７に接続され、メイン電流を出力するプラス端子が鋼板Ｗに接続されている。また、このメイン電流が供給されるラインには、アーク電流の出力を検出する加工電流検出器２０が介挿されている。
【００２０】
前記電源装置１９の出力を調整する定電流制御回路２１には、ＮＣ装置１５からの起動信号および電流値設定信号がそれぞれ入力されるようになっており、本実施形態では、この定電流制御回路２１により、前記加工電流検出器２０による検出値とＮＣ装置１５から指令される設定電流値との差がゼロになるように電源装置１９の出力電流を制御するようにされている。こうして、ＮＣ装置１５からの起動信号が定電流制御回路２１に入力されている間、電源装置１９がＮＣ装置１５からの設定電流値に応じた電流を出力するようにされている。また、前記加工電流検出器２０によってアーク電流が検出されると、つまりプラズマアーク（メインアーク）が発生されると、ＮＣ装置１５に装備される電流検出スイッチ２２がＯＮされるとともに、このＯＮ信号が後述の中央処理装置２３に入力され、電極１６にアーク電流（メイン電流）が流れたことを検出できるようにされている。また、ＮＣ装置１５にはタイマー２４が装備され、このタイマー２４によって１サイクルの加工におけるアーク発生時間が計測されるようになっている。なお、メイン電流が検出されると即座にパイロット電流回路を遮断するように制御されている。
【００２１】
前記ＮＣ装置１５は、記憶装置（記憶手段）２５や中央処理装置（選択手段）２３、サーボモータ駆動装置２６等を備えて構成されている。また、このＮＣ装置１５には、当該ＮＣ装置１５に対し入・出力装置として機能する操作盤２７が付設されており、この操作盤２７には、前記記憶装置２５の内容や各種状態を表示する表示部（ＣＲＴまたはＬＣＤ）２８や入力キー２９、選択キー３０等が設けられている。そして、前記記憶装置２５に記憶されているＮＣプログラムや加工情報等に基づいて中央処理装置２３で演算された位置指令をサーボモータ駆動装置２６を介して各軸サーボモータ７，９，１１に伝達し、直線補間または円弧補間によりプラズマトーチ６を現在位置から目標位置まで移動させるようにされている。
【００２２】
このように構成される本実施形態のプラズマ切断装置１により鋼板Ｗの切断動作を行うと、前記プラズマトーチ６内の電極１６およびノズル１７は、それぞれ高温のプラズマやアーク放電の影響により、切断を行う都度、アークが発生する度に消耗し、最終的にはプラズマアークの発生が困難になったり、切断品質が劣化したりするため、適当なタイミングで交換する必要がある。この際、電極１６とノズル１７の両者を同時に交換するのが好ましいとの観点から、本実施形態では電極１６とノズル１７のセットが寿命管理上の消耗品ｉと定義される。また、本実施形態では、表１に示される複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）が用意され、切断加工を施す鋼板Ｗの板厚等に応じてそれら消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）を使い分けるようにされている。
【表１】
【００２３】
このように鋼板Ｗの板厚等に応じて使い分けられる複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）のそれぞれについて正確な寿命判定を行うために、前記記憶装置２５には、消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）毎に記憶領域３１，３２，３３，３４が設けられ（図３参照）、各記憶領域３１，３２，３３，３４に対応する消耗品ｉの消耗量データ（消耗量を算出するための寿命判断係数）や、設定寿命、付帯情報等が入・出力装置（操作盤２７）を介して当該記憶装置２５に読み込まれた際に、それら情報が対応する記憶領域３１／３２／３３／３４における所定のデータ格納領域に記録保管されるようになっている（図３参照）。また、フロッピー（登録商標）ディスクやＩＣカードなどの記録媒体に所定の形式で記録されたＮＣプログラムには使用する消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）の種類や加工条件ｊなどの情報が含まれており、これら情報が記憶装置２５にロードされたときに、かかる情報に基づいて中央処理装置２３がこれから使用する消耗品ｉ１／ｉ２／ｉ３／ｉ４に対応する記憶領域３１／３２／３３／３４を選択するとともに、この選択された記憶領域３１／３２／３３／３４における加工条件ｊに係わるデータ格納領域のデータをオペランドとして選択するようにされている。ここで、前記消耗量データ（寿命判断係数）としては、アーク回数や１アーク当りの消耗量、アーク発生時間、単位時間当りの消耗量などが挙げられる。一方、前記付帯情報は、消耗品管理をより容易に行うために記憶されるものであって、例えば累積アーク回数や、累積アーク時間、消耗量推定値、ノズルの種類、使用開始日時、アラーム表示使用率（表示部２８にアラームを表示させる使用率の閾値であって、作業者等によって任意に設定される設定値）などが挙げられる。
【００２４】
ここで、前記消耗品ｉの消耗量は、アーク発生毎に大きく損傷する消耗と、アークの連続発生により経時的に損傷する消耗とに分けて考えることができ、消耗品ｉにおいて加工条件ｊでの各寿命判断係数について、それぞれアーク回数をＮｊ、１アーク当りの消耗量をｎｊ、アーク発生時間をＴｊおよび単位アーク時間当りの消耗量をｔｊといった具合に定義すると、消耗量Ｖは簡易的に、
Ｖ＝Σ（ｎｊ・Ｎｊ＋ｔｊ・Ｔｊ）
と表わすことができる。
そして、寿命消耗量Ｌ（新品の消耗品ｉが寿命に到るまでに消耗される消耗量）に対する消耗量Ｖの百分率で定義される使用率Ｕが、表示部２８において、図４に示される寿命管理画面にて表示される（ドットが施されている領域）。なお、この寿命管理画面において、消耗品の種類はノズルの種類に置きかえられて表示されている。
【００２５】
また、本実施形態では、前記使用率Ｕと、前記アラーム表示設定使用率Ｄとの関係が、Ｕ≧Ｄになったとき、言いかえれば消耗量Ｖ、寿命消耗量Ｌおよびアラーム表示設定使用率Ｄが、Ｖ≧Ｌ×Ｄの関係式を満たしたときに、表示部２８においてアラームを表示させるようにされている（本発明の「警報手段」に相当）。
こうして、作業者（管理者）に対して消耗品が寿命に達したことをより確実に知らせて、作業者の不注意に起因する切断不良やトーチ損傷などを確実に防ぐようにされている。
【００２６】
さらに、本実施形態では、Ｖ≧Ｌ×Ｄとなった場合に、ＮＣ装置１５による制御により、１サイクルの加工が終了したときに、当該プラズマ切断装置１の加工動作を停止させるようにされている（本発明の「加工停止手段」に相当）。こうして、加工途中の鋼板Ｗが不良品になってしまうのを確実に防止するようにされている。
【００２７】
次に、複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）を鋼板Ｗの板厚等に応じて使い分けつつそれぞれの消耗品ｉについて正確な寿命判定を補償するアルゴリズムに基づいて作成された寿命判定プログラムの処理内容について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、図中記号Ｓはステップを表わしている。
【００２８】
ＮＣプログラムを記憶装置２５に読み込むことで消耗品ｉの種類や加工条件などの情報を取得するとともに（Ｓ１）、これら情報に基づいて使用する消耗品ｉの種類や、加工条件を判断する（Ｓ２〜Ｓ３）。この際、例えば使用する消耗品ｉがｉ１で加工条件がｊであると判断した場合には、消耗品ｉ１に応じた最適のアーク電流値（２５〔Ａ〕：表１参照）を設定するとともに、消耗品ｉ１の記憶領域３１を選択してその記憶領域３１における加工条件ｊに係わるデータ格納領域のデータをオペランドとして設定する（Ｓ４）。
【００２９】
次いで、電源装置１９の起動によって（Ｓ５）、電極１６と鋼板Ｗとの間に切断加工に供されるプラズマアークが発生される。その後、電流スイッチ２２のＯＮ信号の入力にてアーク電流の出力を検出したら（Ｓ６）、中央処理装置２３内のレジスタにＮｊのデータを転送しそのＮｊの値をカウントアップ（＋１）するとともに、このカウントアップされたＮｊのデータを元のデータ領域に転送する（Ｓ７）。また、加工開始から加工終了までの時間（ΔＴｊ）をタイマー２４により計測し（Ｓ８〜Ｓ１０）、この計測時間ΔＴｊを中央処理装置２３内のレジスタに転送されたＴｊの値に積算するとともに、この積算されたＴｊのデータを元のデータ領域に転送する（Ｓ１１）。そして、消耗量Ｖを演算し（Ｓ１２）、その結果算出された消耗量ＶとＬ×Ｄ（寿命消耗量×アラーム表示設定使用率）の値とを比較する（Ｓ１３）。Ｖ≧Ｌ×Ｄのときには、表示部２８にアラーム表示させる（Ｓ１４）。一方、Ｖ＜Ｌ×Ｄのときには、次の加工動作を行う（Ｓ１５）。
【００３０】
本実施形態によれば、複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）のそれぞれについて正確な寿命判定を行うことができるので、各消耗品（ｉ１〜ｉ４）を効率良く使用することができる。したがって、ランニングコストを大幅に削減することができるという効果を奏する。
【００３１】
なお、本実施形態においては、プラズマ加工装置におけるプラズマ切断機に本発明が適用された例を示したが、プラズマ溶接機に本発明が適用し得るのは言うまでもない。
【００３２】
また、本実施形態においては、複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）に係る記憶領域の選択が寿命判定プログラムによって自動的に行われる態様を示したが、これに限られず、例えば作業者（管理者）による選択キー３０の操作にて複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）に係る記憶領域の選択を行うようにする態様もあり得る。
【００３３】
また、本実施形態においては、電極とノズルのセットを消耗品として定義して寿命管理を行うようにされているが、電極またはノズルのみを本発明の主旨に沿って寿命管理するようにしても良い。
【００３４】
また、ＮＣ装置１５に対してコンピュータによるネットワークを構築し、そのネットワーク上のコンピュータで前記寿命判定プログラムを実行させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の全体斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るプラズマ切断装置の概略システム構成図である。
【図３】図３は、寿命判定プログラムの処理内容を表わすフローチャートである。
【図４】図４は、表示部によって表示される寿命管理画面の一例を表わす図である。
【符号の説明】
１ プラズマ切断機
６ プラズマトーチ
１５ ＮＣ装置
１６ 電極
１７ ノズル
２３ 中央処理装置（演算・選択手段）
２５ 記憶装置（記憶手段）
２７ 操作盤
２８ 表示部（表示手段）
３０ 選択キー
Ｗ 鋼板（被加工物）
ｉ（ｉ１〜ｉ４） 消耗品
Ｎｊ アーク発生回数
Ｔｊ アーク発生時間
Ｖ 消耗量
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマトーチから発生されるプラズマアークを用いて被加工物の溶断、溶接等を行うプラズマ加工装置に関し、より詳しくはプラズマトーチにおける電極やノズル等の消耗品の寿命を管理することのできるプラズマ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプラズマ加工装置の一種であるプラズマ切断機では、プラズマトーチから高温・高速のプラズマジェットをワーク（被加工物）に吹き付けて、ワークを局所的に溶融し、溶融された部分を吹き飛ばしていくことで切断を行っている。
この切断動作を行うにあたっては、プラズマトーチにプラズマガスを供給しつつプラズマトーチ内部の電極とノズルとの間でパイロットアークを発生させ、このパイロットアークを先導として電極とワークとの間のメインアークに移行させることで、高温のプラズマアークを生成し、このプラズマアークをプラズマトーチのノズルによって細く絞り込むことで、切断に適したプラズマジェット（高温高速噴流）にしている。
【０００３】
前記プラズマトーチ内の電極とノズルは、高温のプラズマやアーク放電の影響により、切断を行う都度、アークが発生する度に消耗し、最終的にはプラズマアークの発生が困難になったり、切断品質が劣化したりするため、適当なタイミングで交換する必要がある。この電極とノズル（以下、「消耗品」という。）の寿命は、切断回数で数百回レベル、切断時間で数時間というものであるため、１日の作業の中で１回ないし２回程度は消耗品を交換する必要があり、交換のタイミングは作業者の経験に基づく判断に委ねられている。
【０００４】
ところが、作業者の経験不足や不注意による見逃し等により、消耗品が寿命に至ったにもかかわらず使用を続けることがあり、このような場合に、切断不良を起こしたり、トーチを損傷したりするといった不具合が発生する。反対に、寿命に至るかなり前に消耗品を交換すれば、切断不良やトーチの損傷は回避できるが、高価な消耗品に対して無駄な使い方をすることになり、ランニングコストが嵩んでしまうという問題がある。そこで、消耗品を効率良く使用するための寿命管理に関する従来技術が特許文献１〜３にて提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６１１３３７号公報
【特許文献２】
特開平５−２４５６４５号公報
【特許文献３】
特開平９−２１６０６６号公報
【０００６】
前記特許文献１には、アーク発生回数、アーク発生時間およびアーク電流の検出データを所定の演算式で処理・積算していくことで消耗品の消耗量を推定し、この推定消耗量と許容消耗量とを比較した結果に基づいて、警報、作業停止あるいは残寿命の割合の表示等を行うための寿命判定回路に関する技術が開示されている。また、前記特許文献２には、先の特許文献１に対し、加工継続時間を積算し設定回路の出力と比較している点、および加工電流を変数として係数を選択している点で基本的に同一の技術思想が開示されている。また、前記特許文献３には、電極の消耗に伴い上昇する冷却水の温度を測定することで、消耗品の寿命判断を行うという技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常、プラズマ切断機では、切断するワークの板厚に応じてアーク電流値が変更され、このアーク電流値の変更に合わせて対応するノズルや電極に交換される。このようにアーク電流値に応じてノズルや電極を交換する理由は、アーク電流値に対して切断品質および消耗品寿命（耐久性）が良好となる最適仕様のノズルや電極があるためである。また、この理由以外の理由によっても、寿命に達していない消耗品を交換する場合がある。すなわち、高精度の切断品質が要求される場合、あるいは切断動作の途中で消耗品が寿命に達する恐れがある場合などである。したがって、プラズマ切断機により切断加工を実施する際には、複数の消耗品が適宜使い分けられる。
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に係る技術では、単一の消耗品に対して寿命判定回路が組まれた構成であるために、前述のように複数の消耗品を使い分けた場合、消耗品毎にデータ管理や演算を施すことができず、各消耗品についての正確な寿命判定を行うことができないという問題点がある。また、前記特許文献２および特許文献３に係る技術も、単一の消耗品に対してのみ正確な寿命判定が可能な構成であるために、特許文献１に係る技術と同様の問題点を有している。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、複数の消耗品のそれぞれについて正確な寿命判定を行うことができ、これにより各消耗品を効率良く使用することでランニングコストの削減を図ることのできるプラズマ加工装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるプラズマ加工装置は、
電極とノズルを備えてなるプラズマトーチからプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークにより被加工物に対してプラズマ加工を施すプラズマ加工装置において、
前記電極および／またはノズルを消耗品としてその消耗品を複数備えるとともに、
ａ）消耗量を算出するための消耗量データを消耗品毎に記憶する記憶手段、
ｂ）使用中の消耗品に対応する前記消耗量データを選択する選択手段、
ｃ）この選択手段により選択された消耗量データに基づいて消耗量を演算する演算手段および
ｄ）この演算手段により算出された消耗量を表示する表示手段を備えることを特徴とするものである（第１発明）。
【００１１】
本発明においては、記憶手段によって記憶される複数の消耗品のそれぞれの消耗量データのうち、使用中の消耗品に係る消耗量データが選択手段によって選択され、この選択手段によって選択された消耗量データに基づいて消耗量が演算手段によって演算され、その結果算出された消耗量が表示手段によって表示される。このため、複数の消耗品のそれぞれについて正確な寿命判定を行うことができ、各消耗品を効率良く使用することができる。したがって、ランニングコストを削減することができるという効果を奏する。
【００１２】
第１発明において、前記演算手段により算出された消耗量が予め設定された消耗量に到達した際に警報を発する警報手段が設けられるのが好ましい（第２発明）。こうすれば、作業者（管理者）に対して消耗品が寿命に達したことをより確実に知らせることができるので、作業者の不注意に起因する切断不良やトーチ損傷を確実に防ぐことができる。
【００１３】
第１発明または第２発明において、前記演算手段により算出された消耗量が予め設定された消耗量に到達した際に当該プラズマ加工装置の加工動作を加工終了時に停止させる加工停止手段が設けられるのが好ましい（第３発明）。このように、パイロットアーク発生、メインアークへの移行、プラズマ加工およびプラズマアーク消滅という１サイクルのプラズマ加工の終了時に加工停止を行うことで、加工途中の被加工物が不良品になってしまうのを確実に防止することができる。
【００１４】
ここで、前記消耗量データは、アーク発生回数、アーク発生時間およびアーク電流のうちの一部または全部の情報を含むものであり得る（第４発明）。
【００１５】
第１発明乃至第４発明において、前記選択手段は、前記記憶手段に入力された加工情報を参照することで、使用される消耗品を特定する構成であるのが好ましい（第５発明）。このようにすれば、寿命管理の自動化が図れ、作業者（管理者）の労力を軽減することができるという利点がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるプラズマ加工装置の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、プラズマ加工装置の一種であるプラズマ切断装置に本発明が適用された例である。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の全体斜視図が示されている。また、図２には、本実施形態に係るプラズマ切断装置の概略システム構成図が示されている。
【００１８】
本実施形態のプラズマ切断装置１は、図１において斜視図で示される装置本体と同図において図示省略されるＮＣ（数値制御）装置１５を備えて構成され、前記装置本体においては、鋼板Ｗ（被加工物）を支持する切断定盤（切断架台）２が矩形状のフレーム３の内側空間に配されるとともに、このフレーム３を跨ぐように門形の走行ビーム４が配され、この走行ビーム４上にキャリッジ５が配されて、そのキャリッジ５にプラズマトーチ６が装着されている。ここで、前記走行ビーム４は、Ｘ軸モータ７の駆動によりフレーム３の長手方向（Ｘ軸方向）に配されるＸ軸レール８に沿ってＸ軸方向に走行可能とされ、前記キャリッジ５は、Ｙ軸モータ９の駆動により走行ビーム４上に配されるＹ軸レール１０に沿ってＹ軸方向に走行可能とされている。また、前記プラズマトーチ６は、Ｚ軸モータ１１の駆動によりキャリッジ５に対して上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能とされている。そして、各モータ（サーボモータ）７，９，１１を前記ＮＣ装置１５により制御することで、プラズマトーチ６は鋼板Ｗの任意の位置へ移動されるとともに、任意の高さ位置に位置決めされて鋼板Ｗの切断加工が行われる。
【００１９】
前記プラズマトーチ６は、図２に示されるように、電極１６とノズル１７を備えてなり、ノズル１７からプラズマガスを噴出させつつ電極１６とノズル１７との間でパイロットアークを発生させ、このパイロットアークを先導として電極１６と鋼板Ｗとの間のメインアークに移行させることで高温のプラズマアークを生成し、このプラズマアークをノズル１７によって細く絞り込むことで、切断に適したプラズマジェット（高温高速噴流）を噴出するように構成されている。ここで、電極１６は、交流電源１８から電力を得ているプラズマ加工用電源装置１９（以下、単に「電源装置１９」という。）のマイナス端子に接続されており、この電源装置１９においては、パイロット電流を出力するプラス端子がノズル１７に接続され、メイン電流を出力するプラス端子が鋼板Ｗに接続されている。また、このメイン電流が供給されるラインには、アーク電流の出力を検出する加工電流検出器２０が介挿されている。
【００２０】
前記電源装置１９の出力を調整する定電流制御回路２１には、ＮＣ装置１５からの起動信号および電流値設定信号がそれぞれ入力されるようになっており、本実施形態では、この定電流制御回路２１により、前記加工電流検出器２０による検出値とＮＣ装置１５から指令される設定電流値との差がゼロになるように電源装置１９の出力電流を制御するようにされている。こうして、ＮＣ装置１５からの起動信号が定電流制御回路２１に入力されている間、電源装置１９がＮＣ装置１５からの設定電流値に応じた電流を出力するようにされている。また、前記加工電流検出器２０によってアーク電流が検出されると、つまりプラズマアーク（メインアーク）が発生されると、ＮＣ装置１５に装備される電流検出スイッチ２２がＯＮされるとともに、このＯＮ信号が後述の中央処理装置２３に入力され、電極１６にアーク電流（メイン電流）が流れたことを検出できるようにされている。また、ＮＣ装置１５にはタイマー２４が装備され、このタイマー２４によって１サイクルの加工におけるアーク発生時間が計測されるようになっている。なお、メイン電流が検出されると即座にパイロット電流回路を遮断するように制御されている。
【００２１】
前記ＮＣ装置１５は、記憶装置（記憶手段）２５や中央処理装置（選択手段）２３、サーボモータ駆動装置２６等を備えて構成されている。また、このＮＣ装置１５には、当該ＮＣ装置１５に対し入・出力装置として機能する操作盤２７が付設されており、この操作盤２７には、前記記憶装置２５の内容や各種状態を表示する表示部（ＣＲＴまたはＬＣＤ）２８や入力キー２９、選択キー３０等が設けられている。そして、前記記憶装置２５に記憶されているＮＣプログラムや加工情報等に基づいて中央処理装置２３で演算された位置指令をサーボモータ駆動装置２６を介して各軸サーボモータ７，９，１１に伝達し、直線補間または円弧補間によりプラズマトーチ６を現在位置から目標位置まで移動させるようにされている。
【００２２】
このように構成される本実施形態のプラズマ切断装置１により鋼板Ｗの切断動作を行うと、前記プラズマトーチ６内の電極１６およびノズル１７は、それぞれ高温のプラズマやアーク放電の影響により、切断を行う都度、アークが発生する度に消耗し、最終的にはプラズマアークの発生が困難になったり、切断品質が劣化したりするため、適当なタイミングで交換する必要がある。この際、電極１６とノズル１７の両者を同時に交換するのが好ましいとの観点から、本実施形態では電極１６とノズル１７のセットが寿命管理上の消耗品ｉと定義される。また、本実施形態では、表１に示される複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）が用意され、切断加工を施す鋼板Ｗの板厚等に応じてそれら消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）を使い分けるようにされている。
【表１】
このように鋼板Ｗの板厚等に応じて使い分けられる複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）のそれぞれについて正確な寿命判定を行うために、前記記憶装置２５には、消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）毎に記憶領域３１，３２，３３，３４が設けられ（図３参照）、各記憶領域３１，３２，３３，３４に対応する消耗品ｉの消耗量データ（消耗量を算出するための寿命判断係数）や、設定寿命、付帯情報等が入・出力装置（操作盤２７）を介して当該記憶装置２５に読み込まれた際に、それら情報が対応する記憶領域３１／３２／３３／３４における所定のデータ格納領域に記録保管されるようになっている（図３参照）。また、フロッピー（登録商標）ディスクやＩＣカードなどの記録媒体に所定の形式で記録されたＮＣプログラムには使用する消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）の種類や加工条件ｊなどの情報が含まれており、これら情報が記憶装置２５にロードされたときに、かかる情報に基づいて中央処理装置２３がこれから使用する消耗品ｉ１／ｉ２／ｉ３／ｉ４に対応する記憶領域３１／３２／３３／３４を選択するとともに、この選択された記憶領域３１／３２／３３／３４における加工条件ｊに係わるデータ格納領域のデータをオペランドとして選択するようにされている。ここで、前記消耗量データ（寿命判断係数）としては、アーク回数や１アーク当りの消耗量、アーク発生時間、単位時間当りの消耗量などが挙げられる。一方、前記付帯情報は、消耗品管理をより容易に行うために記憶されるものであって、例えば累積アーク回数や、累積アーク時間、消耗量推定値、ノズルの種類、使用開始日時、アラーム表示使用率（表示部２８にアラームを表示させる使用率の閾値であって、作業者等によって任意に設定される設定値）などが挙げられる。
【００２４】
ここで、前記消耗品ｉの消耗量は、アーク発生毎に大きく損傷する消耗と、アークの連続発生により経時的に損傷する消耗とに分けて考えることができ、消耗品ｉにおいて加工条件ｊでの各寿命判断係数について、それぞれアーク回数をＮｊ、１アーク当りの消耗量をｎｊ、アーク発生時間をＴｊおよび単位アーク時間当りの消耗量をｔｊといった具合に定義すると、消耗量Ｖは簡易的に、
Ｖ＝Σ（ｎｊ・Ｎｊ＋ｔｊ・Ｔｊ）
と表わすことができる。
そして、寿命消耗量Ｌ（新品の消耗品ｉが寿命に到るまでに消耗される消耗量）に対する消耗量Ｖの百分率で定義される使用率Ｕが、表示部２８において、図４に示される寿命管理画面にて表示される（ドットが施されている領域）。なお、この寿命管理画面において、消耗品の種類はノズルの種類に置きかえられて表示されている。
【００２５】
また、本実施形態では、前記使用率Ｕと、前記アラーム表示設定使用率Ｄとの関係が、Ｕ≧Ｄになったとき、言いかえれば消耗量Ｖ、寿命消耗量Ｌおよびアラーム表示設定使用率Ｄが、Ｖ≧Ｌ×Ｄの関係式を満たしたときに、表示部２８においてアラームを表示させるようにされている（本発明の「警報手段」に相当）。
こうして、作業者（管理者）に対して消耗品が寿命に達したことをより確実に知らせて、作業者の不注意に起因する切断不良やトーチ損傷などを確実に防ぐようにされている。
【００２６】
さらに、本実施形態では、Ｖ≧Ｌ×Ｄとなった場合に、ＮＣ装置１５による制御により、１サイクルの加工が終了したときに、当該プラズマ切断装置１の加工動作を停止させるようにされている（本発明の「加工停止手段」に相当）。こうして、加工途中の鋼板Ｗが不良品になってしまうのを確実に防止するようにされている。
【００２７】
次に、複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）を鋼板Ｗの板厚等に応じて使い分けつつそれぞれの消耗品ｉについて正確な寿命判定を補償するアルゴリズムに基づいて作成された寿命判定プログラムの処理内容について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、図中記号Ｓはステップを表わしている。
【００２８】
ＮＣプログラムを記憶装置２５に読み込むことで消耗品ｉの種類や加工条件などの情報を取得するとともに（Ｓ１）、これら情報に基づいて使用する消耗品ｉの種類や、加工条件を判断する（Ｓ２〜Ｓ３）。この際、例えば使用する消耗品ｉがｉ１で加工条件がｊであると判断した場合には、消耗品ｉ１に応じた最適のアーク電流値（２５〔Ａ〕：表１参照）を設定するとともに、消耗品ｉ１の記憶領域３１を選択してその記憶領域３１における加工条件ｊに係わるデータ格納領域のデータをオペランドとして設定する（Ｓ４）。
【００２９】
次いで、電源装置１９の起動によって（Ｓ５）、電極１６と鋼板Ｗとの間に切断加工に供されるプラズマアークが発生される。その後、電流スイッチ２２のＯＮ信号の入力にてアーク電流の出力を検出したら（Ｓ６）、中央処理装置２３内のレジスタにＮｊのデータを転送しそのＮｊの値をカウントアップ（＋１）するとともに、このカウントアップされたＮｊのデータを元のデータ領域に転送する（Ｓ７）。また、加工開始から加工終了までの時間（ΔＴｊ）をタイマー２４により計測し（Ｓ８〜Ｓ１０）、この計測時間ΔＴｊを中央処理装置２３内のレジスタに転送されたＴｊの値に積算するとともに、この積算されたＴｊのデータを元のデータ領域に転送する（Ｓ１１）。そして、消耗量Ｖを演算し（Ｓ１２）、その結果算出された消耗量ＶとＬ×Ｄ（寿命消耗量×アラーム表示設定使用率）の値とを比較する（Ｓ１３）。Ｖ≧Ｌ×Ｄのときには、表示部２８にアラーム表示させる（Ｓ１４）。一方、Ｖ＜Ｌ×Ｄのときには、次の加工動作を行う（Ｓ１５）。
【００３０】
本実施形態によれば、複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）のそれぞれについて正確な寿命判定を行うことができるので、各消耗品（ｉ１〜ｉ４）を効率良く使用することができる。したがって、ランニングコストを大幅に削減することができるという効果を奏する。
【００３１】
なお、本実施形態においては、プラズマ加工装置におけるプラズマ切断機に本発明が適用された例を示したが、プラズマ溶接機に本発明が適用し得るのは言うまでもない。
【００３２】
また、本実施形態においては、複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）に係る記憶領域の選択が寿命判定プログラムによって自動的に行われる態様を示したが、これに限られず、例えば作業者（管理者）による選択キー３０の操作にて複数の消耗品ｉ（ｉ１〜ｉ４）に係る記憶領域の選択を行うようにする態様もあり得る。
【００３３】
また、本実施形態においては、電極とノズルのセットを消耗品として定義して寿命管理を行うようにされているが、電極またはノズルのみを本発明の主旨に沿って寿命管理するようにしても良い。
【００３４】
また、ＮＣ装置１５に対してコンピュータによるネットワークを構築し、そのネットワーク上のコンピュータで前記寿命判定プログラムを実行させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の全体斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るプラズマ切断装置の概略システム構成図である。
【図３】図３は、寿命判定プログラムの処理内容を表わすフローチャートである。
【図４】図４は、表示部によって表示される寿命管理画面の一例を表わす図である。
【符号の説明】
１ プラズマ切断機
６ プラズマトーチ
１５ ＮＣ装置
１６ 電極
１７ ノズル
２３ 中央処理装置（演算・選択手段）
２５ 記憶装置（記憶手段）
２７ 操作盤
２８ 表示部（表示手段）
３０ 選択キー
Ｗ 鋼板（被加工物）
ｉ（ｉ１〜ｉ４） 消耗品
Ｎｊ アーク発生回数
Ｔｊ アーク発生時間
Ｖ 消耗量
Claims (5)
- 電極とノズルを備えてなるプラズマトーチからプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークにより被加工物に対してプラズマ加工を施すプラズマ加工装置において、
前記電極および／またはノズルを消耗品としてその消耗品を複数備えるとともに、
ａ）消耗量を算出するための消耗量データを消耗品毎に記憶する記憶手段、
ｂ）使用中の消耗品に対応する前記消耗量データを選択する選択手段、
ｃ）この選択手段により選択された消耗量データに基づいて消耗量を演算する演算手段および
ｄ）この演算手段により算出された消耗量を表示する表示手段を備えることを特徴とするプラズマ加工装置。 - 前記演算手段により算出された消耗量が予め設定された消耗量に到達した際に警報を発する警報手段が設けられる請求項１に記載のプラズマ加工装置。
- 前記演算手段により算出された消耗量が予め設定された消耗量に到達した際に当該プラズマ加工装置の加工動作を加工終了時に停止させる加工停止手段が設けられる請求項１または２に記載のプラズマ加工装置。
- 前記消耗量データは、アーク発生回数、アーク発生時間およびアーク電流のうちの一部または全部の情報を含むものである請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ加工装置。
- 前記選択手段は、前記記憶手段に入力された加工情報を参照することで、使用される消耗品を特定する構成である請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ加工装置。
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