JP2011079033A - Plasma cutting method and plasma cutting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被切断材に向けてプラズマアークを噴射することで切断するプラズマ切断方法に関し、特に、プラズマ切断トーチの移動速度が急激に変化したときに該プラズマ切断トーチの高さ方向の位置を固定し得るようにしたプラズマ切断方法をと、このプラズマ切断方法を実施するプラズマ切断装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma cutting method for cutting by injecting a plasma arc toward a material to be cut, and in particular, the position of the plasma cutting torch in the height direction when the moving speed of the plasma cutting torch changes rapidly. The present invention relates to a plasma cutting method that can be fixed, and a plasma cutting apparatus that performs the plasma cutting method.
鋼板に代表される被切断材を切断する際に、ガス切断法やプラズマ切断法或いはレーザ切断法が選択的に行われている。これらの切断法では夫々の切断法に対応した切断トーチを被切断材の上方に配置し、火炎及び切断酸素、プラズマアーク、レーザ光及びアシストガスを噴射しながら所望の方向に移動させることで、被切断材に対する切断が行われる。これらの切断法では切断品質を確保するために、切断を行っている間、切断トーチの被切断材からの距離(高さ)を略一定の値に保持しておくことが行われる。 When cutting a material to be cut typified by a steel plate, a gas cutting method, a plasma cutting method, or a laser cutting method is selectively performed. In these cutting methods, a cutting torch corresponding to each cutting method is arranged above the material to be cut and moved in a desired direction while injecting flame, cutting oxygen, plasma arc, laser light and assist gas, Cutting is performed on the workpiece. In these cutting methods, in order to ensure cutting quality, the distance (height) of the cutting torch from the material to be cut is kept at a substantially constant value during cutting.
ガス切断法やレーザ切断法では、切断トーチは昇降装置によって昇降可能に構成され、且つ切断トーチの周囲には距離を測定するためのレーザセンサや静電容量式センサ等のセンサが配置されている。そして、前記センサによって測定した距離が予め設定された距離から変化したとき、このときの変化分をうち消すように昇降装置を駆動することで高さを制御している。 In the gas cutting method and the laser cutting method, the cutting torch is configured to be moved up and down by a lifting device, and a sensor such as a laser sensor or a capacitive sensor is disposed around the cutting torch. . When the distance measured by the sensor changes from a preset distance, the height is controlled by driving the lifting device so as to eliminate the change at this time.
上記の如く、切断トーチの周囲にセンサを配置した構成では、これらのセンサによって直接被切断材との距離を測定して切断トーチの高さを制御している。このため、切断速度が変化しても、この変化に関わらす切断トーチの高さを略一定の範囲に保持することができる。 As described above, in the configuration in which sensors are arranged around the cutting torch, the height of the cutting torch is controlled by directly measuring the distance from the material to be cut by these sensors. For this reason, even if the cutting speed changes, the height of the cutting torch related to this change can be maintained in a substantially constant range.
一方、プラズマ切断法では、プラズマ切断トーチに設けた電極と被切断材を電源を介して接続しておき、電極の周囲にプラズマガスを供給して通電することでプラズマアークを形成している。特に、プラズマ切断法では、電極と被切断材との間で放電させる際に、プラズマ電源を定電流制御しており、プラズマアークを形成する際の電圧(アーク電圧)は電極と被切断材との距離の変化に対応して変化する。 On the other hand, in the plasma cutting method, an electrode provided on a plasma cutting torch and a material to be cut are connected via a power source, and a plasma arc is formed by supplying a plasma gas around the electrode and energizing it. In particular, in the plasma cutting method, a constant current control is performed on the plasma power source when discharging between the electrode and the material to be cut, and the voltage (arc voltage) at the time of forming the plasma arc is between the electrode and the material to be cut. Changes in response to changes in distance.
このため、プラズマ切断法では、切断中にアーク電圧を測定し、測定されたアーク電圧の変化に対応してプラズマトーチを昇降させる昇降装置を駆動し得るように構成しているのが一般的である。しかし、アーク電圧は切断速度が略一定である間は安定した状態で測定することが可能であるが、切断速度が急激に変化している間は安定した測定ができないという問題がある。 For this reason, the plasma cutting method is generally configured to measure an arc voltage during cutting and to drive an elevating device that raises and lowers the plasma torch in response to a change in the measured arc voltage. is there. However, the arc voltage can be measured in a stable state while the cutting speed is substantially constant, but there is a problem that stable measurement cannot be performed while the cutting speed is changing rapidly.
このような問題を解決するために特許文献1の技術が提案されている。この技術は、予め設定された被切断材に対する切断プログラム上で、切断速度を変更させるべき変更開始教示点と変更終了教示点に対応させて倣い禁止区間を設定しておき、プラズマ切断トーチが変更開始点に達したとき倣いを禁止し、変更終了点に達したとき倣いを再開するように構成したものである。このように、切断速度が変化する区間を高さ倣い禁止区間とすることによって、アーク電圧を安定した状態で測定し得ない区間であってもプラズマ切断トーチの高さ位置を保持して切断を進行することができる。 In order to solve such a problem, the technique of Patent Document 1 has been proposed. In this technique, on the cutting program for a preset material to be cut, a copy prohibition section is set corresponding to the change start teaching point and the change end teaching point at which the cutting speed should be changed, and the plasma cutting torch is changed. The copying is prohibited when the start point is reached, and the copying is resumed when the change end point is reached. In this way, by setting the section where the cutting speed changes as the height-prohibiting prohibited section, cutting is performed while maintaining the height position of the plasma cutting torch even in a section where the arc voltage cannot be measured stably. Can proceed.
上記特許文献1には、上表面が略同水準で、且つ厚さが明確に変化する被切断材を直線的に切断する例が記載されている。このため、切断速度を変更すべき点や変更後の切断速度を明確に設定することが可能であり、倣い禁止区間を定義することも容易である。 Patent Document 1 describes an example of linearly cutting a material to be cut whose upper surface is substantially the same level and whose thickness changes clearly. For this reason, it is possible to clearly set the point at which the cutting speed should be changed and the cutting speed after the change, and it is easy to define the copying prohibited section.
一般的なプラズマ切断の場合、厚さが同じ1枚の被切断材の中から閉じた切断線によって構成される図形を切断している。このような切断では、円形以外の図形を切断する場合、角度を持ったコーナー部分を切断することが必要となり、鋭角な突起部分等の特殊な形状を切断することもある。 In the case of general plasma cutting, a figure constituted by a closed cutting line is cut from a single workpiece having the same thickness. In such cutting, when a figure other than a circle is cut, it is necessary to cut a corner portion having an angle, and a special shape such as a sharp projection portion may be cut.
例えば、コーナー部分を切断する際には慣性の影響を少なくするためにコーナーに進入する際には切断速度を低下させ、コーナーから脱出する際には切断速度を上昇させることが行われている。このようなコーナー部分や突起部分を含む特殊な形状を切断する場合、特許文献1の技術と同様に、切断プログラム上で切断速度を変更させるべき点を指定すると共に変更すべき切断速度を指定し、更に、プラズマ切断トーチの高さ位置を固定する区間を指定している。 For example, in order to reduce the influence of inertia when cutting a corner portion, the cutting speed is reduced when entering the corner, and the cutting speed is increased when exiting from the corner. When cutting such a special shape including a corner portion or a protruding portion, as in the technique of Patent Document 1, specify the point at which the cutting speed should be changed and specify the cutting speed to be changed on the cutting program. Furthermore, a section for fixing the height position of the plasma cutting torch is designated.
プラズマ切断法に於けるアーク電圧は、切断速度の変化が急激である場合に不安定な変化を伴い、変化が緩い場合には安定している。即ち、アーク電圧が不安定な状態ではプラズマ切断トーチの被切断材からの高さを安定して保持することが困難であり、アーク電圧が安定した状態ではプラズマ切断トーチの被切断材からの高さを安定して保持することが可能となる。従って、アーク電圧が不安定となる区間ではプラズマ切断トーチの高さ位置を固定しておくことが必要となる。 The arc voltage in the plasma cutting method is accompanied by an unstable change when the change in cutting speed is abrupt, and stable when the change is slow. That is, when the arc voltage is unstable, it is difficult to stably maintain the height of the plasma cutting torch from the workpiece, and when the arc voltage is stable, the height of the plasma cutting torch from the workpiece is high. It is possible to stably maintain the thickness. Therefore, it is necessary to fix the height position of the plasma cutting torch in the section where the arc voltage becomes unstable.
切断中にプラズマ切断トーチの高さ位置を固定することは、プラズマ切断トーチが障害物に衝突する虞を回避し得ないということであり、可能な限りアーク電圧を測定した測定値に基づいてトーチの高さを調整しつつ切断を行うことが好ましい。従って、切断速度を変化させる全区間にわたってプラズマ切断トーチの高さ位置を固定することは好ましいことではない。そして、プラズマ切断トーチの被切断材からの高さ位置を固定する区間を可及的に少なくするためには、切断すべき図形の形状を充分に考慮する必要がある。 Fixing the height position of the plasma cutting torch during cutting means that the possibility of the plasma cutting torch colliding with an obstacle cannot be avoided, and the torch is based on the measured value of the arc voltage as much as possible. It is preferable to perform cutting while adjusting the height. Therefore, it is not preferable to fix the height position of the plasma cutting torch over the entire section where the cutting speed is changed. And in order to reduce as much as possible the section in which the height position of the plasma cutting torch from the workpiece is fixed, it is necessary to sufficiently consider the shape of the figure to be cut.
しかし、切断すべき形状から、アーク電圧が不安定になるであろう区間を見いだすことは極めて困難な作業であり、従って、プラズマ切断トーチの高さ位置を固定する区間を設定する作業は極めて経験を要し、作業員のノウハウに左右されるという問題がある。 However, it is extremely difficult to find the section where the arc voltage will be unstable from the shape to be cut, so the work to set the section that fixes the height position of the plasma cutting torch is extremely experienced. There is a problem that it depends on the know-how of workers.
例えば、切断すべき部位が鋭角のコーナーであるような場合、該鋭角の頂点で急激に切断方向を変更する必要がある。また鋭角のコーナー部分では該部位に対する入熱量が多くなると熔損等が生じることもある。このため、コーナーの近傍でプラズマ切断トーチによる切断速度を急激に低下させて頂点で瞬時に切断方向を変更し、急激に加速するような切断が行われる。このような場合には、コーナーに進入して減速を開始すると同時にプラズマ切断トーチの被切断材からの高さ位置を固定することが必要であり、経験の少ない作業員でも比較的容易に切断プログラムに介入することができる。 For example, when the part to be cut is an acute corner, the cutting direction needs to be suddenly changed at the apex of the acute angle. In addition, at an acute corner portion, if the heat input to the portion increases, melting or the like may occur. For this reason, the cutting speed by the plasma cutting torch is rapidly reduced near the corner, the cutting direction is instantaneously changed at the apex, and the cutting is accelerated rapidly. In such a case, it is necessary to enter the corner and start deceleration, and at the same time, it is necessary to fix the height position of the plasma cutting torch from the workpiece. Can intervene.
また、切断すべき部位が充分に角度の大きい鈍角のコーナーであるような場合、頂点での切断方向を変更するための影響は少なく、コーナーを切断する際に切断速度の減速、加速は必要であるものの、切断速度の変化は比較的緩やかに行われる。このようなコーナーの場合、該コーナーに対し進入して離脱する間、アーク電圧が安定した状態を保持することがあり、アーク電圧を測定してプラズマ切断トーチの被切断材からの高さを調整することが好ましいことがある。 Also, if the part to be cut is an obtuse corner with a sufficiently large angle, there is little influence to change the cutting direction at the apex, and it is necessary to reduce or accelerate the cutting speed when cutting the corner. Although there is a change in the cutting speed, it is relatively gradual. In the case of such a corner, the arc voltage may remain stable while entering and leaving the corner, and the arc voltage is measured to adjust the height of the plasma cutting torch from the workpiece. It may be preferable to do so.
このように、切断すべき形状毎に対応して、プラズマ切断トーチの高さ位置を固定するように切断プログラムに介入すべきか否か、を判断することは経験の少ない作業員に取って極めて困難であるという問題がある。 Thus, it is extremely difficult for an inexperienced worker to determine whether or not to intervene in the cutting program so as to fix the height position of the plasma cutting torch corresponding to each shape to be cut. There is a problem that.
本発明の目的は、切断プログラムに介入することなく切断速度の変化が一定の基準を超えたとき、プラズマ切断トーチの高さ位置を固定し得るようにしたプラズマ切断方法を提供すると共に、このプラズマ切断方法を実施するプラズマ切断装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma cutting method capable of fixing the height position of a plasma cutting torch when a change in cutting speed exceeds a certain reference without intervening in a cutting program, and this plasma An object of the present invention is to provide a plasma cutting apparatus for performing a cutting method.
上記課題を解決するために本発明に係るプラズマ切断方法は、プラズマ切断トーチに設けた電極から被切断材に向けてプラズマアークを噴射しつつ該プラズマ切断トーチを移動させて被切断材を切断する際に、電極に印加するアーク電圧の変化を測定してプラズマ切断トーチの被切断材からの高さを調整するようにしたプラズマ切断方法に於いて、プラズマ切断トーチの移動速度の変化を測定し、測定されたプラズマ切断トーチの移動速度の変化が予め設定された変化よりも大きいことを認識したとき、プラズマ切断トーチの高さ位置を固定して電極に印加するアーク電圧の変化に関わらず前記固定した高さ位置を保持して切断することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a plasma cutting method according to the present invention cuts a workpiece by moving the plasma cutting torch while injecting a plasma arc from the electrode provided on the plasma cutting torch toward the workpiece. In the plasma cutting method in which the height of the plasma cutting torch from the workpiece is adjusted by measuring the change in the arc voltage applied to the electrode, the change in the moving speed of the plasma cutting torch is measured. , When recognizing that the change in the measured moving speed of the plasma cutting torch is larger than a preset change, the height position of the plasma cutting torch is fixed, regardless of the change in the arc voltage applied to the electrode. It is characterized by cutting while holding a fixed height position.
また本発明に係るプラズマ切断装置は、被切断材を切断するプラズマ切断トーチと、前記プラズマ切断トーチを昇降可能に支持する昇降装置と、前記プラズマ切断トーチ及び昇降装置を被切断材の面に沿って移動させる移動台車と、前記プラズマ切断トーチと被切断材とに接続されたプラズマ電源と、前記プラズマ切断トーチの近傍に取り付けられ該プラズマ切断トーチの移動と一体的に移動してプラズマ切断トーチの移動速度の変化を測定する速度変化測定部材と、前記移動台車の移動を制御すると共に、前記プラズマ電源から印加されるアーク電圧を測定して前記昇降装置の昇降を制御し且つ前記速度変化測定部材で測定したプラズマ切断トーチの移動速度の変化が予め設定された変化よりも大きいことを認識したとき前記昇降装置を現在の状態で保持するように制御する制御装置とを有するものである。 The plasma cutting device according to the present invention includes a plasma cutting torch for cutting a material to be cut, a lifting device for supporting the plasma cutting torch so as to be liftable, and the plasma cutting torch and the lifting device along a surface of the material to be cut. A moving carriage, a plasma power source connected to the plasma cutting torch and the material to be cut, and a plasma cutting torch attached in the vicinity of the plasma cutting torch and moving integrally with the movement of the plasma cutting torch. A speed change measuring member that measures a change in moving speed, and controls the movement of the moving carriage, measures an arc voltage applied from the plasma power source to control the lifting and lowering of the lifting device, and the speed change measuring member When the change of the moving speed of the plasma cutting torch measured in step 1 is recognized to be larger than the preset change, the lifting device is displayed. And it has a control device for controlling to hold in the state.
本発明に係るプラズマ切断方法では、プラズマ切断トーチ(以下「トーチ」という)の移動速度の変化を測定してこの測定値が予め設定された値よりも大きいことを認識したときにトーチの高さ位置を固定するので、切断プログラムに対する人為的な介入を必要とせず、単にトーチの移動速度の変化のみに着目して、トーチの高さ位置を固定し、或いはアーク電圧の測定値に基づいて高さを調整することができる。このため、プラズマ切断に対する経験が少ない作業員であっても、容易に且つ確実にプラズマ切断を実施することができる。 In the plasma cutting method according to the present invention, when the change in the moving speed of the plasma cutting torch (hereinafter referred to as “torch”) is measured and it is recognized that the measured value is larger than a preset value, the height of the torch Because the position is fixed, no human intervention is required for the cutting program, and only the change in the torch's moving speed is noted, and the torch's height position is fixed, or the height is determined based on the measured arc voltage. Can be adjusted. For this reason, even an operator who has little experience with plasma cutting can easily and reliably perform plasma cutting.
また、本発明に係るプラズマ切断装置(以下「切断装置」という)では、トーチの近傍に且つ該トーチと一体的に移動して移動速度の変化を測定する速度変化測定部材を設けたので、被切断材に対するプラズマ切断を実施している間に切断速度が変化したとき、この切断速度の変化を速度変化測定部材で測定することができる。 In the plasma cutting apparatus according to the present invention (hereinafter referred to as “cutting apparatus”), a speed change measuring member that moves integrally with the torch and measures a change in the moving speed is provided. When the cutting speed changes during the plasma cutting on the cutting material, the change in the cutting speed can be measured by the speed change measuring member.
速度変化測定部材で測定されたトーチの移動速度の変化の値(測定値)は制御装置に送られる。そして、制御装置で予め設定された移動速度の変化の値(設定値)と比較され、測定値のほうが設定値よりも大きくなったとき、トーチを昇降させる昇降装置を現在の状態で保持させる。従って、切断プログラムに介入することなく、トーチの移動速度の変化を測定することで、該トーチの高さ位置を固定することができる。 The change value (measured value) of the moving speed of the torch measured by the speed change measuring member is sent to the control device. Then, it is compared with a change value (set value) of the moving speed set in advance by the control device, and when the measured value becomes larger than the set value, the lifting device that lifts and lowers the torch is held in the current state. Therefore, the height position of the torch can be fixed by measuring the change in the moving speed of the torch without intervening in the cutting program.
以下、本発明に係るプラズマ切断方法の好ましい形態について説明する。本発明のプラズマ切断方法は、トーチに設けた電極に印加するアーク電圧を測定して該トーチの被切断材からの高さを調整し得るようにしたプラズマ切断方法に於いて、被切断材から一筆書きで目的の図形を切断する際に、図形の形状に対応して切断速度が変更されたとき、切断速度の変化を測定し、測定値が予め設定された設定値よりも大きいときトーチの高さ位置を固定し、測定値が設定値よりも小さいときアーク電圧を測定してトーチの被切断材からの高さを調整し得るようにしたものである。 Hereinafter, a preferable embodiment of the plasma cutting method according to the present invention will be described. The plasma cutting method of the present invention is a plasma cutting method in which an arc voltage applied to an electrode provided on a torch is measured so that the height of the torch from the workpiece can be adjusted. When cutting the target figure with a single stroke, when the cutting speed is changed corresponding to the shape of the figure, the change in the cutting speed is measured, and when the measured value is larger than the preset value, the torch The height position is fixed, and when the measured value is smaller than the set value, the arc voltage is measured so that the height of the torch from the workpiece can be adjusted.
このため、従来は切断速度の変化が大きいと見込まれる部位には切断プログラムに介入して人為的にトーチの高さ位置を固定するための指令を行っていたが、本発明のプラズマ切断方法では、切断プログラムに対する人為的な介入は全く必要とせず、実際のトーチの移動速度(切断速度)の変化を測定することでトーチの高さ位置を固定することが可能である。 For this reason, conventionally, in order to artificially fix the height position of the torch by intervening in the cutting program at a portion where the change in cutting speed is expected to be large, in the plasma cutting method of the present invention, It is possible to fix the height position of the torch by measuring the change in the actual moving speed (cutting speed) of the torch without any human intervention for the cutting program.
本発明に於いて、トーチの高さ位置を固定するとは、必ずしもトーチをブレーキ等の制動手段によって強制的に固定することを意味するものではなく、トーチを支持して昇降させる昇降装置の駆動を停止してトーチを現位置に保持することも含むものである。即ち、トーチの高さ位置を固定する、とは、トーチが昇降動作を行うことなく現位置に保持されることをいう。 In the present invention, fixing the height position of the torch does not necessarily mean that the torch is forcibly fixed by braking means such as a brake, but driving the lifting device that supports and raises the torch. It also includes stopping and holding the torch in its current position. That is, to fix the height position of the torch means that the torch is held at the current position without performing a lifting operation.
トーチの移動速度とはトーチの被切断材の表面と平行な平面内に於ける移動速度をいい、被切断材に対して切断を実施している間は切断速度と同じ意味である。以下、トーチの移動速度或いは切断速度とは実質的に同じ速度を意味しているものとする。 The moving speed of the torch means the moving speed of the torch in a plane parallel to the surface of the material to be cut, and has the same meaning as the cutting speed while cutting the material to be cut. Hereinafter, the moving speed or cutting speed of the torch means substantially the same speed.
本発明に於いて、トーチの移動速度の変化の大きさは限定するものではない。即ち、トーチの移動速度は被切断材の材質や板厚を含む切断条件に応じて変化する。このため、トーチの高さ位置を固定するために予め設定する設定値を一義的に設定することは好ましいことではなく、前記各条件を考慮して適宜設定することが必要となる。 In the present invention, the magnitude of the change in the moving speed of the torch is not limited. That is, the moving speed of the torch changes according to the cutting conditions including the material of the material to be cut and the plate thickness. For this reason, it is not preferable to uniquely set a preset value that is preset in order to fix the height position of the torch, and it is necessary to set it appropriately in consideration of the above-mentioned conditions.
しかし、一応の目安を例示をするとすれば、設定値は2Gである。そして、この設定値を基準とし、測定した移動速度の変化による測定値と比較して、測定値が2Gよりも小さい場合アーク電圧を測定してトーチの高さを調整するとし、測定値が2Gよりも大きい場合トーチの高さ位置を固定するとして、判定することが可能である。 However, if an example is given as an example, the set value is 2G. Then, using this set value as a reference, the arc voltage is measured to adjust the height of the torch when the measured value is smaller than 2G, and the height of the torch is adjusted when the measured value is smaller than 2G. If it is larger than that, it is possible to determine that the height position of the torch is fixed.
本発明のプラズマ切断方法を、図1に示す鋼板からなる被切断材Bから図形Cを切断するのに適用した場合について説明する。図に於いて、図形Cに於ける符号b、cが付されたコーナーは夫々の符号どうしが同じ角度を有しており、同じ速度で切断されるものとする。また被切断材Bは一定の板厚であり、コーナーa〜cの近傍以外の直線部分の切断速度は同じである。 The case where the plasma cutting method of the present invention is applied to cutting the figure C from the workpiece B made of the steel plate shown in FIG. 1 will be described. In the figure, it is assumed that the corners marked with symbols b and c in the figure C have the same angle and are cut at the same speed. Further, the material to be cut B has a constant thickness, and the cutting speeds of the straight portions other than the vicinity of the corners a to c are the same.
同図及び図2(a)に示すように、コーナーaは頂点52が鋭角の突起状の形状を有している。このような形状を切断する場合、頂点52で切断方向を急激に変えることが必要となり、該頂点52では瞬間的に停止したと略同じ程度まで切断速度を減少させる必要がある。即ち、トーチが点51に到達したとき、被切断材Bに対する通常の切断速度から頂点52で略停止させる程度まで減速させ、頂点52を通過後、点53までの間に通常の切断速度まで加速させることが行われる。
As shown in FIG. 2 and FIG. 2A, the corner a has a protrusion-like shape with a
この場合、切断速度の減速、加速に伴う変化は急激であり、トーチが点51を通過した後の切断速度の変化により、例えば前述した2Gを越えた測定値を得たとき、アーク電圧の測定値の如何に関わらず、トーチの高さ位置を固定する。そして、頂点52を通過した後、或いは点53を通過する以前に、トーチの切断速度の変化が2Gよりも小さい測定値を得たとき、トーチの高さ位置の固定を解除して、測定したアーク電圧に基づくトーチの高さを調整する動作を再開する。
In this case, the change accompanying the deceleration and acceleration of the cutting speed is abrupt, and the arc voltage is measured when, for example, the above-mentioned measurement value exceeding 2G is obtained due to the change of the cutting speed after the torch has passed the
上記の如くしてトーチの高さを固定した状態で被切断材Bに対する切断を継続した場合、トーチは被切断材Bの表面に対する間隔の如何に関わらず、同じ高さ位置で被切断材B上を移動することになる。このため、例えば被切断材の既に切断され熱歪み等に起因して変形した部位がトーチと衝突する虞を排除し得ない。従って、トーチの高さ位置を固定して切断する距離は可及的に小さくすることが好ましいのである。 When the cutting of the workpiece B is continued with the height of the torch fixed as described above, the torch cuts the workpiece B at the same height regardless of the distance from the surface of the workpiece B. Will move on. For this reason, for example, the possibility that a part that has already been cut and deformed due to thermal strain or the like of the material to be cut cannot collide with the torch. Therefore, it is preferable to make the distance for cutting with the height position of the torch fixed as small as possible.
図2(b)に示すように、コーナーbは頂点55が鈍角な形状を有している。このようなコーナーbでは、該コーナーbの頂点55に於ける切断方向の角度変化は急激ではない。このため、トーチが頂点55を通過する際の切断速度もさほど低下させる必要がなく、従って、点54を通過した後、頂点55に至る間の切断速度の変化は小さい。この場合、トーチが点54を通過して頂点55に至る間の切断速度の変化の測定値が2Gに満たないことがあり、同様にトーチが頂点55を通過して点56に至る間でも切断速度の変化が2Gに満たないこともある。このような場合には、トーチが切断しながら点54、頂点55、点56を通過する間、アーク電圧を測定して測定したアーク電圧に基づくトーチの高さを調整する動作を継続する。
As shown in FIG. 2B, the corner b has a shape in which the
図2(c)に示すように、コーナーcは頂点58が略直角な形状を有している。このようなコーナーcでは、切断速度は前述したコーナーaよりも緩く変化し、コーナーbよりも急激に変化する。従って、トーチが点57を通過した後、頂点58に至る間での切断速度の変化が2Gを越えた場合には、トーチの高さを固定して切断を継続し、頂点58を通過した後、加速して点59に至る間で切断速度の変化が2Gに満たなくなったとき、トーチの高さ位置の固定を解除して、測定したアーク電圧に基づくトーチの高さを調整する動作を再開する。
As shown in FIG. 2C, the corner c has a shape in which the
次に、本発明に係る切断装置の構成について説明する。本発明の切断装置は、トーチの近傍に該トーチと一体的に移動してトーチの移動速度の変化を測定する速度変化測定部材と取り付けて構成されており、被切断材に対するプラズマ切断を実施するに際し、速度変化測定部材で測定したトーチの移動速度の変化が予め設定された変化よりも大きいことを認識したとき、トーチの高さ位置を固定するように構成したものである。 Next, the configuration of the cutting device according to the present invention will be described. The cutting device of the present invention is configured to be attached to a speed change measuring member that moves integrally with the torch in the vicinity of the torch and measures a change in the moving speed of the torch, and performs plasma cutting on the material to be cut. At this time, when it is recognized that the change in the moving speed of the torch measured by the speed change measuring member is larger than the preset change, the height position of the torch is fixed.
トーチの移動速度の変化を測定する速度変化測定部材としては、少なくともトーチの被切断材の表面と平行な面内での移動速度の変化を測定し得るものであれば良く、構造を限定するものではない。このような速度変化測定部材としては、一般的に用いられている加速度センサを利用することが可能である。 The speed change measuring member for measuring the change in the moving speed of the torch may be any member that can measure at least a change in the moving speed in a plane parallel to the surface of the material to be cut of the torch, and the structure is limited. is not. As such a speed change measuring member, a generally used acceleration sensor can be used.
本発明の切断装置に於いて、トーチの被切断材からの高さの調整は、アーク電圧を測定して測定値を予め設定された設定電圧値と比較することで行われる。即ち、アーク電圧の測定値が設定電圧値よりも大きいとき、電極と被切断材との間隔が大きくなった(トーチの被切断材からの高さが大きくなった)と判断し、測定値が設定電圧値と略一致するまでトーチを下降させることで、トーチの被切断材からの高さを調整している。 In the cutting apparatus of the present invention, the height of the torch from the workpiece is adjusted by measuring the arc voltage and comparing the measured value with a preset voltage value. That is, when the measured value of the arc voltage is larger than the set voltage value, it is determined that the distance between the electrode and the material to be cut has increased (the height of the torch from the material to be cut has increased), and the measured value is The height of the torch from the material to be cut is adjusted by lowering the torch until it substantially matches the set voltage value.
そして、速度変化測定部材によって測定したトーチの移動速度の変化が、予め設定された設置値よりも大きいことを認識したとき、トーチの高さ位置を固定することで現在の位置を保持して被切断材に対する切断を継続させるようにしている。 Then, when recognizing that the change in the moving speed of the torch measured by the speed change measuring member is larger than the preset installation value, the current position is held and fixed by fixing the height position of the torch. The cutting of the cutting material is continued.
上記の如く構成された切断装置では、切断すべき図形に対応させた切断プログラムに介入することなく、単にトーチの移動速度(切断速度)の変化に応じて、切断の進行に伴ってトーチの被切断材からの高さを調整するか、トーチの高さ位置を固定して(被切断材からの高さを調整することなく)切断を継続するか、を判断することが可能であり、この判断に基づいて切断を進行させることが可能となる。 In the cutting apparatus configured as described above, the torch is covered with the progress of cutting in accordance with the change in the moving speed of the torch (cutting speed) without intervening in the cutting program corresponding to the figure to be cut. It is possible to determine whether to adjust the height from the cutting material, or to fix the torch height position (without adjusting the height from the material to be cut) and continue cutting. It is possible to proceed with cutting based on the determination.
以下、本実施例に係る切断装置の構成について図3〜図6を用いて説明する。 Hereinafter, the configuration of the cutting apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
切断装置Aは、被切断材Bを切断するトーチ1と、トーチ1を昇降可能に支持する昇降装置10と、トーチ1及び昇降装置10を被切断材Bの面に沿って移動させる移動台車20と、トーチ1と被切断材Bとに接続されたプラズマ電源5と、トーチ1の近傍に取り付けられ該トーチ1の移動と一体的に移動してトーチ1の移動速度の変化を測定する速度変化測定部材8と、移動台車20の移動を制御すると共にプラズマ電源5の稼動を制御する数値制御(NC)装置30と、プラズマ電源5から印加されるアーク電圧を測定して昇降装置10の昇降を制御し且つ速度変化測定部材8で測定したトーチ1の移動速度の変化が予め設定された変化よりも大きいことを認識したとき昇降装置10を現在の状態で保持するように制御するトーチ高さ制御装置31と、を有して構成されている。
The cutting device A includes a torch 1 that cuts the workpiece B, a
トーチ1としては、一般に市販されている構造のものを用いている。図5に模式的に示すように、トーチ1は電極2とノズル3を有しており、電極2とプラズマ電源5の−極とがキャプタイヤ5bによって接続され、ノズル3が切換スイッチ5aを介してプラズマ電源5の+極とキャプタイヤ5cによって接続されている。また、被切断材Bは切換スイッチ5aを介してプラズマ電源5の+極とキャプタイヤ5dによって接続されている。
As the torch 1, a commercially available structure is used. As schematically shown in FIG. 5, the torch 1 has an
トーチ1には図示しないプラズマガスの供給装置が接続されており、該供給装置から予め設定された流量のプラズマガス(酸素ガス、窒素ガス、酸素ガスと窒素ガスの混合ガス、空気等のガス)が供給される。更に、トーチ1には図示しない冷却水を供給するホース、冷却水を排出するホースが接続されている。 A plasma gas supply device (not shown) is connected to the torch 1, and a plasma gas (oxygen gas, nitrogen gas, mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas, gas such as air) having a preset flow rate from the supply device. Is supplied. Further, a hose for supplying cooling water and a hose for discharging cooling water (not shown) are connected to the torch 1.
そして、トーチ1の電極2の周囲にプラズマガスを供給して電極2とノズル3との間で放電させることで、パイロットアークを形成して被切断材Bに向けて噴射させ、電極2と被切断材Bで放電させると共に電極2とノズル3との放電を停止することでメインアーク(プラズマアーク)を形成し、この状態でトーチ1を移動させることで被切断材Bを切断することが可能である。
Then, a plasma gas is supplied around the
プラズマ電源5は定電流制御される。前記電流値は一義的に設定されるものではなく、トーチ1の仕様や被切断材Bの材質や厚さ等の条件に応じて適宜設定される。従って、電極2と被切断材Bとの距離が変化すると、この変化に応じてアーク電圧が変化することとなる。即ち、トーチ1の被切断材Bからの高さHの変化に応じてアーク電圧が変化することになる。また、トーチ1の被切断材Bからの高さHの値は、略一定(約3mm〜約5mm)であり、大きく変動することはない。
The
このため、予めトーチ1を被切断材Bからの高さHに設定したときのアーク電圧値(設定電圧値、例えば200V)を設定しておき、切断中にアーク電圧を測定して測定値と設定電圧値とを比較して両者に差が生じたとき、測定値が設定電圧値に略一致するようにトーチ1を昇降させることで、トーチ1の被切断材Bからの高さを調整することが可能である。 For this reason, the arc voltage value (setting voltage value, for example, 200V) when the torch 1 is set to the height H from the workpiece B is set in advance, and the arc voltage is measured during cutting to obtain the measured value. When a difference occurs between the set voltage value and the measured voltage, the torch 1 is moved up and down so that the measured value substantially matches the set voltage value, thereby adjusting the height of the torch 1 from the workpiece B. It is possible.
特に、プラズマ電源5には電極2と被切断材Bとのアーク電圧を測定する電圧測定部5eが設けられており、被切断材Bに対する切断を実施している間、印加しているアーク電圧を測定して測定値をトーチ高さ制御装置31に伝達し得るように構成されている。
In particular, the
トーチ1は昇降装置10に支持されて昇降可能に構成されると共に、移動台車20によって被切断材Bに対し所望の方向に移動し得るように構成されている。
The torch 1 is supported by the lifting
本実施例に於いて、移動台車20は一対のレール21に沿って走行する門型のフレーム22を有している。このフレーム22は、レール21に走行可能に載置されたサドル22aと、レール21の敷設方向と直交する方向に配置されたクロスガーター22bとによって構成されている。クロスガーター22bには該クロスガーター22bに沿って横行する横行キャリッジ23が搭載され、該横行キャリッジ23に昇降装置10が設けられている。
In this embodiment, the
サドル22aには走行モーター24が配置されており、後述するNC装置30からの指令によって走行モーター24の回転を制御することで、走行フレーム22はレール21に沿って所望の速度で走行し得るように構成されている。また横行キャリッジ23には横行モーター25が配置されており、NC装置30からの指令によって横行モーター25の回転を制御することで、横行キャリッジ23は所望の速度で横行し得るように構成されている。従って、前記各モーター24、25を関連付けて制御することで、トーチ1を二次元的に所望の方向に移動させることが可能である。
A traveling
昇降装置10は横行キャリッジ23に設けられている。即ち、横行キャリッジ23には昇降モーター11と、該昇降モーター11によって駆動される例えばボールネジ(図示せず)が設けられると共に、該ボールネジに駆動されると共に昇降ガイド12によって上下方向に案内されて昇降する昇降ブラケット13が設けられている。昇降モーター11にはエンコーダーが内蔵されており、回転に伴ってプラス又はマイナスのパルス信号が発生し、発生したパルス数を現在の値に加算或いは減算することで、昇降ブラケット13の昇降方向に於ける現在位置を把握し得るように構成されている。更に、昇降ブラケット13にはトーチホルダー14が一体的に設けられており、該トーチホルダー14によってトーチ1が支持されている。
The lifting
横行キャリッジ23の所定位置(本実施例では昇降ガイド12)に速度変化測定部材を構成する加速度センサ8と、トーチ高さ制御装置31とが取り付けられている。従って、加速度センサ8はトーチ1と一体的に移動し得るように構成されている。
An
加速度センサ8は、平面内に於ける移動速度の変化に対応したGを測定して測定したGに対応した信号を発生し得るように構成されている。そして、被切断材Bに対する切断を実施している間、常に被切断材Bと並行する平面内をトーチ1と一体的に移動する昇降ガイド12の移動速度の変化(トーチ1の移動速度の変化)を測定し、測定値をトーチ高さ制御装置31に伝達し得るように構成されている。
The
本実施例では、トーチ1の移動速度の変化を±3G〜±4G程度の範囲で測定し得るような加速度センサを用いている。このような加速度センサは一般に市販されているものである。 In the present embodiment, an acceleration sensor that can measure the change in the moving speed of the torch 1 in a range of about ± 3G to ± 4G is used. Such an acceleration sensor is generally commercially available.
走行フレーム22を構成するサドル22aに操作盤26が載置されている。この操作盤26は、上記各モーター24、25の回転制御、プラズマ電源5を含むトーチ1の稼働制御を行うと共に、トーチ1を昇降させる昇降装置10に対し、トーチ1を上昇限に移動させる移動指令を行うNC装置30が内蔵されている。尚、26aはキーボード等の入力部であり、26bはディスプレイである。
An
また、走行台車20の近傍には電源装置5が設置されており、前述したように電源装置5とトーチ1、及び電源装置5と被切断材Bとはキャプタイヤ(図示せず)を介して接続されている。同様に、電源装置5とNC装置30、トーチ高さ制御装置31も図示しない通信線或いは空中線を介して接続されている。
In addition, the
次に、本実施例に係る切断装置Aの制御系について図6により説明する。 Next, the control system of the cutting apparatus A according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
NC装置30に設けた記憶部では、プラズマ切断を実施するのに必要な動作である例えば被切断材Bの姿勢を認識する動作を行うプログラムやピアシング動作を行うプログラム、基本的な図形を切断するためのプログラム、切断の開始から終了に至る動作順序を指令する切断プログラム等のプログラム、が記憶されている。
In the storage unit provided in the
また、NC装置30に設けた一時記憶部では、入力装置26aから入力された被切断材Bから切断すべき図形毎に設定された寸法や切断速度、切断速度を変更する変更点等の情報が記憶される。
Further, in the temporary storage unit provided in the
また、NC装置30に設けた演算部では、被切断材Bに対する切断動作の開始から終了に至る間で、記憶部、一時記憶部に記憶されたプログラムを読み出して、プラズマ電源5、ピアシング時の昇降装置10、移動台車20の動作を制御する。
In addition, the calculation unit provided in the
トーチ高さ制御装置31に設けた記憶部には、トーチ1の被切断材Bからの高さHを調整する際のアーク電圧の基準となる設定電圧値(例えば200V)の情報や、トーチ1の高さ位置を固定する際の速度の変化の基準となる設定値(例えば2G)の情報が記憶されている。また、一時記憶部には、プラズマ電源5に設けた電圧測定部5eから伝達されたアーク電圧の測定値、トーチ1の近傍に設けた加速度センサ8から伝達されたトーチ1の移動速度の変化の測定値、が一時記憶される。
In the storage unit provided in the torch
そして、トーチ高さ制御装置31では、トーチ1による被切断材Bに対する切断を実施している間、プラズマ電源5の電圧測定部5eから伝達されたアーク電圧の測定値と、加速度センサ8から伝達されたトーチ1の移動速度の変化の測定値と、を予め記憶部に記憶された設定電圧値、設定値と比較し、比較結果に応じて昇降装置10の昇降モーター11の駆動を制御する。
In the torch
次に、上記の如く構成された切断装置Aにより被切断材Bを切断する際の手順について簡単に説明する。 Next, a procedure for cutting the workpiece B by the cutting apparatus A configured as described above will be briefly described.
先ず、操作盤26の入力装置26aから被切断材Bに対して切断すべき図形の情報や、被切断材Bの材質や厚さに対応した切断速度の情報、及び他の必要な情報をNC装置30に入力して記憶させる。その後、切断を開始させると、予め記憶したプログラムに従って被切断材Bの姿勢を確認し、この姿勢に対応させて切断作業を行えるように座標変換を行う。その後、昇降装置10の昇降モーター11に対し上昇限まで上昇すべき指令がだされてトーチ1を被切断材Bの表面から充分に高い位置に設定される。更に、切断すべき図形Cに設定されたピアシング点Pにトーチ1を移動させるように各モーター24、25を駆動する。
First, information on a figure to be cut from the
トーチ1がピアシング点Pに到達した後、NC装置30に切断作業を開始信号を入力して作業を開始させると、予め設定されたプログラムに従ってプラズマ電源5の駆動を開始すると共に、トーチ1を下降、上昇させてピアシングを行い、このピアシング点Pを起点として図形Cに対する一連の切断を実施する。
After the torch 1 reaches the piercing point P, when a cutting operation start signal is input to the
トーチ1によって被切断材Bの切断を行っている間、プラズマ電源5の電圧測定部5eではアーク電圧を測定して測定値をトーチ高さ制御装置31に伝達し、加速度センサ8ではトーチ1の移動速度の変化を測定して測定値をトーチ高さ制御装置31に伝達する。トーチ高さ制御装置31では、伝達されたアーク電圧の測定値を予め記憶部に記憶されたアーク電圧に対する設定電圧値(例えば200V)と比較すると共に、伝達されたトーチ1の移動速度の変化の測定値と予め記憶部に記憶された移動速度の変化の設定値(例えば2G)と比較する。
While cutting the workpiece B with the torch 1, the
そして、加速度センサ8からの測定値がトーチ1の移動速度の変化の設定値よりも小さいと判定した場合、且つ電圧測定部5eからの測定値と設定電圧値と比較した結果、両者が略一致していると判定した場合には昇降装置10の昇降モーター11を駆動することなく、トーチ1の被切断材Bからの高さを保持した状態で切断を継続させる。
And when it determines with the measured value from the
また、加速度センサ8からの測定値がトーチ1の移動速度の変化の設定値よりも小さいと判定した場合であって、電圧測定部5eからの測定値と設定電圧値と比較した結果、両者が一致していないと判定した場合、測定値と設定電圧値の差に対応させて両者の差をなくすように、昇降装置10の昇降モーター11を駆動してトーチ1を上昇又は下降させ、差がなくなった時点で昇降モーター11の駆動を停止する。
Further, when it is determined that the measured value from the
上記の如くしてトーチ1の移動速度の変化が例えば2Gよりも小さい場合には、アーク電圧の測定値に基づいてトーチ1の被切断材Bからの高さHを略一定の高さとなるようにして切断を継続することが可能である。 As described above, when the change in the moving speed of the torch 1 is smaller than 2G, for example, the height H of the torch 1 from the workpiece B is made substantially constant based on the measured value of the arc voltage. It is possible to continue cutting.
また、加速度センサ8からの測定値がトーチ1の移動速度の変化の設定値よりも大きいと判定した場合、トーチ高さ制御装置31から昇降装置10の昇降モーター11に対する回転駆動信号を発することなく、現在の状態を保持させる。このとき、トーチ高さ制御装置31にはプラズマ電源5に設けた電圧測定部5eからは継続してアーク電圧の測定値が伝達されるが、伝達された測定値の如何に関わらず、昇降モーター11に対する回転駆動信号が発せられることはない。
Further, when it is determined that the measured value from the
従って、トーチ1は加速度センサ8によって移動速度の変化の測定値が2Gを超えたときの高さ位置で固定され、この高さ位置を保持して切断が継続される。前記の如くして切断が継続されている間、加速度センサ8によるトーチ1の移動速度の変化は継続して測定され、測定値がトーチ高さ制御装置31に伝達される。そして、トーチ1の移動速度の変化が小さくなり、加速度センサ8による測定値が2Gよりも小さくなったことをトーチ高さ制御装置31で判定したとき、トーチ1の高さ位置の固定が解除され、前述のようにプラズマ電源5に設けた電圧測定部5eから伝達された測定値に基づくトーチ1の被切断材Bからの高さの調整が再開する。
Therefore, the torch 1 is fixed at the height position when the measured value of the change in the moving speed exceeds 2G by the
上記の如くしてアーク電圧を測定すると共にトーチ1の移動速度の変化を測定することで、作業員が切断プログラムに介入することなく、トーチ1の被切断材Bに対する高さの調整、高さ位置の固定を行いながら、目的の図形Cを切断することが可能である。 By measuring the arc voltage and measuring the change in the moving speed of the torch 1 as described above, the height of the torch 1 with respect to the workpiece B can be adjusted and adjusted without intervention of the cutting program. The target figure C can be cut while the position is fixed.
本発明に係るプラズマ切断方法は、アーク電圧に基づいてトーチの被切断材からの高さを調整するように構成されたプラズマ切断装置に利用することが可能である。 The plasma cutting method according to the present invention can be used in a plasma cutting apparatus configured to adjust the height of the torch from the workpiece based on the arc voltage.
A 切断装置
B 被切断材
C 図形
H 高さ
P ピアシング点
a〜c コーナー
1 トーチ
2 電極
3 ノズル
5 プラズマ電源
5a 切換スイッチ
5b〜5d キャプタイヤ
5e 電圧測定部
8 速度変化測定部材、加速度センサ
10 昇降装置
11 昇降モーター
12 昇降ガイド
13 昇降ブラケット
14 トーチホルダー
20 移動台車
21 レール
22 フレーム
22a サドル
22b クロスガーター
23 横行キャリッジ
24 走行モーター
25 横行モーター
26 操作盤
26a 入力装置
26b ディスプレイ
30 NC装置
31 トーチ高さ制御装置
51〜59 点
A cutting device B material to be cut C figure H height P piercing point a to c corner 1
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