JP2611337B2 - プラズマアーク加工装置 - Google Patents
プラズマアーク加工装置Info
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- JP2611337B2 JP2611337B2 JP15099788A JP15099788A JP2611337B2 JP 2611337 B2 JP2611337 B2 JP 2611337B2 JP 15099788 A JP15099788 A JP 15099788A JP 15099788 A JP15099788 A JP 15099788A JP 2611337 B2 JP2611337 B2 JP 2611337B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマアークを用いて被加工物の溶接、
溶断等を行うプラズマアーク加工装置の改良に関するも
のであり、特に電極の寿命を予測し、安全に使用するこ
とができる装置を提供するものである。
溶断等を行うプラズマアーク加工装置の改良に関するも
のであり、特に電極の寿命を予測し、安全に使用するこ
とができる装置を提供するものである。
プラズマアーク溶接・切断等に用いる電極は、比較的
消耗が激しく、特に作動ガスとして空気や酸素成分の多
いガスを使用する場合には、ハフニユーム等の難消耗性
材料を埋設した電極を用いてもその寿命が延時間で数十
分ないし数時間程度のものである。そして電極の消耗が
進むと切断面の平行度の悪化や切断幅が増加したり、さ
らには切断可能板厚が減少したりするだけでなく、最悪
の場合はトーチ本体の焼損を招くことにもなる。しかる
に電極はトーチのノズル内部に隠れているために外部か
ら直接観察することは難しく、トーチの先端部に取りつ
けられているチツプ（ノズル部）を取外して内部の電極
の消耗状態を調べる以外になく、またこのような直接的
な観察を行つても銅電極にハウニユーム等の難消耗性材
料を埋め込んだ電極では残余の寿命がどの程度あるかを
予想するためには、かなりの経験が必要であつた。
消耗が激しく、特に作動ガスとして空気や酸素成分の多
いガスを使用する場合には、ハフニユーム等の難消耗性
材料を埋設した電極を用いてもその寿命が延時間で数十
分ないし数時間程度のものである。そして電極の消耗が
進むと切断面の平行度の悪化や切断幅が増加したり、さ
らには切断可能板厚が減少したりするだけでなく、最悪
の場合はトーチ本体の焼損を招くことにもなる。しかる
に電極はトーチのノズル内部に隠れているために外部か
ら直接観察することは難しく、トーチの先端部に取りつ
けられているチツプ（ノズル部）を取外して内部の電極
の消耗状態を調べる以外になく、またこのような直接的
な観察を行つても銅電極にハウニユーム等の難消耗性材
料を埋め込んだ電極では残余の寿命がどの程度あるかを
予想するためには、かなりの経験が必要であつた。
これに対して、電極が消耗して寿命が尽きたときに発
生する電気的変化、例えばアーク電圧、電流値の変化を
検出し、この変化量が基準値より大となつたときに異常
信号を発するようにした装置も提案されている。（例え
ば特開昭61−269975号） 〔発明が解決しようとする課題〕 しかるに上記従来装置においては、作業者（監視者）
の経験不足や不注意による見逃しなどによる事故は防止
できるものの、作業者の手ぶれによるアーク長の急変や
被加工物からの溶融金属の吹き上りなどが発生すると、
これに伴つてアーク電圧は電流にかなりの変動が発生す
ることがあり、これらと電極の消耗による変動とを区別
することが難かしく、しばしば不要な異常信号を発する
ことがある。これを防止するためには変動の増加が一定
時間以上継続したことを条件とする方法も考えられる
が、この判定のための時間設定が難しく使用条件に応じ
て微妙な調整が必要であつた。
生する電気的変化、例えばアーク電圧、電流値の変化を
検出し、この変化量が基準値より大となつたときに異常
信号を発するようにした装置も提案されている。（例え
ば特開昭61−269975号） 〔発明が解決しようとする課題〕 しかるに上記従来装置においては、作業者（監視者）
の経験不足や不注意による見逃しなどによる事故は防止
できるものの、作業者の手ぶれによるアーク長の急変や
被加工物からの溶融金属の吹き上りなどが発生すると、
これに伴つてアーク電圧は電流にかなりの変動が発生す
ることがあり、これらと電極の消耗による変動とを区別
することが難かしく、しばしば不要な異常信号を発する
ことがある。これを防止するためには変動の増加が一定
時間以上継続したことを条件とする方法も考えられる
が、この判定のための時間設定が難しく使用条件に応じ
て微妙な調整が必要であつた。
さらにまた、これらが正確に設定し得たとしても、異
常信号は必らず、一度異常現象が発生したとき、即ち電
極の消耗が極限に達して切断条件（電圧、電流）に大き
な変化が発生したときに得られるから、そのときの被加
工物は正常な加工が行なわれておらず、不良品の発生は
避けられないものであつた。
常信号は必らず、一度異常現象が発生したとき、即ち電
極の消耗が極限に達して切断条件（電圧、電流）に大き
な変化が発生したときに得られるから、そのときの被加
工物は正常な加工が行なわれておらず、不良品の発生は
避けられないものであつた。
本発明は、上記従来装置の欠点を解決し、電極の寿命
が尽きる直前にこれを検知し、電極の交換すべき時期を
知ることができるようにした装置を提供するものであ
る。
が尽きる直前にこれを検知し、電極の交換すべき時期を
知ることができるようにした装置を提供するものであ
る。
本発明は、加工回数、加工電流、加工時間から一定の
演算式に基いて電極の消耗量を推定し、この推定消耗量
と許容消耗量とを比較し、警報、作業停止あるいは残寿
命の割合の表示等を行う装置である。
演算式に基いて電極の消耗量を推定し、この推定消耗量
と許容消耗量とを比較し、警報、作業停止あるいは残寿
命の割合の表示等を行う装置である。
本発明の装置は、電極の消耗を予測し、完全消去消耗
に至る直前に電極交換の時期を知ることができるので、
トーチの損傷はもちろん被加工物の加工不良も完全に予
防することが可能となり、安定した作業と加工品質が確
保できるものである。
に至る直前に電極交換の時期を知ることができるので、
トーチの損傷はもちろん被加工物の加工不良も完全に予
防することが可能となり、安定した作業と加工品質が確
保できるものである。
本発明の実施例を説明するのに先立ち、本発明の成立
に至つた背景について説明する。
に至つた背景について説明する。
第５図は、アーク発生時間の累計と電極消耗深さとを
種々のくりかえし周期に対して測定した結果を示す線図
であり、電極として銅材の先端に直径1.6mmのハフニユ
ームを埋め込んだものを使用し、電流50Aにて難鋼をエ
ヤプラズマ切断した結果である。同図において曲線
（ａ）は６分間切断、４分間休止をくりかえしたとき、
曲線（ｂ）は１分間切断30秒間休止をくりかえしたと
き、（ｃ）は２秒間切断、４秒間休止をくりかえしたと
きの結果をそれぞれ示している。
種々のくりかえし周期に対して測定した結果を示す線図
であり、電極として銅材の先端に直径1.6mmのハフニユ
ームを埋め込んだものを使用し、電流50Aにて難鋼をエ
ヤプラズマ切断した結果である。同図において曲線
（ａ）は６分間切断、４分間休止をくりかえしたとき、
曲線（ｂ）は１分間切断30秒間休止をくりかえしたと
き、（ｃ）は２秒間切断、４秒間休止をくりかえしたと
きの結果をそれぞれ示している。
同図から判るように電極の消耗深さは、単にアーク発
生時間の累計のみでは定まらず、くりかえし回数（頻
度）によつて大きく変化する。そしてアーク発生の累計
時間が同じであつてもくりかえし周期が短かく、スター
ト回数が多いほど消耗は多くなつている。
生時間の累計のみでは定まらず、くりかえし回数（頻
度）によつて大きく変化する。そしてアーク発生の累計
時間が同じであつてもくりかえし周期が短かく、スター
ト回数が多いほど消耗は多くなつている。
この理由は、アークスタート時には定常アーク発生期
間とは別の、より大量の電極消耗が発生する期間がある
ためと考えられる。
間とは別の、より大量の電極消耗が発生する期間がある
ためと考えられる。
この電極の消耗としては、アーク加熱による電極の蒸
発およびアーク起動時の熱衝撃によるスパツタリングが
考えられる。
発およびアーク起動時の熱衝撃によるスパツタリングが
考えられる。
いま電極の消耗量をＶ、起動時の消耗に費される等価
電圧をEs、定常アーク時に電極の消耗に費される特価電
圧をEa、１回の加工時間のうち起動時間をTs、定常アー
ク時間をTa、切断電流をＩとするとｎ回の加工によつて
発生する電極消耗量は、電極において消費された電力に
比例するはずであるから比例定数をｋとすると と表わすことができる。ここでTSX,TaXはそれぞれ第ｘ
回目の加工時における起動時間および定常アーク時間で
ある。
電圧をEs、定常アーク時に電極の消耗に費される特価電
圧をEa、１回の加工時間のうち起動時間をTs、定常アー
ク時間をTa、切断電流をＩとするとｎ回の加工によつて
発生する電極消耗量は、電極において消費された電力に
比例するはずであるから比例定数をｋとすると と表わすことができる。ここでTSX,TaXはそれぞれ第ｘ
回目の加工時における起動時間および定常アーク時間で
ある。
（１）式において等価電圧ES,Eaはそれぞれ電極の材質
によつてほぼ定まり、また起動時間TSXは定常アーク時
間TaXにくらべて変化が極く少ないからこれを略一定（T
s）とすると（１）式は と書き直すことができる。
によつてほぼ定まり、また起動時間TSXは定常アーク時
間TaXにくらべて変化が極く少ないからこれを略一定（T
s）とすると（１）式は と書き直すことができる。
でそれぞれ加工電流Ixに対応して定まる定数） 第６図は、ハフニユーム電極およびジルコニユーム電
極を先端に埋設した電極を用いて加工時間および電流を
一定としてエヤプラズマ切断をくりかえし行つたとき
に、電極の消耗深さが埋設電極の直径に等しくなるまで
の加工回数と１回当りの加工時間との関係を示す線図で
ある。同図と上記（１）式とを対応させるとき Ix＝Ｉ（一定）、Tsx,Tax;一定、V:一定であるから
（１）式の両辺をｋ・Esで割ると ここで仮に、Es/Ea＝10 Tsx＝１秒とすると Tax＝T0−１ （T0は一回の加工時間で第６図の縦軸に相当する） となるから（３）式は 第３図と（４）式を対応させると例えばハフニユーム電
極を用いたときは V/k・Es≒58500 またジルコニユーム電極を用いたときには V/k・Es≒21000 とすれば実験結果と（４）式とがよく一致する。もちろ
んTsxやEs/Eaが異なればV/k・Esの値も別の値となる
が、（３）式あるいは（１），（２）式で消耗量が予測
できることは確かである。
極を先端に埋設した電極を用いて加工時間および電流を
一定としてエヤプラズマ切断をくりかえし行つたとき
に、電極の消耗深さが埋設電極の直径に等しくなるまで
の加工回数と１回当りの加工時間との関係を示す線図で
ある。同図と上記（１）式とを対応させるとき Ix＝Ｉ（一定）、Tsx,Tax;一定、V:一定であるから
（１）式の両辺をｋ・Esで割ると ここで仮に、Es/Ea＝10 Tsx＝１秒とすると Tax＝T0−１ （T0は一回の加工時間で第６図の縦軸に相当する） となるから（３）式は 第３図と（４）式を対応させると例えばハフニユーム電
極を用いたときは V/k・Es≒58500 またジルコニユーム電極を用いたときには V/k・Es≒21000 とすれば実験結果と（４）式とがよく一致する。もちろ
んTsxやEs/Eaが異なればV/k・Esの値も別の値となる
が、（３）式あるいは（１），（２）式で消耗量が予測
できることは確かである。
本発明は、上記のような考察と実験結果とを背景にな
されたものであつて、次に具体的実施例について説明す
る。
されたものであつて、次に具体的実施例について説明す
る。
第１図に本発明の実施例の接続図を示す。同図におい
て１はプラズマ加工用電源装置であり、交流電源２から
電力を得ている。３はプラズマ加工用トーチであり、同
図においては電極31とチツプ32の断面のみを示してあ
る。またトーチ３には加工指令用の押ボタンスイツチ
（トーチスイツチ）33が設けられている。４は電源装置
１の出力を調整するための制御回路であり、トーチスイ
ツチ33が押されている間図示を省略した出力電流設定器
の設定に応じた加工電流を出力するように電源装置１を
駆動するものである。５は被加工物であり、電源装置１
の正出力端子に接続される。６は加工電流検出器であ
り、シヤント抵抗器や直流交流器あるいはホール素子を
用いたものなど公知の検出器が用いられる。７は加工電
流検出器の出力Ixとその継続時間とから推定電極消耗量 を演算するための電極消耗量演算回路であり、電流検出
信号Ixを平滑し平均値を得る平滑回路71、平滑回路71の
出力に応じて係数k1Xおよびk2Xを選択出力する係数テー
ブル記憶再生回路72s,72a、電流検出信号Ixと係数テー
ブル記憶再生回路72sから読み出した係数k1Xとを乗じて
k1X・IXを得てこれを加工の度に積算して を得る第１の積算回路73s、電流検出信号Ixと係数テー
ブル記憶再生回路72aから読み出した係数k2Xとを乗じk
2X・IXを加工時間中積算して を得る第２の積算回路73a、第１および第２の積算回路
の各出力を加算して推定電極消耗量Ｖを得る加算回路74
および各積算回路の内容をリセツトするためのリセツト
ボタン75から構成されている。ここで平滑回路71、係数
テーブル記憶再生回路72s、第１の積算回路73sはスター
ト時消耗量演算回路7sを構成し、平滑回路71、係数テー
ブル記憶再生回路72a、第２の積算回路73aは定常加工時
消耗量演算回路7aを構成している。また係数テーブル記
憶再生回路72s72aは、あらかじめ実験によつて各加工電
流毎に発生する電極の消耗量に係わる定数k1またはk2を
表（テーブル）にして記憶させておき、再生時には入力
される加工電流値のランクに応じて係数k1Xまたはk2Xを
出力するものである。なおこれらの係数は加工電流に対
してそれほど敏感ではないので、加工電流値を数段階程
度（例えば最大電流の1/3毎に３段階）に分けて、各段
階毎に平均的な係数をそれぞれ記憶しておく程度のもの
でもよい。８は電極31の許容消耗量Ｒを設定するための
特許消耗量設定回路、９は許容消耗量設定回路８の出力
Ｒと電押消耗量演算回路７の出力Ｖとを比較し、Ｖ≧Ｒ
となつたときに警報器92を駆動するとともに電源装置１
の制御回路４に出力禁止信号を供給する比較器91とから
なる判定回路である。
て１はプラズマ加工用電源装置であり、交流電源２から
電力を得ている。３はプラズマ加工用トーチであり、同
図においては電極31とチツプ32の断面のみを示してあ
る。またトーチ３には加工指令用の押ボタンスイツチ
（トーチスイツチ）33が設けられている。４は電源装置
１の出力を調整するための制御回路であり、トーチスイ
ツチ33が押されている間図示を省略した出力電流設定器
の設定に応じた加工電流を出力するように電源装置１を
駆動するものである。５は被加工物であり、電源装置１
の正出力端子に接続される。６は加工電流検出器であ
り、シヤント抵抗器や直流交流器あるいはホール素子を
用いたものなど公知の検出器が用いられる。７は加工電
流検出器の出力Ixとその継続時間とから推定電極消耗量 を演算するための電極消耗量演算回路であり、電流検出
信号Ixを平滑し平均値を得る平滑回路71、平滑回路71の
出力に応じて係数k1Xおよびk2Xを選択出力する係数テー
ブル記憶再生回路72s,72a、電流検出信号Ixと係数テー
ブル記憶再生回路72sから読み出した係数k1Xとを乗じて
k1X・IXを得てこれを加工の度に積算して を得る第１の積算回路73s、電流検出信号Ixと係数テー
ブル記憶再生回路72aから読み出した係数k2Xとを乗じk
2X・IXを加工時間中積算して を得る第２の積算回路73a、第１および第２の積算回路
の各出力を加算して推定電極消耗量Ｖを得る加算回路74
および各積算回路の内容をリセツトするためのリセツト
ボタン75から構成されている。ここで平滑回路71、係数
テーブル記憶再生回路72s、第１の積算回路73sはスター
ト時消耗量演算回路7sを構成し、平滑回路71、係数テー
ブル記憶再生回路72a、第２の積算回路73aは定常加工時
消耗量演算回路7aを構成している。また係数テーブル記
憶再生回路72s72aは、あらかじめ実験によつて各加工電
流毎に発生する電極の消耗量に係わる定数k1またはk2を
表（テーブル）にして記憶させておき、再生時には入力
される加工電流値のランクに応じて係数k1Xまたはk2Xを
出力するものである。なおこれらの係数は加工電流に対
してそれほど敏感ではないので、加工電流値を数段階程
度（例えば最大電流の1/3毎に３段階）に分けて、各段
階毎に平均的な係数をそれぞれ記憶しておく程度のもの
でもよい。８は電極31の許容消耗量Ｒを設定するための
特許消耗量設定回路、９は許容消耗量設定回路８の出力
Ｒと電押消耗量演算回路７の出力Ｖとを比較し、Ｖ≧Ｒ
となつたときに警報器92を駆動するとともに電源装置１
の制御回路４に出力禁止信号を供給する比較器91とから
なる判定回路である。
第１図の装置において、トーチスイツチ33が押される
と制御回路４は電源装置１に出力指令を供給し、電源装
置１はこれによつて直流出力をトーチ３と被加工物５と
の間に供給する。また図示を省略した作動ガス供給手段
が動作して電極31の周囲に空気などの作動ガスが供給さ
れチツプ31の先端のオリフイス部から外部に噴出する。
これと略同時に電極31とチツプ32との間に高周波高電圧
が印加されて、これによつて電極31とチツプ32との間に
小電流のパイロツトアークが点孤する。このパイロツト
アークによつて電離され、イオン化されたガス流は作動
ガスの流れによつてチツプ32の先端のオリフイス部から
外部に噴出する。この状態でトーチ３を被加工物５に接
近させるとイオン化されたガス流によつて電極31と被加
工物５との間の絶縁が破壊されて主アークが発生する。
この主アークは、チツプ32のオリフイス部から噴出する
作動ガスによつて細く絞られて高エネルギー密度のプラ
ズマジエツトとなり、これによつて被加工物５を加熱溶
融し、切断、溶接などの加工を行う。この電流は、電流
検出器６によつて検出されて、電極消耗量演算回路７に
入力される。電極消耗量演算回路７においては、入力信
号Ixに対応するスタート時の電極消耗係数k1Xと定常加
工時の電極消耗係数k2Xとがそれぞれ係数テーブル記憶
再生回路72s,72aから読み出され電流検出信号Ixととも
にそれぞれ積算回路73s,73aに供給される。積算回路73s
においては両入力信号の積k1X・IXを得るとともにこの
結果を加工の回毎に積算し、積算値 を得る。一方積算回路73aにおいては両入力信号の積k2X
・IXを電流の継続時間中積分し を得るとともに結果を加工毎に順次積算して を得る。なお各回路毎の時間積分∫k2X・IXdtは加工中
の電流IXが１回の加工時間内においてはあまり変動しな
いのでk2X・IX・TXを得て、積算回路73aはこれを加工毎
に積算し を得るもので代用する。この積算回路73s,73aの各出力
は加算器74にて加算されて推定電極消耗量 が得られる。この推定電極消耗量Ｖは判定回路９の比較
器91にて許容消耗量設定回路８の設定値Ｒと比較され
る。判定回路９は両信号の大小関係を比較しＶ≧Ｒとな
つたときに警報器92、例えば表示灯やブザーなどを駆動
するとともに制御回路４に出力禁止信号（加工禁止信
号）を出力する。これによつて作業者は電極取替時期を
知るとともに、万一警報を見のがしても作業そのものが
続けられなくなるので電極の過消耗が防止できる。
と制御回路４は電源装置１に出力指令を供給し、電源装
置１はこれによつて直流出力をトーチ３と被加工物５と
の間に供給する。また図示を省略した作動ガス供給手段
が動作して電極31の周囲に空気などの作動ガスが供給さ
れチツプ31の先端のオリフイス部から外部に噴出する。
これと略同時に電極31とチツプ32との間に高周波高電圧
が印加されて、これによつて電極31とチツプ32との間に
小電流のパイロツトアークが点孤する。このパイロツト
アークによつて電離され、イオン化されたガス流は作動
ガスの流れによつてチツプ32の先端のオリフイス部から
外部に噴出する。この状態でトーチ３を被加工物５に接
近させるとイオン化されたガス流によつて電極31と被加
工物５との間の絶縁が破壊されて主アークが発生する。
この主アークは、チツプ32のオリフイス部から噴出する
作動ガスによつて細く絞られて高エネルギー密度のプラ
ズマジエツトとなり、これによつて被加工物５を加熱溶
融し、切断、溶接などの加工を行う。この電流は、電流
検出器６によつて検出されて、電極消耗量演算回路７に
入力される。電極消耗量演算回路７においては、入力信
号Ixに対応するスタート時の電極消耗係数k1Xと定常加
工時の電極消耗係数k2Xとがそれぞれ係数テーブル記憶
再生回路72s,72aから読み出され電流検出信号Ixととも
にそれぞれ積算回路73s,73aに供給される。積算回路73s
においては両入力信号の積k1X・IXを得るとともにこの
結果を加工の回毎に積算し、積算値 を得る。一方積算回路73aにおいては両入力信号の積k2X
・IXを電流の継続時間中積分し を得るとともに結果を加工毎に順次積算して を得る。なお各回路毎の時間積分∫k2X・IXdtは加工中
の電流IXが１回の加工時間内においてはあまり変動しな
いのでk2X・IX・TXを得て、積算回路73aはこれを加工毎
に積算し を得るもので代用する。この積算回路73s,73aの各出力
は加算器74にて加算されて推定電極消耗量 が得られる。この推定電極消耗量Ｖは判定回路９の比較
器91にて許容消耗量設定回路８の設定値Ｒと比較され
る。判定回路９は両信号の大小関係を比較しＶ≧Ｒとな
つたときに警報器92、例えば表示灯やブザーなどを駆動
するとともに制御回路４に出力禁止信号（加工禁止信
号）を出力する。これによつて作業者は電極取替時期を
知るとともに、万一警報を見のがしても作業そのものが
続けられなくなるので電極の過消耗が防止できる。
電極の消耗が許容値に達すると、電源２を遮断し、ト
ーチ３を分解して電極31を新品と取りかえた後にリセツ
トスイツチ75を押して積算回路73s、73aをリセツトして
最初の状態に復帰する。それ故、電極消耗量演算回路
７、判定回路９は加工用電源装置２とは別系統の電源と
しておき電源２を遮断しても警報や積算値は保持してお
くのが望ましい。
ーチ３を分解して電極31を新品と取りかえた後にリセツ
トスイツチ75を押して積算回路73s、73aをリセツトして
最初の状態に復帰する。それ故、電極消耗量演算回路
７、判定回路９は加工用電源装置２とは別系統の電源と
しておき電源２を遮断しても警報や積算値は保持してお
くのが望ましい。
なお、電極の消耗が許容値に達したときに、直ちに加
工禁止指令が実行されると、加工途中の被加工物が不良
品になつてしまう可能性がある。これを防止するために
は、判定回路９がＶ≧Ｒを検出して加工禁止信号を出力
しても、この禁止信号を次回の加工開始の禁止信号とし
てのみ有効とし、現在の加工は続行するように制御回路
４を構成しておけばよい。このためには同時に、許容消
耗量設定回路８の設定値をその分だけ、即ち１回の加工
時間に相当する電極消耗量だけ少ない値に設定しておく
ことはもちろんである。
工禁止指令が実行されると、加工途中の被加工物が不良
品になつてしまう可能性がある。これを防止するために
は、判定回路９がＶ≧Ｒを検出して加工禁止信号を出力
しても、この禁止信号を次回の加工開始の禁止信号とし
てのみ有効とし、現在の加工は続行するように制御回路
４を構成しておけばよい。このためには同時に、許容消
耗量設定回路８の設定値をその分だけ、即ち１回の加工
時間に相当する電極消耗量だけ少ない値に設定しておく
ことはもちろんである。
第１図においてはスタート時および定常加工時ともに
加工電流を変数として各係数k1X,k2Xおよび積算値 を求めたが、使用する加工電流の範囲が比較的狭いと
き、例えば電流範囲が数倍程度であるときには各係数は
ほとんど差がなくまたスタート時の電極消耗量の変化幅
が少ないと考えられるからこれらの係数をそれぞれk1,k
2の一定値としてもよい。この場合には第１図の実施例
において加工電流に対応して係数を選定するための係数
テーブル記憶再生回路72s,72aは省略できる。また積算
値としては、k1X・IX＝k1（定数）およびk2X＝k2（定
数）として を得るものであればよい。
加工電流を変数として各係数k1X,k2Xおよび積算値 を求めたが、使用する加工電流の範囲が比較的狭いと
き、例えば電流範囲が数倍程度であるときには各係数は
ほとんど差がなくまたスタート時の電極消耗量の変化幅
が少ないと考えられるからこれらの係数をそれぞれk1,k
2の一定値としてもよい。この場合には第１図の実施例
において加工電流に対応して係数を選定するための係数
テーブル記憶再生回路72s,72aは省略できる。また積算
値としては、k1X・IX＝k1（定数）およびk2X＝k2（定
数）として を得るものであればよい。
第２図は、このようにした本発明の装置の実施例を示
す接続図であり、本発明の第２の発明に相当する。同図
において、電極消耗量演算回路７以外は第１図の実施例
と同様であるので同機能のものに同符号を付して詳細な
説明は省略する。電極消耗量演算回路７はトーチスイツ
チ33が押される度にパルス信号を発生するモノマルチバ
イブレータ76、モノマルチバイブレータ76の出力パルス
を計数するパルスカウンタ77、パルスカウンタ77の計数
出力をアナログ値に変換するD/A変換器78、D/A変換器78
の出力にスタート時消耗量係数k1を乗ずる係数器79によ
つてスタート時の消耗量の積算値nk1を演算するスター
ト時消耗量演算回路7sを構成し、また電流検出器６の出
力信号Ixを入力とし係数k2を乗ずるとともに結果を時間
積分する積算回路73aによつて定常加工時の電極消耗量
積算値 を演算する定常加工時消耗量演算回路7aが構成されてい
る。係数器79の出力と積算回路73aの出力とは判定回路
９の比較器91の入力端子に図示の極性で供給される。判
定回路９の比較器91にはまた許容消耗量設定回路８の設
定値Ｒが上述の消耗量演算回路７の２つの出力信号とは
逆の極性で供給されており、比較器91にて合成信号 が得られる。この合成信号（Ｒ−Ｖ）の極性によつて電
極寿命を判定し、（Ｒ−Ｖ）≦０即ち電極消耗量が許容
値を超えたときに警報器92を駆動し、電極交換時期を作
業者に報知するとともに電源制御回路４に加工禁止信号
を出力する。したがつて第２図の実施例においてはスタ
ート時消耗量nk1と定常加工時消耗量 とは判定回路９に直接出力されるようになつており、内
部に加算器を有していないが、判定回路９の比較器91に
図示のような極性で入力することによつて加算器を設け
た第１図と同様の機能を有するものである。
す接続図であり、本発明の第２の発明に相当する。同図
において、電極消耗量演算回路７以外は第１図の実施例
と同様であるので同機能のものに同符号を付して詳細な
説明は省略する。電極消耗量演算回路７はトーチスイツ
チ33が押される度にパルス信号を発生するモノマルチバ
イブレータ76、モノマルチバイブレータ76の出力パルス
を計数するパルスカウンタ77、パルスカウンタ77の計数
出力をアナログ値に変換するD/A変換器78、D/A変換器78
の出力にスタート時消耗量係数k1を乗ずる係数器79によ
つてスタート時の消耗量の積算値nk1を演算するスター
ト時消耗量演算回路7sを構成し、また電流検出器６の出
力信号Ixを入力とし係数k2を乗ずるとともに結果を時間
積分する積算回路73aによつて定常加工時の電極消耗量
積算値 を演算する定常加工時消耗量演算回路7aが構成されてい
る。係数器79の出力と積算回路73aの出力とは判定回路
９の比較器91の入力端子に図示の極性で供給される。判
定回路９の比較器91にはまた許容消耗量設定回路８の設
定値Ｒが上述の消耗量演算回路７の２つの出力信号とは
逆の極性で供給されており、比較器91にて合成信号 が得られる。この合成信号（Ｒ−Ｖ）の極性によつて電
極寿命を判定し、（Ｒ−Ｖ）≦０即ち電極消耗量が許容
値を超えたときに警報器92を駆動し、電極交換時期を作
業者に報知するとともに電源制御回路４に加工禁止信号
を出力する。したがつて第２図の実施例においてはスタ
ート時消耗量nk1と定常加工時消耗量 とは判定回路９に直接出力されるようになつており、内
部に加算器を有していないが、判定回路９の比較器91に
図示のような極性で入力することによつて加算器を設け
た第１図と同様の機能を有するものである。
また、小形のエヤプラズマ切断機などにおいては、加
工電流（切断電流）がほぼ一定のものがあり、そのよう
な装置の場合にはさらに演算回路を単純にできる。第３
図は、加工電流が略一定の場合に本発明を適用した実施
例を示す接続図であり、本発明の第３の発明に相当す
る。
工電流（切断電流）がほぼ一定のものがあり、そのよう
な装置の場合にはさらに演算回路を単純にできる。第３
図は、加工電流が略一定の場合に本発明を適用した実施
例を示す接続図であり、本発明の第３の発明に相当す
る。
同図において電極消耗量演算回路のうち定常加工時消
耗量演算回路7aが若干異なるのみで、他は第２図に示し
た実施例と同じであるのでこれらの部分の詳細は省略す
る。定常加工時の消耗量の演算部分は演算回路73aの入
力としてトーチスイッチ33の閉路信号を使用し、これに
よつてトーチスイツチが閉じられている時間を積算し
て、 （加工累積時間）を得、この積算結果に係数k3（但しk3
はk2・IXを代表する定数）を乗じる係数器を通して定常
加圧時消耗量 を得るように構成されている。この係数器79aの出力と
係数器79sの出力とは判定回路９の比較器91に図示の極
性で入力され、許容消耗量設定器８の設定値Ｒと比較さ
れる。比較器91は各入力信号の合成信号 の符号によつてＲ−Ｖ≦０となつたときに警報器92を駆
動し、また加工禁止信号を電源制御回路４に出力する。
耗量演算回路7aが若干異なるのみで、他は第２図に示し
た実施例と同じであるのでこれらの部分の詳細は省略す
る。定常加工時の消耗量の演算部分は演算回路73aの入
力としてトーチスイッチ33の閉路信号を使用し、これに
よつてトーチスイツチが閉じられている時間を積算し
て、 （加工累積時間）を得、この積算結果に係数k3（但しk3
はk2・IXを代表する定数）を乗じる係数器を通して定常
加圧時消耗量 を得るように構成されている。この係数器79aの出力と
係数器79sの出力とは判定回路９の比較器91に図示の極
性で入力され、許容消耗量設定器８の設定値Ｒと比較さ
れる。比較器91は各入力信号の合成信号 の符号によつてＲ−Ｖ≦０となつたときに警報器92を駆
動し、また加工禁止信号を電源制御回路４に出力する。
第３図の実施例において、１回の加工時間が長く、く
りかえし回数が少ないときにはスタート時に発生する電
極の消耗量がわずかであるのでスタート時消耗量演算回
路7sは省略してもよい。この場合電極消耗量演算回路７
としては定常加工時の電極消耗量Ｖ＝ を演算するものであればよい。（第４の発明に相当す
る。）逆に１回の加工時間が短かく、頻繁にスタート・
停止をくりかえすような作業の場合には、スタート時の
電極消耗が大部分を占めるので、定常加工時の消耗量演
算回路7aは省略してもよい。この場合電極消耗量演算回
路７の出力としてはＶ＝k1nを演算するものであればよ
い。（第５の発明に相当する。） 電極消耗量演算回路に関する上記の一部省略形は、第
１図または第２図に示した実施例においても適用可能で
ある。
りかえし回数が少ないときにはスタート時に発生する電
極の消耗量がわずかであるのでスタート時消耗量演算回
路7sは省略してもよい。この場合電極消耗量演算回路７
としては定常加工時の電極消耗量Ｖ＝ を演算するものであればよい。（第４の発明に相当す
る。）逆に１回の加工時間が短かく、頻繁にスタート・
停止をくりかえすような作業の場合には、スタート時の
電極消耗が大部分を占めるので、定常加工時の消耗量演
算回路7aは省略してもよい。この場合電極消耗量演算回
路７の出力としてはＶ＝k1nを演算するものであればよ
い。（第５の発明に相当する。） 電極消耗量演算回路に関する上記の一部省略形は、第
１図または第２図に示した実施例においても適用可能で
ある。
上記第１図ないし第３図の実施例に示したように消耗
量の演算結果Ｖが許容消耗量設定値Ｒを超えたとき（Ｖ
≧Ｒとなつたとき）出力を発生し、警報器を駆動し、加
工禁止信号を制御回路に供給する判定回路９を設ける以
外に、信号（Ｒ−Ｖ）または（Ｒ−Ｖ）/Rを演算し、残
寿命を実数または比率で表示する残量表示手段を設ける
ようにしてもよい。（第６の発明に相当する。） 第４図は残量を全体の比率で表示するようにした残量
表示手段の例を示す接続図である。同図において91は消
耗量演算回路７の出力Ｖと許容消耗量設定回路８の設定
値Ｒとを入力とし差信号（Ｒ−Ｖ）を出力する比較器
（減算器）であり、93は比較器91の出力（Ｒ−Ｖ）と許
容消耗量設定値Ｒとを入力とし を演算する除算器、94は除算器93の出力をデイジタル信
号に変換するA/D変換器、95はA/D変換器94の出力を表示
する残量表示器であり、デイジタル表示器である。
量の演算結果Ｖが許容消耗量設定値Ｒを超えたとき（Ｖ
≧Ｒとなつたとき）出力を発生し、警報器を駆動し、加
工禁止信号を制御回路に供給する判定回路９を設ける以
外に、信号（Ｒ−Ｖ）または（Ｒ−Ｖ）/Rを演算し、残
寿命を実数または比率で表示する残量表示手段を設ける
ようにしてもよい。（第６の発明に相当する。） 第４図は残量を全体の比率で表示するようにした残量
表示手段の例を示す接続図である。同図において91は消
耗量演算回路７の出力Ｖと許容消耗量設定回路８の設定
値Ｒとを入力とし差信号（Ｒ−Ｖ）を出力する比較器
（減算器）であり、93は比較器91の出力（Ｒ−Ｖ）と許
容消耗量設定値Ｒとを入力とし を演算する除算器、94は除算器93の出力をデイジタル信
号に変換するA/D変換器、95はA/D変換器94の出力を表示
する残量表示器であり、デイジタル表示器である。
同図の残量表示手段を用いるときは、電極の残量が明
確に百分率で表示されるので、作業者はあらかじめ電極
の取替時期を予想することが可能となる。
確に百分率で表示されるので、作業者はあらかじめ電極
の取替時期を予想することが可能となる。
さらにまた残量表示手段としては、第４図のような詳
細な残量演算を行うものでなくても、比較器91の出力
（Ｒ−Ｖ）の値が一定値以下になつたときに予備警報を
発生するようにしたものでもよく、また残量を数段階程
度の概略表示を行うものでもよい。もちろん第４図のよ
うな残量表示と第１図ないし第３図に示した判定回路９
のような警報・禁止を行う回路とを組合せてもよい。
細な残量演算を行うものでなくても、比較器91の出力
（Ｒ−Ｖ）の値が一定値以下になつたときに予備警報を
発生するようにしたものでもよく、また残量を数段階程
度の概略表示を行うものでもよい。もちろん第４図のよ
うな残量表示と第１図ないし第３図に示した判定回路９
のような警報・禁止を行う回路とを組合せてもよい。
さらに、本発明は、電極の消耗予測以外に、チツプ
（ノズル）の消耗にも利用できる。ただし、チップには
アークスタート時のパイロットアーク電流が流れるだけ
であるので、この場合には、演算式に用いる加工電流と
してパイロットアーク電流を検出し、これとパイロツト
アーク電流の通電期間とを用いてチツプの消耗量を演算
するように構成すればよい。
（ノズル）の消耗にも利用できる。ただし、チップには
アークスタート時のパイロットアーク電流が流れるだけ
であるので、この場合には、演算式に用いる加工電流と
してパイロットアーク電流を検出し、これとパイロツト
アーク電流の通電期間とを用いてチツプの消耗量を演算
するように構成すればよい。
本発明は、上記のようであるのでつぎのような効果を
有する （ａ） 電極の消耗量を、その発生現象に基づく演算式
によつて算出するので過消耗に至る前にこれを検知する
ことができるので安全である。
有する （ａ） 電極の消耗量を、その発生現象に基づく演算式
によつて算出するので過消耗に至る前にこれを検知する
ことができるので安全である。
（ｂ） 消耗量は、トーチを分解することなく、電気的
に行うものであるので、経験不足の作業者にも正確に検
知でき、かつチエツクのために作業を中断する必要がな
いので極めて正確かつ作業能率の向上が得られるもので
ある。
に行うものであるので、経験不足の作業者にも正確に検
知でき、かつチエツクのために作業を中断する必要がな
いので極めて正確かつ作業能率の向上が得られるもので
ある。
（ｃ） 電極の寿命終了を異常現象の発生で検出するも
のではないので被加工物やトーチを損傷することがな
い。
のではないので被加工物やトーチを損傷することがな
い。
（ｄ） 電極の残量表示を行うときは、電極交換時期の
予測が容易であるので安心して作業ができる。
予測が容易であるので安心して作業ができる。
第１図は本発明のプラズマアーク加工装置の実施例を示
す接続図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の別の
実施例を示す接続図、第４図は本発明のプラズマアーク
加工装置に用いる残量表示手段の例を示す接続図、第５
図はアーク発生時間の累計と電極消耗深さとの関係を示
す線図、第６図は電極の消耗深さが一定量に達するまで
の加工回数と１回当りの加工時間との関係を示す線図で
ある。 ３……トーチ、31……電極、32……チツプ、33……トー
チスイツチ、６……加工電流検出器、７……電極消耗量
演算回路、7s……スタート時消耗量演算回路、7a……定
常加工消耗量演算回路、８……許容消耗量設定回路、９
……判定回路、91……比較器、92……警報器、93……除
算器、95……残量表示器
す接続図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の別の
実施例を示す接続図、第４図は本発明のプラズマアーク
加工装置に用いる残量表示手段の例を示す接続図、第５
図はアーク発生時間の累計と電極消耗深さとの関係を示
す線図、第６図は電極の消耗深さが一定量に達するまで
の加工回数と１回当りの加工時間との関係を示す線図で
ある。 ３……トーチ、31……電極、32……チツプ、33……トー
チスイツチ、６……加工電流検出器、７……電極消耗量
演算回路、7s……スタート時消耗量演算回路、7a……定
常加工消耗量演算回路、８……許容消耗量設定回路、９
……判定回路、91……比較器、92……警報器、93……除
算器、95……残量表示器
Claims (6)
- 【請求項１】電極と被加工物との間にアーク放電を発生
させるとともにアーク放電柱の周囲に作動ガスを流して
プラズマアークとして被加工物を加工するプラズマアー
ク加工装置において、加工中信号を得る加工検出回路
と、加工電流に対応した信号を得る加工電流検出回路
と、前記加工検出回路の出力信号と前記加工電流検出回
路の出力信号とを入力として第ｎ回目の加工後の推定電
極消耗量Ｖとして、演算式 （但し、ｘは加工回数、k1x、k2xはそれぞれ第ｘ回目の
加工電流IXに対応する係数でk1xはアークスタート時に
専属し、k2xは定常加工時に専属する。またTXは第ｘ回
目の加工継続時間を示す）を演算する電極消耗量演算回
路と、許容電極消耗量Ｒを定めるための許容消耗量設定
回路と、許容消耗量設定回路の出力Ｒと前記電極消耗量
演算回路の出力Ｖとを入力としＲ≦Ｖとなったときに加
工禁止信号および／または警報を発生する判定回路とを
具備したプラズマアーク加工装置。 - 【請求項２】前記電極消耗量演算回路は、推定電極消耗
量Ｖの演算において、前記演算式のうち k1X・IX＝k1、k2X＝k2として簡易演算式 （但しk1、k2はそれぞれ定数） を演算する演算回路である請求項１に記載のプラズマ加
工装置。 - 【請求項３】前記電極消耗量演算回路は、推定電極消耗
量Ｖの演算において、前記演算式のうち k1X・IX＝k1、k2X・IX＝k3として簡易演算式 （但しk1、k3はそれぞれ定数） を演算する演算回路である請求項１に記載のプラズマア
ーク加工装置。 - 【請求項４】前記電極消耗量演算回路は、推定電極消耗
量Ｖの演算において、前記演算式のうち k1X＝０、k2X・IX＝k3として簡易演算式 （但しk3は定数） を演算する回路である請求項１に記載のプラズマアーク
加工装置。 - 【請求項５】前記電極消耗量演算回路は、推定電極消耗
量Ｖの演算においてk1X・IX＝k1、k2X＝０として簡易演
算式 Ｖ＝nk1 （但しk1は定数） を演算する回路である請求項１に記載のプラズマアーク
加工装置。 - 【請求項６】前記信号ＲおよびＶを入力とし特許消耗量
までの残量を演算し（Ｒ−Ｖ）/Rを演算し、演算結果を
比率または概略比率で表示する残量表示手段を具備した
請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマアーク加
工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15099788A JP2611337B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | プラズマアーク加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15099788A JP2611337B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | プラズマアーク加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH026070A JPH026070A (ja) | 1990-01-10 |
| JP2611337B2 true JP2611337B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=15509027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15099788A Expired - Lifetime JP2611337B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | プラズマアーク加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2611337B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6933462B2 (en) | 2003-02-06 | 2005-08-23 | Komatsu Industries Corporation | Plasma processing apparatus for monitoring and storing lifetime usage data of a plurality of interchangeable parts |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6659431B2 (ja) * | 2016-04-06 | 2020-03-04 | 株式会社ダイヘン | 消耗品監視装置 |
-
1988
- 1988-06-17 JP JP15099788A patent/JP2611337B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6933462B2 (en) | 2003-02-06 | 2005-08-23 | Komatsu Industries Corporation | Plasma processing apparatus for monitoring and storing lifetime usage data of a plurality of interchangeable parts |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH026070A (ja) | 1990-01-10 |
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