JP5507194B2 - プラズマ切断方法及びプラズマ切断装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開平７−２４６４７３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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加速度センサと、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加速度センサ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。

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。

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加速度センサを設けたので、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加速度センサで測定することができる。

加速度センサ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。

切断すべき図形の例を説明する図である。 切断すべき形状と切断速度の変化の例を説明する図である。 本実施例に係る切断装置の全体構成を模式的に説明する図である。 トーチを支持して昇降させる昇降装置の構成を説明する図である。 トーチに設けた電極と被切断材と電源との関係を模式的に説明する図である。 切断装置の制御系を模式的に示すブロック図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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加速度センサを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、加速度センサ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。

トーチの移動速度の変化を測定する加速度センサとしては、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。

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。

そして、加速度センサ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。

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。

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。

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加速度センサ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加速度センサ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 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

Claims (2)

1. 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プラズマ切断方法。
2. 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加速度センサと、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加速度センサ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、を有することを特徴とするプラズマ切断装置。

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