JPH02108464A - プラズマ切断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ切断方法に関し、特に切断途中の切断
面に部品及び部品の所定部位を識別するための凸部又は
凹部を形成するようにしたものである。

〔従来技術〕

一般に、複数の板状の部品を組付けて例えばダクトのよ
うな製品を製作する場合、先づ切断工程で母材から複数
の部品の夫々を切断し、次に加工工程で孔あけ加工や曲
げ加工などを施した後、組付工程でそれらの部品を順次
組み付けて製品とする。

前記切断工程で使用するプラズマ切断装置は、切断用ト
ーチ（以下、トーチという）で発生するプラズマアーク
のエネルギーを切断局部に集中させて板状の金属材料や
非金属材料を溶断するもので、切断速度が高速で切断に
よる熱変形が小さいなどの長所を備えているので、各種
の分野で活用されている。

近年では、切断速度の高速性を十分に発揮でき、また能
率的に大量生産し得るように、トーチの移動軌跡データ
（切断図形データ）や切断速度データなどを切断加工情
報として予めプログラム化して記憶しておき、このプロ
グラムに基いてトーチを自動制御する数値制御（ＮＣ制
御）装置を備えたプラズマ切断装置が実用化されている
。

２０種従来のプラズマ切断装置ではトーチを取り付けた
キャリッジにマーキング用ペンを別途備えている場合が
多く、切断するのに先立って、このマーキング用ペンを
移動制御してこのペンで部品の特定位置に部品及び部品
の所定部位の識別用マーク（以下マークという）を記入
するようにし、或いはオペレータが手作業により塗料な
どで部品毎にマークを記入するようにしている。これに
より、加工工程や組付工程でこのマークに基いて部品及
び部品の所定部位を識別し得る。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したように、従来のプラズマ切断技術では、部品の
１表面にマークを記入するようにしているので、切断し
た部品をそのマーク毎に積み重ねるようなときに、その
最上段の部品に関してのみマークが判別できるが、異種
の部品が混入していても未然に検出できないこと、マー
クが搬送途中や加工工程などで汚れたりして判読不可能
となること、マーキング用ペンでマークを記入させるた
めの移動軌跡データをプログラムに入力する必要があり
、どの制御データの入力に際して多大の時間と労力を費
やすこと、更に例えば２つの部品をボルトで締結したり
溶接する場合、これらの部品をマークにより識別できた
としても、それらの部品の締結や溶接のための各部品の
組合せ位置関係を容易に知ることができず、組付作業の
能率が低下すること、などの問題がある。

本発明の目的は、簡単な制御で且つ経済的に部品及び部
品の所定部位を容易に識別し得るようなプラズマ切断方
法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るプラズマ切断方法は、ノズル及び電極を有
するトーチと、トーチの電極に切断電流を供給するプラ
ズマアーク用電源装置とを備え、トーチを母材に対して
相対的に移動させながらプラズマアークで母材を切断す
るプラズマ切断装置を用いて切断する際に、切断途中に
切断電流又は切断速度を変化させて、切断される部品の
切断面に部品及び部品の所定部位を識別するための凸部
又は凹部を形成するものである。

〔作用］ 本発明に係るプラズマ切断方法においては、トーチを母
材に対して相対的に移動させながらプラズマアークで母
材を切断する切断途中において、切断電流を大きく或い
は小さく制御し、又はトーチの切断速度を速く或いは遅
く制御するので、切断される部品の切断面には、切断電
流を大きく又は切断速度を遅く制御したときには、その
制御中だけ切断幅が大きくなって識別用の凹部が夫々形
成され、また切断電流を小さく又は切断速度を速く制御
したときには、その制御中だけ切断幅が小さくなって識
別用の凸部が夫々形成される。

〔発明の効果〕

本発明に係るプラズマ切断方法によれば、以上説明した
ように、母材を切断する切断途中に、切断電流又は切断
速度を変化させるだけの簡単な制御により一対の切断面
つまり部品のエツジに識別用の凸部又は凹部を形成する
ときができる。

これにより、マーキング用ペン及びペンの制御装置など
を別途備える必要もなく、部品のエツジに形成された凸
部及び／又は凹部の組合わせにより種々の識別用の印を
形成することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

先づ、プラズマ切断方法に用いるプラズマ切断袋Ｗｌに
ついて、第１図に基いて説明する。

前後方向に伸びる左右一対のガイドレール２・４は断面
矩形状で所定路離隔てて平行に床面上に敷設されており
、この左右一対のガイドレール２・４間に切断加工する
母材６（被切断材）が配設されるようになっている。左
方のガイドレール２の内側面にはラックを形成したラッ
ク部材８が略その全長に亙って取付けられている。

前後方向に所定長さの移動部材１０は断面略門形でガイ
ドレール２に前後方向移動可能に上方から装着されてお
り、移動部材１０の内側面には突出部１４が形成され、
この突出部１４内に切断用トーチ１６（以下、トーチと
いう）をＹ方向（前後方向）へ移動させるＹ方向サーボ
モータ１８が取付けられ、このＹ方向サーボモータ１８
の駆動軸に取付けたピニオン（図示路）がラック部材８
のラックに噛み合っている。

前後方向に所定長さの移動部材１２は前記移動部材１０
の突出部１４を除いて同様の構成であり、ガイドレール
４に前後方向移動可能に上方から装着されている。尚、
符号２０はＹ方向サーボモータ１８に設けられ、フィー
ドバック信号ＹＳ（第２図参照）を出力するエンコーダ
である。

移動部材ｌＯに立設されたコラム２２と移動部材１２に
立設されたコラム２４とその両コラム２２・２４の上端
部に亙って左右方向に架設され前後方向に所定路離隔て
た一対の支持部材２６とで正面視門形のトーチ移動用枠
２８が構成されており、Ｙ方向サーボモータ１８の駆動
によりビニオン及びラックを介して移動部材１０がガイ
ドレール４でガイドされつつ前後方向に移動するのに伴
って、移動部材１２もガイドレール４でガイドされて前
後方向に移動し、トーチ移動用枠２８がＹ方向に移動す
る。

前記両コラム２２・２４の上端部に亙って左右方向にボ
ールネジ用の螺旋溝を形成した駆動軸３０が配設され、
駆動軸３０の両端部はこれらの上端部で回転自在に枢支
されている。この駆動軸３０にボールネジブロックを介
して螺合するブロック部材３２の下端部にはトーチ１６
が取付けられ、このブロック部材３２の前側面又は後側
面には一方の支持部材２６に形成されたガイド部（図示
路）に係合して支持案内される摺動係合部が設けられて
いる。更に、駆動軸３０の左端部にはトーチ１６をＸ方
向（左右方向）へ移動させるＸ方向サーボモータ３４の
駆動軸が固着されている。尚、符号３６はＸ方向サーボ
モータ３４に設けられ、フィードバック信号ＸＳ（第２
図参照）を出力するエンコーダである。これにより、Ｘ
方向サーボモータ３４を駆動することにより駆動軸３０
が回転し、螺旋溝及びボールネジブロックを介してブロ
ック部材３２の左右方向への移動に伴いトーチ１６がＸ
方向に移動する。即ち、Ｙ方向サーボモータ１８及びＸ
方向サーボモータ３４を組み合わせて駆動することによ
り、トーチ１６を所望の切断位置へ移動させることがで
きる。

制御ボックス３８には、後述の制御駆動装置４０やトー
チ１６に切断電流を供給するためのプラズマアーク用電
源装置４２などが収納されている。

操作盤゛４４には、母材６の材質を選択するための複数
の材質名キー、母材６の板厚を数値で設定するためのテ
ンキー、切断の開始を指令する切断開始スイッチなどが
設けられている。

尚、図示を省略しているが、このプラズマ切断装置１は
トーチ１６に作動ガスを供給するためのガス供給装置や
ノズル６２を水冷するための冷却装置などを備えており
、モータ１８・３４への駆動電流供給ケーブル、制御用
ケーブル、作動ガス用のホース及び冷却水用ホースなど
もトーチ１６の移動に応じて延びるように設けられてい
る。

次に、プラズマ切断装置１の制御系の全体構成について
、第２図のブロック図に基いて説明する。

プラズマ切断装置１の制御系は基本的には操作盤４４、
Ｘ方向サーボモータ３４、Ｙ方向サーボモータ１８、プ
ラズマアーク用電源装置４２、高周波発生器４６及び制
御駆動装置４０等で構成されており、制御駆動装置４０
はＣＰＵ　（中央演算装置）４８、モータ駆動回路５０
・５２、そのＣＰＵ４８にデータバスなどを介して接続
されたインターフェイス５４、ＲＯＭ　（リード・オン
リ・メモリ）５６及びＲＡＭ　（ランダム・アクセス・
メモリ）５８とから構成されている。

前記インターフェイス５４には、操作盤４４及びモータ
駆動回路５０・５２が接続されると共に、モータ駆動回
路５０にはＸ方向サーボモータ３４が接続され、モータ
駆動回路５２にはＹ方向サーボモータ１８が接続されて
いる。Ｘ方向サーボモータ３４のエンコーダ３６からの
フィードバック信号ＸＳ及びＹ方向サーボモータ１８の
エンコーダ２０からのフィードバック信号ＹＳはインタ
ーフェイス５４を介してＣＰＵ４８に夫々供給される。

プラズマアーク用電源装置４２は、商業用交流を入力源
とし、トーチ１６の電極６０に供給する直流の切断電流
を作成するためのものである。そして、プラズマアーク
用電源装置４２に備えた出力調整器６４は、インターフ
ェイス５４を介してＣＰＵ４　Ｂから供給される調整信
号ＡＳに対応して電極６０に供給する切断電流を変更す
る。ここで、出力調整器６４のプラス端子は母材６に接
続され、そのマイナス端子は電極６０に接続されている
。

高周波発生器４６は、プラズマ切断を開始するのに先だ
って、電極６０とノズル６２間にパイロットアークを発
生させるために、ノズル６２に高周波電圧を印加するも
のであり、インターフェイス５４を介してＣＰＵ４　Ｂ
から作動開始信号ＳＳを受けている間高周波電圧をノズ
ル６２に印加する。

ＲＯＭ５６には、母材６を切断加工するための切断加工
制御プログラムと、母材６の材質データと板厚データと
をパラメータとする切断電流テーブル及び切断速度テー
ブルと、切断加工制御プログラムに基いてトーチ１６を
移動させるために両サーボモータ１８・３４の駆動量を
微小時間毎に演算する補間演算やモータ駆動回路５０・
５２を夫々駆動する数値制御プログラム、識別切断をす
るときに設定された切断電流を増加させるための増加割
合率α（例えば、α＝１．３　）　、複数の識別切断パ
ターンデータ、後述の識別切断を制御する制御プログラ
ムなどが記憶されている。

前記切断加工制御プログラムには、切断開始位置（座標
）データ及び切断終了位置データに加えて、その開始位
置から終了位置に至る切断経路における多数の主要位置
データと、識別切断を開始するための識別切断開始デー
タと識別切断パターン番号及びその開始位置データなど
の切断に必要な種々の図形データなどを予め格納してい
る。前記切断電流テーブル及び切断速度テーブルは、電
極６０と母材６間に安定したプラズマアークを発生させ
て母材６の切断面の品質が良好となるように、材質デー
タと板厚データとをパラメータとして実験的或いは経験
的に求めた切断速度データと切断電流データとを別々に
格納したものである。

前記複数の識別切断パターンの夫々には、第６図に示す
ように識別切断パターン番号及び識別切断パターンの内
容が格納されている。このパターンの内容は、例えば識
別切断パターン６について説明すると、切断電流を増加
させて識別切断する距離（例えば、５ｍｍ）、通常の切
断距離（例えば、２．５輔）、識別切断する距離（例え
ば、２．５ｍｍ）、通常の切断距離（例えば、２．５　
＋ｎｍ）　、識別切断する距離（例えば、５ｍｍ）のよ
うになっている。尚、切断速度データは両サーボモータ
１８・３４を夫々駆動し得る合成速度データである。

ＲＡＭ５Ｂには、切断制御に必要な切断速度データ、切
断電流データ、材質塩データ及び板厚データなどを記憶
するメモリと、ＣＰＵ４　Ｂで演算処理した結果を一時
的に記憶する各種メモリなどが設けられている。

次に、本発明に係るプラズマ切断方法について、第３図
のフローチャートに基いて説明する。このフローチャー
トは識別切断制御を含み制御駆動装置４０で行われる切
断加工制御のルーチンを示すものである。

この制御では、第４図に示すように、部品７０の特定の
突き合わせエツジ７０ａと曲げ加工した部品７１の特定
の突き合わせエツジ７１ａとを突き合わせてボルトで締
結して組付けるような場合に、第５図に示すように母材
６を切断して複数の部品７０及び部品７１が作れるよう
に切断経路がプログラムされている。更に、各部品７０
の突き合わせエツジ（切断面）７０ａと各部品７１の突
き合わせエツジ（切断面）７１ａとに凹部７０ｂと凹部
７１ｂとを夫々形成して各部品７０・７１の突き合わせ
位置が容易に判別し得るように、各切断経路Ｌｌ、ＬＸ
の切断途中に識別切断開始データ及び識別切断パターン
番号が格納されている。

この場合の識別切断パターン番号は「１」である（第６
図参照）。

プラズマ切断装置１に電源が投入されてこの制御が開始
されると、先づ初期設定が実行され（Ｓｌ）、操作盤４
４から所望の材質基キーを選択操作することによりＲＡ
Ｍ５Ｂの材質基メモリに材質データが記憶されて材質の
設定が行なわれ（Ｓ２）、テンキーを操作することによ
りＲＡＭ５Ｂの板厚メモリに板厚データが記憶されて板
厚の設定が行なわれる（Ｓ３）。次に、ＲＡＭ５Ｂに記
憶した材質データ及び板厚データとＲＯＭ５６に記憶し
ている切断電流テーブル及び切断速度テーブルとに基い
て、材質データと板厚データとをパラメータとし、切断
速度テーブルから切断速度データが設定され且つ切断電
流テーブルから切断電流データが設定され、この切断速
度データ及び切断電流データを含む切断データが求めら
れる（Ｓ４）。この切断データに含まれる切断電流デー
タに基いて求められた調整信号Ａｓで出力調整器６４を
調節して切断電流が設定され、切断速度データが切断速
度データメモリに格納されて切断速度が設定される（Ｓ
５）。その結果、第２図に示すように出力調整器６４か
ら電極６０に切断電流が供給される。

そして、ガス供給装置から作動ガスがトーチ１６に供給
され、操作盤４４の切断開始スイッチを操作したときに
（Ｓ６）、ＲＯＭ５６から切断加圧制御プログラムが読
出され、切断開始位置データに基いてモータ駆動回路５
０・５２を夫々駆動してトーチ１６が切断開始位置へ移
動され、このときのトーチ１６の位置データＡ０がトー
チ位置メモリに格納される（Ｓ７）。

次に、プラズマ切断の開始に先だって、作動開始信号Ｓ
Ｓを高周波発生器４６に出力して高周波電圧をノズル６
２に印加し、電極６０とノズル６２間にパイロットアー
クが発生する（Ｓ８）。次に、電極６０とノズル６２間
にパイロットアークが発生したことを出力調整器６４で
確認して（Ｓ９）、高周波発生器４６の駆動を停止する
（ＳｌＯ）。このパイロットアークでイオン化されたガ
スがプラズマ流となって母材６に到達し、電極６０と母
材６間に主アーク（プラズマアーク）が発生して母材６
の切断が開始される。

切断加工制御プログラムに基いてトーチ位置データＡ０
より先行する次の識別切断開始データが前もって読み込
まれ、そのデータに付随して格納されている識別切断開
始位置データＡ、が位置メモリに格納される（Ｓｌｌ）
。切断加工制御プログラムとフィードバック信号ｘＳ及
びフィードツマツク信号ＹＳに基いてモータ駆動回路５
０及びモータ駆動回路５２を制御することにより移動す
るトーチ１６の位置データＡ０が更新しつつトーチ位置
メモリに格納される（５１２）。このとき、トーチ１６
の切断速度と切断電流とが母材６の材質及び板厚に適し
ているので、安定したプラズマアークにより母材６が切
断され、その切断面はその全体に亙って高品質となる。

そして、切断制御が終了でないときには（３１３）、現
在のトーチ位置データＡ０と前もって読み出された識別
切断開始位置データＡ１とが一致もたか否かが判定され
（Ｓ１４）、一致しないときには３１２〜Ｓ１４が繰り
返される。そして、第５図に示すように切断経路り、の
切断が開始されてトーチ位置データＡｏと識別切断開始
位置データＡ、とが一致したときにはＳ１５へ移行する
。

そして、識別切断開始データに付随して格納されている
識別切断パターン番号に基いてＲＯＭ５６からこのパタ
ーン番号に対応する識別切断パターンデータが読み出さ
れ（３１５）、現在設定されている切断電流に基いて、
設定された切断電流に増加割合率αを掛は算して識別切
断時の切断電流が求められる（３１６）。

これにより、識別切断パターンデータ及び識別切断時の
切断電流に基いて識別切断制御プログラムで識別切断の
切断制御が実行され（３１７）、制御はＳｌｌに戻る。

その結果、第５図に示すように切断経路り、を切断する
切断途中において、識別切断制御の実行により大きなプ
ラズマアークで切断幅が拡大され、エツジ７０ａにはパ
ターン番号を「１」とする識別切断パターンデータで識
別用の凹部７０ｂが形成される。

その後、切断制御の終了に伴いＳ１３でＹｅｓと判定さ
れてＳ２に戻る。

そして、また部品７１を切断するために３２から繰り返
されて、経路Ｌ２の切断途中に識別用の凹部７１ｂが夫
々形成される。

従って、簡単な制御により各部品７０・７１の突き合わ
せエツジ７０ａ・７１ａに識別用の凹部７０ｂ・７１ｂ
が夫々形成されるので、これらの識別用の凹部７０ｂ・
７１ｂを参照することにより容易に突き合わせエツジ７
０ａ　　７１ａを識別することができ、組付作業の能率
が格段に向上する。

前記切断経路Ｌ＋、Ｌｚ以外の各切断経路において、第
６図に示すような各種の識別切断パターンを組み合わせ
て識別切断制御することにより、各部品７０・７１の他
のエツジにも識別用の各種の凹部を夫々形成することが
でき、これらの各種の凹部を参照することによりマーク
を記入することなく容易に部品を識別することができる
。

尚、切断電流を増加させた識別切断制御に代えて、切断
速度を遅くして切断電流を増加させるのと同様に識別用
の凹部を形成するように制御してもよいし、切断電流を
減少させたり或いは切断速度を速（して切断幅を小さく
することにより識別用の凸部を形成するように制御して
もよい。また、凹部７０ｂ・７１ｂの開始位置及び終了
位置を夫々指示するようにしてもよい。

尚、非金属材料を切断するプラズマ切断装置にも本発明
を適用し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はプラズマ
切断方法に用いるプラズマ切断装置の斜視図、第２図は
プラズマ切断装置の制御系のブロック図、第３図は識別
切断制御を含む切断加工制御のルーチンの概略フローチ
ャート、第４図は形成された識別用凹部に暴く突き合わ
せ作業を説明する説明図、第５図は本発明のプラズマ切
断方法を説明する説明図、第６図は識別切断制御に使用
する識別切断パターンの説明図である。 １・・プラズマ切断装置、　６・母材、　　１６・トー
チ、　　１８・・Ｘ方向サーボモータ、　　３４・・Ｘ
方向サーボモータ、　４０・・制御駆動装置、　４２・
・プラズマアーク用電源装置、４８・・ＣＰＵ、　５６
・・ＲＯＭ、　　５８・・ＲＡＭ、　６０・・電極、　
６２・・ノズル、６４・・出力調整器、　７０ｂ・７１
ｂ・・凹部。 第４図 第６図 第５ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズル及び電極を有するトーチと、前記トーチの
   電極に切断電流を供給するプラズマアーク用電源装置と
   を備え、トーチを母材に対して相対的に移動させながら
   プラズマアークで母材を切断するプラズマ切断装置を用
   いて切断する際に、切断途中に前記切断電流又は切断速
   度を変化させて、切断される部品の切断面に部品及び部
   品の所定部位を識別するための凸部又は凹部を形成する
   ことを特徴とするプラズマ切断方法。