JPH0788655A - プラズマトーチの高さ制御方法及び高さ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はプラズマトーチの被加工材に対して
加工条件を変更する場合に変更する夫々の加工条件に対
応して被加工材に対するプラズマトーチの高さを制御す
る方法と装置を提供する。 【構成】 予め所定の加工条件に対応する極間電圧の基
準値データｓを複数設定して基準値記憶部20に記憶さ
せ、所望の加工条件に適合する所定の基準値データｓを
選択部30によって選択して設定し、被加工材を加工する
際に実際の極間電圧を測定部26によって測定した測定値
データｍと前記基準値データｓとを比較部22が比較演算
してその演算結果に対応して昇降モーター13を駆動して
トーチ１の高さを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被加工材を加工するプラ
ズマトーチの被加工材からの高さを制御する制御方法と
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板やステンレス鋼板等の被加工材にプ
ラズマアークを噴射して切断するプラズマ切断或いは溶
接するプラズマ溶接等の加工が行われている。これ等の
加工を行う場合、切断面或いは溶接部位の品質を維持す
るにはプラズマトーチの被加工材からの高さを予め設定
された値に維持して加工することが必要である。

【０００３】そこで、プラズマトーチが定電流制御され
ていることに着目して極間電圧を測定してプラズマトー
チの高さを制御する方法がある。この方法は、プラズマ
アークを形成する二つの極の間に定電流が印加されるた
め、プラズマトーチの高さが変化すると、この変化に応
じて極間電圧が変化するという現象に基づいている。

【０００４】即ち、プラズマアークを形成して被加工材
に対し所定の加工を行っている間、極間電圧を測定し
て、測定された電圧値を予め設定された基準電圧値と一
致させるようにプラズマトーチの高さを制御すること
で、該トーチの高さを予め設定された値に維持すること
が出来る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記極
間電圧を利用してプラズマトーチの高さを制御する方法
では標準的な加工条件に則して唯一の基準電圧値を設定
してトーチの高さ制御を行うので、必要に応じて所望の
加工条件に変更したい場合、変更する加工条件に適合し
たプラズマトーチの高さが得られないという問題があ
る。

【０００６】上述した所望の加工条件に変更したい場合
とは、例えば板厚の異なる複数の被加工材を継ぎ足して
構成された被加工材を加工する場合等の何らかの理由で
切断板厚を変更したい場合、ピアシングやトーチ回避等
の何らかの理由で切断高さを変更したい場合、被加工材
の材質，加工表面に施した処理及び加工部位の形状等の
何らかの理由で切断電流を変更したい場合、所定の規格
より薄板を加工するために規定の加工速度より速く加工
する場合や所定の規格より厚板を加工するために規定の
加工速度より遅く加工する場合等の何らかの理由で切断
速度を変更したい場合が生じる。

【０００７】また、開先角度を変更する等の何らかの理
由でトーチ傾斜角度を変更したい場合、プラズマガスの
純度の変化や種類の変更等の何らかの理由でプラズマガ
ス流量を変更したい場合、何らかの理由で電極チップ径
を変更したい場合等では種々の加工条件の変更に対応し
てプラズマトーチを所望の高さに変化させるような制御
が行われないという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、何らかの理由で加工条件
を変更する場合に変更する夫々の加工条件に対応して被
加工材に対するプラズマトーチの高さを制御する方法と
装置とを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマト
ーチの高さ制御方法は、極間電圧を測定して該電圧が予
め設定された値と等しくなるようにプラズマトーチの被
加工材からの高さを制御する制御方法に於いて、予め複
数の加工条件に対応する極間電圧の基準値を複数設定
し、被加工材を加工する際に所望の基準値を選択してプ
ラズマトーチの高さを制御することを特徴としたプラズ
マトーチの高さ制御方法である。

【００１０】また、本発明に係るプラズマトーチの高さ
制御装置は、電極を装着したプラズマトーチと、前記プ
ラズマトーチを被加工材に対して垂直方向に昇降させる
昇降手段と、前記プラズマトーチに装着された電極と被
加工材との間の極間電圧を測定する測定部と、所定の加
工条件に対応する極間電圧のデータからなる複数の基準
値データを記憶する基準値記憶部と、加工条件の変更に
際して前記基準値記憶部から所望の基準値データを選択
する選択部と、前記選択部によって選択された基準値デ
ータと前記測定部が測定した測定値データとを比較する
比較部と、前記比較部が発生する信号に応じて前記昇降
手段を駆動する駆動手段とを有することを特徴としたプ
ラズマトーチの高さ制御装置である。

【００１１】

【作用】上記プラズマトーチの高さ制御方法によれば、
プラズマトーチ（以下単に『トーチ』という）に装着さ
れた電極（−極）と被加工材（＋極）との間に定電流を
印加してプラズマアークを形成し、被加工材からの高さ
（以下『トーチの高さ』という）を変化させると極間距
離が変化して極間電圧が変化する。従って、所定の加工
条件に対応する極間電圧を計測することでトーチの高さ
の制御基準である基準値を設定することが出来る。

【００１２】従って、複数の加工条件に対応する夫々の
基準値を設定した後、被加工材に対して加工条件を変更
して加工を行う際に、変更する加工条件に対応する基準
値を前記複数設定した基準値から適宜選択決定し、選択
した基準値と加工中に測定した極間電圧とを比較してト
ーチの高さを制御することで所望のトーチ高さに維持で
きる。また、前記複数の基準値から所望の基準値を選択
することで種々の加工条件の変更に対応したトーチの高
さを得ることが出来る。

【００１３】また、上記トーチの高さ制御装置によれ
ば、上記制御方法を実施してトーチを予め設定された高
さに維持するように制御することが出来る。

【００１４】即ち、基準値記憶部に所定の加工条件に対
応する極間電圧のデータからなる基準値データを複数記
憶させ、加工条件に応じて所望の基準値データを選択部
によって選択することで所望の基準値データが設定でき
る。

【００１５】また、測定部によって実際の極間電圧を測
定してこの測定値データと前記基準値データとを比較部
が比較して発生する信号に応じて駆動手段がトーチの昇
降手段を駆動してトーチの高さを制御するので前記基準
値に対応したトーチ高さを常に維持することが出来る。
また、種々の加工条件に対応した複数の基準値データを
記憶した基準値記憶部から選択部によって所望の基準値
データを選択することで種々の加工条件の変更に対応し
たトーチの高さを得ることが出来る。

【００１６】

【実施例】以下、トーチの高さ制御装置の一実施例につ
いて図を用いて説明し、併せてトーチの高さ制御方法に
ついて説明する。図１はプラズマ加工装置の一例である
プラズマ切断装置の斜視図、図２，図３はトーチの高さ
を制御する基準値を説明する図、図４は制御系のブロッ
ク説明図、図５は基準値記憶部を説明する図である。

【００１７】本発明に係るトーチの高さ制御方法は、ト
ーチと被加工材との間に形成されるプラズマアークは定
電流制御されるため、トーチの高さが変化するとこの変
化に伴って極間電圧が変化するという現象に基づいてい
る。

【００１８】従って、被加工材に対する加工を実施して
いる間、電極と被加工材の間の極間電圧を測定し、測定
された極間電圧の値を所定の基準値と比較することでト
ーチの高さを制御することが可能である。また、前記基
準値を複数設定しておくことによって、所望の加工条件
に対応した基準値を選択的に適用することで所望のトー
チの高さに制御することが可能である。

【００１９】本制御方法を実施するに当たり、予め制御
の基準となるトーチの高さと極間電圧との関係を種々の
加工条件に対応させて複数求める。図２及び図３は、所
定の加工条件、例えば所定の材質、所定の径で構成され
た所定の消耗状態の電極をトーチ１に装着し、且つトー
チ１を所定の材質で所定の厚さを有する所定の被加工材
に対し所定の角度に配置して所定の定電流値に制御した
プラズマアークを形成させ、該プラズマアークに沿って
所定のプラズマガスを所定の流量で且つ所定の状態で噴
射させたトーチ１を所定の速度で等速移動させ、この移
動過程でトーチ１を所定の高さで昇降させて得たグラフ
の一例を示すものである。

【００２０】予め被加工材２に対する種々の加工条件に
対応して、図２に示すように種々の電流値Ｉに対応した
複数の線、例えば｛Ｉ１＝１００Ａ＜Ｉ２＝１５０Ａ＜
Ｉ３＝２００Ａ＜・・・＜Ｉｎ｝等が設定される。従っ
て加工する板厚の変更等の種々の加工条件を変更する際
には所望の電流値Ｉを選択してトーチ１の高さに対応す
る極間電圧の基準値を設定することが可能である。

【００２１】また、図３に示すように種々のトーチの高
さｈに対応した複数の線、｛ｈ１＜ｈ２＜ｈ３＜・・・
＜ｈｎ｝等が設定される。従ってピアシングなどでトー
チの高さを変更する際には所望の高さｈを選択して極間
電圧の基準値を設定することが可能である。例えば、電
流Ｉ１でトーチの高さｈをｈ１〜ｈｎに選択すると、高
さｈ１、ｈ２、ｈ３、・・・ｈｎに対応して極間電圧Ｖ
１、Ｖ２、Ｖ３、・・・Ｖｎが決定されて基準値が設定
される。

【００２２】同様に、種々の加工条件に対応して予め実
験的にグラフを求めることで複数の線を設定することが
可能である。前記複数の線は夫々対応する加工条件に応
じた基準値としての機能を有するものであり、該加工条
件が決定されたとき、前記線の中から特定の線を選択す
ることで加工条件に応じた特定の基準値を選択的に設定
することが可能である。

【００２３】次に、被加工材を加工する装置の一例につ
いて図１により説明する。同図に示す加工装置はトーチ
１を用いて被加工材２を切断する切断装置として構成さ
れている。尚、以下説明するトーチの高さ制御方法は切
断装置、溶接装置或いは他の加工装置に共通して適用し
得るものであり、且つ高さ制御装置も同一に構成された
ものを使用することが可能である。

【００２４】図１に於いて、並行に敷設された一対のレ
ール３には、走行サドル４ａとレール３と直交方向に配
置されたクロスガーダー４ｂからなるフレーム４が走行
可能に搭載されている。クロスガーダー４ｂにはトーチ
１を有するキャリッジ５が横行可能に搭載されている。

【００２５】キャリッジ５にはトーチ１の昇降手段とな
るトーチ上下装置６が設けられており、このトーチ上下
装置６の下方にトーチ１を傾斜させる傾斜装置７が設け
られている。そしてクロスガーダー４ｂの下方であって
トーチ１の移動範囲に対応して被加工材２が配置されて
いる。

【００２６】また、フレーム４の所定位置にはトーチ１
の高さ及び移動軌跡を制御する制御装置８が設けられ、
フロア上にはプラズマ用の電源９及びプラズマガス供給
装置15が設けられている。前記電源９とトーチ１及び被
加工材２は夫々ケーブル10ａ、10ｂによって接続され、
且つ前記電源９は制御装置８とケーブル10ｃによって接
続されている。

【００２７】また、前記プラズマガス供給装置15はトー
チ１と管16によって接続されると共に、制御装置８とケ
ーブル10ｄによって接続されていて、トーチ１に供給さ
れるプラズマガスは制御装置８によって制御される。

【００２８】フレーム４の走行サドル４ａには該フレー
ム４をレール３に沿って走行させる走行モーター11が設
けられており、このモーター11に該モーター11の回転を
検出するロータリーエンコーダー11ａが取り付けられて
いる。また、キャリッジ５には該キャリッジ５を横行さ
せる横行モーター12が設けられており、横行モーター12
には該モーター12の回転を検出するロータリーエンコー
ダー12ａが取り付けられている。

【００２９】従って、制御装置８によって走行モーター
11、横行モーター12の回転を制御することでフレーム
４、キャリッジ５を所望の方向に走行させ、これによ
り、トーチ１を被加工材２上で二次元的に移動させるこ
とが可能である。またトーチ１のレール３に沿った方向
の速度及びクロスガーダー４ｂに沿った方向の速度はロ
ータリーエンコーダー11ａ、12ａによって検出される。

【００３０】トーチ上下装置６は制御装置８からの信号
に応じてトーチ１を昇降させるものであり、トーチ１を
昇降させる駆動手段となる昇降モーター13が取り付けら
れている。この昇降モーター13には該モーター13の回転
を検出するロータリーエンコーダー13ａが取り付けられ
ている。

【００３１】トーチ上下装置６の下方に設けた傾斜装置
７は、トーチ１を該トーチ１の軸心の延長上に設定され
た点を中心として所望の角度に傾斜させるものであり、
扇状のガイド７ａと、該ガイド７ａに装着され且つトー
チ１を取り付けたホルダー７ｂと、該ホルダー７ｂをガ
イド７ａに沿って移動させる傾斜モーター14とによって
構成されている。また、傾斜モーター14には該モーター
14の回転を検出するロータリーエンコーダー14ａが取り
付けられている。

【００３２】従って、トーチ１の昇降高さをエンコーダ
ー13ａによって検出することが可能であり、且つトーチ
１の傾斜角度をエンコーダー14ａによって検出すること
が可能である。

【００３３】次に、図４によりトーチ１の高さを制御す
る制御系について説明する。図４、図５に於いて、20は
基準値記憶部であり、図２及び図３で一例を示したよう
に、所定の加工条件に対応する極間電圧のデータからな
る複数の基準値データｓを種々の加工条件に対応してｓ
１〜ｓｎからなる基準値データｓを記憶している。

【００３４】前記基準値記憶部20は図５に示すように、
種々の加工条件に対応して設定されたｎ個の基準値デー
タｓを選択部21及び比較部22に対して夫々並列に接続し
て構成されていて、選択部21に設けられた入力手段によ
ってオペレーターが所望の加工条件を選択することで、
基準値記憶部20に設けられたｓ１〜ｓｎの基準値データ
ｓから１或いは複数選択して比較部22に伝達される。

【００３５】前記比較部22は基準値記憶部20から伝達さ
れた１の基準値データｓを基準値データｓとし、或い
は、同様に伝達された複数の基準値データｓを比較部22
が演算して合成することによって基準値データｓとし
て、トーチの高さ制御を行うための極間電圧の基準とす
ることが可能である。

【００３６】23はトーチ高さ情報記憶部であり、予め図
示しない入力手段によって入力された前記基準値データ
ｓに対応して維持すべきトーチ１の高さ情報ｈを記憶す
る機能を有するものである。従って、比較部22から伝達
された基準値データｓに対応するトーチ高さ信号ｈを比
較部22に伝達することで所定のトーチ高さを指定するこ
とが出来る。

【００３７】尚、このトーチ高さ情報記憶部23に記憶さ
せたトーチ高さ信号ｈは選択部21が基準値記憶部20に記
憶した基準値データｓに所定の演算を行ったデータを用
いてトーチ高さ信号ｈとすることが可能であるのでトー
チ高さ情報記憶部23は選択部21と基準値記憶部20で構成
しても良い。

【００３８】前記比較部22は、測定部25によって測定さ
れた後インターフェース24を介して伝達された加工中の
極間電圧の測定値データｍと所定の基準値データｓとを
比較演算すると共に、演算結果に基づいてトーチ上下装
置６を駆動するための駆動信号を発生するように構成さ
れている。尚、上記記憶部20、23、選択部21、比較部22
は制御装置８に組み込まれている。

【００３９】25は電源９に内蔵された極間電圧の測定部
であり、インターフェース24を介して比較部22と接続さ
れている。従って、トーチ１が被加工材２に対し所定の
加工を実施している間、電極１ａと被加工材２の間の極
間電圧を測定してインターフェース24を介してこの情報
を比較部22に伝達することが可能である。

【００４０】26はトーチ上下装置６を作動させる昇降モ
ーター13のドライバーであり、比較部22から伝達された
駆動信号に応じて昇降モーター13を駆動するものであ
る。また、昇降モーター13に取り付けたロータリーエン
コーダー13ａはインターフェース24を介して比較部22と
接続され、昇降モーター13の回転によるトーチ上下装置
６の昇降情報を比較部22に伝達するように構成されてい
る。

【００４１】上記構成に於いて、基準値記憶部20に所定
の複数の基準値データｓを記憶させると共に高さ情報記
憶部23に前記基準値データｓに対応したトーチ１を維持
すべき高さ情報を入力する。そして選択部21によって基
準値記憶部20から所望の基準値データ、例えばｓ１を選
択すると、その基準値データｓ１に対応したトーチ高さ
信号ｈ１が高さ情報記憶部23から選択されて比較部22に
伝達される。

【００４２】前記トーチ高さ信号ｈ１はインターフェー
ス24を介してドライバー26に伝達される。前記ドライバ
ー26は昇降モーター13を駆動して前記トーチ高さ信号ｈ
１に対応した高さにトーチ１を設定する。

【００４３】その後、トーチ１を被加工材２の上方所定
位置にセットしてプラズマアークを形成すると共に該プ
ラズマアークに沿ってプラズマガスを噴射して加工を開
始させる。測定部25は電極１ａと被加工材２との間の極
間電圧を測定した後、その測定値データｍ１をインター
フェース24を介して比較部22に伝達する。

【００４４】比較部22では先に選択部21で選択した基準
値データｓ１と前記測定値データｍ１とを比較演算して
その差が０になるようにドライバー26に対して駆動信号
を伝達して昇降モーター13を駆動しトーチ１の高さを制
御する。更に測定部25が電極１ａと被加工材２との間の
極間電圧を測定した後、その測定値データｍ２をインタ
ーフェース24を介して比較部22に伝達する。

【００４５】比較部22では更に基準値データｓ１と前記
測定値データｍ２とを比較演算してその差が０になるよ
うにドライバー26に対して駆動信号を伝達して昇降モー
ター13を駆動しトーチ１の高さを制御する。上述の操作
を繰り返すことでトーチ１は基準値データｓ１に対応し
たトーチ高さを維持することが可能である。

【００４６】次に、前記標準的な加工条件から必要に応
じて所望の加工条件に変更して上記プラズマ加工装置を
取り扱う場合の説明を行うと、例えば板厚の異なる複数
の被加工材を継ぎ足して構成した被加工材２に対して加
工を行う場合、板厚の変化に応じてトーチ１の高さを変
更する必要があるために基準値データｓを夫々の板厚に
対応した値に変更することが必要である。

【００４７】例えば、ｔ１、ｔ２、ｔ３の厚さを有する
鋼板を順次継ぎ足して構成された被加工材２に対して加
工を行う場合には、先ず、厚さｔ１の鋼板に対して加工
を行うための基準値データｓ２が選択部21によって選択
され、上述と同様の一連の制御が実行されて、トーチ１
を基準値データｓ２に対応した高さで維持して厚さｔ１
の鋼板に対して加工を行うことが可能である。

【００４８】次に、厚さｔ１の鋼板に隣接して接続され
た厚さｔ２の鋼板に対して加工を行うための基準値デー
タｓ３が選択部21によって選択され、上述と同様の一連
の制御が実行されて、トーチ１を基準値データｓ３に対
応した高さで維持して厚さｔ２の鋼板に対して加工を行
うことが可能である。

【００４９】引き続き同様に、厚さｔ２の鋼板に隣接し
て接続された厚さｔ３の鋼板に対して加工を行うための
基準値データｓ４が選択部21によって選択され、上述と
同様の一連の制御が実行されて、トーチ１を基準値デー
タｓ４に対応した高さで維持して厚さｔ３の鋼板に対し
て加工を行うことが可能である。

【００５０】また、例えばピアシングを行う際には通常
の加工状態でのトーチ１の高さよりも高くしてトーチ１
を設定しピアシングを行う必要がある。従って、通常の
加工に対応させて設定した基準値データｓ１では不適当
であるから選択部30を用いてピアシングに適した基準値
データｓ５を選択する。

【００５１】すると、上述と同様の一連の制御が行われ
て、トーチ１はピアシングに適した高さに維持されてピ
アシングを行うことが可能である。

【００５２】また、同様に所望する種々の加工条件の変
更に対応した基準値データｓを選択部30を用いて適宜選
択することによって、上述の一連の制御が行われて、所
望の加工条件で加工を実施することが可能である。

【００５３】従って、何らかの理由で切断板厚を変更し
たい場合、何らかの理由で切断高さを変更したい場合、
何らかの理由で切断電流を変更したい場合、何らかの理
由で切断速度を変更したい場合、何らかの理由でトーチ
傾斜角度を変更したい場合、何らかの理由でプラズマガ
ス流量を変更したい場合、何らかの理由で電極チップ径
を変更したい場合等に於いても上述の種々の加工条件に
対応した基準値データｓを設定しておき、上述と同様の
一連の制御を行うことで種々の加工条件の変更に対応し
てプラズマトーチを所望の高さに維持することが可能で
ある。

【００５４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチの高さ制御方法では、種々の加工条件に
対応して複数の基準値を設定して記憶させ、所望の加工
を実施する際に該加工に対応した基準値を選択すること
で、該基準値に対応してプラズマトーチの高さを制御す
るので所望の加工条件に適合したプラズマトーチの高さ
が得られる。

【００５５】また、本発明に係るプラズマトーチの高さ
制御装置では、上記制御方法を実施して所望の加工条件
に応じて、確実に且つ安定した状態でプラズマトーチを
予め設定された高さに維持することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ加工装置の一例であるプラズマ切断装
置の斜視図である。

【図２】トーチの高さを制御する基準値を説明する図で
ある。

【図３】トーチの高さを制御する基準値を説明する図で
ある。

【図４】制御系のブロック説明図である。

【図５】基準値記憶部を説明する図である。

【符号の説明】

１…トーチ ２…被加工材 ３…レール ４…フレーム ４ａ…走行サドル ４ｂ…クロスガ
ーダー ５…キャリッジ ６…トーチ上下
装置 ７…傾斜装置 ７ａ…ガイド ８…制御装置 ９…電源 １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…ケーブル １１…走行モーター １１ａ…ロータ
リーエンコーダー １２…横行モーター １２ａ…ロータ
リーエンコーダー １３…昇降モーター １３ａ…ロータ
リーエンコーダー １４…傾斜モーター １４ａ…ロータ
リーエンコーダー １５…プラズマガス供給装置 １６…管 ２０…基準値記憶部 ２１…選択部 ２２…比較部 ２３…トーチ高
さ情報記憶部 ２４…インターフェース ２５…測定部 ２６…ドライバー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極間電圧を測定して該電圧が予め設定さ
   れた値と等しくなるようにプラズマトーチの被加工材か
   らの高さを制御する制御方法に於いて、予め複数の加工
   条件に対応する極間電圧の基準値を複数設定し、被加工
   材を加工する際に所望の基準値を選択してプラズマトー
   チの高さを制御することを特徴としたプラズマトーチの
   高さ制御方法。
2. 【請求項２】 電極を装着したプラズマトーチと、前記
   プラズマトーチを被加工材に対して垂直方向に昇降させ
   る昇降手段と、前記プラズマトーチに装着された電極と
   被加工材との間の極間電圧を測定する測定部と、所定の
   加工条件に対応する極間電圧のデータからなる複数の基
   準値データを記憶する基準値記憶部と、加工条件の変更
   に際して前記基準値記憶部から所望の基準値データを選
   択する選択部と、前記選択部によって選択された基準値
   データと前記測定部が測定した測定値データとを比較す
   る比較部と、前記比較部が発生する信号に応じて前記昇
   降手段を駆動する駆動手段とを有することを特徴とした
   プラズマトーチの高さ制御装置。