JPH11156553A - プラズマアークトーチの電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗検出方法及び装置 - Google Patents

プラズマアークトーチの電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗検出方法及び装置

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JPH11156553A
JPH11156553A JP10261799A JP26179998A JPH11156553A JP H11156553 A JPH11156553 A JP H11156553A JP 10261799 A JP10261799 A JP 10261799A JP 26179998 A JP26179998 A JP 26179998A JP H11156553 A JPH11156553 A JP H11156553A
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arc torch
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Thomas Franklin Oakley
フランクリン オークレイ トーマス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマアークトーチのノズル又は電極の磨
耗を効率よく検出する装置及び方法を得る。 【解決手段】 電極１４及びノズル１２の少なくとも一
方とトーチ１０によって切削しているワークピース１３
との間の距離をトーチ作動中に測定する第１測定手段１
８と、前記距離の平均変化量をトーチ作動中に測定する
第２測定手段２０と、前記距離の平均変化量を第１所定
値と比較する比較手段２２とを具える。更に、前記距離
の平均変化量が第１所定値を越えたとき動作する表示手
段２６に応答して電極及びノズルの少なくとも一方の取
り替えを制御する手段２８とを設ける。前記距離の平均
変化量が第１所定値を越えたときトーチの動作を補正す
る補正手段３０を設け、補正回数が第２所定値を越えた
場合に電極及びノズルの少なくとも一方を交換が必要な
ことを表示する第２表示手段３２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマアークト
ーチのノズル及電極の磨耗を自動的に検出する装置及び
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プラズマアークトーチを金属ワークピー
スを所要の形状に切削するのに使用することは従来技術
において既知である。例えば、カークフッフ(Carkhuff)
氏の米国特許第５，２１６，２２１号に記載のように、
プラズマアークトーチは高電圧を電極に加え、電極から
ノズル組立体の孔を経て延びる電気アークを発生する。
電極とノズル組立体との間にガス流を発生させ、孔を経
てノズル組立体の下方に位置するワークピースに向かう
プラズマ流を発生する。
【０００３】ワークピースの切削には、プラズマアーク
トーチ、特に、動作中にプラズマアークトーチの電極及
びノズルの正確な位置決めを必要とする。ワークピース
の上方のワークピースに平行な平面上でトーチを正確に
移動させ、ワークピースを所要の形状に切削することが
できるための適切な装置が必要である。
【０００４】使用中、高温の熱と電気アークはトーチの
消耗する可能性のあるコンポーネント、例えば、ノズル
組立体及び電極に損傷を与えることがよくあり、この結
果、これらのコンポーネントは消耗又は損傷を受けたと
き定期的に取り替えなければならない。このようなコン
ポーネントは使用前にオペレータによってトーチ本体に
ねじ込まれているのが一般的である。損傷又は消耗した
場合、オペレータはトーチ本体からコンポーネントをね
じ外して取り替える。完全に消耗する前にノズル組立体
又は電極を取り替える場合には不必要な廃棄物が発生す
ることになる。他方、完全に消耗しきった後までノズル
組立体又は電極を取り替えない場合、消耗しきった電極
又はノズル組立体を使用することによりワークピースに
ダメージを与えることになり、不必要なコスト増を招く
ことになる。
【０００５】従来技術の装置及び方法は電極の使用限界
を測定するものである。このような従来技術の装置の一
つとしては米国特許第５，３２６，９５５号に記載のも
のがあり、この米国特許は、切削条件に関連する種々の
要因、例えば、ワークピースの厚さ、ノズル直径及び切
削速度に基づくアーク電圧を計算し、この計算した電圧
を、電極の使用限界を反映する測定電圧と比較し、計算
したアーク電圧と測定アーク電圧との差を測定すること
を記載している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ノズル又は電極の磨耗
の測定をアーク電圧の変化のような要因にゆだねること
は、ノズル組立体又は電極を交換することが必要である
ことを測定する上で不正確であるため、ムダを生じて非
効率的であり、不必要な廃棄物を生じ、コスト高とな
る。この結果、ノズル及び電極の磨耗を検出する改良し
た装置及び方法が要求されている。
【０００７】従って、本発明の目的は、プラズマアーク
トーチのノズル又は電極の磨耗を効率よく検出する装置
及び方法を得るにある。
【０００８】更に、本発明の他の目的は、プラズマアー
クトーチのノズル又は電極の磨耗を検出するとともに、
一方でノズル又は電極の不必要な交換を回避し、他方で
ワークピースに対する損傷を回避する装置及び方法を得
るにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明方法及び装置は、プラズマアークトーチの動
作中にプラズマアークトーチの電極及びこの電極を包囲
するノズルのうちの少なくとも一方の磨耗を検出する。
この方法及び装置は、電極又はノズルのうちの少なくと
も一方とプラズマアークトーチにより切削しているワー
クピースとの間の距離をプラズマアークトーチの動作中
に測定（測定）する。更に、本発明方法及び装置は電極
及びノズル組立体のうちの少なくとも一方と切削すべき
ワークピースとの間のスタンドオフ量即ち、距離の変化
量を測定し、スタンドオフ量の変化に基づいてノズル又
は電極の交換が必要であるかいなかを表示する。更に、
スタンドオフ量の変化に応答して初期補正を行い、ノズ
ル又は電極の寿命を伸ばす（即ち、電極又はノズルの不
必要な取り替えを回避する）。
【００１０】本発明による方法及び装置は、プラズマア
ークトーチの動作中にプラズマアークトーチのスタンド
オフ量を連続的にモニタし、このような距離の平均変化
量を測定し、この平均変化量を第１所定値と比較する。
このスタンドオフの変化を記憶する。更に、本発明は、
スタンドオフ量の平均変化量と第１所定値との比較に応
じて、電極及びこの電極を包囲するノズルのうちの少な
くとも一方が交換を必要とするか否かの表示を行う。換
言すれば、電極及びこの電極を包囲するノズルのうちの
少なくとも一方とワークピースとの間の距離の平均変化
量が第１所定値を越えた場合、本発明は、電極又は包囲
するノズルのいずれかを交換するべきことを表示する。
この表示に応じて電極又はこの電極を包囲するノズルを
取り替える。
【００１１】更に、本発明は、スタンドオフ量の平均変
化と第１所定値との比較に応じてプラズマアークトーチ
の動作の補正を行うことによって、電極又はノズルの不
必要な取り替えを回避することができる。換言すれば、
本発明は、電極及びこの電極を包囲するノズルのうちの
少なくとも一方とワークピースとの間の距離の平均変化
量が第１所定値よりも大きくなった場合、プラズマアー
クトーチの補正を行う。このような補正は、電極又はノ
ズルの不必要な取り替えを回避することによってノズル
又は電極の寿命を伸ばす。
【００１２】本発明による方法及び装置は、実施する補
正回数を測定し、この補正回数を第２所定値と比較し、
比較ステップに応じて、即ち、補正回数が第２所定値を
越えた場合に、電極及びこの電極を包囲するノズルのう
ちの少なくとも一方を交換することが必要であることを
表示する。プラズマアークトーチに対する補正として
は、プラズマアークトーチのアーク基準セットポイント
の変更、プラズマアークトーチの移動速度の変更、前記
プラズマアークトーチの電源の平均電流の変更、プラズ
マアークトーチのプラズマ供給ガス又は切削水の流量変
更がある。
【００１３】電極又はこの電極を包囲するノズルのうち
の少なくとも一方の磨耗を検出する方法及び装置は、上
述の距離の変化を記憶し、上述の第２所定値比較手段に
応じて電極及びこの電極を包囲するノズルのうちの少な
くとも一方を交換することが必要なことを表示する。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、図面につき本発明の好適な
実施の形態を説明する。しかし、本発明は、当業者であ
れば請求の範囲において他の多くの異なる実施例も可能
であり、以下に説明する実施の形態に限定されるもので
はない。以下、同一の参照符号を同一の素子に対して使
用して説明する。
【００１５】図１は本発明によるプラズマアークトーチ
（以下、本明細書中場合によっては「トーチ」と略称す
る）１０を示す。このトーチ１０は、ノズル組立体１２
と、長手方向軸線を画定する管状電極１４とを有する。
【００１６】本発明が適用できる上述の素子を実装する
多数の異なるプラズマアークトーチが存在する。これら
のトーチは慣用的かつ周知であるため、このようなトー
チを以下には説明しない。同様に、プラズマアークトー
チ用の多数の異なるタイプの電源があり、これらの電源
は慣用的かつ周知であるため以下に説明しない。最後
に、プラズマアークトーチをワークピースに対して取り
付けたり、移動させたりする異なるタイプの機構も周知
であり、本明細書中では説明しない。プラズマアーク切
削装置の例としては、米国特許第５，２９０，９９５号
に記載のものがあることを参考までに付記する。
【００１７】図２に示すように、本発明によるプラズマ
アークトーチ１０はコントローラ又はマイクロプロセッ
サを使用する制御装置１１を有し、この制御装置１１に
よってワークピース１３に対するトーチ１０の移動を制
御する。制御装置１１は更に電源２１からプラズマアー
クトーチ１０への電力供給をも制御する。電力が供給さ
れるとき、プラズマアーク１６はトーチ１０とワークピ
ース１３との間に生じてワークピース１３を切削した
り、マーク付けを行う。
【００１８】本発明によれば、変換器（トランスデュー
サ）を使用する第１測定手段１８により、電極１４及び
この電極を包囲するノズル組立体１２のうちの少なくと
も一方と、動作中プラズマアークトーチ１０により切削
しているワークピース１３との間の距離即ち、スタンド
オフ量を測定する。第２測定手段２０により、第１測定
手段１８によって測定された電極１４及びワークピース
１３間又は包囲ノズル１２とワークピース１３間の距離
の平均変化量を測定する。第２測定手段２０によって測
定されたスタンドオフ量の平均変化量を第１所定値と比
較する比較手段２２を設ける。
【００１９】本発明は、更に、プラズマアークトーチ１
０の動作中、電極１４とワークピース１３との間又は電
極を包囲するノズル１２とワークピース１３との間の距
離の変化を記憶する記憶手段２４を設ける。電極１４又
はこの電極を包囲するノズル１２のいずれかは比較手段
２２に応答して交換することが必要であることを表示す
る第１表示手段２６を設ける。この第１表示手段２６
は、電極１４とワークピース１３との間の距離又は包囲
ノズル１２とワークピース１３との間の距離の平均変化
量が第２測定手段２０によって測定され、第１所定値を
越えるか又は所定ウィンドウの外側にあるかのいずれか
であるときに動作するようにする。
【００２０】本発明によれば、表示手段２６に応答して
電極１４又はこの電極を包囲するノズル１２のいずれか
の取り替えを制御する取り替え手段２８を設ける。更
に、本発明によれば、比較手段２２に応答して電極１４
とワークピース１３との間の平均変化量又は包囲ノズル
１２とワークピース１３との間の平均変化量が所定値を
越える場合、又は所定ウィンドウの外側にある場合にプ
ラズマアークトーチ１０の動作を補正する補正手段３０
を設ける。
【００２１】更に、本発明によれば補正回数が第２所定
値を越える場合に表示を行う第２表示手段３２を設け
る。第２表示手段３２に応答して取り替え手段２８によ
り電極１４又はこの電極を包囲するノズル１２のいずれ
かの取り替えを制御する。
【００２２】次に図３につき説明すると、この図３はプ
ラズマアークトーチの電極及びこの電極を包囲するノズ
ルの少なくとも一方の磨耗を検出するための本発明によ
る動作のフローチャートを示す。上述したように、本発
明による制御装置１１はコントローラ又はマイクロプロ
セッサを使用し、ワークピース１３に対するトーチ１０
の移動を制御する。この制御を行うため、制御装置１１
はステップ３４で自動高さ制御をスタートし、ステップ
３６でトーチがワークピースに接触するまでリフトを下
降させる処理を行う。次に、ステップ３８でリフトを逆
方向に移動させてトーチを初期高さセットポイントまで
後退させる。この初期高さセットポイントはステップ３
９において制御装置１１に記憶させる。トーチを後退さ
せる距離はステップ４０でエンコーダ又はリニアトラン
スデューサによって測定する。
【００２３】ステップ４２でプラズマアークトーチを点
火し、短い遅延時間後にアーク電圧の安定化が可能にな
り、ステップ４４で電圧高さ制御を動作させる。ステッ
プ４６でトーチリフトによりトーチを選択した切削高さ
に位置決めする。この選択した切削高さは、ステップ４
５において制御装置１１に記憶しておくもので、プラズ
マアークトーチのアーク電圧に対応する。この後、いか
なるリフト位置の変化もステップ４８において制御装置
１１によって検出され、メモリ（図２参照）に記憶され
る。ステップ４８で認識されたリフト位置の変化に応答
して、ステップ５０でトーチ高さの変化をバッファに記
憶する。リフト位置の変化を認識及び記憶するこの処理
は、ステップ５２で示すプラズマアークトーチの特定の
スタート回数だけ継続する。スタート回数はステップ５
１において予め測定されており、このスタート回数の変
化を記憶する。
【００２４】プラズマアークトーチの所定のスタート回
数に達したとき、ステップ５４においてトーチ高さデー
タの変化の平均をとる。次にステップ５６において、こ
の平均をウィンドウ内の容認できる値と比較する。ウィ
ンドウ内の容認できる値はステップ５７において予め測
定される。この比較に基づいて、ステップ５８におい
て、装置は、平均が所定の容認できる値のウィンドウの
内か外かを判定する。平均が所定の容認できる値のウィ
ンドウ内にない場合、ステップ６０においてアーク電圧
を変更してプラズマアークトーチのリフト位置を容認で
きるウィンドウの限界内に戻すようにする。ステップ５
９において、アーク電圧が変化する量を所定の補償増分
を規定する。ステップ６２において、アーク電圧の各変
化をカウントして記憶する。プラズマアークトーチの移
動速度の変更、プラズマアークトーチの電源の平均電流
の変更、プラズマ供給ガス又はプラズマアークトーチの
切削水の流量変化を含む他の変化も容認できるウィンド
ウの限界内にリフト位置を戻すことになる。
【００２５】変更によってプラズマアークトーチのリフ
ト位置を容認できる限界内に戻した後、ステップ６４に
おいて新たなモニタシーケンス（逐次）制御を開始す
る。プラズマアークトーチのリフト位置が規定回数調整
された後、ステップ６６で補正限界に達する。アーク電
圧に対する容認できる補正の所定回数はステップ６７で
予め規定される。ステップ６６で容認される所定の補正
回数に達した後、ステップ６８でプラズマアークトーチ
のオペレータにエラーメッセージを送り、電極１４又は
この電極を包囲するノズル１２のいずれかを交換するこ
とが必要であることを表示する。次にステップ７０で電
極１４又は包囲ノズル１２が変化したかどうかの確認の
ための参照を行う。このような確認を行った後、ステッ
プ７２で新たなモニタシーケンスを開始し、上述の処理
を完了する。
【００２６】上述したところは、本発明の好適な実施の
形態を示したに過ぎず、請求の範囲において当業者であ
れば、容易に種々の変更を加えることができるであろ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマアークトーチの断面図で
ある。
【図２】プラズマアークトーチの電極及びこの電極を包
囲するノズルの少なくとも一方の磨耗を効率よく検出す
るための本発明による装置のブロック図である。
【図３】プラズマアークトーチの電極及びこの電極を包
囲するノズルの少なくとも一方の磨耗を効率よく検出す
るための本発明による方法のフローチャートの前半部分
である。
【図４】プラズマアークトーチの電極及びこの電極を包
囲するノズルの少なくとも一方の磨耗を効率よく検出す
るための本発明による方法のフローチャートの後半部分
である。
【符号の説明】
10 プラズマアークトーチ 11 制御装置 12 ノズル組立体 13 ワークピース 14 管状電極 16 プラズマアーク 18 第１測定手段 20 第２測定手段 21 電源 22 比較手段 24 記憶手段 26 第１表示手段 28 交換手段 30 補正手段 32 第２表示手段

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマアークトーチの動作中、プラズ
    マアークトーチの電極及びこの電極を包囲するノズルの
    少なくとも一方の磨耗を検出する方法において、 前記電極及び前記包囲ノズルのうちの少なくとも一方と
    プラズマアークトーチによって切削しているワークピー
    スとの間の距離をプラズマアークトーチの作動中に測定
    する距離測定ステップと、 前記電極及び前記包囲ノズルのうちの少なくとも一方と
    ワークピースとの間の距離の平均変化量をプラズマアー
    クトーチの作動中に測定する距離平均変化量測定ステッ
    プと、 前記電極及び前記包囲ノズルのうちの少なくとも一方と
    ワークピースとの間の距離の平均変化量を第１所定値と
    比較する比較ステップとよりなることを特徴とするプラ
    ズマアークトーチの電極又はノズルの少なくとも一方の
    磨耗検出方法。
  2. 【請求項２】 前記電極及び前記包囲ノズルのうちの少
    なくとも一方とワークピースとの間の距離を、プラズマ
    アークトーチの作動中に記憶手段に記憶する記憶ステッ
    プを更に設けた請求項１記載のプラズマアークトーチの
    電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗検出方法。
  3. 【請求項３】 前記比較ステップに応答して、前記電極
    及び前記包囲ノズルのうちの少なくとも一方とワークピ
    ースとの間の距離の平均変化量が前記第１所定値を越え
    た場合に、前記電極及び前記包囲ノズルのうちの少なく
    とも一方を交換する必要があることを表示する表示ステ
    ップと、 前記表示ステップに応答して前記電極及び前記包囲ノズ
    ルのうちの少なくとも一方を取り替える取り替えステッ
    プとを更に有する請求項１記載のプラズマアークトーチ
    の電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗検出方法。
  4. 【請求項４】 更に、 前記比較ステップに応答して、前記電極及び前記包囲ノ
    ズルのうちの少なくとも一方とワークピースとの間の距
    離の平均変化量が前記第１所定値より大きくなった場合
    に、前記プラズマアークトーチの動作を補正する補正ス
    テップと、 補正されるステップの回数を測定する回数測定ステップ
    と、 前記補正回数を第２所定値と比較する第２所定値比較ス
    テップと、 前記第２所定値比較ステップに応答して前記補正回数が
    前記第２所定値を越えた場合に前記電極及び前記包囲ノ
    ズルのうちの少なくとも一方を交換する必要があること
    を表示する第２所定値表示ステップと、 前記第２所定値表示ステップに応答して前記電極及び前
    記包囲ノズルのうちの少なくとも一方を取り替える取り
    替えステップと、 電極及びこの電極を包囲するノズルのうちの少なくとも
    一方を取り替えた後に補正の回数をゼロにセットするゼ
    ロセットステップとを行う請求項１記載のプラズマアー
    クトーチの電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗検出
    方法。
  5. 【請求項５】 前記補正ステップは、プラズマアークト
    ーチのアーク基準セットポイントを変更するステップ、
    プラズマアークトーチの移動速度を変更するステップ、
    前記プラズマアークトーチの電源の平均電流を変更する
    ステップ、プラズマアークトーチのプラズマ供給ガス又
    は切削水の流量を変更するステップのうちの少なくとも
    一つのステップを含む請求項４記載のプラズマアークト
    ーチの電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗検出方
    法。
  6. 【請求項６】 プラズマアークトーチの動作中、プラズ
    マアークトーチの電極及びこの電極を包囲するノズルの
    少なくとも一方の磨耗を検出する装置において、前記電
    極及び前記包囲ノズルのうちの少なくとも一方とプラズ
    マアークトーチによって切削しているワークピースとの
    間の距離をプラズマアークトーチの作動中に測定する第
    １測定手段と、 前記電極及びこの電極を包囲するノズルのうちの少なく
    とも一方とワークピースとの間の距離の平均変化量をプ
    ラズマアークトーチの作動中に測定する第２測定手段
    と、 前記電極及び前記包囲ノズルのうちの少なくとも一方と
    ワークピースとの間の距離の平均変化量を第１所定値と
    比較する比較手段とを具えたことを特徴とするプラズマ
    アークトーチの電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗
    検出装置。
  7. 【請求項７】 更に、前記電極及びこの電極を包囲する
    ノズルのうちの少なくとも一方とワークピースとの間の
    距離の平均変化量をプラズマアークトーチの作動中に記
    憶する記憶手段と、 前記比較手段に応答して前記電極及びこの電極を包囲す
    るノズルのうちの少なくとも一方を交換することが必要
    なことを表示する表示手段であって、前記電極及び前記
    包囲ノズルのうちの少なくとも一方とワークピースとの
    間の距離の平均変化量が前記第１所定値を越えたとき動
    作する表示手段と、及び前記表示手段に応答して前記電
    極及び前記包囲ノズルのうちの少なくとも一方を取り替
    えを制御する取り替え手段とを具えた請求項６記載のプ
    ラズマアークトーチの電極又はノズルの少なくとも一方
    の磨耗検出装置。
  8. 【請求項８】 前記比較手段に応答して前記電極及びこ
    の電極を包囲するノズルのうちの少なくとも一方と前記
    ワークピースとの間の距離の平均変化量が第１所定値を
    越えたとき前記プラズマアークトーチの動作を補正する
    補正手段と、 前記補正手段によって行われる補正の回数を第２所定値
    と比較する第２所定値比較手段と、 前記第２所定値比較手段に応答して前記補正の回数が前
    記第２所定値を越えた場合に前記電極及びこの電極を包
    囲するノズルのうちの少なくとも一方を交換することが
    必要なことを表示する第２表示手段と、 前記第２表示手段に応答して前記電極及びこの電極を包
    囲するノズルのうちの少なくとも一方の取り替えを制御
    する取り替え手段であって、前記第２表示手段に応答し
    て前記電極及びこの電極を包囲するノズルのうちの少な
    くとも一方を取り替えた後に前記補正手段により行われ
    る補正の回数をゼロにセットする取り替え手段とを更に
    具えた請求項６記載のプラズマアークトーチの電極又は
    ノズルの少なくとも一方の磨耗検出装置。
  9. 【請求項９】 前記補正手段は、プラズマアークトーチ
    のアーク基準セットポイントを変更する手段、プラズマ
    アークトーチの移動速度を変更する手段、前記プラズマ
    アークトーチの電源の平均電流を変更する手段、プラズ
    マアークトーチのプラズマ供給ガス又は切削水の流量を
    変更する手段のうちの少なくとも一つの手段を含む請求
    項４記載のプラズマアークトーチの電極又はノズルの少
    なくとも一方の磨耗検出装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１測定手段はトランスデューサ
    によって構成した請求項６記載のプラズマアークトーチ
    の電極又はノズルの少なくとも一方の磨耗検出装置。
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