JPH11226741A - トーチの初期高さ設定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマトーチやレーザートーチ等のトーチを
用いて被加工材に対する切断或いは溶接等の加工を開始
するに際し、被加工材に発生しているうねりや変形、ト
ーチとセンサーとの離隔距離の如何に関わらず、トーチ
の初期高さを正確に設定する。 【解決手段】昇降モーター２を駆動して昇降ブラケット
４を下降させ、該昇降ブラケット４に上下方向のガイド
部材５（ガイドブラケット５ｂ）に取り付けられ、バネ
７によって下方に付勢されたトーチ１の先端を被加工材
Ｂに接触させる。トーチ１が被加工材Ｂに接触して停止
し、昇降ブラケット４が引き続き下降するため、両者の
間に相対的な移動が生じる。この移動をセンサー８によ
って検出して昇降モーター２を停止させ、その後、昇降
ブラケット４を予め設定された高さに上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工材に対する
加工を開始するに際し、トーチの被加工材の表面からの
初期高さを正確に設定し得るようにしたトーチの初期高
さ設定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマトーチやレーザートーチ或いは
ガストーチを選択的に用いて鋼板等の鉄系金属やアルミ
ニウム等の非鉄金属、或いは合板やアクリル板等の非金
属等から選択された被加工材に対する切断加工や溶接加
工等の加工を実施する加工法が実用化されている。

【０００３】このような加工法の代表的なものとして熱
切断がある。例えば、プラズマトーチを用いて鋼板に対
する型切断を行う場合について説明すると、先ず、プラ
ズマトーチを鋼板上の加工開始位置に設定し、該位置で
鋼板に対し厚さ方向に貫通した孔を形成するピアシング
を行い、この孔を起点として一連の型切断が実施され
る。

【０００４】上記の如き加工を実施する場合、トーチの
性能を充分に発揮させると共に加工の品質を保持するた
めに、トーチの被加工材の表面からの高さを略一定に維
持することが重要である。しかし、加工中にはトーチか
ら超高温のプラズマアークや高エネルギー密度を持った
レーザー光或いは高い温度のガス火炎が噴射されるた
め、被加工材の表面からトーチの先端の距離を計測して
制御することは極めて困難である。このため、トーチの
高さを設定するために種々の方式が提案され、且つ採用
されている。

【０００５】トーチの高さを設定するための代表的な装
置は、図５に示すように、トーチ51を中心として所定距
離離隔させた周辺に複数の距離検出用のセンサー52を配
置し、これらのセンサー52によって検出した被加工材53
の表面からセンサー52までの高さを予め設定された値に
なるように昇降制御することで、トーチ51の高さを設定
し得るように構成されている。即ち、センサー52の高さ
を制御することで間接的にトーチ51の高さを制御するも
のである。そしてこの装置によって加工開始時に於ける
トーチ51の初期高さも設定している。

【０００６】またトーチと鋼板の間に数Ｖ程度の低電圧
を印加した状態でトーチを鋼板に向けて接近させ、トー
チが鋼板に接触するのに伴って電圧が０Ｖになったこと
を検出してトーチを停止させると共に予め設定された距
離まで離隔させることで、トーチの初期高さを設定する
方法も提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記トーチの初期高さ
設定装置では、トーチの高さを設定するためのセンサー
がトーチを中心として周辺に複数配置される。前記セン
サーは、トーチが稼働している際に、プラズマアークや
レーザー光或いは火炎の影響を受けることのない距離だ
け離隔した位置に配置されるため、トーチとセンサーと
の距離は大きい値となる。従って、例えば目的の加工が
型切断であるような場合、ピアシングを行う際にトーチ
を被加工材の端縁近傍に移動させたとき、一部のセンサ
ーが被加工材の端部から外れて正確な高さを設定し得な
いという問題がある。

【０００８】また鋼板等の被加工材では、被加工材は真
正の平板でなく、微妙なうねりを有することが多い。更
に、端縁近傍の表面が曲面状になって下向きにダレてい
たり、上向きに尖っていることがある。このような場
合、被加工材の表面からトーチの先端までの高さと、被
加工材の表面からセンサーまでの高さに差が生じるとい
う問題がある。特に、トーチがプラズマトーチやレーザ
ートーチである場合、仕様上、被加工材の表面からトー
チの先端までの高さが小さく、該高さに僅かな変化があ
ってもピアシング性能に大きな影響を及ぼすことにな
る。

【０００９】また上記高さ設定方法では、トーチと鋼板
を接触させて両者の間に通電することが必須であるた
め、被加工材として導電性を有する材料に限定され、例
えば合板や合成樹脂等の被加工材に適用することが出来
ないという問題がある。また例え鋼板であっても、表面
に防錆を目的とした樹脂塗料が塗布されたものや黒皮
（酸化皮膜）を除去していないものでは通電性が阻害さ
れ、トーチが接触したことを検出し得ないという問題が
ある。更に、プラズマトーチではトーチの先端を電気的
に絶縁することが多いため、同様にトーチが鋼板に接触
したことを検出し得ないという問題がある。そしてトー
チが鋼板に接触したことを検出し得ない場合、トーチに
は鋼板に接近させるための力が作用するため、該トーチ
が破損するという問題が派生する。

【００１０】本発明の目的は、被加工材に対して加工を
開始する際に、トーチの初期高さを正確に設定すること
が出来る設定装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るトーチの初期高さ設定装置は、被加工材
の表面からトーチの先端までの初期高さを設定するトー
チの初期高さ設定装置であって、トーチを昇降させるト
ーチ昇降手段と、トーチの先端が被加工材の表面に接触
したことを検出する検出手段と、トーチ昇降手段を駆動
してトーチを下降させ、前記検出手段がトーチの先端が
被加工材の表面に接触したことを検出したとき、トーチ
昇降手段の駆動を停止してトーチの下降を停止すると共
にトーチ昇降手段を再駆動してトーチを予め設定された
高さに上昇させるように制御する制御手段とを有して構
成されるものである。

【００１２】上記トーチの初期高さ設定装置では、トー
チ昇降手段によってトーチを下降させることで、該トー
チを被加工材の表面に接近させることが出来る。そして
トーチが被加工材の表面に接触したことを検出手段によ
って検出し、この検出信号に基づいてトーチを予め設定
された高さに上昇させるように昇降手段を制御すること
で、トーチの被加工材の表面からの高さ（以下、「トー
チ高さ」或いは「トーチの高さ」という）を設定するこ
とが出来る。

【００１３】上記トーチの初期高さ設定装置に於いて、
トーチが、トーチの上下方向の移動を案内する案内部材
と、トーチを下方に付勢する付勢部材とを介して前記昇
降手段に取り付けられることが好ましい。

【００１４】トーチの初期高さ設定装置をこのように構
成することによって、トーチが被加工材の表面に接触し
たとき、衝撃を発生することなくトーチを案内部材に沿
って上方に移動させることが可能となり、該トーチが損
傷を受けることを防止することが出来る。またトーチが
付勢部材によって下方に付勢されるため、昇降手段の作
動に伴ってトーチが上昇したとき、該トーチは案内部材
に沿って確実に下降しトーチ高さの精度を維持すること
が出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、上記トーチの初期高さ設定
装置の好ましい実施形態を図により説明する。図１は高
さ設定装置をプラズマ切断装置に装着した構成を説明す
る側面図、図２は高さ設定装置の要部を説明する図、図
３は制御系のブロック図、図４はプラズマ切断装置の全
体構成を説明する斜視図である。

【００１６】本実施例に係るトーチの初期高さ設定装置
（以下、「高さ設定装置」という）Ａは、プラズマトー
チやレーザートーチ或いはガストーチを選択的に用いて
構成した加工装置に於いて、切断や溶接等の目的の加工
を開始するに際し、前記トーチ１の先端の被加工材Ｂの
表面からの初期高さを設定するものであり、被加工材Ｂ
に発生する虞のある曲がりや局部的な変形の有無に関わ
らずトーチ１の高さを正確に設定し得るように構成した
ものである。

【００１７】上記の如く、高さ設定装置Ａは切断装置や
溶接装置或いは溶射装置等の加工装置に適用することが
可能であり、且つトーチ１も目的の加工や被加工材の材
質等に応じてプラズマトーチ、レーザートーチ、ガスト
ーチ等が採用される。しかし、これらの全てについて説
明することは煩雑であるため、代表して、高さ設定装置
Ａを装着したプラズマ切断装置Ｃについて説明する。

【００１８】図４に示すように、プラズマ切断装置Ｃ
は、平行に敷設された一対のレール21に沿って走行する
走行フレーム22を有している。この走行フレーム22は、
レール21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てサドル22ａに固着された
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
高さ設定装置Ａが構成されている。

【００１９】サドル22ａには走行モーター24が配置され
ており、該走行モーター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する。
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、該横行モーター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する。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、横行キャリ
ッジ23に設けたトーチ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。

【００２０】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の回転制御やトーチ１の稼働制御を行う数値
制御装置（ＮＣ装置）が内蔵されると共に、高さ設定装
置Ａの制御を行う制御部が内蔵されている。

【００２１】上記の如く構成されたプラズマ切断装置Ｃ
では、被加工材Ｂに対して切断すべき図形情報や、被加
工材Ａの材質や厚さに対応した切断速度の情報、及び他
の必要な情報を操作盤26のＮＣ装置に入力し、その後、
各モーター24、25を駆動してトーチ１を移動させて所定
の切断開始点に到達させ、更に、該位置で切断作業を開
始させると、予め設定されたプログラムに従ってピアシ
ングを行い、このピアシング位置を起点として一連の切
断を実行することが可能である。

【００２２】次に、高さ設定装置Ａの構成について図１
〜図３により説明する。

【００２３】高さ設定装置Ａ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には昇降手段を構
成する昇降モーター２と、該昇降モーター２によって駆
動される例えばボールネジ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３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４が設けられてい
る。昇降モーター２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４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。

【００２４】昇降ブラケット４には上下方向の案内部材
となるガイド部材５が設けられている。このガイド部材
５は、上下方向に設けたガイドレール５ａと、該ガイド
レール５ａに沿って上下するガイドブラケット５ｂとか
らなり、該ガイドブラケット５ｂにトーチ１を取り付け
たホルダー６が固定されている。

【００２５】また昇降ブラケット４の所定位置（トーチ
１側から見てガイドレール５ａの右側）には付勢部材と
なるバネ７が設けられており、ホルダー６は該バネ７に
よって下方に付勢されている。

【００２６】更に、昇降ブラケット４の所定位置（トー
チ１側から見てガイドレール５ａの左側）には、検出手
段を構成するセンサー８が設けられている。このセンサ
ー８は、トーチ１が被加工材Ｂの表面に接触していない
場合には非検出状態となり、トーチ１が被加工材Ｂの表
面に接触し、トーチ１（ホルダー６）が昇降ブラケット
４に対し相対的に上昇したとき検出状態となって信号を
発生する。

【００２７】センサー８としては、マイクロスイッチ等
の接触式センサー、或いは近接スイッチや光センサー等
の非接触式センサーを用いることが可能である。本実施
例では、センサー８としてマイクロスイッチを用いてお
り、ホルダー６にセンサー８のアクチュエーターと接触
するドッグ８ａを設けている。

【００２８】また昇降ガイド３に沿ってセンサー９ａ〜
９ｃが配置されている。これらのセンサー９ａ〜９ｃ
は、昇降ガイド３に沿って昇降する昇降ブラケット４を
検出して固有の信号を発生するものであり、センサー９
ａは昇降ブラケット４が上昇限に到達したことを検出
し、センサー９ｂは昇降ブラケット４が下降限に到達し
たことを検出し、センサー９ｃは昇降ブラケット４が昇
降速度を変更すべき高さに到達したことを検出するもの
である。

【００２９】次に、高さ設定装置Ａの制御系について図
３により説明する。図に於いて、11は制御部であり、予
め設定されたトーチ１の高さの値を記憶し、各センサー
８、９ａ〜９ｃからの信号が伝達されたとき、夫々の信
号に対応して昇降モーター２の駆動を制御する。

【００３０】12はキーボード等の入力装置であり、トー
チ１の初期高さの値を入力し、或いは前記値を変更する
際に新たな値を入力するものである。入力装置12から入
力されたデータは、インターフェース13を介して制御部
11に伝達される。

【００３１】次に、上記の如く構成された高さ設定装置
Ａによるトーチ１の初期高さを設定する手順について説
明する。尚、トーチ１は既に切断を開始すべき位置に到
達しているものとする。

【００３２】先ず、昇降モーター２を駆動して昇降ブラ
ケット４を上昇させ、該昇降ブラケット４がセンサー９
ａに接触して上昇限に到達したことを検出して停止させ
る。この状態では、トーチ１は被加工材Ｂに接触してい
ない。従って、トーチ１の自重がホルダー６に作用して
該ホルダー６（ガイドブラケット５ｂ）はガイドレール
５ａの下降限に位置する。このため、ドッグ８ａはセン
サー８から離隔しており、該センサー８から信号が発生
することがない。

【００３３】ついで、昇降モーター２を駆動して昇降ブ
ラケット４を下降させる。昇降ブラケット４を上昇限か
ら下降させる場合、昇降ブラケット４がセンサー９ｃに
接触するまでの間は高速運転し、昇降ブラケット４がセ
ンサー９ｃによって検出され、該センサー９ｃからの信
号が発生したとき、昇降モーター２の回転数を低減させ
て低速運転し、昇降ブラケット４を低速で下降させる。

【００３４】昇降ブラケット４の下降に伴ってトーチ１
が被加工材Ｂの表面に接触したとき、トーチ１は被加工
材Ｂに規制されて停止する。この間、昇降ブラケット４
は引き続き下降するため、ホルダー６は昇降ブラケット
４に対し相対的に上昇する。そしてドッグ８ａがセンサ
ー８と接触したとき、該センサー８から信号が発生して
制御部11に伝達され、トーチ１が被加工材Ｂと接触した
ことを認識する。

【００３５】センサー８からの信号が制御部11に伝達さ
れると、この信号に基づいて昇降モーター２が停止し、
直ちに逆回転して昇降ブラケット４を上昇させる。この
回転数は昇降モーター２のエンコーダーからのパルスに
よって演算され、予め設定された値と一致したとき、昇
降モーター２が停止する。このとき、トーチ１は被加工
材Ｂの表面から予め設定された高さに位置する。即ち、
トーチ１の初期高さが設定される。

【００３６】尚、昇降ブラケット４がセンサー９ｂによ
って検出されたとき、該センサー９ｂの信号に基づいて
昇降モーター２は直ちに停止する。

【００３７】上記の如く、トーチ１の先端が被加工材Ｂ
の表面に接触したとき、ホルダー６と昇降ブラケット４
が相対的に移動する。このため、トーチ１に衝撃が作用
することがなく、該トーチ１が損傷することがない。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
高さ設定装置では、トーチを直接被加工材の表面に接触
させるのにも関わらず、接触時に発生する虞のある衝撃
を吸収してトーチの損傷を防止して正確な高さを設定す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】高さ設定装置をプラズマ切断装置に装着した構
成を説明する側面図である。

【図２】高さ設定装置の要部を説明する図である。

【図３】制御系のブロック図である。

【図４】プラズマ切断装置の全体構成を説明する斜視図
である。

【図５】通常の高さ設定装置に於けるトーチとセンサー
の位置関係を示す図である。

【符号の説明】

Ａ 高さ設定装置 Ｂ 被加工材 Ｃ プラズマ切断装置 １ トーチ 21 レール 22 走行フレーム 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 ２ 昇降モーター ３ 昇降ガイド ４ 昇降ブラケット ５ ガイド部材 ５ａ ガイドレール ５ｂ ガイドブラケット ６ ホルダー ７ バネ ８ センサー ８ａ ドッグ ９ａ〜９ｃ センサー 11 制御部 12 入力装置 13 インターフェース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 26/06 Ｂ２３Ｋ 26/06 Ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工材の表面からトーチの先端までの
   初期高さを設定するトーチの初期高さ設定装置であっ
   て、トーチを昇降させるトーチ昇降手段と、トーチの先
   端が被加工材の表面に接触したことを検出する検出手段
   と、トーチ昇降手段を駆動してトーチを下降させ、前記
   検出手段がトーチの先端が被加工材の表面に接触したこ
   とを検出したとき、トーチ昇降手段の駆動を停止してト
   ーチの下降を停止すると共にトーチ昇降手段を再駆動し
   てトーチを予め設定された高さに上昇させるように制御
   する制御手段と、を有することを特徴とするトーチの初
   期高さ設定装置。
2. 【請求項２】 前記トーチが、トーチの上下方向の移動
   を案内する案内部材と、トーチを下方に付勢する付勢部
   材とを介して前記昇降手段に取り付けられることを特徴
   とする請求項１に記載したトーチの初期高さ設定装置。