JPH03297577A - プラズマ加工機のスタンドオフ制御方法 - Google Patents

プラズマ加工機のスタンドオフ制御方法

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JPH03297577A
JPH03297577A JP10233090A JP10233090A JPH03297577A JP H03297577 A JPH03297577 A JP H03297577A JP 10233090 A JP10233090 A JP 10233090A JP 10233090 A JP10233090 A JP 10233090A JP H03297577 A JPH03297577 A JP H03297577A
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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、電極と被切断材との間にプラズマアークを発
生させて被切断材を切断するプラズマ切断機のトーチと
被切断材との距離を制御するスタンドオフ制御方法に関
する。
〔従来の技術〕
プラズマ切断機は、電極の周囲にノズルを設け、作動ガ
スの流路を形成するとともに、電極の先端前方において
電極と被切断材との間に発生させたプラズマを絞り、プ
ラズマを高温にするとともに、プラズマアークの大きさ
を一定にして良好な切断面形状が得られるようにしてい
る。ところが、電極とノズルとからなるトーチと被切断
材との間隔が変動するよ、プラズマアークが持続できな
かったり、プラズマアークの大きさが変化して良好な切
断形状を得ることができない。このため、プラズマ切断
機においては、トーチと被切断材との間隔(スタンドオ
フ)を一定に保持して良好な切断を行うことができるよ
うにしている。
スタンドオフを制御する場合、電極またはノズルと被切
断材との間の電圧(アーク電圧)がスタンドオフと比例
する関係にあることが知られており、しばしばこれを利
用して電極と被切断材との間の電圧、またはノズルと被
切断材との間の電圧を検出し、これらの電圧を一定の値
に保持することがしばしば行われる(例えば、特開昭5
7−195582号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記した従来のアーク電圧を検出してスタンド
オフを一定に保持する方法は、検出したアーク電圧の%
 fj%電圧に対する偏差の大きさに対応させてトーチ
の変位量を変化させるだけであるため、偏差が大きい場
合に予め定めたスタンドオフにするのに時間がかかり、
応答遅れか生して充分な切断精度を得ることができない
。また、偏差が異常に大きくなった場合には、スタンド
オフ制御を行う回路とは異なる異常電圧検出回路により
検知し、アークをオフするようにしており、切断作業の
能率を低下させる。しかも、従来は、偏差電圧が負側に
の大きく振れた場合には、トーチが下降し始めるととも
に、異常電圧検出回路によってアークがオフされて偏差
が正に変わるため、トーチの下降が継続してトーチが被
切断材と衝突し、トーチや被切断材を損傷させる危険が
ある。
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、設定値にに対するスタンドオフのずれを迅速
に修正することができるプラズマ切断機のスタンドオフ
制御方法を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
一ヒ記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマ
切断機のスタンドオフ制御方法は、電極または電極周囲
のノズルと被切断材との間の電圧を検出し、この電圧に
基づいてトーチと前記被切断材との距離を予め定めた値
に制御するプラズマ切断機のスタンドオフ制御方法にお
いて、前記電極またはノズルと被切断材との間の電圧を
検出して基準電圧に対する偏差を求め、この偏差の大き
さに応じて前記トーチの昇降速度を大きくすることを特
徴としている。
1・−チの昇降速度は、電極または電極周囲のノズルと
被切断材との間の電圧の基準電圧に対する偏差が、予め
定めた第1の値の範囲内のときには零とし、かつ偏差が
第1の値の範囲を超えたときには、トーチの昇降速度を
直線的に増大させるとともに、偏差が予め定めた第2の
値以上のときには、1・−チの昇降速度をより大きな割
合をもって直線的に増大させるようにすることができる
。また、偏差が予め定めた第3の値を超えたときには、
1−−チを高速上昇させるようにするとよい。
〔作用〕
上記の如く構成した本発明は、電極または電極周囲のノ
ズルと被切断材との間の電圧を基準電圧と比較し、両者
の差の大きさに応じてトーチの昇降速度を大きくするた
め、トーチを所定のスタンドオフの位置に迅速に戻すこ
とができ、被切断材の切断を良好に、精度よく行うこと
ができる。
偏差が予め定めた第1の値の範囲内にある場合には、ト
ーチを昇降させないようにすると、より切断精度を良好
にすることができる。すなわち、スタンドオフの微小な
変動に対しても調整を行うようにすると、トーチが常に
上下動し、かえって切断面がギザギザとなって良好な切
断を行うことができない。そこで、スタンドオフの変動
が一定の範囲内にある場合、すなわち偏差が予め定めた
範囲内(不感帯)にある場合には、スタンドオフの調整
を行わず、良好な切断面形状が得られるようにする。
偏差が不感帯を超えた場合には、トーチ昇降速度を偏差
の大きさに比例させて大きくし、トーチを迅速に所定の
スタンドオフ位置に戻せるようにしている。また、偏差
が予め定めた第2の値を超えた場合には、トーチの昇降
速度の偏差に対する比例させる割合をより大きくし、で
きるだけ早くトーチを所定のスタンドオフになるように
し、良好な切断を行えるようにしている。しかも、偏差
が小さくなるにつれてトーチの昇降速度が小さくなるた
め、トーチのオーバシュートイを避けることができる。
なお、偏差が予め定めた第3の値を超えた場合には、プ
ラズマ切断機に異常が生じたものとしてトーチを高速上
昇させ、トーチが被切断材に接触することが防止してい
る。
〔実施例] 本発明のプラズマ切断機のスタンドオフ制御方法の好ま
しい実施例を、添付図面に従って詳説する。
第2図は、本発明のスタンドオフ制御方法を実施例する
装置の一例を示すブロック図である。
第2図において、トランスファアーク型のプラズマ切断
機ロボットのトーチ10は、電極12の周囲に図示しな
い作動ガスの流路を形成するノズル14が配置しである
。そして、電極12は、直流型ateを介してノズル1
4と被切断材18とに電気的に接続され、ノズル14と
の間にパイロットアークを発生するとともに、被切断材
18との間にメインプラズマアーク20を発生ずるよう
になっている。一方、ノズル14は、下端部が狭く絞ら
れており、プラズマアーク20を絞って高温プラズマが
得られるようにしである。
また、電極12とノズル14とのそれぞれと被切断材1
8とは、電圧検出器24.26に接続しである。この電
圧検出器24は、電極12と被切断材18との間の電圧
(アーク電圧)を検出し、検出電圧e、を詳細を後述す
るスタンドオフ補正演算器28に入力する。そして、電
圧検出器26は、ノズル14と被切断材18との間の電
圧(アーク電圧)を検出し、検出電圧e2をスタンドオ
フ補正演算器28に入力する。
スタンドオフ補正演算器28は、人力してきた検出電圧
el  e2からトーチの昇降方向、昇降速度、昇降量
等の補正量を求め、出力側に接続しである制御装置30
に入力する。制御装置30は、スタンドオフ補正演算器
28からの制御量に基づき、ロボットのトーチ10を昇
降させる昇降装置32を駆動してトーチ1oを昇降させ
、トーチ10と被切断材18との間隔が所定のスタンド
オフH0となるようにする。
スタンドオフ補正演算器28は、第3図に示したように
、電極消耗・スタンドオフ検出器34と基準電圧演算設
定器36と、これらの信号が入力する偏差演算器37と
、この偏差演算器37が出力した偏差に基づいて、トー
チ10を昇降させる補正量を求める補正量演算器38と
からなっている。
電極消耗・スタンドオフ検出器34は、電圧検出器24
.26が出力する検出電圧el、eZを受けて後述する
ように電極12の消耗量を求め、消耗量に応じた電極消
耗信号を図示しない表示装置等に出力するとともに、実
際のスタンドオフ量Hを求めてそれに応じたスタンドオ
フ信号EHを減算器37に出力する。また、基準電圧演
算設定器36は、被切断材18の板厚、材質、ノズル径
、目標スタンドオフH0、切断速度データに基づいた基
準電圧E。を偏差演算器37に出力する。
補正量演算器38は、第1図に示したようなテーブルを
有し、偏差演算器37が出力するスタンドオフ信号E、
の基準電圧E。に対する偏差ΔEに基づいて、トーチ1
0をスタンドオフHoに戻すための、偏差ΔEに応じた
大きさの補正電圧ΔE 11を制御装置30に出力する
。すなわち、補正量演算器38が有するテーブルは、予
め定めた第1の偏差の範囲±ΔE、においでは、補正信
号を出力せず、偏差ΔEが+ΔElと+ΔE2との間に
あると、偏差が大きくなるに従いトーチ10の上昇速度
を大きくするような補正電圧へEuを出力し、偏差ΔE
が −ΔE、と一ΔE2との間にあると、偏差が大きく
なるに従いトーチ10の下降速度を大きくするような補
正電圧−ΔE、を出力するようになっている。さらに、
テーブルは、偏差ΔEが±ΔE2を超えると、偏差の大
きさに応じたトーチ10の上昇または下降速度の変化の
割合をより大きくした補正電圧を出力する。そして、偏
差へEが予め定めた第3の値±ΔE3を超0 えると、装置ムこ異常が生したものとして、1−−チ1
0を急、速に上昇させるようになっている。
上記の如く構成した装置によるプラズマ切断機のスタン
ドオフ制御方法1よ次の如くして行われる。
アーク電圧eば、スタンドオフHの値によって変化し、
スタンドオフ11との間に、第4回のような比例関係が
ある。そして、設定するスタンドオフH、ば、被切断材
18の材質、厚さ、トーチ10のノズル14の径、切断
速度■によって定まる。
そこで、スタンドオフ補正演算器28の基準電圧演算設
定器3Gは、被切断材IEIの材質、厚さ、l・−チ1
0のノズル14の径、目標スタンドオフI]。等が図示
しないキーボードや操作パネル等から入力されると、標
準切断速度■。(例えば、1m / s )に対するア
ーク電圧e。を次の(1)式により演算し、これを基準
電圧E。とじて減算器37に出力する・ c o = (Ks++Ksz (I(o +Kt >
 l XK)1(1) ただし、ここにKSI、KS2、Kt、Kuは、被切断
材18の材質や厚さによって予め実験等により求められ
、第5図に示したように、テーブルとして補正量演算器
38内に格納しである。
なお、基準電圧演算設定器36は、内部に被切断材18
の材質、板厚、ノズル径、切断速度の各値によって定ま
るスタンドオフに対応した第4図のようなテーブルを格
納しておき、被切断材18の材質やノズル径などと設定
スタンドオフH8とが操作パネル等によって与えられた
ときに、被切断材18の材質やノズル径の値などに対応
したテーブルを選択し、入力されたスタンドオフHoに
よって定まる基準電圧E。を出力するようにしてもよい
制御装置30には、被切断材18を切断する形状、切断
速度等の切断プログラムが与えられており、電極12−
被切断材18間がアーク電圧e。
となる位置までロボッI−の昇降装置32を介してトー
チ10を下陣させ、切断を開始する。
一方、電圧検出器24.26は、切断が開始されると、
10ms等の所定時間毎に電極12−被切断材18間検
出電圧c1と1・−チ1〇−被切断材18間検出電圧e
2とを検出し、スタンドオフ補正演算器28の電極消耗
・スタンドオフ検出器34に入力する。
ところで、電圧検出器24.26が検出したアーク電圧
el、e2ば、スタンドオフ■]。を一定に保持したと
しても、電極が消耗することにより、第6図のように変
化する。そこで、電極消耗・スタンドオフ検出器34は
、次の(2)式から電極消耗成分Epと、(3)式によ
りスタンドオフ成分Esを演算し、これらの式から求め
た電極12の消耗量を求め、消耗量に応じた電極消耗信
号を図示しない表示装置等に出力して表示させる。
E p = a e l+ b e 2 −−−−−−
−−−(2)E s = a ’ e 、 十b ’ 
e z  −−−−−−−−(3]そして、電圧検出器
24は、検出した検出電圧e1に、第6図に示した電極
12の消耗による電圧の上昇分を除去したスタンドオフ
信号E、を偏差演算器37に出力する。
基準電圧演算設定器36には、トーチ10が切断を開始
すると、図示しない切断速度検出器が検出した切断速度
、または制御装置30から切断速度データ(切断速度■
)が人力してくる。そして、基準電圧演算設定器36は
、切断速度■が入力してくると、切断速度Vに応じてア
ーク電圧C0を補正して基準電圧E。とじて出力する。
すなわち、アーク電圧eは、切断速度■との間に第7図
のような関係を有しており、切断速度Vが大きくなると
低下し、切断速度■が小さくなると上屑する。このため
、トーチ10が設定スタンドオフH6に保持されている
としても、切断速度Vが変化するよ、偏差演算器37が
出力する偏差が大きくなり、補正量演算器38がトーチ
10を昇降させるための補正信号を出力し、トーチ10
がスタンドオフH,からずれ、切断形状を悪化させる。
そこで、基準電圧演算設定器36は、被切断材18の材
質、板厚、ノズル径、スタンドオフH、の各稙に対応し
て格納しである第7図のテーブルから、スタンドオフH
8に対応して求められたアーク電圧eの切断速度■の変
化に対する補正4 電圧ΔeVを求め、基準電圧E。を E、””e、±Δev   −=−−−−−−(4)の
ように演算して偏差演算器37に出力する。すなわち、
切断速度が基準より遅くなった場合に、eoから電圧の
上昇分Δeνを減算した値を基準電圧E。とじて出力し
、切断速度が基準より速くなった場合に、eoに電圧の
低下分Δevを加えた値を基準電圧E0として出力する
。ただし、切断速度■がある値、例えば2 m / s
を超えた場合には、補正量Δevが一定となる。なお、
この切断速度Vによる基準電圧E0の補正は、次の演算
によって行ってもよい。
0〈V≦Kv2のとき、 Eo =eo  I’(Vlx (v  1 )  ’
−”−’−”−−−−(5)V>Kv□のとき、 EO=eo −KVIX (Kvz−1)  −一−−
−−−(6)ここに、Kv、、Kv□は、第5図に示し
た補正係数である。
偏差演算器37は、電極消耗・スタンドオフ検出器34
が出力したスタンドオフ信号EHの基準電圧E。に対す
る偏差ΔEを求め、補正量演算器38に出力する。すな
わち、偏差演算器37は、トーチ10のスタンドオフ量
が設定値H8より大きくなって、スタンドオフ信号E、
が基準電圧E。より大きな場合には、スタンドオフ信号
E、の大きさに応した正の偏差+八Eを出力し、逆の場
合には負の偏差−ΔEを出力する。
補正量演算器38は、第1図に示したテーブルに基づい
て、入力してきた偏差へEに対応してトーチ10をスタ
ンドオフH6に急速に戻すための補正電圧へE□を制御
装置30に出力する。そして、制御装置30は、補正電
圧ΔEllを受けると、トーチ10の昇降速度とトーチ
10の昇降量とを求め、昇降装置32を駆動してΔE 
I+に応した速度でトーチ10昇降させ、昇降設定スタ
ンドオフH0に戻す。
このように、実施例においては、電極12−被切断材1
8間の検出電圧e、の基準電圧Eoに対する偏差へEの
大きさに応じてトーチ10の昇降速度を大きくするため
、トーチ10が設定スタンドオフH6からずれた場合に
、速やかにスタンドオフH,に戻され、良好な切断を行
うことができる。しかも、偏差へEの小さい部分に補正
信号を出力しない不惑帯を設けているため、設定スタン
ドオフH8近辺におけるトーチ10の不安定な変動を防
止でき、切断面を良好にすることができる。
さらに、実施例においては、電極12の消耗によるアー
ク電圧の変化と、切断速度■の変化にたいするアーク電
圧の変化とを補正しているため、より良好な切断を行う
ことができる。また、トーチ10の昇降速度の変化の割
合を、偏差ΔEの小さな部分で小さくしているため、ト
ーチ10のオーバーシュートを防(ことができる。
なお、前記実施例においては、アーク電圧として電極1
2−被切断材18間検出電圧e、を用いてスタンドオフ
H6を制御する場合について説明したが、ノズル14−
被切断材18間の検出電圧e2を利用してスタンドオフ
H8の制御を行ってもよい。
第8図は、他の実施例を説明するフローチャー 7 トである。
スタンドオフ補正演算器28の基準電圧演算設定器36
には、第3図の破線に示したように、電圧検出器24.
26による検出電圧else2が入力するようになって
いる。そして、基準電圧演算設定器36は、入力してき
た検出電圧e、または検出電圧e2に基づいて基準電圧
E。を求めるようになっている。
すなわち、制御装置30は、切断開始の命令が与えられ
ると、トーチ10を被切断材18から所定の高さまで下
條させる(第4図ステップ50)。
トーチ10が下降して所定の高さに達するとリミットス
イッチ(図示せず)と作動しくステップ52)、トーチ
10が所定の高さに達したことが検知される。その後、
制御装置30は、トーチ10の下降速度を落としてトー
チ10をピアス高さにし、ピシングをする(ステップ5
4.56)。そして、制御装置30は、ピアシングが終
了すると、トーチ10をさらに下降させ、切断高さにし
て切断を開始する(ステップ58.60)。
8 この切断高さ、すなわち設定スタンドオフH8は、前記
したように被切断材18の材質、厚さ、1〜−チ10の
ノズル14の径等によって異なり、予め実験などによっ
て求めた値がキーボードや操作パネル等から制御装置3
0に与えである。
トーチ10がスタンドオフ■]。に保たれて切断が開始
されると、電圧検出器24.26は、所定の時間(例え
は、0.1秒毎)に電圧を検出し、検出電圧e、  e
2を基準電圧演算設定器36と電極消耗・スタンドオフ
検出器34とに入力する。
基準電圧演算設定器36は、電圧検出器24.26から
入力してくる最初の数個(例えば3個)の検出電圧e、
または検出電圧C2を読み込め(ステップ62)、これ
らの平均値を求めて基準電圧Eoとして出力する(ステ
ップ64)。
そして、基準電圧演算設定器36は、切断が進行するに
伴い、前記した切断速度■の変化に対する補正をした基
準電圧E。を出力する(ステップ68)。一方、電極消
耗・スタンドオフ検出器34は、前記したと同様に、電
極12の消耗による補正をしたスタンドオフ信号EHを
偏差演算器37に出力する。以下、前記実施例と同様に
して切断を行い、切断が終了すると、トーチ10を上昇
させる(ステップ゛1O172)。
このように、切断開始時のアーク電圧を基準電圧E。と
すると、電極の消耗による影響を除去できるとともに、
基準電圧E。の設定が容易となる。
なお、前記実施例においては、I・ランスファアク型の
プラズマ切断機について説明したが、プラズマ切断機は
ノン1−ランスファアーク型のであってもよい。また、
前記実施例においては、プラズマ切断機について説明し
たが、プラズマ溶接機についても適用することができる
。そして、前記実施例においては、補正量演算器38の
有するテブルが、原点を中心とした点対称である場合に
ついて説明したが、点対称にする必要はなく、特に−八
E3の絶対値は→−ΔE3の絶対値より小さくして、ト
ーチ10が被切断+J’ ]、 8に接触するのを確実
に防止することが望ましい。そして、第1図に示したテ
ーブルの±ΔE1、±ΔE 2 、±ΔE3および各線
分の傾斜は、実験等により適宜に決定することができる
〔発明の効果1 以上に説明したように、本発明によれば、電極または電
極周囲のノズルと被切断材との間の電圧を基準電圧と比
較し、両者の差の大きさに応してトーチの昇降速度を大
きくするため、トーチを所定のスタンドオフの位置に迅
速に戻すことができ、スタンドオフのずれを迅速に修正
することができて、被切断材の切断を良好に、精度よく
行うことができる。
また、偏差が予め定めた第1の値の範囲内にある場合に
は、トーチを昇降させないようにすると、より切断精度
を良好にすることができる。すなわち、スタンドオフの
微小な変動に対しても調整を行うようにすると、トーチ
が常に上下動し、かえって切断面がギザギザとなって良
好な切断を行うことができない。そこで、スタンドオフ
の変動が一定の範囲内にある場合、すなわち偏差が予め
定めた範囲内(不感帯)にある場合には、スタンド1 オフの調整を行わず、良好な切断面形状が得られるよう
にする。
偏差が不感帯を超えた場合には、1・−チ昇降速度を偏
差の大きさに比例させて大きくし、トーチを迅速に所定
のスタンドオフ位置に戻せるようにしている。また、偏
差が予め定めた第2の値を超えた場合には、トーチの昇
降速度の偏差に対する比例させる割合をより大きくし、
できるだけ早くトーチを所定のスタンドオフになるよう
にし、良好な切断を行えるようにしている。しかも、偏
差が小さくなるにつれてトーチの昇降速度が小さくなる
ため、I・−チのオーバシコ、−1−イを避けることが
できる。なお、偏差が予め定めた第3の値を超えた場合
には、プラズマ切断機に異常が生したものとしてトーチ
を高速上昇させ、ているため、トーチが被切断材に接触
することが防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係るプラズマ切断機のスタン
ドオフ制御方法を説明する偏差とトーチの昇降速度との
関係を示す図、第2図は実施例の2 方法を実施するプラズマ切断装置のブロック図、第3図
は前記装置のスタンドオフ補正演算器の詳細説明図、第
4図はスタンドオフ量とアーク電圧との関係を示す図、
第5図はスタンドオフ補正演算器の基準電圧演算設定器
がアーク電圧を演算するためのテーブルの一例を示す図
、第6回は電極の消耗度とアーク電圧との関係を示す図
、第7図は切断速度とアーク電圧との関係を示す図、第
8図は基準電圧を設定する方法の他の実施例を説明する
フローチャートである。 10−−−−)−チ、12−−一電極、14 −−−−
−ツスル、18−−−−−被切断材、20−・−プラズ
マアーム24.26−=−電圧検出器、28−・−スタ
ンドオフ補正演算器、30−−−−一制御装置、32−
−−−m−昇降装置、34−−−−−一電極消耗・スタ
ンドオフ検出器、36−−−−−−基準電圧演算設定器
、38 −−−−一補正量演算器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極または電極周囲のノズルと被切断材との間の
    電圧を検出し、この電圧に基づいてトーチと前記被切断
    材との距離を予め定めた値に制御するプラズマ切断機の
    スタンドオフ制御方法において、前記電極またはノズル
    と被切断材との間の電圧を検出して基準電圧に対する偏
    差を求め、この偏差の大きさに応じて前記トーチの昇降
    速度を大きくすることを特徴とするプラズマ切断機のス
    タンドオフ制御方法。
  2. (2)前記トーチの昇降速度は、前記偏差が予め定めた
    第1の値の範囲内のときには零とし、かつ前記偏差が前
    記第1の値の範囲を超えたときには、前記トーチの昇降
    速度を直線的に増大させるとともに、前記偏差が予め定
    めた第2の値以上のときには、前記トーチの昇降速度を
    より大きな割合をもって直線的に増大させることを特徴
    とする請求項1に記載のプラズマ切断機のスタンドオフ
    制御方法。
  3. (3)前記偏差が予め定めた第3の値を超えたときには
    、前記トーチを高速上昇させることを特徴とする請求項
    2に記載のプラズマ切断機のスタンドオフ制御方法。
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