JPH0578373U - プラズマ加工機のスタンドオフ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工速度変化時でも、最適スタンドオフを維
持し得るプラズマ加工機のスタンドオフ制御装置の提
供。 【構成】 予め自動又は手動にて記憶してなる目標アー
ク電圧Ｖ₀ を別途入力した加工速度Ｆで補正し、さらに
別途入力したアーク電圧Ｖが前記速度補正済み目標アー
ク電圧Ｖ_0(F)に一致するようにトーチ１をワーク方向へ
移動させることにより、最適スタンドオフｈ₀ を維持さ
せるマイコン４を備えてなるプラズマ加工機のスタンド
オフ制御装置において、該マイコン４は、加工速度Ｆの
変化時、加速か、減速か又は等速かを判別し、その各々
に対し、別途記憶してなるそれぞれの遅れ時間Δｔの
後、前記速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を作動させ
る構成とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はプラズマ加工機のスタンドオフ制御装置に係わり、殊に、加工速度変 化時でも、最適スタンドオフを維持し得るプラズマ加工機のスタンドオフ制御装 置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

スタンドオフとは、プラズマ加工時のトーチとワークとの離間距離であるが、 このスタンドオフを最適値に維持することが、加工品質の向上の目安となってい る。そこで従来のプラズマ加工機のスタンドオフ制御装置を述べると、大略次の 通りとなる。

【０００３】 「一定加工速度Ｆにおいて、スタンドオフｈがアーク電圧Ｖに比例すること」 から、該アーク電圧Ｖを監視することにより、最適スタンドオフｈ₀ を維持しよ うとする技術が知られている（例えば、ＤＥ２７０６２３２参照）。しかるに、 かかるスタンドオフ固定式では、精度や生産性等の理由により、ある加工部位に ついて、加工速度Ｆを変化させて加工したいときには対応できないという不都合 がある。即ち、ＸＹテーブル等の２次元加工機ではその支障も少ないが、加工速 度範囲がさらに広い３次元加工機では基本的に対応できないのが実情である。

【０００４】 そこで、上記問題点を解決するため、本出願人は先に、上記技術に対し、図５ に示す「アーク電圧Ｖが切断速度Ｆに略反比例すること」を加味し、アーク電圧 Ｖと加工速度Ｆとを監視することにより、最適スタンドオフｈ₀ を維持すること を提案している（特願平３−１１０７９０号参照）。これはスタンドオフ速度補 正式（仮称）と言える。

【０００５】 このスタンドオフ速度補正式における目標アーク電圧Ｖ₀ の速度補正を図５を 参照して大略説明する。同図は、異なるスタンドオフｈ₁ 〜ｈ₅ （ｈ₁ ＜ｈ₅ ） についての加工速度Ｆと、アーク電圧Ｖとの実測特性グラフである。同図に示す とおり、各スタンドオフｈ₁ 〜ｈ₅ は、加工速度Ｆが早くなるに従い、略反比例 してアーク電圧Ｖが降下する。これは、切断速度Ｆが早くなるに従い、ワークの 主陽極点がトーチ側へ近づくためである。例えば、当初設定の最適スタンドオフ ｈ₁ において、このときの基準切断速度をＦ_L 、目標アーク電圧をＶ_L とすると 、切断速度が早くなり、切断速度がＦ_H となったとき、アーク電圧も低下する（ Ｖ_L →Ｖ_H ）。ところが、目標アーク電圧Ｖ_L は固定値であるため、これらが比 較されてＶ_H ＜Ｖ_L となるため、トーチが上昇し（ｈ₁ →ｈ₃ ）、最適スタンド オフｈ₁ を維持できなくなる。そこで、この特性に基づき、入力した切断速度Ｆ で当初の目標アーク電圧Ｖ₀ を補正することにより、即ち、スタンドオフｈ₁ か つ切断速度Ｆ_H 時における新たな目標アーク電圧Ｖ_H に補正することにより、切 断速度Ｆが変化しても、該最適スタンドオフｈ₁ を維持するようにしている。

【０００６】 従って上記スタンドオフ速度補正式では、加工速度変化前後の定常加工速度が 等速であるとき、各速度で得られる加工品質は極めて良好となる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかるに、上記スタンドオフ速度補正式であっても、加工速度変化時、即ち、 変化開始時、変化中及び変化終了時は、加工機の動作遅れやプラズマアークの応 答遅れ等により、アーク電圧Ｖが不安定となり、最適スタンドオフｈ₀ を維持す ることが困難となる。この加工速度変化時間は一般的に僅かであるが、それでも この間の加工品質は低下するのが実情である。

【０００８】 本考案は、上記従来技術の問題点に着目し、例え加工速度変化時でも、最適ス タンドオフを維持し得るプラズマ加工機のスタンドオフ制御装置を提供すること を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案に係わるプラズマ加工機のスタンドオフ制御 装置は、図１を参照して説明すれば、予め自動又は手動にて記憶してなる目標ア ーク電圧Ｖ₀ を別途入力した加工速度Ｆで補正し、さらに別途入力したアーク電 圧Ｖが前記速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)に一致するようにトーチ１をワー ク方向へ移動させることにより、最適スタンドオフｈ₀ を維持させるマイコン４ を備えてなるプラズマ加工機のスタンドオフ制御装置において、該マイコン４は 、加工速度Ｆの変化時、加速か、減速か又は等速かを判別し、その各々に対し、 別途記憶してなるそれぞれの遅れ時間Δｔの後、前記速度補正済み目標アーク電 圧Ｖ_0(F)を作動させる構成とした。

【００１０】

【作用】

加工速度変化時でも、最適スタンドオフｈ₀ を一定に維持するには、アーク電 圧Ｖを安定化させればよく、またこのようにするためには、該アーク電圧Ｖが加 工機の動作遅れやプラズマアークの応答遅れ等に応答しないようにすればよい。 そこで、上記構成は、マイコン４に、加工速度変化時における加速、減速又は等 速を判断させ、その程度に応じた遅れ時間Δｔを予め記憶している。各遅れ時間 Δｔは、加工機の動作遅れやプラズマアークの応答遅れ等をカバーする時間に設 定されるため、マイコン４が、加工速度Ｆの変化時に、加速か、減速か又は等速 かを判別すると、その程度に応じた遅れ時間Δｔを抽出し、当該遅れ時間Δｔの 経過後、速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を作動させるため、アーク電圧Ｖは 加工機の動作遅れやプラズマアークの応答遅れ等の影響を受けなくなり、最適ス タンドオフｈ₀ を維持できるようになる。

【００１１】

【実施例】

本考案の好適な実施例を図１〜図４を参照して以下説明する。尚、実施例は、 図２の３次元駆動のプラズマ切断ロボット及び図３のプラズマ切断制御の全体フ ローチャートに対して適用した例であるため、実施例の説明を挟みつつ、これら ロボット５及びフローチャートの全体も説明する。

【００１２】 ロボット５は、図２に示すとおり、基台５１上の旋回装置５２と、その上のブ ーム５３と、この先端でピン結合された油圧アクチュエータ５４で俯仰するアー ム５５と、この先端に結合されたハンド５６と、ロボットコントローラ５７とか ら大略構成される。トーチ１はハンド５６に装着され、その下方に排煙シュータ ６を配置し、その上部の剣山６１上にトーチ１と対向してワーク２が設置してあ る。

【００１３】 プラズマ切断は、電源４１により、トーチ電極（−）とワーク２（＋）との間 にアーク電圧Ｖを発生させ、トーチ先端のノズルに別途送給された作動ガスをプ ラズマアーク３に変え、このアーク３と、該アーク３を取囲むように別途送給さ れた動作ガスとを該ワーク２の切断線上に噴出することにより、ワーク２を溶融 飛散して行われる。

【００１４】 かかる構成のプラズマ切断機において、図１に示すように、マイコン４はロボ ットコントローラ５７と、スタンドオフコントローラ４２とを含んで構成される 。スタンドオフコントローラ４２は、最適スタンドオフｈ₀ において、加工開始 直前の安定した切断速度Ｆとアーク電圧Ｖとをロボットコントローラ５７から入 力して、基準切断速度Ｆ₀ と、この基準切断速度Ｆ₀ と最適スタンドオフｈ₀ と における目標アーク電圧Ｖ₀ とを自動設定する。尚、基準切断速度Ｆ₀ と目標ア ーク電圧Ｖ₀ とは手動設定でもよい。

【００１５】 加工開始後、スタンドオフコントローラ４２は加工速度Ｆをロボットコントロ ーラ５７から周期的に入力し、個々に応じて目標アーク電圧Ｖ₀ を補正し、速度 補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)としている。尚、本例では、スタンドオフコント ローラ４２はロボットコントローラ５７から切断速度Ｆやアーク電圧Ｖを入力し ているが、速度センサや電圧計を別途備えてそこから入力してもよい。

【００１６】 またスタンドオフコントローラ４２は、入力した加工速度Ｆから速度変化を演 算し、加速か、減速か又は等速かを判別するように構成されている。そして、加 速、減速又は等速毎にそれぞれ適切な遅れ時間Δｔ（Δｔ₁ 、Δｔ₂ ・・・・Δｔ_n ）を予め記憶しており、その加速、減速又は等速の程度により、この遅れ時間Δ ｔを読出し、当該遅れ時間Δｔの後、速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を作動 させるように構成されている。

【００１７】 説明を分かり易くするため、以下、図３に示される上記説明を含んだ全体制御 のフローチャートを参照して説明する。尚、以下の説明には部分的に上記説明済 みの点と重複する箇所もあるが、削除せず説明する。

【００１８】 同図のフローチャートにおいて、実施例はＳ６〜Ｓ９に相当するが、Ｓ１から Ｓ１６まで順を追って説明する。先ずロボットコントローラ５７は、別途入力さ れた切断指令に基づき（Ｓ１）、トーチ１をワーク２から最適スタンドオフｈ₀ に位置させる（Ｓ２）。

【００１９】 次に、スタンドオフコントローラ４２は切断開始直前の安定した切断速度Ｆと アーク電圧Ｖとをロボットコントローラ５７から入力し、基準切断速度Ｆ₀ と、 この基準切断速度Ｆ₀ 及び最適スタンドオフｈ₀ における目標アーク電圧Ｖ₀ と を自動設定し、切断開始をロボットコントローラ５７に指示する（Ｓ３）。尚、 これら基準切断速度Ｆ₀ や目標アーク電圧Ｖ₀ の設定のための詳細説明は、本考 案に直接関係しないため、省略する。また例えば切断開始前にはピアッシング操 作等も加わる場合もあるが、これも、本考案に直接関係しないため、省略する。

【００２０】 次にスタンドオフコントローラ４２は、ロボットコントローラ５７から切断速 度Ｆを入力し（Ｓ４）、これを基に目標アーク電圧Ｖ₀ を速度補正して目標アー ク電圧Ｖ_0(F)を設定する（Ｓ５）。

【００２１】 ところで、例えば切断がコーナ等に差し掛かると、先ず減速し、次に加速する ことになるが、かかる速度変化時において、加速か、等速か又は減速かを判断す る（Ｓ６）。この判断は、今回入力した切断速度Ｆと前回入力し記憶した切断速 度Ｆ_-1との大小比較によって行い、Ｆ＞Ｆ_-1ならば加速、Ｆ＝Ｆ_-1ならば等速、 又はＦ＜Ｆ_-1ならば減速としている。

【００２２】 そこで、加速ならば、当該加速に応じた遅れ時間Δｔ₁ を読み出し（Ｓ８ａ） 、等速ならば、これに応じた遅れ時間Δｔ₃ を読み出し（Ｓ８ｂ）又は減速なら ば、これに応じた遅れ時間Δｔ₂ を読み出し（Ｓ８ｃ）、これら遅れ時間Δｔ₁ 、Δｔ₂ 、Δｔ₁ が経過するまで速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を作動させ ないようにしている（Ｓ９）。

【００２３】 上記読み出される遅れ時間Δｔ（Δｔ₁ 、Δｔ₂ 、Δｔ₃ ）は、基本的には加 工機の動作遅れやプラズマアークの応答遅れを考慮して予め設定されスタンドオ フコントローラ４２に記憶させておいたものである。別言すれば、ワーク材質、 切断速度、スタンドオフ、アーク電圧、その他を考慮し、経験的に複数個又はリ ニア関数的に適宜設定した値である。特殊な例として、Δｔ₁ ＝Δｔ₂ ＝Δｔ₃ の場合も考慮すれば、原則的に、遅れ時間Δｔは少なくとも１個準備すればよい 場合もある。

【００２４】 例えば、同図は、上述した等速時の遅れ時間Δｔ₃ の記載のなく、２個の遅れ 時間Δｔ₁ 、Δｔ₂ だけで処理した例であるが、これは次の如く構成による。等 速である場合は、元から等速である場合と、加速後に等速になった場合と、減速 後に等速になった場合との３通りがある。さらに大別すれば、元から等速である 場合と、変化後に等速である場合との２通りとなる。そこで同図では、元から等 速である場合は勿論遅れ時間Δｔを設けないが、変化後に等速である場合は、変 化（加速又は減速）のために設定した遅れ時間Δｔ₁ 、Δｔ₂ がそれぞれ経過す るまで速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を作動させないようにしやものである 。その他、図示しないが、この変化後の等速である場合は、例えば該スタンドオ フコントローラ４２の制御周期Δｔ₀ を前記遅れ時間Δｔ₁ 、Δｔ₂ に替えても よく、その他各種設定方法がある。

【００２５】 次にアーク電圧Ｖを入力し（Ｓ１０）、これと速度補正済み目標アーク電圧Ｖ _0(F) とを比較し、スタンドオフを変化Δｈさせることになる。同図では、アーク 電圧Ｖと速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)との偏差（Δｅ＝Ｖ_0(F(t-Δ_t)）を 演算し、Δｅ＞０ならば、当該Δｅに応じたスタンドオフΔｈだけトーチを遠ざ け（Ｓ１３ａ）、Δｅ＝０ならば、該スタンドオフｈ（即ち、ｈ₀ ）を維持し（ Ｓ１３ｂ）又はΔｅ＜０ならば、当該Δｅに応じたスタンドオフΔｈだけトーチ を近づけるようにしている（Ｓ１３ｃ）。尚、上記Ｖ_0(F(t-Δ_t)は、本実施例で あるＳ６〜Ｓ９の過程を経た速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を意味して区分 した。

【００２６】 以上のＳ４からＳ１３までは、切断が終了するまで該スタンドオフコントロー ラの制御周期に基づきループするものであり、切断が終了すると（Ｓ１４）、ロ ボットコントローラ５７に対してプラズマ停止及びトーチの離間動作等を指令し て、終了するようになっている（Ｓ１６）。

【００２７】 以下図４は従来技術と上記実施例との実験比較グラフであるが、同図を用いて 本実施例の効果を説明する。同図は、スタンドオフを一定に保ち（即ち、トーチ 高さを固定し）、切断速度のみ変化させた状態での実測特性値を、従来技術であ るスタンドオフ固定式の特性（範囲Ａ）と、同じく従来技術であるスタンドオフ 速度補正式の特性（範囲Ｂ）と、本実施例の実験特性（範囲Ｃ）とを順次並べた ものである。

【００２８】 各特性グラフは上から順に、トーチ補正信号Δｈ、アーク電圧Ｖ、切断速度補 正ΔＦ及び切断速度Ｆの有無又は入出力の状態を示す。ところでスタンドオフを 一定に保ったのであるから、スタンドオフ固定式は別としても、スタンドオフ速 度補正式と、上記実施例とはトーチ補正信号Δｈが発生してはならない（即ち、 各トーチ補正信号Δｈの特性グラフはフラットであるべきである）。詳しくは次 の通りである。

【００２９】 スタンドオフ固定式（範囲Ａ）は、加速時（ａ１〜ａ２）も、減速時（ａ３〜 ａ４）も、さらに等速域に移った後も、トーチ補正信号Δｈ１、Δｈ２が顕著に 現れてしまう。これは、スタンドオフ固定式が速度補正も遅れ時間補正もなされ ていないためによる当然の結果である。かかるトーチ補正信号Δｈ１、Δｈ２を 無くすためのスタンドオフ速度補正式が本出願人によって先に提案された訳であ るが、このスタンドオフ速度補正式（範囲Ｂ）でも、加速時（ｂ１〜ｂ２）も、 減速時（ｂ３〜ｂ４）も、さらに等速域に移った後も、上記Δｈ１、Δｈ２より も小さくなってはいるものの、トーチ補正信号Δｈ３、Δｈ４が現れている。こ の信号Δｈ３、Δｈ４を無くすのが本願の目的であるが、範囲Ｃに示す通り、本 実施例によれば、さらに遅れ時間補正Δｔも施してあるため、加速時（ｃ１〜ｃ ２）も、減速時（ｃ３〜ｃ４）も、さらに等速域に移った後も、トーチ補正信号 Δｈの発生が大幅に抑制され、ほぼフラットな状態となっている。遅れ時間補正 Δｔをより適切に選べば、さらにフラットな状態となり得ることに疑う余地はな い。尚、全区間におけるトーチ補正信号Δｈの振動は、該ロボット５の振動によ るノイズに起因するものと考えられ、ロボット５の振動抑制や演算回路等への電 磁波遮断等により、この振動もより低減させられると考える。

【００３０】 即ち、上記実施例によれば、例え３次元ロボット等に適用しても、最適スタン ドオフｈ₀ を確実に維持でき、優良なる加工品質を提供できるプラズマ加工機の スタンドオフ制御装置となり得ることができた。

【００３１】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案に係わるプラズマ加工機のスタンドオフ制御装置 によれば、スタンドオフ速度補正式のプラズマ加工機のスタンドオフ制御装置に 対し、マイコン４が、加工速度Ｆの変化時、加速か、減速か又は等速かを判別し 、その各々に対し、別途記憶してなるそれぞれの遅れ時間Δｔの後、前記速度補 正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を作動させる構成としたため、加工速度変化時でも 、最適スタンドオフを維持し得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例なるプラズマ加工機のスタン
ドオフ制御装置の全体ブロック図である。

【図２】実施例を搭載したプラズマ切断ロボットの概念
図である。

【図３】本考案の一実施例を含むプラズマ加工機の全体
制御フローチャートである。

【図４】プラズマ加工機のスタンドオフ制御装置におい
て、遅れ時間が設定されている本考案と、設定されてい
ない従来技術との比較特性グラフである。

【図５】スタンドオフｈ₁ 〜ｈ₅ 毎の加工速度Ｆとアー
ク電圧Ｖの関係特性グラフである。

【符号の説明】

１ トーチ ４ マイコン Ｆ 加工速度 ｈ₀ 最適スタンドオフ Δｔ 遅れ時間 Ｖ アーク電圧 Ｖ₀ 目標アーク電圧 Ｖ_0(F) 速度補正済み目標アーク電圧

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め自動又は手動にて記憶してなる目標
   アーク電圧Ｖ₀ を別途入力した加工速度Ｆで補正し、さ
   らに別途入力したアーク電圧Ｖが前記速度補正済み目標
   アーク電圧Ｖ_0(F)に一致するようにトーチ１をワーク方
   向へ移動させることにより、最適スタンドオフｈ₀ を維
   持させるマイコン４を備えてなるプラズマ加工機のスタ
   ンドオフ制御装置において、該マイコン４は、加工速度
   Ｆの変化時、加速か、減速か又は等速かを判別し、その
   各々に対し、別途記憶してなるそれぞれの遅れ時間Δｔ
   の後、前記速度補正済み目標アーク電圧Ｖ_0(F)を作動さ
   せる構成を特徴とするプラズマ加工機のスタンドオフ制
   御装置。