JPH0631455A - プラズマ切断機のトーチ高さ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ切断機のトーチの被切断材の表面か
らの高さを切断軌跡の形状の変化に拘らず正確に制御す
ることができるようにする。 【構成】 トーチ高さを検出するハイトセンサとして静
電容量式ハイトセンサ１と、アーク電圧検出式ハイトセ
ンサ２を有し、上記静電容量式ハイトセンサ１の検出結
果に基づいてトーチ高さを制御する状態と、上記アーク
電圧検出式ハイトセンサ２の検出結果に基づいて上記ト
ーチ高さを制御する状態との間で状態切換を為し得るよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ切断機のトー
チ高さ制御装置、特にプラズマ切断機のトーチの被切断
材の表面からの高さを切断軌跡の形状の変化に拘らず正
確に制御することのできるプラズマ切断機のトーチ高さ
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄板等を切断する切断機として電極と鉄
板等の被切断材との間にプラズマアークを発生させて切
断を行うプラズマ切断機がある。このようなプラズマ切
断機は、良好な切断を行うには、被切断材との間でプラ
ズマアークを発生する電極のあるトーチの被切断材の表
面に対しての高さ、即ちトーチ高さを適切な高さに保つ
ことが不可欠である。そして、それは、従来アーク電圧
検出式ハイトセンサによりトーチ高さを検出し、そのト
ーチ高さ検出値とトーチ高さ基準値と比較し、その差に
基づいてトーチ高さをその差がなくなるように駆動する
ことにより行われていた。

【０００３】ところで、アーク電圧検出式ハイトセンサ
は、トーチの電極と被切断材との間の電圧、即ちアーク
電圧がトーチ高さと略比例することからそのアーク電圧
を測定することによりトーチ高さを検出するものである
（特開平３−２９７５７６号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アーク電圧
検出式ハイトセンサでトーチ高さを検出し、その検出結
果に基づいてトーチ高さを基準トーチ高さになるように
駆動するトーチ高さ制御装置には下記の問題があった。
即ち、アーク電圧はトーチ高さに比例するが、切断速度
による影響も受け、切断速度が遅くなるとアーク電圧が
高くなるという性質がある。そして、切断速度は常に一
定にすることが許されない場合がある。というのは、図
３（Ａ）に示すように切断軌跡が真直ぐだったり、図３
（Ｂ）に示すように切断軌跡が曲ったりすると適正な切
断速度も変化する。尚、図３においてａは被切断材、ｂ
はトーチ、ｃは切断軌跡、ｄはアーク、ｈはトーチ高さ
である。

【０００５】そして、図３（Ａ）に示すように切断軌跡
が真直ぐな場合よりも図３（Ｂ）に示すように切断軌跡
が曲っている場合の方が切断速度を遅くしなければなら
ない。従って、若し、真直ぐに切断して来たトーチが切
断軌跡の曲ったところにさしかかり切断速度を低下させ
たとすると、トーチ高さに変化がないのにアーク電圧が
高くなる。すると、トーチ高さ制御系はアーク電圧が高
くなった分トーチ高さを低めようと作動し、その結果、
トーチ高さが適正値よりも低くなり、その状態で曲った
部分の切断が為されることとなり、切断条件が狂うの
で、切断面がきれいにならなくなるというような不都合
が生じてしまう。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、プラズマ切断機のトーチの被切断材
の表面からの高さを切断軌跡の形状の変化に拘らず正確
に制御することができるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明プラズマ切断機の
トーチ高さ制御装置は、トーチ高さを検出するハイトセ
ンサとして静電容量式ハイトセンサと、アーク電圧検出
式ハイトセンサを有し、上記静電容量式ハイトセンサの
検出結果に基づいてトーチ高さを制御する状態と、上記
アーク電圧検出式ハイトセンサの検出結果に基づいて上
記トーチ高さを制御する状態との間で状態切換を為し得
るようにしてなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明プラズマ切断機のトーチ高さ制御装置に
よれば、アーク電圧検出式ハイトセンサによった場合切
断速度の変化によってトーチ高さの検出結果に誤差が生
じるという欠点があっても静電容量式ハイトセンサによ
ればかかる誤差が生じないので、切断速度を変化させる
ときには静電容量式ハイトセンサによるトーチ高さの検
出結果に基づいてトーチ高さを制御する状態に切換える
ことにより常にトーチ高さを正確に検出しながらトーチ
高さの制御ができる。そして、静電容量式ハイトセンサ
によればトーチが被切断材の縁に達したときトーチ高さ
検出値に誤差が生じるというような欠点があるが、その
ような欠点が発現するときはアーク電圧検出式ハイトセ
ンサによるトーチ高さ検出結果に基づいてトーチ高さの
制御をすることができるので何等問題は生じない。即
ち、互いに欠点と長所が異なる静電容量式ハイトセンサ
とアーク電圧検出式ハイトセンサを相補的に使用し、各
欠点を隠し長所を活かすことができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明プラズマ切断機のトーチ高さ制
御装置を図示実施例に従って詳細に説明する。図１は本
発明プラズマ切断機のトーチ高さ制御装置の一つの実施
例を示す回路ブロック図である。１は静電容量式ハイト
センサで、トーチと被切断材との間隔を静電容量の形で
検出するものであり、具体的には被切断材と検出電極と
の間の静電容量がその間の距離により変ることを利用
し、その静電容量によって発振周波数が変化する発振回
路の出力をｆ−Ｖ変換し適宜増幅してトーチ高さを示す
信号を出力するようになっている。

【００１０】２はアーク電圧検出式ハイトセンサであ
り、前述のとおりアーク電圧がトーチ高さと略比例する
ことを利用しアーク電圧によりトーチ高さを検出するも
のである。３は静電容量式ハイトセンサ１の出力電圧と
アーク電圧検出式ハイトセンサ２の出力電圧を受け、そ
のうちから一方を選択して受け入れてトーチ高さの制御
に供する選択回路であり、選択信号発生回路４からの選
択信号に応じて静電容量式ハイトセンサ１とアーク電圧
検出式ハイトセンサ２のどちらかを選択するようになっ
ている。

【００１１】尚、選択信号発生回路４としては、オペレ
ータがマニュアル操作によって選択した選択信号を発生
するものと、ＮＣ制御等の場合において切断軌跡から静
電容量式ハイトセンサとアーク電圧検出式ハイトセンサ
との間で切換をすべきときに自動的に選択信号を切換え
るようにしたものと、選択信号の切換に関してマニュア
ルと自動との間で切換えることができるものが考えられ
る。

【００１２】５は選択回路３の出力電圧と基準電圧発生
回路６から出力された基準電圧とを比較する比較回路で
あり、この出力電圧が、トーチ高さの基準値とのずれと
対応する。尚、７は基準電圧調整手段であり、これによ
り基準電圧発生回路６から出力される基準電圧を変化さ
せることができる。

【００１３】上記比較回路５の出力電圧は出力回路８に
送られ、出力回路８の出力電圧はトーチ高さ駆動系９に
印加され、トーチ高さ駆動系９はその出力電圧によりト
ーチ高さを基準値になるように駆動する。

【００１４】尚、上記選択信号発生回路４は上記出力回
路８にロックかアンロックかを指定する信号を送出する
ようになっており、ロック信号を送ったときは出力回路
５の出力がＯＶに固定され、延いてはトーチ高さがロッ
クされる直前の高さに固定される。アンロック信号を送
ったときは上述したように自動的にトーチ高さが制御さ
れた状態になる。

【００１５】イニシャライズ時は静電容量式ハイトセン
サ１によるトーチ高さの検出値に基づいてトーチ高さを
所定の基準値になるようにする。そして、トーチ高さが
基準値に達するとパイロットアークが生じ、パイロット
アークが被切断材の表面に達するとメインアークが自動
的に生じ、初期切断が始まる（ピアシング）。そして、
メインアークにより孔が貫通すると、そのときのアーク
電圧（メインアークのアーク電圧）を基準電圧として以
後切断を続ける。具体的には、Ｘ、Ｙ方向におけるトー
チの移動が始まり、切断軌跡が描かれることになる。

【００１６】そして、切断箇所が被切断材の端に近づく
と静電容量式ハイトセンサ１の誤差が大きくなるので自
動あるいは手動によりアーク電圧検出式ハイトセンサ２
によるトーチ高さ検出値に基づいてトーチ高さを制御す
る状態に切換える。また、切断軌跡が曲線に入るときは
プラズマ切断機は自動的に切断速度が遅くなるようにさ
れている場合が多いが、そのように切断速度が遅くなる
とアーク電圧が高くなり、延いてはトーチ高さを低める
ようにトーチ高さ駆動系９が働き、トーチ高さが低くな
る虞れがある。そこで、そのような場合には静電容量式
ハイトセンサ１によるトーチ高さ検出値に基づいてトー
チ高さを制御する状態に切換える。

【００１７】従って、本トーチ高さ制御装置によれば、
常にトーチ高さを正確に検出しながらトーチ高さの制御
ができる。つまり、静電容量式ハイトセンサ１とアーク
電圧検出式ハイトセンサ２を相補的に使用して各々がも
つ欠点を殺し、各々の持つ長所を生かすことができる。

【００１８】図２は図１に示したトーチ高さ制御装置の
選択回路の具体的回路例を示す回路図である。図面にお
いて、ＩＮＸは初期設定用リレー、ＭＡはメインアーク
検知リレー、ＣＶＣは静電容量式ハイトセンサ選択用リ
レー、ＡＶＣはアーク電圧検出式ハイトセンサ選択用リ
レー、ＣＶＣＸは静電容量式ハイトセンサ１側のメモリ
リレー、ＡＶＣＸはアーク電圧検出式ハイトセンサ２側
のメモリリレーである。

【００１９】１０はアナログメモリで、メモリリレーＣ
ＶＣＸがメークのときに静電容量式ハイトセンサ１の出
力電圧Ｖｃをホールドする。ブレークのときは信号はそ
のままメモリ１０を通過する。

【００２０】１１はオペアンプで、基準電圧発生手段Ｖ
Ｒ１が出力する基準電圧とアナログメモリ１０の出力と
を加算する。１２もオペアンプで、上記アナログメモリ
１０に入力される電圧とオペアンプ１１の出力電圧とを
加算する。

【００２１】１３はアーク電圧検出式ハイトセンサ２の
出力電圧Ｖａを受けるアナログメモリで、メモリリレー
ＡＶＣＸがメークのときにアーク電圧検出式ハイトセン
サ２の出力電圧Ｖａをホールドし、ブレークのときには
その出力電圧Ｖａはそのままメモリ１３を通過する。１
４はオペアンプで、上記基準電圧発生手段ＶＲ１から出
力された基準電圧とアナログメモリ１３の出力とを加算
する。１５もオペアンプで、オペアンプ１４の出力電圧
とアーク電圧検出式ハイトセンサ２の出力電圧Ｖａとを
加算する。

【００２２】１６は上記基準電圧用のバッファとなるオ
ペアンプ、ＶＲ２は初期設定用の基準電圧発生手段であ
る。尚、ＶＲＩ、ＶＲ２は第１図においては基準電圧発
生回路６の基準電圧発生手段７として表現されている。

【００２３】次に、選択回路の動作を説明する。イニシ
ャライズ時、即ち切断開始前の状態では、初期設定用リ
レーＩＮＸはメークにする。この状態では静電容量式ハ
イトセンサ１の出力電圧Ｖｃがそのままトーチ高さ検出
電圧として選択回路３から出力される。そのときは、基
準電圧として基準電圧発生手段ＶＲ２の出力電圧が出力
され、これと上記トーチ高さ検出電圧とが比較され、そ
してトーチ高さが設定高さになるように駆動される。
尚、この段階ではまだメインアークが発生していないの
で、メインアーク検知リレーＭＡはブレークになってい
る。

【００２４】トーチ高さが設定高さまで達すると（低く
なると）、自動的に初期設定用リレーＩＮＸはブレーク
状態になる。この状態ではトーチ高さ検出電圧として選
択回路３から出力される電圧は０Ｖになる。基準電圧発
生手段ＶＲ２からの基準電圧も０Ｖになる。次に、静電
容量式ハイトセンサ１かアーク電圧検出式ハイトセンサ
２かの選択を行い、例えばアーク電圧検出式ハイトセン
サ２の選択をしたとすると、アーク電圧検出式ハイトセ
ンサ選択用リレーＡＶＣがメーク状態になり導通する。

【００２５】次に、プラズマ切断機のパイロットアーク
を発生させ、次いでメーンアークを発生させる。する
と、メインアークの検知リレーＭＡが作動する。尚、メ
モリ１３は現在スルーの状態である。従って、メモリ１
３からはＶａがそのまま出力されることになるが、これ
はオペアンプ１４、１５のマイナス端子に加わることに
なり、オペアンプ１４に加わっている基準電圧発生手段
ＶＲ１から出力される基準電圧がそのまま選択回路の出
力電圧となる。

【００２６】一方、その基準電圧はバッファ１６を介し
て基準電圧として出力され、上述した選択回路の出力と
比較される。しかして、両者の差は０Ｖになる。次にメ
インアーク検知リレーＭＡが動作した後、一定時間（遅
延時間、例えば１．０秒）遅延してアーク電圧検出式ハ
イトセンサ側メモリリレーＡＶＣＸが動作する。する
と、メモリ１３は、ホールド状態になり、そのときのＶ
ａがメモリ１３にホールドされる。すると、アーク電圧
検出式ハイトセンサ２の出力電圧Ｖａがそのまま選択回
路の出力として出力されることになり、これは基準電圧
発生手段ＶＲ１から出力されている基準電圧と比較回路
５によって比較されて、倣い動作が行われることにな
る。即ち、アーク電圧検出式ハイトセンサ２を選択して
トーチ高さを制御する状態での倣いが進行することにな
る。

【００２７】ところで、切断軌跡が曲線にさしかかった
とすると、切断速度を遅くしなければならなくなる。そ
して、切断速度を遅くすると自ずとアーク電圧が高くな
る。これはトーチ高さが高くならないにも拘らず生じた
ので高くなった分誤差となる。すると、その誤差をトー
チ高さを低くすることによってなくそうとする働きがト
ーチ高さ制御装置により生じることになる。これは好ま
しくないので、静電容量式ハイトセンサ１により検出し
たトーチ高さに基づいてトーチ高さ制御を行う状態に切
換なければならない。そこでその切換が行われることに
なる。次に、その動作を説明する。

【００２８】静電容量式ハイトセンサ１を選択する選択
信号が到来すると、静電容量式ハイトセンサ選択用リレ
ーＣＶＣがメーク状態になり、アーク電圧検出式ハイト
センサ選択用リレーＡＶＣがブレーク状態になる。する
と、過渡的に基準電圧発生手段ＶＲ１の出力電圧がオペ
アンプ１２から出てそれが選択回路３の出力電圧となっ
ている状態が生じる。しかし、静電容量式ハイトセンサ
選択用リレーＣＶＣがメークになった後、例えば１秒間
後に自動的に静電容量式ハイトセンサ側のメモリリレー
ＣＶＣＸがメークになり、メモリ１０はホールド状態と
なる。すると、静電容量式ハイトセンサ１の出力電圧Ｖ
ｃはそのままの値で選択回路３からトーチ高さ検出信号
として出力される。

【００２９】そして、この信号が比較回路５によって基
準電圧発生手段ＶＲ１の出力である基準電圧と比較され
る。

【００３０】本選択回路３は、プラズマ切断機１、静電
容量式ハイトセンサ２とは同じトーチ高さに対する出力
電圧や感度が異なるが、切換え時にその出力電圧の違い
の影響によって自動制御動作が不安定になることを防止
している。即ち、静電容量式ハイトセンサ１とアーク電
圧検出式ハイトセンサ２とからはトーチ高さを示す出力
電圧が発生しているが同じとはいえない。そして、静電
容量式ハイトセンサ１系を例に採ると、メモリ１０とア
ペアンプ１１、１２と基準電圧発生手段ＶＲ１との働き
により、リレーＣＶＣＸがブレークしているときはオペ
アンプの出力には常に基準電圧が発生した状態で待機し
ており、アーク電圧検出式ハイトセンサ２から静電容量
式ハイトセンサ１に切換ったときには、先ずその基準電
圧が選択回路３から出力される。

【００３１】そして、リレーＣＶＣＸが例えば１秒後に
メークになると選択回路３の出力はその基準電圧を起点
として静電容量式ハイトセンサ１の現在の出力電圧Ｖａ
に変化する。静電容量式ハイトセンサ１からアーク電圧
検出式ハイトセンサ２に切換わるときも、選択回路３は
先ず基準電圧を出力し、その後アーク電圧検出式ハイト
センサ２の出力電圧Ｖａに変化する。従って、切換時に
選択回路３の出力が全く変化しないようにできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明プラズマ切断機のトーチ高さ制御
装置は、トーチ高さを検出するハイトセンサとして静電
容量式ハイトセンサと、アーク電圧検出式ハイトセンサ
を有し、上記静電容量式ハイトセンサの検出結果に基づ
いてトーチ高さを制御する状態と、上記アーク電圧検出
式ハイトセンサの検出結果に基づいて上記トーチ高さを
制御する状態との間で状態切換を為し得るようにしてな
ることを特徴とするものである。従って、本発明プラズ
マ切断機のトーチ高さ制御装置によれば、互いに欠点と
長所が異なる静電容量式ハイトセンサとアーク電圧検出
式ハイトセンサを相補的に使用し、各欠点を隠し長所を
活かすことができる。

【００３３】即ち、アーク電圧検出式ハイトセンサによ
った場合切断速度の変化によってトーチ高さの検出結果
に誤差が生じるが、静電容量式ハイトセンサによればか
かる誤差が生じないので、切断速度を変化させるときに
は静電容量式ハイトセンサによるトーチ高さの検出結果
に基づいてトーチ高さを制御する状態に切換えることに
より常にトーチ高さを正確に検出しながらトーチ高さの
制御ができる。そして、静電容量式ハイトセンサによれ
ばトーチが被切断材の縁に達したときトーチ高さ検出値
に誤差が生じるというような欠点があるが、そのような
欠点が発現するときはアーク電圧検出式ハイトセンサに
よるトーチ高さ検出結果に基づいてトーチ高さの制御を
することができるので何等問題は生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明プラズマ切断機のトーチ高さ制御装置の
一つの実施例を示す回路ブロック図である。

【図２】選択回路の具体的回路例を示す回路図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は発明が解決しようとする問題
点の説明図である。

【符号の説明】

１ 静電容量式ハイトセンサ ２ アーク電圧検出式ハイトセンサ ３ 選択回路 ４ 選択信号発生回路 ６ 基準電圧発生回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トーチ高さを検出するハイトセンサとし
   て静電容量式ハイトセンサと、アーク電圧検出式ハイト
   センサを有し上記静電容量式ハイトセンサの検出結果に
   基づいてトーチ高さを制御する状態と、上記アーク電圧
   検出式ハイトセンサの検出結果に基づいて上記トーチ高
   さを制御する状態との間で状態切換を為し得るようにし
   てなることを特徴とするプラズマ切断機のトーチ高さ制
   御装置