JPH11156551A - アーク調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマアークの長さや径寸法等を正確に把
握して、プラズマアーク形状を容易に調整することがで
き高い加工品質が得られる低コストのアーク調整装置の
開発が求められていた。 【解決手段】 プラズマトーチ１と被切断材３との間の
アーク１４を観測してアーク１４の存在範囲に対応する
受光信号を出力する受光器１１を備えるアーク調整装置
１０を提供する。受光信号によってアーク１４形状を把
握するようになっているのでオフセットが無く、アーク
１４の傾斜、曲がり等にも対応してアーク１４形状を調
整することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマトーチの
アークを調整するアーク調整装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマトーチを使用した被切断材の切
断加工では、切断作業中のアーク形状によって切断品質
が左右される。アーク形状とはアーク長、径寸法、曲が
り等であり、切断作業中はアーク形状を適切範囲内に維
持することで切断品質を確保することができる。一般
に、プラズマ切断に使用しているハイトセンサとして
は、エアセンサやアークセンサが多用されている。アー
クセンサは、センサとプラズマトーチのオフセットが無
いため精度良く被切断材との距離を測定できるが、切断
中に垂直切断から開先切断へ変更するとアーク電圧が変
化して正しく測定できなくなるため、一般には垂直切断
時だけ使用する。一方、エアセンサは垂直切断や開先切
断に関係なく（プラズマトーチが傾いてもセンサ位置は
変化しない）測定できるが、プラズマトーチとのオフセ
ットが存在するため測定精度にやや不満がある。すなわ
ち、センサと被切断材の距離は正しく測定できるが、プ
ラズマトーチと被切断材との距離はオフセットしている
ためにズレが生じる。

【０００３】図５はエアセンサの一例を示す。図５にお
いてこのエアセンサは、プラズマトーチ１に取り付けた
センサノズル２を水平配置した被切断材３（鋼板）から
上方へ離間させて対向配置し、センサノズル２と被切断
材３との間でエア背圧を検出する。センサノズル２はプ
ラズマトーチ１を昇降移動する図示しない移動機構と接
続されており、センサノズル２の排圧検出信号の変化に
対応して移動機構が駆動することにより、プラズマトー
チ１を被切断材３に対して移動する。しかしながら、被
切断材３は平坦であるとは限らず、図示したように被切
断材３が湾曲しているような場合では、オフセットによ
ってズレが生じてしまう。

【０００４】そこで、プラズマトーチのハイトセンサと
しては、アークセンサとエアセンサとを併用し、垂直切
断時にはアークセンサを使用し、開先切断時にはエアセ
ンサを使用する使い分けによって対処することが多くな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アークセン
サとエアセンサとを併用した場合、装置の大型化やコス
トの上昇といった問題点がある。また、プラズマトーチ
の近傍に複数のセンサを設置することは、複雑形状の被
切断材を切断する際には邪魔になり、切断効率の低下の
原因になるといった問題もある。また、アーク長以外の
アークの曲がりや径寸法といった形状については、これ
まで作業者の目視による調整に頼っていたが、プラズマ
トーチから離れた位置からフィルター等を介しての観測
になるためアーク形状がよく分からない場合があり、十
分な精度が得られない不満があった。

【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、以下のような効果が得られるアーク調整装置を提
供することを目的とするものである。 （１）アーク長やアーク径等のアーク形状を効率良く調
整することができ、高い加工品質が得られる。 （２）受光器からの受光信号に基づいて計測手段によっ
てアーク長を計測する構成により、オフセットが存在し
ないとともに、開先切断時であってもプラズマトーチの
被切断材からの距離を正確に計測することができる。 （３）計測手段で計測したアーク長と記憶手段に記憶さ
れたアーク長とを比較手段にて比較し、両アーク長の差
に基づいてプラズマトーチの移動制御を行うことで、プ
ラズマトーチを被切断材から目的の距離に位置させるこ
とができる。 （４）傾斜したアークのアーク長の計測を可能にするこ
とで、例えば開先切断等の切断の種類に関わらずプラズ
マトーチを被切断材から目的の距離に正確に位置させる
ことができる。 （５）アーク形状を基準寸法と比較した結果に基づいて
アークを調整することで、高い切断品質を容易に確保す
ることができる。 （６）（１）により、プラズマトーチの被切断材からの
距離を一台で正確に計測することができ、低コスト化や
小型化が可能である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、プラズマトーチと被切断材との間のアーク
を観測してアークの存在範囲に対応する受光信号を出力
する受光器を備えることを特徴とするアーク調整装置を
前記課題の解決手段とした。受光器としてはＣＣＤ（Ch
arge Coupled Device）カメラ等を採用する。受光器
は、アークの存在領域あるいは該存在範囲の輪郭に対応
する受光信号を出力する。受光信号はモニタに送ってア
ーク形状を表示したり、制御機構に送ってプラズマトー
チやアーク電圧を制御することに使用する。この受光器
のアークに対する設置位置は、アークに垂直の側方や、
アークと同軸上等である。受光器は１台のみならず例え
ば複数台を異なる場所に設置することも可能である。こ
れにより、アーク形状をより正確に把握することができ
る。前記アーク形状とは、アーク長、アークの曲がり、
アークの径寸法等である。アークの調整は、受光信号に
基づいた作業者の手動調整あるいは制御機構による自動
調整によって行う。

【０００８】本発明では、前記受光信号に基づいて指令
を出力する制御機構を備え、該制御機構は中央演算処理
装置と、該受光器からの受光信号に基づいてアーク長を
計測する計測手段と、アーク長の基準値を記憶する記憶
手段と、該記憶手段に記憶された基準値と前記計測手段
での計測値とを比較しかつ両者のアーク長の差を算出す
る比較手段と、前記プラズマトーチを移動する移動機構
へ前記比較手段で算出されたアーク長の差に基づいて指
令信号を出力する出力手段とを備える構成も採用可能で
ある。この構成によれば、プラズマトーチのハイトセン
サを構成し、計測手段によって計測したアーク長に基づ
いて、プラズマトーチの被切断材からの距離を自動的に
調整する。記憶手段は、例えば開先切断等の切断の種類
等に対応して複数種類の基準値を記憶することが好まし
い。これにより、切断の種類等に対応して選択した基準
値と計測手段での計測値とを比較手段で比較すること
で、切断の種類等に対応してプラズマトーチを適切位置
に位置させる制御を実現できる。また、記憶手段には、
随時、基準値を書き換える書込手段を併設することが一
層好ましい。これにより、切断作業が累積するに伴い基
準値が最適化され、切断製品の品質が向上する。

【０００９】また、本発明では、被切断材に対して垂直
方向のアーク長を計測する垂直長計測手段と、被切断材
表面に沿った方向のアーク寸法を計測する平行寸法計測
手段と、前記垂直長計測手段の計測値と平行寸法計測側
手段の計測値をそれぞれ２乗した和の平行根を算出する
傾斜長算出手段とを前記計測手段に備えた構成を採用す
ることがより好ましい。アークが被切断材に対して垂直
の時には、垂直長計測手段のみの作動によってアーク長
を計測し、アークが被切断材に対して傾斜している場合
には垂直長計測手段、平行寸法計測手段、傾斜長算出手
段を作動してアークの軸線方向の長さを算出する。記憶
手段には、被切断材に対してアークが垂直の時と、傾斜
している時の両方のアーク長の基準値を記憶しておく。
これにより、より最適化されたアーク長が得られる。

【００１０】また、本発明では、請求項４に記載したよ
うに、受光器によって観測したアーク形状から切断現象
の良否を判定する判定手段を備えた構成も採用可能であ
る。制御機構にて行う良否の判定は、受光器が観測した
アークの曲がりや径寸法等を、基準寸法とを比較する。
基準寸法は、良好な切断現象が得られるアーク形状の寸
法範囲であって、受光器が観測したアーク形状が基準寸
法の寸法範囲内にあれば良好な切断現象が得られている
と判定し、基準寸法の寸法範囲を逸脱している時には良
好な切断現象が得られていないと判定する。判定結果は
電気信号等によって移動機構へ出力し、アークを調整す
る。また、判定結果は、アーク電源のアーク電圧の制御
等にも利用する。これにより、良好な切断品質が得られ
るアーク形状を効率良く得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明のアーク調整装置の実
施の形態を、図１から図４を参照して説明する。なお、
図５と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明
を簡略化する。図１中符号１０は本実施の形態のアーク
調整装置（プラズマトーチ用ハイトセンサ）である。図
１に示すように、このアーク調整装置１０は、受光器
（ＣＣＤカメラ）１１と、制御機構１２（コントロー
ラ）と、監視用モニタ１３とを備え、これらを電気的に
接続して構成される。

【００１２】受光器１１は、プラズマトーチ１から離間
して配置され、プラズマトーチ１と被切断材３との間の
アーク１４（プラズマアーク）を該アーク１４に対して
ほぼ垂直の側方から観測して、アーク１４の存在領域に
対応する受光信号を出力する。この受光器１１には望遠
レンズを組み込んであるので、プラズマトーチ１からの
離間距離を充分に確保してもアーク１４からの放射光の
受光には何等支障は無い。また、受光器１１は図示しな
い支持手段によってプラズマトーチ１と常に一定距離を
維持して移動される。したがって、受光器１１にて観測
されるアーク１４の長さは、実際のアーク１４長と常に
一定の定数を以て比例する。アーク１４長は通常４ｍｍ
程度であるが、プラズマトーチ１と受光器１１との間に
は充分な離間距離を確保して、０ｍｍ〜１０ｍｍ程度の
アーク長が計測可能であるようにする。

【００１３】制御機構１２は前記受光器１１の他に、プ
ラズマトーチ１を被切断材３に対して移動（昇降）する
ための移動機構１５とも電気的に接続され、受光器１１
から受信した受光信号に対応した指令信号を移動機構１
５に出力する。また、制御機構１２は、前記受光信号に
基づいて監視用モニタ１３に信号を出力して、受光器１
１で観測したアーク１４の画像を表示させる。この画像
は受光器１１に装着した光フィルタあるいは電気信号の
伝送回路上に介在させた処理手段によって無駄な光を取
り除くことで、一定強度以上の光のみを表示する。した
がって、監視用モニタ１３では、例えば図２や図３に示
すようにアーク１４の切断に有効に作用する部分のみが
表示されることになる。

【００１４】以下、制御機構１２の構成を図４を参照し
て説明する。制御機構１２は、中央演算処理装置１２ａ
（ＣＰＵ）と、受光器１１からの受光信号に基づいてア
ーク１４長を計測する計測手段１６と、アーク１４長の
基準値を記憶する記憶手段１７と、該記憶手段１７に記
憶された基準値と前記計測手段１６での計測値とを比較
しかつ両者のアーク１４長の差を算出する比較手段１８
と、該比較手段１８で算出されたアーク１４長の差に基
づいて移動機構１５へ指令信号を出力する出力手段１９
とを備え、これらを電気的に接続して構成される。

【００１５】計測手段１７は被切断材３に対して垂直方
向のアーク１４長を計測する垂直長計測手段２０と、被
切断材３表面に沿った方向のアーク１４寸法を計測する
平行寸法計測手段２１と、前記垂直長計測手段２０の計
測値と平行寸法計測側手段２１の計測値をそれぞれ２乗
した和の平行根を算出する傾斜長算出手段２２とを備え
ている。

【００１６】この計測手段１７では、垂直長計測手段２
０の計測値に対する平行寸法計測手段２１の計測値の比
が予め設定された臨界値を超えない時には、アーク１４
長が被切断材３に対して垂直であると判断して、平行寸
法計測手段２１の不使用が自動的に選択される。すなわ
ち、図２に示すように、被切断材３に対して垂直のアー
ク１４長を計測する場合には、垂直長計測手段２０がア
ーク１４長△Ｌを計測し、その計測値が計測手段１７の
計測値として比較手段１８に出力される。ここで、平行
寸法計測手段２１は不使用になっているので、傾斜長算
出手段２２からは計測値が算出されない。

【００１７】逆に、垂直長計測手段２０の計測値に対す
る平行寸法計測手段２１の計測値の比が予め設定された
臨界値を超える時には、アーク１４長が被切断材３に対
して傾斜していると判断して、平行寸法計測手段２１の
使用が自動的に選択される。この時、図３に示すよう
に、垂直長計測手段２０がアーク１４の垂直方向の長さ
を計測し、平行寸法計測手段２１がアーク１４の被切断
材３と平行の方向（水平方向）の寸法を計測し、さらに
傾斜長算出手段２２にてこれら垂直長計測手段２０、平
行寸法計測側手段２１の計測値をそれぞれ２乗した和の
平行根を算出することでアーク１４長が算出され、その
値が計測手段１６での計測値として比較手段１８に出力
される。

【００１８】記憶手段１７には、アーク１４の垂直時、
傾斜時のそれぞれについて、適正なアーク１４長の基準
値が予め記憶されている。また、記憶手段１７には、こ
の他、開先切断時等の各種切断作業における適正なアー
ク１４長の基準値が、アーク１４の垂直時、傾斜時のそ
れぞれについて記憶されている。

【００１９】比較手段１８は、切断作業の種類、アーク
１４の垂直、傾斜に対応する基準値を記憶手段１７から
読み出し、計測手段１６から出力された計測値と比較す
る。ここで、計測値と基準値との間に予め設定しておい
た許容範囲を超える差がある場合には、出力手段１９か
ら移動機構１５へ指令信号を出力してプラズマトーチ１
を移動することで前記差を解消する。出力手段１９は出
力等価回路を内蔵しており、プラズマトーチ１の移動は
計測値と基準値との差が解消されるまで、繰り返し実施
される。これにより、プラズマトーチ１を被切断材３か
ら基準値に定めた適切距離に位置させることができる。

【００２０】また、制御機構１２は、受光器１１によっ
て観測したアーク１４形状を予め設定した基準寸法と比
較することで切断現象の良否を判定する機能を備え、請
求項４記載の判定手段を兼ねている。ここで、アーク１
４形状とは、アーク１４長以外、アーク１４の曲がり
や、径寸法（幅寸法）等を含む。アーク１４による切断
品質は、アーク１４長のみならず、前記アーク１４形状
にも影響を受ける。制御機構１２は、アーク１４の分布
範囲や幅寸法等から、アーク１４の曲がりや径寸法を計
測する。そして、記憶手段１７に設定したアークの基準
寸法（良好な切断現象が得られるアーク形状の寸法範囲
等）と受光器１１が観測したアーク１４形状とを比較手
段１８にて比較する。受光器１１が観測したアーク１４
形状が基準寸法の範囲内にあれば良好な切断現象が得ら
れていると判定し、基準寸法の範囲を逸脱している時に
は良好な切断現象が得られていないと判定する。判定結
果は電気信号等によって警報機等へ出力する。また、計
測したアーク１４形状に対応して制御機構１２から移動
機構１５やアーク１４の電源等へ指令を出力して、アー
ク１４を調整することも可能である。これにより、目的
形状のアーク１４が得られ、高い切断品質を確保するこ
とができる。

【００２１】このアーク調整装置１０によれば、受光器
１１からの受光信号に基づいて計測手段１６によってア
ーク１４長を計測することでプラズマトーチ１の被切断
材３からの距離を測定する構成により、オフセットが存
在しないとともに、アークセンサとは異なり開先切断で
あってもアーク１４長の計測に影響が無いので、プラズ
マトーチ１の位置決め性能を高めることができ、切断品
質が向上する。

【００２２】また、アーク１４光を受光器１１で観測す
ることによりプラズマトーチ１の位置を調整する構成で
あり、受光器１１と被切断材３との位置関係は無関係で
あるので設置位置の自由度が高く、エアセンサやアーク
センサが被切断材３上に位置させることが必須であるた
めプラズマトーチ１の移動範囲に制限を与える場合があ
るのに対して、プラズマトーチ１の移動範囲に制限を与
えない。しかも、垂直長計測手段２０、平行寸法計測手
段２１、傾斜長算出手段２２によって、被切断材３に対
して傾斜したアーク１４長をも正確かつ容易に計測する
ことができるので、開先切断等のプラズマトーチ１を傾
斜させて行う切断であっても、高い切断品質を確実に得
ることができる。

【００２３】なお、本発明はこの実施の形態に限定され
ず、例えば、制御機構１２に指令を入力するための操作
盤を接続したり、作業履歴に応じて基準値を更新して最
適化していく書込手段を制御機構１２に接続した構成等
も採用可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアーク調
整装置によれば、プラズマトーチと被切断材との間のア
ークを観測してアークの存在範囲に対応する受光信号を
出力する受光器を備え、アーク長やアーク径等のアーク
形状を把握しやすくなっているので、効率良くアーク形
状を調整することができ、高い切断品質を安定に得るこ
とができるといった優れた効果を奏する。

【００２５】請求項２記載の構成によれば、受光器から
の受光信号に基づいて計測手段が計測したアーク長の計
測値と記憶手段に予め記憶させておいた基準値とを比較
手段にて比較し、両アーク長間に許容範囲を超える差が
存在する時には、プラズマトーチを移動させる移動機構
に出力手段から指令信号を出力してプラズマトーチを移
動させて被切断材との距離を調整することで、前記比較
手段におけるアーク長の差を解消するようにしたことに
より以下の様な優れた効果を奏する。 （イ）アーク長計測値に基づいてプラズマトーチ位置を
制御するので、プラズマトーチの位置決め性能を高める
ことができ、切断品質が向上する。 （ロ）アークセンサと同様にオフセットが存在しないの
で、プラズマトーチの被切断材からの距離を正確に制御
することができる。 （ハ）アーク光を受光器で観測することによりプラズマ
トーチの被切断材からの距離を測定する構成する構成で
あり、開先切断等の切断の種類によらずプラズマトーチ
の被切断材からの距離を正確に制御することができる。 （ニ）プラズマトーチの被切断材からの距離を一台で正
確に計測することができ、アークセンサとエアセンサと
を併用する場合に比べて、低コスト化、小型化が可能で
ある。

【００２６】また、被切断材に対して垂直方向のアーク
長を計測する垂直長計測手段と、被切断材表面に沿った
方向のアーク寸法を計測する平行寸法計測手段と、前記
垂直長計測手段の計測値と平行寸法計測側手段の計測値
をそれぞれ２乗した和の平行根を算出する傾斜長算出手
段とを計測手段に備えた構成を採用すると、被切断材に
対して傾斜したアーク長をも正確かつ容易に計測するこ
とができるので、開先切断等のプラズマトーチを傾斜さ
せて行う切断であっても、高い切断品質を確実に得るこ
とができるといった優れた効果を奏する。

【００２７】請求項４に記載したように、受光器によっ
て観測したアーク形状から切断現象の良否を判定する判
定手段を備えた構成を採用すると、アーク長以外のアー
クの曲がりや径寸法等のアーク形状からもアークを調整
することが可能になり、より高い切断品質が安定して得
られるといった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のアーク調整装置の実施の形態を示す
全体図である。

【図２】 図１のアーク調整装置の監視用モニタに表示
されるアークを示す図であって、被切断材に対して垂直
のアークを示す図である。

【図３】 図１のアーク調整装置の監視用モニタに表示
されるアークを示す図であって、被切断材に対して傾斜
したアークを示す図である。

【図４】 図１のアーク調整装置の制御機構の構成を示
すブロック図である。

【図５】 従来例のアーク調整装置を示す図であって、
エアセンサを示す正面図である。

【符号の説明】

１…プラズマトーチ、３…被切断材（鋼板）、１０…ア
ーク調整装置（プラズマトーチ用ハイトセンサ）、１１
…受光器（ＣＣＤ）、１２…制御機構、判定手段（コン
トローラ）、１２ａ…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、１
４…アーク（プラズマアーク）、１５…移動機構、１６
…計測手段、１７…記憶手段、１８…比較手段、１９…
出力手段、２０…垂直長計測手段、２１…平行寸法計測
手段、２２…傾斜長算出手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマトーチ（１）と被切断材（３）
   との間のアーク（１４）を観測してアークの存在範囲に
   対応する受光信号を出力する受光器（１１）を備えるこ
   とを特徴とするアーク調整装置（１０）。
2. 【請求項２】 前記受光信号に基づいて指令を出力する
   制御機構（１２）を備え、該制御機構は中央演算処理装
   置（１２ａ）と、該受光器からの受光信号に基づいてア
   ーク長を計測する計測手段（１６）と、アーク長の基準
   値を記憶する記憶手段（１７）と、該記憶手段に記憶さ
   れた基準値と前記計測手段での計測値とを比較しかつ両
   者のアーク長の差を算出する比較手段（１８）と、前記
   プラズマトーチを移動する移動機構（１５）へ前記比較
   手段で算出されたアーク長の差に基づいて指令信号を出
   力する出力手段（１９）とを備えることを特徴とする請
   求項１記載のアーク調整装置。
3. 【請求項３】 前記計測手段は被切断材に対して垂直方
   向のアーク長を計測する垂直長計測手段（２０）と、被
   切断材表面に沿った方向のアーク寸法を計測する平行寸
   法計測手段（２１）と、前記垂直長計測手段の計測値と
   平行寸法計測側手段の計測値をそれぞれ２乗した和の平
   行根を算出する傾斜長算出手段（２２）とを備えること
   を特徴とする請求項２記載のアーク調整装置。
4. 【請求項４】 前記受光器によって観測したアーク形状
   から切断現象の良否を判定する判定手段を備えたことを
   特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアーク調
   整装置。