WO1993019883A1 - Appareil de commande de la distance de securite pour machines de traitement au plasma - Google Patents

Description

明 細 害 プラズマ加工機のスタ ン ドオフ制御装置 技 術 分 野

本発明はプラズマ加工機のスタ ン ドオフ制御装置の改良に係り、 殊に、 加工速 度変化しても最適スタ 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。 背 景 技 術

スタ ン ドオフとは、 プラズマ加工時の トーチと加工ワーク との離間距離である が、 このスダ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つ 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。

「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、 アーク電圧 Vを監視するこ とにより最適スタ ン ドオフ h。 を維持しよう と する技術が知られている （例えば、 D E 2 7 0 6 2 3 2参照） 。 しかるに、 かか るスタ ン ドオフ固定式では、 加工精度や生産性等を向上させるため加工速度 Fを 変化させて加工したいときには、 対応できない。 即ち、 X Y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。

そこで、 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' h。 を維持することを提案している （特願平 3— 1 1 0 7 9 0号参照） 。 以下、 この技術をスタ ン ドオフ速度補正式と言う。 スタ ン ドオフ速度補正式における目標アーク電圧 V。 の速度補正を図 5により 説明する。 異.なるスタ ン ドオフ h i 〜 h ₅ ( h！ < h 5 ) について、 加工速度 F とアーク電圧 Vとの実測値を示している。 各スタンドオフ In 〜！ ι ₅ 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一チ側へ近づくためである。 伊 Iえば、 当初設定の最適スタ ンドオフ h t 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 i_ とすると、 切断速度が早くなり F _H になったとき、 アーク電 圧 V _L から V K に低下する。 ところが、 目標アーク電圧 V _L は固定値であり、 こ れらが比較されて V K < V _L となるため、 トーチが In から h ₃ に上昇し、 最適 スタ ンドオフ を維持できなくなる。 そこで、 入力した切断速度 Fで当初の目 標アーク電圧 V。 を補正することにより、 即ち、 スタ ンドオフ h i , 切断速度 F κ 時における新たな百標アーク電圧 V _K に補正することにより、 切断速度 Fが変 化しても最適スタ ン ドオフ h i を維持するようにしている。 従って、 加工速度変 化前後の定常の加工速度が等速であるときは、 各速度で得られる加工品質は極め て良好となる。

しかし、 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 始時と変化中及び変化終了時には、 加工機の動作に対しプラズマアーク主陽極点 位置の応答遅れ等によりアーク電圧 Vの変化が遅れるため、 最適スタンドオフ h 0 を維持することが西難となる。 この加工速度変化時間は一般的に僅かであるか 、 それでもこの間の加工品質は低下するという問題点がある。 発明の開示

本発明はかかる問題点に着目し、 例え加工速度変化時でも、 最遗スタ 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し ている。

本癸明は、 予め自動又は手動にて記憶してなる目標アーク電圧 V。 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 (}nに一致するように トーチを加工ワーク方向へ移動させるこ とにより、 最遷スタンドオフ h。 を維持させるマイコ ンを備えてなるブラズマ加 ェ機のスタ ン ドオフ制御装置において、 マイ コ ンは、 加工速度 Fの変化時に加速 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 遅れ時間△ t だけ遅らせた後、 速度補正済み目標アーク電圧 ν _{σ (η}·を作動させる 構成である。

加工速度変化時でも、 最適スタ ン ドオフ h。 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が力「 ェ機の動作遅れやプラズマァ一クの応答遅れ等に応答しないようにすればよい。 そこで、 マイ コ ン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 Δ tを予め記憶している。 各遅れ時間 Δ ΐ. 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 Δ t を抽出する。 遅れ時間 Δ ΐ 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ブラ 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 h。 を維持でき る _c

, 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の実施例に係るプラズマ加工機のスタ ン ドォフ制御装置レ 一'一 ッ ク図、 図 2 は本実施例の制御装置を搭載したプラ ズマ加工機の概念図、 H 3 本実施例の制御装置を含むブラズマ加工機のフ π—チヤ一ト、 図 4 は遅れ時間か. 設定されている本実施例と、 遅れ時間が設定されていない従来技術との比較特性 図、 図 5は各スタ ン ドォフ毎の加工速度とアーク電圧の関係を示す図表である。

発明を実施するための最良の形態

本癸明の好適な実施例を図 1 〜図 4を参照して以下説明する。 尚、 本実施例 -、 図 2 の 3次元駆動のプラズマ加工機及び図 3 のブラズマ加工機のフ ローチヤ一 卜に対して適用した伊 Jであるため、 実施树の説明を挟みつつこれらプラズマ加工 機及びフローチャー トの全体も説明する。

ブラズマ加工機本体であるロボッ ト 5は、 図' 2に示すとおり基台 5 1上の旋面 置 5 2と、 その上に載置されたブーム 5 3と、 このブーム 5 3の先绡てピン結 合されると共に油圧ァクチユエータ 5 4で上下動するアーム 5 5 と、 このアーム 5 5の先嬙にピン結合されたハン ド 5 6と、 ロボッ ト 5を制御するマイク πコン ピュータ （以下マイコンという） 4とから大略構成されている。 トーチ 1はハン ド 5 6に装着され、 その下方に排煙シュ一タ 6を設置し、 排煙シュ一タ 6 の上部 の剣山 6 1上にはトーチ 1と対向して加エワーク 2を配置する。 そして、 プラズ マ切断は電源 4 1 により、 トーチ電極 l a (—極） と加工ワーク 2 (—極〉 と G 間にアーク電圧 Vを癸生させ、 トーチ 1の先端のノズル 1 bに別逢送袷された作 動ガスをプ ズマアーク 3に変え、 このプラズマアーク 3と、 このアーク 3を取 囲むように別途送袷された動作ガスとを加工ワーク 2の切断線上に噴出すること により、 加工ワーク 2を溶融飛散して行われる。

πボッ ト 5を制御するマイ コ ン 4は、 ロボツ トコ ン ト ローラ 5 7 とスタ ン ドォ フコ ン ト ローラ 4 2から搆成され、 その詳細を図 1 に示す。 スタ ン ドオフコ ント ローラ 4 2には、 最適スタ ン ドオフ h。 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 5 "；から入力し、 基準切 速度 0 と、 この基準切断速度 F o と最適スタ ンドオフ h Q とにおける目標マーク電圧 V ₀ とを自動設定する。 尚、 基準切断速度 F。 と目標アーク電圧 V。 とは手動設 定でもよい。

加工開始後、 スダンドオフコ ン トロ一ラ 4 2 は切断速度 Fをロボッ トコ ン ト 口 ーラ 5 7から周期的に入力し、 これに応じて目標アーク電圧 V。 を補正し、 速度 補正済み目標アーク電圧 V _{0 CF}') としている。 なお、 本実施例ではスタ ン ドオフコ ン トローラ 4 2はロボッ トコ ン ト ローラ 5 7から切断速度 Fやアーク電圧 Vを入 力しているが、 別に速度センサや電圧計を備え、 これらから切断速度 F マ一ク 電圧 Vを入力.してもよい。 一 o また、 スタ ン ドオフコ ン ト ローラ 4 2は入力した切断速度 Fから速度変化を濱 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△ t (Δ t , 、 Δ t _ζ 、 Δ t ₃ · . ·') 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、 それぞれ適切 な遅れ時間厶 tを読出し、 これら遅れ時間 Δ tの経過後に、 速度補正済み目標ァ —ク電圧 V_{0 (F})を作動させる。

以下、 プラズマ加工機を制御して加工ワーク 2を切断するフ ローチヤ一 トを図 3により説明する。 このフ ローチャー ト のステップ S l.〜 S 1 6おいて、 本実施 例のステップは S 6〜 S 9に相当する。

先ず、 ロボッ ト コ ン ト ローラ 5 7は別途入力された切断指令に基づき動作を開 始し （ S 1 ) 、 トーチ 1を加工ワ ーク 2から最適スタ ン ドオフ h。 に位置させる (S 2 ) 。 —

次に、 スタ ン ドオフコ ン ト ローラ 4 2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 5 7から入力し、 基準切断速度 F。 と-、 ' この基準切断速度 F。 及び最適スタ ン ドオフ h。 における目標ァーク電圧 0 と を自動設定し、 切断開始をロボッ トコ ン ト ローラ 5 7に指示する （ S 3 ) 。 な 、 これら基準切断速度 F。 や目標アーク電圧 V。 の設定のための詳細説明は.、 ォ. 発明に直接関係しないため省略する。 また、 切断開始前にはピァ ッ シ ング操作等 も加わる場合もあるが、 この説明も本発明に直接闋係しないため省略する。

次に、 スタ ン ドオフコ ン ト ローラ 4 2はロボッ ト コ ン ト ロー ラ 5 7から実際 切断速度 Fを入力し （S 4 ) 、 これを基に目標アーク電圧 V。 を補正して速度褅 正済み目標アーク電圧 V_{0 (F)}を設定する （S 5 ) 。

ところで、 切断がコーナ等に差し掛かると先ず減速し次いで加速 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 （ S 6 .' 。 この判断は、 今面入力した切断速度 Fと前面入力し記憶した切断速度 F-. iと 大小比較によって行い、 F > F_,ならば加速、 F = F— ,ならば等速、 Fく ΐ⁷ -, らば減速としている。 そこで、 加速ならぱこれに応じた遅れ時間厶 t t を読み出し （S 8 a ) , 等速 ならばこれに じた遅れ時間△ t ₃ を読み出し、 减速ならばこれに応じた遅れ時 閭厶 t z を読み岀し （S 8 d ) これら遅れ時間厶 t , 、 厶 t _z 、 厶 t ₃ たけ時 藺をずらせた速度補正済み目標アーク電圧 V_{0 (F Ct}—厶 を作動させる。 これらの 遅れ時間厶 1 、 A t ₂ 、 Δ ΐ ₃ ' は、 基本的にはプラズマ加工機の動作遅れゃプ -ラズマアークの応答遅れを考] :して予め設定されスタンドオフコントローラ 42 に記億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、 経験的に複数個も.しく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 Δ tに-厶 t ₂ =Δ t 3 の場合も考慮すれ ば、 原則的に遅れ時藺厶 tは少なくとも 1値準備すればよい。

図 3では上逑した等速時の遅れ時間 Δ t ₃ の記載がなく、 2個の遅れ時間 , . Δ t 2 おけで処理した例であるが、 これは次の如き構成による。 等速である 場合は （S'7》 、 最初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、 最初から等速で ある場合と、 速度変化後に等速である場合との 2通りとなる。 そこで、 図 3では 最初から等速である場合 （S 8 b》 は勿論遅れ時間 Δ tを設けないが、 速度変ィヒ 後に等速である場合 （S 8 c) は、 加速又は減速のために設定した遅れ時間 Δ t

I 又は Δ ΐ ₂ だけ前の速度補正済み目標アーク電圧 _wを使用するよう にしたものである （S 9 ) 。 その他、 図示しないが速度変化後の等速である場合 は、 钶えばスタ ン ドオフコ ン トローラ 42の制御周期 Δ t。 を前記遅れ時間 Δ X

1 、 △ t _z に替えてもよい。

次に実際のアーク電圧 Vを入力し （S 1 0 ) 、 速度補正済み目標アーク電圧 V O CF)とアーク電圧 Vの差から偏差電圧厶 e = V。（_F(t-A_t>を求める （S 1 1 ) 。 そして、 △ eの正負を検討し '（ S 1 2 ) 、 △ e > 0ならばこの厶 eに応じたスタ ンドオフ△ hだけトーチを遠ざけ （S 1 3 a) 、 A e = Qならばスタ ンドオフ h 0 を維持し （ S 1 3 b ) 、 厶 eく 0ならばこの△ eに応じたスタンドオフ Δ hだ けトーチを近づけるようにしている （ S 1 3 c ) 。 なお、 V 0 (_F (い Δ _t) 、 本実 施例に相当するステ ップ S 6〜 S 9を経た速度補正済み目標アーク電圧を意味し ている。 ·

以上、 ステッ プ S 4から S 1 3までは、 切断が終了するまでスタン ドオフ コ ン トローラの制御周期に基づき繰り返す。 切断が終了すると （S 1 4 ) 、 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 （S 1 6) 。

図 4は従来技術と本実施例の特性を比較した図表である。 スタ ンドオフを一定 に保って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) とを嚼次並べたものであ る。

各範囲 A, B, Cでは、 上から頫に トーチ補正信号厶 h、 アーク電圧 V、 切断 速度補正項厶 F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本実施例とはトーチ補正信号 Δ hが変動してはならない。 詳しく は次の通りである。 .

スタ ンドオフ固定式 （範囲 A) は、 加速時 （ a , 〜 a ₂ ) も、 減速時 （ a ₃ 〜 a 4 ) も、 さらに等速域に移った後も トーチ補正信号 Δ h , 、 Δ1ι₂ 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 A h , 、 Δ h z 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) においても、 加速時 （b , 〜 b _z ) も、 減速時 （b₃ 〜b₄ ) も、 さらに等速域に移った後も前記厶 h i 、 Δ ϊι ₂ よ り小さ くなつてはいるものの、 トーチ補正信号厶 h ₃ 、 △ h ₄ が現れている。 こ の信号 Δ1ι₃ . Δ h 4 を無くすのが本発明の目的であるが、 範囲 Cに示す本実施 例によればさらに遅れ時間補正△ ΐも施してあるため、 加速時 （ C t 〜c ₂ ) 、 減速時 （ c ₃ 〜 c ₄ ) も、 さらに等速域に移った後も トーチ補正信号 Δ G 癸生が大幅に抑制され、 ほぼフラ ツ トな扰態となつている。 遅れ時 FH褚正 Δ 1ノニ より適切に選べば、 さらにフラ 7 トな状態となり得ることに疑う余地 -a ( ： - お、 全区閭における トーチ裙正信号 Δ の振動は、 π ボフ ト 5の振動によるノ ノ ズに起因するも 0と考えられ、 ロボッ ト 5の振 ii抑制や演算 f路等へ G ¾¾浅 i 断等により、 この振動もより低減させ得る。 産業上の利用可能性

本発明は、 3次元ロボッ ト等に適用しても最適スタ ンドオフを確実に維持でき 、 優良な加工品質が得られるプラズマ加工機のスタ ンドオフ制御装置として有^ である。

Claims

請求の範囲

I . 予め自動または手動にて記憶してなる目標'アーク電圧を、 別途人力.した加二 速度で補正して速度補正済み目標アーク電圧と し、 且つ別途入力したァー ク電圧 が前記速度補正済み目標アーク電圧と一致するように トーチを加工ワーク方向へ 移動させるこ とにより、 最適スタ ン ドオ フを維持させるマイ コ ンを備えてなるブ ラズマ加工機のスタ ンドオフ制御装置において、

前記マイ コ ンは、 加工速度が変化する時、 その変化が加速.， 減速， 等速のいず れであるかを判別し、 その各々に対して別途記億してなるそれぞれの遅 ή時間だ け遅らせた後に、 前記速度補正済み目標マ 一ク電圧を作動させる構成を特 と - るブラズマ加工機のスタ ン ドォフ制御装置。

2 . 前記遅れ時間は、 加工速度の加速に応じた遅れ時間と减速に応じた遅れ時間 とからなるこ とを特徵とする請求の範囲 1記載のプラズマ加工機のスタ ン ト ォ一 制御装置。