DE2805704A1

DE2805704A1 - Verfahren und vorrichtung zur abstandssteuerung bei einer plasmabogenschneidvorrichtung

Info

Publication number: DE2805704A1
Application number: DE19782805704
Authority: DE
Inventors: Ronald Dean Brown
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1978-09-07
Also published as: BE863386A; FR2381588B1; US4156125A; FR2381588A1; CA1074407A; GB1566775A; JPS53106655A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. A _8C00 MÜNCHEN 22

KARL H. WAGNER ¹^ GEWÜRZMÜHLSRASSE

^POSTFACH2?805704

1O. Februar 1978 77-S-2913

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, 111. 61629, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Abstandssteuerung bei einer Plasmabogenschneidvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren sowie Vorrichtungen zur Steuerung der Höhe einer Plasmabogenschneidvorrichtung oberhalb eines Werkstücks, und zwar insbesondere auf ein solches Verfahren sowie eine solche Vorrichtung, die speziell automatisch Änderungen der Laufgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung oberhalb des Werkstücks während des tatsächlichen Betriebs kompensiert.

Die Verwendung von Plasmabogenvorrichtungen- zum Schneiden von Metallwerkstücken auf eine gewünschte Form ist bekannt. Somit sind eine oder mehrere Plasmabogenvorrichtungen oberhalb eines Werktisches angeordnet, der das Werkstück trägt, und geeignete Vorrichtungen sind vorgesehen, um die Plasmabogenvorrichtung(en) über die Oberfläche des Werkstücks hinwegzubewegen, und zwar in einer Ebene im ganzen parallel dazu, um so das Schneiden des Werkstücks auf die gewünschte Form zu gestatten.

Bei einer derartigen Vorrichtung kann die Bewegung der Plasmabogenvorrichtung bzw. der Plasmabogenvorrichtungen längs der gewünschten Bahn in einer Ebene parallel zum Werkstück normalerweise durch ein Bandprogramm gesteuert werden, welches sowohl die Form des Schnitts als auch die mechanischen

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Beschränkungen der Vorrichtung berücksichtigt. Damit die Plasmabogenvorrichtung der gewünschten Bahn folgt/ muß die Antriebsvorrichtung sowohl in Richtung der X-Achse als auch in Richtung der Y-Achse der Ebene parallel zum Werkstück gesteuert werden, was die Bewegung der Plasmabogenvorrichtung auf einem gegebenen Vektor und mit einer gegebenen Geschwindigkeit hervorruft, und zwar abhängig von der Relativgeschwindigkeit der X-Achsen- und Y-Achsen-Antriebe.

Wenn die gegebene Geschwindigkeit der Plasmabogenvorrichtung bezüglich des Werkstücks hoch ist, wie dies beim Schneiden dünnerer Platten der Fall wäre, so erfordern mechanische Betrachtungen, daß die Geschwindigkeit beträchtlich beim Durchlaufen scharfer Kehren vermindert wird, da mit einer abrupten Vektoränderung sehr große Kräfte verbunden sind, was eine Ablenkung der Bogenvorrichtung aus der gewünschten Bahn zur Folge hat. Wenn somit die Geschwindigkeit nicht reduziert wird, so bestünde die Tendenz, daß der Schnitt ungenau wird oder aber daß die Bogenvorr; , cungs-Antriebskomponenten überbeansprucht würden. Selbst bei Plasmabogenschneidvorrichtungen mit mechanisch robusten Antriebskomponenten besteht bei langen Gebrauchsperioden und dem sich daraus ergebenden Abrieb der Antriebskomponenten die Tendenz, das Darüberhinausschießen der Bogenvorrichtung über die gewünschte Schneidbahn während scharfer Kehren dann hervorzurufen, wenn die Geschwindigkeit nicht reduziert wird. Demgemäß muß die Geschwindigkeit der Plasmabogenvorrichtung bezüglich des Werkstücks gesteuert werden, und zwar unter Berücksichtigung der Beschränkungen der speziellen Vorrichtung, um so den gewünschten Schneidpfad oder die gewünschte Schneidbahn beizubehalten.

Bei bekannten Systemen werden Signale repräsentativ für die Bogenspannung und den Bogenstrom verwendet, um einen vorgewählten Abstand zwischen dem Bogen und dem Werkstück aufrechtzuerhalten, und zwar durch Bewegung der Bogenvorrichtung zum Werkstück hin oder von diesem weg (d.h. längs einer Z-Achse senkrecht zur Ebene parallel zum Werkstück). Wenn sich somit der Bogen auf dem gewünschten Abstand befindet, so repräsentieren die Spannungsund Stromsignale den richtigen Abstand und der Bogen bewegt sich

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nicht dichter zur Oberfläche des Werkstücks hin oder von diesem weg während eines Schneidvorgangs, solange die Geschwindigkeit, mit der der Bogen sich über die Oberfläche des Werkstücks bewegt, nicht reduziert wird, und einen Viert, der gerade ausreicht, um das Schneiden des Werkstücks zu gestatten.

Das Ergebnis einer Verminderung der Vektorgeschwindigkeit des Bogens beim Durchlaufen von scharfen Wänden oder Kurven besteht darin, daß das neue Material dem Bogen mit einer verminderten Rate dargeboten wird. Wenn dies geschieht, so wird das geschmolzene Material aus dem Schnitt herausgeblasen und der Bogen kann durch den Schnitt wachsen, wodurch er sich bis zu dem unter dem Werkstück befindlichen Werktisch erstrecken kann. Der sich ergebende Anstieg der Bogenlänge erhöht den Bogenwiderstand und reduziert somit den Bogenstrom und vergrößert die Bogenspannung. Diese Bedingungen würden dann von dem bekannten Steuersystem dahingehend interpretiert, daß ein übermäßiger Bogen-zu-Werkstück-Abstand vorliegt, und der Bogen würde die Tendenz besitzen, zum Werkstück hin angetrieben zu werden. Dies würde eine Beschädigung des Bogens oder des Werkstücks oder von beiden zur Folge haben, wenn nicht Sicherheitsvorrichtungen in das System eingebaut sind, welche bei einer übermässigen Änderung des Bogen-zu-Werkstück-Abstands das System inaktivieren.

Zusammenfassung der Erfindung. Die Erfindung beabsichtigt, eines oder mehrere der oben erläuterten Problem zu überwinden. Gemäß der Erfindung werden ein Signal,repräsentativ für die Vektorgeschwindigkeit des Bogens, und vergleichbare Signale, repräsentativ für Bogenstrom und Bogenspannung erzeugt, in richtiger Weise polarisiert und mit einem Versetzungssignal summiert, um ein Null-Steuersignal bei dem gewünschten Abstand und der gewählten Vektorgeschwindigkeit zwischen Bogen und Werkstück zu erzeugen. Solange die Vektorgeschwind!gkeit konstant ist, wird der Abstand zwischen Bogen und Werkstück durch die Spannungs-Strombeziehung gemäß bekannten Systemen gesteuert. Wenn jedoch die Vektorgeschwindigkeit abnimmt, so wird das dafür repräsentative Signal proportional zu Änderungen geändert, die in den für Bogenstrom und

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Bogcnspannung repräsentativen Signalen auftreten, wenn der Bogen mit einer reduzierten Rate auf neues Material auftrifft. Somit besteht für den Bogen keine Tendenz, durch das automatische Steuersystem während Perioden reduzierter Vektorgeschwindigkeit bewegt zu werden, wenn nicht eine Änderung im Abstand zwischen Bogen und Werkstück aus irgendeinem anderen Grund auftritt, wie beispielsweise durch eine Erhöhung der Oberfläche des Werkstücks zum Bogen hin, beispielsweise infolge des Werfens des Werkstücks.

Kurz gesagt wird gemäß der Erfindung ein ausgewählter Abstand zwischen der Plasmabogenvorrichtung und der Arbeitsoberfläche eines Werkstücks aufrechterhalten, nachdem ein Bogen dazwischen aufgebaut wurde und während der Bewegung dieses Bogens längs der Oberfläche des Werkstücks mit sich ändernden Geschwindigkeiten, und zwar durch elektrische Abfühlung der zwischen dem Werkstück und der Plasmabogenvorrichtung vorhandenen Spannung und des vorhandenen Stroms und durch Erzeugung vergleichbarer erster und zweiter dafür jeweils repräsentativer elektrischer Signale. Eines dieser ersten und zweiten elektrischen Signale wird elektrisch bezüglich des anderen invertiert und ein drittes elektrisches Signal, repräsentativ für die Bewegungsgeschwindigkeit des Plasmabogens längs der Oberfläche des Werkstücks wird erzeugt, welches mit diesen ersten und zweiten elektrischen Signalen vergleichbar ist und entgegengesetzten Sinn, aber das gleiche Vorzeichen wie eines dieser ersten und zweiten elektrischen Signale aufweist. Die ersten, zweiten und dritten elektrischen Signale werden sodann elektrisch miteinander summiert und mit einem vierten vergleichbaren elektrischen Signal. Das vierte vergleichbare elektrische Signal wird derart ausgewählt, daß es die gleiche Größe und entgegengesetztes Vorzeichen wie die Summe der ersten, zweiten und dritten elektrischen Signale beim gewünschten Bogenabstand und der gewünschten Geschwindigkeit besitzt, um so ein elektrisches Steuersignal zu erzeugen, welches für jede Nettoänderung repräsentativ ist, die in der Summe aus den ersten, zweiten, dritten und vierten elektrischen Signalen auftreten kann. Das Steuersignal wird elektromechanische mit der Plasmabogenvorrichtung gekuppelte Mittel angelegt, um die Plasmabogenvorrichtung auf den ausgewählten Abstand gegenüber der

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Arbeitsoberfläche infolge des Steuersignals zu bewegen. Die Mittel zur Durchführung der Erfindung umfassen eine Gleichstromleistungsversorgung, verbunden mit dem Bogen und dem Werkstück, Mittel zum Abfühlen von Ausgangsstrom und Spannung der Leistungsversorgung zur Erzeugung vergleichbarer erster und zweiter elektrischer dafür repräsentativer Signale, Mittel zum Invertieren eines der ersten und zweiten elektrischen Signale bezüglich einander, Mittel zur Erzeugung eines dritten elektrischen Signals, repräsentativ für die Bewegungsgeschwindigkeit der Plasmabogenvorrichtung bezüglich der Werkstückoberfläche, Mittel zur Erzeugung eines vierten elektrischen Signals, welches die gleiche Größe und entgegengesetzten Sinn wie die Summe der ersten, zweiten und dritten elektrischen Signale bei einem gewünschten Bogenabstand und Geschwindigkeit besitzt, Mittel zum Summieren der ersten, zweiten und dritten elektrischen Signale miteinander und mit dem vierten elektrischen Signal zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals, elektromechanische Mittel zur Bewegung der Plasmabogenvorrichtung zur Werkstückoberfläche hin und von dieser weg und Mittel zum Anlegen des Steuersignals an die elektromechanischen Mittel, um zu bewirken, daß sich die Plasmabogenvorrichtung zu einem ausgewählten Abstand gegenüber der Werkstückoberfläche hinbewegt, wenn irgendeine Nettoänderung in der Summe der ersten, zweiten, dritten und vierten elektrischen Signale auftritt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung, angewandt bei einem Plasmabogenschneidsystem;

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Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels von erfindungsgemäßen Mitteln zur Verwendung bei Plasmabogenschneidsystemen, bei denen Antriebsmotoren verwendet werden/ um die X-Achsen- und Y-Achsen- Bewegung des Plasmabogens zu erzeugen, und wobei ein Vektorgeschwindigkeitssignal von den relativen Drehgeschwindigkeiten dieser Antriebsmotoren abgeleitet wird;

Fig. 3 ein Schaltbild eines Plasmabogenschneidsystems, geeignet zum Einschluß von Mitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Bogenabstandssteuerung, wobei gewisse Elemente des Systems schematisch und andere in Blockform dargestellt sind;

Fig. 4 ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Mittel zur Durchführung der Erfindung, wobei übliche Elemente der Plasmabogenschneidvorrichtung in Blockform dargestellt sind,und mit der Eingangsgröße vom Schaltbild der Fig. 2.

Innerhalb der gestrichelten Linien 10 der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der elektrischen Komponenten eines üblichen Plasmabogenschneidsystems dargestellt. Eine übliche Plasmabogenvorrichtung ist mit Abstand gegenüber der Oberfläche eines Werkstücks 12 angeordnet, wobei. Vorrichtung 11 und Werkstück 12 jeweils elektrisch mit der einen bzw. anderen Ausgangsleitung einer üblichen Gleichspannungsversorgung 13 verbunden sind. Der Abstand zwischen der Bogenvorrichtung 11 und der Oberfläche des Werkstücks 12 wird mechanisch durch eine elektromechanische Vorrichtung,wie beispielsweise einen Servomotor 14, vorgesehen, der mechanisch dazwischen angeordnet ist. Die Bogenvorrichtung 11 kann eine Starterelektrode 11' isoliert von deren Körper aufweisen, an die ein hochfrequenter Hochspannungsimpuls bezüglich des Hauptkörpers der Vorrichtung 11 von einer in Fig.1 nicht gezeigten Quelle aus angelegt werden kann, um den Plasmabogen zu zünden. Wenn der Plasmabogen einmal zwischen dem Körper der Vorrichtung 11 und der Starterelektrode 11' gezündet ist,

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so wird er auf das Werkstück 12 durch die durch LeistungsVersorgung 13 am Spalt 15 zwischen Vorrichtung 11 und Werkstück erzeugte Gleichspannung übertragen. Der Gleichstromfluß durch den Plasmabogen über den Spalt 15 hinweg hält den Bogen aufrecht und erzeugt die Erwärmung des Werkstücks 12 und den gewünschten Schneidvorgang am Werkstück.

Die Plasmabogenvorrichtung 11 ist mit einer (nicht gezeigten) Druckquelle eines ausgewählten Gases verbunden, um eine Gasströmung über den Spalt 15 zwischen Vorrichtung 11 und Werkstück vorzusehen, in dem der Plasmabogen ausgebildet ist. Dieses Gas kann so ausgewählt sein, daß sich eine Oxydierungswirkung beim Schneiden ergibt oder aber es kann ein inertes Gas sein oder ein Gas mit irgendeiner anderen speziellen Eigenschaft kann ausgewählt werden zur Verwendung bei der Durchführung anderer Operationen. Im Handel verfügbare Maschinen sehen auch (nicht gezeigte) Mittel vor, um den Bogen zu stabilisieren und um das beim Bogenbetrieb entstehende Geräusch zu dämpfen, wobei beispielsweise ein Wasser- oder Gasmantel verwendet wird.

Die Qualität des durch die Plasmabogenvorrichtung 11 erzeugten Schnitts hängt vom Aufbau und der Aufrechterhaltung der richtigen Gleichspannungsleistungsausgangsgröße von der Leistungsversorgung 13 und von der richtigen Gasströmung durch den Bogen 11 und dem richtigen Abstand oder Spalt 15 zwischen Bogenvorrichtung 11 und Oberfläche des Werkstücks 12 ab. Demgemäß ist die Leistungsversorgung 13 von im Handel verfügbaren Plasmabogenvorrichtungssystemen mit geeigneten (nicht gezeigten) Steuerungen ausgestattet, um die Leistungsversorgung 13 einzustellen, so daß sie einen gegebenen Prozentsatz der Nennleistung liefert, wobei ferner geeignete Ventile an der nicht gezeigten Druckgasquelle vorhanden sind, um eine gegebene Gasströmung durch die Plasmabogenvorrichtung 11 einzustellen. In ähnlicher Weise sind Mittel zum Einstellen des Abstands 13 zwischen der Bogenvorrichtung und dem Werkstück 12 vorhanden und umfassen elektrische Mittel zum Antrieb des Servomotors 14,und eine manuelle Steuerung für die Antriebsmittel 16 ist bei im Handel verfügbaren Plasmabo-

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gensystemen 10 vorhanden.

Das Plasmabogensystem 10 kann auch eine bekannte automatische Abstandssteuerung 18 elektrisch verbunden mit den Antriebsmitteln 16 aufweisen, und zwar besitzt diese Steuerung 18 körperlich und mechanisch mit der Bogenvorrichtung 11 und dem Werkstück 12 verbundene Fühlvorrichtungen, wie dies durch die gestrichelten Linien 19 angedeutet ist. Es wurde jedoch festgestellt, daß die bekannten automatischen Abstandssteuermittel 18 im wesentlichen dann nicht mehr funktionieren, wenn der Plasmabogen zwischen der Vorrichtung 11 und dem Werkstück 12 gezündet ist, und die Funktionsblöcke außerhalb der gestrichelten Linie 10, aber innerhalb der strichpunktierten Linien 10', zeigen ein bekanntes Verfahren zur automatischen Steuerung des Abstands zwischen der Bogenvorrichtung 11 und dem Werkstück 12, nachdem der Bogen gezündet ist, ohne auf die mechanische Abfühlung, angedeutet durch gestrichelte Linien 19, zu vertrauen.

Wie dies innerhalb der gestrichelten Linie 10 der Fig. 1 gezeigt ist, weisen konventionelle Plasmabogensysteme ein Voltmeter 20 auf, welches an den Ausgangleitern der Leistungsversorgung 13 liegt, wobei ferner ein Amperemeter 21 in eine der Ausgangsleitungen der Leistungsversorgung 13 eingeschaltet ist. Auf diese Weise wird im Betrieb die Ausgangsgröße der Leistungsversorgung 13 von Hand auf den erforderlichen Wert eingestellt, um die gewünschte Operation an einem speziellen Werkstück auszuführen. Die Dicke des Werkstücks und die erforderliche Erhitzung desselben zur Durchführung der gewünschten Operation bilden ebenso wie die Verarbeitungszeit die Grundlage für die Bestimmung des Prozentwertes der Ausgangsleistung ,auf welche die Leistungsversorgung eingestellt wird. Die tatsächliche Erhitzung des Werkstücks 12 ist natürlich eine Funktion des Stromflusses durch den Plasmabogen bei der bestimmten Leistungseinstellung, wobei dieser durch das Amperemeter 21 angezeigte Stromfluß eine Funktion der speziellen LeistungsVersorgung 13, der speziellen Plasmabogenvorrichtung 11, des speziellen verwendeten Gases und dessen Druck und des Abstandes 15 zwischen Vorrichtung 11 und dem Werkstück ist, und der Abstand oder Spalt

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zwischen der Vorrichtung 11 und dem Werkstück 12 ist für maximale Energieübertragung zum Werkstück bei der entsprechenden Leistungsausgangsgrößeneinstellung der LeistungsVersorgung eingestellt, und die Bewegungsgeschwindigkeit der Plasmabogenvorrichtung über das Werkstück ist derart eingestellt, daß neues Material konstant zum Zwecke des Schneidens vorgelegt wird. Wenn das System einmal richtig für die Durchführung eines speziellen Schneidvorgangs am werkstück 12 eingestellt ist, so braucht man nur die richtige Geschwindigkeit und den Abstand oder Spalt 15 aufrechtzuerhalten, um einen effizienten Betrieb des Systems sicherzustellen. Wenn das Werkstück 12 sich geworfen hat oder eine unebene Oberfläche aufweist, so ist die Länge dieses Spalts 15 während der Operation einer Änderung unterworfen.

Der Stromfluß durch den Plasmabogen ändert sich umgekehrt mit der Länge des Spalts 15, aufgebaut durch den Abstand der Vorrichtung 11 gegenüber dem Werkstück 12, wohingegen die Leistungsversorgungsspannung direkt proportional zur Spaltlänge ist. Gemäß der Lehre des Standes der Technik, wie er innerhalb der strichpunktierten Linien 10' der Fig. 1 gezeigt ist, wird die Ausgangsspannung der Leistungsversorgung 13 .durch erste Mittel abgefühlt, die durch den Block G₂ angezeigt sind und an die Ausgangsleiter der LeistungsVersorgung 13 in Verbindung mit-dem Voltmeter 2O angeschaltet sind, wobei der Stromfluß durch den Plasmabogen durch zweite Mittel abgefühlt wird, die durch den Block G₅ dargestellt sind und die mit einer der Ausgangsleiter in Verbindung mit dem Amperemeter 21 verbunden sind. Die Fühlmittel G₅ und G2 sind jeweils in der Lage, ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches für den abgefühlten Strom bzw. die abgefühlte Spannung repräsentativ sind, und eines dieser Mittel kann ein elektrisches Signal mit umgekehrtem Vorzeichen bezüglich des elektrischen Signals, erzeugt durch die anderen dieser Mittel, erzeugen.

Gemäß einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das durch den Fühler G₉ erzeugte elektrische Signal

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eine negative Spannung, die dann negativer wird, wenn die Spannungsausgangsgröße der Leistungsversorgung 13 ansteigt, wohingegen das durch den Fühler G₅ erzeugte elektrische Signal eine positive Spannung ist, die positiver wird, wenn der Stromfluß durch den Plasmabogen ansteigt. Die Eingangsgröße zur Fühlvorrichtung G„ unterscheidet sich in ihrer Größenordnung stark von der Eingansgröße zur Fühlvorrichtung G₁-. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jedoch notwendig, daß das für die Ausgangsspannung der LeistungsVersorgung repräsentative Signal in der Größenordnung mit dem Signal vergleichbar ist, welches den Strom repräsentiert, der durch den Plasmabogen fließt, und zwar gilt dies in beiden Fällen bezüglich einer gemeinsamen Bezugsgröße. Zu diesem Zweck wird das durch den Fühler G₂ erzeugte Signal mit einem Bezugssignal von einer Quelle K₁ im Summierverstärker G₃ summiert. In ähnlicher Weise wird das durch den Fühler G₁- erzeugte Signal mit einem durch eine Quelle K„ gelieferten Bezugssignal in Summierverstärker G₆ summiert. Die durch die Quellen K₁ und K₃ erzeugten Bezugssignale sind bezüglich der durch die Fühler G- und G^ erzeugten S .rle groß, aber miteinander hinsichtlich der Größenordnung vergleichbar, obowhl sie entgegengesetzte Vorzeichen besitzen und die durch die Summierverstärker G₃ und G_ß erzeugten Signale somit die Tendenz besitzen, einander auszulöschen, wenn sie miteinander im Summierverstärker G₇ summiert werden.

Ein weiteres Bezugssignal von Quelle K₃ mit einem Vorzeichen ent~ sprechend demjenigen des Signals von einem der Summierverstärker G₃ und G, wird mit den Signalen von G₃ und G_g in Summierverstärker G₇ summiert. Die Quellen K₁, K₃ und K₃ der Bezugssignale stehen alle miteinander in Beziehung und besitzen in der Tat, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird, sämtlich eine gemeinsame Quelle oder Leistungsversorgung. Somit ist das Bezugssignal von Quelle K_ vergleichbar mit den summierten Signalen von Summierverstärkern G₃ und Gc und, wenn man einen Augenblick nicht die weitere Eingangsgröße zum Summierverstärker G₇ gemäß der Lehre dieser Erfindung berücksichtigt, die Quelle K₃ kann derart eingestellt werden, daß sie ein Signal erzeugt zur Summierung mit den Signalen von G₃ und G_ß im Summierverstärker G , was zur Folge hat, daß kein Ausgangssignal vom Summierverstärker G₇ kommt, wenn

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die Plasmabogenvorrichtung 11 sich auf dem gewünschten Abstand gegenüber dem Werkstück 12 befindet. Wenn sich der Abstand zwischen der Plasmabogenvorrichtung 11 und dem Werkstück 12 aus irgeneinem Grund ändern sollte, so würde sich von G₇ ein Ausgangssignal ergeben, welches entgegengesetzte Vorzeichen haben würde, und zwar abhängig davon, ob der Abstand gegenüber dem gewünschten Abstand vergrößert oder verringert wird.

Die Ausgangsgröße des Summierverstärkers G₇ läuft durch ein Filter F₁ und wird in Verstärker G_ft weiter verstärkt. Die Ausgangsgröße des Verstärkers G_ft wird zur Steuerung einer elektrischen Antriebsschaltung 16 für den Servomotor 14 verwendet, der seinerseits den Abstand zwischen der Plasmabogenvorrichtung 11 und dem Werkstück 12 steuert. Die Filterschaltung F₁ dient zur Entfernung von Wechselstromkomponenten in der Ausgangsgröße des Verstärkers G₇ und zur Aktivierung einer Schaltung 25, die zum Abschalten des Betriebs des Plasmabogenvorrxchtungssystems 10 dient, wenn sich diese Ausgangsgröße radikal ändert.

Nimmt man an, daß die LeistungsVersorgung 13 eingestellt wurde, um eine gegebene Ausgangsgröße zu erzeugen, so wird ein verstärktes Signal proportional zur Spannung am Spalt 15 durch den Verstärker G₃ erzeugt und an den Summierverstärker G₇ angelegt. Ein gegebener Stromfluß erfolgt dabei durch den Bogen, wobei die Größenordnung eine Funktion der Länge des Spalts 15 zwischen Vorrichtung 11 und Werkstück 12 ist, und zwar umgekehrt proportional zu dieser Länge ist, wobei ein verstärktes die Größe dieses Stromflusses repräsentierendes Signal an den Summierverstärker G_ durch den Verstärker Q, angelegt wird. Da die durch die Verstärker G₃ und G_g erzeugten verstärkten Signale miteinander vergleichbar sind, ist es möglich, daß die zwei Signale einander genau gleich sind und einander im Summierverstärker G₇ auslöschen. In die.am Falle wird ein elektrisches Ausgangssignal durch den Summierverstärker G- erzeugt, und zwar proportional zur vollen Größe des daran von Quelle K angelegten Bezugssignals.

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Dieses Signal wird durch G„ und durch die Wirkung der Treiberschaltung 16 verstärkt,und der Servomotor 14 bewegt die Plasmabogenvorrichtung 11 entweder zum Werkstück 12 hin oder von diesem weg. Sobald sich die Plasmabogenvorrichtung 11 bezüglich des Werkstücks 12 bewegt, ändern sich Strom und Spannung des Bogens in entgegengesetzter Beziehung, abhängig von der Richtung dieser Bewegung. Diese Änderung des Stromes und der Spannung des Plasmabogens ändert die Größe der verstärkten durch die Verstärker G_Q und G,-

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gelieferten Signale an den Summierverstärker G-, und es wird daher das elektrische Ausgangssignal geändert, welches durch den Verstärker G- zur Verstärkung in G_fi geliefert wird.

Beim tatsächlichen Betrieb wird der gewünschte Abstand zwischen der Plasmabogenvorrichtung 11 und dem Werkstück 12 von Hand eingestellt. Die durch die Quellen K₁, K„ und K erzeugten Bezugssignale werden sodann derart eingestellt, daß die Differenz zwischen den verstärkten durch die Verstärker G, und G_r an den

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Summierverstärker G_ angelegten Signalen gleich dem Bezugssignal ist, angelegt an Summierverstärker G_ durch Quelle K₃, was das Nichtvorhandensein irgendeines Ausgangssignals am Verstärker G₈ vom Summierverstärker G_ zur Folge hat. Es sei nunmehr angenommen, daß das durch den Verstärker G-, erzeugte für die Ausgangsspannung der Leistungsversorgung 13 repräsentative verstärkte Signal ein "negatives" Signal ist, welches negativer wird, wenn die Ausgangsspannung der LeistungsVersorgung 13 ansteigt, und das verstärkte durch Verstärker G_g erzeugte Signal, welches repräsentativ für den Stromfluß im Plasmabogen ist, ein "positives" Signal ist, welches positiver wird, wenn dieser Strom ansteigt. Es sei ferner angenommen, daß das durch die Quelle K₃ gelieferte Bezugssignal ein "positives" Signal ist. Wenn somit der Stromfluß durch den Bogen ansteigt, so wird das an den Summierverstärker G- durch Verstärker G_g angelegte positive Signal ansteigen und das negative Signal von Verstärker G_ wird weniger negativ. Dies hat die Ausgabe eines positiven Signals vom Verstärker G₇ zur Folge. Wenn andererseits der Stromfluß im Bogen kleiner wird, so wird das durch den

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Verstärker G_g an den Verbindungspunkt angelegte positive Signal abnehmen und das negative Signal vom Verstärker G~ wird negativer. Dies hat ein negatives Ausgangssignal vom Verstärker G₇ zur Folge. Die Antriebsschaltung 16 kann sodann derart ausgebildet sein, daß das Anlegen eines negativen Signals vom Verstärker G₇ zur weiteren Verstärkung durch Verstärker G„ zur Folge hat, daß sich der Servomotor in der richtigen Richtung dreht, um den Abstand zwischen der Plasmabogenvorrichtung 11 und dem Werkstück 12 zu verringern, wohingegen das Anlegen eines positiven Signals an die Antriebsschaltung 16 durch Verstärker G- und G₀ zur Folge hat, daß sich der Servomotor in der richtigen Richtung dreht, um den Abstand zwischen Bogenvorrichtung 11 und Werkstück 12 zu erhöhen. Wenn somit einmal der richtige Abstand zwischen der Plasmabogenvorrichtung 11 und dem Werkstück 12 aufgebaut ist und der Bogen eingeleitet ist, so wird jede Änderung dieses Abs-tandes bewirken, daß die Bogenvorrichtung bezüglich des Werkstückes zur richtigen Abstandsherstellung dazwischen bewegt wird.

Es wurde festgestellt, daß sich der Abstand von Bogenvorrichtung und Werkstück für optimale Produktivität (d.h. hohe Bogenvorrichtungs-Laufgeschwindigkeit) und Schnitt-Wahrheit in unterschiedlichen Plasmabogensystemen unterscheidet, und zwar abhängig von den Charakteristika der speziellen Plasmabogenschneidvorrichtung u. des Systems selbst. Beispielsweise ergab sich durch Tests, daß die Plasmabogenschneidvorrichtung und das System bei vorherrschender Verwendung durch den Anmelder am besten bei 3/8 Zoll (9,5 mm) Abstand zwischen Plasmabogenvorrichtung und Werkstück arbeitet. Wenn der Abstand vermindert wird, so verschlechtert sich die Schnittqualität und es ergeben sich unannehmbare Schnitte, wenn der Abstand auf annähernd 1/16 Zoll (1,6 mm) vermindert wird. Dieser optimale Abstand ist unabhängig von der Dicke des zu schneidenden Werkstücks, und zwar über einen beträchtlichen Dickenbereich hinweg, obwohl es möglich ist, dünnere Werkstücke mit einer höheren Rate als Werkstücke mit größerer Dicke zu schneiden.

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Für eine optimale Produktivität wird somit die Laufgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung bezüglich des Werkstücks derart eingestellt, daß neues Material der Bogenvorrichtung zum Zwecke des Schneidens mit einer konstanten Rate vorgelegt wird, die von der Werkstückdicke abhängt. Wenn die Laufgeschwindigkeit oder der Geschwindigkeitsvektor der Bogenvorrichtung bezüglich des Werkstückes zu groß ist für ein Werkstück mit gegebener Dicke, so wird der Schnitt unvollständig, und wenn die Laufgeschwindigkeit oder Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung bezüglich des Werkstücks zu niedrig für ein Werkstück mit gegebener Dicke liegt, so verbreitert sich der Plasmabogen durch den Schnitt hindurch, was nicht nur eine ineffiziente Schneidwirkung bedeutet, sondern auch die Tendenz nach sich zieht, die gewünschte Arbeitsweise der automatischen Abstandssteuerung zu stören, die, wie oben beschrieben, den optimalen Abstand zwischen Bogenvorrichtung 11 und Werkstück 12 aufrechterhalten soll.

Gemäß dem Stande der Technik ist es üblich, die Bogenvorrichtung übex die Werkstückoberfläche mittels einer motorgetriebenen Vorrichtung zu bewegen, die die Bogenvorrichtung gleichzeitig längs zweier senkrechter Achsen in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Werkstückoberflächenebene bewegt. Somit zeigt Fig. 1 einen Elektromotor 26, der mechanisch mit der- Bogenvorrichtung 11 gekuppelt ist, um diese längs einer speziellen Achse (im folgenden als die X-Achse bezeichnet) anzutreiben, und zwar in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Werkstücks 12. Ein zweiter Elektromotor 27 ist mechanisch mit der Bogenvorrichtung 11 gekuppelt, wie dies durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, um die Bogenvorrichtung 11 längs einer Achse (im folgenden als Y-Achse bezeichnet) zu bewegen, die senkrecht zur X-Achse verläuft. Durch richtige Einstellung der Drehgeschwindigkeiten oder Drehzahlen der Motoren 26 und 27 bezüglich einander kann die Bogenvorrichtung 11 längs irgendeines ausgewählten Vektors mit einer ausgewählten Geschwindigkeit bewegt werden. Der Stand der Technik zeigt eine automatische Laufsteuervorrichtung, wie diese durch den Kasten 28 angedeutet ist, die in entsprechender Weise

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mit den Motoren 2 6 und 27 in Verbindung steht, und zwar durch die gestrichelten Pfeile, welche die relative Geschwindigkeitssteuerung der Motore 26 und 27 darstellen. Beispielsweise könnte die automatische Laufsteuerung 28 eine Bandsteuerung bekannter Art sind, die in der Lage ist, die relativen Geschwindigkeiten der Motoren 26 und 27 zu variieren, um zu bewirken, daß die Plasmabogenvorrichtung 11 einer vorbestimmten Bahn oder Muster mit vorbestiinmter Geschwindigkeit folgt.

Der Erfinder hat jedoch erkannt, daß es physikalisch unmöglich ist, die für optimale Produktivität erforderliche relativ hohe Geschwindigkeit des Bogenvorrichtungslaufs konstant zu halten, wenn die Bogenvorrichtung 11 längs einer Bahn bewegt wird, die relativ abrupte Richtungsänderungen aufweist. Infolge der Masse der Bogenvorrichtung und der mechanischen Elemente der Vorrichtung zur Bewegung der Bogenvorrichtung über die Oberfläche des Werkstückes sind bei jeder Richtungsänderung Trägheitskräfte vorhanden. Selbst bei einer neuen Maschine, die derart konstruiert ist, daß sie den auftretenden Trägheitskräften widersteht, ist es notwendig, die Geschwindigkeit der Plasmabogenvorrichtung mindestens etwas zu reduzieren, und zwar selbst dann, wenn die Richtungsänderung auf einem Radius erfolgt. Wenn eine abrupte Richtungsänderung mit einem scharfen Winkel (d.h. 30° oder mehr) erforderlich ist, so ist es notwendig, den Geschwindigkeitsvektor der Bogenvorrichtung mindestens augenblicklich um eine beträchtliche Größe zu verringern. Wenn die Maschine aber nicht derart konstruiert ist, daß sie Trägheitskräften widersteht, die bei Richtungsänderungen der Vektorgeschwindigkeit derBogenvorrichtung bezüglich des Werkstücks auftreten, so muß die automatische Laufsteuerung derart programmiert sein, daß zusätzliche Geschwindigkeitsreduktionen vorgesehen sind bei einer Bewegungsrichtungsänderung der Bogenvorrichtung, um so sicherzustellen, daß die richtige Schneidbahn erreicht wird. Bei jeder solchen Vorrichtung, die extensiv benutzt wurde, trägt auch der Verschleiß der Komponenten dazu bei, daß die Notwendigkeit für eine Verminderung der Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung in Verbindung mit Richtungsänderungen besteht, um annehmbare Schnitte zu erzeugen.

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Wann immer die Vektorgeschwindigkeit derBogenvorrichtung von ihrem Optimalwert für die Dicke des zu schneidenden Werkstücks reduziert wird, so hat der Bogen die Tendenz, durch das Werkstück zu wachsen oder aufzublühen, und die oben beschriebene Abstandssteuervorrichtung fühlt die vergrößerte Bogenlänge ab und interpretiert dies als einen vergrößerten Abstand zwischen der Bogenvorrichtung und dem Werkstück. Somit hat die oben beschriebene Vorrichtung die Tendenz, die Bogenvorrichtung immer dann zum Werkstück hinzubewegen, wenn die Vektorgeschwindigkeit von ihrem Optimalwert reduziert wird. Ohne die erfindungsgemäße Lehre würde dies zu einer Verminderung des Abstands zwischen der Bogenvorrichtung und dem Werkstück führen, und somit zu einem Schnitt von schlechter Qualität an und um den Punkt herum, wo die Richtungsänderung auftritt.

Entsprechend der erfindunsgemäßen Lehre wird ein elektrisches Signal proportional zur Vektorgeschwindigkeit derBogenvorrichtung erzeugt, wobei dieses elektrische Signal von der Antriebsvorrichtung abgeleitet ist, die die Bogenvorrichtung bewegt. Dieses Vektorgeschwindigkeitssxgnal ist derart konditioniert, daß es zum Steuersignal entgegengesetzt ist, was sich aus einer Erhöhung des Abstandes zwischen der Bogenvorrichtung und dem Werkstück ergeben würde. Das Vektorgeschwindigkeitssxgnal wird sodann mit dem Bogenspannungssignal und dem Bogenstromsignal in der automatischen Bogenvorrichtungsabstand-Steuervorrichtung summiert. Wenn somit die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung abnimmt und der Plasmabogen durch das Werkstück "erblüht", was die automatische Abstandssteuervorrichtung veranlaßt, eine Vergrößerung des Bogenabstands festzustellen, so würde dem sich ergebenden Signal mit der Tendenz, die Bogenvorrichtung zum Werkstück hin anzutreiben, durch das Geschwindigkeitsvektorsignal entgegengewirkt, und die Bogenvorrichtung wird die Tendenz aufweisen, auf ihrem vorgewählten Abstand gegenüber dem Werkstück zu verbleiben, und zwar selbst unter den Bedingungen niedriger-Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung.

Ein Funktionsdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Erzeugung des Vektorgeschwindigkeitssignals ist außerhalb der strichpunktierten Linie 1O¹ der Fig. 1 gezeigt.

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Geni :ß diesem Ausführungsbeispiel 100 der Erfindung ist ein Paar von Geschwindigkeitswandlern 102, 103 jeweils mechanisch mit der Antriebswelle des Motors 26 bzw. 27 gekuppelt (vgl. Fig. 1). Die Geschwindigkeits- oder Drehzahlwandler 1O2, 103 dienen jeweils zur Erzeugung eines elektrischen Signals proportional zu den Drehgeschwindigkeiten der Antriebswellen der Motoren 26 bzw. 27, und jeder der Wandler kann beispielsweise ein bekanntes Gleichstromtachometer aufweisen, welches drehbar mit den entsprechenden Antriebswellen angeordnet ist. Auf diese Weise sind die Ausgangsgrößen der Geschwindigkeitswandler 102 bzw. 103 auf den Leitungen 104 bzw. 105 Gleichspannungen proportional zu den Drehzahlen der Motoren 26 bzw. 27.

Die Signale auf den Leitern 104 und 105 werden in Quadrierschaltungen 106 bzw. 107 multipliziert, und die Ausgangsgrößen der Quadrierschaltungen 106 und 107 liefern die Eingangsgrößen für eine Summierschaltung 108. Auf diese Weise ist die Ausgangsgröße auf Leiter 110 von der Summierschaltung 108 ein Signal, welches für die Summe der Quadrate der Drehgeschwindigkeiten der Motoren 26 und 27 repräsentativ ist. Das Signal auf Leiter 110 dient als Eingangsgröße für eine Quadratwurzelschaltung 112.

Die Ausgangsgröße der Quadratwurzelschaltung 112 auf Leiter ist für die Quadratwurzel aus der Summe der Drehzahlen der Motoren 26 und 27 repräsentativ und ist somit wirklich für die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung 11, bewegt durch die Motoren 26 und 27 repräsentativ. Das Signal auf Ausgangsleiter 114 der Quadratwurzelschaltung 112 ist derart konditioniert, daß es ein negatives Signal ist, welches weniger ins Negative geht, wenn die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung abnimmt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Signal auf dem Ausgangsleiter 114 der Quadratwurzelschaltung 112 mit einem Eingang zum Summierverstärker G_ zusammen mit den Ausgangsgrößen der Summierverstärker G₃ und G_fi und auch der Signalquelle K₃ verbunden.

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Wie oben erläutert, ist die Ausgangsgröße des Summierverstärkers G₃ eine negative Spannung, die dann mehr ins Negative geht, wenn der Abstand zwischen der Bogenvorrichtung und d.-m Werkstück ansteigt, wodurch die Spannung am Bogen größer wird. Die Ausgangsgröße des Summierverstärkers G_fi ist eine positive Spannung, die weniger positiv wird, wenn der Abstand zwischen der Bogenvorrichtung und dem Werkstück ansteigt, was eine Abnahme des Bogenstroms zur Folge hat. Da die Ausgangsgröße der Quadratwurzelschaltung 112 auf Leitung 114 eine negative Spannung ist, die weniger ins Negative dann geht, wenn die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung abnimmt, so erkennt man, daß dieses Signal den Effekten einer Bogenverlängerung, erzeugt durch das Erblühen des Bogens durch das Werkstück hindurch entgegenwirkt, wenn die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung unter die optimale Geschwindigkeit reduziert wird. Auf diese Weise wird das Signal von Quelle K,. derart ausgewählt, daß es die Summierung des Spannungssignals von Summierverstärker G^, des Stromsignals von Summierverstärker G_fi und des VektorgesChWXn^igkeitssignals von Quadratwurzelschaltung 112 auslöscht. Eine Verminderung der Vektorgeschwindigkeit vermindert die negative Signalausgangsgröße der Quadratwurzelschaltung 112, wobei aber gleichzeitig die Vektorgeschwindigkeitsverminderung die Tendenz hat, ein Durchblühen des Bogens durch das Werkstück hervorzurufen und einen daraus resultierenden Anstieg des negativen Spannungssignals vom Summierverstärker G-. und ein Abnehmen des positiven Stromsignals vom Summierverstärker G_ß. Das Nettoergebnis besteht darin, daß die Änderung des Vektorgeschwindigkeitssignals die Tendenz hat, der Summe von Änderungen in den Spannungs- und Stromsignalen entgegenzuwirken, und es besteht die Tendenz, daß durch den Summierverstärker G^ kein Steuersignal erzeugt wird, wodurch der ausgewählte Abstand der Bogenvorrichtung gegenüber dem Werkstück beibehalten bleibt.

Sollte sich jedoch der Abstand zwischen der Bogenvorrichtung und dem Werkstück während einer Periode reduzierter Wechselgeschwindigkeit, beispielsweise infolge Werfens des Werkstücks ändern, so würde die weitere Änderung der Spannungs- und Stromsignale entsprechend der Änderung des Abstandes die Tendenz haben, den normalen Betrieb der Steuerschaltung gemäß dem

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Stande der Technik zu ergeben. Es sei bemerkt, daß die gewünschte maximale Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung durch die automatische Laufsteuerung eingestellt wird, und daß kein Anstieg dieser Vektorgeschwindigkeit über das voreingestellte Maximum auftritt, obwohl es notwendig ist, die Vektorgeschwindigkeit im Betrieb zu reduzieren.

Ein schematisches Diagramm der elektronischen Schaltung des Ausführungsbeispiels 100 der Fig.1 ist in Fig.2 dargestellt. Die Bezugszeichen der Fig. 1 werden zur Identifikation der gleichen Teile in Fig. 2 verwendet, wobei die automatische Laufsteuerung 28, die Motoren 26 und 27 und die Geschwindigkeitswandler 102 und 103 in Blockform dargestellt sind.

Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Quadrierschaltungen 106 und 107 "Burr-Brown 4203"-Multiplizierer sein, die zur Quadrierung ihrer Eingänge geschaltet sind. Die Ausgänge 104 und 105 der Geschwindigkeitswandler 102 bzw. 103 sind mit den Eingängen zu den Multiplizierern 106 bzw. 107 verbunden.

Die Ausgangsgrößen der Multiplizierer 106 und 107 sind durch richtige Auswahl der Ausgangswiderstände 122 und 123 und durch richtige Einstellung des Potentiometers 124"derart ausgeglichen, daß sie einander dann gleich sind, wenn die Motoren 26 und 27 identische Drehgeschwindigkeiten aufweisen. Die Ausgangsgrößen der Multiplizierer 106 und 107 sind über das Potentiometer mit dem Eingang der Summierschaltung 108 verbunden, die Summierverstärker 125 zusammen mit Rückkopplungspotentiometer 126 und Vorspannwiderstand 127 aufweist. Das Rückkopplungspotentiometer 126 kann derart eingestellt sein, daß eine entsprechende Verstärkung für die Summierschaltung 108 erzeugt wird. Die Ausgangsgröße der Summierschaltung 108 wird an den Eingang eines Verstärkers 130 über einen Ausgangswiderstand 128 angelegt. Der Verstärker 130 zusammen mit dem Vorspannwiderstand 131 und Rückkopplungswiders tand 132 dienen als ein Inverter, um ein Signal mit der richtigen Polarität an den Eingang der Quadratwurzelschaltung 112 anzulegen. Die Quadratwurzelschaltung 112 kann

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auch einen Burr-Brown 4203-Multiplizierer aufweisen, der zum Betrieb als eine Quadratwurzelvorrichtung, wie gezeigt, geschaltet ist. Die Quadratwurzelschaltung 112 weist ein Potentiometer 140 auf, welches entweder eine positive oder eine negative Versetzungsspannung an den Multiplizierer liefert, um die Fehler zu minimieren, wenn die Eingangsröße vom Verstärker 130 sich auf einem niedrigen Wert befindet. Die Quadratwurzelschaltung 112 weist auch eine Diode 141 in der Ausgangsschaltung auf, wobei der Leiter 114 das Vektorgeschwindigkeitsausgangssignal der Quadratwurzelschaltung 112 angibt.

Fig. 3 zeigt ein Verdrahtungsdiagramm der elektrischen Verbindung des Plasmabogenvorrichtungssystems 10 * der Fig. 1, und zwar mit der Vektorgeschwindigkeitseingangsgröße gemäß dem be- -" vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dargestellt bei 114. Demgemäß ist die Plasmabogenvorrichtung 11, das Werkstück 12, die Plasmabogenleistungsversorgung 13, das Voltmeter 2O und das Amperemeter 21 der Fig. 1 in Fig. 3 gezeigt.

Abgesehen von der Darstellung des Vektorgeschwindigkeitsausgangsgrößenleiters 114 von der Quadratwurzelschaltung 112 (Fig. 2) gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung gemäß Fig. 3 identisch zu der in Fig. 2 der DT-OS 25 51 513 gezeigten Vorrichtung. Der Inhalt der genannten DT-OS wird zu einem Teil der vorliegenden Offenbarung gemacht. Die Bezugszeichen der Fig. 3 entsprechen den Bezugszeichen der Fig. 2 der genannten DT-OS 25 51 513. Beispielsweise sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung die folgenden Elemente von besonderem Interesse: Die Plasmabogenfolgesteuerung 30 und deren LeistungsVersorgung 31 sowie die elektronische Steuerschaltung 34 und deren LeistungsVersorgung 32.

Man erkennt, daß gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Ausgangsleiter 114 von der Quadratwurzelschaltung 112 als eine zusätzliche Eingangsgröße für die elektronische Steuerschaltung 34 dient. Die elektronische Steuerschaltung 34 und die Verbindung des Ausgangs1eiters 114 von der Quadratwurzelschaltung 112 mit der elektronischen Steuerschaltung 34 ist sche-

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matisch in Fig. 4 gezeigt. Abgesehen von der Darstellung des Vektorgeschwindigkeitsausgangsleiters 114 von der Quadratwurzelschaltung 112 (Fig. 2) und des zusätzlichen Widerstands 146 in der Summierschaltung G₇ ist die schematische Darstellung der Fig. 4 die gleiche wie die der Fig. 3 der oben genannten DT-OS 25 51 513. Die Bezugszeichen der Fig. 4 entsprechen den Bezugszeichen der Fig. 3 der genannten DT-OS.

Es sei nunmehr wiederum auf Fig. 3 Bezug genommen, und man erkennt, daß die LeistungsVersorgung 32 für die elektronische Schaltung 34 eine Erde- und auch eine positive und eine negative Spannung liefert. Diese Erde- und auch die positiven und negativen Spannungen werden vorzugsweise auch im Ausführungsbeispiel 100 der erfindungsgemäßen Lehre/Wie in Fig. 2 gezeigt, verwendet, um die verschiedenen Bogenstrom-, Bogenspannungs- und Vektorgeschwindigkeits-Signale miteinander vergleichbar zu machen.

Zusammenfassend sieht die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Aufrechterhaltung eines ausgewählten Abstands für eine Plasmabogenschneidvorrichtung 11 bezüglich eines Werkstücks 12 vor, wobei die Tatsache vorteilhafterweise ausgenutzt wird, daß für jede gegebene Einstellung der Plasmabogenleistungsversorgung 13 der Strom im Bogen sich umgekehrt ändert und die Spannung am Bogen sich in direkter Beziehung mit dem Abstand 15 der Plasmabogenvorrichtung 11 gegenüber dem Werkstück 12 dann ändert, wenn neues Material im Werkstück der Plasmabogenvorrichtung mit einer im wesentlichen konstanten Rate vorgelegt wird, und wobei insbesondere erfindungsgemäß der Schritt der automatischen Kompensation hinsichtlich Änderungen in der Rate,mit der neues Material dem Bogen vorgelegt wird, vorgesehen ist.

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L e e rs e it

Claims

Patentansprüche

Automatische Steuervorrichtung, bei der mittels eines Steuersignals der Abstand einer Plasmabogenschneidvorrichtung gegenüber einem Werkstück gesteuert wird,und zwar während der Bewegung der Schneidvorrichtung durch eine Bahn in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Werkstücks (12) mit Vektorgeschwindigkeiten gleich und kleiner als eine gegebene maximale Vektorgeschwindigkeit bezüglich des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal,repräsentativ für die Vektorgeschwindigkeit der Schneidvorrichtung (11),und vergleichbare Signale repräsentativ für den Plasmabogenstrom und die Plasmabogenspannung, erzeugt werden, und zwar in richtiger Weise polarisiert bezüglich einander, um miteinander und mit einem ausgewählten Versetzungssignal summiert zu werden, um ein Null-Steuersignal bei einem gewählten Abstand und der gegebenen MaximalVektorgeschwindigkeit zwischen der Bogenvorrichtung Ί1) und dem Werkstück (12) zu erzeugen, und wobei das erwähnte für die Vektorgeschwindigkeit repräsentative Signal proportional zu den Änderungen geändert Wird, die in den erwähnten Signalen auftreten, welche für den Bogenstrom und die Bogenspannung repräsentativ sind, wenn die Vektorgeschwindigkeit abnimmt, wodurch das Null-Steuersignal die Tendenz besitzt, beibehalten zu werden, wenn nicht eine Änderung in dem Abstand der Bogenvorrichtung (11) gegenüber der Oberfläche des Werkstücks (12) auftritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung (11) repräsentative Signal erzeugt wird durch: Abfühlen (bei 102) der Bewegungsgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung in einer ersten Richtung und Erzeugung eines ersten Signals (104, 106) direkt proportional dazu, Abfühlen (bei 103) der Bewegungsgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung und Erzeugung eines zweiten Signals (105, 109) direkt proportional dazu und Summierung (bei 108) der ersten und zweiten Signale zur Erzeugung des er-

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ORIGINAL IMSPSCTED

wähnten Signals repräsentativ für die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung.
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Signale (104, 105) jeweils quadriert (106, 107) werden, bevor sie summiert werden, und daß die Quadratwurzel der quadrierten und summierten ersten und zweiten Signale (112) genommen wird, um das erwähnte Signal, repräsentativ für die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung (11)-zu erzeugen.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Plasmabogenspannung (63) repräsentative Signal eine negative Spannung ist, die negativer wird, wenn die Plasmabogenvorrichtungsspannung ansteigt, daß das für den Plasmabogenstrom (66) repräsentative Signal eine positive Spannung ist, die weniger positiv wird, wenn der Plasmabogenstrom abnimmt, und daß das für die Vektorgeschwindigkeit (114) der Bogenvorrichtung (11) repräsentative.Signal eine negative Spannung ist, die weniger negativ wird, wenn die Vektorgeschwindigkeit der Bogenvorrichtung (11) abnimmt.
5. Verfahren zur automatischen Aufrechterhaltung eines ausgewählten Abstandes einer Plasmabogenvorrichtung gegenüber der Arbeitsoberfläche eines Werkstücks während der Bewegung der Plasmabogenvorrichtung längs der Arbeitsoberfläche bei Geschwindigkeiten gleich oder kleiner einer gegebenen Geschwindigkeit, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Aufbau eines Plasmabogens zwischen der Oberfläche und der Plasmabogenvorrichtung (11) mit einem ausgewählten Abstand mittels einer PlasmabogenvorrichtungsleistungsVersorgung (13),

b) elektrisches Abfühlen (bei 62) der zwischen dem Werkstück (12) und der Plasmabogenvorrichtung (11) vorhandenen Spannung und Erzeugung eines ersten elektrischen Signals (63) , welches dafür repräsentativ ist.

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c) elektrisches Abfühlen (bei 65) des zwischen dem Werkstück (12) und der Plasmabogenvorrichtung (11) fließenden Stromes und Erzeugung (66) eines zweiten elektrischen Signals,repräsentativ dafür und vergleichbar mit dem ersten elektrischen Signal,

d) elektrische Invertierung von einem der ersten und zweiten elektrischen Signale bezüglich des anderen,

e) elektrisches Abfühlen (102, 103) der Vektorgeschwindigkeit der Bewegung der Plasmabogenvorrichtung (11) längs der Arbeitsoberfläche und Erzeugung eines dritten elektrischen Signals (114), repräsentativ dafür und vergleichbar mit den ersten und zweiten Signalen,und Summierung der ersten, zweiten und dritten elektrischen Signale zur Erzeugung eines zusammengesetzten Signals,

f) elektrische Erzeugung eines vierten elektrischen Signals, welches in seiner Größenordnung gleich und hinsichtlich seines Vorzeichens entgegengesetzt zum zusammengesetzten Signal bei dem erwähnten ausgewählten Abstand und der gegebenen Geschwindigkeit, und Summierung des erwähnten vierten elektrischen Signals mit dem zusammengesetzten Signal zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals (G₇), welches repräsentativ für sowohl Sinn als auch Größe jeglicher Änderung des zusammengesetzten Signals ist, und

g) Anlegen des elektrischen Steuersignals (G7) an elektromechanische Mittel (14), gekuppelt mit der Plasmabogenvorrichtung (11) zur Bewegung der Plasmabogenvorrichtung auf den ausgewählten Abstand von der Arbeitsoberfläche hin, und zwar infolge des erwähnten Steuersignals (G7).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des elektrischen Abfühlens der Vektorgeschwindigkeit der Bewegung der Plasmabogenvorrichtung längs der Arbeitsoberfläche die folgenden Schritte aufweist: Abfühlen (bei 102) der Geschwindigkeit der Bogenvorrichtung (11) in einer ersten Richtung und Erzeugung eines X-elektrischen Signals (104, 106), repräsentativ dafür, Abfühlen (bei 103> der Geschwindigkeit der

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Bogenvorrichtung in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung und Erzeugung eines Y-elektrischen Signals, repräsenta'iv dafür, und elektrische Surnmierung (108) des X-elektrischen Signals (105/107) und des Y-elektrischen Signals miteinander zur Erzeugung des erwähnten dritten elektrischen Signals (114).
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Schritte: elektrisches Quadrieren (106/107) jedes der X- und Y-Signale vor dem elektrischen Summieren (108) derselben und elektrisches Ermitteln der Quadratwurzel (112) der elektrisch quadrierten und summierten X- und Y-Signale zur Erzeugung des dritten elektrischen Signals (114) -
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste elektrische Signal (G3) eine negative Spannung ist, die negativer wird, wenn die zwischen dem Werkstück (12) und der Plasmabogenvorrichtung (11) vorhandene Spannung ansteigt, daß das zweite Signal (Gg) eine positive Spannung ist, die weniger positiv wird, wenn der Stromfluß zwischen dem Werkstück (12) und der Plasmabogenvorrichtung (11) abnimmt, und daß das dritte Signal (114) eine negative Spannung ist, die weniger negativ wird, wenn die Vektorgeschwindigkeit der Bewegung der Plasmabogenvorri chtung (11) abni mmt.
9. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Schritt des elektrischen Verstärkens (130) der elektrisch quadrierten und summierten X- und Y-Signale vor dem elektrischen Ermitteln der Quadratwurzel daraus.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur automatischen Aufrechterhaltung eines ausgewählten Abstands zwischen der Plasmabogenvorrichtung und der Arbeitsoberfläche eines Werkstücks während der Bewegung der Bogenvorrichtung längs der Arbeitsoberfläche mit Vektorgeschwindigkeiten gleich und kleiner als eine gegebene Vektorgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch

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- ie - t)

? B Π F» 7 Ci Λ

a) much an Li! ehe MitteL (26, 27) zur gLtti chzei tigu-n Uev/egung der Piasmabogenvorrichtung (11) in X- und ϊ-RichLungen senkrecht zueinander Längs der ArbeitsoberfLache de;> Werkstücks (12) mit Hu.ikU'Laren Geschwindigkeiten zur Erzeugung von "t.4.hut bewegun jageschwindigkei ten der Bogenvorrichturig (M) Längs der Arbeits-Ob₁ lacht; gLeich oder kLeiner zu einer gegebenen VektorgeschwindigKfciit,

b) Mittel (lü) zum Aufbau eines Plasmabogena zwischen der BogenvorrLchtung und der Arbeitsoberfläche des Werkstücks einschließlich einer GLeichstromleistungsversorgung (13),

c) Mittel (G₀) zum Abfühlen der Ausgangsspannung der Gleichstromleistungsversorgung (13) und zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals repräsentativ dafür,

d) Mittel (G^) zum Abfühlen des Ausgangsstroms der GLeichstromleistungsversorgung (13) und zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Signals repräsentativ dafür und vergleichbar mit dem ersten Signal,

e) Mittel· (A₄) zum Invertieren eines der ersten und zweiten elektric en Signale bezüglich einander,

f) Mittel (100) zur Erzeugung eines dritten elektrischen Signals repräsentativ für die Vektorgeschwindigkeit der Bewegung der Plasmabogenvorrichtung längs der ArbeitsoberfLache des Werkstücks,

g) Mittel (K^) zur Erzeugung eines vierten elektrischen Signals, welches die gleiche Größe und entgegengesetztes Vorzeichen zur Summe der ersten, zweiten und dritten elektrischen Signale bei dem auscjewählten Abstand und der gegebenen Vektorgeschwindigkeit zwischen der PIasmabogenvorrichtung (11) und der Arbeitsoberfläche des Werkstücks (12) aufweist,

h) Mittel zum Summieren (G_) der ersten, zweiten, dritten und vierten elektrischen Signale zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals repräsentativ für die Summe,

i) elektromechanische Mittel (14), gekuppelt mit der Plasmabogenvorrichtung (11) zur Bewegung des Plasmabogens zur Arbeitsoberfläche des Werkstücks (12) hin und von diesem weg, und j) Mittel (16) zum Anlegen des elektrischen Steuersignals an die elektromechanischen Mittel (14).

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1R Γ) S 7 Γ ι Z₁
11. Vorrichtung nach Ans; ruoh K), dadurch gekernte i chrie t , d.i> di<.; median i ociieii Mittel (26, Λ1) zur gleichzeitigen B<_:Wegun j d.. r F La.smabocjtinvorr iohtung in X- und Y-R ich tunken o^nkreJht zn jLii-mder eine erste Drehwe LIe aufweisen zur Erzeugun j t,-Li>^r Bergung der hogenvorrich tang in der X-Richtung, und wobei eine zweite DrehweLle vorhanden ist, um die Bewegung der Bojenvorrichtung in der Y-Richtung zu erzeugen, und wobei schließlich Mittel (iüO) ein drittes elektrisches :Jiqnal erzeugen, v/eLciies für die Vuktorgesciiwindigkeit der Bewegung der P laamabogenvorrichtung (11) längs der Arbeitsoberfläche des Werkstücks (12) repräsentativ ist und ein Paar von Gleichstroiütachometern (102, 10J) aufweist, deren jedes mechanisch mit einer anderen der ersten und zwei ton ürehwellen gekuppelt ist und jedes ein^n Auscjang besitzt, der ein elektrisches Signal (104, 105) erzeugt, weLches für die Drehgeschwindigkeit der damit gekuppelten WeILe repräsentativ ist, wodurch ein eLektrisches X-Signal (104, 105) proportional zur Geschwindigkeit der Bewegung der Plasmabogenvorrichtung (11) in der X-Richtung und ein elektrisches Y-Signal (104, 106) proportional zur Geschwindigkeit der Bewegung der Plasmabogenvorrichtung (11) in der Y-Richtung erzeugt v/erden, und wobei die X- und Y-Signale miteinander zur Erzeugung des dritten elektrischen Signals (114) summiert werden.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (100) zur Erzeugung des dritten elektrischen Signals (114) ein Paar von Multiplizierschaitungen (106,107) aufweisen, deren jede einen Eingang und einen Ausgang besitzt, wobei der Eingang jeder dieser Schaltungen elektrisch mit dem Ausgang eines anderen der Gleichstromtachometer (102, 103) verbunden ist, und wobei jedes von dem Paar der Multiplizierschaltungen (106,107) zur Erzeugung eines elektrischen Signals am Ausgang geeignet ist, wobei diese dabei auftretende Ausgangsgröße das Quadrat des elektrischen Signals am Eingang ist, und wobei eine elektrische Summierschaltung (108) vorgesehen ist, die ein Paar von Eingängen und einen Ausgang besitzt, wobei jeder der Eing.iuge mit dem Ausgang einer anderen der Multipiizierschaltungen

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(106, 107) verbunden ist, und wobei die Summierschaltung (108) zur Erzeugung eines elektrischen Signals am Ausgang dient und die Summe der elektrischen Signale am Eingang ist, und wobei schließlich eine elektrische Quadratwurzelschaltung (115) einen Eingang und Ausgang aufweist und mit ihrem Eingang am Ausgang der elektrischen Summierschaltung (108) liegt und die Quadratwurzelschaltung (112) dazu dient, ein elektrisches Signal (114) am Ausgang zu erzeugen, welches die Quadratwurzel des elektrischen Signals am Eingang ist, wodurch das dritte elektrische Signal

(114) am Ausgang der Quadratwurzelschaltung erzeugt wird.

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