ES2961267T3

ES2961267T3 - Sistemas y método de corte por antorcha de plasma, con cálculo de la magnitud de la velocidad en tiempo real

Info

Publication number: ES2961267T3
Application number: ES20206129T
Authority: ES
Inventors: Christopher J Williams
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2024-03-11
Anticipated expiration: 2040-11-06
Also published as: EP3819061C0; EP3819061B1; CN112775524A; EP3820257A1; EP3819061A1; PL3819061T3; CN112775527A; CN112775524B

Abstract

Un sistema de corte por plasma (200) incluye una fuente de alimentación de corte por plasma configurada para proporcionar corriente de corte a una antorcha (108). Una válvula de gas controlable (130) regula al menos uno de un caudal y una presión suministrada al soplete (108). Un controlador (116) está conectado operativamente a la fuente de alimentación para controlar un nivel de corriente, y a la válvula de gas (130) para ajustar la posición de una válvula. El controlador (116) está configurado para recibir información de posición de la antorcha en tiempo real desde un sistema de control de movimiento (132) que controla el posicionamiento de la antorcha (108). La información de posición incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y un segundo eje que es perpendicular al primer eje. El controlador (116) está configurado para calcular las respectivas derivadas de las posiciones del soplete a lo largo del primer y segundo eje, y una magnitud de velocidad en tiempo real del soplete (108) a partir de las respectivas derivadas, y ajustar el nivel actual y la posición de la válvula en función. sobre la magnitud de velocidad calculada en tiempo real. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y método de corte por antorcha de plasma, con cálculo de la magnitud de la velocidad en tiempo real

La presente invención se refiere a sistemas de corte que utilizan antorchas de plasma, en particular, a sistemas y métodos de corte por plasma según el preámbulo de las reivindicaciones 1,5 y 9 respectivamente (véase, por ejemplo, US-2015/251267 A1), para controlar la corriente de corte y/o flujo de gas durante una operación de corte.

Antecedentes de la técnica

Se han desarrollado sistemas automatizados de corte por plasma que utilizan tecnología de control numérico por ordenador (CNC, por sus siglas en inglés) para controlar el movimiento y el proceso de una operación de corte por plasma, incluido el control del movimiento de la antorcha de corte. Por ejemplo, un controlador CNC puede mover una antorcha de plasma en direcciones X e Y perpendiculares a lo largo de una pieza de trabajo colocada sobre una mesa de corte para cortar la forma o pieza deseada de la pieza de trabajo. Las piezas de trabajo también pueden sujetarse mediante un dispositivo para cortar mediante una antorcha montada en un robot cuyos movimientos están controlados por un controlador robótico. Es deseable una cortadura consistente (p. ej., un ancho de corte y un ángulo de bisel consistentes) para que la pieza cortada de la pieza de trabajo tenga bordes generalmente uniformes y dimensiones correctas. La velocidad de corte o la velocidad de la antorcha pueden afectar a la cortadura y los cambios en la velocidad pueden provocar un ensanchamiento o estrechamiento de la cortadura. Por ejemplo, las velocidades de corte más rápidas proporcionan una cortadura más estrecha y las velocidades de corte más lentas proporcionan una cortadura más ancha.

Con respecto a la optimización de las condiciones de cortadura y/o corte, según la presente invención, se definen sistemas de corte por plasma según las reivindicaciones 1 y 5, respectivamente, y un método de corte por plasma según la reivindicación 9. Las realizaciones preferentes de la presente invención aparecen definidas en las reivindicaciones dependientes. El siguiente sumario presenta un sumario simplificado para proporcionar un entendimiento básico de algunos aspectos de los dispositivos, sistemas y/o métodos expuestos en la presente memoria. Este sumario no es una descripción general extensa de los dispositivos, sistemas y/o métodos expuestos en la presente memoria. No pretende identificar elementos esenciales ni delinear el alcance de dichos dispositivos, sistemas y/o métodos. Su único propósito es presentar algunos conceptos de forma simplificada como preludio a la descripción más detallada que se presenta más adelante.

El primer sistema de corte por plasma según la presente invención incluye una fuente de alimentación de corte por plasma configurada para proporcionar una corriente de corte a una antorcha para crear un arco de plasma. Una válvula de gas controlable regula al menos uno de entre un caudal y una presión de un gas de plasma suministrado a la antorcha. Un controlador está conectado operativamente a la fuente de alimentación de corte por plasma para controlar un nivel de corriente de la corriente de corte, y está conectado operativamente a la válvula de gas controlable para ajustar una posición de válvula de la válvula de gas controlable. El controlador está configurado para recibir información de posición en tiempo real de la antorcha desde un sistema de control de movimiento que controla el posicionamiento de la antorcha. La información de posición en tiempo real de la antorcha incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y posiciones de la antorcha a lo largo de un segundo eje perpendicular al primer eje. El controlador está configurado, además, para calcular las respectivas derivadas de las posiciones de la antorcha a lo largo del primer eje y las posiciones de la antorcha a lo largo del segundo eje. El controlador está configurado, además, para calcular una magnitud de la velocidad en tiempo real de la antorcha a partir de las respectivas derivadas, y ajustar el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de válvula de la válvula de gas controlable en función de la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha.

El segundo sistema de corte por plasma según la presente invención incluye una fuente de alimentación de corte por plasma configurada para proporcionar una corriente de corte a una antorcha para crear un arco de plasma. Una válvula de gas controlable regula al menos uno de entre un caudal y una presión de un gas de plasma suministrado a la antorcha. Un controlador está conectado operativamente a la fuente de alimentación de corte por plasma para controlar un nivel de corriente de la corriente de corte, y conectado operativamente a la válvula de gas controlable para ajustar una posición de la válvula de gas controlable. El controlador está configurado para recibir información de posición de la antorcha en tiempo real desde un sistema de control de movimiento que ajusta la velocidad de la antorcha al cortar una porción de esquina de una pieza cortada de una pieza de trabajo. El controlador está configurado, además, para calcular primeras derivadas de la información de posición de la antorcha en tiempo real y determinar las magnitudes de la velocidad en tiempo real de la antorcha cuando se corta la porción de esquina de la pieza de trabajo. El controlador está configurado, además, para mantener la consistencia de cortadura ajustando, en función de las magnitudes de velocidad en tiempo real determinadas de la antorcha, el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de válvula de la válvula de gas controlable a medida que se corta la porción de esquina de la pieza de la pieza de trabajo.

El método de corte por plasma según la presente invención incluye proporcionar un sistema de corte por plasma que incluye una fuente de alimentación de corte por plasma configurada para proporcionar una corriente de corte a una antorcha para crear un arco de plasma, una válvula de gas controlable para regular al menos uno de entre un caudal y una presión de un gas de plasma suministrado a la antorcha, y un controlador conectado operativamente a la fuente de alimentación de corte por plasma para controlar un nivel de corriente de la corriente de corte, y conectado operativamente a la válvula de gas controlable para ajustar una posición de válvula de la válvula de gas controlable. El método incluye, además, recibir información de posición de la antorcha en tiempo real desde un sistema de control de movimiento que controla el posicionamiento de la antorcha. La información de posición en tiempo real de la antorcha incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y posiciones de la antorcha a lo largo de un segundo eje perpendicular al primer eje. El método incluye, además, calcular, mediante el controlador, las respectivas derivadas de las posiciones de la antorcha a lo largo del primer eje y las posiciones de la antorcha a lo largo del segundo eje, y calcular, mediante el controlador, una magnitud de velocidad en tiempo real de la antorcha a partir de las respectivas derivadas. El método incluye, además, ajustar el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de la válvula de la válvula de gas controlable en función de la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha.

Breve descripción de los dibujos

La exposición anterior, así como otros aspectos de la invención, resultarán evidentes para los expertos en la técnica a la que se refiere la invención cuando lean la descripción siguiente en relación con los dibujos adjuntos, en donde:

la Figura 1 es una vista en perspectiva de una mesa de corte por plasma;

la Figura 2 es una representación esquemática de un ejemplo de sistema de corte por plasma;

la Figura 3 es una representación esquemática de un ejemplo de un sistema de corte de plasma;

la Figura 4 muestra una operación de corte por plasma;

la Figura 5 muestra una operación de corte por plasma;

la Figura 6 muestra una operación de corte por plasma;

la Figura 7 muestra una operación de corte por plasma;

la Figura 8 muestra una operación de corte por plasma;

la Figura 9 es un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de corte de plasma; y

la Figura 10 muestra un ejemplo de un controlador.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a sistemas de corte de plasma. A continuación, se describirá la presente invención con referencia a los dibujos, en donde se utilizan números de referencia similares para referirse a elementos similares en todas partes. Debe apreciarse que los diversos dibujos no están necesariamente dibujados a escala de una figura a otra ni dentro de una figura dada y, en particular, que el tamaño de los componentes se dibuja arbitrariamente para facilitar la comprensión de los dibujos. En la siguiente descripción, para que todo se entienda más claramente, se exponen diversos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión integral de la presente invención. Sin embargo, puede resultar evidente que la presente invención se puede poner en práctica sin estos detalles específicos. Adicionalmente, son posibles otras realizaciones de la invención y la invención se puede practicar y llevar a cabo de formas distintas a las descritas. Los términos y las expresiones que se utilizan para describir la invención se emplean con el fin de promover la comprensión de la invención y no deben considerarse limitantes.

Tal y como se utiliza en el presente documento, la expresión “ tiempo real” y la locución “ en tiempo real” se refieren a instancias tanto de tiempo real como de tiempo casi real (p. ej., dentro de milisegundos o cientos de milisegundos, como hasta un segundo, desde el tiempo real determinado por la latencia de procesamiento, la latencia de la red y/u otra latencia de comunicación).

La Figura 1 muestra un ejemplo de mesa 102 de corte por plasma. La mesa 102 de corte por plasma tiene un cuerpo principal 104 sobre el cual se coloca una pieza de trabajo, tal como una lámina o placa de metal. La mesa 102 de corte por plasma incluye un pórtico 106 que puede moverse hacia adelante y hacia atrás a lo largo del cuerpo principal de la mesa 104 de corte en una primera dirección (p. ej., en una dirección Y). El pórtico 106 puede moverse sobre vías o carriles que se extienden a lo largo de los lados de la mesa 102. Una antorcha 108 de corte por plasma está unida a un portaantorchas móvil 110 que está montado en el pórtico 106. El portaantorchas 110 puede moverse hacia adelante y hacia atrás a lo largo del pórtico 106 en una segunda dirección (p. ej., en una dirección X) perpendicular a la primera dirección. La mesa 102 de corte por plasma se puede programar para realizar cortes precisos en una pieza de trabajo mediante movimientos controlados del portaantorchas 110 y del pórtico 106 en las direcciones X e Y, respectivamente. En determinadas realizaciones, el portaantorchas 110 puede mover la antorcha 108 de corte por plasma verticalmente acercándola y alejándola de la pieza de trabajo (p. ej., en una dirección Z), de modo que la antorcha se pueda mover en tres direcciones perpendiculares. En determinadas realizaciones, el portaantorchas 110 también puede girar o inclinar la antorcha 108 en un plano perpendicular al plano de la mesa (p. ej., en el plano X-Z), para realizar cortes biselados. En realizaciones adicionales, el portaantorchas 110 también puede girar la antorcha 108 alrededor del eje vertical o Z al cortar una pieza de una pieza de trabajo, para mantener una orientación angular de la antorcha o del arco de plasma con respecto a la cortadura cortada a través de la pieza de trabajo.

La mesa 102 de corte por plasma puede incluir una bandeja 112 de agua situada junto a la pieza de trabajo. Durante una operación de corte por plasma, la bandeja 112 de agua se llena con agua y el agua se puede drenar para permitir que se limpie la cámara de agua para eliminar los residuos y los desechos acumulados. La mesa 102 de corte por plasma también puede incluir una interfaz 114 de usuario para configurar varios parámetros operativos de la mesa de corte por plasma y la operación de corte por plasma. La interfaz 114 de usuario puede conectarse operativamente a un controlador de movimiento, tal como un CNC, y/o conectarse operativamente a una fuente de alimentación de corte por plasma o un sistema de control de corte por plasma.

La Figura 2 representa una realización ilustrativa de un sistema 200 de corte por plasma. El sistema 200 de corte por plasma puede incluir un sistema 116 de control de corte por plasma integrado. El sistema 116 de control de corte por plasma puede incluir un módulo electrónico 118 de fuente de alimentación que funciona como una fuente de alimentación de corte por plasma y se usa para generar la señal de corriente de corte que se envía a la antorcha 108. El módulo electrónico 118 de fuente de alimentación proporciona a la antorcha 108 corriente de corte para crear un arco de plasma para cortar una pieza de una pieza W de trabajo. Todos los componentes electrónicos de potencia que se utilizan para generar la señal de corriente de corte pueden situarse dentro del mismo alojamiento 120 que un controlador 122 de sistema principal. Como alternativa, el sistema 200 de corte por plasma puede incluir una fuente de alimentación de corte por plasma separada que está operativamente acoplada al sistema 116 de control. El controlador 122 de sistema principal controla diversos aspectos de la operación de corte, como el control del flujo de gas y la corriente de plasma y el gas protector. Como se muestra, el controlador 122 se comunica con los componentes de generación de energía del módulo 118 de fuente de alimentación internos al alojamiento 120 para controlar las operaciones del módulo de fuente de alimentación. Además, el controlador 122 controla el flujo y/o la presión del plasma y del gas protector comunicándose directamente con un dispositivo 124 de control del flujo de gas. El dispositivo 124 de control de flujo de gas controla el flujo de gas desde un suministro 126 de gas y una línea 128 de gas a la antorcha 108 a través de una o más válvulas 130 de gas controlable. Las una o más válvulas 130 de gas controlable pueden regular la presión y/o el caudal del plasma y del gas protector hacia la antorcha 108. El controlador 122 de sistema principal está conectado operativamente a la fuente de alimentación de corte por plasma para controlar un nivel de corriente de la corriente de corte, y conectado operativamente a la válvula 130 de gas controlable para ajustar simultáneamente una posición de válvula de la válvula de gas controlable. Las conexiones operativas pueden ser o no conexiones directas. Por ejemplo, el controlador 122 podría proporcionar una señal de posicionamiento (p. ej., 4-20 mA, 0-10 V, etc.) al dispositivo de control de flujo 124 de gas que controla directamente el movimiento de una válvula proporcional en el dispositivo de control de flujo de gas o el controlador podría comunicar información de posicionamiento a otro controlador electrónico en el dispositivo de control de flujo de gas, y el controlador electrónico adicional controlaría la válvula de gas en consecuencia. El controlador 122 de sistema principal puede enviar señales de posicionamiento al dispositivo 124 de control de flujo para controlar las posiciones de las válvulas y, así, ajustar la presión/caudal del gas. El controlador 122 de sistema principal puede ajustar simultáneamente el amperaje de corte aplicado a la antorcha 108 controlando las operaciones del módulo electrónico 118 de fuente de alimentación. El controlador 122 de sistema principal puede ajustar la presión/caudal de gas y el nivel de corriente de la corriente de corte en conjunto (p. ej., un nivel basado en el otro) usando, por ejemplo, una tabla de consulta, cálculo u otro algoritmo. En operaciones de corte por plasma que utilizan tanto plasma como gas protector, el controlador 122 de sistema principal puede controlar ambos flujos de gas según el nivel de corriente; sin embargo, en operaciones de corte por plasma que utilizan solo gas plasma, el controlador 122 de sistema principal controlará solo el flujo de gas plasma.

El controlador 122 de sistema principal se comunica directamente con un controlador 132 de movimiento. El controlador 132 de movimiento controla los movimientos de un pórtico 106 a lo largo de la mesa 102 de corte, los movimientos de un portaantorchas 110 a lo largo del pórtico, el posicionamiento vertical de la antorcha 108 en el pórtico y posiblemente las rotaciones de la antorcha a lo largo de los ejes horizontal y/o vertical. En consecuencia, el controlador 132 de movimiento puede controlar los movimientos de la antorcha 108 en las direcciones X, Y y Z, y determinadas rotaciones de la antorcha, si se desea. Con mayor referencia a la Figura 1, la dirección o el eje Y puede extenderse dentro y fuera del plano de la Figura 2, a lo largo de la longitud de la mesa 102 de corte. La dirección o el eje X puede extenderse a lo largo del pórtico 106. La dirección o el eje Z puede ser sustancialmente vertical, extendiéndose hacia y desde la mesa 102 de corte. Además de controlar los movimientos del portaantorchas 110 a lo largo del pórtico 106 en la dirección X, y los movimientos del pórtico 106 a lo largo de la mesa 102 en la dirección Y, el controlador 132 de movimiento también controla la altura de la antorcha 108 en la dirección Z durante la operación del sistema 200, y el ángulo de la antorcha 108 para cualquier corte en bisel deseado y la rotación de la antorcha alrededor del eje Z para lograr consistencia en el corte.

En la medida en que la mesa 102 de corte tenga funciones automatizadas o de movimiento, el controlador 122 de sistema principal puede acoplarse a la mesa para controlar las operaciones de la mesa. Por ejemplo, si la mesa 102 es un nivel freático o puede mover la pieza de trabajo, el controlador 122 de sistema principal puede controlar estas operaciones. El sistema 116 de control de corte por plasma puede tener un dispositivo 134 de salida de interfaz de usuario (p. ej., una pantalla de interfaz de usuario), y/o un dispositivo 135 de entrada de interfaz de usuario (p. ej., un teclado) para permitir al usuario introducir y revisar diversos parámetros operativos y características del sistema 200 de corte por plasma y la operación de corte.

El controlador 122 de sistema principal y/o cualquier otro controlador analizado en el presente documento (p. ej., el controlador 132 de movimiento) puede incluir un controlador electrónico que tenga uno o más procesadores. Por ejemplo, el controlador 122 puede incluir uno o más de un microprocesador, un microcontrolador, un procesador de señales digitales (DSP), un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), una matriz de puertas programables en campo (FPGA), circuitos lógicos discretos o similares. El controlador 122 de sistema principal puede incluir, además, una memoria y puede almacenar instrucciones de programa que hacen que el controlador proporcione la funcionalidad que se le atribuye en la presente memoria. La memoria puede incluir uno o más medios volátiles, no volátiles, magnéticos, ópticos o eléctricos, como una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM), una ROM programable borrable eléctricamente (EEPROM), una memoria flash o similares. El controlador 122 de sistema principal puede incluir, además, uno o más convertidores de analógico a digital (A/D) para procesar varias entradas analógicas al controlador, y uno o más convertidores de digital a analógico (D/A) para procesar varias salidas digitales del controlador.

La Figura 3 representa otra realización ilustrativa de un sistema 201 de corte por plasma. El sistema 201 es similar al sistema mostrado en la Figura 2, salvo porque la mesa de pórtico y el controlador de movimiento se reemplazan por un brazo robótico 136 y un controlador robótico 138. El controlador robótico 138 incluye circuitería 140 de control para controlar los movimientos del brazo robótico 136. Un ejemplo de un brazo robótico 136 es un brazo robótico de 6 ejes. El efector final del brazo robótico 136 es la antorcha de plasma 108 y el brazo robótico manipula la antorcha de plasma para cortar una pieza de la pieza W de trabajo sujeta por un dispositivo 142. La circuitería 140 de control en el controlador robótico 138 está conectada operativamente al controlador 122 de sistema principal en el sistema 116 de control de corte por plasma para comunicaciones bidireccionales con el mismo. El controlador robótico 138 puede incluir una interfaz de usuario, como un terminal de enseñanza 144, para programar los movimientos del brazo robótico 136 e interactuar de otro modo con el sistema robótico y, en determinadas realizaciones, interactuar con el sistema 116 de control de corte por plasma. Tal y como se utilizan en el presente documento, los términos “ controlador de movimiento” y “ sistema de control de movimiento” incluyen circuitería para controlar los movimientos y el posicionamiento de una antorcha de corte por plasma, ya sea sobre una mesa de corte o un brazo robótico. Por lo tanto, “ controlador de movimiento” y “ sistema de control de movimiento” incluyen el controlador 132 de movimiento mostrado en la Figura 2 y el controlador robótico 138 mostrado en la Figura 3, así como otros controladores de movimiento conocidos para operaciones de corte por plasma. Para facilitar la explicación, el sistema de control de movimiento que controla el posicionamiento de la antorcha y su interacción con el controlador 122 de sistema principal se analiza a continuación en el contexto del controlador 132 de movimiento mostrado en la Figura 2. Sin embargo, varios aspectos del sistema de control de movimiento son igualmente aplicables al controlador robótico 138 y a otros controladores de movimiento conocidos para operaciones de corte por plasma, como apreciará un experto en la técnica.

La Figura 4 muestra esquemáticamente un ejemplo de operación de corte por plasma. La antorcha 108 de corte por plasma genera un chorro de plasma o arco 146 de plasma que corta una cortadura a través de la pieza W de trabajo. La “ cortadura” es el ancho del material eliminado durante el corte por plasma. La antorcha 108 de plasma contiene pasos para el gas de plasma y, opcionalmente, un gas protector 148. El uso de un gas protector puede ayudar a restringir el arco 146 de plasma y eliminar los desechos de la pieza W de trabajo.

Con referencia a las Figuras 2 y 3, el controlador 132 de movimiento (o el controlador robótico 138) está programado para mover la antorcha 108 durante una operación de corte para cortar una pieza de una forma deseada de una pieza W de trabajo situada en la mesa 102 de corte o sujeta por un dispositivo 142. El controlador 122 de sistema principal está conectado operativamente al controlador 132 de movimiento (o controlador robótico 138) para recibir información de retroalimentación de la posición en tiempo real de la antorcha durante la operación de corte. El controlador 132 de movimiento (o controlador robótico 138) envía continuamente, en tiempo real, información actual de la posición de la antorcha al controlador 122 de sistema principal durante el corte. El controlador 122 de sistema principal conoce las<posiciones actual y pasada de la antorcha>108<y puede determinar, en tiempo real, la velocidad y la aceleración de la>antorcha. La información de posición de la antorcha en tiempo real puede incluir posiciones de la antorcha a lo largo de al menos un primer eje, posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y un segundo eje perpendicular al primer eje, o posiciones de la antorcha a lo largo de tres ejes que son perpendiculares entre sí (p. ej., según los ejes X, Y y Z). La información de posición de la antorcha en tiempo real también podría incluir una distancia radial y un ángulo o ángulos (p. ej., coordenadas polares, coordenadas cilíndricas o coordenadas esféricas).

El controlador 122 de sistema principal recibe la información de posición de la antorcha en tiempo real y toma muestras de la información de posición de la antorcha periódicamente (p. ej., cada 100 ms) y calcula la magnitud de la velocidad en tiempo real de la antorcha. Esto se hace, por ejemplo, calculando las respectivas primeras derivadas o la tasa de cambio de la posición de la antorcha a lo largo de los diferentes ejes de movimiento (p. ej., X', Y', Z') y luego calculando la magnitud de la velocidad. En un sistema de coordenadas cartesiano, la magnitud de la velocidad se puede calcular como la raíz cuadrada de la suma de las derivadas al cuadrado o^ (X '2 Y’2 Z'2).En determinadas realizaciones, el controlador 122 de sistema principal solo calcula la magnitud de la velocidad de los movimientos de la antorcha en un plano paralelo a la pieza W de trabajo (p. ej., en el plano X-Y) y, por lo tanto, solo necesita calcular las primeras derivadas de los movimientos en dicho plano (p. ej., X' e Y'). Si al controlador 122 de sistema principal solo le importa la magnitud de la velocidad en tiempo real de los movimientos de la antorcha 108 en un plano paralelo a la pieza W de trabajo, entonces la magnitud de la velocidad se puede calcular como^C^'2Y'2)-La información sobre la aceleración de la antorcha se puede calcular de manera similar a la velocidad usando las segundas derivadas de la posición de la antorcha (p. ej., X” , Y', Z” ).

El controlador 122 de sistema principal está configurado para ajustar el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de válvula de la válvula l3o de gas controlable en función de la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha 108. Por lo tanto, el controlador 122 de sistema principal puede ajustar las presiones y/o los caudales del gas de plasma (y opcionalmente del protector) y el nivel de corriente de corte de plasma en tiempo real en función de la velocidad actual de la antorcha 108. A medida que cambia la velocidad de la antorcha, el controlador 122 de sistema principal ajustará las presiones/caudales del plasma y del gas protector y el nivel de corriente de corte en consecuencia. Como se señaló anteriormente, el controlador 122 de sistema principal puede ajustar la presión/caudal del gas y el nivel de corriente de la corriente de corte en conjunto usando una tabla de consulta, cálculo u otro algoritmo. La tabla de consulta, el cálculo u otro algoritmo pueden incluir la velocidad de la antorcha como parámetro para determinar la presión/caudal de gas y la corriente de corte correctos. Por ejemplo, la tabla de consulta puede relacionar la velocidad de la antorcha con los parámetros de gas correctos y el nivel de corriente. Dentro del sistema de corte por plasma, se espera que la corriente de corte responda más rápidamente a los cambios del punto de ajuste que el flujo de gas, por lo que los ajustes en la posición de la válvula de gas basados en la velocidad de la antorcha pueden provocar cambios leves (con el tiempo) en el nivel de corriente.

Al cortar una pieza de una pieza de trabajo, es deseable una cortadura consistente para que la pieza tenga bordes generalmente uniformes y dimensiones correctas. La velocidad de la antorcha puede afectar a la cortadura y los cambios n la velocidad pueden provocar un ensanchamiento o estrechamiento de la cortadura. Por ejemplo, las velocidades de corte más rápidas proporcionan una cortadura más estrecha y las velocidades de corte más lentas proporcionan una cortadura más ancha. Si el nivel de corriente de corte se mantiene constante mientras cambia la velocidad de la antorcha, la cortadura puede ensancharse y estrecharse y será inconsistente. Sin embargo, ajustar el nivel de corriente según la velocidad de la antorcha puede ayudar a mantener la consistencia de la cortadura. Por ejemplo, aumentar el amperaje de corte ensanchará la cortadura y disminuir el amperaje de corte la estrechará. Se pueden utilizar ajustes al nivel de corriente de corte para compensar los cambios en la velocidad de la antorcha y mantener la consistencia de la cortadura. Si la velocidad de la antorcha disminuye, el nivel de corriente de corte también se puede reducir para que la cortadura no se ensanche debido a la velocidad más lenta de la antorcha. Si aumenta la velocidad de la antorcha, el nivel de corriente de corte también se puede aumentar para que la cortadura no se estreche debido a la velocidad más rápida de la antorcha. La presión/flujo correcto del plasma y del gas protector dependerá del nivel de corriente de corte, por lo que las cantidades de plasma y gas protector también se pueden ajustar según la velocidad de la antorcha.

Es común que la velocidad de la antorcha disminuya y luego aumente al cortar porciones de las esquinas de una pieza. Las Figuras 5 a 8 muestran un ejemplo de operación de corte por plasma durante la cual el nivel de corriente de corte y la posición de la válvula de gas se pueden ajustar a medida que cambia la velocidad de la antorcha, para mantener una cortadura constante. La cortadura 150 se muestra en línea continua en las Figuras 5-8. La porción 152 sin cortar restante de la pieza 154 que se va a cortar de la pieza W de trabajo se muestra en líneas discontinuas. La pieza 154 es cuadrada y la antorcha 108 se muestra cortando el lado superior y la esquina superior izquierda 156 de la pieza. Entre las Figuras 5 y 6, la velocidad de la antorcha disminuirá a medida que la antorcha 108 se acerca a la esquina 156, y entre las Figuras 7 y 8, la velocidad de la antorcha aumentará a medida que la antorcha se aleje de la esquina.

A partir de la información de posición de la antorcha recibida desde el controlador 132 de movimiento, el controlador 122 de sistema principal puede reconocer los cambios en la velocidad en tiempo real de la antorcha. Si el nivel de corriente de corte se mantiene constante mientras se corta la esquina 156, la cortadura 150 se ensanchará en la esquina debido a la velocidad más lenta de la antorcha. Para evitar esto, el controlador 122 de sistema principal puede determinar la magnitud de la velocidad de la antorcha y reducir el nivel de corriente de la corriente de corte, y ajustar la posición de válvula de la válvula 130 de gas controlable, a medida que la antorcha 108 se acerca a la esquina 156. A medida que la antorcha 108 disminuye su velocidad cerca del corte de la esquina, el controlador 122 de sistema principal reducirá el nivel de corriente y el flujo de gas para evitar soplar demasiado material en la esquina 156. Esto puede hacer que los bordes cortados a lo largo de la pieza W de trabajo sean más consistentes (es decir, que mantengan consistente la cortadura 150). A medida que la antorcha 108 se aleja de la esquina 156 y aumenta la velocidad, el controlador 122 de sistema principal puede aumentar el nivel de corriente de corte y aumentar el flujo de gas a la antorcha.

El controlador 122 de sistema principal también puede sopesar la velocidad en determinar direcciones al ajustar la presión/caudal del gas y el nivel de corriente. Por ejemplo, el controlador 122 de sistema principal puede tener en cuenta la velocidad en las direcciones X e Y en mayor grado que la velocidad en la dirección Z. Es decir, los cambios de velocidad en la dirección Z pueden tener menos impacto en el flujo de gas y los ajustes del nivel de corriente que los cambios de velocidad en las direcciones X e Y. El controlador 122 de sistema principal también puede ajustar la presión/caudal de gas y el nivel de corriente de corte en función de una magnitud de velocidad en tiempo real calculada en menos de las tres direcciones axiales, tal como en una sola dirección o en dos direcciones (p. ej., las direcciones X e Y).

Cuando se completa el corte de la pieza 154, el controlador principal del sistema 122 apaga el arco de plasma y el arco “ se corta” . El corte abrupto del arco cuando el arco es largo y la corriente es alta causa desgaste en el electrodo y puede reducir la vida útil de los consumibles. Por ejemplo, una cantidad excesiva de hafnio se extrae del electrodo cuando el arco se corta abruptamente. El deterioro del orificio de la boquilla de la antorcha también se acelera cuando el arco se corta bruscamente.

Para reducir el desgaste de los consumibles en la antorcha 108 debido al corte del arco, el sistema de corte por plasma impulsa la antorcha hacia la pieza W de trabajo (p. ej., hacia abajo o en la dirección Z) para acortar la longitud del arco a medida que la corriente se reduce por el controlador 122 de sistema principal al final de una operación de corte. El movimiento de la antorcha 108 hacia la pieza W de trabajo está controlado por el controlador 132 de movimiento, o puede controlarse por el controlador principal del sistema 122. Al mover la antorcha 108 hacia la pieza W de trabajo, el arco se mantiene lo más corto posible, pero se mantiene cuando la corriente se aproxima a 0 amperios. Luego, el arco se corta a un nivel de corriente más bajo que el que tendría si la antorcha 108 no hubiera sido impulsada hacia la pieza W de trabajo. El nivel de corriente más bajo cuando el arco se extingue reduce el daño al orificio de la boquilla y reduce o evita que el hafnio en el electrodo se extrae, lo que conduciría a una vida útil más larga y menos variable de los consumibles. En determinadas realizaciones, la tasa de reducción de corriente antes de que el arco se corte y el movimiento de la antorcha 108 hacia la pieza W de trabajo se puede vincular a una curva de gas logarítmica asociada con la ventilación del gas de la antorcha al final de la operación de corte por plasma.

La Figura 9 proporciona un diagrama de flujo de un método de corte por plasma ilustrativo realizado por un sistema de corte por plasma. El sistema de corte por plasma, como el sistema descrito anteriormente, se proporciona en la etapa 170. La información de posición de la antorcha en tiempo real se recibe desde un sistema de control de movimiento que controla el posicionamiento de una antorcha (etapa 172). La información de posición en tiempo real de la antorcha puede incluir posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y posiciones de la antorcha a lo largo de un segundo eje perpendicular al primer eje. Un controlador de sistema de corte por plasma calcula las derivadas respectivas de las posiciones de la antorcha a lo largo del primer eje y las posiciones de la antorcha a lo largo del segundo eje (etapa 174). El controlador calcula una magnitud de velocidad en tiempo real de la antorcha a partir de las respectivas derivadas (etapa 176). El controlador ajusta el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de una válvula de gas controlable en función de la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (etapa 178). Al final de una operación de corte, el controlador extingue el arco de plasma reduciendo el nivel de corriente de la corriente de corte mientras que una longitud del arco del plasma se acorta simultáneamente mediante el movimiento de la antorcha hacia una pieza de trabajo (etapa 180).

La Figura 10 ilustra una realización de un ejemplo de un controlador, como el controlador 122 de sistema principal de los sistemas 200, 201 de corte por plasma expuestos anteriormente. El controlador 122 incluye al menos un procesador 814 que se comunica con varios dispositivos periféricos a través del subsistema 812 de bus. Estos dispositivos periféricos pueden incluir un subsistema 824 de almacenamiento, que incluye, por ejemplo, un subsistema 828 de memoria y un subsistema 826 de almacenamiento de archivos, dispositivos 135 de entrada de interfaz de usuario, dispositivos 134 de salida de interfaz de usuario y un subsistema 816 de interfaz de red. Los dispositivos de entrada y salida permiten la interacción del usuario con el controlador 122. El subsistema 816 de interfaz de red proporciona una interfaz a redes externas y está acoplado a los dispositivos de interfaz correspondientes en otros sistemas informáticos.

Los dispositivos 135 de entrada de interfaz de usuario pueden incluir un teclado, dispositivos de puntero, como un ratón, un ratón con bola, un panel táctil o una tableta gráfica, un escáner, una pantalla táctil incorporada en el monitor, dispositivos de entrada de audio como sistemas de reconocimiento de voz, micrófonos y/u otros tipos de dispositivos de entrada. En general, el uso de la expresión “ dispositivo de entrada” pretende incluir todos los tipos posibles de dispositivos y formas de introducir información en el controlador 122 o en una red de comunicación.

Los dispositivos 134 de salida de interfaz de usuario pueden incluir un subsistema de visualización, una impresora, una máquina de fax o pantallas no visuales, como dispositivos de salida de audio. El subsistema de visualización puede incluir un tubo de rayos catódicos (CRT), un dispositivo de panel plano como una pantalla de cristal líquido (LCD), un dispositivo de proyección o algún otro mecanismo para crear una imagen visible. El subsistema de visualización también puede proporcionar una visualización no visual, como a través de dispositivos de salida de audio. En general, el uso de la expresión “ dispositivo de salida” pretende incluir todos los tipos posibles de dispositivos y formas de enviar información desde el controlador 122 al usuario o a otra máquina o sistema informático.

El subsistema 824 de almacenamiento proporciona un medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador que almacena programación y construcciones de datos que proporcionan la funcionalidad de algunos o todos los módulos descritos en el presente documento. Por ejemplo, el subsistema 824 de almacenamiento puede incluir relaciones almacenadas que correlacionan la velocidad de la antorcha con el nivel de corriente de corte, y que correlacionan la velocidad de la antorcha y/o el nivel de corriente de corte con las posiciones, presiones, caudales, etc. de la válvula de plasma o gas protector.

Estos módulos de software generalmente se ejecutan mediante el procesador 814 solo o en combinación con otros procesadores. La memoria 828 utilizada en el subsistema de almacenamiento 824 puede incluir varias memorias que incluyen una memoria principal 830 de acceso aleatorio (RAM) para el almacenamiento de instrucciones y datos durante la ejecución del programa y una memoria 832 de solo lectura (ROM) en donde se almacenan instrucciones fijas. Un subsistema 826 de almacenamiento de archivos puede proporcionar almacenamiento persistente para archivos de programas y datos, y puede incluir una memoria de estado sólido, una unidad de disco duro, una unidad de disquete junto con medios extraíbles asociados, una unidad de CD-ROM, una unidad óptica, una memoria flash, o cartuchos de medios extraíbles. Los módulos que implementan la funcionalidad de determinadas realizaciones pueden almacenarse mediante el subsistema 826 de almacenamiento de archivos en el subsistema 824 de almacenamiento, o en otras máquinas accesibles por los uno o más procesadores 814.

El subsistema 812 de bus proporciona un mecanismo para permitir que los diversos componentes y subsistemas 122 del controlador se comuniquen entre sí, según lo previsto. Aunque el subsistema 812 de bus se muestra esquemáticamente como un único bus, las realizaciones alternativas del subsistema de bus pueden utilizar múltiples buses.

El controlador 122 puede ser de diversos tipos, incluyendo una estación de trabajo, un servidor, un grupo informático, un servidor Blade, una granja de servidores o cualquier otro sistema de procesamiento de datos o dispositivo informático. Debido a la naturaleza siempre cambiante de las redes y los dispositivos informáticos, la descripción del controlador 122 representado en la Figura 10 pretende ser solo un ejemplo específico con el fin de ilustrar algunas realizaciones. Son posibles muchas otras configuraciones del controlador 122 que tienen más o menos componentes que el controlador representado en la Figura 10.

Debería ser evidente que esta divulgación es a modo de ejemplo y que se pueden realizar varios cambios agregando, modificando o eliminando detalles sin alejarse del alcance de la presente invención definida en las reivindicaciones adjuntas.

Números de referencia

102 Mesa de corte 170 Etapa

104 Cuerpo principal 172 Etapa

106 Pórtico 174 Etapa

108 Antorcha de corte por plasma 176 Etapa

110 Portaantorchas 178 Etapa

112 Bandeja de agua 180 Etapa

114 Interfaz de usuario 200 Sistema de corte por plasma

116 Sistema de control de corte por plasma 201 Sistema de corte por plasma

118 Módulo electrónico de fuente de alimentación 812 Subsistema de bus

814 Procesador

120 Alojamiento 816 Subsistema de interfaz de red

122 Controlador de sistema principal 824 Subsistema de almacenamiento

124 Dispositivo de control de flujo de gas 826 Subsistema de almacenamiento de archivos 126 Suministro de gas 828 Memoria

128 Línea de gas 830 Memoria de acceso aleatorio (RAM)

130 Válvula de gas

132 Controlador de movimiento 832 Memoria de solo lectura (ROM)

134 Dispositivo de salida de interfaz de usuario

135 Dispositivo de entrada de interfaz de usuario A/D Analógico a digital

136 Brazo robótico ASIC Circuito integrado de aplicación específica 138 Controlador robótico

140 Circuitería de control CRT Tubo de rayos catódicos

142 Dispositivo D/A Digital a analógico

144 Terminal de enseñanza DSP Procesador de señales digitales

146 Chorro de plasma / arco de plasma EEPROM ROM programable borrable eléctricamente 148 Gas protector

Cortadura FPGA Matriz de puertas programares en campo Porción sin cortar

Pieza LCD Pantalla de cristal líquido

Esquina W Pieza de trabajo

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (200, 201) de corte por plasma que comprende:

una fuente de alimentación de corte por plasma configurada para proporcionar una corriente de corte a una antorcha (108) para crear un arco (146) de plasma;

una válvula (130) de gas controlable para regular al menos uno de un caudal y una presión de un gas de plasma suministrado a la antorcha (108); y

un controlador conectado operativamente a la fuente de alimentación de corte por plasma para controlar un nivel de corriente de la corriente de corte, y conectado operativamente a la válvula (130) de gas controlable para ajustar una posición de válvula de la válvula (130) de gas controlable,caracterizado por que

el controlador está configurado para:

recibir información de posición de la antorcha en tiempo real desde un sistema de control de movimiento que controla el posicionamiento de la antorcha (108), en donde la información de posición de la antorcha en tiempo real incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y posiciones de la antorcha a lo largo de un segundo eje perpendicular al primer eje,

calcular las respectivas derivadas de las posiciones de la antorcha a lo largo del primer eje y las posiciones de la antorcha a lo largo del segundo eje,

calcular una magnitud de la velocidad en tiempo real de la antorcha (108) a partir de las respectivas derivadas, y

ajustar el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de la válvula de la válvula (130) de gas controlable en función de la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (108)

en donde el controlador está configurado, además, para extinguir el arco (146) de plasma para finalizar una operación de corte reduciendo el nivel de corriente de la corriente de corte mientras que una longitud del arco (146) del arco de plasma se acorta simultáneamente mediante el movimiento de la antorcha (108) hacia una pieza de trabajo.

2. El sistema (200, 201) de corte por plasma de la reivindicación 1, en donde el nivel de corriente de la corriente de corte se reduce en función de una reducción de la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (108).

3. El sistema (200, 201) de corte por plasma según la reivindicación 1 o 2, en donde el controlador mantiene la consistencia de cortadura reduciendo el nivel de corriente de la corriente de corte a medida que la antorcha (108) se acerca a una porción de esquina de una pieza cortada de una pieza (W) de trabajo.

4. El sistema (200, 201) de corte por plasma según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el controlador está configurado, además, para extinguir el arco (146) de plasma para finalizar una operación de corte reduciendo el nivel de corriente de la corriente de corte mientras que una longitud del arco (146) del arco de plasma se acorta simultáneamente mediante el movimiento de la antorcha (108) hacia una pieza de trabajo.

5. Un sistema (200, 201) de corte por plasma que comprende:

el controlador está configurado para:

recibir información de posición de la antorcha en tiempo real desde un sistema de control de movimiento que ajusta la velocidad de la antorcha (108) al cortar una porción de esquina de una pieza cortada de una pieza (W) de trabajo,

calcular las primeras derivadas de la información de posición de la antorcha en tiempo real y determinar las magnitudes de la velocidad en tiempo real de la antorcha (108) cuando la porción de esquina de la pieza se corta de la pieza (W) de trabajo, y

mantener la consistencia de cortadura ajustando, en función de las magnitudes de velocidad en tiempo real determinadas de la antorcha (108), el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de la válvula de la válvula (130) de gas controlable a medida que se corta la porción de esquina de la pieza de la pieza (W) de trabajo,

6. El sistema (200, 201) de corte por plasma según la reivindicación 5, en donde la información de posición de la antorcha en tiempo real incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y posiciones de la antorcha a lo largo de un segundo eje perpendicular al primer eje, y el controlador está configurado para calcular respectivas primeras derivadas de las posiciones de la antorcha a lo largo del primer eje y las posiciones de la antorcha a lo largo del segundo eje, o en donde la información de posición de la antorcha en tiempo real incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje, posiciones de la antorcha a lo largo de un segundo eje perpendicular al primer eje y posiciones de la antorcha a lo largo de un tercer eje perpendicular al primer eje y al segundo eje, y el controlador está configurado para calcular respectivas primeras derivadas de las posiciones de la antorcha a lo largo del primer eje, las posiciones de la antorcha a lo largo del segundo eje y las posiciones de la antorcha a lo largo del tercer eje.

7. El sistema (200, 201) de corte por plasma según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el nivel de corriente de la corriente de corte y el caudal del gas de plasma suministrado a la antorcha (108) se reducen en función de una reducción en la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (108) o en las magnitudes de la velocidad en tiempo real de la antorcha (108), y se aumentan en función de un aumento en la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (108) o en las magnitudes de la velocidad en tiempo real de la antorcha (108).

8. El sistema (200, 201) de corte por plasma según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el controlador reduce el nivel de corriente de la corriente de corte y el caudal del gas de plasma suministrado a la antorcha (108) a medida que la antorcha (108) se acerca a la porción de esquina de la pieza cortada de la pieza de trabajo, y/o en donde el controlador aumenta el nivel de corriente de la corriente de corte y el caudal del gas de plasma suministrado a la antorcha (108) a medida que la antorcha (108) se aleja de la porción de esquina de la pieza cortada de la pieza (W) de trabajo.

9. Un método de corte por plasma, que comprende las etapas de:

proporcionar un sistema (200, 201) de corte por plasma que comprende:

una válvula (130) de gas controlable para regular al menos uno de un caudal y una presión de un gas de plasma suministrado a la antorcha (108);caracterizado porun controlador conectado operativamente a la fuente de alimentación de corte por plasma para controlar un nivel de corriente de la corriente de corte, y conectado operativamente a la válvula (130) de gas controlable para ajustar una posición de válvula de la válvula (130) de gas controlable;

estandocaracterizado porlas etapas adicionales de recibir información de posición de la antorcha en tiempo real desde un sistema de control de movimiento que controla el posicionamiento de la antorcha (108), en donde la información de posición de la antorcha en tiempo real incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un primer eje y posiciones de la antorcha a lo largo de un segundo eje perpendicular al primer eje;

calcular, mediante el controlador, las respectivas derivadas de las posiciones de la antorcha (108) a lo largo del primer eje y las posiciones de la antorcha a lo largo del segundo eje; calcular, mediante el controlador, una magnitud de la velocidad en tiempo real de la antorcha a partir de las respectivas derivadas; y

ajustar el nivel de corriente de la corriente de corte y la posición de la válvula de la válvula (130) de gas controlable en función de la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (108),

que comprende además, la etapa de extinguir el arco (146) de plasma para finalizar una operación de corte reduciendo el nivel de corriente de la corriente de corte mientras que una longitud del arco del arco (146) de plasma se acorta simultáneamente mediante el movimiento de la antorcha (108) hacia una pieza de trabajo.

10. El método de corte por plasma según la reivindicación 9, en donde la etapa de ajuste incluye reducir el nivel de corriente de la corriente de corte y el caudal del gas de plasma suministrado a la antorcha (108) en función de una reducción en la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (108), y aumentar el nivel de corriente de la corriente de corte y el caudal del gas de plasma suministrado a la antorcha (108) en función de un aumento en la magnitud de la velocidad en tiempo real calculada de la antorcha (108).

11. El método de corte por plasma según la reivindicación 9 o 10, en donde el controlador mantiene la consistencia de cortadura reduciendo el nivel de corriente de la corriente de corte a medida que la antorcha (108) se acerca a una porción de esquina de una pieza cortada de una pieza (W) de trabajo.

12. El método de corte por plasma según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en donde la información de posición de la antorcha en tiempo real incluye posiciones de la antorcha a lo largo de un tercer eje perpendicular al primer eje y al segundo eje, y el controlador calcula la magnitud de la velocidad en tiempo real de la antorcha (108) a partir de una derivada de las posiciones de la antorcha a lo largo del tercer eje.

13. El método de corte por plasma según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en donde la etapa de ajuste incluye reducir el nivel de corriente de la corriente de corte y el caudal del gas de plasma suministrado a la antorcha (108) a medida que la antorcha (108) se acerca a una porción de esquina de una pieza cortada de una pieza (W) de trabajo, y/o en donde la etapa de ajuste incluye aumentar el nivel de corriente de la corriente de corte y el caudal del gas de plasma suministrado a la antorcha (108) a medida que la antorcha (108) se aleja de la porción de esquina de la pieza cortada de la pieza (W) de trabajo.