等离子体产生装置的制作方法

本发明涉及等离子体产生装置。

背景技术：

专利文献1公开了一种线缆故障显示装置，该线缆故障显示装置具备例如检测三相的线缆各自的接地电流的电流传感器，在接地电流超过预定值的情况下显示线缆的故障。根据专利文献1的线缆故障显示装置，能够检测出线缆各自是否接地。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2001-314009号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，等离子体产生装置向一对电极施加电压，而在一对电极之间产生放电，产生等离子体。有时向一对电极供供电力的一对线缆破损，而在一对线缆之间产生短路或放电。当在一对线缆间产生了短路或放电的情况下，从一个线缆向另一个线缆流动异常电流。在专利文献1中，虽然能够检测出线缆各自是否接地，但难以检测出线缆间的短路或放电。

本申请是鉴于上述课题而提出，目的在于提供能够检测出线缆的短路或放电的等离子体产生装置。

用于解决课题的技术方案

本说明书公开了一种等离子体产生装置，具备：一对电极，通过放电而产生等离子体；电源装置，生成向一对电极供给的电力；一对线缆，从电源装置向一对电极传送电力；导电性的屏蔽部件，对一对线缆进行屏蔽；接地线缆，使屏蔽部件接地；检测器，检测接地线缆中流动的电流；及报告部，根据检测器检测出预定值以上的电流而报告电流异常。

发明效果

根据本公开，能够提供能够检测出线缆的短路或放电的等离子体产生装置。

附图说明

图1是表示安装于工业用机器人的等离子体产生装置的概略结构的图。

图2是等离子体头的立体图。

图3是表示等离子体头的内部构造的剖视图。

图4是表示等离子体产生装置的控制系统的框图。

图5是表示检测模块的电结构的框图。

图6是表示等离子体产生装置中的与处理气体的供给相关的结构的示意图。

图7是表示等离子体产生装置中的气体流量与压力之间的关系的曲线图。

图8是表示等离子体产生装置中的气体泄漏量与压力之间的关系的曲线图。

图9是表示从等离子体产生装置中的从放电开始起的经过时间与压力之间的关系(等离子体模式压力变化)的曲线图。

图10是阅览等离子体产生装置的各种信息的网络构成图。

图11是支持服务台的终端的显示画面的图。

图12是管理者终端的显示画面的图。

具体实施方式

第一实施方式

整体结构

等离子体产生装置10具备等离子体头11、控制装置110、电力线缆40、气体配管80及检测模块120等。等离子体产生装置10从控制装置110经由电力线缆40而向等离子体头11传送电力，经由气体配管80而供给处理气体，从等离子体头11照射等离子体。等离子体头11安装于工业用机器人100的机器人臂101的前端。电力线缆40及气体配管80沿着机器人臂101安装。机器人臂101是使两个臂部105、105沿着一方向连结的多关节机器人。工业用机器人100驱动机器人臂101而进行向工件台5支撑的工件w照射等离子体的作业。如后述那样，电力线缆40具有：第一线缆41、第二线缆42及接地线缆43。气体配管80具有第一气体配管81及第二气体配管82。控制装置110具有第一处理气体供给装置111及第二处理气体供给装置112。第一处理气体供给装置111供给包含氮气等在内的非活性气体作为处理气体。第二处理气体供给装置112供给包含干燥空气等在内的活性气体作为处理气体。另外，控制装置110具备触摸面板113。触摸面板113显示各种设定画面和装置的动作状态等。

等离子体头的结构

接下来，使用图2、图3来对等离子体头11的结构进行说明。如图2所示，等离子体头11具备：主体块20、一对电极22(图3)、缓冲部件26、第一连结块28、反应室块30及第二连结块32。在以下的说明中，方向使用图2所示的方向。

在主体块20的上表面形成有沿着上下方向贯通的孔(未图示)，在贯通的孔安装有圆筒状的上部支架54、54。在上部支架54、54中插入有棒状的导电部58、58，通过上部支架54、54固定地保持。导电部58、58分别与第一线缆41及第二线缆42电连接。在导电部58、58的下方的前端部安装有一对电极22。一对电极22为大致棒状。在主体块20，且在主体块20的上表面的沿着y轴方向的中心线上的位置，形成有沿着上下方向贯通的第一气体流路62的开口部。另外，在主体块20的左右的面形成有两个第二气体流路66的开口部。第一气体流路62及第二气体流路66分别以物理的方式连接有第一气体配管81及第二气体配管82(连接状态未图示)。

缓冲部件26呈大致板状，由有机硅树脂制的原材料成形。第一连结块28、反应室块30及第二连结块32呈大致板厚形状，通过陶瓷制的原材料成形。

接下来，使用图3来对等离子体头11的内部构造进行说明。在主体块20的下表面形成有一对圆柱状的圆柱凹部60。另外，在主体块20的内部形成有第一气体流路62和两个第二气体流路66。第一气体流路62在一对圆柱凹部60之间开口，两个第二气体流路66在一对圆柱凹部60的内部开口。另外，第二气体流路66从主体块20的左右面朝着主体块20的中央部沿着x轴方向延伸预定距离后，向下方折弯而形成。另外，第一气体流路62从主体块20的上表面朝着下方沿着z轴方向延伸预定距离后，向后方折弯，进而向下方折弯而形成。

在缓冲部件26形成有与圆柱凹部60连通的插入部76。在第一连结块28形成有与插入部76连通的插入部64。在反应室块30形成有与插入部64连通的插入部63。主体块20的圆柱凹部60被插入部76、插入部64及插入部63连通，内部的空间为反应室35。在第二连结块32中形成有沿着上下方向贯通的多个连通孔36。多个连通孔36以在y方向上的中央部沿着x方向排列的方式形成。

等离子体照射

接下来，对等离子体产生装置10中的等离子体产生进行说明。向第一气体流路62供给氮气等非活性气体和干燥空气混合的气体作为处理气体。供给至第一气体流路62的气体向反应室35供给。另外，向第二气体流路66供给氮气等非活性气体作为处理气体。供给至第二气体流路66的非活性气体向反应室35供给。另外，向一对电极22施加电压。由此，在一对电极22间产生伪电弧放电，而流动有电流。通过伪电弧放电，而处理气体被等离子体化。另外，伪电弧放电是指为了防止如通常的电弧放电那样流过大电流，而通过等离子体电源限制电流并放电的方式。由反应室35产生的等离子体经由第二连结块32的多个连通孔36而喷出，向工件w照射等离子体。

控制系统

接下来，使用图4来对等离子体产生装置10的控制系统进行说明。控制装置110除了上述结构以外，还具备：控制器130、电源装置140及多个驱动电路132。多个驱动电路132与第一处理气体供给装置111、第二处理气体供给装置112及触摸面板113连接。控制器130具备cpu、rom、ram等，以计算机为主体，与多个驱动电路132及电源装置140连接。控制器130控制电源装置140、第一处理气体供给装置111、第二处理气体供给装置112及触摸面板113等。

基于检测模块的漏电检测

如图1所示那样，将等离子体头11的电极22和电源装置140连接而向电极22供供电力的电力线缆40安装于工业用机器人100的机器人臂101。因此，根据机器人臂101的动作，会对电力线缆40施加弯曲、扭转、拉动等应力，有时受到损伤。因此，等离子体产生装置10通过检测模块120对电力线缆40产生损伤等而产生的异常电流进行检测。接下来进行详述。

如图5所示，从商用电源(未图示)供电的电源装置140具有ac电源141、142及dc电源143。检测模块120具有电流互感器ct、比较电路121、电源电路122及开关123。电力线缆40具有第一线缆41、第二线缆42及接地线缆43。第一线缆41、第二线缆42及接地线缆43分别在电线上覆盖有绝缘体。第一线缆41，第二线缆42及接地线缆43由网眼状的导电性的屏蔽部件45屏蔽。ac电源141经由第一线缆41及第二电源线缆而向等离子体头11供给交流电力。详细而言，第一线缆41及第二电源线缆分别向等离子体头11的电极22、22供给电力。屏蔽部件45经由接地线缆43而接地。

检测模块120具有电流互感器ct、比较电路121、电源电路122及开关123。电流互感器ct安装于接地线缆43。电流互感器ct将与在接地线缆43中流动的电流值对应的检测电压向比较电路121输出。电源电路122根据从ac电源142供给的ac200v生成向比较电路121供给的驱动电压及阈值电压，并向比较电路121供给。比较电路121当检测电压为阈值电压以上时，输出使开关123接通的电压。开关123的一端与输出dc24v的电源电路122连接，开关123的另一端与控制器130连接的。在从比较电路121输入使开关123接通的电压的情况下，开关123接通，向控制器130输出dc24v。另一方面，在未从比较电路121输入使开关123接通的电压的情况下，开关123断开，不向控制器130输出dc24v。

在此，当在第一线缆41或第二线缆42和接地线缆43之间产生了短路或放电的情况下，电流从ac电源141流向接地电压，因此电流互感器ct的检测电压成为阈值电压以上，向控制器130输入dc24v。另外，当在第一线缆41和第二线缆42之间产生了短路或放电的情况下，由于电磁感应而在屏蔽部件45中流动有电流。由此，在接地线缆43中流动有电流，电流互感器ct的检测电压成为阈值电压以上，向控制器130输入dc24v。这样，检测模块120不仅能够检测出第一线缆41或第二线缆42的接地时，还能够检测出第一线缆41及第二线缆42间的短路或放电。

控制器130当通过检测模块120被输入dc24v时，向电源装置140指示停止ac电源141向等离子体头11的供电。另外，向第一处理气体供给装置111及第二处理气体供给装置112的各驱动电路132指示停止气体的供给。由此，停止向等离子体头11的电极22、22的电力，停止处理气体的供给。另外，指示触摸面板113的驱动电路132使例如整个区域成为红色显示，也使消息显示漏电等显示警告。

第二实施方式

接下来，对等离子体产生装置10中的与处理气体的供给相关的结构进行说明。

如图6所图示的那样，等离子体头11和控制装置110通过气体配管80连结。该控制装置110具备压力传感器92、流量控制计94、控制器130等，上述压力传感器92、流量控制计94由控制器130控制。控制器130与第一处理气体供给装置111及第二处理气体供给装置112连接。气体配管80具有：第一气体配管81，供从第一处理气体供给装置111供给的氮气气体流动；及第二气体配管82，被供给从第二处理气体供给装置112供给的干燥空气。

在控制器130所具备的cpu134(参照图6)中，执行进行判断处理的程序。该判断处理根据按照供给的处理气体的流量规定的第一气体配管81和第二气体配管82的配管压力偏离了标准值，而对等离子体产生装置10的状态进行判断。在第一气体配管81及第二气体配管82内的压力为标准值以上的情况下，判断为在等离子体头11内等离子体以预先规定的规定状态产生。在此，预先规定的规定状态例如是指预定量的处理气体被供给至等离子体头11，稳定地产生等离子体的状态。此外，在第一气体配管81及第二气体配管82内的压力为标准值以下的情况下，将等离子体产生装置10的状态判断为异常。在此，异常是例如第一气体配管81或者第二气体配管82脱落那样的情况、由于配管的破损或破裂等而处理气体向外部漏出那样的情况、异常放电的情况、等离子体头11未正常地产生等离子体的情况、气体供给不良的情况等。另外，根据气体的减压量来判断气体的泄漏量。

另外，在触摸面板113上显示等离子体产生装置10的作业所需要的各种信息。

流量控制计94对从第一处理气体供给装置111及第二处理气体供给装置112向第一气体配管81及第二气体配管82供给的气体的流量进行控制。该流量控制计94配置于第一处理气体供给装置111及第二处理气体供给装置112的下游侧x、且压力传感器92的上游侧y。流量控制计94能够使用例如公知的质量流量控制器。

在等离子体产生装置10中，在处理气体的供给量不足的情况下在等离子体头11中，等离子体难以稳定地产生。通过流量控制计94将处理气体的供给量控制为规定的流量。通过该流量控制计94，设为产生等离子体的适当的气体供给量。

另外，具体而言，气体流量的调整通过控制自动阀(未图示)的开闭来进行。

压力传感器92对第一气体配管81及第二气体配管82内的压力进行检测。该压力传感器92配置于流量控制计94的下游侧x、且等离子体头11的上游侧y。通过检测压力，能够检测出气体配管的脱落、泄漏等。另外，能够检测出等离子体是否正常地产生。

具备第一气体配管81及第二气体配管82的气体配管80与第一气体配管81及第二气体配管82一起由具有可挠性的树脂性软管构成。例如，可以使用特氟龙(注册商标)制的软管等。

图7是与等离子体产生装置10的气体流量与压力之间的差异相关的曲线图。横轴是气体流量(l/min)，纵轴是气体配管内的压力(kpa)。在没有配管等的破损和脱落的正常的等离子体产生装置10中，与未产生等离子体的状态下的气体流量对应的内部的压力被作为标准值而示出。根据气体流量增大，第一气体配管81及第二气体配管82内等的内部的压力变大。因此，按各气体流量，将与气体流量对应的压力设为判断装置状态时的内部压力的检测的标准值，通过检测压力从标准值的变化来掌握装置内部的状态。

图8是与向外部泄漏的气体泄漏量与压力之间的关系相关的图。横轴是气体泄漏量(l/min)，纵轴是气体配管内的压力(kpa)。示出在没有气体泄漏的情况下的配管内部的压力为80kpa的情况下，处理气体从第一气体配管81及第二气体配管82漏出时的配管内部的压力的变化。成为根据气体的泄漏量增大而压力从标准值(在该情况下为80kpa)下降的关系，根据检测出由压力传感器92检测出的配管内部的压力下降，通过判断处理判断为气体泄漏。没有气体泄漏的状态下的既定的压力(标准值)根据图7的曲线图按各气体流量而求出。能够相对于按各气体流量规定的压力(标准值)，根据压力下降的程度来判断气体泄漏的程度。另外，压力下降除了气体泄漏下降，也可想到等离子体头11内的异常放电、未产生等离子体的异常状态、处理气体的供给不足的状态等。在这些异常状态下也能够与气体泄漏的情况相同地通过压力下降而判断为异常状态。

图9示出在等离子体头11产生等离子体时，伴随着从用于产生等离子体的放电开始起的经过时间而产生的内部压力的变化(等离子体模式压力变化)。横轴是从放电开始起的经过时间(min)，纵轴是气体配管内的压力(kpa)。是没有气体泄漏的情况下的配管内部的压力为45kpa的情况下的曲线图。通过放电开始而等离子体的产生开始。通过存在于处理气体中的干燥空气的氧气等的化学反应而促进等离子体的生成，伴随着该化学反应而产生热量。产生的热将处理气体加热，其结果是，处理气体膨胀。由于处理气体膨胀而产生气体的滞留，由此等离子体头11及配管内的压力上升。另一方面，产生的等离子体与处理气体一起从连通孔36向外部喷出。在等离子体的生成稳定后，等离子体头11内的压力上升以恒定的值平衡。在图9中，示出在等离子体生成稳定后内部压力上升平衡在大致80kpa的压力。因此，在从放电开始经过了预定时间后，配管内部的压力比放电开始前上升预定压力(在该情况下为大致80kpa)，据此能够判断为等离子体正常地产生。在虽然放电但配管内部的压力未上升至预定值的情况下，能够判断为等离子体未正常地生成、或者产生配管的脱离、破裂等。

接下来，对能够从远程掌握本实施方式的运转状况的经由因特网in的信息阅览系统进行说明。根据该信息阅览系统，将表示在各工厂中设置有多个等离子体产生装置10的生产线150中的各等离子体产生装置10的状态或设定的信息，即异常信息、警报信息、维护信息、设备数据等各种信息上传至云服务器cs，能够在需要时下载至与因特网in连接的管理者终端160、支持服务台终端170而阅览上述各信息。

基于图10来对与等离子体产生装置10相关的信息阅览系统进行说明。首先，与设置于生产线150的各等离子体产生装置10的状态和设定等相关的各种信息经由因特网in而从各等离子体产生装置10的控制装置110向云服务器cs发送(d1)。每过预定期间进行该发送，在云服务器cs中依次存积发送来的各种信息。管理等离子体产生装置10或生产线150的管理者、或者等离子体产生装置10的供应商所运营的支持服务台，能够根据来自作业者等的询问等需要从云服务器cs将所需期间的所需种类的各种信息下载于各自具有的终端即管理者终端160或者支持服务台终端170来进行阅览(d2、d3)。由此，管理者或者支持服务台即便在处于远离等离子体产生装置10或生产线150的场所而对于来自作业者的询问无法快速到达现场的情况下，也能够阅览所需期间的所需各种信息，能够掌握异常状态，确认警报信息，参照维护信息或设备数据等，并通过远程进行电话联络等对作业者指示正确的应对。

另外，在支持服务台终端170中，只要具有能够对等离子体产生装置10发送邮件发送等消息的功能，就能够向作业者担当的现场的等离子体产生装置10发送消息(d4)。作为消息，能够举出例如“请检查气体配管。”、“请切断断路器。”等。作业者能够根据显示于触摸面板113的消息进行应对。

在此，示出在支持服务台终端170的显示画面172及管理者终端160的显示画面161显示的各种信息的一个例子。

当通过操作而选择了显示的主菜单的项目时，在等离子体产生装置10的触摸面板113上显示未图示的主菜单画面。在该主菜单画面上配置有用于选择并显示与等离子体产生装置10相关的各种信息等的选择按钮。作为选择按钮，可列举例如“设定”、“运转”、“报警”、“维护”、“履历”等，当选择了各选择按钮时，显示与选择按钮对应的画面，而显示各种信息。作业者能够根据选择在触摸面板113上阅览各种信息，确认等离子体产生装置10的状态和设定等的信息。

如图11所示，能够在支持服务台终端170的显示画面172上一览显示与作业者在触摸面板113上阅览的各信息的显示画面相同的画面。能够通过一个画面掌握各种信息。

图11是显示于支持服务台终端170的显示画面172的情况下的具体例。将各种信息在支持服务台终端170的显示画面172分割为五部分而一览显示。图中175是“报警画面”。与等离子体产生相关的异常、与气体相关的异常等在等离子体产生装置10中产生的报警的内容及其产生日期时间按时间顺序显示。在画面中，越向上则显示最新的信息，越向下则显示越旧的信息。能够通过操作上滚动按钮182、下滚动按钮184而滚动。另外，能够通过复位按钮186使显示复位。

图中176是“运转时间”。作为项目而显示“电极使用时间”、“加热器使用时间”、“运转时间”等，显示它们的当前值。另外，通过触摸复位按钮能够使显示复位。

图中177是“版本信息”的画面。显示装置的版本信息。图中178是“运转参数”。主要能够确认气体流量。在该画面中，显示流量控制计94的设定值、气体流量的当前值、单位等。具体而言，例如，能够确认作为“main(gas1)”的氮气、作为“main(gas2)”的干燥空气、作为“sub(gas1)”的氮气、作为“sub(gas2)”的干燥空气的由流量控制计94设定的设定值及当前的气体流量。另外，能够通过复位按钮使显示复位。

图中179是“放电监视”。对用于产生等离子体所需的放电进行监视。具体而言，按各预定周期的脉冲计测有无放电，对未在预定时间(在该情况下为一分钟)中放电的脉冲数进行计数。即，作为放电阈值而预先设定为了产生等离子体而需要的放电脉冲数阈值，作为测定值对放电脉冲数进行计数。在放电脉冲数未达到放电脉冲数阈值那样的情况下实施通过报警来进行通知等措施。在该画面中，在放电阈值的项目中显示放电脉冲数阈值，在测定值的项目中显示放电脉冲数及单位等。另外，能够通过复位按钮使显示复位。

图12是显示于管理者终端160的显示画面161的情况下的具体例。由于显示画面161的尺寸等的制约，显示各信息中的选择出的一个信息。在图12中，例示出显示报警画面175的情况，但当然能够根据选择显示在图11中图示的“运转时间”、“版本信息”、“运转参数”、“放电监视”等。

在第一实施方式中，等离子体产生装置10是等离子体产生装置的一个例子，电极22、22是一对电极的一个例子，电源装置140是电源装置的一个例子，第一线缆41及第二线缆42是一对线缆的一个例子，屏蔽部件45是屏蔽部件的一个例子，接地线缆43是接地线缆的一个例子，电流互感器ct是检测器的一个例子，触摸面板113是报告部及显示器的一个例子。另外，控制器130是控制部的一个例子，第一处理气体供给装置111及第二处理气体供给装置112是供给装置的一个例子。另外，警告显示是“报告电流异常”一个例子。另外，等离子体头11是可动部的一个例子。

以上，根据说明的第一实施方式，起到以下的效果。

等离子体产生装置10根据电流互感器ct检测到的与在接地线缆43流动的电流的电流值对应的检测电压成为阈值电压以上，而使触摸面板113显示警告而报告电流异常。也就是说，当在接地线缆43中流动的电流的电流值为与阈值电压对应的预定值以上时，显示警告而报告电流异常。在向电极22、22分别供给电力的第一线缆41及第二线缆42之间产生了短路或放电的情况下，由于电磁感应而在屏蔽部件45中流动有感应电流。通过使阈值电压小于与感应电流对应的检测电压，而能够通过电流互感器ct检测第一线缆41及第二线缆42之间的短路或放电。另外，等离子体产生装置10根据电流互感器ct检测到的与在接地线缆43中流动的电流的电流值对应的检测电压为阈值电压以上，而在触摸面板113上显示警告。由此，作业者能够识别出是否产生了第一线缆41及第二线缆42之间的短路或放电。

另外，控制器130根据电流互感器ct检测到的在接地线缆43中流动的电流的检测电压为阈值电压以上，而使电源装置140停止电力的供给，使第一处理气体供给装置111及第二处理气体供给装置112停止处理气体的供给。由此，在产生了第一线缆41及第二线缆42之间的短路或放电的情况下，能够迅速停止电力及气体向等离子体头11的供给。

另外，本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改进、变更，这是不言而喻的。

例如，也可以构成为等离子体产生装置10具备：用于对处理气体进行加热的加热器及对加热器进行驱动的驱动电路。在该情况下，也可以构成为，根据电流互感器ct检测到的检测电压为阈值电压以上，而向驱动加热器的驱动电路发出停止加热的指示。

另外，也可以构成为控制器130与工业用机器人100具备的控制装置进行通信。在该情况下，也可以构成为，根据电流互感器ct检测到的检测电压为阈值电压以上，而向工业用机器人100具备的控制装置输出停止信号。根据该结构，能够根据电流互感器ct检测到的检测电压为阈值电压以上，而迅速地使工业用机器人100的作业停止。

另外，说明了控制装置110具备触摸面板113并使触摸面板113显示警告，但不限定于此。例如也可以是使led等显示灯点亮来报告异常电流的结构、从扬声器发出警告音而报告异常电流的结构等。

另外，优选的是电力线缆40由阻燃性的材料覆盖。

附图标记说明

10...等离子体产生装置；22...电极；40...电力线缆；41...第一线缆；42...第二线缆；43...接地线缆；45...屏蔽部件；111...第一处理气体供给装置；112...第二处理气体供给装置；113...触摸面板；130...控制器；140...电源装置；ct...电流互感器。