CN102666000B - 坡口的切断装置及切断方法 - Google Patents

Abstract

在对第1行程的切断结束时刻的位置偏差进行修正而进行第2行程的切断时，制品的形状不会受到限制且能够正确且可靠地进行位置偏差的修正。投光机构将狭缝光向母材上投射。摄像机构对包含照射到母材上的十字状激光的像的图像进行摄像。在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前，向控制器输入表示由摄像机构摄像得到的图像的信号。控制器根据输入的摄像图像信号进行运算处理，求出母材的角部的X-Y坐标位置偏差、X-Y坐标轴的旋转角，根据这些X-Y坐标位置偏差、X-Y坐标轴的旋转角，对第2行程的控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据进行修正。

Description

坡口的切断装置及切断方法

技术领域

本发明涉及将Y坡口等需要两行程切断(2次切割)的坡口切断的装置及方法。

背景技术

对于在建设机械等中使用的焊接构造物的焊接坡口而言，一般在对接面使用设置有钝边(root face)的Y坡口。即，在切断后的两部件在后面工序中被焊接结合的情况下，为了确保必要的设计强度，需要使两部件的切断面如图1(a)所示那样成为Y字型。将此称之为Y坡口切断。

尤其在利用等离子焊接机进行Y坡口切断等设置有钝边的坡口切断的情况下，与未设置钝边的全坡口切断不同，如图1(b)所示，至少需要在第1行程中通过I切割切出钝边的步骤和在第2行程中通过V切割切出坡口面的步骤的两行程切断(两次切割)。

在两行程切断中，在基于I切割的第1行程的切断结束时刻，在切割宽度方面制品产生微小的位置偏差，在这种情况下制品从母材切离。这是因为，当制品从母材被切离时，由于制品的下面的架台(平台)的凹凸(因切断破片的金属浮渣堆积而产生)和因自重造成的落下导致制品在X-Y平面上移动。

当如上所述那样制品产生微小的位置偏差而从母材切离时，即使按照程序正确地实施基于V切割的第2行程的切断，钝边的误差也会变大而无法获得所需的钝边的精度。该焊接时成为对接面的钝边的误差，使焊接构造物的焊接结合强度降低，从而需要极力使第1行程的切断结束时刻的位置偏差减小或对第1行程的切断结束时刻的位置偏差进行修正而进行第2行程的切断。

因此，以往，已知有“极力使第1行程的结束时刻的位置偏差减小的”技术，或者“修正第1行程的切断结束时刻的位置偏差而进行第2行程的切断”的技术。

(现有技术1：极力使第1行程的结束时刻的位置偏差减小的技术)

图2是从上面以X-Y平面表示将长方形的部件(制品)切断的情况下的切断轨迹的图。在图2中，各符号的含义如下：

S1：行程1的穿孔点(切断开始点)

E1：行程1的切断结束点

S2：行程2的穿孔点(切断开始点)

E2：行程2的切断结束点

S3：用于制品切离的切断的穿孔点(切断开始点)

E3：用于制品切离的切断结束点

在该切断例中，为了回避行程1的切断结束时刻的位置偏差，在第1行程中，以“S1→E1”的切断轨迹进行切断(行程1)，不是这样将制品从母材切离，而是向第2行程的切断移转，从而以“S2→E2”的切断轨迹进行切断(行程2)。然后，最后为了将制品从母材切离，以“S3→E3”的切断轨迹进行切断(行程3)。需要说明的是，在制品的角部(端点)，为了保障角部的角度而进行环绕处理。

(现有技术2：对第1行程的切断结束时刻的位置偏差进行修正而进行第2行程的切断的技术)

在下述非专利文献1中，记载有如下的发明，即，在等离子切断加工机的等离子割炬上方安装CCD照相机，在第1行程切断后利用CCD照相机在两个部位对制品端点进行摄像，并将摄像画面2值化，利用图像处理的手法从图像抽出端点，并通过对未产生位置偏差时的端点位置与产生位置偏差后的实际端点位置进行比较而计算求得制品的位置偏差量，在计算结束后，根据位置偏差量修正第2行程的程序，从而根据修正后的程序来实施第2行程的切断。

在先技术文献

非专利文献

非专利文献1：「コマツ技報」(KOMATSU TECHNICALREPORT)，2006 VOL52 NO.158，2007年2月23日发行(“坡口切断用绞扭加工机的开发”第52号第44页～第49页)

发明的公开

发明要解决的课题

在利用上述的现有技术1时，的确多少能够减小第1行程的结束时刻的位置偏差，由此，多少能够提高钝边的精度。

然而，因热变形等而多少产生位置偏差的问题依然存在。

进一步而言，由于在第1行程、第2行程的切断中伴有不使制品从母材切离的条件，因此导致制品的形状受到较大的限制。即，在到达用于制品切离的切断结束点的最后的边无法形成Y坡口。另外，因为即使结束第2行程的切断最后也需要进行用于制品切离的切断，所以，穿孔次数增多而切断用割炬的寿命缩短。另外，由于无法利用一次切断进行制品切离，因此，产生切断用割炬的移动耗时而造成生成效率下降的问题。进一步而言，因为在I切割后进行V切割且最后为了制品切离需要再度进行I切割，所以切断顺序复杂，CAD操作也变得复杂化。

在采用上述的现有技术2时，虽然现有技术1中发生的上述问题点基本得到了解决，但是制品的形状受到限制这种问题依然存在。即，在现有技术2中，由于需要利用CCD照相机对2个端点(角部)进行摄像，所以除了切断具有至少2个端点的制品的情况之外无法适用。另外，由于将CCD照相机的摄像画面2值化并利用图像处理的手法从图像抽出端点，其抽出精度较大依存于进行切断作业的工厂的光学环境。根据工厂的光学环境的不同，在对摄像图像进行2值化处理时可能无法从背景像判别图像中的端点像，从而可能出现对端点的误检测或无法检测的情况。因此，可能无法正确地进行位置偏差的修正或位置偏差修正本身无法进行。

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其要解决的问题在于，在对第1行程的切断结束时刻的位置偏差进行修正而进行第2行程的切断时，制品的形状不会受到限制，并且能够正确可靠地进行位置偏差的修正。

用于解决课题的手段

在第1发明中，坡口的切断装置根据控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据在第1行程中使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材至少切断制品的夹着角部的各边，在第2行程中使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材切断具有设置有钝边的坡口的制品，其特征在于，具备：

投光机构，其在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前，以使狭缝光至少在不同的两点与制品的夹着角部的各边分别交叉的方式投射狭缝光；

摄像机构，其对包括狭缝光的像的图像进行摄像；

检测机构，其通过捕捉摄像图像中的狭缝光的亮度急剧变化的点，检测狭缝光与各边交叉的光切断点的X、Y坐标位置；

直线运算机构，其根据检测到的光切断点的X、Y坐标位置，对表示1行程切断结束时刻的夹着角部的各边的各直线进行运算；

位置偏差·旋转角运算机构，其将表示1行程切断结束时刻的各边的各直线彼此交叉的点作为1行程切断结束时刻的角部的X、Y坐标位置进行计算，对1行程切断结束时刻的角部位置与已知的1行程切断前的角部位置的角部位置偏差进行计算，

并且将表示1行程切断结束时刻的边的直线的倾角与表示已知的1行程切断前的边的直线的倾角的差量作为X-Y坐标轴的旋转角计算；

修正机构，根据角部位置偏差和X-Y坐标轴的旋转角，对第2行程的控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据进行修正，

根据修正后的控制程序实施第2行程的切断。

在第1发明的基础上，第2发明的特征在于，根据控制程序上的表示切断线的Z坐标位置数据控制切断用割炬的高度，坡口的切断装置还具备：高度测定机构，其在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前对母材的高度进行测定；修正机构，其根据由高度测定机构测定到的母材的高度对第2行程的控制程序上的Z坐标位置数据进行修正。

在第1发明的基础上，第3发明的特征在于，在第1行程中通过I切割切出钝边，在第2行程中通过V切割切出坡口面，从而切断具有Y坡口的制品。

在第1发明的基础上，第4发明的特征在于，投光机构改变照射位置地至少投射两次十字状的光，通过至少两次的投射光使构成十字的狭缝光在制品的夹着角部的各边的至少不同的两点交叉。

在第5发明中，坡口的切断方法根据控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据在第1行程中使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材至少切断制品的夹着角部的各边，在第2行程使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材切断具有设置有钝边的坡口的制品，其特征在于，包括：

在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前，以使狭缝光至少在不同的两点与制品的夹着角部的各边分别交叉的方式投射狭缝光的步骤；

对包含狭缝光的像的图像进行摄像的步骤；

通过捕捉摄像图像中狭缝光的亮度急剧变化的点，从而检测狭缝光与各边交叉的光切断点的X、Y坐标位置的步骤；

根据检测到的光切断点的X、Y坐标位置，对表示1行程切断结束时刻的夹着角部的各边的各直线进行计算的步骤；

将表示1行程切断结束时刻的各边的各直线彼此交叉的点作为1行程切断结束时刻的角部的X、Y坐标位置进行计算，计算1行程切断结束时刻的角部位置与已知的1行程切断前的角部位置的角部位置偏差，并且，将表示1行程切断结束时刻的边的直线的倾角与表示已知的1行程切断前的边的直线的倾角的差量作为X-Y坐标轴的旋转角计算的步骤；

根据角部位置偏差与X-Y坐标轴的旋转角，对第2行程的控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据进行修正的步骤；

根据修正后的控制程序实施第2行程的切断的步骤。

发明效果

根据本发明，可获得如下的效果。

a)制品的形状的限制得到解除。

在现有技术1中，如图2所示，由于存在必须在不将制品从母材R切离的情况下进行V切割这种条件，所以对制品的形状存在较大的限制。即，在用于切离的最后的边，无法进行基于V切割的切断，从而无法形成Y坡口。相对于此，根据本发明，如图14(b)所示，在用于切离的最后的边也能够进行基于V切割的切断，从而能够形成Y坡口。

另外，在现有技术2中，需要利用CCD照相机对两个端点(角部)进行摄像，除了将具有至少两个端点的制品切断的情况之外无法适用。相对于此，根据本发明，如图10(b)、(c)所示，只要在夹着角部的各边取得光切断点即可。在此，制品具有夹着角部的各边这种属性恐怕是作为制品属性的普遍性的属性。因此，局限于具有两个端点(角部)的制品这种现有技术2的问题点得到了解决。

b)能够减少穿孔次数，从而能够延长切断用割炬的寿命。

在现有技术1中，如图2所示，由于即使第1行程、第2行程的切断结束也需要在最后进行用于制品切离的切断，从而存在穿孔次数增多而切断用割炬的寿命缩短的问题。相对于此，根据本发明，如图14(a)所示，无需(仅)用于制品切离的切断，从而能够减少将同样形状的制品切断时的穿孔次数，进而能够延长切断用割炬的寿命。

c)减少切断用割炬移动的多余时间而提高生产效率。

在现有技术1中，由于无法以一次切断进行制品切离，从而存在切断用割炬的移动花费时间而造成生产效率下降的问题。相对于此，根据本发明，如图14(a)、(b)所示，能够以一次切断进行制品切离，从而能够减少切断用割炬的移动时间而提高生产效率。

d)能够使切断顺序简化，从而能够容易地进行CAD操作。

在现有技术1中，由于在I切割后进行V切割且最后为了制品切离而需要再次进行I切割，从而切断顺序变得复杂，CAD操作也变得复杂化。相对于此，根据本发明，如图14(a)、(b)所示，由于在I切割后进行V切割即可，从而无需最后为了制品切离而再次进行I切割，从而切断顺序得到简化，能够容易地进行CAD操作。

e)能够在不受工厂环境的影响的情况下进行高精度的切断。

在现有技术2中，使CCD照相机的摄像画面2值化，并通过图像处理的手法从图像抽出端点，其抽出精度较大地依存于进行切断作业的工厂的光学环境。根据工厂的光学环境的不同，可能存在特征点的抽出精度变低或无法正确地进行位置偏差的修正、或者位置偏差修正本身无法进行的情况。相对于此，根据本发明，如图9(a)、(b)、(c)所示，利用了亮度急剧变化、狭缝光不连续这种特征点即采用了光切断法的原理的光切断点，能够相对于背景图像进行明确地识别。因此，特征点的抽出精度低这种现有技术2的问题点得到了解决。

附图说明

图1(a)是表示Y坡口切断的图，图1(b)是说明Y坡口切断的工序的图。

图2是说明现有技术1的图，为表示切断长方形的部件(制品)的情况下的切断轨迹的图。

图3是表示实施例的切断装置的结构的图，为装置的整体结构的立体图。

图4是表示实施例的切断装置的结构的图，为放大表示切断用割炬的周围部分的立体图。

图5(a)是从侧面观察台车而得到的图，为表示投光机构和摄像机构的图，图5(b)是从侧面观察台车而得到的图，为表示高度测定机构的图。

图6为控制器的功能框图，为表示本发明的部分的图。

图7(a)、(b)、(c)是说明二维平面中的位置偏差对钝边的误差的影响的图。

图8(a)、(b)是说明高度方向的位置偏差对钝边的误差的影响的图。

图9(a)、(b)、(c)是说明通过投光机构形成的特征点的图。

图10(a)、(b)、(c)是说明摄像图像和十字状激光的关系的图。

图11(a)是通过从设置于切断用割炬的喷嘴喷出的等离子生成用气体以规定的割缝宽度切断母材的形态的图，图11(b)是表示图像上所检测到的光切断点与割缝宽度的关系的图。

图12是表示通过高度测定机构测定到的测定点的图。

图13是表示实施例的优选顺序的流程的流程图。

图14(a)、(b)是表示实施例的制品的图，是从上面以X-Y平面表示将长方形的部件(制品)切断的情况下的切断轨迹的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的坡口的切断装置及方法的实施方式。

需要说明的是，在本实施例中，假定Y坡口切断等设置有钝边的坡口切断。对于这种设置有钝边的坡口切断而言，如利用图1(b)前述的那样，至少需要在第1行程中通过I切割切出钝边的步骤和在第2行程中通过V切割切出坡口面的步骤的两行程切断(两次切割)。

另外，在本实施例中，假定切断具有角部(端点)的制品的情况。在本说明书中，为了便于说明，将沿夹着角部的各切断线形成的切断槽称为“边”。

图3、图4表示实施例的切断装置的结构。图3是表示装置的整体结构的立体图，图4是放大表示切断用割炬的周围部分的立体图。需要说明的是，例如假定切断装置为等离子切断装置而进行说明。然而，本发明当然也可以适用于利用了等离子切断以外的气体切断、激光切断等其他热切断方法的切断装置。

如图3所示，将与地面平行的面作为X-Y平面，与X-Y平面垂直的铅直方向的轴作为Z轴，从而构成X-Y-X的三维坐标轴。如该图3所示，切断装置1大体包括：其上表面配置成与X-Y平面平行且载置有成为被切断对象的母材R(例如定尺钢板)的平台2；夹着平台2而以X轴方向成为长度方向的方式在左右配置的左右的导轨3、3；沿着导轨3、3移动自如地架设在平台2上的滑架4；在滑架4的上表面沿着成为长度方向的Y轴方向配置的导轨5；沿着导轨5设置成移动自如的台车6；设置成相对于台车6沿Z轴方向升降移动自如且被支承成沿回旋U轴以规定角度回旋自如的割炬支承台7；被割炬支承台7支承成沿回旋V轴以规定角度回旋自如的切断用割炬8；控制器10，其根据控制程序上所记述的表示切断线的X、Y、Z坐标位置数据对X、Y、Z、U、V这5轴进行驱动控制而调整切断用割炬8的前端位置及姿态角(切断位置及切断方向)，并且，通过控制施加于切断用割炬8的电极的电压、电流，从而调整切断用割炬8的电极与母材R之间的电弧电压、电弧电流。需要说明的是，从等离子切断装置1的切断用割炬8上设置的喷嘴8a喷出等离子生成用的气体，在切断用割炬8的电极与母材R之间产生等离子化的电弧。在本实施例中，控制程序是指由NC机械坐标记述的程序。

图4进一步详细地表示割炬支承台7的结构。如该图4所示，割炬支承台7包括：相对于台车6的与Y-Z平面平行的面升降移动自如地连结的升降板9；被升降板9支承成沿着围绕与升降板9垂直的轴心的回旋U轴以规定角度回旋自如的支承臂21；被支承臂21支承成沿着围绕与切断用割炬8的长度方向垂直的轴心的回旋V轴以规定角度回旋自如的割炬支架22。在割炬支架22支承有切断用割炬8。

图5(a)为从侧面观察台车6得到的图，其表示了用于计测母材R的角部的X-Y坐标位置偏差Δx、Δy、X-Y坐标轴的旋转角Θ的投光机构23和摄像机构24。图5(b)为从侧面观察台车6得到的图，其表示了用于计测切断线的Z坐标位置偏差Δz的高度测定机构25。

如图5(a)所示，在台车6的固定位置上设置有投光机构23和摄像机构24。

投光机构23将狭缝光朝向母材R上投射。在本实施例中，使在激光源生成的激光经由圆筒形透镜射出，形成规定宽度、规定长度的狭缝光(线光)而将狭缝光倾斜地向母材R上照射，以此机构构成投光机构23。例如从十字激光振荡器投射狭缝光彼此相互垂直地交叉的十字形状的激光L。例如利用市面上销售的激光标印装置构成为射出十字状的印字标记。

摄像机构24对照射到母材R上的包括十字状激光L的像在内的图像进行摄像。在本实施例中，作为摄像机构24使用例如CCD照相机。摄像机构24与母材R的距离设定为H。

在第1行程的切断结束后而第2行程的切断结束前，向控制器10输入表示利用摄像机构24摄像得到的图像的信号。

控制器10根据输入的摄像图像信号进行后述的运算处理，从而求得母材R的角部的X-Y坐标位置偏差Δx、Δy、X-Y坐标轴的旋转角Θ，并根据这些X-Y坐标位置偏差Δx、Δy、X-Y坐标轴的旋转角Θ修正第2行程的控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据。

如图5(b)所示，在台车6的固定位置上设置有高度测定机构25。高度测定机构25通过计测从基准高度Z0到母材R的距离d而测定母材R的高度Z(＝Z0+d)。高度测定机构25例如使用设置在基准高度Z0上的激光测距器。

在第1行程的切断结束后且第2行程的切断结束前，向控制器10输入表示利用高度测定机构25测定到的母材R的高度Z的信号。

控制器10根据输入的表示高度Z的信号求得切断线的Z坐标位置偏差Δz，根据该Z坐标位置偏差Δz来修正第2行程的控制程序上的表示切断线的Z坐标位置数据。

在以下的说明中，将从母材R切断的有用的材料部分称为“制品”，将从母材R切断的其他不需要的材料部分称为“废料”。

图6为控制器10的功能框图，其表示本发明的部分。

即，控制器10构成为包括：检测机构11、直线运算机构12、位置偏差·旋转角运算机构13、修正机构14。

在检测机构11中，通过捕捉摄像图像中狭缝光的亮度急剧变化的点，从而检测到在1行程切断结束时刻的制品的夹着角部的各边狭缝光发生交叉的光切断点的X、Y坐标位置。

在直线运算机构12中，根据光切断点的X、Y坐标位置，计算表示1行程切断结束时刻的制品的夹着角部的各边的各直线。

在位置偏差·旋转角运算机构13中，将表示1行程切断结束时刻的制品的各边的各直线彼此交叉的点作为1行程切断结束时刻的角部的位置计算，计算1行程切断结束时刻的角部位置与1行程切断前的角部位置的角部位置偏差。另外，在位置偏差·旋转角运算机构13中，将表示1行程切断结束时刻的边的直线的倾角与表示1行程切断前的边的直线的倾角的差量作为X-Y坐标轴的旋转角计算。

在修正机构14中，根据角部位置偏差与X-Y坐标轴的旋转角，对第2行程的控制程序上的切断线的X、Y坐标位置数据进行修正。另外，在修正机构14中，根据利用高度测定机构25测定的母材的高度Z，对第2行程的控制程序上的切断线的Z坐标位置数据进行修正。

然后，控制器10以根据修正后的控制程序上的切断线的修正后的X、Y、Z坐标位置数据来进行第2行程的切断的方式，在对X、Y、Z、U、V这5轴进行驱动控制的同时，对施加给切断用割炬8的电极的电压、电流进行控制。

接下来，对适用于本发明的原理进行说明。

(关于三维的位置偏差对钝边的误差的影响)

图7、图8表示母材R的三维的位置偏差对钝边的误差的影响。

图7表示二维平面中的位置偏差对钝边的误差的影响。图7(a)表示二维平面中的母材R的切断线，母材R沿着切断线被切断。图7(b)以二维平面表示第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前的母材R。由此可知，通过第1行程的切断母材R在X-Y平面上产生位置偏差。图7(c)按照切断线的各位置表示在不进行本发明的修正的情况下沿着切断线进行第2行程的切断时的钝边。切断线的起始点的钝边高度为Z1，切断线的终点的钝边高度为Z2。由此可知，二维平面中的位置偏差使得在钝边产生误差ΔZ(＝Z1-Z2)。

图8是表示高度方向的位置偏差对钝边的误差的影响。图8(a)为表示二维平面中的母材R的切断线的图，母材R沿着切断线被切断。图8(b)按照切断线的各位置表示第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前的母材R的高度。图8(c)表示在不进行本发明的修正且使AVC无效的情况下来进行第2行程的切断时的钝边。切断线的起始点的钝边高度为Z1，切断线的终点的钝边高度为Z2。由此可知，高度方向上的位置偏差使得钝边上产生误差ΔZ(＝Z1-Z2)。

在此，AVC(电弧电压控制)是指，测定电弧电压并与预先设定的基准电压进行比较，并且为保持固定的电弧长而对切断用割炬8与母材R的间隔进行调整的控制。

即便使AVC有效而切断母材R，在检测AVC的原理上电弧长的变动之后使电弧长为固定的控制也会发挥作用。因此，因控制的响应延迟导致位置误差累积，从而导致产生与图8(c)所示情况同样的钝边误差。因此，在本发明中，对于高度方向的修正，使用不依存于AVC的上述高度测定机构25来进行修正。

(关于二维平面中的位置偏差的检测)

在2行程切断中，在通过I切割进行的第1行程的切断结束时刻，在切割宽度方面产生制品的微小位置偏差，在这种情况下从母材R切离制品。这是因为，当制品从母材R被切离时，由于制品的下面的平台(架台)2上的切断破片的金属浮渣堆积产生的凹凸以及因自重导致的落下，制品在X-Y平面上发生移动。X-Y平面上的制品的移动在X-Y正交坐标系中可以由坐标位置X、Y的位移量Δx、Δy和X-Y坐标轴的旋转角Θ来表示。为了求出这些值，只要知道表示1行程切断结束时刻的夹着角部的各边的各直线即可。对于所述各直线，只要求出制品的夹着角部的各边上的至少两个不同的点，就可获得各直线。由此，在本发明中，利用CCD照相机等的摄像机构24捕捉各边上的两点。

(通过光切断法进行的特征点的抽出)

进行图像处理而抽出图像上的特征点的手法本身如现有技术2所述那样已广为人知。然而，如前述那样，存在制品形状受到限制且抽出精度低等问题点。因此，在本发明中，使用光切断法，将夹着上述的制品的角部的各边上的至少两个不同的点作为图像上的特征点形成。

以下，使用图9说明本发明的特征点的形成方法。

如图9(a)所示，投光机构23在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前向母材R上倾斜地投射形成为十字状的激光L。形成为十字状的激光L被分解为图中垂直方向的狭缝光Lv和图中水平方向的狭缝光Lh。使台车6移动，在各移动位置形成光切断点P2、P3、P5、P6。在第1次的移动中，获得夹着角部(端点)的各边(各切断槽)中的图中水平方向的边(切断槽)与垂直方向狭缝光Lv交叉的点来作为光切断点P2，并且获得图中垂直方向的边(切断槽)与水平方向狭缝光Lh交叉的点作为光切断点P3。在第2次的移动中，获得夹着角部(端点)的各边(各切断槽)中的图中水平方向的边(切断槽)与垂直方向狭缝光Lv交叉的点来作为光切断点P5，并且，获得图中垂直方向的边(切断槽)与水平方向狭缝光Lh交叉的点来作为光切断点P6。

图9(b)表示如上述那样以狭缝光Lv、Lh与切断槽交叉的方式照射时的母材R的剖面图，图9(c)与图9(b)对应地表示图像上的狭缝光Lv、Lh的亮度。如图9(b)所示，在制品及废料部分的狭缝光照射位置与切断槽部分的狭缝光照射位置，在高度方向存在台阶。因此，与此相对应，如图9(c)所示，在图像上的制品及废料部分与切断槽部分，在亮度上产生较大的亮度差。因此，通过捕捉摄像图像中狭缝光Lv、Lh的亮度急剧变化的点，能够容易检测到狭缝光Lv、Lh与各边(夹着角部的各切断槽)交叉的光切断点P2、P3、P5、P6的X、Y坐标位置。

光切断点P2、P3、P5、P6为夹着角部的各边上的点。在此，制品具有夹着角部的各边的这种属性恐怕是作为制品属性的普遍性的属性。因此，制品形状受到限制这种现有技术2的问题点得到了解決。P2、P3、P5、P6为利用光切断法的原理的光切断点，是亮度急剧变化而狭缝光变得不连续的特征点。因此，能够相对于背景图像进行明确地识别，从而特征点的抽出精度低这种现有技术2的问题点得到了解决。需要说明的是，作为投光机构23，为了根据各移动位置可靠地向切断槽照射激光，优选使用能够使狭缝光Lv、Lh的长度变化的十字激光振荡器。

(关于基于图像处理的特征点的检测)

图10表示摄像图像与十字状激光L的关系。

如图10(a)所示，为了简易地进行图像处理，每次使台车6移动时，使图像的中心位置与十字状激光L的中心点P1、P4(狭缝光Lv、Lh的交点)对齐。

如图10(b)所示，第1次使台车6移动，利用摄像机构24对包含作为夹着角部(端点)的各边(各切断槽)中的图中水平方向的边(切断槽)与垂直方向狭缝光Lv的交叉点的光切断点P2、及作为图中垂直方向的边(切断槽)与水平方向狭缝光Lh的交叉点的光切断点P3的图像进行摄像。然后，如图10(c)所示那样第2次使台车6移动，利用摄像机构24对作为夹着角部(端点)的各边(各切断槽)中的图中水平方向的边(切断槽)与垂直方向狭缝光Lv的交叉点的光切断点P5、及作为图中垂直方向的边(切断槽)与水平方向狭缝光Lh的交叉点的光切断点P6进行摄像。

图10(a)所示的图像上的像素位置(Xg、Yg)与NC机械坐标上的位置(Xi、Yi)一一对应。另外，图像的视角由摄像机构24与母材R的距离H(图5(a))和摄像机构(CCD照相机)24的焦点距离与图像的像素数来确定。另外，每1像素的长度由视角与CCD传感器的像素长确定。

因此，从图像的中心点P1、P4沿着水平方向(X)、垂直方向(Y)依次搜寻各像素的亮度，从而计测到亮度急剧变化的像素位置之前的累积像素数。该累积像素数相当于从图像的中心点P1、P4到特征点(光切断点)P2、P3、P5、P6的相对距离。该图像坐标上的相对距离被转换为NC机械坐标数据，从而求得NC机械坐标上的特征点P2、P3、P5、P6的X、Y坐标位置。

(关于亮度修正)

由于激光L的亮度不均匀，从而在切断点附近的强度低的情况下或者在切断点以外亮度低的情况下，存在切断点的检测中产生误差的可能性。为了避免该检测误差，将激光的功率提高到安全限制值的上限的范围内(3级)即可。为了在不提高激光的功率的情况下避免检测误差，优选根据切断线的NC机械坐标数据预测切断点位置的附近，从而限缩并筛选出切断点位置的真值。另外，在使用红色激光的情况下，在R、G、B的亮度中R高，因此优选利用R亮度判断切断点。另外，优选不根据1个像素而是根据多个像素的亮度的平均值来判断切断点。

(关于割缝修正)

图11(a)表示通过从设置在切断用割炬8上的喷嘴8a喷出的等离子生成用气体以规定的割缝宽度切断母材R的形态。图11(b)表示图像上检测到的光切断点Pa、Pb与割缝宽度的关系。

制品侧的光切断点Pa与废料侧的光切断点Pb的差Pa-Pb成为割缝宽度。因此，实际的切断槽中心从光切断点Pa、Pb偏离割缝宽度的一半的量。利用图11(a)对其进行观察可知，其示出了相对于检测到的NC坐标轴上的光切断点Pa(或Pb)的位置偏离喷嘴半径量的值成为实际的控制程序上的NC坐标位置数据的情况。

在求出X-Y坐标轴的旋转角Θ时，NC机械坐标上的已知的1行程切断前的角部(端点)位置Pnc(Xnc、Ync)成为X-Y坐标轴的旋转中心位置(参照图7(a)、(b))。另外，坐标位置X、Y的位移量Δx、Δy成为NC机械坐标上的已知的1行程切断前的角部(端点)位置Pnc(Xnc，Ync)与NC机械坐标上的在1行程切断结束时刻计测到的角部(端点)位置Pc(Xc，Yc)的差量Δx(＝Xc-Xnc)、Δy(＝Yc-Ync)。

然而，在该差量Δx(＝Xc-Xnc)、Δy(＝Yc-Ync)中，包含如图11(b)所示那样相当于割缝宽度一半的量的误差。另外，割缝宽度因在I切断和坡口切断中受到等离子流的影响而有所不同，从而需要修正。因此需要对它们也进行考虑而求出修正量kfx、kfy，从差量Δx(＝Xc-Xnc)、Δy(＝Yc-Ync)减去修正量kfx、kfy而进行修正。即，修正后的差量为

Δx＝Xc-Xnc-kfx

Δy＝Yc-Ync-kfy…(1)。

(关于角部位置偏差(位移量)Δx、Δy及X-Y坐标轴的旋转角Θ的求出方法)

1行程切断结束时刻的角部(端点)Pc的位置可以作为表示夹着该角部的各边的2直线上的交点的位置而求出(图7(b))。

1行程切断前的角部(端点)位置Pnc为已知(图7(a))，根据该已知的角部(端点)位置Pnc的信息确定十字状激光L的中心点P1、P4，使狭缝光Lv、Lh与夹着角部的各边(各切断槽)交叉(图10(b)、(c))。

当检测到作为交叉点的切断点P2(X2，Y2)、P3(X3，Y3)、P5(X5，Y5)、P6(X6，Y6)时，根据这些切断点位置数据以下述的方式求出表示1行程切断结束时刻的夹着角部的各边的各直线的式子。

y＝a1·X+b1(图7(b)的图中，表示1行程切断结束时刻的大致水平方向的边的直线)

y＝a2·X+b2(图7(b)的图中，表示1行程切断结束时刻的大致垂直方向的边的直线)

其中，

a1＝(Y2-Y5)/(X2-X5)

b1＝(Y2-a1·X2)

a2＝(Y3-Y6)/(X3-X6)

b2＝(Y3-a2·X3)    …(2)

按照下述方式求出1行程切断结束时刻的角部(端点)Pc(Xc，Yc)来作为上述式所表示的2直线的交点。

Xc＝-(b1-b2)/(a1-a2)

Yc＝a1·Xc+b1    …(3)

由此，通过向上述(1)式代入上述(3)式，求出角部位置偏差(位移量)Δx、Δy。

另一方面，表示1行程切断前的夹着角部(端点)位置Pnc的各边的2直线的式子为已知(图7(a))，其以下述的方式表述。

y＝a3·X+b3(图7(a)的图中，表示1行程切断前的水平方向的边的直线)

y＝a4·X+b4(图7(a)的图中，表示1行程切断前的垂直方向的边的直线)

…(4)

由此，通过上述(2)、(4)式，求出1行程切断前和1行程切断结束时刻的对应的直线的倾角的差量，从而如下述那样求出X-Y坐标轴的旋转角Θ。

Θ＝a1-a3(或a2-a4)    …(5)

需要说明的是，通过下述(6)式那样求出X-Y坐标轴的旋转角Θ的测定误差Δθ，若测定误差Δθ为规定值以上，优选改变激光L的照射位置而再次进行同样的计测。

Δθ＝atan(a1-a2)/(1+a1·a2)-atan(a3-a4)/(1+a3·a4)

…(6)

(关于第2行程的NC坐标位置的修正)

若根据上述(1)、(5)式那样求出角部位置偏差Δx、Δy和X-Y坐标轴的旋转角Θ时，相对于第2行程的控制程序上的表示切断线的所有X、Y坐标位置数据进行这些角部位置偏差Δx、Δy与X-Y坐标轴的旋转角Θ量的坐标转换，从而对第2行程的控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据进行修正。

另一方面，在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前，通过高度测定机构25测定母材R的高度Z。在此，第1行程的切断前的母材R的高度Z′为已知。由此，根据这些差量求出母材R上的切断线的Z坐标位置偏差Δz(＝Z-Z′)。

通过将如此求得的切断线的Z坐标位置偏差Δz与第2行程的控制程序上的表示切断线的所有Z坐标位置数据相加(或相减)，从而对第2行程的控制程序上的表示切断线的Z坐标位置数据进行修正。需要说明的是，对于该修正而言，其与前述那样通过AVC进行的高度修正不同，不产生累积误差。

根据如此修正的控制程序来实施第2行程的切断。

(高度计测)

高度测定机构25如上述那样使用激光测距器。这是因为，母材R的表面的影响即油、飞溅液等造成的误反射的影响小。

然而，当作为高度测定机构25而使用激光测距器时，由于根据每个母材R1点进行测定，从而测定时间变长，制品的生产节拍时间变慢。因此，优选减少测定点数而缩短生产节拍时间，由此产生的测定点数的不足通过插值来补充。

图12表示通过高度测定机构25测定的测定点。包含母材R的制品的规定范围被分割成网格状，网格的各格子点作为测定点被预先存储。然后读出存储内容，以网格的各格子点被依次测定的方式使台车6从起始点依次移动到结束点，从而利用高度测定机构25依次测定高度Z。切断线上的点的高度Z通过公知的插值手法被进行插值运算。例如通过扩张双线性的插值手法，根据周围4点的格子点的测定数据插值运算内部的切断线上的点的高度Z。根据如此通过插值得到的切断线的高度Z的数据求得母材R上的切断线的Z坐标位置偏差Δz。

接下来，结合参照图13所示的流程图说明本实施例的优选顺序的流程。

在本实施例中，假定切断图14(a)、(b)所示的制品的情况。

图14(a)、(b)是从上面以X-Y平面表示切断长方形的部件(制品)的情况下的切断轨迹的图。在图14(a)、(b)中，各符号的含义如下，

S1：行程1的穿孔点(切断开始点)

E1：行程1的切断结束点

S2：行程2的穿孔点(切断开始点)

E2：行程2的切断结束点

在图14(a)的切断例中，在第1行程中，以“S1→E1”的切断轨迹将基于I切割的切断进行到切离位置，将制品从母材R切离，然后移转到第2行程的切断，然后以“S2→E2”的切断轨迹对图中垂直的边进行基于V切割的切断。在第1行程的最后的边，不进行基于V切割的切断。

在图14(b)的切断例中，在第1行程中，以“S1→E1”的切断轨迹将基于I切割的切断进行至切离位置，将制品从母材R切离，然后移转到第2行程的切断，随后以“S2→E2”的切断轨迹对图中垂直的边及水平的边进行基于V切割的切断。在第1行程的最后的边也进行基于V切割的切断，从而形成Y坡口。

需要说明的是，在制品的角部(端点)，为了保障角部的角度而进行环绕处理。

为了进行这种切断，首先作成切断线的NC坐标位置数据(步骤101)。

接下来，设定用于进行V切割的修正数据。即，根据切断用割炬8的倾斜角度(坡口角度)和喷嘴8a的直径等设定对X、Y坐标轴方向的位移量和高度进行修正的数据。另外，设定投光机构23的投光位置、摄像机构24的摄影位置的数据(步骤102)。

接着，根据第1行程的NC坐标位置数据对X、Y、Z、U、V这5轴进行驱动控制，在调整切断用割炬8的高度的同时，沿着第1行程的切断线移动，从而进行基于I切割的切断。由此，从母材R切离制品(图14(a)、(b))。于是，以上述方式来实施第1行程的切断(步骤103)。

随后，根据投光位置数据及摄影位置的数据使台车6依次移动而依次定位于第1次的投光、摄影位置、第2次的投光、摄影位置。定位后，从投光机构23向母材R上投射十字状激光L，并且利用摄像机构24对包含向母材R上照射的十字状激光L的像的图像进行摄像(图10(b)、(c)；步骤104)。

接下来，通过高度测定机构25测定母材R的高度Z。切断线上的点的高度Z通过插值而求得(图12；步骤105)。

然后，从由摄像机构24摄像得到的图像中检测光切断点P2、P3、P5、P6，根据检测到的光切断点P2、P3、P5、P6的位置，进行基于前述的(1)～(5)式的运算，从而求出X-Y坐标位置偏差Δx、Δy、X-Y坐标轴的旋转角Θ。根据求出的X-Y坐标位置偏差Δx、Δy、X-Y坐标轴的旋转角Θ对第2行程的NC坐标位置数据(X，Y)进行修正。另外，根据通过高度测定机构25测定到的高度Z的数据，求出切断线的Z坐标位置偏差Δz，根据该Z坐标位置偏差Δz，对第2行程的NC坐标位置数据(Z)进行修正。此时将在步骤102中设定的修正数据考虑在内作成第2行程的NC坐标位置数据(步骤106)。

接下来，根据修正后的第2行程的NC坐标位置数据对X、Y、Z、U、V这5轴进行驱动控制，在调整切断用割炬8的高度的同时沿第2行程的切断线移动，进行基于V切割的切断(图14(a)、(b))。于是，以上述方式实施第2行程的切断(步骤107)。

根据上述那样的本实施例，获得下述的作用效果。

a)制品的形状的限制得到解除。

在现有技术1中，如图2所示，由于存在必须在不将制品从母材R切离的情况下进行V切割这种条件，所以对制品的形状存在较大的限制。即，在用于切离的最后的边，无法进行基于V切割的切断，从而无法形成Y坡口。相对于此，根据本实施例，如图14(b)所示，在用于切离的最后的边也能够进行基于V切割的切断，从而能够形成Y坡口。

另外，在现有技术2中，需要利用CCD照相机对两个端点(角部)进行摄像，除了将具有至少两个端点的制品切断的情况之外无法适用。相对于此，根据本实施例，如图10(b)、(c)所示，只要在夹着角部的各边取得光切断点即可。在此，制品具有夹着角部的各边这种属性恐怕是作为制品属性的普遍性的属性。因此，局限于具有两个端点(角部)的制品这种现有技术2的问题点得到了解决。

b)能够减少穿孔次数，从而能够延长切断用割炬8的寿命。

在现有技术1中，如图2所示，由于即使第1行程、第2行程的切断结束也需要在最后的第3行程进行用于制品切离的切断，从而存在穿孔次数增多而切断用割炬8的寿命缩短的问题。相对于此，根据本实施例，如图14(a)所示，无需(仅)用于制品切离的切断，从而能够减少将与现有同样形状的制品切断时的穿孔次数，进而能够延长切断用割炬8的寿命。

c)减少切断用割炬8移动的多余时间而提高生产效率。

在现有技术1中，由于无法以一次切断进行制品切离，从而存在切断用割炬8的移动花费时间而造成生产效率下降的问题。相对于此，根据本实施例，如图14(a)、(b)所示，能够以一次切断进行制品切离，从而能够减少切断用割炬8的移动时间而提高生产效率。

d)能够使切断顺序简化，从而能够容易地进行CAD操作。

在现有技术1中，如图2所示，由于在I切割后进行V切割且最后为了制品切离而需要再次进行I切割，从而切断顺序变得复杂，CAD操作也变得复杂化。相对于此，根据本实施例，如图14(a)、(b)所示，由于在I切割后进行V切割即可，从而无需最后为了制品切离而再次进行I切割，从而切断顺序得到简化，能够容易地进行CAD操作。

e)能够在不受工厂环境的影响的情况下进行高精度的切断。

在现有技术2中，使CCD照相机的摄像画面2值化，并通过图像处理的手法从图像抽出端点，其抽出精度较大地依存于进行切断作业的工厂的光学环境。根据工厂的光学环境的不同，可能存在特征点的抽出精度变低或无法正确地进行位置偏差的修正、或者位置偏差修正本身无法进行的情况。相对于此，根据本实施例，如图9(a)、(b)、(c)所示，利用了亮度急剧变化、狭缝光不连续的特征点即采用了光切断法的原理的光切断点，能够相对于背景图像进行明确地识别。因此，特征点的抽出精度低这种现有技术2的问题点得到了解决。

Claims (5)

1.一种坡口的切断装置，其根据控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据，在第1行程中使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材至少切断制品的夹着角部的各边，在第2行程中使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材切断具有设置有钝边的坡口的制品，其特征在于，具备：

投光机构，其在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前，以使十字状的狭缝光至少在不同的两点与制品的夹着角部的各边分别交叉的方式投射十字状的狭缝光；

摄像机构，其对包括十字状的狭缝光的像在内的图像进行摄像；

检测机构，其通过捕捉摄像图像中的十字状的狭缝光的亮度急剧变化的点，来检测十字状的狭缝光与各边交叉的光切断点的X、Y坐标位置；

直线运算机构，其根据检测到的光切断点的X、Y坐标位置，对表示1行程切断结束时刻的夹着角部的各边的各直线进行运算；

位置偏差/旋转角运算机构，其运算表示1行程切断结束时刻的各边的各直线彼此交叉的点来作为1行程切断结束时刻的角部的X、Y坐标位置，而对1行程切断结束时刻的角部位置与已知的1行程切断前的角部位置的角部位置偏差进行运算，并且运算表示1行程切断结束时刻的边的直线的倾角与表示已知的1行程切断前的边的直线的倾角的差量来作为X-Y坐标轴的旋转角；

根据角部位置偏差和X-Y坐标轴的旋转角，对第2行程的控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据进行修正的修正机构，

根据修正后的控制程序实施第2行程的切断。

2.根据权利要求1所述的坡口的切断装置，其特征在于，

所述坡口的切断装置根据控制程序上的Z坐标位置数据控制切断用割炬的高度，

所述坡口的切断装置还具备：

高度测定机构，其在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前对母材的高度进行测定；

根据由高度测定机构测定到的母材的高度对第2行程的控制程序上的Z坐标位置数据进行修正的修正机构。

3.根据权利要求1所述的坡口的切断装置，其特征在于，

在第1行程中通过I切割切出钝边，在第2行程中通过V切割切出坡口面，从而切断具有Y坡口的制品。

4.根据权利要求1所述的坡口的切断装置，其特征在于，

投光机构改变照射位置而至少投射两次十字状的光，通过至少两次的投射光使构成十字的狭缝光在制品的夹着角部的各边的至少不同的两点交叉。

5.一种坡口的切断方法，根据控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据，在第1行程中使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材至少切断制品的夹着角部的各边，在第2行程中使切断用割炬沿着X-Y平面上的母材的切断线移动，由此从母材切断具有设置有钝边的坡口的制品，其特征在于，包括：

在第1行程的切断结束后、第2行程的切断结束前，以使十字状的狭缝光至少在不同的两点与制品的夹着角部的各边分别交叉的方式投射十字状的狭缝光的步骤；

对包括十字状的狭缝光的像在内的图像进行摄像的步骤；

通过捕捉摄像图像中的十字状的狭缝光的亮度急剧变化的点，从而检测十字状的狭缝光与各边交叉的光切断点的X、Y坐标位置的步骤；

根据检测到的光切断点的X、Y坐标位置，对表示1行程切断结束时刻的夹着角部的各边的各直线进行运算的步骤；

运算表示1行程切断结束时刻的各边的各直线彼此交叉的点来作为1行程切断结束时刻的角部的X、Y坐标位置，而运算1行程切断结束时刻的角部位置与已知的1行程切断前的角部位置的角部位置偏差，并且，运算表示1行程切断结束时刻的边的直线的倾角与表示已知的1行程切断前的边的直线的倾角的差量来作为X-Y坐标轴的旋转角的步骤；

根据角部位置偏差与X-Y坐标轴的旋转角，对第2行程的控制程序上的表示切断线的X、Y坐标位置数据进行修正的步骤；

根据修正后的控制程序实施第2行程的切断的步骤。