JP2000210768A - 切断状態の監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切断トーチを用いて被切断材に対する切断を
実行するのに伴って発生する音を収集して切断が正常な
状態で行われているか否かを判断する。 【解決手段】 記憶部12に予め実験的に収集した被切断
材Ｂを正常な状態で切断している音の情報、及び切断が
正常であると判断して差し支えのない範囲の音の情報を
記憶させる。例えばＮＣ切断装置Ａに搭載された、ガス
切断トーチ，プラズマ切断トーチ，レーザー切断トーチ
の中から選択された切断トーチ５によって被切断材Ｂを
切断し、この切断に伴って発生した非可聴音を含む音を
マイクロフォン６によって収集する。収集した音の情報
を比較部13で予め記憶した正常な切断に対応する音の情
報と比較し、判断部14に於いて実際の切断が正常である
か否かを判断する。実際の切断が異常であると判断した
とき、判断部14から信号が発生し、出力部18から警報を
発生させ或いはＮＣ切断装置Ａを停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被切断材に対して
正常に切断が進行しているか否かを判断することが出来
る切断状態の監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板や鋼管或いはステンレス鋼板，非鉄
金属板，合板や合成樹脂板等を被切断材とし、これらの
被切断材に対しガス切断トーチ，プラズマ切断トーチ或
いはレーザー切断トーチの中から選択された切断トーチ
を利用して切断することが行われている。

【０００３】上記各切断トーチに共通していることは、
被切断材の一部を火炎，プラズマアーク或いはレーザー
ビームによって加熱，溶融させ、この加熱，溶融部位に
ある溶融物を母材から排除して厚さ方向に貫通させた溝
を形成することにある。そして切断トーチを予定切断線
に沿って移動させて前記溝を継続して形成することで、
被切断材を切断している。前記各切断トーチでは、被切
断材の母材を溶融させ且つ母材の溶融物を排除する機構
が夫々異なっており、この機構の違いに対応して被切断
材の材質も異なっている。

【０００４】即ち、ガス切断トーチは被切断材として鋼
材を対象としており、鋼材の一部を加熱して酸素を噴射
して母材を燃焼させると共に噴射された酸素のエネルギ
ーによって母材の溶融物及び酸化溶融物を排除してい
る。

【０００５】またプラズマ切断トーチは被切断材として
鋼材及び非鉄金属を対象としており、鋼材を切断する場
合には酸素をプラズマ化し、非鉄金属を切断する場合に
は酸素或いは窒素ガスを含む不活性ガスをプラズマ化し
て噴射して母材を溶融させると共に噴射したプラズマガ
スのエネルギーによって溶融物を排除している。

【０００６】またレーザー切断トーチは被切断材として
鋼材及び非鉄金属を対象としており、被切断材に対しレ
ーザービームを照射して母材を溶融，蒸発させると共
に、鋼材を切断する場合には酸素を、非鉄金属を切断す
る場合には酸素或いは窒素ガスを含む不活性ガスを噴射
して溶融物を排除している。

【０００７】被切断材を切断している間、ガス切断トー
チでは火炎が形成されると共に予め設定された圧力を持
って供給された切断酸素が噴射され、プラズマ切断トー
チではプラズマ化したガスが噴射され、レーザー切断ト
ーチでは予め設定された圧力を持って供給されたガスが
噴射される。このように切断トーチでは、予め設定され
た圧力を持ったガスが噴射され、このガスの噴射に伴っ
て溶融物が母材から排除される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記何れの切断トーチ
を用いた場合であっても、被切断材に対し切断を実行し
ている間、夫々の切断トーチ毎に特有の音、及び溶融物
が排除される際の音が発生している。これらの音は一般
に騒音として捉えられているが、熟練した作業員は切断
中の音を聞いて切断が正常に進行か異常な状態で進行し
ているかを判断することが出来、この判断に基づいて適
切に対応することが出来る。

【０００９】しかし、切断中の音を捉えて正常か否かを
判断し得るような装置は提供されておらず、このような
装置の開発が要求されているのが実情である。

【００１０】本発明の目的は、切断中の音を捉えて現在
進行中の切断が正常であるか否かを判断し得る切断状態
の監視装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る切断状態の監視装置は、被切断材の一部
を溶融させると共に排除して切断する際の状態を監視す
る装置であって、被切断材を正常な状態で切断したとき
の音の情報を記憶した記憶部と、被切断材を切断したと
きに発生した音を収集するマイクロフォンと、前記記憶
部に記憶した音の情報と前記マイクロフォンによって収
集した音の情報とを比較する比較部と、前記比較部に於
いて記憶部に記憶した音の情報と前記マイクロフォンに
よって収集した音の情報とを比較した結果両者が異なっ
ている場合切断に異常が発生しているとして判断する判
断部とを有して構成されるものである。

【００１２】上記監視装置では、記憶部に被切断材を正
常な状態で切断したときの音の情報を記憶させておき、
切断が開始された後、切断の進行に伴って発生する音
（可聴音から非可聴音に至る範囲の音）をマイクロフォ
ンによって収集し、比較部に於いて収集した音の情報を
予め記憶させた音の情報と比較し、比較部で比較した結
果を判断部で判断することで現在進行している切断が正
常であるか否かを判断することが出来る。

【００１３】上記監視装置に於いて、音の情報が音圧範
囲であるか、或いは周波数特性であることが好ましく、
記憶部に記憶させる被切断材を正常な状態で切断したと
きの音の情報が予め収集されたものか、或いは目的の被
切断材毎に収集したものであることが好ましい。

【００１４】音の情報としては、音圧範囲或いは周波数
特性を選択的に利用することが出来る。特に、切断条件
を種々に変更して前記音の情報を収集すると共に切断が
正常に行われているとして認定し得る範囲を設定するこ
とが出来る。そして実際に切断している音を収集して、
この音が前記範囲内にあるか否かを比較することで収集
した音が正常な切断に伴って発生したものか否かを判定
することが出来る。

【００１５】更に、正常な切断トーチから発生する音の
情報を収集すると共に使用限界に達した切断トーチから
発生する音の情報を収集して切断トーチが正常に作動し
得る範囲を設定し、実際に切断を開始するに当たって使
用する切断トーチから発生する音を収集して比較するこ
とで、切断トーチが正常に作動しているか否かを判定す
ることが出来る。

【００１６】また正常な切断状態の音の情報は、異なる
条件（例えば板厚や材質等）毎に予め実験的に収集した
ものを記憶させても良く、また目的の被切断材に対する
実際の切断を実施する毎に実際の切断を行って収集して
も良い。

【００１７】また上記監視装置において、判断部で切断
が異常であると判断したとき、外部に異常信号を出力す
ることが好ましい。監視装置をこのように構成すること
で、切断が異常な状態で進行したとき、出力した信号に
基づいて切断装置を停止させると共に警報を発すること
が出来る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、上記監視装置の好ましい実
施形態について図を用いて説明する。図１は切断装置の
構成例を説明する図である。図２は監視装置の構成を説
明する図である。図３は正常な切断状態のときの音圧範
囲を説明する図である。図４は正常な切断状態のときの
周波数特性の範囲を説明する図である。

【００１９】本発明は、鋼材やステンレス鋼材或いは銅
やアルミニウムに代表される非鉄金属材、更に合板や合
成樹脂材等の被切断材をガス切断トーチ，プラズマ切断
トーチ或いはレーザー切断トーチの中から選択された最
適な切断トーチを用いて切断する際に発生する音を収集
し、この音を予め収集してある正常な切断状態のときに
発生した音と比較して、一定の幅の範囲内にある場合現
在進行している切断は正常に行われているとして判断
し、一定の範囲から逸脱したとき現在進行している切断
は異常であるとして判断することで、切断状態を監視し
得るように構成したものである。

【００２０】本発明に於いて、切断装置の構成は特に限
定するものではなく、切断トーチの移動及び作動を数値
制御（ＮＣ）装置によって制御するＮＣ切断装置や、予
め線描きされた図形を光学的に倣って切断トーチを移動
させる倣い切断装置，単純な直線切断や曲線切断を行う
半自動切断装置等の切断装置に適用することが可能であ
る。

【００２１】本実施例では、図１に示すＮＣ切断装置Ａ
を用いた場合について説明する。図に於いて、平行に敷
設された一対のレール１に走行台車２が載置されてお
り、該台車２にレール１と直角方向に横行台車３が搭載
されている。また横行台車３には昇降装置４を介して切
断トーチ５が取り付けられると共に切断の進行に伴って
発生する音を収集するマイクロフォン６が取り付けられ
ている。

【００２２】走行台車２は走行モーター２ａによって駆
動されレール１に沿ったＸ方向に走行し、横行台車３は
横行台車３ａによって駆動されてレール１に対し直交す
る方向デアＹ方向に横行する。また切断トーチ５は昇降
モーター４ａに駆動されて上下方向に昇降する。前記各
モーター２ａ〜４ａは走行台車２に設けた制御盤７に組
み込まれたＮＣ装置によって制御される。また制御盤７
には、図２に示す監視装置の制御部が組み込まれてい
る。

【００２３】上記の如く構成されたＮＣ切断装置Ａで
は、被切断材Ｂから切断すべき形状の情報をＮＣ装置に
記憶させ、この形状情報に従って走行モーター２ａ，横
行モーター３ａを駆動制御することで、切断トーチ５を
曲線を含む一筆書き状に移動させることが可能であり、
且つ移動過程で切断トーチ５を作動させることで、被切
断材Ｂから目的の図形を切断することが可能である。

【００２４】そして切断トーチ５を作動させて被切断材
Ｂを切断する際に発生した音をマイクロフォン６によっ
て収集し、収集した音を予め記憶させた正常な切断状態
に於ける音の情報と比較して現在進行している切断が正
常な状態であるか否かを判断することが可能である。更
に、現在進行している切断が正常な状態ではないと判断
したとき、信号を発生してＮＣ切断装置Ａを停止させ、
或いはパトライトの点灯，ブザーの吹鳴等によってオペ
レータに対する警報を発生する等を行うことが可能であ
る。

【００２５】次に図２により監視装置の制御系の構成に
ついて説明する。図に於いて、11は制御部であり、演算
部11ａと、入力された情報を一時記憶する一時記憶部11
ｂと、現在進行中の切断に伴って発生した音を収集して
切断が正常に行われているか否かを監視するプログラム
を書き込まれた記憶部11ｃとを有して構成されている。

【００２６】12は記憶部であり、正常な切断が進行して
いるときの音の情報や正常な切断を進行し得る範囲の音
の情報等を記憶している。また記憶部12に記憶する音の
情報は、材質や板厚等の切断条件を変化させて得た全て
の音の情報を予め記憶させておくことが可能であり、ま
た実際に被切断材を切断するのに先立って該被切断材を
切断して得た音の情報を記憶させることも可能である。

【００２７】13は比較部であり、現在進行中の切断に伴
って発生し、マイクロフォン６によって収集された音の
情報と記憶部12に記憶された正常な切断が進行している
ときに発生した音の情報とを比較する機能を有するもの
である。

【００２８】14は判断部であり、比較部13で現在進行中
の切断に伴って発生した音の情報と予め記憶部12に記憶
した正常な切断が進行しているときの音の情報を比較し
た結果から、現在進行している切断が正常な切断状態で
あるか、或いは異常が発生しているかを判断する機能を
有するものである。

【００２９】15は信号変換器であり、マイクロフォン６
によって収集した可聴音及び非可聴音を音の情報に変換
するものであり、変換された音の信号はインターフェー
ス16を介して制御部11に伝達される。また17はキーボー
ドやマウス等の入力装置であり、被切断材Ｂの材質や板
厚等の切断条件を入力するものである。

【００３０】18は出力部であり、判断部14に於いて現在
進行中の切断に異常が発生しているとして判断し、この
判断に伴って発生した信号に応じて作動するパトライト
やブザー、或いは異常が発生したことを表示する表示装
置等から選択された１又は複数の装置によって構成され
ている。

【００３１】図３はプラズマ切断トーチを用いた場合の
正常な切断が進行しているときの音圧の範囲を経時的に
示すものである。同図は予め実験により得たものであ
り、被切断材Ｂの材質や板厚等の切断条件に対応して最
適な条件に設定した切断トーチを用いて切断したときに
発生した音を収集すると共に、例えば切断速度を増加さ
せ或いはプラズマガスの流量を減少させて強制的に異常
な切断状態を現出させ、この中から切断面の品質等が正
常な切断としても差し支えない範囲を設定したものであ
る。

【００３２】図に於いて、正常な切断が進行していると
きの音圧の中心値は約110 デシベル（ｄｂ）であり、正
常な切断が進行していると見做し得る範囲をプラスマイ
ナス10ｄｂの範囲として設定している。

【００３３】尚、本実施例では切断トーチ５としてプラ
ズマ切断トーチを用いた場合の説明であり、ガス切断ト
ーチ或いはレーザー切断トーチを用いた場合には音圧の
範囲が異なる値となるのは当然である。

【００３４】図４はプラズマ切断トーチを用いた場合の
示す正常な切断が進行しているときの周波数特性を示す
ものであり、上記音圧の範囲を設定するのと同様な実験
を行って、切断面の品質等が正常な切断としても差し支
えない範囲を設定したものである。

【００３５】図に於いて、正常な切断が進行している場
合、約10000 ヘルツ（Hz）で110 ｄｂの値をとり、前記
周波数よりも小さい周波数，大きい周波数になるに従っ
て音圧の値が小さくなっている。そして各周波数に於い
てプラスマイナス10ｄｂの範囲を正常な切断が進行して
いると見做し得る範囲として設定している。

【００３６】収集した音の周波数特性を比較して切断状
態を監視する場合、全周波数帯を比較する場合と、予め
設定した範囲の周波数特性を比較する場合とがある。全
周波数帯を比較する場合、処理時間がかかり音の収集間
隔を長くする必要が生じる。このため、予め比較すべき
周波数帯を設定しておくことが好ましい。例えば、図４
に示すプラズマ切断である場合、8000Hz〜11000Hz の範
囲を比較することで、現在進行している切断が正常であ
るか否かを判定することが可能である。

【００３７】尚、切断トーチとしてガス切断トーチ，レ
ーザー切断トーチを用いる場合には、本実施例と異なる
周波数特性となることは同様であり、且つ比較すべき周
波数帯が異なる範囲になることも同様である。

【００３８】上記の如く構成された監視装置では、予め
図３に示す正常な切断が進行しているときの音圧範囲の
情報、或いは図４に示す正常な切断が進行しているとき
の周波数特性の情報を記憶部12に記憶させておき、ＮＣ
切断装置Ａに被切断材Ｂから切断すべき図形の情報や材
質及び板厚を入力して切断トーチ５の作動条件を設定す
る。

【００３９】被切断材Ｂの切断条件に対応して設定する
切断トーチ５の作動条件は、例えば切断トーチ５がガス
切断トーチである場合、予熱炎を形成するための燃料ガ
スの流量及び燃料ガスを燃焼させる予熱酸素の流量，切
断酸素の供給圧力等の条件であり、切断トーチ５がプラ
ズマ切断トーチである場合、プラズマ化させるガスの種
類及び供給圧力、更に、電極に対する通電電流の値であ
り、更に切断トーチ５がレーザー切断トーチである場
合、ノズルから噴射するガスの種類と流量である。

【００４０】次に、走行モーター２ａ及び横行モーター
３ａを駆動して横行台車３を被切断材Ｂに対する切断開
始位置に移動させ、切断トーチ５に各種ガスを供給して
作動させる。その後、切断トーチ５による被切断材Ｂに
対する切断を開始し、且つ目的の図形情報に応じて分配
された駆動信号に基づいて各モーター２ａ，３ａを駆動
することで切断トーチ５を目的の図形に沿って移動さ
せ、これにより被切断材Ｂに対する切断を実行する。

【００４１】尚、予め記憶部12に正常な状態で切断して
いるときの音の情報を記憶させておくことなく、被切断
材Ｂに対する目的の図形に沿った切断を実行する以前
に、該被切断材Ｂの一部を切断し、このとき発生した音
をマイクロフォン６によって収集して情報を記憶部12に
記憶させても良い。

【００４２】切断トーチ５によって被切断材Ｂに対する
切断を行っている間、切断に伴って発生している音をマ
イクロフォン６によって収集し、信号変換器15によって
信号変換して制御部11に伝達する。

【００４３】制御部11では、記憶部11ｃに書き込まれた
プログラムに従って、記憶部12に記憶された正常な状態
で進行している音の情報を読み出し、比較部13でマイク
ロフォン６によって収集した音の情報と記憶部12から読
み出した音の情報を比較し、更に、判断部14で現在進行
中の切断が正常に行われているか否かを判断する。そし
て現在の切断が正常であると判断した場合、特別な信号
を発することなく引き続き継続させる。

【００４４】現在進行中の切断に伴って発生した音が、
正常な切断として判断し得る範囲を越えた場合、判断部
14では現在進行中の切断が異常な状態であるとして判断
し、異常信号を発生して制御部11に伝達する。異常信号
を受けた制御部11では、出力部18に対し異常警報を発生
すべき信号を伝達し、例えばブザーやパトライトによっ
て周辺にいるオペレータに異常を知らせ、或いはＮＣ切
断装置Ａを停止させる。

【００４５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
監視装置では、現在進行している切断に伴って発生した
音（非可聴音を含む）をマイクロフォンによって収集
し、この音の情報と予め記憶させた正常な切断を実行し
ているときの音の情報を比較して切断が正常に行われて
いるか否かを判断し、切断が異常であるとして判断した
とき信号を発生することが出来る。このため、前記信号
に基づいて、切断が異常な状態で進行していることを知
らせる警報を発し、或いは切断装置を停止させることが
出来る。

【００４６】従って、異常な状態での切断の進行を可及
的速やかに排除することが出来、非切断材及び製品に対
する不良の発生を軽減することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】切断装置の構成例を説明する図である。

【図２】監視装置の構成を説明する図である。

【図３】正常な切断状態のときの音圧範囲を説明する図
である。

【図４】正常な切断状態のときの周波数特性の範囲を説
明する図である。

【符号の説明】

Ａ ＮＣ切断装置 Ｂ 被切断材 １ レール ２ 走行台車 ２ａ 走行モーター ３ 横行台車 ３ａ 横行モーター ４ 昇降装置 ４ａ 昇降モーター ５ 切断トーチ ６ マイクロフォン ７ 制御盤 11 制御部 11ａ 演算部 11ｂ 一時記憶部 11ｃ 記憶部 12 記憶部 13 比較部 14 判断部 15 信号変換器 16 インターフェース 17 入力装置 18 出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 炳哲 東京都江戸川区西小岩３−35−16 小池酸 素工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AE00 CA17 CA18 CB03 CB04 CC00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被切断材の一部を溶融させると共に排除
   して切断する際の状態を監視する装置であって、被切断
   材を正常な状態で切断したときの音の情報を記憶した記
   憶部と、被切断材を切断したときに発生した音を収集す
   るマイクロフォンと、前記記憶部に記憶した音の情報と
   前記マイクロフォンによって収集した音の情報とを比較
   する比較部と、前記比較部に於いて記憶部に記憶した音
   の情報と前記マイクロフォンによって収集した音の情報
   とを比較した結果両者が異なっている場合切断に異常が
   発生しているとして判断する判断部と、を有することを
   特徴とする切断状態の監視装置。
2. 【請求項２】 前記音の情報が音圧範囲であることを特
   徴とする請求項１に記載した切断状態の監視装置。
3. 【請求項３】 前記音の情報が周波数特性であることを
   特徴とした請求項１に記載した切断状態の監視装置。
4. 【請求項４】 前記記憶部に記憶させる被切断材を正常
   な状態で切断したときの音の情報が予め収集され又は目
   的の被切断材毎に収集したものであることを特徴とする
   請求項１乃至３の何れかに記載した切断状態の監視装
   置。
5. 【請求項５】 前記判断部で切断が異常であると判断し
   たとき、外部に異常信号を出力することを特徴とする請
   求項１乃至４の何れかに記載した切断状態の監視装置。