JP6809492B2 - 鋼板の切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に凹凸形状が形成された鋼板を熱切断トーチで切断する鋼板の切断技術に関する。

製鉄設備などでは、コイル状となっている鋼帯（鋼板）を設定長さだけ巻き戻し、切断位置を切断設備の位置まで搬送したのち、熱切断トーチで鋼帯幅方向に切断することで、所定長さの鋼板とする。このとき、鋼帯表面の全面や一部に所定以上の振幅の凹凸がある場合に、熱切断トーチを鋼板表面に対し単純に平行移動して切断を行うと、熱切断トーチが鋼板表面の凸部に衝突したり、熱切断トーチを鋼板から離し過ぎて切断不良箇所が発生したりするおそれがある。

このため、トーチ先端部が鋼板表面に倣って昇降（上下動）させながら、トーチを鋼板表面に沿って移動して鋼板を切断することが行われている。すなわち、鋼板表面に沿って切断方向へ移動するトーチ先端と鋼帯表面との距離が許容範囲内に収まるように、鋼板表面を倣う倣いセンサーを使用し、倣いセンサーの検出に基づき、熱切断トーチを上下動(鋼板表面に対し接近・離隔)させながら切断方向へ移動させる。

トーチを移動させて鋼板を切断する熱切断機の倣いセンサーとしては、例えば特許文献１に記載の倣いセンサーがある。この特許文献１には、ワークの表面形状を模したダミー被検体を設け、ダミー被検体の表面形状に倣って昇降させ、これにより、被検体の表面形状に倣って鋼板等を切断することが開示されている。
また、特許文献２には、対象となるワークの形状に依らず表面形状を倣わせるために、倣いセンサーにバネによる押付力を利用したワークとの相対位置を一定位置に制御するワーク接触式の倣いセンサーが開示され、これによって適応度の高い倣いセンサーを提供することが記載されている。

特開２００１-３００７８号公報 特開２００９-１１５７８２号公報

特許文献１に記載の鋼板の切断方法は、鋼板表面の凹凸を模したダミー被検体を用意する必要があり、鋼板表面の凹凸形状が決まっている場合であっても、コイルを巻き戻して切断するような場合には適用の手間とコストが掛かる。
特許文献２に記載の倣いセンサーは、曲面形状に沿っての倣い用の装置と推定され、凹凸状の表面形状には適用できない可能性がある。
ここで、熱切断トーチによる鋼帯切断時の熱影響を考慮して、倣いセンサーの位置は、鋼帯切断時の熱影響が無い領域まで熱切断トーチの先端から離した位置に設定する必要がある。熱影響領域長さは切断速度Ｖと材料の熱拡散率ｋを用いて、例えば図１のような関係で示される。したがって、１０００ｍｍ／ｍｉｎ以上の切断速度で切断を行うプラズマ熱切断機においては、倣いセンサーの位置を、熱切断トーチの先端から１０ｍｍ程度以上は離す必要がある。

このように、倣いセンサーは、熱切断トーチによる切断位置から所定の距離だけオフセットした位置の鋼板表面の形状を検出せざるを得ない。
しかしながら、縞鋼板など、局所的且つ急峻な凹凸を有する鋼板を熱切断する場合、倣いセンサーが鋼板表面の急峻な凹凸部を倣った際に、倣っている位置と切断位置とがずれていることから、熱切断トーチが鋼板表面の凸部と接触してしまうおそれがある。
この接触を回避する方法として、特許文献１のような、鋼板表面の表面形状を模したダミー被検体を設け、ダミー被検体の表面形状に倣って昇降させる倣いセンサーを使用する鋼帯切断方法が考えられる。しかしながら、対象となるワーク形状を事前に把握し、それぞれのワークに対応したダミー被検体を準備しなければならない。したがって、これらの倣いセンサーでは倣わせる部分はワーク形状に依存する為、自由にワークを変更することはできない。

このため、従来においては、少量多品種の鋼帯切断を実行する際には、板厚が比較的薄い材料では、シャーカットによる鋼帯切断を採用し、板厚が厚い場合には人手によるガスカット作業による鋼帯切断方法を採用している。
本発明は、前記のような点に鑑みてなされたもので、簡易に且つより効率よく表面に凹凸形状を有する鋼板を切断することを目的としている。

課題を解決するために、本発明の一態様は、設定した切断方向へ鋼板表面に沿って移動する熱切断トーチによって、表面に凹凸形状が形成された鋼板を切断する鋼板の切断方法であって、前記熱切断トーチの前記切断方向前側に配置されて、前記鋼板表面と接触可能なセンサー先端部で鋼板表面の凹凸を検出する倣いセンサーを有し、前記倣いセンサーの先端部は鋼板表面の凸部には接触させるが、鋼板表面の凹部の底部には接触させずに前記切断方向に移動させ、前記倣いセンサーが検知する前記鋼板表面の凹凸に応じて、前記熱切断トーチを前記鋼板表面に対し接近・離隔する方向へ変位させながら前記熱切断トーチで鋼板の切断を行うことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、表面に凹凸形状を有する鋼板の切断であっても、倣いセンサーで倣いながら熱切断トーチによる切断が可能となる。この結果、本発明の一態様によれば、仮に板厚が厚い鋼板であっても、簡易且つより効率よく、表面に凹凸形状を有する鋼板を切断することが可能となる。

切断速度と熱影響領域の関係の一例を示す図である。 鋼帯巻戻し・切断設備を説明する模式図である。 本発明に基づく実施形態に係る切断装置の一例を示す模式図である。 倣いセンサーを示す図である。 比較例の問題点を説明する図である。 本実施形態の動作を説明する図である。 倣いセンサーの他の例を説明する図である。 倣いセンサーの他の例を説明する図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
ここで、図面に示す構成は、模式的なものであり現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに限定されるものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本実施形態では、コイルとなっている鋼帯(鋼板)を巻き戻して切断する場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明の切断方法は、他の鋼板の切断であっても適用可能である。
また鋼板の例として、縞鋼板を例にして説明するが、鋼板表面に形成されている凹凸が推定できている鋼板であれば、本発明は適用可能である。
図２に示すように、コイル状の鋼帯１は、クレードル２を駆動力として、ピーラー４により先端が開端されつつ巻き戻されて切断装置５の位置まで搬送された後に、熱切断される。
なお、本実施形態では、切断方向が鋼帯幅方向（鋼板幅方向）に設定されているとする。符号３は押えロールを示す。

本実施形態の切断装置５は、図３に示すように、熱切断機１０と、熱切断機１０を昇降させる昇降装置１１と、昇降装置１１を切断方向に沿った方向に移動させる横行装置１２と、倣いセンサー１４と、コントローラ２０とを備える。熱切断機１０の熱切断機構は特に限定されない。
熱切断機１０の躯体下部には、熱切断トーチ１０ａが設けられ、熱切断トーチ１０ａの先端が鋼板１Ａ表面と予め設定した設定距離を空けて対向するように、熱切断機１０は昇降装置１１に昇降可能に支持されている。また熱切断機１０は、昇降装置１１を介して、横行装置１２によって鋼帯幅方向に移動可能となっている。

倣いセンサー１４は、熱切断トーチ１０ａの切断方向前側に配置されている。倣いセンサー１４は、梁部材によって熱切断機１０、つまり熱切断トーチ１０ａに連結している。
倣いセンサー１４は、鋼板１Ａ表面と接触可能なセンサー先端部で鋼板１Ａ表面の凹凸を検出する装置である。本実施形態の倣いセンサー１４は、図３に示すように、センサー先端側に近づくほど熱切断トーチ１０ａに近づくように、軸を傾斜させて配置することで、センサー先端部ができるだけ、熱切断トーチ１０ａに近づけて配置できるようにしている。またこのように切断方向とは逆方向に倣いセンサー１４の軸を傾斜させることで、凹凸部における急峻な凸部と接触しても引っかかることもなくなめらかに移動可能となる。

本実施形態の倣いセンサー１４は、図３及び図４に示すように、筒状の筒体１４ｃと、筒体１４ｃと同軸に配置されて、筒体１４ｃから先方且つ下方に突出する軸部１４ａとを備える。
軸部１４ａの上端部は、筒体１４ｃに対し、設定した回転支点１４ｄを中心にして、上下方向へ揺動可能に支持されている。また、軸部１４ａは、バネ１４ｅによって筒体１４ｃに対し基準位置に向けて付勢されている。図４には、軸部１４ａの基準位置が、筒体１４ｃの軸と同軸となる位置に設定した場合が例示されている。更に、筒体１４ｃに対する軸部１４ａの傾斜、つまり軸部１４ａの上下方向への変位を検出する傾斜検出部１４ｆを備える。その傾斜検出部１４ｆは検出信号をコントローラ２０に出力する。

また、倣いセンサー１４の先端部を構成する軸部１４ａの先端部１４ｂは、鋼板表面の凸部には接触させるが、先端部１４ｂの最下部が凹部底面から浮いた状態となっており、凹部底面には接触させないようになっている。
また先端部１４ｂは、切断方向と直交する方向を軸にして転動可能であることが好ましい。
コントローラ２０は、倣いセンサー１４からの信号に基づき、筒体１４ｃに対する軸部１４ａの傾きが基準位置になるように、昇降装置１１を介して、熱切断機１０及び倣いセンサー１４を、鋼板１Ａ表面に対し接近・離隔する方向に昇降するようにフィードバック制御を行う。

例えば、切断方向へ移動中に倣いセンサー１４のセンサー先端部が凸部６に当接すると、軸部１４ａは、先端側が上側に向かうように傾斜が強くなるが、コントローラ２０は、その傾斜の変化に応じて、熱切断機１０及び倣いセンサー１４を上昇させるように制御することで、軸部１４ａの傾きを基準位置に調整する。なお、傾斜検出部１４ｆが基準位置に対し所定以上上側若しくは下側に傾斜したことだけを検知するような構成の場合には、上側に所定以上傾斜すると、予め設定しただけ熱切断機１０及び倣いセンサー１４を上昇させるように制御させてもよい。この場合には、制御に不感帯が設定される。
また、前記のように上昇した後、センサー先端部が鋼板１Ａ表面から離れると、軸部１４ａが下方に揺動して傾斜が緩くなり、基準位置よりも傾斜が小さくなると、それに応じて熱切断機１０及び倣いセンサー１４を下降させるようにフィードバック制御を行う。

(動作その他)
鋼板１Ａの切断箇所が、切断装置５位置まで搬送されてくると、熱切断機１０は、鋼板１Ａ幅方向の一端部（図３では左側端部）に移動した後に、熱切断機１０は、切断方向前方に位置する倣いセンサー１４で検出した鋼板１Ａ表面に応じて昇降（鋼板１Ａに対する接近・離隔）しながら切断方向に移動して、鋼板１Ａの切断を行う。
このとき、図５に示す比較例の場合には、軸部１４ａの先端は、鋼板１Ａ表面の凹凸をほぼ正確に倣うように検出するため、急峻な凹凸の凸部６の形状に倣って、熱切断機１０及び倣いセンサー１４を昇降させる。このとき、熱切断トーチ１０ａの位置と実際の凹凸とがオフセットしていることから、図５（ａ）に示すように、倣いセンサー１４の軸部１４ａ先端部が凸部６の上端面上にあるとき、熱切断トーチ１０ａは凸部６間の凹部に対向する位置となる場合がある。このとき、鋼板１Ａの表面形状に沿って倣いセンサー１４が凹部上まで進行すると、図５（ｂ）に示すように、熱切断トーチ１０ａが凹凸の凸部６に接触するリスクがある。熱切断トーチ１０ａが凹凸の凸部６に接触した場合、切断不良が発生したり、補修が必要になったりするおそれがある。

これに対し、本実施形態の場合、図６に示すように、軸部１４ａ先端部の位置が、凹凸に応じて図６（ａ）や図６（ｂ）に示す位置となって、鋼板１Ａの表面の凹凸形状に対する検出精度がマスクされることで、倣いの感度がなまる。この結果、鋼板１Ａ表面の凹凸を有する範囲を切断する際には、鋼板１Ａ表面から凸部６の上端位置の高さまで、熱切断トーチ１０ａが上方にオフセットした高さを基準に、凹凸の深さＨよりも小さい上下振幅で昇降しながら切断を行うようになる。この結果、熱切断トーチ１０ａが凹凸の凸部６に接触することが防止できるようになる。

なお、この際、切断される鋼板１Ａ表面と熱切断トーチ１０ａ先端の距離は凹部前後で変化するため、鋼板１Ａの厚さに応じ、熱切断機１０は鋼板１Ａ表面とトーチ先端の距離が最大値となるときでも鋼板１Ａが切断できる能力を有している熱切断機１０を採用する。
この結果、熱切断機１０による自動切断可能な鋼板１Ａを増やすことが可能となる。
すなわち、本実施形態の方法によれば、局所的な凹凸を有する、特にリブ材や縞板材などの鋼板１Ａを多品種少量切断して作製する際に、鋼板１Ａ表面の表面形状を模したダミー被検体を設ける必要が無くなる。したがって人手によるガスカットではなく、熱切断機１０による鋼板１Ａ切断が可能となり、鋼板１Ａ切断費用の削減が可能となる。また、倣いセンサー１４が鋼板１Ａの急峻な凹凸部を倣った際の熱切断機１０先端と鋼板１Ａの表面との接触を防ぐことが可能となるため、設備補修費用を低減することができる。

本実施形態は、図４のものに限定するものではなく、図７に示すものを用いてもよい。
また、倣いセンサー１４の倣い検出の機構も軸部１４ａが上下に振れて傾斜角度が変化する形式に限定されない。図８に示すように、筒体１４ｃに対し、軸部１４ａが軸方向に進退可能にバネ１４ｈによって弾性支持された構造として、軸部１４ａの進退によって、鋼板１Ａ表面形状を検出する機構などであっても良い。また特許文献２に記載のような倣いセンサー１４を採用しても良い。この場合、特許文献２と異なり、倣い精度をなまらせるため、鋼板１Ａに接触可能なシューを凹凸のピッチよりも大きなものを使用する。この場合であっても、倣いセンサー１４の軸を切断方向とは逆方向に傾けておくことが好ましい。
また、熱切断機１０と倣いセンサー１４を連結しない構成でも良いが、装置構成や制御がその分、複雑化する。

１ 鋼帯(鋼板)
１Ａ 鋼板
５ 切断装置
６ 凸部
１０ 熱切断機
１０ａ 熱切断トーチ
１１ 昇降装置
１２ 横行装置
１４ 倣いセンサー
１４ａ 軸部
１４ｂ 先端部
２０ コントローラ
Ｌ ピッチ
Ｈ 深さ

Claims (2)

1. 設定した切断方向へ鋼板表面に沿って移動する熱切断トーチによって、表面に凹凸形状が形成された鋼板を切断する鋼板の切断方法であって、
   前記熱切断トーチの前記切断方向前側に配置されて、前記鋼板表面と接触可能なセンサー先端部で鋼板表面の凹凸を検出する倣いセンサーを有し、
   前記倣いセンサーの先端部は鋼板表面の凸部には接触させるが、鋼板表面の凹部の底部には接触させずに前記切断方向に移動させ、
   前記倣いセンサーが検知する前記鋼板表面の凹凸に応じて、前記熱切断トーチを前記鋼板表面に対し接近・離隔する方向へ変位させながら前記熱切断トーチで鋼板の切断を行い、
   前記倣いセンサーは、前記熱切断トーチに連結し前記熱切断トーチと共に、前記鋼板表面に対し接近・離隔する方向へ変位し、
   前記倣いセンサーは、センサー先端部が前記鋼板表面の凹凸に倣うことで、鋼板表面に対し接近・離隔する方向に傾斜角度が変化する軸部を有し、
   前記軸部の傾斜角度が予め設定した設定角度となるように、前記熱切断トーチ及び前記倣いセンサーを前記鋼板表面に対し接近・離隔する方向へ変位させながら切断を行う、
   ことを特徴とする鋼板の切断方法。
2. 前記切断される鋼板は、コイル状の鋼帯を巻き戻してなる縞鋼板であることを特徴とする請求項１に記載した鋼板の切断方法。

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