JP7378124B2

JP7378124B2 - 鋼板の自動ガス切断システム

Info

Publication number: JP7378124B2
Application number: JP2019196539A
Authority: JP
Inventors: 恭典服部; 瞬鮎川
Original assignee: YOSHIKAWAKOGYO CO.,LTD.
Current assignee: YOSHIKAWAKOGYO CO.,LTD.
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2023-11-13
Anticipated expiration: 2039-10-29
Also published as: JP2021070036A

Description

本発明は、鋼板の自動ガス切断システムに関する。

鋼板の自動ガス切断システムとして、３本のトーチを備えるものが特許文献１に開示されている。特許文献１では、３本のトーチのうち２本のトーチを用いて、被切断鋼板の長手方向の両端（被切断鋼板の両耳）を同時に切断する。ところが、この耳切断中、耳屑の反りにより被切断鋼板に位置ずれ（回転）が生じることから、耳切断後、製品を得るために当該被切断鋼板をその長手方向に直交する方向に切断（横行切断）する際に、火入れができなかったり、切断の寸法精度が低下したりする問題が生じる。

このような被切断鋼板の位置ずれ量（回転角度）を補正して切断する技術として、特許文献２に、架台上の被切断鋼板の端面を検出する端面検出器により、当該被切断鋼板と架台との相対的な座標系の軸回転角度を計測し、当該軸回転角度分だけ座標変換をしながら切断する技術が開示されている。
特許文献２には、端面検出器として、圧縮空気を垂直に下方に吹き出し、吹き出し口の先の板の有無による背圧の変化をとらえる「空気背圧センサー」が例示されている。しかし、この空気背圧センサーでは被切断鋼板の端面を正確に検出することはできない。特に、被切断鋼板の耳をガス切断した後の端面には図５に示すように、ガス切断に伴うノロやバリがあり、その端面は直線ではない。空気背圧センサーでは、このような直線でない端面を正確に検出することはできず、結果として、軸回転角度、すなわち被切断鋼板の位置ずれ量（回転角度）を正確に把握することができない。

特開平４－２３１１７５号公報特開昭５８－１２８２７０号公報

本発明が解決しようとする課題は、耳切断後の被切断鋼板の位置ずれ量（回転角度）を正確に把握し、その位置ずれ量（回転角度）を補正して当該被切断鋼板を正確に切断することのできる鋼板の自動ガス切断システムを提供することにある。

本発明によれば、次の鋼板の自動ガス切断システムが提供される。
被切断鋼板の幅方向に沿うように被切断鋼板の上方に配置され、被切断鋼板の長手方向に沿う方向（以下「走行方向」という。）に移動可能な走行フレームと、
前記走行フレームに取り付けられ、当該走行フレームの長手方向に沿う方向（以下「横行方向」という。）に移動可能なガストーチと、
前記走行フレームに取り付けられ、横行方向に移動可能なカメラと、
制御部とを備え、
前記ガストーチが被切断鋼板の耳を走行方向に切断した後に、当該被切断鋼板を横行方向に少なくとも２箇所で横行切断する、鋼板の自動ガス切断システムにおいて、
前記制御部が以下の動作を実行することを特徴とする鋼板の自動ガス切断システム。
（１）予め記憶した第１の横行切断開始予定位置の近傍の被切断鋼板の第１の端面を前記カメラで撮影する。
（２）撮影された前記第１の端面を直線近似して第１の近似直線を求める。
（３）前記第１の横行切断開始予定位置を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第１の２次元ＸＹ座標系において、前記第１の近似直線のＹ切片座標Ｙ１を求める。
（４）前記第１の横行切断開始予定位置と同じ端面側において予め記憶した第２の横行切断開始予定位置の近傍の被切断鋼板の第２の端面を前記カメラで撮影する。
（５）撮影された前記第２の端面を直線近似して第２の近似直線を求める。
（６）前記第２の横行切断開始予定位置を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第２の２次元ＸＹ座標系において、前記第２の近似直線のＹ切片座標Ｙ２を求める。
（７）前記Ｙ切片座標Ｙ１、前記Ｙ切片座標Ｙ２、及び前記第１の横行切断開始予定位置と第２の横行切断開始予定位置との長手方向の間隔Ｌから、次式により被切断鋼板の回転角度θを求める。
θ＝ｔａｎ^－１［（Ｙ１－Ｙ２）／Ｌ］
（８）前記Ｙ切片座標Ｙ１を第１の横行切断開始位置として、回転角度θ分シフトしながら第１の横行切断を行う。
（９）前記第１の横行切断開始位置を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第３の２次元ＸＹ座標系において、座標（Ｌｃｏｓθ，Ｌｓｉｎθ）を第２の横行切断開始位置として、回転角度θ分シフトしながら第２の横行切断を行う。

本発明によれば、耳切断後の被切断鋼板の第１の端面及び第２の端面をカメラで撮影して直線近似することから、被切断鋼板の端面を正確に検出することができる。これにより、耳切断後の被切断鋼板の位置ずれ量（回転角度）を正確に把握でき、その位置ずれ量（回転角度）を補正して当該被切断鋼板を正確に切断することができる。

本発明の一実施形態である、鋼板の自動ガス切断システムの概略平面図（耳切断後の状態）。耳切断の概要を示す平面図。横行切断の概要を示す平面図。被切断鋼板の端面を直線近似する概要を示す図。被切断鋼板の耳をガス切断した後の端面の一例を示す写真。

図１に、本発明の一実施形態である、鋼板の自動ガス切断システム（以下、単に「自動切断システム」という。）１００を示している。なお、図１は、被切断鋼板Ｓの両耳を切断した後の状態を示している。

この自動切断システム１００は、耳切断前の被切断鋼板Ｓの幅方向に沿うように被切断鋼板Ｓの上方に配置され、耳切断前の被切断鋼板Ｓの長手方向に沿う方向、すなわち走行方向に移動可能な走行フレームとして、門型フレーム１０を備えている。具体的にはこの門型フレーム１０は、被切断鋼板Ｓの幅方向を跨ぐ（架設する）ように配置され、レール１１，１１上を走行方向に移動可能である。なお、門型フレーム１０を走行させるための駆動機構（モータ等）は図示を省略している。

門型フレーム１０には２つの横行ブロック２０が取り付けられている。具体的には、２つの横行ブロック２０はそれぞれ、門型フレーム１０の長手方向に沿う方向、すなわち横行方向に移動可能に取り付けられている。なお、この横行方向とは耳切断前の被切断鋼板Ｓの幅方向に沿う方向でもある。

２つの横行ブロック２０にはそれぞれ、移動ブロック３０及び昇降軸４０を介してガストーチ５０が取り付けられている。具体的には、ガストーチ５０は昇降軸４０に固定的に取り付けられ、この昇降軸４０が移動ブロック３０に固定的に取り付けられ、この移動ブロック３０が横行ブロック２０に走行方向に移動可能に取り付けられている。

このようにガストーチ５０は昇降軸４０に固定的に取り付けられているから、昇降軸４０の昇降動作に伴い昇降する。
また、ガストーチ５０は移動ブロック３０を介して横行ブロック２０に取り付けられているから、移動ブロック３０を走行方向に移動させることにより、ガストーチ５０の走行方向の位置を調整可能である。

この自動切断システム１００は、走行フレーム１０に取り付けられ、横行方向に移動可能なカメラ６０を更に備えている。具体的には、カメラ６０は一方の横行ブロック２０に固定的に取り付けられている。

更にこの自動切断システム１００は、図示を省略しているが制御部を備えている。この制御部は、自動切断システム全体（門型フレーム１０、横行ブロック２０、移動ブロック３０、昇降軸４０、ガストーチ５０及びカメラ６０）の動作を制御すると共に、カメラ６０で撮影した画像を処理して各種演算をする機能を有する。また、自動切断システム全体の動作を制御するために、被切断鋼板Ｓの切断に関する、切断寸法や切断開始位置等の各種データを予め記憶している。

次に、本実施形態の自動切断システム１００による被切断鋼板Ｓの切断動作について説明する。なお、この切断動作は、後述する耳屑切断を除き、制御部の指令に基づき実行される。

まず、被切断鋼板Ｓの耳を切断する。図２に、耳切断の概要を示している。
耳切断を開始するにあたり、ガストーチ５０を耳切断開始位置Ｓ１に移動させる。この耳切断用トーチ５１の耳切断開始位置Ｓ１への移動（位置合わせ）は、門型フレーム１０の走行及び横行ブロック２０の横行によって行うことができる。なお、被切断鋼板Ｓの端面は直線でないことが多く、両側の耳切断開始位置Ｓ１，Ｓ１には走行方向に位置ずれがある。このように両側の耳切断開始位置Ｓ１，Ｓ１に走行方向の位置ずれがある場合は、門型フレーム１０の走行及び横行ブロック２０の横行によってガストーチ５０の耳切断開始位置Ｓ１への大まかな位置合わせを行ったうえで、移動ブロック３０を走行方向に移動させることにより、ガストーチ５０を耳切断開始位置Ｓ１に正確に位置合わせすることができる。
なお、耳切断を開始するにあたり、両側のガストーチ５０は必ずしも耳切断開始位置Ｓ１に正確に位置合わせする必要はなく、走行方向の多少の位置ずれは許容される。走行方向に多少の位置ずれがあったとしても、両側のガストーチ５０の火入れのタイミングを調整する（ずらす）ことで、耳切断を開始することができる。したがって、本実施形態の自動切断システム１００において、移動ブロック３０は省略可能である。

耳切断開始位置Ｓ１にて火入れを行った後、門型フレーム１０を走行させることで耳を切断する。その耳切断速度（門型フレーム１０の走行速度）は被切断鋼板Ｓの板厚に応じて設定する。

耳切断により生じた耳屑が所定の長さ（例えば約４．５ｍ）になったら、耳屑切断を行う。この耳屑切断は、作業者が別途手作業で行う。

このように適宜、耳屑切断を行ったとしても、やはり耳切断中に耳屑の反りにより被切断鋼板Ｓに位置ずれ（回転）が生じ、耳切断後には例えば図１に示すように位置ずれ（回転）が生じる。そこで本実施形態では、カメラ６０で被切断鋼板の端面を撮影し、その撮影画像に基づいて、耳切断後の被切断鋼板Ｓの位置ずれ量（回転角度）を把握し、その位置ずれ量（回転角度）を補正して、被切断鋼板Ｓを横行方向に少なくとも２箇所で横行切断する。以下、その動作を説明する。なお、以下の動作は全て制御部が実行する。ここで、「制御部が動作を実行する」とは、制御部が自らその動作を実行することと、制御部が他の構成にその動作を実行させることとを含む概念である。

＜動作（１）＞
図３（ａ）に示すように、予め記憶した第１の横行切断開始予定位置Ｐ１の近傍の被切断鋼板Ｓの第１の端面Ｅ１をカメラ６０で撮影する。具体的には、カメラ６０を第１の横行切断開始予定位置Ｐ１の真上に移動させ、被切断鋼板Ｓの第１の端面Ｅ１が含まれる領域Ｒ１を撮影する。

＜動作（２）＞
撮影された第１の端面Ｅ１を直線近似して第１の近似直線を求める。被切断鋼板の耳をガス切断した後の端面には図５に示すように、ガス切断に伴うノロやバリがあり、その端面は直線ではない。そこで本実施形態では、図４に模式的に示すようにノロやバリを含む第１の端面Ｅ１の輪郭を直線近似して第１の近似直線Ａ１を求める。直線近似の方法は特に限定されず、一般的な最小二乗法でもよいし、ノロやバリの形状等に応じて重みを付ける重み付き最小二乗法でもよい。

＜動作（３）＞
図３（ａ）に示すように、第１の横行切断開始予定位置Ｐ１を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第１の２次元ＸＹ座標系において、第１の近似直線Ａ１のＹ切片座標Ｙ１を求める。

＜動作（４）＞
図３（ｂ）に示すように、第１の横行切断開始予定位置Ｐ１と同じ端面側において、予め記憶した第２の横行切断開始予定位置Ｐ２の近傍の被切断鋼板の第２の端面Ｅ２をカメラ６０で撮影する。具体的には、カメラ６０を第２の横行切断開始予定位置Ｐ２の真上に移動させ、被切断鋼板Ｓの第２の端面Ｅ２が含まれる領域Ｒ２を撮影する。

＜動作（５）＞
撮影された第２の端面Ｅ２を直線近似して第２の近似直線Ａ２を求める。具体的には、上述の動作（２）と同様に、ノロやバリを含む第２の端面Ｅ２の輪郭を直線近似して第２の近似直線Ａ２を求める。

＜動作（６）＞
図３（ｂ）に示すように、第２の横行切断開始予定位置Ｐ２を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第２の２次元ＸＹ座標系において、第２の近似直線Ａ２のＹ切片座標Ｙ２を求める。

＜動作（７）＞
Ｙ切片座標Ｙ１、Ｙ切片座標Ｙ２、及び第１の横行切断開始予定位置Ｐ１と第２の横行切断開始予定位置Ｐ２との長手方向の間隔（切断間隔＝製品の長手方向の寸法）Ｌから、次式により被切断鋼板の回転角度θを求める。
θ＝ｔａｎ^－１［（Ｙ１－Ｙ２）／Ｌ］

＜動作（８）＞
図１及び図３（ａ）に示すように、Ｙ切片座標Ｙ１を第１の横行切断開始位置Ｐ１として火入れを行い、回転角度θ分シフトしながら第１の横行切断を行う。

＜動作（９）＞
図１及び図３（ｂ）に示すように、第１の横行切断開始位置Ｐ１－１を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第３の２次元ＸＹ座標系において、座標（Ｌｃｏｓθ，Ｌｓｉｎθ）を第２の横行切断開始位置Ｐ２－１として火入れを行い、回転角度θ分シフトしながら第２の横行切断を行う。

以上のとおり、本実施形態の自動切断システム１００によれば、耳切断後の被切断鋼板Ｓの第１の端面Ｅ１及び第２の端面Ｅ２をカメラ６０で撮影して直線近似することから、被切断鋼板Ｓの端面を正確に検出することができる。これにより、耳切断後の被切断鋼板Ｓの位置ずれ量（回転角度θ）を正確に把握でき、その位置ずれ量（回転角度θ）を補正して当該被切断鋼板Ｓを正確に横行切断することができる。

なお、上述の動作（１）～（９）は必ずしもこの順に実行する必要はなく、例えば、動作（３）及び（６）は動作（７）の直前に同時並行で実行することもできる。
また、本実施形態では、門型フレーム１０に２つの横行ブロック２０（ガストーチ５０）を設けたが、横行ブロック２０（ガストーチ５０）の数は１つであってもよい。

１００自動切断システム
１０門型フレーム（走行フレーム）
１１レール
２０横行ブロック
３０移動ブロック
４０昇降軸
５０ガストーチ
６０カメラ
Ｓ被切断鋼板

Claims

被切断鋼板の幅方向に沿うように被切断鋼板の上方に配置され、被切断鋼板の長手方向に沿う方向（以下「走行方向」という。）に移動可能な走行フレームと、
前記走行フレームに取り付けられ、当該走行フレームの長手方向に沿う方向（以下「横行方向」という。）に移動可能なガストーチと、
前記走行フレームに取り付けられ、横行方向に移動可能なカメラと、
制御部とを備え、
前記ガストーチが被切断鋼板の耳を走行方向に切断した後に、当該被切断鋼板を横行方向に少なくとも２箇所で横行切断する、鋼板の自動ガス切断システムにおいて、
前記制御部が以下の動作を実行することを特徴とする鋼板の自動ガス切断システム。
（１）予め記憶した第１の横行切断開始予定位置の近傍の被切断鋼板の第１の端面を前記カメラで撮影する。
（２）撮影された前記第１の端面を直線近似して第１の近似直線を求める。
（３）前記第１の横行切断開始予定位置を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第１の２次元ＸＹ座標系において、前記第１の近似直線のＹ切片座標Ｙ１を求める。
（４）前記第１の横行切断開始予定位置と同じ端面側において予め記憶した第２の横行切断開始予定位置の近傍の被切断鋼板の第２の端面を前記カメラで撮影する。
（５）撮影された前記第２の端面を直線近似して第２の近似直線を求める。
（６）前記第２の横行切断開始予定位置を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第２の２次元ＸＹ座標系において、前記第２の近似直線のＹ切片座標Ｙ２を求める。
（７）前記Ｙ切片座標Ｙ１、前記Ｙ切片座標Ｙ２、及び前記第１の横行切断開始予定位置と第２の横行切断開始予定位置との長手方向の間隔Ｌから、次式により被切断鋼板の回転角度θを求める。
θ＝ｔａｎ^－１［（Ｙ１－Ｙ２）／Ｌ］
（８）前記Ｙ切片座標Ｙ１を第１の横行切断開始位置として、回転角度θ分シフトしながら第１の横行切断を行う。
（９）前記第１の横行切断開始位置を原点とし、走行方向をＸ軸、横行方向をＹ軸とする第３の２次元ＸＹ座標系において、座標（Ｌｃｏｓθ，Ｌｓｉｎθ）を第２の横行切断開始位置として、回転角度θ分シフトしながら第２の横行切断を行う。