JPH03501708A - 金属酸素切断の光電的制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 金属酸素切断の充電的制御方法および装置蓋±立立 本発明は、金属切断の分野、より詳細には金属酸素切断プロセスを光電的に制御 する方法および装置に関するものである。

本発明は、機械工学や造船に使用することができる。

！ｌｌ上 止の分野では、高温に加熱された金属から熱イオンが放出される効果を用いて金 属酸素切断を制御する方法（米国特許第３　、５９６　。

８９２号）が知られている。切断トーチと切断する金属の間の電位差を用いて切 断トーチの移動が止められ、酸素の供給が遮断される。

また、この分野では、切断トーチと切断する金属の間に接続され、制御装置の入 力を駆動するしきい値リレーを備えた金属酸素切断制御装置（米国特許第３．５ ９６，８９２号）が知られている。制御装置の出力は切断トーチ駆動装置と酸素 供給装置に接続されている。しきい値リレーは、切断トーチノズルと切断する金 属板の電位差が正常の酸素切断プロセスに対応しているとき使用可能にされ、切 断トーチノズルと切断する金属板の電位差が異常の酸素切断プロセスに対応して いるとき使用不能にされる。金属酸素切断の状態が乱されると、切断トーチの移 動が停止され、酸素の供給が遮断される。

この分野で知られた上記の金属切断制御方法を使用しているとき、切断トーチと 金属板間の電位差レベルは金属板の表面の状態に応じて変わり、またトーチの逆 火の影響を受ける。この逆火は全酸素切断プロセスの制御を妨げる。

また、この分野では、金属酸素制御プロセスを光電的に制御する方法（特公昭第 ５５−６０３４号）が知られている。この方法は、光電池形式の光センサで金属 表面からの光放射を検出し、金属切断前面の輝度レベルを光センサで評価し、金 属切断前面の輝度レベルを表す電気制御信号を発生する諸ステップから成ってい る。金属酸化切断プロセスのパラメータの乱れによフて金属切断前面の輝度レベ ルが変化すると、切断トーチの移動速度を制御する命令が生成される。金属切断 前面から光放射がない場合には、酸素加熱ガスと切断酸素の供給を遮断する命令 が生成される。

また、この分野では、金属酸素切断を光電的に制御する装置（特公昭第５５−６ ０３４号）が知られている。この装置は、本体の中央にある切断酸素を供給する 中央チャンネルと、本体の周囲にある燃料ガスと加熱酸素を供給するチャンネル が設けられた切断トーチを備えている。切断トーチの中央チャンネルの中に、金 属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する光センサが設置されている。切断ト ーチは、トーチ移動のための電気的駆動装置を備えている。切断トーチの２つの チャンネルは、それぞれ燃料ガス／加熱酸素供給装置と切断酸素供給装置に接続 されている。金属切断前面の輝度レベルを表す電気信号を発生する光センサの出 力は電気信号増幅器に接続されており、この増幅器の出力はウェーブコンバータ の入力に接続されている。ウェーブコンバータの出力は比較器の入力に接続され ており、比較器の出力は制御装置の入力に接続されている。制御装置の出力は切 断トーチ駆動装置、燃料ガス／加熱酸素供給装置および切断酸素供給装置に接続 されている。

金属の酸素切断は幾つかの段階で行われる。最初に、トーチの炎によって酸素の 流れの中で金属が発火温度（ｍの組成によって異なるが、１１００°〜１２５０ 　”　）まで加熱され、ゆっくり移動するトーチを用いて切断される輪郭から離 れた切断酸素の流れによって金属が燃焼して初期穴があけられる０次に、製造す る部品の輪郭に沿って切断トーチが移動する。切断トーチが製造する部品の輪郭 の上に置かれると、金属切断プロセスを制御する装置が使用可能にされる。この ように、金属酸素切断の最も複雑な初期期間は制御装置によって制御されない、 しかし、初期期間中は、トーチの炎が点火しないかも知れないし、トーチノズル の詰まりのせいて炎の勢いが十分でないかも知れないし、また動作状態の変動の せいで金属に十分な初期穴が生じないかも知れないので、この開始期間中の切断 トーチの移動のとき金属切断は行われず、製造する金属部品の輪郭に切断トーチ が位置決めされるまで金属切断は停止される。この結果、酸素切断プロセスの効 率が低い、また初期穴の場所において加熱される温度が変動するので、複数トー チ切断の場合は一度に全部の初期穴を燃焼させられない、この結果、初期火燃焼 行程を別の場所で繰り返さなければならず、これは金属を浪費する上、金属の使 用効率を低下させる。

さらに、切断トーチの炎の勢いが一定で、切断酸素の流量が一定で、そして切断 トーチの移動速度が一定のときだけ、高品質の金属切断表面が得られる。したが って、もし光センサが発生したアナログ電気信号に応じて切断トーチの速度を変 えると、金属切断面の品質が低下する（表面の粗さ、切断の非垂直度）。

輪郭に沿つて切断しているとき、屡さが１５〜２０Ｉｌ１ｍまでの金属板ならば 、切断プロセスが乱されても、金属切断前面の明るい輝きはないであろう、Ｗ、 さが２０〜２，０００ｍｍの板では、切断状Ｂ（加熱酸素圧力または燃料ガス圧 力の低下、金属内の欠陥）が変化すると、切断トーチ軸線に対する切断の傾斜角 が変ったり、厚さ方向の切断が不完全になる。この場合には、切断部から金属の 液状スラツプが２、上昇するので、光センサは低品質の切断の際の金属切断前面 の輝度を表す電気信号を発生し、その電気信号に基づい５て切断トーチの移動が 停止され、切断酸素の供給が遮断される。

主王虫笠丞 本発明の第１の目的は、生産性が高く、精度の良い金属酸素切断法を提供するこ とである。

本発明の第２の目的は、金属の使用効率を向上させることである。

本発明の第３の目的は、切断された金属の品質を向上させることである。

上記の目的は、以下に述べる金属酸素切断プロセスを先覚的に制御Ｂする方法に おいて達成されている０本方法は、金属切断前面からの光放射を光センサで検出 し、金属切断前面の輝度を光センサで評価し、金属切断前面の輝度を表す制御信 号を発生し、そして切断トーチの移動速度、燃料ガスと加熱酸素の供給および切 断酸素の供給を制御する命令を送る諸ステップから成っており、さらに、本発明 に従って、金属切断前に光センサで切断トーチの炎を検出すること、金属切断の 前にトーチの炎の輝度を光センサで評価すること、初期切断場所における加熱の 際の金属表面の光放射を光センサで検出すること、初期切断場所における加熱の 際の金属表面からの光放射を光センサで評価すること、金属切断前のトーチの炎 の輝度を表す電気信号と、初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表 す電気信号と、金属切断前面の輝度を表す電気信号を個別に発生させること、そ して電気制御信号レベルが金属切断前のトーチ炎の不在に対応しているときは、 切断トーチに対する燃料ガスと加熱酸素の供給を遮断する命令を送ること、電気 制御信号レベルが金属切断前のトーチ炎の存在に対応しているときは、切断トー チに対する燃料ガスと加熱酸素の供給を続ける命令を送ること、初期切断場所に おける加熱の際の金属表面の輝度を表す電気制御信号レベルが金属表面温度が金 属発火温度に等しいことを指示しているときは、切断トーチに対し切断酸素を供 給し、切断トーチを移動させる命令を送ること、金属切断前面の輝度を表す電気 制御信号レベルが金属切断線の角度が切断トーチ軸線に対し７″〜１５°以上１ 頃斜していることを指示しているときは、切断トーチに対する切断酸素の供給を 遮断し、トーチの移動を停止させる命令を送ること、から成る一連の操作が実行 される。

数個の切断トーチを用いて異なる切断場所で同時に金属を切断して金属酸素切断 の生産性を高め、かつ金属の使用効率を向上させるために、各切断場所における 切断前のトーチの炎の輝度を表す電気制御信号、各切断場所における初期切断場 所の加熱の際の金属表面の輝度を表す電気制御信号、および各制御場所における 金属切断前面の輝度を表す電気制御信号を含む同種の電気制御信号を連続的に比 較し、電気制御信号が少なくとも１つの切断場所において金属切断前のトーチ炎 の不在に対応しているときは、切断トーチに対する燃料ガスと加熱酸素の供給を 遮断する命令を送り、初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す電 気制御信号がすべての切断場所において金属表面温度が発火温度に等しいことを 指示しているときには、切断トーチに対し切断酸素を供給する命令を送り、金属 切断前面の輝度を表す電気制御信号が少なくとも１つの切断場所において切断ト ーチ軸線に対する金属切断線の傾斜角が７°〜１５°以上であることを指示して いるときには、切断１・−チに対する切断酸素の供給を遮断し、切断トーチの移 動を停止する命令を送る。

また、本発明は、上の述べた金属酸素切断プロセスを先覚的に制御する方法を実 施する装置を提供する。本装置は、燃料ガスと加熱酸素を供給する周辺チャンネ ルと切断酸素を供給する軸方向チャンネルが設けられ、金属切断前面の輝度を表 す電気信号を発生する光センサが設置された本体を有する少なくとも１個の切断 トーチ、各切断トーチに連結された切断トーチ駆動装置、各切断トーチに燃料ガ スと加熱酸素を供給するチャンネルおよび切断酸素を供給するチャンネルに接続 された燃料ガス／加熱酸素供給装置、および切断酸素供給装置を備えている。各 切断トーチの金属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する光センサの出力は直 列に接続された電気信号増幅器と制御信号発生器を介して制御装置の入力に接続 されており、制御装置の出力は切断トーチ駆動装置、燃料ガス／加熱酸素供給装 置および切断酸素供給装置に接続されている。本装置には、本発明に従って、さ らに、切断の前のトーチの炎の輝度に対応する電気信号を発生する光センサと、 初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す電気信号を発生する光セ ンサが、金属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する前記光センサと一緒に、 各切断トーチの切断酸素を供給するチャンネル内に設置されている。各切断トー チ内の金属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する光センサ、切断前のトーチ 炎の輝度を表す電気信号を発生する光センサ、および初期切断場所における加熱 の際の金属表面の輝度を表す電気信号を発生する光センサはそれぞれ独自のスペ クトル特性を有しており、スペクトルの極大値は、それぞれ金属切断前面の輝度 、切断前のトーチ炎の輝度、および初期切断場所における加熱の際の金属表面の 輝度に対応している、各切断トーチの切断前のトーチ炎の輝度を表す電気信号を 発生する光センサと初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す電気 信号を発生する光センサは、それぞれ直列に接続された電気信号増幅器と電気信 号発生器から成る第２および第３ネツトワークを介して制御装置の入力に接続さ れている。

性能の信頼性を高めるために、各切断トーチ内の金属切断前面の輝度を表す電気 信号を発生する光センサは切断酸素供給チャンネルと同軸上に配置されており、 切断前のトーチ炎の輝度を表す電気信号を発生する光センサと初期切断場所にお ける加熱の際の金属表面の輝度を表す電気信号を発生する光センサは切断酸素供 給チャンネルの周辺に沿って配置されている。

制御装置は、各切断トーチにおいて金属切断前面の輝度、切断前のトーチ炎の輝 度、および初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度に応じて電気信号を 発生する各光センサに接続された第１、第２、および第３制御信号発生器の出力 に接続されたｎ個の入力を有する制御信号人力／出力装置、前記制御信号人力／ 出力装置に接続された入力と前記制御信号人力／出力装置のｎ＋１番目の入力に 接続された第１出力を有するプロセッサ、前記プロセッサの第２出力に接続され た入力と切断トーチ駆動装置の入力に接続された出力を有する第１コントローラ 、前記プロセッサの第３出力に接続された入力と燃料ガス／加熱酸素供給装置の 入力に接続された第１出力と切断酸素供給装置の入力に接続された第２出力を有 する第２コントローラで構成されている。

本発明の酸素切断プロセスの光電的制御方法および装置は、金属切断前のトーチ 炎の有無、初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度、および金属切断前 面の輝度を連続的に監視することによって、金属酸素切断の生産性と精度を高め ると同時に、金属の使用効率と切断された金属の品質をより向上させることが可 能である。

■１二皿監星に皿 第１図は、本発明の金属酸素切断プロセスの光電的制御方法を実施する装置のブ ロック図である。

第２ａ図は、金属切断前に炎を点火したときの切断トーチの縦断面図である。

第２ｂ図は、金属表面を加熱中の切断トーチと金属板の縦断面図である。

第２Ｃ図は、金属を切断中の切断トーチと金属板の縦断面図である。

第３図は、トーチ軸線に対する金属切断線の傾斜角の関数として、金属切断前面 の輝度を表す電気信号を発生する光センサの出力電圧をプロットしたグラフであ る。

第４図は、さまざまな金属切断前面を示す金属板の縦断面図である。

日　るた　の　の１ 金属酸素切断プロセスを先覚的に制御する方法は、切断トーチ１．２を備えた装 置の中で実施される（第１図）。各切断トーチの本体３には、切断酸素を供給す る中央チャンネル４（第２ａ図、第２ｂ図、第２Ｃ図）が設けられている。本体 ５０周辺に沿って軸線５に平行に、燃料ガスと加熱酸素を供給するチャンネル６ が設けられている。燃料ガスとしては、アセチレン、プロパン−ブタン、天然ガ スを使用することができる。

各切断トーチ１，２の中央チャンネル４へ切断酸素を送るチャンネル７は本体３ の軸線５に対し一定の角度をなしている。本体３の軸線５に直角な中央チャンネ ル４のボスに嵌め込まれたヨーク８には、切断前のトーチの炎１２の輝度を表す 電気信号を発生する第１光センサ９と、初期切断場所１５における加熱の際の輝 度を表す電気信号を発生する第２光センサ１ｏと、金属切断前面１５の輝度を表 す電気信号を発生する第３光センサ１１がしっがり取り付けられている。これら の光センサは光電池またはフォトトランジスタを用いて作られる。第３光センサ １１は各切断トーチ１，２の中央チャンネル４に対し軸方向に配置されており、 第１および第２光センサ９．１０は、各切断トーチ１．２の中央チャンネル４の 周辺に配置されている。

第１光センサ９のスペクトル特性は、切断前のトーチの炎１２の輝度に対応する １、５　〜１．８μｍの光波長範囲において極大値を有する。第２光センサ１０ のスペクトル特性の極大値は、初期切断場所１５における金属板１４の表面の輝 度に対応する１、１〜１．５μｍの光波長範囲にある。第３光センサ１１のスペ クトル特性の極大値は、金属切断前面１６の輝度に対応する０、４　〜１．１μ ｍの光波長範囲にある（第２ｃ図）。

本装置は、切断トーチ１．２に連結され、２つの直交軸に沿って各トーチ１．２ を移動させるモーター１９．２０をもつ第１サーボ駆動装置１７と第２サーボ駆 動装置１８（第１図）を備えている。

本装置は、さらに、燃料ガス／加熱酸素供給袋２２１と切断酸素供給装置２２を 備えている。各燃料ガス供給袋？１ｉ２ｉは燃料ガスの流量を制御するソレノイ ド弁２３と加熱酸素の流量を制御するソレノイド弁２４を備えており、２つの弁 は切断トーチ１．２のチャンネル６および電源２５に接続されている（第２図） 、供給装置２１のソレノイド弁２３（第１図）は圧力調整器２６を介して燃料ガ ス供給源２７に接続されており、供給装置２１のソレノイド弁２４は圧力調整器 ２８を介して酸素供給源２９に接続されている。各切断酸素供給袋２２２は切断 酸素の流量を制御するソレノイド弁３０を備えている。ソレノイド弁３０は電源 ３１および切断トーチ１．２のチャンネル４（第２図）に接続され、さらに圧力 調整器３２を介して酸素供給源２９に接続されている。

各切断トーチ１．２の金属切断前のトーチの炎の輝度を表す電気信号を発生する 第１光センサ９の出力は第１！気信号増幅器３３０入力に接続されており、信号 増幅器３３の出力は第１電気制御信号発生器３４の入力を駆動する。各切断トー チ１．２の初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す電気信号を発 生する第２光センサ１０の出力は第２１！気信号増幅器３５の入力に接続され、 信号増幅器３５の出力は第２電気制御信号発生器３６０入力を駆動する。各切断 トーチｌ、２の金属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する第３光センサ１１ の出力は第３電気信号増幅器３７の入力に接続され、信号増幅器３７の出力は第 ３電気制御信号発生器３８の入力を駆動する。

第１、第２、および第３を気制御信号発生器３４，３６．３８は、周知の手法に 従って設計されている（Ｔ、Ｍ、　Ａｇａｋｈａｎｙａｎ　”ｆｎ−ｔｅｇｒａ ｔｅｄ　ｍ１ｃｒｏｃｕｉｔｓ″１９８３＋　Ｐ、４３７．　Ｅｎｅｒｇｏａｔ ｏｍｉｚ４ａｔ　Ｐｕｂｌｔｓｈ−ｅｒｓ、　Ｍｏ５ｃｏｓｉ、Ｒｕ５ｓｉａｎ 　）　＊各切断トーチ１．２内の第１、第２、および第１光センサ９゜１０．１ １によって駆動される第１、第２、および第３電気制御信号発生器３４．３６． ３８は、電子キー３９を介して制御装置４１の入力／出力装置４０の第１、第２ 、第３、第４、第５、および第６データ入力に接続されている。入力／出力装置 ４０のデータ入力の数は、全切断トーチ１．２の光センサ９．１０．１１の総数 に等しい、入力／出力装置４０の出力はプロセッサ４２に接続されており、プロ セッサ４２の第１出力は入力／出力装置４０の第７　（ｎ＋１）入力に接続され ている。

制御装置４１の電気信号大力／出力装置４０は、光電代読取り装置（図示せず） に接続されている。光電代読取り装置は切断する部品の幾何的図形に関するデー タと酸素切断条件を２進コードデシマルフオーマツトで出力してプロセッサ４２ の入力に送る。

制御装置４１は、さらに、プロセッサ４２の第２出力に接続された入力ををする 第１コントローラ４３と、プロセッサ４２の第３出力に接続された入力を育する 第２コントローラ４４を備えており、プロセッサ４２の第４出力は表示装置４５ に接続されている。第１コントローラ４３の第１および第２出力はサーボ駆動装 ２１７．１８の入力に接続されている。第２コントローラ４４の第１出力は燃料 ガス／加熱酸素供給装置２１の電ｆｉ２５に接続されており、第２出力は切断酸 素供給装置２２の１ｉｔ１３１に接続されている。

プロセッサ４２、第１コントローラ４３、および第２コントローラ４４は、周知 の手法に従つて設計されている（ＳＯＪＺＺＡＧＲＡＮＰ−ＲＩＢＥＲｂｏｏｋ ｌｅｔ、ＩＪＳＳＲＡｖｔｏｍａｔｉｚａｔｓｊｙａ　８３．”Ａｕｔｏｍａｔ ｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔ、ｅｍｓ　ｉｎ　ｍｅｃｈａｎｉｅａｌ　ｅｎｇ ｉｎｅｅｒｉｎｇ　、Ｒｕ５ｓｔａｎ）。

切断前のトーチの炎の輝度を表す電気信号を発注する第１光センサ９は、直列に 接続され第１を気信号増幅器３３と第１電気制御信号発生器３４と制御装置４１ から成るネットワークを介して燃料ガス／加熱酸素供給装置２１に電気的に接続 されている。初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す電気信号を 発生する第２光センサ１０は、直列に接続され第２電気信号増幅器３５と第２電 気制御信号発生器３６と制御装置４１から成るネットワークを介して切断酸素供 給装置２２と切断トーチ１．２を移動させるサーボ駆動装置１７．１８に電気的 に接続されている。

金属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する第２光センサ１１は、直列に接続 され第３を気信号増幅器３７ど第３電気制御信号発生器３８と制御装置４１から 成るネットワークを介して切断酸素供給装置２２と切断トーチ１．２を移動させ るサーボ駆動装置１７．１８に電気的に接続されている。

第１、第２、および第３光センサ９，１０．１１と、燃料ガス／加熱酸素供給装 置２１、切断酸素供給装置２２、および切断トーチ１．２を移動させるサーボ駆 動装置１７．１８との間の電気通信は、制御装置４１内のプロセッサ４２によっ て行われる。

次に、本発明の酸素９３断プロセスを光電的に制御する方法を実施する装置の機 能を説明することにより、制御方法を明らかにする。

酸素切断プロセスを光電的に制御する方法は、以下のようにして実施される。切 断トーチ１．２の炎１２（第２ａ図）が点火されると、切断プロセスの開始前に 光センサ９（第１図）で光放射が検出される。光センサ９はトーチの炎１２の輝 度を表す電気信号を発生し、第１を気信号増幅器３３（第１図）を介して第１電 気制御信号発生器３４０入カへ送る。切断トーチ１．２の炎１２（第２ａ図）が 存在するときは、制御信号発生器３４はディジタル論理”１”信号を出力し、ト ーチの炎１２が存在しないときは、制御信号発生器３４はディジタル論理”０” 信号を出力する。制御信号発生器３４の出力信号は制御装置４１の電気信号人力 ／出力装置４０によってプロセッサ４２０入カへ送られる。プロセッサ４２は、 入力／出力装置４０のデータ入力をポーリングし、それらの状態を分析する。プ ロセッサ４２の出力信号は第１コントローラ４３０入力および第２コントローラ ４４の入力へ送られる。

切断トーチ１．２の炎１２が存在しなければ（第２ａ図）、入力／出力装置４０ は論理″０″信号を受信する。これにより、第２コントローラー４４は各切断ト ーチ１．２の燃料ガス／加熱酸素供給装置２１のソレノイド弁２３．２４を閉じ るように命令する。

制御信号が論理″ｌ”レベル（金属切断前に切断トーチ１．２の炎１２（第２ａ 図）が存在することを示す）のときは、切断トーチに対する燃料ガスと加熱酸素 の供給を続けることができる。

金属を数個の切断トーチ１．２によって異なる切断場所で同時に切断する場合、 プロセッサ４２が金属切断の前の切断トーチ１゜２の炎１２の輝度を表す同様な 制御信号を連続的に比較し、制御信号が１つでもトーチ１，２の炎１２の不在を 指示していれば、第２コントローラ４４はすべての切断トーチ１．２に対する燃 料ガス／加熱酸素の供給を遮断する命令をソレノイド弁２３．２４へ送り、同時 に表示装置４５は切断トーチ１．２の故障を知らせる光信号または音響信号、も しくはその両方を発する。すべての切断トーチ１．２について制御信号が論理” １″レベル（炎１２の存在を示す）であれば、プロセッサ４２（第１図）は各切 断トーチ１，２の光センサ９と燃料ガス／加熱酸素供給装置２１間の電気通信の ためのデータチャンネルを使用不能にするように電子キー３９に命令する。

その後、切断１・−チ１，２の炎１２は初期切断場所１５で金属を金属発火温度 まで加熱し、各切断トーチ１，２の光センサ１０が初期切断場所１５における金 属板１４の表面１３の光放射を検出して金属表面１３の輝度を評価する。

第２を気制御信号発生器３６（第１図）は初期切断場所１５における金属表面（ 第２ｂ図）の輝度を表すディジタル制御信号を出力し、制御装置４１（第１図） の入力へ送る。

制御信号が論理“１”レベル（金属板１４の初期切断場所１５における金属表面 １３（第２ｂ図）が金属発火温度まで加熱されたことを示す）であれば、第１お よび第２コントローラ４３゜４４は切断酸素供給装置２２内のソレノイド弁３０ に対し切断トーチ１．２へ切断酸素を供給するように命令し、かつサーボ駆動装 置１７’、１８に切断トーチ１．２の移動を制御するように命令する。

制御信号が論理”０”レベル（金属板１４の初期切断場所１５における金属表面 １３（第２ｂ図）が金属発火温度以下であることを示す）であれば、切断トーチ １．２に対する燃料ガスと加熱酸素の供給が継続される。

金属が数個の切断トーチ１．２によって異なる切断場所で同時に切断される場合 、制御装置４１内のプロセッサ４２（第１回）は、各切断場所における各切断ト ーチ１．２による初期切断場所１５における金属板１４の表面１３（第２ｂ図） の輝度を表す電気制御信号を連続的に比較する。制御信号が金属板１４の初期切 断場所１５における金属表面がすべての切断場所で金属発火温度に加熱されてい ることを指示していれば、第１および第２コントローラ４３．４４（第１図）は すべての切断トーチ１．２へ切断酸素を供給することを命令し、かつサーボ駆動 装置１７．１８によるすべての切断Ｉ・−チ１，２の移動を可能にする。

その後、プロセンサ４２は、電子キー３９を使用不能にすることによって、各切 断ト・−チェ。２内の第２光センサ１０と、切断酸素供給装置２２およびサー・ ボ駆動装置１７．１８間のデータチャンネルを切り離す。

その後、製造する部品の輪祁に沿って金属が切断される。初期切断場所工５から 板厚の１．５　〜２．０　倍の長さまで貫通切断された後（第２ｃ図）、プロセ ッサ４２は、電気キー３９を介して金属切断前面の輝度を表す信号を発生する第 ３光センサ１１と切断酸素供給装置２２および切断トーチを移動させるサーボ駆 動装置１７．１８の間の電気通信用のデータチャンネルを作る。光センサ１１は 金属板１４の切断前面（第２ｃ図）からの光放射を検出して前面１６の輝度を評 価する。この輝度は、各切断トーチ１゜２の本体３の軸線５に対する金属板１４ の切断線４６の傾斜角の関数である。

金属切断線４６は、金属板１４の表面１３に対し切断酸素が流入する点４７と、 切断酸素の流れが金属板１４の反対面４９がら出ていく点４８とを結ぶ線と定義 する。

この分野で知られた切断条件において、各切断トーチ１．２の本体３０軸線５に 対する切断線４６（第２ｃ図）の傾斜角の関数として金属切断前面の輝度を表す 電気信号を発生する光センサ１１の出力電圧Ｕをプロットしたグラフ（第３図） かられかるように、金属板１４の切断前面１６の輝度は、各切断トーチ１．２の 本体３０軸線５に対する切断線４６の傾斜角に正比例する。第４ａ図と第４ｂ図 は、ａ−５”（第４ａ図）および　α−１５’（第４ｂ図）の場合の金属板の断 面を示す。

高品質の切断は、切断線４６（第２ｃ図）が切断トーチ１．２の本体３の軸線５ に対し、７°〜　１５°の角度で傾斜しているとき生じる。

切断線４６が切断トーチ１．２の本体３の軸線５に対し１５″の制限値以上に傾 斜している場合は、燃料ガスの圧力、酸素の圧力の変動、金属内の欠陥、金属表 面のスケールに起因する酸素切断の正しい状態が乱されたことが原因であり、こ の場合は金属切断精度が低下する上、金属板が完全に貫通切断されないこともあ る。

角度αが　７°の下限値以下の場合は、金属切断速度を落とさ金属切断前面１６ の輝度を表す電気信号は、第３光センサ１１の出力から第３１気信号増幅器３６ （第１図）を介して第３１気制御信号発生器３８の入力に送られる。第３電気制 御信号発生器３８は、金属切断前面１６（第２ｃ図）の輝度に応じて、論理″ｌ ”ディジタル信号（切断線４６と切断トーチ１．２の本体３０軸線５の間の傾斜 角が７°〜１５°以下を表す）または論理００″ディジタル信号（前記傾斜角が ７°〜１５°以上を表す）を出力する。第３を気制御信号発生器３８（第１図） の出力信号は、入力／出力装置４０を介してプロセッサ４２の入力へ送られる。

またプロセッサ４２の出力信号は第１コントローラ４３と第２コントローラ４４ へ送られる。

制御信号が論理”０″レベル（切断トーチ１．２の本体３０軸線５に対する金属 切断線４６の傾斜角αが　７°〜１５′以上に対応する金属切断前面１６（第２ Ｃ図）の輝度を表す）であれば、プロセッサ４２（第１図）は各切断トーチ１． ２の切断酸素供給装置２２内のソレノイド弁３０を閉じ、サーボ駆動装置１７゜ １８を使用不能にする命令を第１および第２コントローラ４３゜４４へ送る。同 時に表示装置４５は切断トーチ１．２が故障していることを指示する光信号また は音響信号もしくはその両方を発する。

数個の切断トーチ１，２によりて異なる切断場所で切断が行われている場合、プ ロセッサ４２は異なる切断場所における金属切断前面１６（第２ｃ図）の輝度を 表す同様な電気信号を連続的に比較し、少なくとも１つの切断場所からの信号が 切断トーチ１゜２の本体３の軸＆？Ｉ５に対する切断線４６の傾斜角が７°〜１ ５″以上に対応する金属切断前面１６の輝度を表していれば、すべての切断トー チ１．２に対する切断酸素の供給を遮断し、切断トーチ１．２のすべてのサーボ 駆動装置１７．１８を使用不能にする命令を送る。

所望する輪郭の切断が終了したら、プロセッサ４２（第１図）は各切断トーチ１ ．２の第３光センサ１１と、切断酸素供給装置２２およびすべての切断トーチ１ ，２のサーボ駆動装置１７゜１８間の電気通信のためのデータチャンネルを使用 不能にするよう電子キー３９に命令する。

本発明を使用すれば、圧延材切断の生産性を５％も向上させることができ、金属 構造物の製造に必要な作業量および労働コストを節減することができる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属切断前面（１６）からの光放射を光センサ（１１）で検出し、金属切断 前面（１６）の輝度を光センサ（１１）で評価し、金属切断前面の輝度に対応す る電気制御信号を発生し、そして切断トーチ（１）の移動速度を制御し、切断ト ーチ（１）に対する燃料ガス、加熱酸素、および切断酸素の供給量を制御する命 令を送る操作から成る、金属酸素切断プロセスを光電的に制御する方法であって 、さらに、金属切断の前に切断トーチ（１）の炎（１２）を光センサ（９）で検 出すること、 金属切断前に切断トーチ（１）の炎（１２）の輝度を光センサ（９）で評価する こと、 初期切断場所（１５）における加熱の際の金属表面（１３）の光放射を光センサ （１０）で検出すること、 初期切断場所（１５）における加熱のとき金属表面からの光放射を光センサ（１ ０）で評価すること、 金属切断前のトーチ（１）の炎（１２）の輝度、初期切断場所（１５）における 加熱の際の金属表面（１３）の輝度、および金属切断前面（１６）の輝度に対応 する各電気信号を発生すること、金属切断前の切断トーチ（１）の炎（１２）の 不在を表す制御信号レベルのときは、切断トーチ（１）に対する燃料ガスと加熱 酸素を供給を遮断する命令を送り、金属切断前の切断トーチ（１）の炎（１２） の存在を表す制御信号レベルのときは、切断トーチ（１）に対する燃料ガスと加 熱酸素の供給を続ける命令を送り、初期切断場所（１５）における加熱の際の金 属表面（１３）の輝度を表し、金属表面（１３）が発火温度まで加熱されたこと を示す制御信号レベルのときは、切断トーチ（１）に対し切断酸素を供給し、か つ切断トーチ（１）を移動させる命令を送り、金属切断線（４６）が切断トーチ 軸線（５）に対し７°〜１５°以上の角度で傾斜していることに対応する金属切 断前面の輝度を表す制御信号レベルのときは、切断トーチ（１）に対する切断酸 素の供給を遮断し、トーチの移動を停止させる命令を送ること、 の一連の操作を含むことを特徴とする方法。 ２．数個の切断トーチ（１，２）で異なる切断場所で同時に金属を切断する場合 は、各切断場所における切断前のトーチ（１）の炎（１２）の輝度、各切断場所 における初期切断場所（１５）における加熱の際の金属表面（１３）の輝度、お よび各制御場所における金属切断前面（１６）の輝度に対応する各電気制御信号 を連続的に比較すること、もし切断場所からの制御信号が１つでも、トーチ（１ ，２）の炎（１２）の不在を指示していれば、切断トーチ（１，２）に対する燃 料ガスと加熱酸素の供給を遮断する命令を送り、もし初期切断場所（１５）にお ける加熱の際の金属表面（１３）の輝度を表す全切断場所からの制御信号が、金 属表面が発火温度まで加熱されていることを指示していれば、切断トーチに対し 切断酸素を供給し、切断トーチ（１，２）を移動させる命令を送り、もし金属制 御前面（１６）の輝度を表す切断場所からの制御信号が１つでも、金属切断線（ ４６）が切断トーチ軸線（５）に対し７°〜１５°以上の角度で傾斜しているこ とを指示していれば、切断トーチ（１，２）に対する切断酸素の供給を遮断し、 切断トーチ（１，２）の移動を停止する命令を送ること、 を特徴とする請求の範囲１に記載の方法。 ３．燃料ガスと加熱酸素を供給する周辺チャンネル（６）と金属切断前面（１６ ）の輝度を表す電気信号を発生する光センサ（１１）が内部に設置され、切断酸 素を供給する軸線（５）に沿ったチャンネル（４）が設けられた本体（３）を有 する少なくとも１個の切断トーチ（１，２）、各切断トーチ（１，２）に連結さ れた切断トーチ駆動装置（１７，１８）、各切断トーチ（１，２）内のチャンネ ル（６）に接続された燃料ガス／加熱酸素供給装置（２１）、およびチャンネル （４）に接続された切断酸素供給装置（２２）を備え、金属切断前面（１６）の 輝度を表す電気信号を発生する光センサ（１１）の出力は直列に接続された電気 信号増幅器（３７）と電気制御信号発生器（３８）から成る第１ネットワークを 介して制御装置（４１）の入力に電気的に接続されており、制御装置（４１）の 出力は切断トーチを移動させるサーボ駆動装置（１７，１８）および燃料ガス／ 加熱酸素供給装置（２１）と切断酸素供給装置（２２）にそれぞれ接続されてい る、請求の範囲１，２に記載した方法を実施する装置であって、 さらに、切断前のトーチの炎の輝度を表す電気信号を発生する光センサ（９）と 、初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す電気信号を発生する光 センサ（１０）が、金属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する前記光センサ （１１）と一緒に設置されており、各切断トーチ（１，２）内の金属切断前面の 輝度を表す電気信号を発生する光センサ（１１）、切断前のトーチの炎の輝度を 表す電気信号を発生する光センサ（９）、および初期切断場所における加熱の際 の金属表面の輝度を表す電気信号を発生する光センサ（１０）はそれぞれ特徴の あるスペクトル特性を有し、それらの極大値は、金属切断前面（１６）の最大輝 度に、切断前の切断トーチ（１，２）の炎（１２）の最大輝度に、初期切断場所 （１５）における加熱の際の金属表面（１３）の最大輝度にそれぞれ対応してお り、各切断トーチ（１，２）内の切断前のトーチの炎の輝度を表す電気信号を発 生する光センサ（９）、初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す 電気信号を発生する光センサ（１０）は、直列に接続された電気信号増幅器（３ ３，３５）と電気信号発生器（３４，３６）から成る第２および第３ネットワー クを介して制御装置（４１）の入力に接続されていることを特徴とする装置。 ４．各切断トーチ（１，２）において、金属切断前面の輝度を表す電気信号を発 生する光センサ（１１）は切断トーチ（１，２）内の切断酸素供給チャンネル（ ４）と同軸上に取り付けられており、切断前のトーチの炎の輝度を表す電気信号 を発生する光センサ（９）と初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を 表す電気信号を発生する光センサ（１０）は切断酸素供給チャンネル（４）の周 辺に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲３に記載の装置。 ５．前記制御装置（４１）は、金属切断前面の輝度を表す電気信号を発生する光 センサ（１１）、切断前の切断トーチの炎の輝度を表す電気信号を発生する光セ ンサ（９）および初期切断場所における加熱の際の金属表面の輝度を表す電気信 号を発生する光センサ（１０）にそれぞれ接続された第１、第２および第３制御 信号発生器（３４，３６，３８）の出力に接続されたｎ個の入力を有する制御信 号入力／出力装置（４０）、前記制御信号入力／出力装置（４０）の接続された 入力と前記制御信号入力／出力装置（４０）のｎ＋１番目の入力に接続された第 １出力を有するプロセッサ（４２）、前記プロセッサ（４２）の第２出力に接続 された入力と切断トーチを移動させるサーボ駆動装置（１７，１８）の入力に接 続された出力を有する第１コントローラ、および前記プロセッサ（４２）の第３ 出力に接続された入力と燃料ガス／加熱酸素供給装置（２１）の入力に接続され た第１出力と切断酸素供給装置（２２）の入力に接続された第２出力を有する第 ２コントローラ（４４）から構成されていることを特徴とする請求の範囲３，４ のいずれかに記載の装置。