JPS6279953A - デジタル倣い方法及びその切断機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、白及び黒などの対称的な色調をもって描かれ
た図形（テンプレート）を光学的に倣いガス切断、プラ
ズマ切断、レーザー切断、ウォータジェット切断などの
切断を行う方法及びその切断機に係るものである。

〈従来の技術〉 従来、前記テンプレートを倣い溶断を行う方法は次に例
示する如く多数存在し、その何れもテンプレートの透過
光を光電素子でとらえ、アナログ制御により実施してい
た。

第８図は従来から存在する倣い溶断装置の例で、図に於
いて１はレールで座［ｘの基準となる部分、２は倣い溶
断装置のレール走行サドル、３はレールに直交した案内
レールを含むクロスビームで座標ｙの基準となる部分を
示す。４はクロスレールに沿い移動するクロスサドルで
、ブーム５を介して切断器６及びサドルに固定したトレ
ーサユニット７と連結され、トレーサの移動と切断器を
連動せしめることが出来、８はテンプレートテーブルで
ある。９は前記テンプレートテーブル上に置かれたテン
プレートを示す。１０はトレーサユニットの検出部で、
検出された信号はｘ、ｙの駆動をコントロールするコン
トローラを介して、サドル及びクロスサドル４．サーボ
モータＩＩＸ及び１１ｙにより同時にＸ、ｙ２方向の速
度制御を行い検出部の中心が常にテンプレートの縁辺を
倣うようにしたものである。

第９図は光学的倣い装置の従来の方式によるセンシング
の一例を示した図であって、１２はテンプレートを、又
１３は光学的倣い装置の検出光点１４の軌跡を示し、Ｐ
点はトレーサの倣い中心で、光点１４の回転の中心にも
なっている。

更にＱ点は光点１４がテンプレートに交わる点を示し、
倣いの方向をＰ、　Ｑの方向とすれば、Ｐ点はテンプレ
ートに沿うように移動せしめられる。

今トレーサの線速度をＶとすれば、ＰＱのＸ。

ｙ速度ベクトルＶｘ、Ｖｙは Ｖ　ｘ　＝　Ｖｃｏｓθ Ｖ　ｙ　＝　Ｖｓｉｎθ になる。但し、θはＰＱベクトルの方位角を示すもので
ある。

第１０図は第９図に示すサークルスキャニングを連続的
に行い、倣いの中心点が連続的に移動する状態を示すも
のである。

第１１図はＶｘ、Ｖｙに相当する制御電圧Ｅｘ。

Ｅｙを生起させる原理で、位相を９０”ずらし、且つ光
点１４の回転と連動する１５．１６に示すｃｏｓ、ｓｉ
ｎ電圧波形を示す。光点１４がＱ点（白より黒に入射し
た点）に於ける瞬間電圧を次に再び光点がテンプレート
と交わるまでホールドして、１７．１８で示すＥＸ、Ｆ
４として、それに比例した速度でＸ。

ｙ方向に駆動させることにより、連続的にテンプレート
に倣いトレーサを案内させることが出来る。

第１２図は以上の原理に基づく検出部を更に具体的に示
したものであって、１９はテンプレート、２０は光点２
１を集光するレンズで、若干の傾斜を与えた鏡面２２に
より反射させて光電素子２３に入射するようにしたもの
で、鏡面２２を回転させることにより、検出光点像２１
は円運動を行う。実際にはこの光点像２１は光を点とし
て投射するのでなく、鏡面の回転による撮像点である。

２４は永久磁石、２５はモータで、永久磁石２４及び鏡
面２２を同期的に回転せしめ、２６．２６’に示すコイ
ルによりＥｘ（＝Ｅｃｏｓ　θ）を、２７．２７’に示
すコイルによりＥｙ（Ｅｓｉｎ　θ）を連続的に出力す
るようにしたものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来の方式によれば、現出機構に可動部があり、且つ機
体の完成により倣いに大幅な位置ずれなどを生じ、例え
ばテンプレートの鋭角コーナーなどの場合は、事前にコ
ーナーであることの検知が出来ないために速度をあまり
速くして倣うことが難しい欠点があった。

最近、切断の手段がガス切断からプラズマ切断に移行す
るに当たり、ガス溶断で満足出来ても、ガス切断に対し
て３〜１０倍の高速のプラズマ切断に対しては全く無力
であった。

本発明は上述の従来の倣い方式の欠陥である倣い速度の
飛躍的な改善を図ると共に、倣いの直前の検出でなく、
広い範囲の検出を行い、図形を予知して自動的に速度制
御を行い、コーナ一部などを正確に切断する方法の解決
を図ろうとしたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上述の問題点を根本的に改善したものであって
、特にテンプレートの部分を画してイメージセンサによ
りＩ最像し、パターンの形状を予知し、かつこれをデジ
タル信号に替えてパルス制御を行うしたものである。

即ち、本発明は白黒などの光学的に対称的な色調で描か
れた図形、シルエットなどをテンプレートとして用い、
直交配列された多数の画素よりなるイメージセンサに該
テンプレートの像を投影し、各画素の受光量を電気的量
にかえてサンプリングして電位を判別し、明暗を１，０
信号に換えて、次の盪像のタイミングまでビデオラム装
置に一時蓄え、テンプレートの倣い線に沿って、ある一
点を中心にしてその周辺をスキャニングして周辺の等分
した８個の状況を白（１）から黒（０）に換わる時にそ
の境界で白の方向に補間を行うような論理によって補間
線分を定義し、かつこれをコード化して記ｔαしてパル
スに再生して制御を行う装置に於いて、機体の位置情報
をパルス発信器よりフィードバックして撮像の指定限界
点に達した時に再撮像し、これを繰り返すことによりチ
ンプレートラ倣って切断機を駆動せしめるデジタル倣い
方法及びそのデジタル倣い切断機である。

〈作用〉 本発明は上述の如く、画素が直交配列されたイメージセ
ンサによって白黒などの対称的な色調で描かれたテンプ
レートを受像し、各画素に入力した光量のレベルにより
、１．０の２値の判断を行ってテンプレートの形状をｘ
、ｙ直交座標上でデジタル化し、前述の如きある点を中
心にして、スキャニングして白（１）から黒（０）に変
わる時にその境界で白の方向に補間を行うようなパルス
補間をして一端ｘ、　　ｙ軸方向の制御パルスをコード
化してパルス制御を行わせることにより得られたテンプ
レートの形状データからコーナ一部のような急に方向を
変える部分を事前に予見して、速度制御を行えるように
したので、高速駆動を可能とすることが出来る。

〈実施例〉 以下本発明を実施例によってその論理について具体的に
述べると次の通りである。

第２図はイメージセンサによるテンプレートの形状を認
識する考え方を示す図である。

図に於いて、２８は直交型の多数の画素よりなるイメー
ジセンサにより仕切られた直交格子で画素の中心が各々
格子の交点と考えた図で、２９はテンプレートの図形を
示している。この画像２９はパルス制御の線分に補間す
るに際し、画像をレンズ系により拡大、縮小し、格子の
間隔を一定パルス数に対応させる原則としてはｌパルス
に対応せしめるのが都合が良い。格子の交点を更に拡大
して考えた図形を示す第３図により説明すると、図に於
いて格子の交点３０で示す丸印を画素と考え、受光した
画素を白丸、受光しない画素を黒丸で示すと、ある点に
於ける線分補間は、第４図に示すように、点Ｒを中心と
して周辺の８コードの状況が例えば時計回りにスキャニ
ングした場合、白（１）から黒（０）に変わる時にその
境界で白の方向３１に示す補間を行うように考える。

前述の第３図に示す３２は線分補間を行った図形を示す
。同じく第２図上の３３で示すものも線分補間を行った
図形である。補間された図形３３は元の図形２９と幾分
ずれているが、通常の数値制御に於ける場合と同様に１
格子間隔以上の誤差は無く、ｌパルス当たりの格子幅を
充分小さくすれば無視し得る値である。

第５図はイメージセンサの画素とテンプレートの像との
対応をテンプレートの像を路、その外を白としたものを
示し、図に於いては３４は格子、３５は格子の交点上の
イメージセンサ上の画素、３６はテンプレートの画像を
示す。

今倣いの中心が８点にあり、切断の進行方向に対して一
定の経路により周辺を水平にスキャニングした場合、例
えばイ→口に沿ったスキャニングでは、画素３７の受光
量に対応した誘起電圧は３８に示す波形で得られる。こ
れに３９で示す白黒判別用電圧と比較し、高い場合を１
．低い場合をＯと考え、全画素に対して１．０で定義を
行うことが出来る。

第６図は、以上の手続きにより、１　（白：あり）。

０　（黒：なし）の２値で格子の交点を定義したもので
、加工線４０を先に第４図で示す法則により線分補間を
行った図形を４１で示す。

以上述べたように、イメージセンサの各画素の受光量を
１，０の２値で定義し、第４図に示す８コードの画素の
組み合わせにより、パルス補間線分の方向は第７図に示
すように■〜■の８方向に選別され、格子のピッチを１
パルス相当と考えることが出来る。これを直接正負のパ
ルスに置き換え、コードで表示すると、第１表に示すよ
うに３ピントまたは４ピントで定義出来る。実用上はプ
ロセッサのビット構成、デコーデングの手間が省けるの
でＸ軸＋１パルスを１０．−１パルスを０１゜０パルス
をＯＯとし、ｙ軸＋１パルスを１０．−１パルスを０１
．　　ＯパルスをＯＯとし、これを×ｙの順に組み合わ
せたコードとすれば処理が容易になる。

実際に第１表のパルス列コードで指示し、パルスの速度
を第１０図の■、■、■、■に対して設定した場合、■
、■、■、■の場合ではｘ、ｙ軸が合成され、速度は、
６倍となるので、■〜■の何れの方向に対しても定速加
工を行うためには、■。

■、■、■の場合のパルス発振間隔を１／Ｊ″２に自動
的に調整すればよい。

以上、本発明の論理について説明したが、次に第１図は
本発明の実施例を具体的に実施した状態を示す図である
。図に於いて、４２〜５１は切断部を示し、４２はＸ軸
方向レール、４３はサドルで機体をＸ軸方向に案内する
。

４４はサドル上に固定し、かつレールに直交するｙ軸方
向を案内するクロスレールを袋クロスビーム、４５はク
ロスサドルを示し、クロスレールに沿い、ｙ軸の駆動を
行わせるもの、４６．４７は夫々サドル駆動用サーボモ
ータ、クロスサドル駆動用サーボモータを示す。

４８はクロスサドルに固定した倣いユニットで、検出装
置としてイメージセンサを用いたものを示す。４９はト
レーサユニット４８と切断トーチ５０を連動せしめると
共に、切断トーチを所定の間隔にセットする連結ブーム
である。尚、５１はテンプレート、５２はテンプレート
を載せるテンプレートテーブル、５３は切断定盤に置か
れた被切断材である。

５４〜６６は本発明の制御回路部で、５４は倣い装置４
８に内蔵された撮像装置で、テンプレート５１の影像を
５５に示す直交型イメージセンサ上に結ぶようにしたも
のである。

５６は先に第５図に於いて説明した受光量に見合う電圧
をサンプリングし、１，０の２値符号にかえる処理装置
で、５７の外付可変抵抗を操作することによりモニター
５８に投影された画像の輝度を調整し、処理装置に於け
る画素の受光量の１．０の判別電圧を決めるものである
。

５９はビデオラム装置で、５６のサンプリング処理装置
よりの入力を次のサンプリングの時まで、一時第６図に
示すような回形情作として記憶しておく装置である。６
０は倣い制御の処理装置で、先に第７図、第１表で説明
した８方向の指示を与えるコードを利用して倣い情報を
データに置き換え、例えば、半導体メモリーＲＡＭなど
よりなる補助記憶装置６１に蓄える。６２はパルス分配
装置で、メモ＋Ｊ−６１に蓄えられたパルス情報をパル
スにかえ、デジタル信号にかえるものである。

６３〜６６は通常の数値制御に於ける公知のパルス制御
である。６３は各制御軸独立の加減算バッファレジスタ
で、パルス分配装置６２よりパルスの分配をうけ、その
内容を６４に示すデジタル／アナログ変換器を介してア
ナログ信号にかえ、サーボアンプ６５によりサーボモー
タ４６．４７を駆動せしめる。

６６はパルス発生器で、モータ４６．４７の軸に直結又
は間接的に駆動部からラックピニオンなどを介して位置
の情報をパルスにかえ、バッファレジスタ６３にフィー
ドバック減算するとともに、６０に示す倣い制御の処理
装置にフィードバンクし、ビデオラム５９に蓄えられた
情報範囲に機械の位置のフィードバックが到達した瞬間
にサンプリング指令を与え、次の倣いを続行せしめるも
のである。

尚、５４〜６６に示す制御回路は撮像部５４のみでなく
、実施面では可能な限りトレーサユニット４８内に一体
化して組み付けることが望ましい。

〈発明の効果〉 本発明は上述の如き構成と作用とを有するので、コーナ
一部の如き急に方向を変える場合にも事前にこれを予見
することが出来、従ってコーナ一部の速度制御等も自動
的に行って高速駆動をすることが出来る特徴を有してい
る。前述の如き従来の光学的倣い装置に於いては、倣い
装置の現在位置から常に直前の一点のみしか検出出来ず
、より前方のテンプレートの形状が不明であるので、直
前の制御のみしか行うことが出来ず、従って倣い切断速
度が６００ｗ／ｍｉｎ以下であれば許容し得る場合もあ
るが、プラズマ切断のようにガス切断のＩＯ倍位の速度
を有するものに於いてはコーナ一部を予見して速度を落
とすように制御することが出来なかったのに対し、本発
明は上述の如く、従来のこれ等の欠点を根本的に解決せ
しめることが可能である。

更に本発明に於いては、従来の如く検出部に可動部を設
ける必要がなく、従って軽量小型化することが出来、低
価格で大量生産することが出来る特徴も有している。

更に本発明はアナログ制御で構成された従来の倣い装置
に対し、一般の数値制御に等しいデジタル制御によって
いるために、これを数値制御切断機と本方式のイメージ
センサによる倣いとを併せて併用機とすることも容易で
ある等の特徴も有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置の具体例を示す説明図、第２
図乃至第７図は夫々本発明の論理を示す説明図、第８図
乃至第１２図は夫々従来例を示す説明図である。 １．４２はレール、２，４３は走行サドル、３，４４は
クロスビーム、４．４５はクロスサドル、５．４９は連
結ブーム、６，５０は切断器、７，４８はトレーサユニ
ット、８．５２はテンプレートテーブル、９゜１２、１
９．５１はテンプレート、ｌＯは検出部、１１　ｘ　。 ４６はＸ軸駆動サーボモータ、ｆｌｙ、４７はｙ軸駆動
サーボモータ、１４．２１は検出光点、２２は鏡、２３
は光電素子、２５はモータ、５５は直交型イメージセン
サ、５６は光量デジタル化処理装置、５７は可変抵抗、
５８はモニター、５９はビデオラム装置、６０は倣い制
御の処理装置、６１は補助記憶装置、６２はパルス分配
装置、６３はバッファレジスタ、６４はデジタル／アナ
ログ変換器、６５はサーボアンプ、６６はパルス発生器
である。 特許出願人　　小池酸素工業株式会社 代理人　　弁理士　　中　川　周　吉 第４図 第５図 第６図 第８図 第１１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）白黒などの光学的に対称的な色調で描かれた図形
   、シルエットなどをテンプレートとして用い、直交配列
   された多数の画素よりなるイメージセンサに該テンプレ
   ートの像を投影し、各画素の受光量を電気的量にかえて
   サンプリングして電位を判別し、明暗を１、０信号に換
   えて、次の撮像のタイミングまでビデオラム装置に一時
   蓄え、テンプレートの倣い線に沿って、ある一点を中心
   にしてその周辺をスキャニングして周辺の等分した８個
   の状況を白（１）から黒（０）に換わる時にその境界で
   白の方向に補間を行うような論理によって補間線分を定
   義し、かつこれをコード化して記憶してパルスに再生し
   て制御を行う装置に於いて、機体の位置情報をパルス発
   信器よりフィードバックして撮像の指定限界点に達した
   時に再撮像し、これを繰り返すことによりテンプレート
   を倣って切断機を駆動せしめることを特徴とするデジタ
   ル倣い方法。
2. （２）白黒などの光学的に対称的な色調で描かれた図形
   、シルエットなどをテンプレートとして用い、直交配列
   された多数の画素よりなるイメージセンサに該テンプレ
   ートの像を投影し、各画素の受光量を電気的量にかえて
   サンプリングして電位を判別し、明暗を１、０信号に換
   えて、次の撮像のタイミングまでビデオラム装置に一時
   蓄え、テンプレートの倣い線に沿って、ある一点を中心
   にしてその周辺をスキャニングして周辺の等分した８個
   の状況を白（１）から黒（０）に換わる時にその境界で
   白の方向に補間を行うような論理によって補間線分を定
   義し、かつこれをコード化して記憶してパルスに再生し
   て制御を行う装置に於いて、機体の位置情報をパルス発
   信器よりフィードバックして撮像の指定限界点に達した
   時に再撮像し、これを繰り返すことによりテンプレート
   を倣って切断機を駆動せしめることを特徴とするデジタ
   ル倣い切断機。