JPWO2007049751A1 - 自動切断装置及び開先加工品の製造方法 - Google Patents

Abstract

プラズマ切断装置は、開先加工の複数段階の切断副工程を連続して効率的に行なうことができる。最初の切断副工程で、NCプログラムに従い、ステージ上の母材から製品３４が切り出される。次に、切り出された製品３４の２つのコーナ点の正規位置（NCプログラムにより定義される製品図形８０のコーナ点の位置）８６１、８６２のそれぞれの近傍領域の画像がイメージセンサで撮影され、撮影された画像から、製品３４の２つのコーナ点の実際の位置８４１、８４２が検出され、検出された実際の位置８４１、８４２と正規位置８６１、８６２との間の平行移動距離と回転角度が計算される。計算された平行移動距離と回転角度に応じて、製品３４の実際位置に適合するようNCプログラムが修正される。次の切断副工程では、修正されたNCプログラムに従い、製品３４の外周の切断面に開先加工のための追加の切断が施される。

Description

本発明は、一般には、プラズマ切断トーチ、レーザ切断トーチ、ガス切断トーチ又はその他の切断工具を用いて母材から製品を切り出すための自動切断装置に関し、特に、切り出された製品の切断面に開先加工又は面取り加工を施すことができる自動切断装置及び開先加工品の製造方法に関する。

プラズマ切断、レーザ切断、ガス切断又はその他の切断方法によって切り出される製品の中には、後に行なわれることになる溶接の品質を向上させるため又はその他の目的から、その製品の外周の切断面に開先加工または面取り加工（以下、両者を「開先加工」と総称する）を形成することが要求されるものが少なくない。例えば、建設機械のボディやフレームの部品として使われる製品の場合、その７割程度のものに開先加工が要求される。開先加工は加工面の形状により多くの種類に分けられるが、そのうちの幾つかの種類の開先加工によると、開先加工された面は、製品の主表面に対する角度が異なる２つの切断面の組み合わせから構成される。このような種類の開先加工は、２つの切断面をそれぞれ形成するための２段階の切断副工程によって実施される。最初の段階の切断副工程では、母材の主表面に対して例えば垂直な方向で母材に対する切断が行われて、その母材から製品が切り出される。２番目の段階の切断副工程では、切り出された製品の外形に対して、製品の主表面に対して例えば斜めの方向にベベル切断が行われて、その外形縁の一部が切除される。

開先加工に関して、米国特許第６３６５８８号（特許文献1）及び特開平１１−５７９９９号（特許文献２）に記載の発明が知られている。

米国特許第６３６５８８号には、開先加工のための２段階の切断を行う方法が開示されている。この方法は、まず、レーザビームにより母材を垂直に切断して製品を切り出し、その後、製品だけを残してスクラップを除去し、その後に、製品の外形位置を検出し、検出された外形位置をレーザ制御ユニットに提供し、最後に、傾けたレーザビームを用いて製品の外縁を斜めに切断する。

特開平１１−５７９９９号には、次のような開先切断装置が開示されている。すなわち、この開先切断装置は、前もって切り出された製品を受け取ってこれを所定位置に置き、その製品の外形の複数箇所の位置をレーザセンサなどを使って検出する。検出された外形の複数箇所の位置に基づいて、その製品の外形線を直線、円、円弧などの結合として完全に定義した幾何学形状データが生成される。その幾何学形状データを用いて、製品の外形が或る斜めの角度で切断される。

また、開先加工に直接関連するものではないが、特開２００３−２５１４６４号（特許文献３）には、母材から製品を切り出すときの切断位置を正確にするための方法が開示されている。ここには、２種類の方法が開示されている。第1の方法は、母材をカメラで撮影して、撮影された画像から、母材の輪郭線の座標を割り出し、割り出された母材の輪郭線内の切断可能な領域内に、製品図形をネスティングする。第２の方法は、母材の大きさや形状と切断すべき図形の大きさや形状のデータを予め記憶しておき、母材の数箇所をカメラで撮影して、各撮影箇所における母材の輪郭線を計算し、その輪郭線と予め記憶されている母材のデータとを比較して、両データの位置ずれを合わせ、その後に、製品の切り出しを行なう。
米国特許第６３６５８８号公報 特開平１１−５７９９９号公報 特開２００３−２５１４６４号公報

開先加工の作業能率を向上させるために、切断位置を数値制御（NC)により自動制御することができる一台の切断装置を用いて、上述した２以上の段階の切断副工程を連続して自動的に行なえるようにすることが望まれる。しかしながら、最初の段階の切断副工程では、NCの性能が反映された高精度の加工を行なうことができるが、２番目以降の段階の切断副工程において、切断の精度が悪化してしまうという問題がある。その理由は、最初の段階で製品が母材から切り離された時、母材からの支えを失った製品が動いて、製品の切断装置に対する相対位置が元の位置から若干ずれてしまうからである。

米国特許第６３６５８８号及び特開平１１−５７９９９号は、製品の外形位置のセンシングを行って、センシングの結果から製品の外形線を割り出すという方法を提供している。

しかしながら、製品の外形線を正確に割り出すためには、製品の外形線上の多くの点の位置をセンシングする必要がある。そして、それらの検出結果から製品の外形を完全に定義した幾何学形状データを割り出すために、大量の計算処理を行なう必要がある。さらには、製品の外形の位置を検出する際、米国特許第６３６５８８号のように製品以外のスクラップを事前に除去するか、または、特開平１１−５７９９９号のように製品だけを取り出して切断装置にセットする必要がある。これらの必要のために、かなり長い待機時間が、最初の段階の切断副工程と次の段階の切断副工程の間に入らざるを得ず、よって、この２段階の切断副工程を連続して効率的に進めることが難しい。

また、特開２００３−２５１４６４号には、（製品ではなく、母材の外形線を割り出すための方法ではあるが）母材の数箇所をカメラで撮影してその数箇所の輪郭線データを計算し、その数箇所の輪郭線データと、予め記憶してある外形データとの位置ずれを合わせるという方法が開示されている。この方法を実施するためには、予め記憶してある外形データのどの部分が、撮影画像から得られた数箇所における輪郭線に対応するのかを、見つけ出さなければならない。しかし、その方法については、特開２００３−２５１４６４号には何の開示も無い。また、特開２００３−２５１４６４号のように母材の外形線を割り出す場合には、スクラップの問題は無い。これに対し、母材から切り出された製品の外形位置を割り出す場合には、製品の周囲に存在するスクラップを製品と見誤って検出してしまう可能性を排除しなければならない。

従って、本発明の目的は、切断位置を数値制御（NC)により自動制御することができる一台の切断装置を用いて、開先加工のための２以上の段階の切断副工程を連続的に行なえるようにすることにある。

本発明に従う自動切断装置は、母材が置かれるためのステージと；切断工具と；撮像領域をもつイメージセンサと；前記ステージに対して、前記切断工具を移動させ、前記切断工具の角度を変化させ、かつ、前記イメージセンサの前記撮影領域を移動させるための工具移動機構と；NCプログラムに従い、前記切断工具、前記イメージセンサ及び前記工具移動機構のそれぞれの動作を制御するコントローラとを備える。前記コントローラは、前記NCプログラムに従い、前記ステージ上に置かれた前記母材を前記切断工具により切断して製品を切り出す第１切断副工程を実行するよう制御を行なう第１切断副工程制御手段と；前記第１切断副工程が実行された後、前記イメージセンサの撮像領域を、前記ステージ上の前記切り出された製品の少なくとも２つの特異点の前記NCプログラムにより定義される正規位置を含んだ少なくとも１つの領域に設定し、そして、前記イメージセンサから前記少なくとも１つの領域の画像を取得するよう制御を行なう撮像制御手段と；前記イメージセンサから取得された前記少なくとも１つの領域の前記画像を解析して、前記ステージ上の前記切り出された製品の前記少なくとも２つの特異点の実際の位置を検出する特異点検出手段と；前記特異点の前記検出された実際の位置に応じて、前記ステージ上の前記切り出された製品の実際の位置に適合するように、前記NCプログラムを修正するプログラム修正手段と；前記修正されたNCプログラムに従い、前記ステージ上の前記切り出された製品に対し前記切断工具により追加の切断を施す第２の切断副工程を実行するよう制御を行う第２切断副工程制御手段とを有する。

この自動切断装置によると、第1の切断副工程で母材から製品が切り出された後、NCプログラムに基づき定まる製品の少なくとも２つの特異点の正規位置を含んだ少なくとも１つの領域の画像が、イメージセンサから取得され、それらの取得画像を解析することで、製品の少なくとも２つの特異点の実際の位置が検出され、それら検出された実際の位置に応じて、製品の実際の位置に適合するよう、第２の切断副工程で使用されるNCプログラムが修正される。第１の切断副工程で製品が切り出されたとき、その製品の位置は若干ずれる。しかし、位置ずれ後の製品の位置は、依然として、位置ずれが生じなかった場合の正規位置の近傍に存在する。従って、上記のように、NCプログラムから定まる各特異点の正規位置の近くの領域の画像を取得して、その画像の中から各特異点を探すことにより、容易に各特異点の実際の位置を検出することができる。また、製品の周囲に存在するスクラップを、誤って特異点として検出してしまう可能性も小さい。こうして検出された、少なくとも２つの特異点の実際の位置に基づいて、製品の正規位置からの位置ずれ（平行移動と回転）を確定できるので、NCプログラムを製品の実際の位置に適合するよう簡単に修正できる。これにより、第1の切断副工程と第２の切断副工程との間のNCプログラムの修正に要する処理が簡単になり、その所要時間が短縮できるので、開先加工のための複数段階の切断副工程を連続的に行うことが可能である。

好適な実施形態では、製品の特異点として、製品の外形のコーナ点が使用される。一般に、切り出された製品の外形は２以上のコーナ点を有することが多く、しかも、切断により生じる製品の位置ずれ程度に近い距離範囲内に異なるコーナ点が存在することは殆ど無い。また、コーナ点は、取得画像中から製品の外形線を構成する複数の線分をそれら線分の交点を見つける方法や、コーナ点の近傍での製品形状を表した画素値マトリックスと取得画像中の種々の位置との間のイメージパターンのマッチ度を計算するパターンマッチングの方法などの、画像解析方法により、簡単に取得画像中から見つけ出すことができる。従って、製品外形のコーナ点を特異点として選ぶことにより、容易に精度良く特異点を検出することができる。

好適な実施形態では、前記プログラム修正手段は、前記特異点の検出された実際の位置と前記特異点の正規位置との間の位置ずれに基づいて、前記NCプログラムを修正する。

好適な実施形態では、前記特異点検出手段は、前記取得画像中で前記特異点を検出する範囲を、前記取得画像中の前記特異点の正規位置の近傍範囲のみに限定する。この近傍範囲を、特異点から必要最低限の小さい距離範囲に制限しておけば、製品の外側のスクラップから誤って特異点を検出してしまう虞は一層低減する。

好適な実施形態では、前記コントローラは、前記特異点の検出された実際の位置と正規位置との間の位置関係に基づいて、切り出された製品の位置ずれ量が過大か否かを判断する手段と；前記位置ずれ量が過大であると判断された場合には、その製品に対する第２の切断工程の実行をキャンセルする手段とを更に有する。或る製品の位置ずれ量が過大であると判断された場合、第２の切断工程を実行すると、その製品を損なうおそれがあり、そのため、第２の切断工程をキャンセルすることで、その問題を回避できる。

好適な実施形態では、切断工具とイメージセンサの撮像領域とは、一定の位置関係を維持して、工具移動機構により一緒に移動するようになっている。これにより、切断工具により製品を切り出した後に、その製品の特異点の正規位置へイメージセンサの撮像領域を移動させる制御が、ＮＣプログラムにより定義する正規位置の座標と、上記の一定の位置関係とに基づいて、容易に行なえる。

好適な実施形態では、前記コントローラは、前記切断工具を用いて、ＮＣプログラムにより指定される所定座標点を通るテスト切断線に沿って、ステージ上に置かれたテスト材を切断するテスト切断を実行するよう制御を行なう手段と；前記テスト切断が実行された後、前記切断工具の切断位置と前記イメージセンサの撮像領域との間の位置関係を表す所定のオフセットデータに基づいて、前記撮像領域を、前記所定座標点を含む領域まで移動させ、そして、前記イメージセンサから前記所定座標点を含む領域の画像を取得するよう制御を行なう手段と；前記イメージセンサから取得された前記所定座標点を含む領域の画像を解析して、前記切断工具と前記撮像領域との間の実際の位置関係を検出する手段と、検出された前記実際の位置関係に基づいて、前記NCプログラムまたは前記オフセットデータを修正する手段とを更に有する。これにより、切断工具とイメージセンサの撮像領域との位置関係に多少の狂いが生じても、その狂いを補償できるので、加工精度が一層向上する。

好適な実施形態では、前記イメージセンサの前記撮像領域を両側から照明する２以上のランプを更に備えられる。これにより、イメージセンサから取得される画像における、製品の領域と製品の外側の切断溝の領域との間の明るさの差が計画になるので、その画像を解析して特異点の実際の位置を検出する精度が向上する。

好適な実施形態では、前記母材を切断する時に前記母材から跳ね上がる金属滴が前記イメージセンサに当らない程度に、前記切断工具より十分高い位置に、前記イメージセンサが配置されている。

好適な実施形態では、前記特異点検出手段が、前記各特異点の実際の位置を検出するための画像解析を行う領域を、前記イメージセンサから取得される前記撮像領域の画像中の、前記各特異点の正規位置の近傍領域のみに限定する。これにより、画像解析の時間が短くなる。

好適な実施形態では、表示スクリーンと、作業者が前記表示スクリーンに表示された画像上の任意の位置を、前記各特異点として指定するための特異点ポインティング手段とが更に備えられる。そして、前記特異点検出手段は、前記イメージセンサから取得された前記各画像を解析することで検出された、前記各特異点の前記実際の位置が、所定の誤検出条件を満たすか否かをチェックする手段と；前記チェックの結果がイエスである場合、前記イメージセンサから取得された前記各画像を前記表示スクリーンに表示する手段と；前記作業者が前記特異点ポインティング手段を用いて、前記表示スクリーンに表示された前記各画像上の任意の位置を指し示した場合、前記指し示された位置を、前記各特異点の前記実際の位置として検出する手段とを更に有する。これにより、画像解析で検出された各特異点の実際の位置が誤りである可能性がある場合、作業者が表示スクリーンに表示された画像上で、各特異点の実際の位置を指定することができる。このように、作業者による特異点の手動検出が、画像解析による自動検出の誤りを補償するように用いられ、それにより、特異点の検出の信頼性が向上する。特異点の手動検出は、表示スクリーンに表示された画像上で行われるので、作業者にとり容易である。

好適な実施形態では、画像解析による特異点の実際の位置の自動検出の結果が誤りである可能性がある場合、作業者を警報音やランプの光などで積極的に呼ぶことができるようになっている。これにより、作業の能率が向上する。

好適な実施形態では、特異点の手動検出を行うときには、表示スクリーンに表示され各画像を拡大するようになっている。これにより、作業者にとり、特異点の実際の位置を指定することが一層容易になる。

本発明の別の側面に従う、本発明の別の側面に従う自動切断装置は、母材が置かれるためのステージと；切断工具と；撮像領域をもつ前記ステージ上の撮影領域を撮影するためのイメージセンサと；前記ステージに対して、前記切断工具を移動させ、かつ前記イメージセンサの前記撮影領域を移動させるための工具移動機構と；前記イメージセンサから出力される前記撮影領域の画像を表示するための表示スクリーンと；作業者が前記表示スクリーンに表示された画像上の任意の位置を、前記母材の基準点として指定するための基準点ポインティング手段と；前記作業者が前記イメージセンサの前記撮像領域を移動させるための移動指示と、前記撮像領域の移動を停止させるための停止指示を入力するための移動／停止指示入力手段と；前記切断工具、前記イメージセンサ及び前記工具移動機構のそれぞれの動作を制御するコントローラとを備える。そして、前記コントローラは、前記作業者が前記移動指示入力手段を用いて、前記移動指示を入力した場合、前記入力された移動指示に応答して、入力前記イメージセンサの前記撮像領域を移動させ、前記作業者が前記移動指示入力手段を用いて、前記停止指示を入力した場合、前記入力された停止指示に応答して、前記イメージセンサの前記撮像領域の移動を停止するよう制御を行なう撮像領域移動制御手段と；前記イメージセンサから前記撮像領域の画像を取得して、前記表示スクリーンに表示する表示制御手段と；前記イメージセンサの前記撮像領域の移動が停止しているときに、前記作業者が前記基準点ポインティング手段を用いて、前記表示スクリーンに表示された前記撮像領域の画像上の任意の点を指し示した場合、前記指し示された点の座標を、前記母材の基準点の座標として検出する基準点検出手段とを有する。これにより、作業員は、イメージセンサの撮像領域を移動させて、母材の基準点に相当する点が撮像領域内に入るような位置に撮像領域を大雑把にセットし、そして、表示スクリーンに表示される上記撮像領域の画像を見ながら、その表示された画像上で基準点に相当する点を指定するという簡単な操作を行うだけで、テーブル上に置かれた母材の基準点の座標をコントローラに教えることができる。

本発明のまた別の側面に従う、NCプログラムに従って動作する１台の自動切断装置を用いて開先加工品を製造するための方法は、NCプログラムに従い、前記自動切断装置にセットされた母材を切断して製品を切り出すステップと；前記製品の切り出しが終わった後、前記切り出された製品の少なくとも２つの特異点の前記NCプログラムにより定義された正規位置を含む少なくとも１つの領域の画像を、イメージセンサを用いて取得するステップと；前記イメージセンサから取得された前記少なくとも１つの領域の画像を解析して、前記切り出された製品の前記少なくとも２つの特異点の実際の位置を検出するステップと；前記少なくとも２つの特異点の前記検出された実際の位置に応じて、前記切り出された製品の実際の位置に適合するように、前記NCプログラムを修正するステップと；前記修正されたNCプログラムに従い、前記自動切断装置上の前記製品の外周縁部に対し追加の切断を施すステップとを有する。

本発明によれば、切断位置を数値制御（NC)により自動制御することができる一台の切断装置を用いて、開先加工のための２以上の段階の切断副工程を連続的に行なうことができる。

プラズマ切断装置に適用された本発明の第1の実施形態の全体的な構成を示す斜視図。 第１の実施形態におけるプラズマトーチを傾けるためのチルタの斜視図。 第１の実施形態におけるメインコントローラ３２の校正を示すブロック線図。 図４A〜図４Dは異なる種類の開先加工を説明するための切断面の断面図。 複数段階の切断副工程から構成される開先加工の切断工程の制御の流れを示す図。 切り出された製品３４の位置を検出しその位置ずれを把握する制御を説明するための製品３４の平面図。 図７Aは、パターンマッチングの方法により特異点をサーチするためのパターン例を示す図、図７Bは、画像内の製品の図形とパターンとのマッチが成立した時の例を示す図。 加工制御データのキャリブレーションを説明するための母材１４の平面図。 同キャリブレーションの制御のフローチャート。 本発明の第２の実施形態にかかるプラズマ切断装置におけるイメージセンサとランプの配置を示す斜視図。 図１１Aは、第２の実施形態において特異点の自動検出が行われているときのコンソールの例を示す図、図１１Bは、特異点の手動検出が行われているときのコンソールの例を示す図。 第２の実施形態において特異点を検出する制御の流れを示す図。 第２の実施形態において母材の原点座標と姿勢を検出する制御の流れを示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、プラズマ切断装置に適用された本発明の第1の実施形態の全体的な構成を示す。

図１に示すように、本発明の第1の実施形態にかかるプラズマ切断装置１０は、床上に設置されたほぼ直方体形のテーブル１２を有し、このテーブル１２の上面上に母材１４（典型的には鋼板）が載置されることになる。母材１４に対する切断位置を制御するために、テーブル１２の平面形状の長辺と短辺の方向にそれぞれX軸とY軸を有し、かつ、テーブル１２の上面に直交する方向（高さ方向）にZ軸を有する直交座標系が論理的に定義される。テーブル１２の脇にX軸に平行にX軌道１６が設置され、X軌道１６上に台車１８が載っており、台車１８はX軸方向に往復移動することができる。

台車１８からテーブル１２の上方へ、Y軸と平行にY軌道梁２０が延び出ており、Y軌道梁２０にキャリッジ２２が取り付けられ、キャリッジ２２はY軸方向に往復移動することができる。キャリッジ２２にエレベータ２４が取り付けられ、エレベータ２４にチルタ２６が取り付けられ、エレベータ２４はチルタ２６をZ軸方向に往復移動させることができる。チルタ２６に、切断工具としてのプラズマトーチ２８が取り付けられている。チルタ２６は、開先加工に必要な所定の角度範囲でプラズマトーチ２８を傾ける（プラズマトーチ２８の方向を変える）ことができる。

チルタ２６は、図２に示されているように、エレベータ２４に取り付けられてZ軸方向に昇降できるブラケット４０を有し、このブラケット４０に、Z軸に平行に主回転シャフト４２が取り付けられており、主回転シャフト４２はZ軸に平行なB軸を中心に一定角度範囲で回動自在である。さらに、主回転シャフト４２に、Z軸に平行に下方へ延びた2本のアーム４４、４４が固定され、アーム４４、４４の下端部に、副回転シャフト４６を介してプラズマトーチ２８が取り付けられており、プラズマトーチ２８は、アーム４４、４４に対してB軸に垂直なC軸を中心に一定角度範囲で回動自在である。ブラケット４０に取り付けられたモータユニット４８から動力で、主回転シャフト４２の回転と副回転シャフト４６の回転が独立して行なわれる。

再び図１を参照して、エレベータ２４には、さらに、ステージ１２上の母材１４の表面の２次元イメージをセンスするためのイメージセンサ３０が取り付けられていて、イメージセンサ３０はチルタ２６（プラズマトーチ２８）と一緒にZ軸方向へ昇降することができ。イメージセンサ３０としては、例えば、CCDなどを用いたエリア撮像素子を内蔵するイメージセンサ（静止画カメラまたは動画カメラ）、或いは、フラットベース形イメージスキャナなどで用いられているリニア撮像素子で撮影範囲を走査するように構成されたもの、赤外線イメージを撮影するものなど、種々の構造のものが採用できるが、この実施形態では、一例として、CCDなどを用いたデジタル動画カメラが用いられる。なお、イメージセンサ３０は、エレベータ２４ではなく、キャリッジ２２に取り付けられてもよい。いずれにしても、イメージセンサ３０は、チルタ２６（プラズマトーチ２８）と一緒にX軸とY軸の方向に移動でき、イメージセンサ３０とチルタ２６（プラズマトーチ２８の基本的な取り付け位置）とのXY平面での位置関係は一定である。イメージセンサ３０の視野はZ軸と平行でテーブル１２へ（下方へ）向けられており、イメージセンサ３０の結像光学系はテーブル１２上の母材１４の主表面（上面）の像をイメージセンサ３０の受光面に結像できるように調整されており、よって、母材１４の主表面の或るサイズの領域（以下、撮像領域という）を撮影することができる。

上述したX軌道１６、台車１８、Y軌道梁、キャリッジ２２、エレベータ２４及びチルタ２６が、ステージ１２上の母材１４に対するプラズマトーチ２８による切断位置（すなわち、母材１４を切断する点のＸＹ座標面上での位置）と切断角度（ベベル角、すなわち、Ｚ軸に対する切断面の角度）を変えるための工具移動機構を構成する。工具移動機構１６〜２６は、さらに、ステージ１２上の母材１４に対するイメージセンサ３０の撮像領域の位置を変える役割も兼ねる。図１には示されてないが、電力をプラズマトーチ２８に供給するためのプラズマ電源３５（図３参照）と、プラズマガス及びアシストガスをプラズマトーチ２８に供給するためのガスシステム３６（図３参照）も、このプラズマ切断装置１０に設けられている。

テーブル１２の近くにメインコントローラ３２が設置されている。メインコントローラ３２は、図３に示すように、数値コントローラ３２０を有し、数値コントローラ３２０は、NCプログラム３２２を外部装置から入力して記憶し、そのNCプログラム３２２に基づいて、母材１４から製品３４を切り出すための切断工程を実行し制御する。すなわち、数値コントローラ３２０は、記憶されたNCプログラム３２２に基づいて、工具移動機構１６〜２６の動作を制御してプラズマトーチ２８の移動と角度（ベベル角）を制御しつつ、プラズマ電源３５とガスシステム３６の動作を制御してプラズマトーチ２８の動作を制御する。ここで、NCプログラム３２２には、例えば、母材１４の形状及びサイズなどを定義した母材定義データ、及び各製品３４の母材１４上での位置と形状を定義した製品図形データが含まれている。さらに、各製品３４に開先加工を施すべき場合には、開先加工を各製品３４の何処の部分に施すのか、及び、開先加工された切断面が断面形状において如何なる形状なるべきか、などの開先加工の詳細条件を指定した開先加工データも、ＮＣプログラム３２２に含まれる。さらに、各製品３４の開先加工が次に述べるような複数段階の切断副工程を含む場合には、各製品３４の形状に応じて予め選択された各製品の外形線上の少なくとも２つの点（典型的には、例えば、製品３４の外形のコーナに相当する点）（特異点という）の位置のＸＹ座標値も、ＮＣプログラム３２２に含まれる。

後に図４A〜図４Dを参照して説明するように、幾つかの種類の開先加工は、２段階以上の切断副工程により実施される。その場合、第１段階の切断副工程では、NCプログラム３２２に基づいて母材１４から各製品３４が切り出される。その後、第２段階以降の切断副工程では、切り出された各製品３４に、その切断面が断面形状においてNCプログラム３２２の開先加工データにより指定された形状になるように、NCプログラム３２２に基づいて追加の切断が施される。このように複数段階の切断副工程が行なわれる場合、第１段階の切断副工程で各製品３４が母材１４から切り出されたとき、各製品３４の位置が元の位置（正規の位置）から若干ずれてしまう場合がある。第２段階の各切断副工程でも、各製品３４の位置ずれが生じることがある。前の切断副工程で或る製品３４の位置が正規の位置からずれた場合、元のNCプログラム３２２に基づいては、次の切断副工程を行なうことができなくなる。この問題に備えて、メインコントローラ３２は、さらに、第２段階目以降の各切断副工程を開始する直前に、各製品３４の上述した位置ずれを検出して、その位置ずれを補償するようにNCプログラム３２２を修正するという制御を行なうことができるようになっている。

このNCプログラム３２２を修正する制御を可能にするために、メインコントローラ３２は、図３に示すように、画像解析器３２４を有し、画像解析器３２４は数値コントローラ３２０とイメージセンサ３０とに接続される。画像解析器３２４は、コンピュータプログラムでもよいし、ハードワイヤードロジック回路であってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。画像解析器３２４と数値コントローラ３２０とは、次のように協働することで、上記制御を実現する。すなわち、第２段階目以降の各切断副工程を開始する直前に、数値コントローラ３２０は、工具移動機構１６〜２６を制御することにより、イメージセンサ３０を移動させ、そして、イメージセンサ３０の撮像領域の中心点が、ＮＣプログラム３２２によって指定される各製品３４の少なくとも２つの特異点の正規位置（上記位置ずれが無ければ特異点が実際にそこに位置することになる位置）にそれぞれ一致するような２つの位置（つまり、２つの特異点の正規位置の真上の位置）で、イメージセンサ３０に逐次に停止させる。イメージセンサ３０が各特異点の正規位置の真上で停止すると、画像解析器３２４が、イメージセンサ３０を駆動して、母材１４の主表面上の撮像領域（つまり、各特異点の正規位置を中心とした所定サイズの領域）の画像を取得し、そして、その取得された画像を解析して各特異点の実際の位置のXY座標を検出し、そのXY座標を計算する。画像解析器３２４は、検出された各特異点の実際の位置のＸＹ座標値を、数値コントローラ３２０に知らせる。製品３４ごとに、少なくとも２つの特異点の実際の位置のＸＹ座標値が、画像解析器３２４により検出されて、数値コントローラ３２０に知らされる。その後、数値コントローラ３２０は、画像解析器３２４から通知された各製品３４の少なくとも２つの特異点の実際の位置のＸＹ座標値と、NCプログラム３２２により指定された各製品３４の上記特異点の正規の位置のＸＹ座標値とを比較して、各製品３４の実際の位置の正規の位置からの位置ずれの量を表す値のセット（平行移動成分値と回転成分値のセット）を計算する。そして、数値コントローラ３２０は、計算された位置ずれの値セットに応じて、NCプログラム３２２(特に、製品３４毎の製品図形データ）を、各製品３４の実際の位置に適合するように修正し、その修正されたNCプログラム３２３に基づいて次段階の切断副工程を制御する。後述するこの制御の詳細な説明から判るように、この制御によれば、前述した従来技術よりも簡単に製品３４の実際の位置を把握することができる。しかも、この制御は、テーブル１２上からスクラップ（製品３４以外の残材）を除去しなくても行なうことができる。

図３に示すように、メインコントローラ３２は、さらに、コンソール３２６を有する。コンソール３２６は、上述した数値コントローラ３２０及び画像解析器３２４に作業者が種々の指令を入力したり、数値コントローラ３２０及び画像解析器３２４からの種々の情報（例えば、イメージセンサ３０から受信される画像、上述した特異点の正規の位置と検出された実際の位置、及び種々の文字メッセージなど）を表示するためなどに使用される。

図４A〜図４Dは、本発明の一実施形態にかかるプラズマ切断装置１０により実行することができる代表的な複数種類の開先加工による製品３４の切断面の断面形状の例を示す。

図４Aに示す種類の開先加工による製品３４の切断面は、その全部が、製品３４の主表面（上面）に対して垂直ではない或る角度をなすベベル面５０となっている。このように切断面の全部が一つのベベル面５０となるような種類の開先加工は、一般にV開先加工といわれる。なお、図３Aとは上下が逆転している場合も、V開先加工に含まれる。

図４Bに示す種類の開先加工による製品３４の切断面は、その一部がベベル面５０であり、残りの部分が主表面に垂直な垂直面５２となっている。このように切断面がベベル面５０と垂直面５２の２面から構成されるような種類の開先加工は、一般にY開先加工といわれる。なお、図４Bとは上下が逆転している場合も、Y開先加工に含まれる。

図４Cに示す種類の開先加工による製品３４の切断面は、プラスのベベル角をもつ１つのベベル面５０Aと、マイナスのベベル角をもつもう一つのベベル面５０Bとから構成される。このようにベベル角の異なる２つのベベル面５０A、５０Bから切断面が構成される種類の開先加工は、一般にX開先加工といわれる。

図４Dに示す種類の開先加工による製品３４の切断面は、上と下のベベル面５０A、５０Bと、中央の垂直面５２をもつ。このようにベベル角の異なる３つの面５０A、５０B、５２から切断面が構成される種類の開先加工は、一般にK開先加工といわれる。

図４Aに示すV開先加工は１段階の切断工程で行うことができる。これに対し、図４B及び図４Cに示すY開先加工及びX開先加工は２段階の切断副工程を必要とし、図４Dに示すK開先加工は３段階の切断副工程を必要とする。これらY、X及びK開先加工は、本発明の原理に従って制御される。ここで、Y、X及びK開先加工において、垂直面とベベル面のいずれをどの段階で形成するかは、自由に選択できる。例えば、図４Bに示したY開先加工の場合、典型的には、第1段階で垂直面５２を形成し、第２段階でベベル面５０を形成するが、逆に、第1段階でベベル面５０を形成し、第２段階で垂直面５２を形成してもよい。

図５は、複数段階の切断副工程から構成される開先加工の切断工程をメインコントローラ３２（数値コントローラ３２０と画像解析器３２４）が制御する場合のその制御の流れを示す。

図５に示すように、ステップ６０でメインコントローラ３２内の数値コントローラ３２０は、入力されたNCプログラム３２２に基づいて、第１段階の切断副工程を実行し制御する。第１段階の切断副工程では、予め決定されている母材１４のステージ１２上での位置及び姿勢と、NCプログラム３２２に記述された各製品３４の形状図形データとに基づいて、プラズマトーチ２８が第1のベベル角度を維持しつつ各製品３４の形状図形に沿って移動しつつ、プラズマトーチ２８がプラズマアークを噴射し、それにより、各製品３４の全周にわたり、第１のベベル角度（例えば、母材１４の主表面に対して垂直な角度、或いは所定の斜めの角度）で母材１４が切断されることにより、母材１４から各製品３４が切り出される。切り出された各製品３４は母材１４から完全に切り離されるので、各製品３４の位置が正規の位置から若干ずれてしまうことがある。NCプログラム３２２により指定された全ての製品３４が切り出されると、第１段階の切断副工程が完了する。

第１段階の切断副工程が完了した後、メインコントローラ３２は、ステップ６２〜６６の制御、すなわち、切り出された各製品３４の実際の位置を検出して、各製品３４の位置ずれを把握する制御を行なう。図６は、この制御を具体的に説明するための製品３４の平面図である。以下、図５と図６を参照しながら、ステップ６２〜６６の制御について説明する。

図５に示すように、ステップ６２で、画像解析器３２４は、イメージセンサ３０を駆動して、母材１４の表面における、切り出された各製品３４の少なくとも２つの特異点の正規位置をそれぞれ中心とした所定サイズの２つの領域を撮影させ、その撮影された２つの領域の画像をイメージセンサ３０から取得し、その２つの領域の画像（カラー画像又はグレースケール画像）をバイナリ画像（モノクロ画像）に変換する。ここで、各製品３４の特異点は、その位置に基づいて各製品３４の位置を割出すために適した各製品３４上の或る箇所又は点である。各製品３４の位置ずれ（平行移動成分と回転成分）を把握する必要から、各製品３４について、少なくとも２つの特異点が設定される。各製品３４の少なくとも２つの特異点の正規位置のＸＹ座標は、NCプログラム３２２によって前もって指定されている。或いは、変形例として、NCプログラム３２２に含まれる各製品３４の製品図形データに基づいて、数値コントローラ３２が、各製品３４の少なくとも２つの特異点の正規位置のＸＹ座標を決定してもよい。この実施形態では、各製品３４の外形線上の２つのコーナ点が、２つの特異点として用いられる。また、各製品３４の特異点の「正規位置」とは、各製品３４の位置ずれが生じなかったならば特異点はそこに実際に存在するはずであるという位置であり、これらはNCプログラム３２２内の各製品３４の製品図形データに基づいて定まるものである。製品３４の位置ずれが生じることによって、特異点の実際の位置はそれぞれの正規位置からずれてしまう。

ステップ６２について、図６に示された例を用いて説明する。図６において、参照番号８０が付された一点鎖線の図形は、NCプログラム３２２の製品図形データにより定義された、或る製品３４の形状図形であり、その製品３４の正規の位置を表しており、これを以下、「正規製品図形」という。正規製品図形８０の外形線上の２つのコーナ点８６１、８６２が、正規製品図形８０の特異点として設定される。正規製品図形８０の特異点８６１、８６２は、製品３４の２つの特異点（コーナ点）の正規位置に相当するので、これを以下、「特異点正規位置」という。ステップ６２では、数値コントローラ３２０が、イメージセンサ３０をX軸とY軸に沿って移動させて、イメージセンサ３０の撮像領域の中心が第１の特異点正規位置８６１が位置するようにイメージセンサ３０の位置をセットする。そして、画像解析器３２４が、イメージセンサ３０を駆動して、その撮像領域（すなわち、第１特異点正規位置８６１を中心とした所定サイズの領域）８８１の画像を取得する。次に、数値コントローラ３２０が、イメージセンサ３０の撮像領域の中心が第２の特異点正規位置８６２が位置するようにイメージセンサ３０の位置をセットし、そして、画像解析器３２４が、イメージセンサ３０を駆動してその撮像領域（すなわち、第２特異点正規位置８６２を中心とした所定サイズの領域）８８２の画像を取得する。ここで、特異点正規位置８６１、８６２のXY座標はNCプログラム３２２に基づいて定められるので、イメージセンサ３０の撮像領域の中心の位置を上記のように特異点正規位置８６１、８６２にそれぞれセットする制御は、NCプログラム３２２に基づいて行われる。イメージセンサ３０が撮像領域８８１及び８８２を撮影する際、製品３４とともにスクラップ８２も、第１段階の切断副工程が終了した時のままの位置でステージ１２上に残しておいてよい。勿論、撮影を行なう前に、製品３４だけを残してスクラップ８２をステージ１２上から除去してもよい。

多くの場合、切り出された製品３４の実際の位置は、図示のように、正規製品図形８０からは若干ずれており、よって、製品３４の２つの特異点の実際の位置８４１、８４２は、対応する特異点正規位置８６１、８６２からずれている。殆どの場合、その位置ずれ距離はせいぜい１ｍｍ程度である。撮像領域８８１、８８２のサイズは、上記位置ずれ量より十分に大きく設定されている。従って、各撮像領域８８１、８８２の中に各特異点の実際の位置８４１、８４２は必ず入ることになる。

再び図５を参照して、上述したステップ６２で撮像領域８８１、８８２のバイナリ画像を取得した後、ステップ６３で、画像解析器３２４は、撮像領域８８１、８８２のバイナリ画像を解析して２つの特異点の実際の位置８４１、８４２を見つけ、それら実際の位置８４１、８４２のXY座標を割り出す。特異点の実際の位置８４１、８４２をサーチする範囲は、撮像領域８８１、８８２の全体範囲でもよいが、そうせずに、図６に例示するように、それぞれの特異点正規位置８６１、８６２から所定の距離R以内の近傍範囲９０１、９０２内だけに限定してもよい。ここで、所定の距離Rには、可能性のある位置ずれ距離の最大値（例えば、切断溝、つまり切り出された製品３４とスクラップ８２との間の隙間、の最大幅）程度の値が採用され得る。このように特異点の実際位置８４１、８４２をサーチする範囲を特異点正規位置８６１、８６２の近傍範囲９０１、９０２内だけに限定することにより、製品３４の周囲に存在するスクラップ８２がサーチ範囲から除外される場合が多くなるので、スクラップ８２の或る箇所を特異点として誤検出してしまう可能性が低減する。さらに、そのサーチにより、同じ特異点に該当する可能性が同程度に高い複数の候補点が見つかった場合には、見つかった複数の候補点の中から、対応する特異点正規位置に最も近い位置にある一つの点を、特異点の実際位置として選択することができる。変形例として、上記のように２つの特異点正規位置８６１と８６２をそれぞれ含む２つの領域８８１と８８２の画像を順次に取得してそれぞれの画像を解析するのではなく、２つの特異点正規位置８６１と８６２の双方を含む１つの広い領域の画像を1度に取得し、そして、その１つの広い領域の画像を解析して２つの特異点の実際位置８４１と８４２を見つけ出すようにしてもよい。

特異点の実際位置を見つけるための画像の解析方法としては、種々の方法が採用できる。例えば、撮像領域８８１、８８２の各画像内から製品３４の外形線を構成する複数の線分を検出し、そして、それらの線分が交わって形成されるコーナ点であって各特異点正規位置８６１、８６２に最も近いものを見つけ出し、見つけ出されたコーナ点を、特異点の実際位置とみなす方法が採用できる。或いは、例えば、図７Aと図７Bに示すようなパターンマッチングの方法を用いることもできる。この方法は、領域８８１、８８２の各画像の中から、製品図形により定まる各特異点の近傍の製品形状パターンに最も良くマッチする図形パターンを見つけ出すという方法である。

図７Aには、このパターンマッチングの方法で用いられる画素値マトリックス１００が示されている。この画素値マトリック１００は、M画素×N画素のサイズのサイズを有する（図７Ａ中、１枡が１画素に相当し、よって、図示の例では、画素値マトリックス１００のサイズは８画素×８画素である。）。画素値マトリックス１００内の各画素値は「１」又は「０」のバイナリ値である。画素値マトリックス１００は、製品領域１０２と背景領域１０４とから構成され、製品領域１０２の全ての画素値は例えば「１」であり、背景領域１０４の全ての画素値は例えば「０」である。製品領域１０２の形状は、NCプログラムの製品図形データにより定義された或る製品３４の製品図形の特異点正規位置８６１の近傍の部分の形状に相当し、背景領域１０４の形状は、その製品図形の外の領域（典型的には、切り代の領域）の形状に相当する。そして、製品領域１０２の特異点正規位置８６１に対応する１つのコーナ点１０６が、画素値マトリックス１００の中心点に配置される。

画像解析部３２４は、数値コントローラ３２０からNCプログラムの製品図形データを受信し、その製品図形データに基づいて、各製品３４の或る特異点正規位置、例えば第1特異点正規位置８６１、に対応した、上記構成の画素値マトリックス１００を作成する。その後、画像解析器３２４は、第１特異点正規位置８６１の撮影領域８８１のバイナリ画像中の１つの部分に、画素値マトリックス１００をオーバレイする。その際、先ず、そのバイナリ画像の中心点（つまり、第１特異点正規位置８６１）と画素値マトリックス１００の中心点（つまり、図７Ａに示した製品領域１０２のコーナ点１０６）とが位置的に一致するようにして、画素値マトリックス１００をオーバレイする。そして、画像解析器３２４は、画素値マトリックス１００内の各画素の画素値と、それがオーバレイされたバイナリ画像中の各画素の画素値とを比較し、両画素値が一致するか否かを調べ、画素値の一致が得られた画素の個数を集計する。この集計値が、画素値マトリックス１００と、それがオーバレイされたバイナリ画像の部分との間のイメージパターンのマッチ度を表すことになる。その後、画像解析部３２４は、画素値マトリックス１００の中心点のバイナリ画像上での位置を、１画素ずつX方向又はY方向に逐次に移動させ、各移動先の位置にて、上述した画素値の比較を行い、画素値の一致した画素数を集計してマッチ度を求める。上述したサーチ範囲の全ての画素位置に渡って、画素値マトリックス１００の中心点の移動を繰り返し、各移動先の位置にて、画素値の一致した画素数つまりマッチ度を計算する。

以上の結果、各画素値マトリックス１００の中心点が置かれたバイナリ画像中の種々の位置の中で、画素値の一致した画素数つまりマッチ度が最も大きくなった位置が、第1の特異点の実際の位置８４１、に該当する可能性が最も高い位置である判断され、そして、その位置のXY座標が、第1の特異点の実際の位置８４１として検出される。例えば、図７Bに例示したように、バイナリ画像１１０中の一点鎖線で示される領域１１２に図７Aに示した画素値マトリックス１００がオーバレイされたとき、マッチ度が最大になる。従って、このときの画素値マトリックス１００の中心点（つまり、図７Ａに示す製品領域１０２のコーナ点１０６）に対応するバイナリ画像１１０中の位置８４１が、第１の特異点の実際位置として検出される。これと同様のパターンマッチングが、各製品３４の第２の特異点についても行われて、図６に示された第２の特異点の実際の位置８４２も検出される。

なお、マッチ度を計算する方法として、画素値の一致した画素数を単純にカウントする方法の代わりに、画素値マトリックス１００の中心点（つまり、特異点８４１に対応するコーナ点１０６）に近い画素に対して大きい重み係数を与え、中心点から遠い画素に対して小さい重み係数を与えて、画素値の一致した画素の重み係数を積算してマッチ度とするという方法を採用することもできる。この方法により、スクラップ８２上に特異点を誤検出してしまうおそれが一層減る。

再び図５を参照して、ステップ６３にて、上記のような画像解析により各製品３４の２つの特異点の実際の位置８４１、８４２のXY座標が検出されるが、これらの検出されたＸＹ座標は、それぞれの撮像領域の画像内の座標系に従ったＸＹ座標（以下、画像座標という）である。次に、画像解析器３２４は、画像解析で得られた２つの特異点の実際の位置８４１、８４２の画像座標を、それぞれ、数値コントローラ３２０により使用されるプラズマトーチ２８の位置制御のための機械座標系に従ったＸＹ座標（以下、機械座標という）に変換する。そして、画像解析器３２４は、２つの特異点の実際の位置８４１、８４２の機械座標を、数値コントローラ３２０に通知する。

その後、図５に示すステップ６４で、数値コントローラ３２０が、画像解析器３２４から通知された各製品３４の２つの特異点の実際の位置８４１、８４２の機械座標に基づいて、各製品３４の位置ずれ量を表す値のセット（平行移動距離値と回転角度値のセット）を計算する。そして、数値コントローラ３２０は、各製品３４の位置ずれ量の値セットに基づいて、その位置ずれ量が、所定の許容範囲内であるか否かを判断する。その結果、各製品３４の位置ずれ量が許容範囲内であれば、制御はステップ６６へ進むが、位置ずれ量が許容範囲を超えていた場合には、制御はステップ６５へ進む。ステップ６５では、数値コントローラ３２０は、その製品３４の位置ずれ量が許容範囲を超えていることを示すアラーム信号を例えばコンソール３２６に出力し、そして、その製品３４を次段階以降の切断副工程による自動加工の対象から外す。

一方、ステップ６４の結果、各製品３４の位置ずれ量が許容範囲内であれば、制御はステップ６６へ進み、ここで、数値コントローラ３２０は、各製品３４の位置ずれ量に適合するように、NCプログラム３２２（特に、各製品３４の位置と形状を定義した製品図形データ）を修正する。再び図６を参照して、この制御では、元のNCプログラム３２２に基づいて得られる各製品３４の特異点正規位置８６１、８６２の機械座標（X10,Y10）、（X20,Y20）が、検出された特異点の実際の位置８４１、８４２の機械座標（X11,Y11）、（X21,Y21）へシフトするように、元のNCプログラム３２２に対して平行移動と回転の変換が施される。すなわち、各製品３４の特異点正規位置８６１、８６２の機械座標（X10,Y10）、（X20,Y20）を、各製品３４の検出された特異点の実際の位置８４１、８４２の機械座標（X11,Y11）、（X21,Y21）へ移動させるための平行移動距離と回転角が計算され、その平行移動距離分の座標平行移動修正と回転角分の座標回転修正とが元のNCプログラム３２２の各製品３４の製品図形データに適用されて、修正されたNCプログラム３２３が得られる。図３に示すように、修正されたNCプログラム３２３は、数値コントローラ３２０によって記憶される。

再び図５を参照して、数値コントローラ３２０は、ステップ６８で、修正されたNCプログラム３２３を用いて、開先加工を要する各製品３４に対して、第２段階の切断副工程、すなわち、各製品３４の外周縁部に、第２のベベル角度(例えば、製品３４の主表面に対して斜めの角度、または垂直の角度）で追加の切断を施して、その切断面の断面形状を、修正されたＮＣプログラム３２３により指定された開先形状（例えば、図４Bに例示したY開先、或いは、図４Cに例示したX開先などの断面形状）にする。修正されたNCプログラム３２３では、各製品３４の製品図形データは、各製品３４の実際の位置を表しているから、第２段階の切断副工程の切断軌跡は各製品３４の実際の位置に応じた適正な位置に制御され、よって、高精度な加工が行なわれ得る。

その後、数値コントローラ３２０は、ステップ７０で、各製品３４について、実行すべき全ての切断副工程が完了したかどうか判断し、その結果、次段階の切断副工程を要する開先加工が残っている場合には、その開先加工について、上述したステップ６２〜６８の制御を繰り返して、その次段階の切断副工程を実行する。

その後、メインコントローラ３２は、ステップ７２の制御により、上述したステップ６０〜７０の制御を、NCプログラム３２２により定義された全ての製品３４について繰り返す。

以上説明した制御により、１台のプラズマ切断装置１０上で、母材１４から製品３４を切り出し、その後に、切り出された製品の切断面に追加の切断加工を施すという、開先加工のための複数段階の切断副工程を、自動的に連続して効率的に実行することができる。なお、上に説明した制御は、最初の切断副工程で製品を「切り出す」とき、製品の外周を全周にわたり完全に切断して製品を母材（スクラップ）から完全に分離する場合だけでなく、製品の外周の一部だけを残し、その一部がミクロジョイントの様に製品と母材（スクラップ）を繋いでいる場合にも適用することができ、それにより、２回目以降の切断副工程の加工精度を向上させることができる。

ところで、上述の制御においては、プラズマトーチ２８（プラズマトーチ２８による切断位置）とイメージセンサ３０との間の位置関係が数値コントローラ３２０及び画像解析器３２２により正確に把握されている必要がある。しかし、プラズマトーチ２８の位置制御軸は、X、Y、Z軸だけでなく、チルトのためのB軸とC軸とがあるために、プラズマトーチ２８が他の物に接触したりしたときに、いずれかの軸の原点が正しい位置から若干ずれてしまう可能性がある。或いは、何らかの原因でイメージセンサ３０の位置がずれてしまうこともあるかもしれない。そこで、この実施形態では、メインコントローラ３２は、プラズマトーチ２８（プラズマトーチ２８による切断位置）とイメージセンサ３０との間の位置関係を検出して、検出された位置関係に応じてNCプログラム３２２またはその他の加工制御データをキャリブレートする機能を更に備える。このキャリブレーションは、プラズマトーチ２８が他の物に接触したりした時、開先加工の開始前、プラズマ切断装置の電源投入時、地震が発生した後など、任意の時に、行うことができる。

図８は、このキャリブレーションの動作を説明する図である。図９は、このキャリブレーションの制御の流れを示すフローチャートである。

図９に示すように、このキャリブレーションの制御では、ステップ１３０で、数値コントローラ３２０は、チルタ２６のB軸とC軸の位置をＢＣ座標の原点にセットし、そして、プラズマトーチ２８を駆動して、NCプログラム３２２により指定されるテスト切断線に沿って、ステージ上に置かれた或るテスト材（これは、製品３４を切り出すための母材１４でもよいし、別の板材でもよい）１２１を切断するというテスト切断を行う。ここで、テスト切断線は、図８に例示するようなL字形の折れ線１２０でも良いし、或いは、その他の形状の線でも（例えば、単なる丸穴が穿孔されるだけでも）よいが、いずれにしても、テスト切断線は、所定のＸＹ座標の位置（例えば、ＸＹ座標の原点）を通っており、テスト切断線上の何処が上記所定座標位置に該当するかが、イメージセンサ３０により撮影される画像から把握できるような形状を有している。図８に示した例では、L字形のテスト切断線１２０のコーナ点１２２が、上記所定座標位置に該当する。従って、このL字形のテスト切断線１２０の上記所定座標位置に該当する箇所つまりコーナ点１２２は、上述した特異点をサーチする方法と同様の方法で見つけ出すことができる。

再び図９を参照して、ステップ１３０のテスト切断が終われると、ステップ１３２で、数値コントローラ３２０は、予め数値コントローラ３２０に設定されているオフセット距離（X方向の距離とY方向の距離）だけ、上記所定座標位置からずれた位置に、ＢＣ座標の原点にセットされているプラズマトーチ２８の切断位置に相当する位置が来るように、工具移動機構１６〜２６を移動させ、それにより、プラズマトーチ２８とイメージセンサ３０が一緒に移動する。ここで、上記オフセット距離とは、イメージセンサ３０の撮像領域の中心と、ＢＣ座標の原点にセットされているプラズマトーチ２８の切断位置との間の距離を表したデータである。上記移動が終わった後、ステップ１３４で、画像解析器３２４が、イメージセンサ３０を駆動して、その撮像領域の画像をイメージセンサ３０から取得する。このとき、もし、トーチ移動機構１６〜２６のX、Y、Z、B、C軸全ての原点が正確であるならば、出力された画像１２４内で、テスト切断線１２０のコーナ点（上記所定座標位置に相当する箇所）１２２が、その画像の中心（イメージセンサ３０の撮像領域の中心）１２６に位置する筈である。他方、そうでなければ、実際のオフセット距離は、数値コントローラ３２０に記憶されているオフセット距離とは異なるので、図８に例示するように、撮影された画像１２４内で、テスト切断線１２０のコーナ点（上記所定座標位置に相当する箇所）１２２は、画像１２４の中心１２６から外れることになる。

その後、画像解析器３２４は、図９のステップ１３６で、画像１２４を解析して、画像１２４の中心（イメージセンサ３０の撮像領域の中心）１２６とテスト切断線１２０のコーナ点（上記所定座標の相当する箇所）１２２との間の機械座標系での位置ずれ量（すなわち、実際のオフセット距離と、数値コントローラ３２０に記憶されているオフセット距離との違いであり、X方向の位置ずれ量と、Y方向の位置ずれ量からなる）を計算し、その位置ずれ量をＮＣコントローラ３２０に通知する。そして、ステップ１３８で、ＮＣコントローラ３２０が、その位置ずれ量の分だけ、NCプログラム３２２（特に、各製品３４の製品図形データのXY座標値）及び上述したオフセット距離のうちのいずれか一方を修正する。以後は、NCプログラム３２２により指定される或るXY座標に対応する位置をプラズマトーチ２８で切断した後に、オフセット距離だけカメラ３０を移動させれば、そのXY座標位置に対応する切断位置にイメージセンサ３０の撮像領域の中心が正確に位置合わせされるようになる。因みに、イメージセンサ３０の撮像領域の中心は、イメージセンサ３０のレンズ系の収差の影響を最も受け難いから、撮像領域の中心を切断位置に合わせられるようにキャリブレーションを行なうことで、図５のステップ６２〜６８に示した制御を高精度に行なうことが可能になる。

次に、本発明の第２の実施形態にかかるプラズマ切断装置ついて説明する。第２の実施形態は、上述した第1の実施形態の構成に４つの改良を加えたもので、そのうち、３つの改良は、特異点の検出性能を高めるためのものであり、他の１つの改良は、テーブル１２上での母材１４の位置と姿勢を検出する性能を改善するためのものである。特異点の検出性能を高めるための1つ目の改良は、イメージセンサ３０の配置とその撮像領域の照明とに関し、２つ目の改良は、特異点の自動検出と手動検出の組み合わせに関し、３つ目の改良は、画像解析の対象となる画像領域を小さく制限すること関する。以下、それぞれの改良に付いて説明する。

図１０は、第２の実施形態におけるイメージセンサ３０の配置の仕方と、イメージセンサ３０の撮像領域を照明する方法を示している。

図１０に示されるように、イメージセンサ３０は、プラズマトーチ２８と一緒にX、Y及びZ方向へ移動するように、プラズマトーチ２８を保持するエレベータ２４（ブラケット４０）に取り付けられている。プラズマトーチ２８により母材１４が切断されている時に母材１４から跳ね上がる溶融金属の滴がイメージセンサ３０に当らないように、イメージセンサ３０はプラズマトーチ２８より十分に高い位置に配置されている。ブラケット４０上には、また、イメージセンサ３０の両側で近傍の位置に、２つのランプ２０２，２０４が取り付けられている。２つのランプ２０２，２０４は、母材１４の表面におけるイメージセンサ３０の撮像領域２１０を、撮像領域２１０の両側から照明する。

イメージセンサ３０から得られる撮像領域２１０の画像において、特異点の検出を困難にする要因として、母材１４の表面の汚れ（例えばスパッタ）、母材１４の表面状態（色、錆、傷）のバラツキ、及び、このプラズマ切断装置が設置されている環境の照明状態の悪さ（明るさの欠如、影の存在）などがある。２つのランプ２０２，２０４で撮像領域２１０を両側から照明することにより、これらの要因の影響が減り、撮影された画像では、母材１４や製品３４の表面と切断溝との間の明度の違いがより明確になる。それにより、画像を解析して特異点を自動的に検出する精度が向上する。

イメージセンサ３０から出力される撮像領域２１０の画像は画像解析器３２４（図３参照）によって解析される。画像解析器３２４は、撮像領域２１０の画像の全域を解析するのではなく、撮像領域２１０の画像中から、その中心に近い狭い領域２１６（以下、解析領域）の画像だけを抽出して、その解析領域２１６の画像を解析する。イメージセンサ３０から出力される画像の画素ピッチが例えば約０．１ｍｍ（つまり、解像度が約２５０ｐｐｉ）である場合、解析領域２１６の寸法は例えば約２インチ×２インチであり、解析領域２１６の画像のピクセルサイズは約２００ピクセル×２００ピクセルである。解析領域２１６の寸法とその画像のピクセルサイズがこの程度であれば、画像解析に要する時間は非常に短時間ですむ。

画像解析により特異点を自動的に検出する方法に、常に１００％の信頼性を期待することはできない。もし、誤検出が発生して、その誤検出結果に基づいて次段階の切断が行われたならば、切り出された製品３４は使い物にならないから、消費された費用と時間と労力は無駄になる。そのため、特異点の誤検出を確実に無くすことが望まれる。そこで、この第２の実施形態では、自動検出では誤りが生じるおそれがあるときには、自動検出に固執せずに、直ちに自動検出から手動検出（作業者による特異点の指定）へと検出モードを切り替える機能が搭載される。変形例として、自動検出結果が誤検出の可能性がある場合、自動検出のリトライを１回か２回程度が行って、リトライしても誤検出の可能性が消えなければ、手動検出モードに移行するようにしてもよい。

図１１Aと図１１Bは、自動検出から手動検出へと特異点の検出方法を切り替える機能を説明するためのコンソール３２６の例を示す。

図１１Ａと図１１Ｂに示すように、コンソール３２６には、表示スクリーン４０２、自動／手動切替ボタン４０４、移動ボタン４０６、警音器４０８及び呼び出しランプ４１０が備えられている。画像解析器３２４は、画像解析による特異点の自動検出を行なっている（自動検出モードである）ときには、画像解析器３２４は、図１１Aに例示されるように、表示スクリーン４０２に解析範囲４１６の画像を表示し、表示スクリーン４０２の中心４１２に、ＮＣプログラムにより指定される特異点の正規位置を位置させる。表示スクリーン４０２には、特異点を指し示すためのカーソル４１４も表示される。画像解析器３２４は、画像解析により特異点の位置を検出すると、その検出が誤りである可能性があるかどうかを判断する。例えば、検出された特異点の位置と正規位置との間の距離が、所定の閾値（例えば、予め設定されている切断溝の最大幅程度の値）より大きければ、それ程大きく特異点の位置がずれる可能性は殆ど無いから、その検出は誤りである可能性があると判断される。このように誤検出の可能性があると判断された場合、画像解析器３２４は、コンソール３２６の警音器４０８及び呼び出しランプ４１０を駆動して、作業者を呼び、作業者から指示が入力されるまで、制御を進めずに待機する。

その後、作業者がコンソール３２６の自動／手動切替ボタン４０４を押すと、画像解析器３２４は、自動検出モードから手動検出モードに切り替わり、図１１Ｂに示されるように、表示スクリーン４０２に表示されていた画像を拡大して、特異点の正規位置の近傍領域がより詳細に表示されるようにする。作業者は、移動ボタン４０６を操作することで、カーソル４１４を移動させて、表示スクリーン４０２上の特異点の位置をカーソル４１４で指定することができる。或いは、表示スクリーン４０２上にタッチセンサパネルが備えられているならば、作業者は、表示スクリーン４０２上の特異点の位置を、指先やペン先などで直接的に指定することもできる。或いは、図示しないマウスにより、カーソル４１４を移動させることもできる。いずれにせよ、作業者により表示スクリーン４０２上の特異点の位置が指定されると、画像解析器３２４は、自動検出された位置ではなく、作業者により指定された位置を、特異点の位置として、その機械座標を計算し、数値コントローラ３２０へ通知する。

図１２は、画像解析器３２４が行う特異点検出の処理の流れを示し、この流れには、上述した自動検出モードから手動検出モードへの切替制御も含まれている。この流れは、図５に示した開先加工の制御の流れの中のステップ６３に相当する。

図１２に示すように、ステップ５０２で、画像解析器３２４は、解析範囲のバイナリ画像を解析して、特異点の位置を検出する。ステップ５０４で、画像解析器３２４は、検出された特異点の位置が、所定の誤検出条件を満たすかチェックする。所定の誤検出条件とは、例えば、上述したように、検出された特異点の位置と正規位置との間の距離が、所定の閾値（例えば、予め設定されている切断溝の最大幅程度の値）より大きいという条件である。なお、この条件に加えて、他の条件があってもよい。このチェック結果がノーであれば、検出された特異点の位置は正しいと判断される（ステップ５０６）が、イエスであれば、検出された特異点の位置は誤っている可能性があると判断され、制御はステップ５０８へ進む。

ステップ５０８で、画像解析器３２４は、作業者を呼び、作業者から指示が入力される案で待機する。ステップ５１０で、作業者から手動検出への切替の指示が入力されると、画像解析器３２４は、表示スクリーン４０２に、特異点の正規位置の近傍の画像を拡大表示する。その後、ステップ５１２で、作業者が表示スクリーン４０２上の一位置を指定すると、画像解析器３２４は、その指定された位置を、特異点の正しい位置とする。

このように、自動検出と手動検出とを組み合わせて用いることで、特異点の位置を確実に見つけ出すことができる。手動検出の時には、表示スクリーン４０２に表示された画像上で、作業者が特異点の位置を指定するという方法を用いることで、特異点の手動検出が容易である。

ところで、表示スクリーン４０２上に撮影された画像を表示して、その画像上で作業者が所望の位置を指定するという上述した方法は、特異点の検出だけでなく、加工工程の開始前にステージ１２上での母材１４の位置（例えば原点のＸＹ座標）と姿勢（例えば母材１４の一辺のＸ軸又はＹ軸に対する傾き角度）を検出するためにも活用される。

図１３は、この第２実施形態における、イメージセンサ３０で撮影された画像を用いて母材１４の位置と姿勢を検出する制御の流れを示す。

図１３に示す制御が開始されると、ステップ６０２で、画像解析部３２４が、イメージセンサ３０を駆動して、イメージセンサ３０の撮像範囲の画像を入力し、入力された画像をコンソール３２６の表示スクリーン４０２に表示する。作業者は、図１１Ａ又は図１１Ｂに例示されたコンソール３２６のカーソル／カメラ切替ボタン４１６を操作して、移動ボタン４０６で移動できる対象物を、カーソル４１４からカメラつまりイメージセンサ３０へと切り替える。その後、ステップ６０４で、作業者がコンソール３２６の移動ボタン４０６を操作して移動指示を入力すると、数値コントローラ３２０が、その移動指示に従って、イメージセンサ３０をＸ方向及び／又はＹ方向に移動させる。画像解析部３２４は、この制御が行われている間終始継続的に、イメージセンサ３０から撮像範囲の画像を入力して表示スクリーン４０２に表示することを高速周期で繰り返し、それにより、表示スクリーン４０２上にはリアルタイムで現在のイメージセンサ３０の位置に対応した撮像範囲の画像（動画像）が表示される。作業者は、表示スクリーン４０２上の画像を見ながら、移動ボタン４０６を操作することで、イメージセンサ３０を所望する位置へ（その位置が作業者から遠く離れていても）容易に行かせることができる。母材１４の一つの基準点（典型的には、一つのコーナ点）が表示スクリーン４０２上に表示された時点で、作業者は、移動ボタン４０６を操作して停止指示を入力する。その停止指示に応答して、数値コントローラ３２０は、イメージセンサ３０の移動を停止する。

イメージセンサ３０の移動が停止しているときに、ステップ６０６で、作業者は、コンソール３２６のカーソル／カメラ切替ボタン４１６を操作して、移動ボタン４０６で移動できる対象物をイメージセンサ３０からカーソル４１４へ切り替え、そして、移動ボタン４０６でカーソル４１４を操作して、表示スクリーン４０２に表示されている母材１４の基準点（コーナ点）の位置を指し示す。或いは、図示しないマウスでカーソル４１４が操作されてもよいし、或いは、表示スクリーン４０２がタッチセンサパネルを備える場合には、表示スクリーン４０２上の基準点の位置が作業者の指先又はペン先などで直接的に指し示されてもよい。このように表示スクリーン４０２に表示された画像上で基準点を指定する方法により、基準点が作業者から遠く離れていても、或いは、環境照明が暗くても、作業者は容易に基準点を指定することができる。このようにして表示スクリーン４０２に表示された母材１４上の一位置が作業者により指し示されると、画像解析器３２４は、その指し示された位置の画像座標を、母材１４の一基準点の画像座標として決定する。そして、ステップ６０８で、画像解析器３２４は、その決定された一基準点の画像座標を機械座標に変換して、その機械座標を数値コントローラ３２０に送信する。

上述したステップ６０４から６１０の処理は、決定されるべき全ての基準点（例えば、母材１４の３つのコーナ点）について繰り返される。その結果、数値コントローラ３２０は、母材１４の全ての基準点の機械座標を取得する。その後、数値コントローラ３２０は、母材１４の全ての基準点の機械座標に基づいて、母材１４の位置（例えば、母材１４の原点のＸＹ座標）と姿勢（例えば、母材１４の原点を通る一辺のＸ軸又はＹ軸に対する傾き角度）を計算する。このようにして決定された母材１４の位置と姿勢は、その後に行われる切断工程（図５参照）において数値コントローラ３２０によって使用され、それにより、数値コントローラ３２０は、母材１４が機械座標系に対して如何なる位置関係で置かれていても、ＮＣプログラムに従って母材１４から各製品を切り出すときに、母材１４を切断する位置をＮＣプログラムにより指定される位置に制御する。

上記のようにしてスクリーンに表示される画像内の点を作業者が指定することで、母材の基準点を数値コントローラに教示する方法は、開先加工を行なう機能をもつ自動切断機だけでなく、開先加工を行なう機能をもたない自動切断器にも適用可能であり、かつ有用である。大型のプラズマ切断機の或る機種は、母材の位置決めをテーブル上で行なうためのツールまたはストッパを具備してない。このような機械では、機械座標系と母材との位置関係を数値コントローラに教示するための特別の作業が必要である。従来、切断工具との位置関係が予め数値コントローラによって把握されているレーザポインタを、作業者が手動のジョグ機構で、母材のコーナ点までゆっくり移動させることで、そのコーナ点の座標を数値コントローラに教示する方法が採用されている。或いは、母材を撮影しているＣＣＤカメラからの画像をスクリーンに表示させ、そして、表示画像中の母材のコーナ点がスクリーンの中心のマーカ点の位置に到達するまで、作業者が手動のジョグ機構でＣＣＣＤカメラを移動させるという方法も採用されている。しかし、いずれの従来の方法でも、ジョグ機構でゆっくり慎重にレーザポインタ又はＣＣＤカメラを移動させるという、作業者にとり面倒で時間のかかる作業が必要である。これに対し、図１３に示された方法によれば、母材の基準点（例えばコーナ点）がイメージセンサ（例えばＣＤＤカメラ）の撮像領域内に単に入れば十分であるから、イメージセンサをより高速によりラフに移動させることができ、作業者が行うべき操作はより簡単である。

さらに、上記のようにして表示画像内の点を作業者が指定することで、母材の基準点を数値コントローラに教示する方法は、母材の位置と姿勢を、コントローラに教える目的だけでなく、別の目的にも利用することができる。例えば、ＮＣプログラムの実行により自動的に切断を行うのではなく、作業者により指定された母材上の点又は線に沿って母材を切断するという手動切断を行う場合に、その切断すべき各点又は各線（各線を定義するための点の各々）の座標を作業者がコントローラに教える目的にも適用することができる。この場合、例えば、作業員が、ジョグ機構を操作してイメージセンサの撮像領域を母材上で移動させつつ、表示された撮像領域の画像内の任意の１以上の点を指定すると、コントローラが、指定された各点の座標を、各基準点（切断すべき各点又は切断すべき各線を定義する各点）の座標として把握し、そして、その把握された各基準点の座標に従って切断工具を移動させて切断動作を行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。

開先加工に関して、米国特許第６，３２６，５８８号（特許文献1）及び特開平１１−５７９９９号（特許文献２）に記載の発明が知られている。

米国特許第６，３２６，５８８号には、開先加工のための２段階の切断を行う方法が開示されている。この方法は、まず、レーザビームにより母材を垂直に切断して製品を切り出し、その後、製品だけを残してスクラップを除去し、その後に、製品の外形位置を検出し、検出された外形位置をレーザ制御ユニットに提供し、最後に、傾けたレーザビームを用いて製品の外縁を斜めに切断する。

【０００６】
また、開先加工に直接関連するものではないが、特開２００３−２５１４６４号（特許文献３）には、母材から製品を切り出すときの切断位置を正確にするための方法が開示されている。ここには、２種類の方法が開示されている。第1の方法は、母材をカメラで撮影して、撮影された画像から、母材の輪郭線の座標を割り出し、割り出された母材の輪郭線内の切断可能な領域内に、製品図形をネスティングする。第２の方法は、母材の大きさや形状と切断すべき図形の大きさや形状のデータを予め記憶しておき、母材の数箇所をカメラで撮影して、各撮影箇所における母材の輪郭線を計算し、その輪郭線と予め記憶されている母材のデータとを比較して、両データの位置ずれを合わせ、その後に、製品の切り出しを行なう。
【特許文献１】米国特許第６，３２６，５８８号公報
【特許文献２】特開平１１−５７９９９号公報
【特許文献３】特開２００３−２５１４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】

米国特許第６，３２６，５８８号及び特開平１１−５７９９９号は、製品の外形位置のセンシングを行って、センシングの結果から製品の外形線を割り出すという方法を提供している。

しかしながら、製品の外形線を正確に割り出すためには、製品の外形線上の多くの点の位置をセンシングする必要がある。そして、それらの検出結果から製品の外形を完全に定義した幾何学形状データを割り出すために、大量の計算処理を行なう必要がある。さらには、製品の外形の位置を検出する際、米国特許第６，３２６，５８８号のように製品以外のスクラップを事前に除去するか、または、特開平１１−５７９９９号のように製品だけを取り出して切断装置にセットする必要がある。これらの必要のために、かなり長い待機時間が、最初の段階の切断副工程と次の段階の切断副工程の間に入らざるを得ず、よって、この２段階の切断副工程を連続して効率的に進めることが難しい。

図４Aに示す種類の開先加工による製品３４の切断面は、その全部が、製品３４の主表面（上面）に対して垂直ではない或る角度をなすベベル面５０となっている。このように切断面の全部が一つのベベル面５０となるような種類の開先加工は、一般にV開先加工といわれる。なお、図４Aとは上下が逆転している場合も、V開先加工に含まれる。

図１１Ａと図１１Ｂに示すように、コンソール３２６には、表示スクリーン４０２、自動／手動切替ボタン４０４、移動ボタン４０６、警音器４０８及び呼び出しランプ４１０が備えられている。画像解析器３２４は、画像解析による特異点の自動検出を行なっている（自動検出モードである）ときには、画像解析器３２４は、図１１Aに例示されるように、表示スクリーン４０２に解析範囲２１６の画像を表示し、表示スクリーン４０２の中心４１２に、ＮＣプログラムにより指定される特異点の正規位置を位置させる。表示スクリーン４０２には、特異点を指し示すためのカーソル４１４も表示される。画像解析器３２４は、画像解析により特異点の位置を検出すると、その検出が誤りである可能性があるかどうかを判断する。例えば、検出された特異点の位置と正規位置との間の距離が、所定の閾値（例えば、予め設定されている切断溝の最大幅程度の値）より大きければ、それ程大きく特異点の位置がずれる可能性は殆ど無いから、その検出は誤りである可能性があると判断される。このように誤検出の可能性があると判断された場合、画像解析器３２４は、コンソール３２６の警音器４０８及び呼び出しランプ４１０を駆動して、作業者を呼び、作業者から指示が入力されるまで、制御を進めずに待機する。

Claims (17)

1. 母材（１４）が置かれるためのステージ（１２）と、
   切断工具（２８）と、
   撮像領域をもつイメージセンサ（３０）と、
   前記ステージ（１２）に対して、前記切断工具（２８）を移動させ、前記切断工具（２８）の角度を変化させ、かつ、前記イメージセンサ（３０）の前記撮影領域を移動させるための工具移動機構（１６〜２６）と、
   NCプログラム（３２２）に従い、前記切断工具、前記イメージセンサ及び前記工具移動機構のそれぞれの動作を制御するコントローラ（３２）と
   を備え、
   前記コントローラ（３２）が、
   前記NCプログラムに従い、前記ステージ（１２）上に置かれた前記母材（１４）を前記切断工具により切断して製品（３４）を切り出す第１切断副工程を実行するよう制御を行なう第１切断副工程制御手段（６０）と、
   前記第１切断副工程が実行された後、前記イメージセンサ（３０）の撮像領域を、前記ステージ上の前記切り出された製品（３４）の少なくとも２つの特異点の前記NCプログラムにより定義される正規位置（８６１、８６２）を含んだ少なくとも１つの領域（８８１、８８２）に設定し、そして、前記イメージセンサから前記少なくとも１つの領域（８８１、８８２）の画像を取得するよう制御を行なう撮像制御手段（６２）と、
   前記イメージセンサから取得された前記少なくとも１つの領域（８８１、８８２）の前記画像を解析して、前記ステージ上の前記切り出された製品（３４）の前記少なくとも２つの特異点の実際の位置（８４１、８４２）を検出する特異点検出手段（６３）と、
   前記特異点の前記検出された実際の位置（８４１、８４２）に応じて、前記ステージ上の前記切り出された製品（３４）の実際の位置に適合するように、前記NCプログラム（３２２）を修正するプログラム修正手段（６６）と、
   前記修正されたNCプログラム（３２３）に従い、前記ステージ上の前記切り出された製品（３４）に対し前記切断工具により追加の切断を施す第２の切断副工程を実行するよう制御を行う第２切断副工程制御手段（７０）と
   を有する自動切断装置。
2. 請求項１記載の自動切断装置において、
   前記製品（３４）の外形線の少なくとも２つのコーナ点が、前記少なくとも２つの特異点として選ばれる自動切断装置。
3. 請求項２記載の自動切断装置において、
   前記特異点検出手段（６３）が、前記少なくとも１つの領域（８８１、８８２）の前記画像内から、前記切り出された製品（３４）の外形線を構成する複数の線分を検出し、前記検出された複数の線分が交わって形成される少なくとも２つのコーナ点を、前記少なくとも２つの特異点の前記実際の位置（８４１、８４２）として、検出する自動切断装置。
4. 請求項１記載の自動切断装置において、
   前記特異点検出手段（６３）が、前記NCプログラムにより定義される製品図形の、前記少なくとも２つの特異点の前記正規位置（８６１、８６２）の各々の近傍における形状を表した所定の画素値マトリックスを、前記少なくとも１つの領域（８８１、８８２）のの前記画像内の種々の位置に適用して、前記画像の前記種々の位置における前記画素値マトリックスとのパターンマッチ度を計算し、前記計算されたパターンマッチ度が最大である一つの位置を、前記少なくとも２つの特異点の前記実際の位置（８４１、８４２）の各々として、検出する自動切断装置。
5. 請求項１記載の自動切断装置において、
   前記プログラム修正手段（６６）は、前記特異点の前記検出された実際の位置（８４１、８４２）と、前記特異点の前記正規位置（８６１、８６２）との間の位置関係に基づいて、前記NCプログラムを修正する自動切断装置。
6. 請求項１記載の自動切断装置において、
   前記特異点検出手段（６３）が、前記少なくとも１つの領域（８８１、８８２）の前記画像中における前記少なくとも２つの特異点の前記実際の位置（８４１、８４２）を検出する範囲を、前記少なくとも２つの特異点の前記正規位置（８６１，８６２）の近傍範囲（９０１、９０２）のみに限定する自動切断装置。
7. 請求項１記載の自動切断装置において、
   前記コントローラ（３２）が、
   前記特異点の前記検出された実際の位置（８４１、８４２）と前記特異点の前記正規位置（８６１、８６２）との間の位置関係に基づいて、前記切り出された製品（３４）の位置ずれ量が過大か否かを判断する手段（６４）と、
   前記位置ずれ量が過大であると判断された場合には、前記切り出された製品（３４）に対する前記第２の切断工程の実行をキャンセルする手段（６５）と
   を更に有する自動切断装置。
8. 請求項１記載の自動切断装置において、
   前記切断工具（２８）と前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域とが、一定の位置関係を維持して、前記工具移動機構（１６〜２６）により一緒に移動するようになっている自動切断装置。
9. 請求項１記載の自動切断装置において、
   前記コントローラ（３２）が、
   前記切断工具（２８）を用いて、前記ＮＣプログラムにより指定される所定座標点を通るテスト切断線に沿って、前記ステージ（１２）上に置かれたテスト材（１２１）を切断するテスト切断を実行するよう制御を行なう手段（１３０）と、
   前記テスト切断が実行された後、前記切断工具（２８）の切断位置と前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域との間の位置関係を表す所定のオフセットデータに基づいて、前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域を、前記所定座標点を含む領域まで移動させ、そして、前記イメージセンサ（３０）から前記所定座標点を含む前記領域の画像を取得するよう制御を行なう手段（１３２−１３４）と、
   前記イメージセンサ（３０）から取得された前記所定座標点を含む前記領域の画像を解析して、前記切断工具（２８）と前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域との間の実際の位置関係を検出する手段（１３６）と、
   検出された前記実際の位置関係に基づいて、前記NCプログラムまたは前記オフセットデータを修正する手段（１３８）と
   を更に有する自動切断装置。
10. 請求項１記載の自動切断装置において、
    前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域を両側から照明する２以上のランプ（２０２、２０４）を更に備えた自動切断装置。
11. 請求項１記載の自動切断装置において、
    前記母材（１４）を切断する時に前記母材（１４）から跳ね上がる金属滴が前記イメージセンサ（３０）に当らない程度に、前記切断工具（２８）より十分高い位置に、前記イメージセンサ（３０）が配置されている自動切断装置。
12. 請求項１記載の自動切断装置において、
    前記特異点検出手段（６３）が、前記各特異点の実際の位置を検出するための画像解析を行う領域を、前記イメージセンサから取得される前記撮像領域（２１０）の画像中の、前記各特異点の前記正規位置の近傍の部分的領域（２１６）のみに限定する自動切断装置。
13. 請求項１記載の自動切断装置において、
    表示スクリーン（４０２）と、
    作業者が前記表示スクリーン（４０２）に表示された画像上の任意の位置を、前記各特異点として指定するための特異点ポインティング手段（４０６、４１４）と
    を更に有し、
    前記特異点検出手段（６３）が、
    前記イメージセンサ（３０）から取得された前記各画像を解析することで検出された、前記各特異点の前記実際の位置が、所定の誤検出条件を満たすか否かをチェックする手段（５０４）と、
    前記チェックの結果がイエスである場合、前記イメージセンサ（３０）から取得された前記各画像を前記表示スクリーン（４０２）に表示する手段（５１０）と、
    前記作業者が前記特異点ポインティング手段（４０６、４１４）を用いて、前記表示スクリーン（４０２）に表示された前記各画像上の任意の位置を指し示した場合、前記指し示された位置を、前記各特異点の前記実際の位置として検出する手段（５１２）と
    を更に有する自動切断装置。
14. 請求項１３記載の自動切断装置において、
    作業者を呼ぶ手段（４０８、４１０）を更に備え、
    前記特異点検出手段（６３）が、前記チェックの結果がイエスである場合に前記作業者を呼ぶ手段（４０８、４１０）を駆動する手段（５０８）を更に有する自動切断装置。
15. 請求項１３記載の自動切断装置において、
    前記各画像を前記表示スクリーン（４０２）に表示する手段（５１０）が、前記表示スクリーン（４０２）に表示された前記各画像を拡大する手段を有する自動切断装置。
16. 母材（１４）が置かれるためのステージ（１２）と、
    切断工具（２８）と、
    撮像領域をもつ前記ステージ上の撮影領域を撮影するためのイメージセンサ（３０）と、
    前記ステージ（１２）に対して、前記切断工具（２８）を移動させ、かつ前記イメージセンサ（３０）の前記撮影領域を移動させるための工具移動機構（１６〜２６）と、
    前記イメージセンサ（３０）から出力される前記撮影領域の画像を表示するための表示スクリーン（４０２）と、
    作業者が前記表示スクリーン（４０２）に表示された画像上の任意の位置を、前記母材（１４）の基準点として指定するための基準点ポインティング手段（４０６、４１４）と、
    前記作業者が前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域を移動させるための移動指示と、前記撮像領域の移動を停止させるための停止指示を入力するための移動／停止指示入力手段（４０６）と
    前記切断工具、前記イメージセンサ及び前記工具移動機構のそれぞれの動作を制御するコントローラ（３２）と
    を備え、
    前記コントローラ（３２）が、
    前記作業者が前記移動指示入力手段（４０６）を用いて、前記移動指示を入力した場合、前記入力された移動指示に応答して、入力前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域を移動させ、前記作業者が前記移動指示入力手段（４０６）を用いて、前記停止指示を入力した場合、前記入力された停止指示に応答して、前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域の移動を停止するよう制御を行なう撮像領域移動制御手段（６０４）と、
    前記イメージセンサ（３０）から前記撮像領域の画像を取得して、前記表示スクリーンに表示する表示制御手段（６０２、６０４）と、
    前記イメージセンサ（３０）の前記撮像領域の移動が停止しているときに、前記作業者が前記基準点ポインティング手段を用いて、前記表示スクリーン（４０２）に表示された前記撮像領域の画像上の任意の点を指し示した場合、前記指し示された点の座標を、前記母材（１４）の基準点の座標として検出する基準点検出手段（６０８）と
    を有する自動切断装置。
17. NCプログラムに従って動作する１台の自動切断装置（１０）を用いて、開先加工品を製造するための方法において、
    NCプログラムに従い、前記自動切断装置（１０）にセットされた母材（１４）を切断して製品（３４）を切り出すステップ（６０）と、
    前記製品の切り出しが終わった後、前記切り出された製品の少なくとも２つの特異点の前記NCプログラムにより定義された正規位置（８６１，８６２）を含む少なくとも１つの領域（８８１、８８２）の画像を、イメージセンサ（３０）を用いて取得するステップ（６２）と、
    前記イメージセンサ（３０）から取得された前記少なくとも１つの領域（８８１、８８２）の画像を解析して、前記切り出された製品の前記少なくとも２つの特異点の実際の位置（８４１、８４２）を検出するステップ（６３）と、
    前記少なくとも２つの特異点の前記検出された実際の位置（８４１、８４２）に応じて、前記切り出された製品の実際の位置に適合するように、前記NCプログラムを修正するステップ（６６）と、
    前記修正されたNCプログラムに従い、前記切り出された製品に対し追加の切断を施すステップ（７２）と
    を有する開先加工品の製造方法。

Images