KR20120100967A - 개선의 절단 장치 및 절단 방법 - Google Patents

Abstract

1 패스째의 절단 종료시점의 위치 오차를 보정하여 2 패스째의 절단을 행함에 있어서, 제품의 형상이 제약되지 않고, 게다가 위치 오차의 보정을 정확하고 확실하게 행할 수 있도록 한다.　 투광 수단은 슬릿 광을 모재상을 향하여 투광한다. 촬상 수단은, 모재상에 조사된 십자 형상 레이저광의 상을 포함한 화상을 촬상한다. 콘트롤러에는, 1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 촬상 수단으로 촬상된 화상을 나타내는 신호가 입력된다. 콘트롤러는 입력된 촬상 화상 신호에 기초하여, 연산 처리를 행하고, 모재의 코너부의 X-Y좌표 위치 오차, X-Y 좌표축의 회전각을 구하고, 이들 X-Y좌표 위치 오차, X-Y좌표축의 회전각에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터를 보정한다.

Description

개선의 절단 장치 및 절단 방법{BEVELLING APPARATUS AND METHOD OF BEVELLING}

본 발명은 Y개선(開先) 등 2 패스 절단(2회 절단)을 필요로 하는 개선을 절단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

건설기계 등에 이용되는 용접 구조물의 용접 개선에는, 당접면에, 루트 페이스가 설치된 Y개선을 이용하는 것이 일반적이다. 즉, 절단된 2 부품을 후속 공정으로 용접 결합하는 경우에는, 필요한 설계 강도를 확보하기 위해서, 양쪽 부품의 절단면을 도 1(a)에 도시하는 바와 같이 Y자형으로 할 필요가 있다. 이것을 Y개선 절단이라고 한다.

특히 플라즈마 용접기에서, Y개선 절단 등의 루트 페이스가 설치된 개선 절단을 행하는 경우에는, 루트 페이스가 없는 전(全)개선 절단과 달리, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이, 1 패스째에 I컷에 의하여 루트 페이스를 잘라내는 단계와 2 패스째에 V컷에 의해 개선면을 잘라내는 단계의 2 패스 절단(2회 절단)이 최저 필요하다.

2 패스 절단에서는 I컷에 의한 1 패스째의 절단 종료시점에서 자르는 폭 중에서 제품의 미소한 위치 오차가 생겨 모재로부터 떼어 내어진다. 이것은 제품이 모재로부터 떼어 내어지면, 제품의 아래쪽 면의 가대(정반(定盤))의 요철(절단 파편의 금속 드로스가 퇴적하여 생긴다)과 자중에 의한 낙하에 의하여 제품이 X-Y평면상으로 이동하기 때문이다.

이렇게 하여 제품이 미소한 위치 오차를 일으켜 모재로부터 떼어 내어지면, V컷에 의한 2 패스째의 절단을 프로그램대로 정확하게 실시하여도 루트 페이스의 오차가 커져 필요한 루트 페이스의 정밀도는 얻을 수 없다. 이 용접시에 당접면이 되는 루트 페이스의 오차는 용접 구조물의 용접 결합 강도를 저하시키는 것으로부터, 1 패스째의 절단 종료시점의 위치 오차를 극력 작게 하거나, 1 패스째의 절단 종료시점의 위치 오차를 보정하여 2 패스째의 절단을 행할 필요가 있다.

그래서, 종래부터, 「1 패스째의 종료시점의 위치 오차를 극력 작게 하는」 기술, 혹은 「1 패스째의 절단 종료시점의 위치 오차를 보정하여 2 패스째의 절단을 행하는」 기술이 알려져 있다.

(종래 기술 1：1 패스째의 종료시점의 위치 오차를 극력 작게 하는 기술)

도 2는 직사각형의 부품(제품)을 절단하는 경우의 절단 궤적을 상면보다 X-Y 평면으로 도시한 도면이다. 도 2에 있어서,

S1：패스 1의 피어스점(절단 개시점)

E1：패스 1의 절단 종료점

S2：패스 2의 피어스점(절단 개시점)

E2：패스 2의 절단 종료점

S3：제품 분리를 위한 절단의 피어스점(절단 개시점)

E3：제품 분리를 위한 절단 종료점

이다.

이 절단예에서는, 패스 1의 절단 종료시점의 위치 오차를 회피하기 위해서, 1 패스째에, 「S1→E1」의 절단 궤적으로 절단을 행하고(패스 1), 그대로 제품을 모재로부터 떼어내지 않고 , 2 패스째의 절단으로 이행하고, 「S2→E2」의 절단 궤적으로 절단을 행한다(패스 2). 그리고, 마지막으로 제품을 모재로부터 떼어내기 위해서, 「S3→E3」의 절단 궤적으로 절단을 행한다(패스 3). 또한, 제품의 코너부(단(端)점)에서는, 코너부의 각도를 보장하기 위해서 루프 처리를 한다.

(종래 기술 2：1 패스째의 절단 종료시점의 위치 오차를 보정하여 2 패스째의 절단을 행하는 기술)

하기 비특허 문헌 1에는, 플라즈마 절단 가공기의 플라즈마 토치 윗쪽에 CCD 카메라를 설치하고, 1 패스 절단 후에 제품 단(端)점을 2개소, CCD 카메라로 촬상하고, 촬상 화면을 2치화 하여, 화상 처리의 수법에 의하여 화상으로부터 단(端)점을 추출하고, 위치 오차가 일어나지 않을 때의 단(端)점 위치와, 위치 오차 후의 실제의 단(端)점 위치를 비교하는 것으로 제품의 위치 편차량을 연산에 의하여 구하고, 연산 종료 후, 2 패스째의 프로그램을 위치 편차량에 따라 수정하고, 2 패스째의 절단을 수정한 프로그램에 따라 실시한다고 하는 발명이 기재되어 있다.

(비특허 문헌 1) 「코마쯔 기보」(KOMATSU TECHNICAL REPORT), 2006 VOL 55)2 NO. 158, 2007년 2월 23일 발행(「개선 절단용 트위스터 가공기의 개발」 제 52호 제 44 페이지~ 제 49 페이지)

상술한 종래 기술 1에 의할 때에는 확실히, 1 패스째의 종료 시점의 위치 오차를 다소 작게 할 수 있고, 그것에 의하여 루트 페이스의 정밀도를 다소 높일 수 있다.

그러나, 열 왜곡 등에 의하여 다소의 위치 오차는 생긴다고 하는 문제는 여전히 남는다.

더욱이, 1 패스째, 2 패스째의 절단에서는 제품을 모재로부터 떼어내지 않는다고 하는 조건을 수반하기 때문에, 제품의 형상이 크게 제약되어 버린다. 즉, 제품 분리를 위한 절단 종료점에 이르는 마지막 변에서는 Y개선을 형성할 수가 없다. 또한, 2 패스째의 절단을 끝내도 마지막에 제품 분리를 위한 절단을 행할 필요가 있기 때문에, 피어스 회수가 많아져 절단용 토치의 수명이 짧아진다. 또한 1회의 절단으로 제품 분리를 행할 수 없기 때문에, 절단용 토치의 이동에 시간이 걸려 생산성이 저하한다고 하는 문제가 발생한다. 게다가 I컷 후에 V컷을 행하고 마지막으로 제품 분리를 위하여 다시 I컷을 행할 필요가 있는 것으로부터 절단 순서가 복잡하게 되고, CAD 조작도 복잡화한다.

상술한 종래 기술 2에 의할 때는, 종래 기술 1에서 발생하고 있었던 상술한 문제점은 대부분 해결되지만, 제품의 형상이 제약된다고 하는 문제는 여전히 남는다. 즉, 종래 기술 2에서는, CCD 카메라에서 2개의 단(端)점(코너부)을 촬상할 필요가 있기 때문에, 적어도 2개의 단점을 가지는 제품을 절단하는 경우 밖에 적용할 수가 없다. 또한, CCD 카메라의 촬상 화면을 2치화 하여, 화상 처리의 수법에 의해 화상으로부터 단점을 추출하도록 하고 있기 때문에, 그 추출 정밀도는, 절단 작업을 행하는 공장의 광학 환경에 크게 의존한다. 공장의 광학 환경에 따라서는, 촬상 화상을 2치화 처리할 때에 화상중의 단점상을 배경상으로 판별하지 못하고, 단점을 오류 검출하거나 검출이 불가능하게 될 우려가 있다. 이 때문에 위치 오차의 보정이 정확하게 행하여지지 않기도 하거나, 위치 오차 보정 그 자체가 불가능하게 될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 1 패스째의 절단 종료시점의 위치 오차를 보정하여 2 패스째의 절단을 행함에 있어서, 제품의 형상이 제약되지 않고, 게다가 위치 오차의 보정을 정확하고 또한 확실하게 행할 수 있도록 하는 것을 해결 과제로 하는 것이다.

제 1 발명은 제어 프로그램상의 절단선을 도시하는 X, Y좌표 위치 데이터에 따라, 1 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것에 의하여, 모재로부터 적어도 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변을 절단하고, 2 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것으로, 모재로부터 루트 페이스가 설치된 개선을 가지는 제품을 절단하는 개선의 절단 장치에 있어서,

1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 슬릿 광이 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각에 적어도 다른 2점으로써 교차하도록, 슬릿 광을 투광하는 투광 수단,

슬릿 광의 상을 포함한 화상을 촬상하는 촬상 수단,

촬상 화상 중에서 슬릿 광의 휘도가 급변하는 점을 취하는 것으로, 슬릿 광이 각 변에 교차하는 광절단점의 X, Y좌표 위치를 검출하는 검출 수단,

검출된 광절단점의 X, Y좌표 위치에 기초하여, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 각 직선을 연산하는 직선 연산 수단,

1 패스 절단 종료시점에 있어서의 각 변을 나타내는 각 직선끼리가 교차하는 점을, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부의 X, Y좌표 위치로서 연산하여, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부 위치와 기지(旣知)의 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부 위치와의 코너부 위치 오차를 연산함과 함께, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와, 기지의 1 패스 절단 전에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와의 차분(差分)을, X-Y좌표축의 회전각으로서 연산하는 위치 오차?회전각 연산 수단,

코너부 위치 오차와 X-Y좌표축의 회전각에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터를 보정하는 보정 수단이 구비되고, 보정한 제어 프로그램에 따라 2 패스째의 절단을 실시하는 것을 특징으로 한다.

제 2 발명은 제 1 발명에 있어서, 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 Z좌표 위치 데이터에 따라, 절단용 토치의 높이를 제어하는 개선의 절단 장치이며,

1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 모재의 높이를 측정하는 높이 측정 수단과

높이 측정 수단으로 측정된 모재의 높이에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 Z좌표 위치 데이터를 보정하는 보정 수단이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

제 3 발명은 제 1 발명에 있어서,

1 패스째에 I컷에 의해 루트 페이스를 잘라내고, 2 패스째에 V컷에 의해 개선면을 잘라내고, Y개선을 가지는 제품을 절단하는 것을 특징으로 한다.

제 4 발명은 제 1 발명에 있어서,

투광 수단은 십자 형상의 빛을 조사 위치를 바꾸어 적어도 2회 투광하고, 적어도 2회의 투광으로, 십자를 구성하는 슬릿 광을, 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각의 적어도 다른 2점에 교차시키는 것을 특징으로 한다.

제 5 발명은,

제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터에 따라, 1 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것으로, 모재로부터 적어도 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변을 절단하고, 2 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것으로, 모재로부터 루트 페이스가 설치된 개선을 가지는 제품을 절단하는 개선의 절단 방법에 있어서,

1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 슬릿 광이 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각에 적어도 다른 2점으로써 교차하도록, 슬릿 광을 투광 하는 단계,

슬릿 광의 상을 포함한 화상을 촬상하는 단계,

촬상 화상중에서 슬릿 광의 휘도가 급변하는 점을 취하는 것으로, 슬릿 광이 각 변에 교차하는 광절단점의 X, Y좌표 위치를 검출하는 단계,

검출된 광절단점의 X, Y좌표 위치에 기초하여, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 각 직선을 연산하는 단계,

1 패스 절단 종료시점에 있어서의 각 변을 나타내는 각 직선끼리가 교차하는 점을, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부의 X, Y좌표 위치로서 연산하고, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부 위치와 기지의 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부 위치와의 코너부 위치 오차를 연산함과 함께, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와, 기지의 1 패스 절단 전에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와의 차분을, X-Y좌표축의 회전각으로서 연산하는 단계,

코너부 위치 오차와 X-Y좌표축의 회전각에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터를 보정하는 단계,

보정한 제어 프로그램에 따라 2 패스째의 절단을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 다음의 효과를 얻을 수 있다.

a) 제품의 형상의 제약이 없어진다.

종래 기술 1에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제품을 모재(R)로부터 떼어내지 않고 V컷을 행하지 않으면 안 된다고 하는 조건을 수반하기 때문에, 제품의 형상이 크게 제약되어 버리게 되어 있었다. 즉, 분리를 위한 마지막의 변에서, V컷에 의한 절단을 행하지 못하고, Y개선을 형성하지 못하게 되어 있었다. 이것에 대해서 본 발명에 의하면, 도 14(b)에 도시하는 바와 같이, 분리를 위한 마지막의 변에서도 V컷에 의한 절단을 행하는 것이 가능해져, Y개선을 형성할 수 있다.

또한, 종래 기술 2에서는, CCD 카메라로 2개의 단점(코너부)을 촬상할 필요가 있고, 적어도 2개의 단점을 가지는 제품을 절단하는 경우 밖에 적용할 수가 없다. 이것에 대해서 본 발명에 의하면, 도 10(b), (c)에 도시하는 바와 같이, 코너부를 사이에 두는 각 변에서 광절단점을 취득할 수 있으면 좋다. 여기서, 제품이 코너부를 사이에 두는 각 변을 가진다고 하는 속성은, 대략 제품의 속성으로서 보편적인 것이다. 따라서, 2개의 단점(코너부)을 가지는 제품에 한정된다고 하는 종래 기술 2의 문제점이 해결되게 된다.

b) 피어스 회수를 줄이는 것이 가능하고, 절단용 토치의 수명을 늘릴 수 있다.

종래 기술 1에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 1 패스째, 2 패스째의 절단을 끝내도 마지막에 제품 분리를 위한 절단을 행할 필요가 있기 때문에, 피어스 회수가 많아져 절단용 토치의 수명이 짧아진다고 하는 문제가 있었다. 이것에 대해서 본 발명에 의하면, 도 14(a)에 도시하는 바와 같이, 제품 분리(만)를 위한 절단은 불필요해져, 같은 형상의 제품을 절단할 때의 피어스 회수를 줄일 수 있고, 절단용 토치의 수명을 늘릴 수 있다.

c) 절단용 토치의 이동의 쓸모없는 시간을 줄이고, 생산성이 향상된다.

종래 기술 1에 있어서는, 1회의 절단으로 제품 분리를 행할 수가 없기 때문에, 절단용 토치의 이동에 시간이 걸리고 생산성이 저하한다고 하는 문제가 생기고 있었다. 이것에 대해서 본 발명에 의하면, 도 14(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 1회의 절단으로 제품 분리를 행할 수 있고, 절단용 토치의 이동 시간이 줄어들어 생산성이 향상된다.

d) 절단 순서가 간단하고 쉬운 것이 되고, CAD 조작을 용이하게 행할 수 있다.

종래 기술 1에 있어서는, I컷 후에 V컷을 행하고 마지막에 제품 분리를 위하여 재차 I컷을 행할 필요가 있는 것으로부터 절단 순서가 복잡하게 되고, CAD 조작도 복잡화한다. 이것에 대해서 본 발명에 의하면, 도 14(a), (b)에 도시하는 바와 같이, I컷 후에 V컷을 행하는 것만으로 좋고, 마지막에 제품 분리를 위하여 재차 I컷을 행할 필요는 없기 때문에 절단 순서가 간단하고 쉬운 것이 되어, CAD 조작을 용이하게 행할 수 있다.

e) 공장 환경의 영향을 받지 않고 정밀도가 높은 절단을 행할 수 있다.

종래 기술 2에 있어서는, CCD 카메라의 촬상 화면을 2치화 하고, 화상 처리의 수법에 의해 화상으로부터 단점을 추출하도록 하고 있기 때문에, 그 추출 정밀도는 절단 작업을 행하는 공장의 광학 환경에 크게 의존한다. 공장의 광학 환경에 따라서는, 특징점의 추출 정밀도가 낮아져, 위치 오차의 보정이 정확하게 행해지지 않거나, 위치 오차 보정 그 자체가 불가능하게 될 우려가 있다. 이것에 대해서 본 발명에 의하면, 도 9(a), (b), (c)에 도시하는 바와 같이, 휘도가 급변하고, 슬릿 광이 불연속하게 되는 특징점인, 광절단법의 원리를 이용한 광절단점을 이용하고 있고, 배경 화상과 명확하게 식별할 수 있다. 이 때문에 특징점의 추출 정밀도가 낮다고 하는 종래 기술 2의 문제점이 해결되게 된다.

도 1(a)은 Y개선 절단을 도시하는 도면이며, 도 1(b)은 Y개선 절단의 공정을 설명하는 도면이다.
도 2는 종래 기술 1을 설명하는 도면으로, 직사각형의 부품(제품)을 절단하는 경우의 절단 궤적을 도시하는 도면이다.
도 3은 실시 예의 절단 장치의 구성을 도시하는 도면으로, 장치의 전체 구성의 사시도이다.
도 4는 실시 예의 절단 장치의 구성을 도시하는 도면으로, 절단용 토치의 주위 부분을 확대하여 도시하는 사시도이다.
도 5(a)는 대차를 측면으로부터 본 도면으로, 투광 수단과 촬상 수단을 도시하는 도면이며, 도 5(b)는 대차를 측면으로부터 본 도면으로, 높이 측정 수단을 도시하는 도면이다.
도 6은 콘트롤러의 기능 블럭도이며, 본 발명과 관련된 부분을 도시하는 도면이다.
도 7(a), (b), (c)는 2 차원 평면에 있어서의 위치 오차가 루트 페이스의 오차에 미치는 영향을 설명하는 도면이다.
도 8(a), (b)는 높이 방향의 위치 오차가 루트 페이스의 오차에 미치는 영향을 설명하는 도면이다.
도 9(a), (b), (c)는 투광 수단에 의해 형성되는 특징점을 설명하는 도면이다.
도 10(a), (b), (c)는 촬상 화상과 십자 형상 레이저광의 관계를 설명하는 도면이다.
도 11(a)은 절단용 토치에 설치된 노즐로부터 분출해지는 플라즈마 생성용 가스에 의해, 소정의 커브 폭으로 모재가 절단되는 모습을 도시하는 도면이며, 도 11(b)은 화상상에서 검출되는 광절단점과 커브 폭과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 12는 높이 측정 수단에 의해 측정되는 측정점을 도시하는 도면이다.
도 13은 실시 예의 바람직한 순서의 흐름을 나타내는 플로차트이다.
도 14(a), (b)는 실시 예의 제품을 도시하는 도면으로, 직사각형의 부품(제품)을 절단하는 경우의 절단 궤적을 상면보다 X-Y평면에서 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명과 관련된 개선의 절단 장치 및 방법의 실시의 형태에 대하여 설명한다.

또한 본 실시 예에서는 Y개선 절단 등, 루트 페이스가 설치된 개선 절단을 상정한다. 이런 종류의 루트 페이스가 설치된 개선 절단에서는, 도 1(b)에서 전술한 바와 같이, 1 패스째에 I컷에 의해 루트 페이스를 잘라내는 단계와, 2 패스째에 V컷에 의해 개선면을 잘라내는 단계의 2 패스 절단(2회 절단)이 최저 필요하다.

또한, 본 실시 예에서는, 코너부(단점)를 가지는 제품을 절단하는 경우를 상정한다. 코너부를 사이에 두는 각 절단선을 따라 형성되는 절단홈을, 본 명세서에서는, 편의상 「변」이라고 하는 것으로 한다.

도 3, 도 4는 실시 예의 절단 장치의 구성을 나타낸다. 도 3은 장치의 전체 구성의 사시도, 도 4는 절단용 토치의 주위 부분을 확대하여 도시하는 사시도이다. 또한 절단 장치는, 예를 들어 플라즈마 절단 장치를 상정하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 플라즈마 절단 이외의 가스 절단, 레이저 절단이라고 하는 다른 열절단 방법을 이용한 절단 장치에도 당연히 적용할 수 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 마루의 면과 평행한 면을 X-Y평면, X-Y평면에 수직인 연직 방향의 축을 Z 축으로 하여, X-Y-X의 3 차원 좌표축이 구성되는 것으로 한다. 동 도 3에 도시하는 바와 같이, 절단 장치(1)은, 크게는, 그 상면이 X-Y평면과 평행이 되도록 배치되고, 피절단 대상인 모재(R)(예를 들어, 정척 강판)가 재치되는 정반(定盤, 2)과, 정반(2)을 사이에 두고 좌우로 X축 방향이 길이 방향이 되도록 배치된 좌우의 가이드 레일(3, 3)과, 가이드 레일(3, 3)을 따라 이동 가능하게, 정반(2) 상에 걸쳐 놓은 운반대(carriage, 4)와, 운반대(4)의 상면에 길이 방향인 Y축 방향을 따라 배치된 좌우의 가이드 레일(5)과 가이드 레일(5)을 따라 이동 가능하게 설치된 대차(6)와 대차(6)에 대해서 Z축 방향으로 승강 이동 가능하게 설치되고, 선회 U축을 따라 소정 각도 선회 가능하게 지지된 토치 지지대(7)와, 토치 지지대(7)에 의하여, 선회 V축을 따라 소정 각도 선회 가능하게 지지된 절단용 토치(8)와 제어 프로그램상에 기술된 절단선을 나타내는 X, Y, Z좌표 위치 데이터에 따라 X, Y, Z, U, V의 5축을 구동 제어하여 절단용 토치(8)의 선단 위치 및 자세각(절단 위치 및 절단 방향)을 조정함과 함께, 절단용 토치(8)의 전극에 인가되는 전압, 전류를 제어하는 것에 의하여, 절단용 토치(8)의 전극과 모재(R)와의 사이의 아크 전압, 아크 전류를 조정하는 콘트롤러(10)로 이루어진다. 또한 플라즈마 절단 장치(1)의 절단용 토치(8)에 설치된 노즐(8a)로부터 플라즈마 생성용의 가스가 분출되고, 절단용 토치(8)의 전극과 모재(R)와의 사이에 플라즈마화 된 아크가 발생한다. 본 실시 예에서는, 제어 프로그램은 NC기계 좌표로 기술되어 있는 것으로 한다.

도 4는 토치 지지대(7)의 구성을 더욱 자세하게 나타내고 있다. 동 도 4에 도시하는 바와 같이, 토치 지지대(7)는 대차(6)의 Y-Z평면과 평행한 면에 대해서 승강 이동 가능하게 연결되어 있는 승강판(9)과 승강판(9)에 대해서 수직인 축심 주위의 선회 U축을 따라 소정 각도 선회 가능하게 승강판(9)에 지지된 지지 아암(21)과 절단용 토치(8)의 길이 방향에 대해서 수직인 축심 주위의 선회 V축을 따라 소정 각도 선회 가능하게 지지 아암(21)에 지지된 토치 홀더(22)로 이루어진다. 토치 홀더(22)에는, 절단용 토치(8)가 지지되어 있다.

도 5(a)는 대차(6)를 측면으로부터 본 도면으로, 모재(R)의 코너부의 X-Y좌표 위치 오차(Δx, Δy), X-Y좌표축의 회전각(Θ)을 계측하기 위한 투광 수단(23)과 촬상 수단(24)을 나타내고 있다. 도 5(b)는 대차(6)를 측면으로부터 본 도면으로, 절단선의 Z좌표 위치 오차(Δz)를 계측하기 위한 높이 측정 수단(25)을 나타내고 있다.

도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 대차(6)에는, 투광 수단(23)과 촬상 수단(24)이 고정 위치에 설치되어 있다.

투광 수단(23)은, 슬릿 광을 모재(R)상을 향하여 투광한다. 본 실시 예에서는, 레이저 광원에서 생성된 레이저광을 실린드리컬 렌즈를 개재하여 출사시켜, 소정폭, 소정 길이의 슬릿 광(라인광)을 형성하여 슬릿 광을 비스듬하게 모재(R)상에 조사하는 것으로서 투광 수단(23)이 구성된다. 예를 들어, 십자 레이저 발진기로부터 슬릿 광끼리가 서로 수직하게 교차한 십자 형상의 레이저광(L)이 투광된다. 예를 들어, 시판의 레이저 마커 장치를 이용하여, 십자 형상의 인자(印字) 마크를 출사하도록 구성할 수 있다.

촬상 수단(24)은 모재(R)상에 조사된 십자 형상 레이저광(L)의 상을 포함한 화상을 촬상한다. 본 실시 예에서는, 촬상 수단(24)으로서, 예를 들어, CCD 카메라가 이용된다. 촬상 수단(24)과 모재(R)와의 거리는, H로 설정되어 있다.

콘트롤러(10)에는, 1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 촬상 수단(24)으로 촬상된 화상을 나타내는 신호가 입력된다.

콘트롤러(10)는 입력된 촬상 화상 신호에 기초하여, 후술하는 연산 처리를 행하고, 모재(R)의 코너부의 X-Y좌표 위치 오차(Δx, Δy), X-Y좌표축의 회전각(Θ)을 구하고, 이들 X-Y좌표 위치 오차(Δx, Δy), X-Y좌표축의 회전각(Θ)에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터를 보정한다.

도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 대차(6)에는 높이 측정 수단(25)이 고정 위치에 설치되어 있다. 높이 측정 수단(25)은 기준 높이(Z0)로부터 모재(R)까지의 거리(d)를 계측하는 것으로써, 모재(R)의 높이 Z(=Z0＋d)를 측정한다. 높이 측정 수단(25)에는, 예를 들면, 기준 높이(Z0)에 설치된 레이저 측거기가 이용된다.

콘트롤러(10)에는, 1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 높이 측정 수단(25)으로 측정된 모재(R)의 높이(Z)를 나타내는 신호가 입력된다.

콘트롤러(10)는 입력된 높이(Z)를 나타내는 신호에 기초하여, 절단선의 Z좌표 위치 오차(Δz)를 구하고, 상기 Z좌표 위치 오차(Δz)에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 Z좌표 위치 데이터를 보정한다.

이하의 설명에서는, 모재(R)로부터 절단되고 유용한 재료 부분을 「제품」이라고 하고, 모재(R)로부터 절단된 다른 쪽의 불필요한 재료 부분을 「스크랩」이라고 칭하는 것으로 한다.

도 6은 콘트롤러(10)의 기능 블럭도이며, 본 발명과 관련되는 부분을 나타내고 있다.

즉, 콘트롤러(10)는 검출 수단(11)과, 직선 연산 수단(12)과, 위치 오차?회전각 연산 수단(13)과 보정 수단(14)을 포함하여 구성된다.

검출 수단(11)에서는, 촬상 화상중에서 슬릿 광의 휘도가 급변하는 점을 취하는 것으로, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변에 슬릿 광이 교차하는 광절단점의 X, Y좌표 위치가 검출된다.

직선 연산 수단(12)에서는, 광절단점의 X, Y좌표 위치에 기초하여, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 각 직선이 연산된다.

위치 오차?회전각 연산 수단(13)에서는, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 제품의 각 변을 나타내는 각 직선끼리가 교차하는 점이, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부의 위치로서 연산되고, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부 위치와 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부 위치와의 코너부 위치 오차가 연산된다. 또한, 위치 오차?회전각 연산 수단(13)에서는, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와, 1 패스 절단 전에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와의 차분이, X-Y좌표축의 회전각으로서 연산된다.

보정 수단(14)에서는, 코너부 위치 오차와 X-Y좌표축의 회전각에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선의 X, Y좌표 위치 데이터가 보정된다. 또한, 보정 수단(14)에서는, 높이 측정 수단(25)으로 측정된 모재의 높이(Z)에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선의 Z좌표 위치 데이터가 보정된다.

그리고, 콘트롤러(10)는 보정된 제어 프로그램상의 절단선의 보정된 X, Y, Z좌표 위치 데이터에 따라 2 패스째의 절단을 행하도록, X, Y, Z, U, V의 5축을 구동 제어함과 함께, 절단용 토치(8)의 전극에 인가되는 전압, 전류를 제어한다.

다음에, 본 발명에 적용되는 원리에 대해 설명한다.

(3 차원의 위치 오차가 루트 페이스의 오차에 미치는 영향에 대해)

도 7, 도 8은 모재(R)의 3 차원의 위치 오차가 루트 페이스의 오차에 미치는 영향을 나타내고 있다.

도 7은 2 차원 평면에 있어서의 위치 오차가 루트 페이스의 오차에 미치는 영향을 나타내고 있다. 도 7(a)은 2 차원 평면에 있어서의 모재(R)의 절단선을 도시하는 도면이며, 모재(R)는 절단선을 따라 절단된다. 도 7(b)은 1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에 있어서의 모재(R)를 2 차원 평면으로 도시하는 도면이다. 1 패스째의 절단에 의해 모재(R)가 X-Y평면상에 있어서 위치 오차를 일으키고 있는 것을 알 수 있다. 도 7(c)은 본 발명의 보정을 행하지 않고, 절단선을 따라 2 패스째의 절단을 행하였을 때의 루트 페이스를 절단선의 각 위치 마다에 나타내고 있다. 절단선의 시점에 있어서의 루트 페이스 높이는 Z1이며, 절단선의 종점에 있어서의 루트 페이스 높이는 Z2로 되어 있다. 2 차원 평면에 있어서의 위치 오차가, 루트 페이스에 오차 ΔZ(=Z1-Z2)를 일으키게 하고 있는 것을 알 수 있다.

도 8은 높이 방향의 위치 오차가 루트 페이스의 오차에 미치는 영향을 나타내고 있다. 도 8(a)은 2 차원 평면에 있어서의 모재(R)의 절단선을 도시하는 도면이며 모재(R)는 절단선을 따라 절단된다. 도 8(b)은 1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에 있어서의 모재(R)의 높이를 절단선의 각 위치 마다에 나타내고 있다. 도 8(c)은 본 발명의 보정을 행하지 않고, 또한 AVC를 무효로 하여, 2 패스째의 절단을 행하였을 때의 루트 페이스를 나타내고 있다. 절단선의 시점에 있어서의 루트 페이스 높이는 Z1이며, 절단선의 종점에 있어서의 루트 페이스 높이는 Z2로 되어 있다. 높이 방향에 있어서의 위치 오차가, 루트 페이스에 오차ΔZ(=Z1-Z2)를 일으키게 하고 있는 것을 알 수 있다.

여기서, AVC(아크 볼티지 컨트롤)라는 것은, 아크 전압을 측정하여, 미리 설정되어 있는 기준 전압과 비교하여 아크 길이를 일정하게 유지하도록 절단용 토치(8)와 모재(R)와의 간격을 조정하는 제어이다.

AVC를 유효하게 하여 모재(R)를 절단하였다고 하여도, AVC의 원리상 아크 길이의 변동을 검출하고 나서 아크 길이를 일정하게 하는 제어가 작용한다. 이 때문에 제어의 응답 지연에 의해 위치 오차가 누적되고, 역시 도 8(c)에 도시하는 것과 같은 루트 페이스 오차를 일으켜 버린다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 높이 방향의 보정에 관해서는, AVC에 의하지 않는 상술한 높이 측정 수단(25)을 이용한 보정을 행하도록 하고 있다.

(2 차원 평면에 있어서의 위치 오차의 검출에 대해)

2 패스 절단에서는, I컷에 의한 1 패스째의 절단 종료시점에서,」자르는 폭 중에서 제품의 미소한 위치 오차가 생겨 모재(R)로부터 떼어 내어진다. 이것은, 제품이 모재(R)로부터 떼어 내어지면, 제품의 아래쪽 면의 정반(가대(架臺), 2)상에 있어서의 절단 파편의 금속 드로스가 퇴적하여 생길 수 있는 요철과 자중에 의한 낙하에 의해, 제품이 X-Y 평면상으로 이동하기 때문이다. X-Y 평면상의 제품의 이동은, X-Y 직교좌표계에서는, 좌표 위치 X, Y의 시프트량(Δx, Δy)과 X-Y좌표축의 회전각(Θ)으로 나타낼 수 있다. 이것들을 구하기 위해서는, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 각 직선을 알면 좋다. 이것들 각 직선은, 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각에 있어서 적어도 다른 2점이 구하여지면, 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서는, 각 변상의 2점을, CCD 카메라 등의 촬상 수단(24)으로 취하도록 하고 있다.

(광 절단법에 따른 특징점의 추출)

화상 처리를 행하여 화상상의 특징점을 추출하는 수법 자체는, 종래 기술 2로서 나타내는 바와 같이 널리 알려지고 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 제품 형상이 제약되거나 추출 정밀도가 낮음 등의 문제점이 있다. 그래서, 본 발명에서는, 광절단법을 이용하여, 상술한 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각에 있어서의 적어도 다른 2점을 화상상의 특징점으로서 형성하도록 하고 있다.

본 발명에 있어서의 특징점의 형성 방법을, 도 9를 이용하여 설명한다.

도 9(a)에 도시하는 바와 같이, 투광 수단(23)은 1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 십자 형상으로 형성된 레이저광(L)을 모재(R)상에 비스듬하게 투광한다. 십자 형상으로 형성된 레이저광(L)은 도면 중 수직 방향의 슬릿 광(Lｖ)과 도면 중 수평 방향의 슬릿 광(Lh)으로 분해된다. 대차(6)를 이동시켜, 각 이동 위치에서 광절단점(P2, P3, P5, P6)이 형성된다. 1회째의 이동에서는, 코너부(단점)를 사이에 두는 각 변(각 절단홈) 중 도면 중 수평 방향의 변(절단홈)과 수직 방향 슬릿 광(Lｖ)이 교차하는 점이 광절단점(P2)으로서 얻을 수 있는 것과 함께, 도면 중 수직 방향의 변(절단홈)과 수평 방향 슬릿 광(Lh)이 교차하는 점이 광절단점(P3)으로서 얻을 수 있다. 2번째의 이동에서는, 코너부(단점)를 사이에 두는 각 변(각 절단홈) 중 도면 중 수평 방향의 변(절단홈)과 수직 방향 슬릿 광(Lｖ)이 교차하는 점을 광절단점(P5)으로서 얻을 수 있는 것과 함께, 도면 중 수직 방향의 변(절단홈)과 수평 방향 슬릿 광(Lh)이 교차하는 점이 광절단점(P6)으로서 얻을 수 있다.

도 9(b)는 상술하는 바와 같이 슬릿 광(Lｖ, Lh)이 절단홈과 교차하도록 조사되었을 때의 모재(R)의 단면도를 나타내고 있고, 도 9(c)는 도 9(b)에 대응하여, 화상상의 슬릿 광(Lｖ, Lh)의 휘도를 나타내고 있다. 도 9(b)에 도시하는 바와 같이, 제품 및 스크랩 부분에 있어서의 슬릿 광 조사 위치와 절단 홈 부분에 있어서의 슬릿 광 조사 위치에서는 높이 방향으로 단차가 있다. 따라서, 이것에 대응하여, 도 9(c)에 도시하는 바와 같이, 화상상의 제품 및 스크랩 부분과 절단 홈 부분에서는, 휘도에 큰 차이가 생긴다. 따라서, 촬상 화상 중에서 슬릿 광(Lｖ, Lh)의 휘도가 급변하는 점을 취하는 것에 의하여, 슬릿 광(Lｖ, Lh)이 각 변(코너부를 사이에 두는 각 절단홈)에 교차하는 광 절단점(P2, P3, P5, P6)의 X, Y좌표 위치를 용이하게 검출할 수 있다.

광 절단점(P2, P3, P5, P6)은 코너부를 사이에 두는 각 변상의 점이다. 여기서, 제품이 코너부를 사이에 두는 각 변을 가진다고 하는 속성은, 대략 제품의 속성으로서 보편적인 것이다. 따라서, 제품 형상이 제약된다고 하는 종래 기술 2의 문제점이 해결되게 된다. P2, P3, P5, P6는, 광절단법의 원리를 이용한 광절단점이며, 휘도가 급변하여, 슬릿 광이 불연속이 되는 특징점이다. 따라서, 배경 화상과 명확하게 식별할 수 있고, 특징점의 추출 정밀도가 낮다고 하는 종래 기술 2의 문제점이 해결되게 된다. 또한, 투광 수단(23)으로서는, 각 이동 위치마다 확실하게 절단홈에 레이저광을 조사시키기 위해서, 슬릿 광(Lｖ, Lh)의 길이를 변화시킬 수 있는 십자 레이저 발진기를 이용하는 것이 바람직하다.

(화상 처리에 의한 특징점의 검출에 대해)

도 10은 촬상 화상과 십자 형상 레이저광(L)의 관계를 나타내고 있다.

도 10(a)에 도시하는 바와 같이, 화상 처리를 간단하고 쉽게 행하기 위해서, 대차(6)를 이동시킬 때마다, 화상의 중심 위치와 십자 형상 레이저광(L)의 중심점P1, P4(슬릿 광(Lｖ, Lh)의 교점)을 맞춘다.

도 10(b)에 도시하는 바와 같이, 1회째에 대차(6)를 이동시켜, 코너부(단점)를 사이에 두는 각 변(각 절단홈) 중 도면 중 수평 방향의 변(절단홈)과 수직 방향 슬릿 광(Lｖ)과의 교차점으로서의 광절단점(P2), 및 도면 중 수직 방향의 변(절단홈)과 수평 방향 슬릿 광(Lh)의 교차점으로서의 광절단점(P3)을 포함한 화상을 촬상 수단(24)으로 촬상한다. 그리고, 도 10(c)에 도시하는 바와 같이 2번째에 대차(6)를 이동시켜, 코너부(단점)를 사이에 두는 각 변(각 절단홈)중 도면 중 수평 방향의 변(절단홈)과 수직 방향 슬릿 광(Lｖ)의 교차점으로서의 광절단점(P5), 및 도면 중 수직 방향의 변(절단홈)과 수평 방향 슬릿 광(Lh)의 교차점으로서의 광절단점(P6)을 촬상 수단(24)으로 촬상한다.

도 10(a)에 도시하는 화상상의 화소 위치(Xg, Yg)와, NC기계 좌표상의 위치(Xi, Yi)와는 일대일로 대응하고 있다. 또한, 화상의 화각은, 촬상 수단(24)과 모재(R)와의 거리 H(도 5(a))와 촬상 수단(CCD 카메라, 24)의 초점거리와 화상의 화소수로 정해진다. 또한, 1 화소 당의 길이는, 화각과 CCD 센서의 화소 길이로 정하여진다.

그래서, 화상의 중심점(P1, P4)으로부터 수평 방향(X), 수직 방향(Y)을 따라 차례차례 각 화소의 휘도를 탐색하고, 휘도가 급변하는 화소 위치까지의 누적 화소수를 계측한다. 상기 누적 화소수가, 화상의 중심점(P1, P4)으로부터 특징점(광절단점, P2, P3, P5, P6)까지의 상대 거리에 상당한다. 상기 화상 좌표상의 상대 거리가, NC기계 좌표 데이터로 변환되고, NC기계 좌표상의 특징점(P2, P3, P5, P6)의 X, Y좌표 위치가 요구된다.

(휘도 보정에 대해)

레이저광(L)의 휘도는, 균일하지 않기 때문에, 절단점 근방의 강도가 낮은 경우 또는 절단점 이외에서 휘도가 낮은 경우는, 절단점의 검출에 오차가 생길 가능성이 있다. 이 검출 오차를 회피하려면 레이저광의 파워를 안전 규제치의 상한의 범위내(클래스 3)에서 올리면 된다. 레이저광의 파워를 올리지 않고 검출 오차를 회피하려면, 절단선의 NC기계 좌표 데이터로부터 절단점 위치의 근방을 예측하여, 절단점 위치의 참값을 좁히는 것이 바람직하다. 또한, 적색 레이저를 사용하는 경우에는, R, G, B의 휘도에서는 R이 높기 때문에 R휘도로 절단점을 판단하는 것이 바람직하다. 또한, 1 화소는 아니고 수화소의 휘도의 평균치로부터 절단점을 판단하는 것이 바람직하다.

(커브 보정에 대해)

도 11(a)은 절단용 토치(8)에 설치된 노즐(8a)로부터 분출되는 플라즈마 생성용 가스에 의해, 소정의 커브 폭으로 모재(R)가 절단되는 모습을 나타낸다. 도 11(b)은 화상상에서 검출되는 광절단점(Pa, Pb)과 커브 폭과의 관계를 나타낸다.

제품측의 광절단점(Pa)과 스크랩측의 광절단점(Pb)의 차이 Pa-Pb가 커브 폭이 된다. 따라서, 실제의 절단홈 중심은, 광절단점(Pa, Pb)으로부터 커브 폭의 반값분 만큼 어긋나 있게 된다. 이것을 도 11(a)에서 보면, 검출된 NC좌표축 상의 광절단점Pa(또는 Pb)의 위치에 대해서 노즐 반경분을 시프트 시킨 값이, 실제의 제어 프로그램상의 NC좌표 위치 데이터가 되는 것을 나타내고 있다.

X-Y좌표축의 회전각(Θ)을 구함에 있어서, NC기계 좌표상의 기지의 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부(단점) 위치 Pnc(Xnc, Ync)가 X-Y좌표축의 회전 중심 위치가 된다(도 7(a), (b) 참조). 또한, 좌표 위치 X, Y의 시프트량(Δx, Δy)은 NC기계 좌표상의 기지의 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부(단점) 위치 Pnc(Xnc, Ync)와 NC기계 좌표상의 1 패스 절단 종료시점에 있어서 계측된 코너부(단점) 위치 Pc(Xc, Yc)와의 차분량Δx(=Xc-Xnc), Δy(=Yc-Ync)가 된다.

그러나, 상기 차분량 Δx(=Xc-Xnc), Δy(=Yc-Ync)에는, 도 11(b)에 도시하는 바와 같이 커브 폭 반값 상당분의 오차가 포함되어 있다. 또한, 커브 폭은 I절단과 개선 절단으로 플라즈마류의 영향에 따라서 다르므로 보정이 필요하게 된다. 따라서, 이들을 가미하여 보정량(kfx, kfy)를 구하고, 차분량 Δx(=Xc-Xnc), Δy(=Yc-Ync)로부터, 보정량(kfx, kfy)을 공제하여 보정할 필요가 있다. 즉, 보정된 차분량은,

Δx=Xc-Xnc-kfx

Δy=Yc-Ync-kfy　　…(1)

이 된다.

(코너부 위치 오차(시프트 량)Δx, Δy 및 X-Y좌표축의 회전각(Θ)을 구하는 방법에 대해)

1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부(단점) Pc의 위치는, 상기 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 2 직선상의 교점의 위치로서 구할 수 있다(도 7(b)).

1 패스 절단 전에 있어서의 코너부(단점) 위치 Pnc는 기지(旣知)이며(도 7(a)), 상기 기지(旣知)의 코너부(단점) 위치 Pnc의 정보에 기초하여, 십자 형상 레이저광(L)의 중심점(P1, P4)을 정하여, 슬릿 광(Lv, Lh)이 코너부를 사이에 두는 각 변(각 절단홈)에 교차시키도록 한다(도 10(b), (c)).

교차점으로서의 절단점 P2(X2, Y2), P3(X3, Y3), P5(X5, Y5), P6(X6, Y6)가 검출되면, 이들의 절단점 위치 데이터로부터, 아래와 같이 하여, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 각 직선의 식이 구하여진다.

y=a1?X＋b1(도 7(b)의 도면 중, 1 패스 절단 종료시점의 대략 수평 방향의 변을 나타내는 직선)

y=a2?X＋b2(도 7(b)의 도면 중, 1 패스 절단 종료시점의 대략 수직 방향의 변을 나타내는 직선)

단,

a1=(Y2-Y5)/(X2-X5)

b1=(Y2-a1?X2)

a2=(Y3-Y6)/(X3-X6)

b2=(Y3-a2?X3)　　　　　　…(2)

1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부(단점) Pc(Xc, Yc)는, 상기 식에 나타나는 2 직선의 교점으로서 아래와 같이 하여, 구하여진다.

Xc=-(b1-b2)/(a1-a2)

Yc=a1?Xc＋b1　　　　　　　　　…(3)

따라서, 상기 (1) 식에 상기 (3) 식을 대입하는 것으로, 코너부 위치 오차(시프트 량) Δx, Δy가 구하여진다.

한편, 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부(단점) 위치 Pnc를 사이에 두는 각 변을 나타내는 2 직선의 식은, 기지이며(도 7(a)), 아래와 같이 나타내어 진다.

y=a3?X＋b3(도 7(a)의 도면 중, 1 패스 절단 전의 수평 방향의 변을 나타내는 직선)

y=a4?X＋b4(도 7(a)의 도면 중, 1 패스 절단 전의 수직 방향의 변을 나타내는 직선)　…(4)

따라서, 상기 (2), (4) 식에서, 1 패스 절단 전과 1 패스 절단 종료시점의 대응하는 직선의 기울기의 차분을 요구하는 것으로, 아래와 같이 하여, X-Y좌표축의 회전각(Θ)을 얻을 수 있다.

Θ=a1-a3(또는, a2-a4)　…(5)

또한, X-Y좌표축의 회전각(Θ)의 측정 오차(Δθ)를 하기 (6) 식과 같이 하여 구하고, 측정 오차(Δθ)가 규정치 이상이면, 레이저광(L)의 조사 위치를 바꾸어 재차 같은 계측을 행하도록 하는 것이 바람직하다.

Δθ=atan(a1-a2)/(1＋a1?a2)-atan(a3-a4)/(1＋a3?a4)　…(6)

(2 패스째의 NC좌표 위치의 보정에 대해)

상기 (1), (5) 식과 같이 코너부 위치 오차(Δx, Δy)와 X-Y좌표축의 회전각(Θ)을 얻을 수 있으면, 이들 코너부 위치 오차(Δx, Δy)와 X-Y좌표축의 회전각(Θ)분의 좌표 변화를, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 모든 X, Y좌표 위치 데이터에 대해서 행하고, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터를 보정한다.

한편, 1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에는, 높이 측정 수단(25)에서 모재(R)의 높이(Z)가 측정된다. 여기서, 1 패스째의 절단 전에 있어서의 모재(R)의 높이(Z′)는 기지이다. 따라서, 이러한 차분으로부터, 모재(R) 상의 절단선의 Z좌표 위치 오차Δz(=Z-Z′)가 요구된다.

이러한 요구된 절단선의 Z좌표 위치 오차(Δz)를, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 모든 Z좌표 위치 데이터에 가산(혹은 감산)하는 것으로써, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 Z좌표 위치 데이터를 보정한다. 또한, 이 보정은 전술한 바와 같이 AVC에 의한 높이 보정과 달리 누적 오차는 생기지 않는다.

2 패스째의 절단은, 이렇게 하여 보정된 제어 프로그램에 따라 실시되게 된다.

(높이 계측)

높이 측정 수단(25)은 상술한 바와 같이 레이저 측거기가 이용된다. 이것은 모재(R)의 표면의 영향, 즉 오일, 스패터 액 등에 의한 오반사의 영향이 적기 때문이다.

그러나, 높이 측정 수단(25)으로서 레이저 측거기를 이용하면, 모재(R1) 점 마다 측정을 해야 하기 때문에 측정 시간이 길어져 제품의 택트 타임이 늦어진다. 그래서, 측정 점수를 줄여 택트 타임을 빨리 하고, 그것에 의하여 생긴 측정 점수의 부족은 보간에 의해 보충하도록 하는 것이 바람직하다.

도 12는 높이 측정 수단(25)에 의해 측정되는 측정점을 나타내고 있다. 모재(R)의 제품을 포함한 소정 범위가 메쉬 형상으로 분할되고, 메쉬의 각 격자점이 측정점으로서 미리 기억되어 두어진다. 그리고, 기억 내용을 읽어내고, 메쉬의 각 격자점이 차례차례 측정되도록 대차(6)를 개시점으로부터 종료점까지 차례차례 이동시켜, 높이 측정 수단(25)으로 차례차례 높이(Z)를 측정한다. 절단 선상의 점의 높이(Z)는, 공지의 보간 수법에 의해 보간 연산된다. 예를 들어, 확장 바이리니아 보간 수법에 의해, 주위 4점의 격자점의 측정 데이터로부터 내부의 절단선 상의 점의 높이(Z)가 보간 연산된다. 이렇게 하여 보간에 의해 얻어진 절단선의 높이(Z)의 데이터로부터, 모재(R) 상의 절단선의 Z좌표 위치 오차(Δz)가 구하여진다.

다음에, 본 실시 예의 바람직한 순서의 흐름에 대해 도 13에 도시하는 플로차트를 아울러 참조하여 설명한다.

본 실시 예에서는, 도 14(a), (b)에 도시하는 제품을 절단하는 경우를 상정한다.

도 14(a), (b)는 직사각형의 부품(제품)을 절단하는 경우의 절단 궤적을 상면보다 X-Y평면에서 도시한 도면이다. 도 14(a), (b)에 있어서,

S1：패스 1의 피어스점(절단 개시점)

E1：패스 1의 절단 종료점

S2：패스 2의 피어스점(절단 개시점)

E2：패스 2의 절단 종료점

이다.

도 14(a)의 절단예에서는, 1 패스째에, 「S1→E1」의 절단 궤적으로 I컷에 의한 절단을 분리하는 위치에 이를 때까지 행하고, 제품을 모재(R)로부터 떼어내, 2 패스째의 절단으로 이행하고, 「S2→E2」의 절단 궤적으로, 도면 중 수직의 변에 대해 V컷에 의한 절단을 행한다. 1 패스째의 마지막 변에서는, V컷에 의한 절단은 행해지지 않는다.

도 14(b)의 절단예에서는, 1 패스째에, 「S1→E1」의 절단 궤적으로 I컷에 의한 절단을 분리하는 위치에 이를 때까지 행하고, 제품을 모재(R)로부터 떼어내, 2 패스째의 절단으로 이행하고, 「S2→E2」의 절단 궤적에서, 도면 중 수직의 변 및 수평의 변에 대해 V컷에 의한 절단을 행한다. 1 패스째의 마지막 변에서도, V컷에 의한 절단을 행하고, Y개선이 형성된다.

또한, 제품의 코너부(단점)에서는, 코너부의 각도를 보장하기 위해서 루프 처리를 한다.

이러한 절단을 행하기 위해서, 우선, 절단선의 NC좌표 위치 데이터가 작성된다(단계 101).

다음에 V컷을 행하기 위한 보정 데이터가 설정된다. 즉, 절단용 토치(8)의 기울기 각도(개선 각도)나 노즐(8a)의 지름 등에 따라, X, Y좌표축 방향의 시프트 량이나 높이를 보정하는 데이터가 설정된다. 또한, 투광 수단(23)의 투광 위치, 촬상 수단(24)의 촬영 위치의 데이터가 설정된다(단계 102).

다음에 1 패스째의 NC좌표 위치 데이터에 따라 X, Y, Z, U, V의 5축이 구동 제어되고, 절단용 토치(8)의 높이가 조정되면서, 1 패스째의 절단선을 따라 이동하고, I컷에 의한 절단을 행한다. 이것에 의해, 모재(R)로부터 제품이 분리된다(도 14(a), (b)). 이렇게 하여 1 패스째의 절단이 실시된다(단계 103).

다음에, 투광 위치 데이터 및 촬영 위치의 데이터에 따라 대차(6)를 차례차례 이동시켜 1회째의 투광, 촬영 위치, 2회째의 투광, 촬영 위치에 차례차례 위치 결정한다. 위치 결정 후, 투광 수단(23)으로부터 십자 형상 레이저광(L)이 모재(R) 상을 향하여 투광되는 것과 함께, 촬상 수단(24)으로, 모재(R) 상에 조사된 십자 형상 레이저광(L)의 상을 포함한 화상이 촬상된다(도 10(b), (c)；단계 104).

다음에, 높이 측정 수단(25)에 의해, 모재(R)의 높이(Z)가 측정된다. 절단 선상의 점의 높이(Z)는, 보간에 의해 구할 수 있다(도 12；단계 105).

다음에, 촬상 수단(24)으로 촬상된 화상중에서 광절단점(P2, P3, P5, P6)이 검출되고, 검출된 광절단점(P2, P3, P5, P6)의 위치에 기초하여, 전술한 (1)~(5) 식에 의한 연산을 행하고, X-Y좌표 위치 오차(Δx, Δy), X-Y좌표축의 회전각(Θ)이 구하여진다. 구하여진 X-Y좌표 위치 오차(Δx, Δy), X-Y좌표축의 회전각(Θ)에 기초하여, 2 패스째의 NC좌표 위치 데이터(X, Y)가 보정된다. 또한, 높이 측정 수단(25)에 의해 측정된 높이(Z)의 데이터에 기초하여, 절단선의 Z좌표 위치 오차(Δz)가 구하여지고, 상기 Z좌표 위치 오차(Δz)에 기초하여, 2 패스째의 NC좌표 위치 데이터(Z)가 보정된다. 이때에 단계 102로 설정된 보정 데이터가 가미되어 2 패스째의 NC좌표 위치 데이터가 작성된다(단계 106).

다음에, 보정된 2 패스째의 NC 좌표 위치 데이터에 따라 X, Y, Z, U, V의 5축이 구동 제어되고, 절단용 토치(8)의 높이가 계속 조정되면서, 2 패스째의 절단선을 따라 이동하고, V컷에 의한 절단이 행하여진다(도 14(a), (b)). 이렇게 하여 2 패스째의 절단이 실시된다(단계 107).

이상과 같이 본 실시 예에 의하면, 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

a) 제품의 형상의 제약이 없어진다.

종래 기술 1에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제품을 모재(R)로부터 떼어내지 않고 V컷을 행하지 않으면 안 된다고 하는 조건을 수반하기 때문에, 제품의 형상이 크게 제약되어 버리게 되어 있었다. 즉, 분리를 위한 마지막 변에서, V컷에 의한 절단을 행하지 못하고, Y개선을 형성하지 못하게 되어 있었다. 이것에 대해서 본 실시 예에 의하면, 도 14(b)에 도시하는 바와 같이, 분리를 위한 마지막 변에서도 V컷에 의한 절단을 행하는 것이 가능해지고, Y개선을 형성할 수 있다.

또한, 종래 기술 2에서는, CCD 카메라로 2개의 단점(코너부)을 촬상할 필요가 있고, 적어도 2개의 단점을 가지는 제품을 절단하는 경우 밖에 적용할 수가 없다. 이것에 대해서 본 실시 예에 의하면, 도 10(b), (c)에 도시하는 바와 같이, 코너부를 사이에 두는 각 변에서 광절단점을 취득할 수 있으면 좋다. 여기서, 제품이 코너부를 사이에 두는 각 변을 가진다고 하는 속성은, 대략 제품의 속성으로서 보편적인 것이다. 따라서, 2개의 단점(코너부)을 가지는 제품에 한정된다고 하는 종래 기술 2의 문제점이 해결되게 된다.

b) 피어스 회수를 줄이는 것이 가능하고 절단용 토치(8)의 수명을 늘릴 수 있다.

종래 기술 1에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 1 패스째, 2 패스째의 절단을 끝내도 마지막 3 패스째에 제품 분리를 위한 절단을 행할 필요가 있기 때문에, 피어스 회수가 많아져 절단용 토치(8)의 수명이 짧아진다고 하는 문제가 있었다. 이것에 대해서 본 실시 예에 의하면, 도 14(a)에 도시하는 바와 같이, 제품 분리(만)를 위한 절단은 불필요해지고, 종래와 같은 형상의 제품을 절단할 때의 피어스 회수를 줄일 수 있고, 절단용 토치(8)의 수명을 늘릴 수 있다.

c) 절단용 토치(8)의 이동의 쓸모없는 시간을 줄여, 생산성이 향상한다.

종래 기술 1에 있어서는, 1회의 절단으로 제품 분리를 행할 수가 없기 때문에, 절단용 토치(8)의 이동에 시간이 걸려 생산성이 저하한다고 하는 문제가 생기고 있었다. 이것에 대해서 본 실시 예에 의하면, 도 14(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 1회의 절단으로 제품 분리를 행할 수 있고, 절단용 토치(8)의 이동 시간이 줄어들어 생산성이 향상한다.

d) 절단 순서가 간단하고 쉬운 것이 되어, CAD 조작을 용이하게 행할 수 있다.

종래 기술 1에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, I컷 후에 V컷을 행하고 마지막에 제품 분리를 위하여 재차 I컷을 행할 필요가 있는 것으로부터 절단 순서가 복잡하게 되고, CAD 조작도 복잡화한다. 이것에 대해서 본 실시 예에 의하면, 도 14(a), (b)에 도시하는 바와 같이, I컷 후에 V컷을 행하는 것만으로 좋고 마지막에 제품 분리를 위하여 재차 I컷을 행할 필요는 없기 때문에 절단 순서가 간단하고 쉬운 것이 되어, CAD 조작을 용이하게 행할 수 있다.

e) 공장 환경의 영향을 받지 않고 정밀도가 높은 절단을 행할 수 있다.

종래 기술 2에 있어서는, CCD 카메라의 촬상 화면을 2치화 하여, 화상 처리의 수법에 의해 화상으로부터 단점을 추출하도록 하고 있기 때문에, 그 추출 정밀도는, 절단 작업을 행하는 공장의 광학 환경에 크게 의존한다. 공장의 광학 환경에 따라서는, 특징점의 추출 정밀도가 낮아져, 위치 오차의 보정이 정확하게 행하여지지 않기도 하고, 위치 오차 보정 그 자체가 불가능하게 될 우려가 있다. 이것에 대해서 본 실시 예에 의하면, 도 9(a), (b), (c)에 도시하는 바와 같이, 휘도가 급변하고, 슬릿 광이 불연속이 되는 특징점인, 광 절단법의 원리를 이용한 광절단점을 이용하고 있고, 배경 화상과 명확하게 식별할 수 있다. 이 때문에 특징점의 추출 정밀도가 낮다고 하는 종래 기술 2의 문제점이 해결되게 된다.

6 : 대차
24 : 촬상 수단
L ; 레이저광
Lｖ, Lh : 슬릿 광
P1, P4 : 중심점
P2, P3, P5, P6 : 광절단점

Claims (5)

1. 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터에 따라, 1 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것으로, 모재로부터 적어도 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변을 절단하고, 2 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것으로, 모재로부터 루트 페이스가 설치된 개선을 가지는 제품을 절단하는 개선의 절단 장치에 있어서,
   1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 슬릿 광이, 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각에 적어도 다른 2점으로써 교차하도록, 슬릿 광을 투광 하는 투광 수단,
   슬릿 광의 상을 포함한 화상을 촬상하는 촬상 수단,
   촬상 화상중에서 슬릿 광의 휘도가 급변하는 점을 취하는 것으로, 슬릿 광이 각 변에 교차하는 광절단점의 X, Y좌표 위치를 검출하는 검출 수단,
   검출된 광절단점의 X, Y좌표 위치에 기초하여, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 각 직선을 연산하는 직선 연산 수단,
   1 패스 절단 종료시점에 있어서의 각 변을 나타내는 각 직선끼리가 교차하는 점을, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부의 X, Y좌표 위치로서 연산하고, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부 위치와 기지(旣知)의 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부 위치와의 코너부 위치 오차를 연산함과 함께, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와, 기지의 1 패스 절단 전에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와의 차분을, X-Y좌표축의 회전각으로서 연산하는 위치 오차?회전각 연산 수단,
   코너부 위치 오차와 X-Y좌표축의 회전각에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터를 보정하는 보정 수단이 구비되고,
   보정한 제어 프로그램에 따라 2 패스째의 절단을 실시하는 것을 특징으로 하는 개선의 절단 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   제어 프로그램상의 Z좌표 위치 데이터에 따라, 절단용 토치의 높이를 제어하는 개선의 절단 장치이며,
   1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 모재의 높이를 측정하는 높이 측정 수단,
   높이 측정 수단에서 측정된 모재의 높이에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 Z좌표 위치 데이터를 보정하는 보정 수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 개선의 절단 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   1 패스째에 I컷에 의해 루트 페이스를 잘라내고, 2 패스째에 V컷에 의해 개선면을 잘라내고, Y개선을 가지는 제품을 절단하는 것을 특징으로 하는 개선의 절단 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   투광 수단은 십자 형상의 빛을 조사 위치를 바꾸어 적어도 2회 투광하고, 적어도 2회의 투광으로, 십자를 구성하는 슬릿 광을, 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각의 적어도 다른 2점에 교차시키는 것을 특징으로 하는 개선의 절단 장치.
5. 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터에 따라, 1 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것으로, 모재로부터 적어도 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변을 절단하고, 2 패스째에 절단용 토치를 X-Y평면상의 모재의 절단선을 따라 이동시키는 것으로, 모재로부터 루트 페이스가 설치된 개선을 가지는 제품을 절단하는 개선의 절단 방법에 있어서,
   1 패스째의 절단 종료 후, 2 패스째의 절단 종료 전에, 슬릿 광이, 제품의 코너부를 사이에 두는 각 변 각각에 적어도 다른 2점으로써 교차하도록, 슬릿 광을 투광 하는 단계,
   슬릿 광의 상을 포함한 화상을 촬상하는 단계,
   촬상 화상중에서 슬릿 광의 휘도가 급변하는 점을 취하는 것으로, 슬릿 광이 각 변에 교차하는 광절단점의 X, Y좌표 위치를 검출하는 단계,
   검출된 광절단점의 X, Y좌표 위치에 기초하여, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부를 사이에 두는 각 변을 나타내는 각 직선을 연산하는 단계,
   1 패스 절단 종료시점에 있어서의 각 변을 나타내는 각 직선끼리가 교차하는 점을, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부의 X, Y좌표 위치로서 연산하고, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 코너부 위치와 기지(旣知)의 1 패스 절단 전에 있어서의 코너부 위치와의 코너부 위치 오차를 연산함과 함께, 1 패스 절단 종료시점에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와, 기지의 1 패스 절단 전에 있어서의 변을 나타내는 직선의 기울기와의 차분을, X-Y좌표축의 회전각으로서 연산하는 단계,
   코너부 위치 오차와 X-Y좌표축의 회전각에 기초하여, 2 패스째의 제어 프로그램상의 절단선을 나타내는 X, Y좌표 위치 데이터를 보정하는 단계,
   보정한 제어 프로그램에 따라 2 패스째의 절단을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개선의 절단 방법.

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