(57)【要約】      （修正有）【課題】架台の消耗や破損による平坦度や水平度の棄損を解決し、安定して継続的に運用できる、網状鉄スクラップの自動形状認識及び切断計画自動生成システム、並びに、関連する自動切断システムを提供する。【解決手段】コンピュータが、不定形のワークについて、切断後のすべてのワークが所定寸法内となるよう切断経路を自動計画する際に、ワークを載置する架台の劣化を来さないよう事前設定された切断辺の座標に関する制約に基づいて行う。この制約は、切断前のワーク及び切断されたワークの安定を害さない態様の特定の経路の全部又は一部しか切断させない。特定の経路は前記所定寸法を隙間なく並べた格子状である。アルゴリズムが、格子の平面上の回転角度又は格子の原点の位相（Ｘ軸、Ｙ軸もしくは両方）の異なる複数の格子をワークに適用してみて、総切断長が最も短くなる回転角度及び位相の格子上の切断計画を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが、
不定形のワークについて、
切断後のすべてのワークが所定寸法内となるよう切断経路を自動計画する際に、
ワーク載置に影響する架台の劣化を来さないよう事前設定された切断辺の座標に関する制約またはその制約を実質的に順守するアルゴリズムに基づいて行うことを特徴とする
コンピュータプログラム。
【請求項２】
前記事前設定された切断辺の座標に関する制約が、
切断前のワーク及び切断されたワークの安定を害さない態様の特定の経路の全部又は一部しか切断しないという制約である
請求項１に記載のコンピュータプログラム。
【請求項３】
前記特定の経路が前記所定寸法を隙間なく並べた格子状である、
請求項２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項４】
前記アルゴリズムが、格子の平面上の回転角度又は格子の原点の位相（Ｘ軸、Ｙ軸もしくは両方）の異なる複数の格子をワークに適用してみて、
総切断長が最も短くなる回転角度及び位相の格子上の切断計画を採用することを特徴とする
請求項３に記載のコンピュータプログラム。
【請求項５】
別個のワークが複数載置された場合、又は、
元の一以上のワークを、所定寸法内にさらに細断すべき複数のワークへと、所定寸法以下の前記格子上の切断線で分離できる場合、
該別個のワークもしくは該分離できるワークのそれぞれに対して別々に切断計画を生成することを特徴とする
請求項４に記載のコンピュータプログラム。
【請求項６】
前記特定の経路上の、ワークに触れているすべての辺についてワークに触れている（一以上の）部分辺のみを切る切断計画とし、
該切断計画から省略してもすべての切断後ワークが寸法内となるような、
省略総切断長が最大または極大となる部分辺集合を求めて
これを省略して切断計画を求めることを特徴とする
請求項１から５のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
【請求項７】
前記特定の経路上の、ワークに触れていない辺に隣接する辺又は対向する辺上の部分辺についてのみ、
省略することが可能かどうかの判断を行うことを特徴とする
請求項６に記載のコンピュータプログラム。
【請求項８】
隣接する辺又は対抗する辺上の部分辺の外側の垂直方向に、切断すべき別の部分辺が残っている場合に、
省略することが可能かどうかの判断を行わないことを特徴とする
請求項７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムを用いた方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムを用いた装置。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムを用いた方法に用いるための架台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の大きさ以内に切断するコンピュータプログラム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当発明者らにより、下記特許文献１の切断方法が発明されている。これは、鉄工所で「亀の子」と呼ばれる自走式装置に数本の溶断トーチを並列に配置し縦方向と横方向に切り替えて走らせ、なるべく効率よく（例えば、高出力切断するタイミングを必要な時間帯のみとしたり、走行方向ノズル位置の動的かつ局所的な調整を行ったりしながら）、網状の鉄スクラップを所定寸法の短冊形に切断しようとするものであるが、切断直前のワークの状況の把握が困難であったり、縦横の切り替え軸の実現等が困難であったりしたため、長期の実運用には至っていない。
このため、下記非特許文献１に示すとおり、本発明者らは、網状鉄スクラップ等の全体形状（個々のワークの搬入前はほぼ予測不能である）を、搬入後の切断開始直前に自動で機械認識して、よりコストの少ない切断経路を自動計画して切断するシステムを実現した。
しかし、網状鉄スクラップを載置してその上でガス切断等をおこなうための架台は、対象ワークである網状鉄スクラップ等の形状を正確に事前認識しかつ効率的な自動計画及び安定した自動切断を可能にするために、ある程度以上の平坦度と水平度が必要であるにもかかわらず、何枚もの対象ワークの自動ガス切断を実施し続けることにより、ワークを貫通した切断用ガスバーナーの熱やアシストガスにより、ワークを直接支えるライナー（架台のうち、数十本程度を架台フレーム上に立てて並べてワークを直接支える横２０００ｍｍ×縦１００ｍｍ×幅１０ｍｍ程度の板）の消耗と破損が進み、さらに、溶断時に溶けた鉄が冷えて凝固したものの偏った蓄積等によるライナー事の不規則な傾きや浮き上がり等もあって、当初予定していた正確な自動形状認識と自動計画・自動切断とによる継続的なシステム運用が困難になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３９７１４号
【非特許文献１】「平成２５年度補正  中小企業・小規模事業者ものづくり・ものづくり・商業・サービス革新事業に係る補助事業計画書」２６石中発第６３９号「厚板溶断後のアミ状鉄スクラップを効率的に所定サイズ以下に切断する自動機械の開発」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、上記架台の消耗や破損による平坦度や水平度の棄損の問題を解決し、安定して継続的に運用できる、網状鉄スクラップの自動形状認識及び切断計画自動生成システム、並びに、関連する自動切断システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１は、
かかる課題を解決するため、
コンピュータが、
不定形のワークについて、
切断後のすべてのワークが所定寸法内となるよう切断経路を自動計画する際に、
ワーク載置に影響する架台の劣化を来さないよう事前設定された切断辺の座標に関する制約またはその制約を実質的に順守するアルゴリズムに基づいて行うことを特徴とする
コンピュータプログラムを提供する。
：「事前設定された切断辺の座標に関する制約」とは、例えば、図１のように切断前のワーク及び切断されたワークの安定を害さない態様の特定の格子状経路（１）の全部又は一部しか切断しない態様、図２のＶＨＢ〜ＶＨＤのように格子単位の位相を図１から縦横に半分ずつ移動したり移動しなかったりする態様、図３のＤＧＡ〜ＤＧＤのように格子を斜め４５度にした上で同じく位相を半分ずつ移動したり移動しなかったりする態様、等である。
＞これにより、ライナーのうち切断（棄損）される場所が格子線と重なる（無造作に偏らない規則的な）線上に限定される（制約となる）ため、切断前のワーク及び切断後のワークの安定を害さない結果となり、上記課題を解決することが可能になる。
：なお、図１から図３の形態では、計画の種類は、加工要素（辺またはその一部）が離散的な有限集合となる結果、各辺内の各始点及び終点（複数個の場合がある）を除くと有限個の組み合わせ最適化の範囲に収まる。
また、本発明の請求項２は、
前記事前設定された切断辺の座標に関する制約が、
切断前のワーク及び切断されたワークの安定を害さない態様の特定の経路の全部又は一部しか切断しないという制約である
請求項１に記載のコンピュータプログラムを提供する。
＞切断を「特定の経路」に限定することにより、切断バーナーの貫通等による、架台の、予期しない不安定さを回避することができる。
また、本発明の請求項３は、
前記特定の経路が前記所定寸法を隙間なく並べた格子状である、
請求項２に記載のコンピュータプログラムを提供する。
＞これにより、コンピュータによる自動切断計画の探索アルゴリズムを、組み合わせ最適化問題へと単純化することができる（準最適解にはなるが）。
また、本発明の請求項４は、
前記アルゴリズムが、格子の平面上の回転角度又は格子の原点の位相（Ｘ軸、Ｙ軸もしくは両方）の異なる複数の格子をワークに適用してみて、
総切断長が最も短くなる回転角度及び位相の格子上の切断計画を採用することを特徴とする
請求項３に記載のコンピュータプログラムを提供する。
：なお、回転角度が最適化されておらず、斜めの切断が多いと、切り口が長くなりがちとなる。
＞これにより、対象ワークの姿勢や載置座標のぶれに対してより柔軟に準最適化した計画を自動で得ることができる。
また、本発明の請求項５は、
別個のワークが複数載置された場合、又は、
元の一以上のワークを、所定寸法内にさらに細断すべき複数のワークへと、所定寸法以下の前記格子上の切断線で分離できる場合、
該別個のワークもしくは該分離できるワークのそれぞれに対して別々に切断計画を生成することを特徴とする
請求項４に記載のコンピュータプログラムを提供する。
：ここで、「分離できる」場合については、分離する切断計画を事前に計画してメモリに記憶した後に、分離後のそれぞれのワークの切断計画を実施するようにすることができる。
＞これにより、各ワークの姿勢や載置座標のぶれに、それぞれ対応した準最適化した計画を自動で得ることができる。
また、本発明の請求項６は、
前記特定の経路上の、ワークに触れているすべての辺についてワークに触れている（一以上の）部分辺のみを切る切断計画とし、
該切断計画から省略してもすべての切断後ワークが寸法内となるような、
省略総切断長が最大または極大となる部分辺集合を求めて
これを省略して切断計画を求めることを特徴とする
請求項１から５のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムを提供する。
＞これにより、「特定の経路」（例えば、許容最大寸法の正方形、長方形、三角形、六角形、等を隙間なく並べた格子）が適切であれば、
切断コストを抑えつつ要求を充たす切断計画を得ることができる。
：なお、「すべての切断後ワークが寸法内となる」かは、分断されたワークのそれぞれの輪郭を詳しくコンピュータ分析（回転する等）して、計算することができる。
また、本発明の請求項７は、
前記特定の経路上の、ワークに触れていない辺に隣接する辺又は対向する辺上の部分辺についてのみ、
省略することが可能かどうかの判断を行うことを特徴とする
請求項６に記載のコンピュータプログラムを提供する。
：ここで、省略することが可能かどうかの判断を行うための基準となる「ワークに触れていない辺」及び「隣接する辺又は対抗する辺上の部分辺」は、
左上座標から順番に縦と横に機械的に列挙することができる。
＞これにより、省略できる可能性のある部分辺を効率的に探索することができる。四辺がすべてワークに触れている格子穴に係る部分辺は省略できない可能性が高いからである。
また、本発明の請求項８は、
隣接する辺又は対抗する辺上の部分辺の外側の垂直方向に、切断すべき別の部分辺が残っている場合に、
省略することが可能かどうかの判断を行わないことを特徴とする
請求項７に記載のコンピュータプログラムを提供する。
＞これにより、許容最大寸法以上をとなるような切断省略を簡易に除外することができる。
【０００６】
また、本発明の請求項９は、
請求項１から８のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムを用いた方法を提供する。
また、本発明の請求項１０は、
請求項１から８のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムを用いた装置を提供する。
また、本発明の請求項１１は、
請求項１から８のいずれか一項に記載のコンピュータプログラムを用いた方法に用いるための架台を提供する。
このような架台は、「特定の経路」の形状およびその可能な回転や位相移動に沿って、あらかじめ切れ目や陥没・穴を用意しておくことが有利である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例の切断方法による、ワークと架台と切断経路の関係、架台の実現例について説明する図
【図２】本発明の別の実施例による、ワークと切断経路との関係を説明する図（位相の移動のみ）
【図３】本発明の別の実施例による、ワークと切断経路との関係を説明する図（格子の回転＋位相移動）
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、厚さ６ｍｍ以上の網状鉄スクラップを全自動で電炉コロ（５００ｍｍ角）又は可鍛コロ（２００ｍｍ角）に完全自動切断する一本切断トーチロボット溶断システムとして実施している。形状の認識は、切断計画を作成する直前に、光学的な自動スキャン（距離センサー、画像センサー、等）によっておこなっており、切断直前に例えば図１のワークの配置を自動認識することができる。
【実施例】
【０００９】
図１は、本発明の切断方法による、ワークと架台との関係、架台の実現例について説明する図である。ここでは、別個の２つワークＷ１およびＷ２のみが架台に載置されている。格子状経路１は、ガス／プラズマ／レーザー等の切断トーチからのバーナーやアシストガス等により集中的に切断され破損・消耗されることが予定されている「所定の経路」であり、この経路の全体又は部分についてであれば、１０００回以上切断されても、架台上の任意の位置に載置される所定サイズ以上のワークについては安定が保たれるように、横ライナー２及び縦ライナー３の材質、寸法、姿勢、位置が調整されている。この例では、Ｗ１は、２辺の部分辺で切断を受け３つに分離され、Ｗ２も別の２辺の部分辺で切断を受け３つに分離されることにｍなる。側面図では、ライナーを支持する役割をもつフィルタ（金属の細かい網状になっている）４、そのフィルタ４を支えるより粗い格子状のフレーム５、およびそれらを支える架台脚６が示される。溶断時に溶けた鉄が冷えた凝固したもの（スケールともいわれる）７が、これら２、３、４、５をすり抜けて蓄積され、メンテナンス作業において取り除かれ、電炉コロ、可鍛コロとは別にリサイクルされる。
図２は、本発明の別の実施例による、ワークと切断経路との関係を説明する図（位相の移動のみ）である。これは、図１と同じ格子状経路１の縦および横の位相を半分だけ移動可能にして、総切断距離をより短くしながら所定寸法以内に細断できないかを、切断計画生成時にコンピュータが自動で４種類（ＶＨＡ，ＶＨＢ，ＶＨＣ，ＶＨＤ）を探索するものである。この場合、位相を縦および横に０．５ずつずらしたＶＨＤの総切断距離が最も短くできることがコンピュータによってわかるので、そのような切断計画を採用することになる。このよう位相を縦・横に半分ずつずらせる設計にした場合、切断によって破損・消耗される格子の粒度が実質的に半分になるため、それを加味したライナーの設計が必要になる。、
図３は、本発明の別の実施例による、ワークと切断経路との関係を説明する図（格子の回転＋位相移動）である。これは、図２に加えて格子を４５度回転した４種類も選択肢に加えたものである。この場合、縦（Ｙ）のみの座標を０．７単位だけ移動したＤＧＤ（右下）が最も小さい総切断距離で、すべてのワーク（Ｗ１、Ｗ２）を寸法内に細断できることがわかる。この場合、図２よりもさらに、格子状経路１の粒度が小さくなるので、ライナーの形状等などはさらに工夫する必要があり、特殊なブラシ状や剣山状でワークを支える架台を採用することもできる。
【符号の説明】
【００１０】
Ｗ１、Ｗ２  別個のワーク
１  格子状の「所定の経路」
２  横ライナー
３  縦ライナー
４  ライナー支持機能つきフィルタ
５  フィルタ支持フレーム
６  架台脚
７  溶断時に溶けた鉄が冷えて凝固したもの
【図１】
2018192492.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018192492.tif 000005