(57)【要約】【課題】異形鋼片を自動で切断することができる切断システムを提供する。【解決手段】異形鋼片Ｓ１〜５を切断する方向に移動可能であるとともに上下方向にも移動可能な切断火口４と、異形鋼片の厚さを連続的に計測可能な鋼片厚さ計測手段７と、切断火口４の動作を制御する制御手段とを備える。制御手段は、切断火口４を移動させながら異形鋼片を切断するときに鋼片厚さ計測手段７が連続的に計測する異形鋼片の厚さのデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口４との間の距離が所定範囲内となるように切断火口４の上下方向の位置を連続的に制御するとともに、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口の移動速度との関係に従い当該切断火口の移動速度を連続的に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断火口を移動させながら異形鋼片を切断する異形鋼片の切断システムであって、
切断火口は、異形鋼片を切断する方向に移動可能であるとともに上下方向にも移動可能であり、
さらに、異形鋼片の厚さを連続的に計測可能な鋼片厚さ計測手段と、切断火口の動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、切断火口を移動させながら異形鋼片を切断するときに前記鋼片厚さ計測手段が連続的に計測する異形鋼片の厚さのデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口との間の距離が所定範囲内となるように切断火口の上下方向の位置を連続的に制御するとともに、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口の移動速度との関係に従い当該切断火口の移動速度を連続的に制御する、異形鋼片の切断システム。
【請求項２】
前記制御手段は、切断火口を移動させながら異形鋼片を切断するときに前記鋼片厚さ計測手段が連続的に計測する異形鋼片の厚さのデータに基づいて、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係に従い当該切断火口への燃料供給量を連続的に制御する、請求項１に記載の異形鋼片の切断システム。
【請求項３】
異形鋼片の有無を検出する鋼片有無検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記鋼片有無検出手段が異形鋼片を検出したら当該異形鋼片の予熱を実施する予熱位置に切断火口を停止させ、さらに、前記予熱位置において前記鋼片厚さ計測手段が計測した異形鋼片の厚さのデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口との間の距離が所定範囲内となるように切断火口の上下方向の位置を設定するとともに、予め定めた異形鋼片の厚さと予熱時間との関係に従い当該異形鋼片の予熱時間を設定する、請求項１に記載の異形鋼片の切断システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記予熱位置において前記鋼片厚さ計測手段が計測した異形鋼片の厚さのデータに基づいて、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係に従い当該切断火口への燃料供給量を設定する、請求項１に記載の異形鋼片の切断システム。
【請求項５】
異形鋼片の前記予熱位置の予熱状態を検出する予熱検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記予熱検出手段が検出する前記予熱位置の予熱状態が所定の予熱状態に到達したら切断火口を移動させて当該異形鋼片の切断を開始する、請求項３又は４に記載の異形鋼片の切断システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記鋼片有無検出手段が異形鋼片を検出しなかったら、切断火口への燃料供給量を予め定めた最小量に設定する、請求項３から５のいずれかに記載の異形鋼片の切断システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記鋼片有無検出手段が所定距離以上異形鋼片を検出しなかったら切断火口を停止させるとともに、当該切断火口への燃料供給を停止する、請求項３から６にいずれかに記載の異形鋼片の切断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切断火口を移動させながら異形鋼片を切断する異形鋼片の切断システムに関する。
なお、「異形鋼片」とは、切断する方向における厚さが一定でない中実の鋼片のことをいう。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に、切断トーチ（切断火口）を移動させながら被切断物を切断するガス切断装置が開示されている。また、この特許文献１には、切断火口の周囲にトーチ高さセンサリングを設けて常に切断火口と被切断材の距離を測り、切断トーチ上下装置と連動することによって切断火口と被切断材の距離を一定に保つようにすることも開示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１のガス切断装置が切断する被切断物は鋼板等の平板状の鋼片（定形鋼片）であり、この特許文献１のガス切断装置では異形鋼片を自動で切断することは困難である。すなわち、異形鋼片は切断する方向における厚さが一定でないため切断する方向において切断に要するエネルギーが異なることから、単に切断火口と被切断材（異形鋼片）の距離を一定に保つだけでは当該異形鋼片を自動で切断することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５０２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、異形鋼片を自動で切断することができる切断システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、切断火口を移動させながら異形鋼片を切断する異形鋼片の切断システムが提供される。この切断システムにおいて切断火口は、異形鋼片を切断する方向に移動可能であるとともに上下方向にも移動可能である。さらにこの切断システムは、異形鋼片の厚さを連続的に計測可能な鋼片厚さ計測手段と、切断火口の動作を制御する制御手段とを備える。そしてこの制御手段は、切断火口を移動させながら異形鋼片を切断するときに鋼片厚さ計測手段が連続的に計測する異形鋼片の厚さのデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口との間の距離が所定範囲内となるように切断火口の上下方向の位置を連続的に制御するとともに、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口の移動速度との関係に従い当該切断火口の移動速度を連続的に制御する。
このように本発明の切断システムは、異形鋼片の厚さのデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口との間の距離に加えて切断火口の移動速度を連続的に制御することで、切断する方向において切断に要するエネルギーが異なる異形鋼片についても、これを自動で切断することができる。
【０００７】
本発明の切断システムにおいて制御手段は、切断火口を移動させながら異形鋼片を切断するときに鋼片厚さ計測手段が連続的に計測する異形鋼片の厚さのデータに基づいて、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係に従い当該切断火口への燃料供給量を連続的に制御することもできる。
これにより、切断時における切断火口への燃料供給量を最適化することができる。
【０００８】
本発明の切断システムは、異形鋼片の有無を検出する鋼片有無検出手段をさらに備えることができる。この場合制御手段は、鋼片有無検出手段が異形鋼片を検出したら当該異形鋼片の予熱を実施する予熱位置に切断火口を停止させ、さらに、予熱位置において鋼片厚さ計測手段が計測した異形鋼片の厚さのデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口との間の距離が所定範囲内となるように切断火口の上下方向の位置を設定するとともに、予め定めた異形鋼片の厚さと予熱時間との関係に従い当該異形鋼片の予熱時間を設定することができる。
これにより、異形鋼片の切断前の予熱を、当該異形鋼片の厚さに応じて適切に実施することができる。
【０００９】
また制御手段は、予熱位置において鋼片厚さ計測手段が計測した異形鋼片の厚さのデータに基づいて、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係に従い当該切断火口への燃料供給量を設定することもできる。
これにより、予熱時における切断火口への燃料供給量を最適化することができる。
【００１０】
本発明の切断システムは、異形鋼片の予熱位置の予熱状態を検出する予熱検出手段をさらに備えることができる。この場合制御手段は、予熱検出手段が検出する予熱位置の予熱状態が所定の予熱状態に到達したら切断火口を移動させて当該異形鋼片の切断を開始することができる。
これにより、異形鋼片の予熱をより適切に実施することができる。
【００１１】
本発明の切断システムにおいて制御手段は、鋼片有無検出手段が異形鋼片を検出しなかったら、切断火口への燃料供給量を予め定めた最小量に設定することができる。
これにより、予熱又は切断を行なわないときの切断火口への燃料供給量を最小量とすることができ、燃料消費量を節減できる。
【００１２】
また制御手段は、鋼片有無検出手段が所定距離以上異形鋼片を検出しなかったら切断火口を停止させるとともに、当該切断火口への燃料の供給を停止するようにすることもできる。
これにより、被切断物である異形鋼片がなくなったときに、切断作業を自動で終了させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、異形鋼片を自動で切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態である切断システムを概念的に示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。
【図２】図１の切断システムの具体的な実施形態（構成例）を示す斜視図。
【図３】図２の切断システムの右側面図。
【図４】図２の切断システムの右側面の部分拡大図。
【図５】図２の切断システムの正面図。
【図６】図２の切断システムにおける切断火口の構成例を示す概念図。
【図７】図２の切断システムの動作フロー。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に本発明の一実施形態である切断システムを概念的に示している。
この切断システムは台車１に搭載されている。そしてこの台車１には、第１のアーム２と第２のアーム３が設置されており、第１のアーム２に切断火口４と予熱検出手段５が取り付けられ、第２のアーム３に鋼片有無検出手段６と鋼片厚さ計測手段７が取り付けられている。
この台車１はレールＲに沿って移動可能であり、このレールＲに沿った移動方向が異形鋼片Ｓ１〜５を切断する方向となる。また、切断火口４を取り付けている第１のアーム２は台車１に対して昇降可能に取り付けられている。すなわち、切断火口４は異形鋼片Ｓ１〜Ｓ５を切断する切断方向に移動可能であるとともに上下方向にも移動可能である。
なお、図１には表れていないが、台車１には切断火口４の動作を制御する制御手段も搭載されている。
【００１６】
ここで、予熱検出手段５は異形鋼片の予熱位置の予熱状態を検出するものである。この予熱状態は、（ａ）予熱位置の温度、（ｂ）予熱位置における予め定めた色（典型的には溶融した異形鋼片の色）の面積率、（ｃ）これら（ａ）及び（ｂ）の組合せなどによって検出することができる。そして、（ａ）の予熱状態を検出するには例えば赤外線温度計、放射温度計、サーモグラフィなどを用いることができ、（ｂ）の予熱状態を検出するには例えはＣＣＤカメラなどのカラー画像認識手段を用いることができる。
鋼片有無検出手段６は異形鋼片の有無を検出するもので、一般的なファイバーセンサを用いることができる。ただし、異形鋼片の有無を検出できるものであればファイバーセンサ以外のセンサを用いることもできる。
鋼片厚さ計測手段７は異形鋼片の厚さを連続的に計測するもので、例えばレーザーセンサ、超音波センサ等の高さ検出センサを用いることができる。すなわち、高さ検出センサで異形鋼片の上面の高さレベルを検出すれば、異形鋼片が置かれている、既知の床面レベル（ＦＬ）との差分を求めることにより、異形鋼片の厚さを連続的に計測することができる。無論、異形鋼片の厚さを連続的に計測可能なものであれば、高さ検出センサ以外のセンサを用いることもできる。
【００１７】
図２に図１の切断システムの具体的な実施形態（構成例）を示している。また、図３はその右側面図、図４はその右側面の部分拡大図、図５はその正面図である。なお、図３〜５では、図２の切断システムの構成をわかりやすく示すために、図２の切断システムの構成の一部を省略したり透視したりして示している。以下、これらの図面を参照しつつ、この切断システムの構成、特に切断火口４の移動速度を制御する機構（以下「移動制御機構」という。）と切断火口４の上下方向の位置を制御する機構（以下「上下位置制御機構」という。）について説明する。
【００１８】
まず、移動制御機構について説明すると、切断火口４は台車１とともにレールＲに沿って異形鋼片の切断方向に移動するから、この切断火口４の移動速度は台車１の移動速度を制御することで制御できる。図４に表れているように台車１は第１のサーボモータ８の駆動により移動する。具体的には第１のサーボモータ８の駆動軸８ａにピニオンギヤ９を設け、レールＲ側にピニオンギヤ９と噛み合うラック１０を設けている。これにより、第１のサーボモータ８の駆動軸８ａ（ピニオンギヤ９）の回転速度を制御することで、台車１の移動速度ひいては切断火口４の移動速度を制御することができる。
なお、図４中、符号１１はレールＲ上を走行する車輪、符号１２はガイドレール、符号１３ａはピニオンギヤ９とラック１０の距離を一定に保つためのカムフォロア、符号１３ｂは台車１の転倒を防止するためのカムフォロアである。
【００１９】
次に、上下位置制御機構について説明すると、切断火口４は台車１に設置された第１のアーム２に取り付けられているから、この切断火口４の上下方向に位置は第１のアーム２を台車１に対して昇降させることで制御できる。図２、図３及び図５に表れているように第１のアーム２はベースプレート１４に支持されており、このベースプレート１４がガイド１５に沿って昇降することで昇降する。具体的には第２のサーボモータ１６の駆動軸１６ａに第１のスプロケット１７が取り付けられ、台車１に固定された固定プレート１８に第２のスプロケット１９が取り付けられ、第１のスプロケット１７と第２のスプロケット１９とにチェーン２０が架けわたされている。そして、このチェーン２０にベースプレート１４がブラケット２１を介して連結されている。これにより、第２のサーボモータ１６の駆動軸１６ａを回転させるとチェーン２０が回転し、このチェーン２０の回転に連動してベースプレート１４が昇降する。具体的には、チェーン２０が図３において時計回りに回転するとベースプレート１４は下降し、チェーン２０が図３において反時計回りに回転するとベースプレート１４は上昇する。すなわち、第２のサーボモータ１６の駆動軸１６ａの回転方向及び回転量を制御することで、ベースプレート１４の昇降を制御することができ、これにより、切断火口４の上下方向の位置を制御することができる。
【００２０】
図６に切断火口４の構成例を概念的に示している。この切断火口４は、燃料供給ラインとして可燃ガス供給ラインを１本と酸素供給ラインを２本有し、各供給ラインにはそれぞれバルブＶ１〜３とフローコントローラＦ１〜３が設置されている。
これらバルブＶ１〜３の開閉動作やフローコントローラＦ１〜３による燃料供給量の設定・制御、さらには上述の移動制御機構及び上下位置制御機構における第１のサーボモータ８及び第２のサーボモータ１６を含め、この実施形態の切断システムの動作は制御手段が制御する。以下、この制御手段の制御による、この実施形態の切断システムの動作を説明する。
【００２１】
図７に、この実施形態の切断システムの動作フローを示している。
制御手段はこの切断システムの動作を開始するあたり切断火口４を点火する。具体的に切断火口４を点火するときは、バルブＶ１とバルブＶ２を開け点火ノズルにより点火する。
【００２２】
切断火口４を点火後、鋼片有無検出手段６が異形鋼片を検出すると制御手段は第１のサーボモータ８を制御することにより、この異形鋼片の予熱を実施する予熱位置に切断火口４を停止させる。この予熱位置とは例えば図１に○印で示しているように異形鋼片の先端隅部である。その後、制御手段はこの予熱位置において鋼片厚さ計測手段が計測した異形鋼片の厚さ（異形鋼片の上面高さレベル）のデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口４との間の距離が所定範囲内（例えば５０±１０ｍｍ）となるように切断火口４の上下方向の位置(高さ)を設定するとともに、予め定めた異形鋼片の厚さと予熱時間との関係に従いこの異形鋼片の予熱時間を設定し、さらに予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口４への燃料供給量との関係に従い切断火口４への燃料供給量を設定する。
なお、切断火口４の上下方向の位置（高さ）の設定は上述の上下位置制御機構により実施する。
また、予熱時間の設定は異形鋼片の厚さと予熱時間との関係を予め定めておき、これを制御手段に記憶させておく。この異形鋼片の厚さと予熱時間との関係とは、概念的には異形鋼片の厚さが厚くなるほど予熱時間を長くするという関係である。また、この予熱時間とは、切断火口４を予熱位置に停止させておく停止時間のことである。
同様に、切断火口４への燃料供給量の設定は異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係を予め定めておき、これを制御手段に記憶させておく。この異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係とは、概念的には異形鋼片の厚さが厚くなるほど切断火口への燃料供給量を多くするという関係である。
【００２３】
この予熱時の切断火口４の状態は、図６においてバルブＶ１とバルブＶ２が開、バルブＶ３が閉の状態（以下「予熱状態」という。）である。制御手段は、この予熱状態で切断火口４を予熱位置に予熱時間停止させて異形鋼片の予熱を実施する。このとき制御手段は上述のとおり切断火口４への燃料供給量を設定するが、具体的にはフローコントローラＦ１とＦ２を介して切断火口４への燃料供給量を設定する。
この予熱の間、予熱検出手段５は予熱位置の予熱状態を検出する。そして制御手段は、所定の予熱時間が経過した後に予熱検出手段が検出した予熱位置の予熱状態が所定の予熱状態に到達していたら切断火口４を移動させてこの異形鋼片の切断を開始する。一方、この予熱位置の温度が所定の予熱状態に到達していなかったら所定の予熱状態に到達するまで予熱時間を延長する。
【００２４】
予熱終了後、制御手段は切断火口４を異形鋼片の切断方向に移動させてこの異形鋼片の切断を実施する。この切断時の切断火口４の状態は、図６において全てのバルブＶ１〜３が開の状態（以下「切断状態」という。）である。すなわち制御手段は、この切断状態で切断火口４を異形鋼片の切断方向に移動させてこの異形鋼片の切断を実施する。
【００２５】
この切断の間、制御手段は、鋼片厚さ計測手段７が連続的に（リアルタイムで常に）計測する異形鋼片の厚さ（異形鋼片の上面高さレベル）のデータに基づいて、異形鋼片の上面と切断火口との間の距離が所定範囲内（例えば５０±１０ｍｍ）となるように切断火口の上下方向の位置（高さ）を連続的に（リアルタイムで常に）制御するとともに、予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口の移動速度との関係に従いこの切断火口の移動速度を連続的に（リアルタイムで常に）制御し、さらに予め定めた異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係に従いこの切断火口への燃料供給量を連続的に（リアルタイムで常に）制御する。
なお、切断火口４の上下方向の位置（高さ）の設定は上述の上下位置制御機構により実施する。
また、切断火口４の移動速度の制御は上述の移動制御機構により実施する。さらに、この移動速度の制御は異形鋼片の厚さと切断火口の移動速度との関係を予め定めておき、これを制御手段に記憶させておく。異形鋼片の厚さと切断火口の移動速度との関係とは、概念的には異形鋼片の厚さが厚くなるほど切断火口の移動速度を遅くするという関係である。
同様に、切断火口４への燃料供給量の制御は異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係を予め定めておき、これを制御手段に記憶させておく。この異形鋼片の厚さと切断火口への燃料供給量との関係とは、概念的には異形鋼片の厚さが厚くなるほど切断火口への燃料供給量を多くするという関係である。具体的には制御手段はフローコントローラＦ１〜３を介して切断火口４への燃料供給量を制御する。
【００２６】
この異形鋼片の切断が終了したら鋼片有無検出手段６が異形鋼片を検出しなくなる。鋼片有無検出手段６が異形鋼片を検出しなくなると制御手段は、図６においてバルブＶ３を閉にして切断火口４を切断状態から予熱状態へ移行させるとともに切断火口４への燃料供給量を予め定めた最小量に設定する。切断火口４はこの予熱状態のままで移動を続けるが、鋼片有無検出手段６が所定距離以上（例えば５０ｍｍ以上）異形鋼片を検出しなかったら、制御手段は切断火口４の移動を停止させるとともに、図６において全てのバルブＶ１〜３を閉にし切断火口４への燃料の供給を停止して消火する。一方、鋼片有無検出手段６が所定距離未満（例えば５０ｍｍ未満）で新たに異形鋼片を検出したら、制御手段はこの異形鋼片について上述の要領で予熱及び切断を実施する。
なお、図７では鋼片有無検出手段６が異形鋼片を検出しない距離を「ブランク距離」と表記している。このブランク距離は、鋼片有無検出手段６からの鋼片有無検出データと、上述の移動速度制御機構における第２のサーボモータ１６のエンコーダ値とから求めることができる。
【００２７】
以上、この実施形態では、鋼片有無検出手段６を鋼片厚さ計測手段７と別個に設けたが、鋼片有無検出手段６の機能は鋼片厚さ計測手段７で代替可能である。すなわち、鋼片厚さ計測手段７としての高さセンサからのデータに基づき、異形鋼片の有無も検出可能である。このように鋼片有無検出手段６及び鋼片厚さ計測手段７は、例えば高さセンサとして統合することができる。ただし、この高さセンサの機能やデータ処理を簡略化する点からは、鋼片有無検出手段６と鋼片厚さ計測手段７とは、それぞれの機能に特化したものとして別個に設けることが好ましい。
また、この実施形態では切断火口は１個としたが、切断火口は複数個あってもよい。
さらに、この実施形態では切断火口はガス（可燃ガスと酸素）を燃料とするガス切断火口としたが、プラズマ（プラズマ源）を燃料とするプラズマ切断火口、レーザ（レーザ源）を燃料とするレーザ切断火口など、他の燃料を使用する切断火口とすることもできる。すなわち、本発明の切断システムはガス切断システムに限らず、プラズマ切断システム、レーザ切断システムなど、他の切断システムとしても適用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  台車
２  第１のアーム
３  第２のアーム
４  切断火口
５  予熱検出手段
６  鋼片有無検出手段
７  鋼片厚さ計測手段
８  第１のサーボモータ
８ａ  駆動軸
９  ピニオンギヤ
１０  ラック
１１  車輪
１２  ガイドレール
１３ａ，１３ｂ  カムフォロア
１４  ベースプレート
１５  ガイド
１６  第２のサーボモータ
１６ａ  駆動軸
１７  第１のスプロケット
１８  固定プレート
１９  第２のスプロケット
２０  チェーン
２１  ブラケット
Ｓ１〜５  異形鋼片
Ｒ  レール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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