JP7304625B2 - 鋼板の耳及び耳屑の自動切断システム - Google Patents

Description

本発明は、鋼板の自動ガス切断システムに関し、特にその鋼板（被切断鋼板）の耳及び耳屑の自動切断システム

鋼板の自動ガス切断システムとして、３本のトーチを備えるものが特許文献１に開示されている。特許文献１では、３本のトーチのうち２本のトーチを用いて、被切断鋼板の長手方向の両端（被切断鋼板の両耳）を同時に切断する。ところが、この耳切断中、耳屑の反りにより被切断鋼板に位置ずれが生じることから、耳切断後は、所定の間隔（例えば約４．５ｍ）で耳屑切断を行う必要がある。現状この耳屑切断は、作業者が別途手作業で行っている。

特開平４－２３１１７５号公報

本発明が解決しようとする課題は、鋼板の耳及び耳屑を自動で切断できる、鋼板の耳及び耳屑の自動切断システムを提供することにある。

本発明によれば、次の１から２の鋼板の耳及び耳屑の自動切断システムが提供される。
１．
被切断鋼板の幅方向に沿うように被切断鋼板の上方に配置され、被切断鋼板の長手方向に沿う方向（以下「走行方向」という。）に移動可能な走行フレームと、
前記走行フレームの長手方向に沿う方向（以下「横行方向」という。）に移動可能な横行ブロックと、
前記横行ブロックに取り付けられたトーチユニットとを備え、
前記トーチユニットは、被切断鋼板の耳をガス切断するための耳切断用トーチと、被切断鋼板の耳屑をガス切断するための耳屑切断用トーチと、前記耳屑切断用トーチを走行方向に移動させる走行方向移動機構と、前記耳屑切断用トーチを横行方向に移動させる横行方向移動機構とを含み、
前記耳切断用トーチ及び前記耳屑切断用トーチは昇降可能であり、
前記トーチユニットは昇降軸を介して前記横行ブロックに取り付けられており、前記昇降軸を昇降させることにより、前記耳切断用トーチ及び前記耳屑切断用トーチが同調して昇降し、
前記横行ブロックに対して走行方向に移動可能に取り付けられた移動ブロックを更に備え、前記昇降軸は前記移動ブロックを介して前記横行ブロックに取り付けられている、鋼板の耳及び耳屑の自動切断システム。
２．
前記横行方向移動機構は、前記耳屑切断用トーチの横行方向への移動速度を変化させることができる、前記１に記載の鋼板の耳及び耳屑の自動切断システム。

本発明によれば、耳切断用トーチ及び耳屑切断用トーチにより、鋼板の耳及び耳屑を自動で切断できる。

本発明の一実施形態である、鋼板の耳及び耳屑の自動切断システムの概略平面図。 図１に示す鋼板の耳及び耳屑の自動切断システムの要部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。 耳及び耳屑の切断概要を示す平面図。 耳切断速度、耳屑切断速度及び耳屑切断複合速度の関係を示す概念図。

図１に、本発明の一実施形態である、鋼板の耳及び耳屑の自動切断システム（以下、単に「自動切断システム」という。）１００を示している。
この自動切断システム１００は、被切断鋼板Ｓの幅方向に沿うように被切断鋼板Ｓの上方に配置され、被切断鋼板Ｓの長手方向に沿う方向、すなわち走行方向に移動可能な走行フレームとして、門型フレーム１０を備えている。具体的にはこの門型フレーム１０は、被切断鋼板Ｓの幅方向を跨ぐ（架設する）ように配置され、レールＲ，Ｒ上を走行方向に移動可能である。なお、門型フレーム１０を走行させるための駆動機構（モータ等）は図示を省略している。

門型フレーム１０には２つの横行ブロック２０が取り付けられている。具体的には、２つの横行ブロック２０はそれぞれ、門型フレーム１０の長手方向に沿う方向、すなわち横行方向に移動可能に取り付けられている。なお、この横行方向とは被切断鋼板Ｓの幅方向に沿う方向でもある。

２つの横行ブロック２０にはそれぞれ、移動ブロック３０及び昇降軸４０を介してトーチユニット５０が取り付けられている。トーチユニット５０は、被切断鋼板Ｓの耳をガス切断するための耳切断用トーチ５１と、被切断鋼板の耳屑をガス切断するための耳屑切断用トーチ５２とを含む。これら耳切断用トーチ５１及び耳屑切断用トーチ５２は昇降可能であり、更に耳屑切断用トーチ５２は走行方向及び横行方向の両方向に移動可能である。

図２に、自動切断システム１００の要部（トーチユニット５０部分）を示している。
トーチユニット５０は、耳切断用トーチ５１及び耳屑切断用トーチ５２に加え、耳屑切断用トーチ５２を走行方向に移動させる走行方向移動機構５３と、耳屑切断用トーチ５２を横行方向に移動させる横行方向移動機構５４とを含む。

走行方向移動機構５３は、耳屑切断用トーチ５２を保持する保持部材５３ａと、この保持部材５３ａを走行方向に移動可能に保持する保持プレート５３ｂとを含み、図示しない駆動機構によって保持部材５３ａを保持プレート５３ｂに沿って走行方向に移動させることで、耳屑切断用トーチ５２を走行方向に移動させる。このように、耳屑切断用トーチ５２を走行方向に移動させることで、耳切断用トーチ５１と耳屑切断用トーチ５２との間の走行方向の間隔（距離）（以下「走行方向トーチ間距離」という。）を調整可能である。

横行方向移動機構５４は、保持プレート５３ｂに連結された移動部材５４ａと、この移動部材５４ａを横行方向に移動可能に保持する保持プレート５４ｂとを含み、図示しない駆動機構によって移動部材５４ａを保持プレート５４ｂに沿って横行方向に移動させることで、耳屑切断用トーチ５２を横行方向に移動させる。このように耳屑切断用トーチ５２を横行方向に移動させることで、耳屑を切断することができると共に、耳切断用トーチ５１と耳屑切断用トーチ５２との間の横行方向の間隔（距離）（以下「横行方向トーチ間距離」という。）を調整可能である。

なお、耳屑切断用トーチ５２を走行方向及び横行方向に移動させるための駆動機構は、ステッピングモータ、ＡＣサーボモータ等の各種モータとすることができるが、特に、耳屑切断用トーチ５２を横行方向に移動させるための駆動機構は、耳屑切断速度をスムーズに変化させることができるように、ＡＣサーボモータとすることが好ましい。

本実施形態においてトーチユニット５０は、耳屑のエッジを検出するためのエッジセンサ５５を更に含む。

このトーチユニット５０は上述のとおり、移動ブロック３０及び昇降軸４０を介して横行ブロック２０に取り付けられている。具体的には、トーチユニット５０は昇降軸４０に固定的に取り付けられ、この昇降軸４０が移動ブロック３０に固定的に取り付けられ、この移動ブロック３０が横行ブロック２０に走行方向に移動可能に取り付けられている。

このようにトーチユニット５０は昇降軸４０に固定的に取り付けられているから、トーチユニット５０に含まれる耳切断用トーチ５１及び耳屑切断用トーチ５２は、昇降軸４０の昇降動作に伴い同調して昇降する。
また、トーチユニット５０は移動ブロック３０を介して横行ブロック２０に取り付けられているから、移動ブロック３０を走行方向に移動させることにより、トーチユニット５０に含まれる耳切断用トーチ５１及び耳屑切断用トーチ５２の走行方向の位置を調整可能である。

次に、本実施形態の自動切断システム１００による被切断鋼板Ｓの耳及び耳屑の切断方法について説明する。図３に、その切断概要を示している。

切断に先立ち、走行方向トーチ間距離Ｄ１を設定する。この走行方向トーチ間距離Ｄ１が短すぎると耳屑切断用トーチ５２による耳屑切断の際にえぐれ等により、被切断鋼板Ｓの製品側に疵が生じるからである。すなわち、走行方向トーチ間距離Ｄ１は製品側への疵抑制の点から、被切断鋼板Ｓの板厚等に応じて設定する。なお、走行方向トーチ間距離Ｄ１は被切断鋼板Ｓの板厚が厚いほど長く設定するが、被切断鋼板Ｓの板厚等に応じた走行方向トーチ間距離Ｄ１の具体的な設定値は実験により予め決定しておく。

耳切断を開始するにあたり、耳切断用トーチ５１を耳切断開始位置Ｓ１に移動させる。この耳切断用トーチ５１の耳切断開始位置Ｓ１への移動（位置合わせ）は、門型フレーム１０の走行及び横行ブロック２０の横行によって行うことができる。なお、被切断鋼板Ｓの端部は直線でないことが多く、両側の耳切断開始位置Ｓ１，Ｓ１には走行方向に位置ずれがある。このように両側の耳切断開始位置Ｓ１，Ｓ１に走行方向の位置ずれがある場合は、門型フレーム１０の走行及び横行ブロック２０の横行によって耳切断用トーチ５１の耳切断開始位置Ｓ１への大まかな位置合わせを行ったうえで、移動ブロック３０を走行方向に移動させることにより、トーチユニット５０に含まれる耳切断用トーチ５１を耳切断開始位置Ｓ１に正確に位置合わせすることができる。
なお、耳切断を開始するにあたり、両側の耳切断用トーチ５１は必ずしも耳切断開始位置Ｓ１に正確に位置合わせする必要はなく、走行方向の多少の位置ずれは許容される。走行方向に多少の位置ずれがあったとしても、両側の耳切断用トーチ５１の火入れのタイミングを調整する（ずらす）ことで、耳切断を開始することができる。したがって、本実施形態の自動切断システム１００において、移動ブロック３０は省略可能である。

耳切断開始位置Ｓ１にて火入れを行った後、門型フレーム１０を走行させることで耳を切断する。その耳切断速度（門型フレーム１０の走行速度）は被切断鋼板Ｓの板厚に応じて設定する。なお、被切断鋼板Ｓの板厚は走行方向で変動することがあるが、耳切断速度に影響を及ぼすほどのものではない。
一方、被切断鋼板Ｓの板厚が走行方向で変動すると、耳切断用トーチ５１の先端（火口）と被切断鋼板Ｓの表面との間の距離が変動することになり、この距離の変動は耳切断の安定性に影響を及ぼすことがある。そこで、本実施形態では、被切断鋼板Ｓの表面高さを検出する高さセンサを別途設け、この高さセンサの検出値に応じて、昇降軸４０の昇降動作により耳切断用トーチ５１の高さ位置を自動で調整することもできる。

なお、耳切断中、耳屑切断用トーチ５２は例えば耳側に退避させておく。この退避動作は、横行方向移動機構５４により耳屑切断用トーチ５２を横行方向に移動させることで行う。

耳切断により生じた耳屑が所定の長さ（例えば約４．５ｍ）になったら、耳屑切断を行う。耳屑切断を行うあたり、耳屑切断開始時（耳屑切断用トーチ５２の火入れ時）の横行方向トーチ間距離Ｄ２を設定する。この横行方向トーチ間距離Ｄ２が短すぎると耳屑切断用トーチ５２の火入れが困難になると共に、被切断鋼板Ｓの製品側にえぐれ等の疵が生じるからである。すなわち、耳屑切断開始時の横行方向トーチ間距離Ｄ２は火入れの容易性及び製品側への疵抑制の点から、被切断鋼板Ｓの板厚等に応じて設定する。なお、耳屑切断開始時の横行方向トーチ間距離Ｄ２は被切断鋼板Ｓの板厚が厚いほど長く設定するが、被切断鋼板Ｓの板厚等に応じた横行方向トーチ間距離Ｄ２の具体的な設定値は実験により予め決定しておく。また、耳屑の巾が狭い場合に熱応力の影響により反りが大きくなり、耳屑が外側へ反った場合は、火入れが困難になることから、横行方向トーチ間距離Ｄ２を長く設定するが、被切断鋼板Ｓの板厚等に応じた横行方向トーチ間距離Ｄ２の具体的な設定値は実験により予め決定しておく。
一方、本実施形態ではエッジセンサ５５を有することから、このエッジセンサ５５で検出した耳屑のエッジ位置に応じて、耳屑切断開始時の横行方向トーチ間距離Ｄ２を設定し、その設定値となるように、耳屑切断用トーチ５２を横行方向移動機構５４により横行方向に移動させることもできる。

耳屑切断用トーチ５２の火入れ後、耳屑切断用トーチ５２を横行方向移動機構５４により横行方向に移動させることで耳屑を切断する。その実質的な耳切断速度は、図４に示すように耳切断速度（門型フレーム１０の走行速度）ａと耳屑切断速度（横行方向移動機構５４による横行速度）ｂとの複合速度ｃとなるが、この耳屑切断複合速度ｃは、耳屑切断開始から徐々に加速する。また、耳屑切断終了の際には徐々に減速する。
このように、耳屑切断複合速度ｃ（耳屑切断速度ｂ）をスムーズに変化させることができるようにするため、横行方向移動機構５４の駆動機構はＡＣサーボモータとすることが好ましい。すなわち、例えばステッピングモータでは耳屑切断速度をスムーズに変化させることが困難であり、また、停止時に振動が生じ、この振動により被切断鋼板Ｓの製品側に疵が生じることがある。

なお、図４に示す耳屑切断複合速度ｃには自ずと上限があるところ、耳切断速度ａは耳切断の作業効率を確保するためにできるだけ高いことが望まれる。したがって実作業上は、耳屑切断複合速度ｃの上限を勘案して耳屑切断速度ｂの上限を設定することになる。

以上のとおり、本実施形態の自動切断システム１００によれば、耳切断用トーチ５１で耳を切断しながら、耳屑切断用トーチ５２により耳屑を自動で切断できる。耳及び耳屑切断後は、例えば耳切断用トーチ５１を用いて、被切断鋼板Ｓの幅方向の切断を行い、所定サイズの製品を得ることができる。

なお、本実施形態では、トーチユニット５０は昇降軸４０に固定的に取り付けることにより、耳切断用トーチ５１及び耳屑切断用トーチ５２を同調して昇降させるようにしたが、耳切断用トーチ５１と耳屑切断用トーチ５２とをそれぞれ独立して昇降させることもできる。例えば、図２において耳切断用トーチ５１以外の部分を、別途の昇降軸に取り付けることで、耳切断用トーチ５１と耳屑切断用トーチ５２とをそれぞれ独立して昇降させることができる。ただし、切断用トーチ５１及び耳屑切断用トーチ５２の昇降の制御系統を単純化する点から、本実施形態のように耳切断用トーチ５１及び耳屑切断用トーチ５２を同調して昇降させるようにすることが好ましい。

また、本実施形態では、門型フレーム１０に２つの横行ブロック２０（トーチユニット５０）を設けたが、横行ブロック２０（トーチユニット５０）の数は１つであってもよい。ただし、両側の耳及び耳屑を同時に切断して切断効率を向上させる点から、横行ブロック２０（トーチユニット５０）は１枚の被切断鋼板あたり２つ設けることが好ましい。すなわち、本実施形態のように被切断鋼板が１枚の場合は、横行ブロック２０（トーチユニット５０）は２つ設けておけばよいが、被切断鋼板が２枚の場合は４つ、被切断鋼板が３枚の場合は６つ設けることが好ましい。

１００ 自動切断システム
１０ 門型フレーム（走行フレーム）
２０ 横行ブロック
３０ 移動ブロック
４０ 昇降軸
５０ トーチユニット
５１ 耳切断用トーチ
５２ 耳屑切断用トーチ
５３ 走行方向移動機構
５３ａ 保持部材
５３ｂ 保持プレート
５４ 横行方向移動機構
５４ａ 移動部材
５４ｂ 保持プレート
５５ エッジセンサ
Ｓ 被切断鋼板
Ｓ１ 耳切断開始位置
Ｒ レール
Ｄ１ 走行方向トーチ間距離
Ｄ２ 横行方向トーチ間距離

Claims (2)

1. 被切断鋼板の幅方向に沿うように被切断鋼板の上方に配置され、被切断鋼板の長手方向に沿う方向（以下「走行方向」という。）に移動可能な走行フレームと、
   前記走行フレームの長手方向に沿う方向（以下「横行方向」という。）に移動可能な横行ブロックと、
   前記横行ブロックに取り付けられたトーチユニットとを備え、
   前記トーチユニットは、被切断鋼板の耳をガス切断するための耳切断用トーチと、被切断鋼板の耳屑をガス切断するための耳屑切断用トーチと、前記耳屑切断用トーチを走行方向に移動させる走行方向移動機構と、前記耳屑切断用トーチを横行方向に移動させる横行方向移動機構とを含み、
   前記耳切断用トーチ及び前記耳屑切断用トーチは昇降可能であり、
   前記トーチユニットは昇降軸を介して前記横行ブロックに取り付けられており、前記昇降軸を昇降させることにより、前記耳切断用トーチ及び前記耳屑切断用トーチが同調して昇降し、
   前記横行ブロックに対して走行方向に移動可能に取り付けられた移動ブロックを更に備え、前記昇降軸は前記移動ブロックを介して前記横行ブロックに取り付けられている、鋼板の耳及び耳屑の自動切断システム。
2. 前記横行方向移動機構は、前記耳屑切断用トーチの横行方向への移動速度を変化させることができる、請求項１に記載の鋼板の耳及び耳屑の自動切断システム。

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