JPH0768377A - ガス切断に於ける加工状況の検知方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は鋼板とガス切断トーチとの間に形成
した火炎中を流れる電流値に応じてガス切断トーチによ
る鋼板に対する現在の加工状況を検知する方法及びその
装置を提供することを目的としている。 【構成】 切断すべき鋼板２に対し電気的に絶縁された
トーチ１と、前記トーチ１に供給される予熱ガスを制御
して予熱制御信号を発生する予熱制御機構20と、切断酸
素ガスを制御して切断酸素制御信号を発生する切断酸素
制御機構21と、トーチ１と鋼板２との間に通電してその
電流値を計測手段22によって測定した測定データと、予
め設定して記憶部23に記憶した種々の加工状況時の電流
値データとを比較して火炎電流信号を発生する比較手段
24と、前記予熱制御信号と前記切断酸素制御信号と前記
火炎電流信号とを比較して現在の加工状況を認識する認
識手段25を有してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス切断装置に於ける切
断火口への着火状況及び切断火口による切断状況を検知
する方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス切断トーチを用いて鋼板を切断する
ことは広く行われている。特に、大型の鋼板から曲線を
含む図形を予め設定されたプログラムに従って自動的に
切断することが出来る所謂数値制御方式のガス切断装置
が実用化され、造船メーカーや橋梁メーカー或いは造機
メーカー等に於いて使用されている。

【０００３】ガス切断トーチを用いて鋼板を切断する場
合、ガス切断装置に於ける切断火口への着火ミスは可燃
性ガスのガス漏れを発生し、また、切断火口による切断
不良は製品が不良品となるため、切断火口への着火状況
及び切断火口による切断状況の確認が不可欠である。従
って、従来はそれ等の確認をオペレーターの目視確認に
よって行われるのが一般であり、オペレーターが常時ガ
ス切断装置を監視している必要があった。

【０００４】また、この種の技術としては着火状況の検
出として吹管の周囲に赤外線検出センサーを取り付け、
火炎から発せられる赤外線を検知して火炎の有無を判別
するものがある。また、切断状況の検出として吹管の周
囲に光電センサーを取り付け、燃焼点の輝度を検出して
切断状況を判別するものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来の技術では吹管の周囲に取り付けた赤外線センサー
或いは光電センサーを所定の位置と方向に対向させて設
定し、火炎の有無或いは切断燃焼点の輝度を夫々検出す
るので、検出対象点に対して極めて正確な方向と位置に
センサーを設置する必要があり、何らかの原因でセンサ
ーの向きがずれると検出出来ないという問題がある。

【０００６】また、特に光電センサーによる切断燃焼点
の検出では鋼板に対する切断方向が変化すると、それに
伴って検出すべき対象点が光電センサーに対して背反し
た位置に移動して、予め設定した光電センサーの検出位
置が燃焼点とは違った箇所を検出してしまい正確に燃焼
点を検出することが出来ないため、複数の光電センサー
を取り付けて選択的に切換えて検出しなければならない
等の問題がある。

【０００７】また、鋼板に対してトーチの高さが変化し
た場合は光電センサーの検出位置が燃焼点からずれてし
まい正確に検出することが出来ないのでトーチの高さに
倣ってセンサーの検出位置を制御する装置が必要である
等の問題がある。

【０００８】従って、本発明に係るガス切断に於ける加
工状況の検知方法は鋼板とガス切断トーチとの間に形成
した火炎中を流れる電流値に応じてガス切断トーチによ
る鋼板に対する現在の加工状況を認識する方法を提供す
ることを目的としている。

【０００９】また、本発明に係るガス切断に於ける加工
状況の検知装置は前記方法を用いて鋼板とガス切断トー
チとの間に形成した火炎中を流れる電流値に応じてガス
切断トーチによる鋼板に対する現在の加工状況を認識す
る装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガス切断に
於ける加工状況の検知方法は、鋼板と該鋼板に対し電気
的に絶縁されたガス切断トーチとの間に電圧を印加して
電流値を計測し、計測された電流値に応じてガス切断ト
ーチによる鋼板に対する現在の加工状況を認識すること
を特徴としたガス切断に於ける加工状況の検知方法であ
る。

【００１１】また、本発明に係るガス切断に於ける加工
状況の検知装置は、切断すべき鋼板に対し電気的に絶縁
されたガス切断トーチと、前記ガス切断トーチに供給さ
れる予熱ガスの流通，遮断を制御する予熱制御機構と、
前記ガス切断トーチに供給される切断酸素ガスの流通，
遮断を制御する切断酸素制御機構と、前記ガス切断トー
チと鋼板との間に通電すると共にその電流値を計測する
計測手段と、予め設定された非加工時の電流値データ及
び予熱時の電流値データ及び切断時の電流値データを記
憶する記憶部と、前記記憶部に記憶した前記各種電流値
データと前記計測手段によって計測した電流値とを比較
して前記計測した電流値に対応した火炎電流信号を発生
する比較手段と、前記比較手段から発生した火炎電流信
号と前記予熱制御機構と切断酸素制御機構が発生する制
御信号の有無とを比較して現在の加工状況を認識して加
工状況信号を発生する認識手段とを有することを特徴と
したガス切断に於ける加工状況の検知装置である。

【００１２】

【作用】通常、ガス切断トーチに形成された火炎は高温
のガス体であるため、そのガス体中の分子は熱エネルギ
ーによって一部が電離して存在し、負の電荷を持つ熱電
子と正の電荷を持つ分子が存在する。従って、電気的に
絶縁されたトーチと鋼板との間に所定の電圧を印加する
ことにより、火炎中に存在する電子と正電荷を持つ分子
が火炎中を移動する。そして、この移動した電荷の量が
即ち火炎中を流れる電流であって、本発明者等は、図４
に示した回路Ｃを用いて図５に示した実験データを得
た。

【００１３】図４に於いて、トーチ１は黄銅を主材料と
して構成された吹管１ａと銅を主材料として構成された
火口１ｂ（図１参照）とによって構成された良導体であ
る。また鋼板２も良導体である。前記トーチ１と鋼板２
を電気的に絶縁し、両者の間に電源３及び抵抗４を直列
に接続したとき、トーチ１に火炎５が形成されない状態
ではトーチ１と鋼板２の間にある空気層が絶縁体となっ
て電流は流れない。

【００１４】後述する所定の手段を用いてトーチ１に火
炎５が形成されると、形成された火炎５は上述したよう
に導電体として作用するので、トーチ１に形成された火
炎５を鋼板２に接触させると、電源３、抵抗４、トーチ
１、火炎５、鋼板２からなる回路Ｃが形成されて電流Ｉ
が流れる。従って、上記回路Ｃのａ−ｂ間に電流計を直
列に接続することで電流Ｉを測定することが可能であ
る。

【００１５】図５に示した表は上述の回路Ｃを用いて電
源３を直流１５Ｖ一定とし、回路Ｃのａ−ｂ間に直流電
流計を接続して、４１Ω〜１２００Ωの抵抗４を用いて
ガス切断トーチ１による鋼板２に対する加工状況の種類
を予熱中、切断中、切断不良時の３種類で電流Ｉを実測
したものである。尚、非加工時、即ちトーチ１に火炎５
が形成されない状態では回路Ｃに流れる電流値は０であ
った。

【００１６】前記予熱中とは予熱用酸素ガスと燃料ガス
（例えばＬＰＧ、アセチレンガス、プロパンガス、天然
ガス等）が供給されて火口１ｂに火炎５が着火した状態
で鋼板２を予熱している状態をいう。また、切断中とは
前記予熱用酸素ガスと燃焼ガスに加えて切断用酸素ガス
が供給されて鋼板２を切断している状態をいう。また、
切断不良時とは鋼板２の表面の塗装状態の違いやガス切
断装置が何らかの原因でノッキングを起こす等して切断
を維持するための定常状態が保持できないために予熱用
酸素ガス、燃料ガス、切断用酸素ガスが供給されている
にもかかわらず切断が中断した状態をいう。

【００１７】同表で明らかなように予熱中と切断不良時
に流れる電流Ｉは抵抗４の値に関わらず夫々の場合で同
じ値を示しており、また、切断中に流れる電流Ｉは夫々
の場合で予熱中或いは切断不良時の２倍〜１６倍の値で
流れていることが判明した。

【００１８】従って、抵抗４の値を適当に選択すること
によって火炎中を流れる電流Ｉの比率を加工状況に応じ
て所望の比率で設定することが可能である。即ち、抵抗
４を所定の値に設定して電流Ｉの比率を非加工時と火炎
のない着火不良時の場合を０、予熱中と切断不良時の場
合を５、切断中の場合を１０と設定し、或る加工状況で
の電流Ｉを測定した後、その電流値に対応する比率を比
較することで前記３種類に大別した加工状況の内の一つ
として判別することが可能である。

【００１９】また、上記火炎５を流れる電流Ｉに対して
予熱制御機構と切断酸素制御機構が発生する制御信号の
有無を夫々比較することで、図３に示したように正常停
止中、正常予熱中、着火不良、正常切断中、切断不良、
失火の６種類の加工状況を認識することが可能である。
従って、上述の方法によって本発明の加工状況の検知方
法が可能である。

【００２０】また、本発明の加工状況の検知装置は、上
記方法を用いてガス切断トーチと鋼板との間に通電する
と共にその電流値を計測した後、その電流値に対応した
火炎電流信号を発生する比較手段によって非加工時或い
は着火不良、予熱中或いは切断不良、切断中の３種類に
大別した加工状況が判別できる。

【００２１】また、ガス切断トーチに供給される予熱酸
素ガス及び予熱用燃料ガスの流通、遮断を制御する予熱
制御機構から発生する制御信号と、前記ガス切断トーチ
に供給される切断酸素ガスの流通、遮断を制御する切断
酸素制御機構から発生する制御信号と、前記比較手段が
発生する電流値に対応した火炎電流信号とを認識手段に
よって比較することにより正常停止中、正常予熱中、着
火不良、正常切断中、切断不良、失火の６種類の現在の
加工状況を認識することが出来る。

【００２２】

【実施例】図により本発明に係るガス切断に於ける加工
状況の検知装置の一実施例を具体的に説明し併せてその
検知方法を説明すると、図１は本発明の加工状況検知装
置を有するガス切断装置の構成を説明する模式側面図、
図２は加工状況を認識するための制御系のブロック図、
図３は加工状況を認識する際の認識表、図４は火炎の電
流値を計測する基本回路図である。

【００２３】図に於いて、トーチ１はホルダー８に保持
され、絶縁体８ａを介して昇降装置７に取り付けられて
いる。また、トーチ１には、ＬＰＧ、アセチレンガス等
の燃料ガスを供給するホース９、予熱用の酸素ガスを供
給するホース10、切断用の酸素ガスを供給するホース11
が夫々対応する絶縁管12、13、14を介して接続されてお
り、更に通電及び計測用のケーブル６が接続されてい
る。

【００２４】トーチ１を取り付けた昇降装置７は、図示
しないレールに沿って走行する架構15に横行可能に搭載
されたキャリッジ16に取り付けられている。また図４に
示した基本回路Ｃを構成する電源３、抵抗４、また、図
２に示した制御系ブロックを構成する火炎５の電流を計
測する計測手段22、予め設定した加工状況に対応する各
種電流値データを記憶する記憶部23、計測手段22によっ
て計測した計測値と記憶部23に記憶した電流値データと
を比較する比較手段24、予熱制御機構20及び切断酸素制
御機構21、前記予熱制御機構20の制御信号と前記切断酸
素制御機構21の制御信号と比較手段24が発生する火炎電
流信号とを比較して加工状況信号を発生する認識手段2
5、前記加工状況信号に従って認識した情報を出力した
り所定の制御信号を発生する出力部26は図示しない制御
盤に組み込まれている。

【００２５】また、予熱用燃料ガスを供給するホース
９、予熱用酸素ガスを供給するホース10、切断用酸素ガ
スを供給するホース11に夫々設けられて、夫々のガスの
流通、遮断を行う電磁弁９ａ、10ａ、11ａは予熱制御機
構20及び切断酸素制御機構21が発生する夫々の駆動信号
によって作動するように構成されている。

【００２６】前記予熱制御機構20は燃料ガス及び予熱用
酸素ガスのホース９、10の夫々に設けた電磁弁９ａ、10
ａに対して駆動信号を出力すると同時に認識手段25に対
して両ガス流通時にはＯＮ、又両ガス遮断時にはＯＦＦ
を予熱制御信号として出力するように構成されている。

【００２７】また、同様に切断酸素制御機構21は切断用
酸素ガスのホース11に設けた電磁弁11ａに対して駆動信
号を出力すると同時に認識手段25に対してガス流通時に
はＯＮ、又ガス遮断時にはＯＦＦを切断酸素制御信号と
して出力するように構成されている。

【００２８】また、切断酸素制御機構21は予熱制御機構
20が電磁弁９ａ、10ａを駆動したことを確認した後に電
磁弁11ａを駆動するように構成されているので、予熱制
御信号がＯＮになったのを確認してはじめて切断酸素制
御信号がＯＮになるという構成を有している。

【００２９】記憶部23に予め記憶される電流値データ
は、抵抗４を所定の値に設定して、火炎５を流れる電流
Ｉを非加工時及び着火不良時の電流値、正常予熱時及び
切断不良時の電流値、正常切断時の電流値の夫々が互い
に０：５：１０の比率に構成して設定されていて、必要
に応じて比較手段24に伝達される。

【００３０】計測手段22は火炎５の電流値を測定してそ
の測定データを比較手段24に伝達するように構成されて
いる。電流値の測定方法としては図４に示した回路Ｃの
ａ−ｂ間に電流計を接続して直接測定しても良いし、抵
抗４の両端に生ずる端子電圧V1を測定して電流値に置き
換えることでも良い。

【００３１】比較手段24は前記計測手段22が測定した測
定データと前記記憶部23に記憶した電流値データとを比
較して電流値の比率が０に相当する場合を非加工時か着
火不良時と判断し、電流値の比率が５に相当する場合を
正常予熱時か切断不良時と判断し、電流値の比率が１０
に相当する場合を正常切断時と判断することで、測定し
た電流値を前記３種類の加工状況に大別してその火炎電
流信号を認識手段25に伝達する。

【００３２】認識手段25は予熱制御機構20が出力するＯ
Ｎ、ＯＦＦからなる予熱制御信号、切断酸素制御機構21
が出力するＯＮ、ＯＦＦからなる切断酸素制御信号、比
較手段24が出力する０、５、１０からなる火炎電流信号
を夫々比較して図３に示した認識表に従って現在の加工
状況信号を出力部26に伝達する。

【００３３】即ち、比較手段24が出力する火炎電流信号
が０で予熱制御信号がＯＦＦのとき（このとき切断酸素
制御信号はＯＦＦであるが）加工状況信号は『正常停
止』を出力し、同じく火炎電流信号が０で予熱制御信号
がＯＮのとき加工状況信号は『着火不良』を出力する。

【００３４】次に、火炎電流信号が５で予熱制御信号が
ＯＮのとき加工状況信号は『正常予熱』を出力する。次
に、火炎電流信号が１０で切断酸素制御信号がＯＮのと
き（このとき予熱制御信号はＯＮであるが）加工状況信
号は『正常切断』を出力し、切断酸素制御信号がＯＮの
状態で火炎電流信号が５になったとき加工状況信号とし
て『切断不良』を出力するように構成されている。ま
た、同様に切断酸素制御信号がＯＮの状態で火炎電流信
号が０になったとき加工状況信号として『失火』を出力
するように構成されている。

【００３５】出力部26は上記の加工状況信号に対応して
安全装置を駆動させたり、オペレーターに対して通報或
いは警告したり、ガス切断装置に対して復帰操作を行っ
たりするための種々の制御信号を出力することが可能で
ある。

【００３６】上記の如く構成した加工状況の検知装置を
用いて実際に現在の加工状況を認識する手段を具体的に
説明すると、例えば、図１のガス切断装置Ｅで非加工状
態では予熱制御機構20及び切断酸素制御機構21はＯＦＦ
の状態であり予熱制御信号、切断酸素制御信号は共にＯ
ＦＦが認識手段25に伝達される。

【００３７】一方、火炎５も発生していないため流れる
電流は０であり計測手段22によって測定された電流値と
記憶部23に記憶された電流値データとが比較手段24によ
って比較されて比較手段24は火炎電流信号０を認識手段
25に伝達する。この時図３の認識表に従って認識手段25
は現在の加工状況を『正常停止』と判断して出力部26に
伝達する。出力部26は必要に応じて所定の表示部に停止
等を表示する。

【００３８】次に、予熱制御機構20が電磁弁９ａ、10ａ
を開いて火口１ｂに着火して鋼板２に対して予熱を開始
すると同時に予熱制御機構20は予熱制御信号ＯＮを認識
手段25に伝達する。（このとき切断酸素制御機構21は電
磁弁11ａを閉じた状態であって切断酸素制御信号ＯＦＦ
を認識手段25に伝達した状態である。）この時火炎５が
形成されて所定の予熱電流が流れるので計測手段22はそ
の電流値を測定して比較手段24に伝達する。

【００３９】前記比較手段24は前記電流値と記憶部23か
らの電流値データとを比較して火炎電流信号５を認識手
段25に伝達する。この時認識手段25は図３の認識表に従
って現在の加工状況を『正常予熱』と判断して出力部26
に伝達する。出力部26は必要に応じて所定の表示部に予
熱等を表示する。

【００４０】この時、火口１ｂへの着火がミス着火とな
った場合には予熱制御機構20は予熱制御信号ＯＮを認識
手段25に伝達するものの火炎５が形成されないので電流
値は０である。従って、同様にして比較手段24は火炎電
流信号０を認識手段25に伝達するので、認識手段25は同
認識表に従って現在の加工状況を『着火不良』と判断し
て出力部26に伝達する。出力部26は必要に応じて所定の
表示部に着火不良等を表示し、また、必要に応じて予熱
制御機構20を制御して再着火等を行う。

【００４１】次に、所定の予熱が行われると切断酸素制
御機構21が電磁弁11ａを開いて切断酸素ガスをトーチ１
に供給し、鋼板２に対して切断を開始すると同時に切断
酸素制御機構21は切断酸素制御信号ＯＮを認識手段25に
伝達する。（この時、予熱制御機構20は予熱制御信号Ｏ
Ｎを認識手段25に伝達した状態である。）すると、火炎
５には所定の切断電流が流れるので計測手段22はその電
流値を測定して比較手段24に伝達する。

【００４２】前記比較手段24は前記電流値と記憶部23か
らの電流値データとを比較して火炎電流信号１０を認識
手段25に伝達する。この時認識手段25は図３の認識表に
従って現在の加工状況を『正常切断』と判断して出力部
26に伝達する。出力部26は必要に応じて所定の表示部に
切断等を表示する。

【００４３】この時、何らかの原因で切断に必要な定常
状態が保持できず切断が中断した場合には、切断酸素制
御機構21は切断酸素制御信号ＯＮを認識手段25に伝達す
るものの火炎５が切断不良状態に減衰し、同時に電流値
も減少する。この時、計測手段22が測定した電流値と記
憶部23からの電流値データとを比較手段24が比較して火
炎電流信号５を認識手段25に伝達する。

【００４４】認識手段25は前記認識表に従って現在の加
工状況を『切断不良』と判断して出力部26に伝達する。
出力部26は必要に応じて所定の表示部に切断不良等を表
示し、また、必要に応じて切断装置Ｅを制御して停止或
いは再切断を行う等の制御が可能である。

【００４５】また、上記の時、何らかの原因で失火した
場合には、切断酸素制御機構21は切断酸素制御信号ＯＮ
を認識手段25に伝達するものの（このとき予熱制御機構
20は予熱制御信号ＯＮを認識手段25に伝達した状態であ
る。）火炎５が失火状態に陥り、同時に電流値も０にな
って比較手段24から火炎電流信号０が認識手段25に伝達
される。

【００４６】認識手段25は前記認識表に従って現在の加
工状況を『失火』と判断して出力部26に伝達する。出力
部26は必要に応じて所定の表示部に失火等を表示し、ま
た、必要に応じて切断装置Ｅを制御して停止させて復帰
させ再予熱の後に再切断を行う等の制御が可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係るガス切断に於ける加工状況
の検知方法及びその装置は、上述の如き構成と作用とを
有するので、火炎中を流れる電流を直接測定して加工状
況を判断できるため従来のようにオペレーターの目視確
認による監視を不要とし無人運転装置として構成でき
る。

【００４８】また、従来のように赤外線センサーや光電
センサーを吹管に取り付けて間接的に測定する場合に生
じていたようなセンサーの向きがずれたり、切断方向が
変化したり、トーチの高さが変化することで検出不能に
なるといった問題も解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工状況検知装置を有するガス切断装
置の構成を説明する模式側面図である。

【図２】加工状況を認識するための制御系のブロック図
である。

【図３】加工状況を認識する際の認識表である。

【図４】火炎の電流値を計測する基本回路図である。

【図５】作用を説明する実験データ表である。

【符号の説明】

１…トーチ １ａ…吹管 １ｂ…火口 ２…鋼板 ３…電源 ４…抵抗 ５…火炎 ６…ケーブル ７…昇降装置 ８…ホルダー ８ａ…絶縁体 ９、１０、１１
…ガスホース ９ａ、１０ａ、１１ａ…電磁弁 １２、１３、１
４…絶縁管 １５…架構 １６…キャリッ
ジ ２０…予熱制御機構 ２１…切断酸素
制御機構 ２２…計測手段 ２３…記憶部 ２４…比較手段 ２５…認識手段 ２６…出力部 Ｅ…ガス切断装
置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板と該鋼板に対し電気的に絶縁された
   ガス切断トーチとの間に電圧を印加して電流値を計測
   し、計測された電流値に応じてガス切断トーチによる鋼
   板に対する現在の加工状況を認識することを特徴とした
   ガス切断に於ける加工状況の検知方法。
2. 【請求項２】 切断すべき鋼板に対し電気的に絶縁され
   たガス切断トーチと、前記ガス切断トーチに供給される
   予熱ガスの流通，遮断を制御する予熱制御機構と、前記
   ガス切断トーチに供給される切断酸素ガスの流通，遮断
   を制御する切断酸素制御機構と、前記ガス切断トーチと
   鋼板との間に通電すると共にその電流値を計測する計測
   手段と、予め設定された非加工時の電流値データ及び予
   熱時の電流値データ及び切断時の電流値データを記憶す
   る記憶部と、前記記憶部に記憶した前記各種電流値デー
   タと前記計測手段によって計測した電流値とを比較して
   前記計測した電流値に対応した火炎電流信号を発生する
   比較手段と、前記比較手段から発生した火炎電流信号と
   前記予熱制御機構と切断酸素制御機構が発生する制御信
   号の有無とを比較して現在の加工状況を認識して加工状
   況信号を発生する認識手段とを有することを特徴とした
   ガス切断に於ける加工状況の検知装置。