JP2000146526A - アライメント方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大口径パイプの位置ずれ量をリアルタイムで
監視可能とすることにより、アライメント作業の簡略化
と作業時間の短縮化を図ると共に、測定時の誤操作によ
って測定系が破損するのを回避する。 【解決手段】 アライメント装置１０は、位置検出機構
１１、モニタ部１２、移動機構１３から構成される。位
置検出機構１１は、大口径パイプ１端面に対して、位置
合わせ基準となる垂直と水平のライン光を照射する２台
のレーザ光源２１，２２と、大口径パイプ１端面の垂直
方向２箇所と水平方向２箇所の各画像を撮影する４台の
ＣＣＤカメラ３１〜３４から構成される。モニタ部１２
は、ＣＣＤカメラ３１〜３４の画像を合成する垂直方向
用と水平方向用の２台の画像加算器４１，４２と、その
加算画像を表示する垂直方向表示用と水平方向表示用の
２台のテレビモニタ５１，５２から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大口径パイプの端
面開先加工における、加工中心へのアライメント方法と
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種の機器や設備に使用される大
型金属タンク等の大口径パイプの端面開先加工におい
て、加工中心へのアライメントは、図５に示すようにし
て行われている。

【０００３】この図５に示すように、アライメント装置
は、大口径パイプ１の端面に対向するようにして同軸に
配置された回転盤２と、この回転盤２に固定されたアー
ム３、およびこのアームによって支持された変位計４で
構成されている。

【０００４】また、このアライメント装置を使用した大
口径パイプ１のアライメントは、次のようにして行って
いる。まず、大口径パイプ１の端部の内面に変位計４の
測定ロッドを接触させた後、回転盤２を回転駆動して大
口径パイプ１内周面の変位を測定する。そして、この測
定結果から、回転盤２の回転中心に対する垂直方向と水
平方向の大口径パイプ１の位置ずれ量を算出する。この
後、図示していない移動機構により大口径パイプ１の位
置調整を行い、さらに、大口径パイプ１の位置確認の測
定を行った後、大口径パイプ１の中心を回転盤２の回転
中心に位置決めしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来のアライメント方法には、次のような問題点
がある。まず、アライメント作業手順として、大口径パ
イプ１の位置ずれ量を測定した後、位置ずれ量を算出
し、その結果に基づいてパイプの位置調整を行い、さら
にこの後、大口径パイプ１の位置確認の測定を行ってい
るため、アライメント作業が繁雑であり、要する時間も
長くなる。特に、位置ずれ量の測定作業を変位計４によ
る接触方式で行うことから、測定動作にかなりの時間を
要しており、このことがアライメント作業に要する時間
をさらに長くしている。また、このような接触方式の測
定作業においては、誤操作により変位計４を大口径パイ
プ１に衝突させ、測定系を破損する可能性もあり、この
ことも問題となっている。

【０００６】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、大
口径パイプの位置ずれ量をリアルタイムで監視可能とす
ることにより、アライメント作業の簡略化と作業時間の
短縮化を図ると共に、測定時の誤操作によって測定系が
破損するのを回避可能な、能率的で信頼性の高いアライ
メント方法とその装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
従来技術の問題点を解決するために提案されたものであ
り、被対象物の中心を位置決めするアライメント方法と
その装置において、被対象物の端面に関して複数の輪郭
像を撮影してそれを加算した画像をモニタに表示し、加
算画像中の複数の輪郭像が重なるように被対象物を移動
させることによって、被対象物のアライメントを行うも
のである。

【０００８】まず、請求項１記載のアライメント方法
は、照射ステップ、撮影ステップ、加算ステップ、表示
ステップ、および移動ステップを有することを特徴とし
ている。ここで、照射ステップは、被対象物に対して、
位置合わせ基準として垂直方向および水平方向のライン
光を照射するステップであり、撮影ステップは、被対象
物の端面について複数の輪郭像とライン光を撮影するス
テップである。また、加算ステップは、撮影ステップに
おいて撮影された複数の輪郭像を加算して加算画像を得
るステップであり、表示ステップは、加算ステップにお
いて得られた加算画像をモニタに表示するステップであ
る。さらに、移動ステップは、モニタに表示された加算
画像中の複数の輪郭像が重なっていない場合に、それら
の輪郭像が重なるように被対象物を移動させるステップ
である。

【０００９】また、請求項３記載のアライメント装置
は、請求項１記載の方法を実現するための装置であり、
請求項１記載の照射ステップ、撮影ステップ、加算ステ
ップ、表示ステップ、および移動ステップにそれぞれ対
応する機能を持つ光源、カメラ、画像加算手段、モニ
タ、および移動機構を有することを特徴としている。

【００１０】このような請求項１、３記載の方法および
装置によれば、垂直方向および水平方向のライン光を位
置合わせ基準として、被対象物の加算画像中の複数の輪
郭像の重なり具合をモニタで観察することにより、被対
象物の位置ずれ量をリアルタイムで監視することができ
る。そして、モニタに表示されたその加算画像を観察し
ながら、必要に応じて被対象物を適宜移動させることに
より、被対象物の中心を迅速かつ正確に位置決めするこ
とができる。また、位置ずれ量の測定作業を接触方式で
はなく非接触方式で行うため、誤操作により測定系が破
損する可能性はない。

【００１１】次に、請求項２記載のアライメント方法
は、請求項１記載の方法において、撮影ステップ、加算
ステップ、表示ステップ、および移動ステップの内容を
限定したことを特徴としている。すなわち、撮影ステッ
プは、被対象物の端面に関して垂直方向における複数の
輪郭像をそれぞれ撮影する垂直方向撮影ステップと、被
対象物の端面に関して水平方向における複数の輪郭像を
それぞれ撮影する水平方向撮影ステップを含む。また、
加算ステップは、垂直方向撮影ステップにおいて得られ
た垂直方向における複数の輪郭像を加算して垂直方向の
加算画像を得る垂直方向加算ステップと、水平方向撮影
ステップにおいて得られた水平方向における複数の輪郭
像を加算して水平方向の加算画像を得る水平方向加算ス
テップを含む。そして、表示ステップは、垂直方向加算
ステップにおいて得られた垂直方向の加算画像をモニタ
に表示する垂直方向表示ステップと、水平方向加算ステ
ップにおいて得られた水平方向の加算画像をモニタに表
示する水平方向表示ステップを含む。さらに、移動ステ
ップは、垂直方向の加算画像中の複数の輪郭像が重なっ
ていない場合に、それらの輪郭像が重なるように被対象
物を垂直方向に移動させる垂直移動ステップと、水平方
向の加算画像中の複数の輪郭像が重なっていない場合
に、それらの輪郭像が重なるように被対象物を水平方向
に移動させる水平移動ステップを含む。

【００１２】また、請求項４記載のアライメント装置
は、請求項２記載の方法を実現するための装置であり、
請求項３記載の装置におけるカメラ、画像加算手段、モ
ニタ、および移動機構が、請求項２記載の撮影ステッ
プ、加算ステップ、表示ステップ、および移動ステップ
にそれぞれ対応する機能を持つことを特徴としている。

【００１３】このような請求項２、４記載の方法および
装置によれば、被対象物の垂直方向の加算画像と水平方
向の加算画像の各々について、複数の輪郭像の重なり具
合をモニタで観察することにより、被対象物の垂直方向
の位置ずれ量と水平方向の位置ずれ量をそれぞれリアル
タイムで監視することができる。そして、モニタに表示
されたその垂直方向の加算画像と水平方向の加算画像を
観察しながら、必要に応じて被対象物を垂直方向および
水平方向に適宜移動させることにより、被対象物の中心
を迅速かつ正確に位置決めすることができる。この場
合、垂直方向の加算画像を観察しながらリアルタイムで
垂直方向の位置決めを行うことができると共に、水平方
向の加算画像を観察しながらリアルタイムで水平方向の
位置決めを行うことができるため、位置決め作業を極め
て容易に行うことができる。

【００１４】続いて、請求項５記載のアライメント装置
は、請求項３または４記載の装置において、光源がレー
ザ光源であり、カメラがＣＣＤカメラであることを特徴
としている。本発明において、光源やカメラの具体的な
構成は適宜選択可能であるが、精度や位置決め、配置
等、実用性の観点からは、一般的にはレーザ光源とＣＣ
Ｄカメラを使用することが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下には、本発明による代表的な
実施の形態として、アライメント装置とそれを使用した
アライメント作業手順について、図１〜図４を参照して
具体的に説明する。

【００１６】［１．アライメント装置の構成］図１は、
アライメント装置の構成を示すブロック図である。この
図１に示すように、アライメント装置１０は、位置検出
機構１１、モニタ部１２、および移動機構１３から構成
されている。

【００１７】このうち、位置検出機構１１は、大口径パ
イプ１端面に対して、位置合わせ基準として垂直方向お
よび水平方向のライン光を照射するための２台のレーザ
光源２１，２２と、大口径パイプ１の端面に関してその
垂直方向における上下２箇所と水平方向における左右２
箇所のそれぞれの画像を撮影するための４台のＣＣＤカ
メラ３１〜３４から構成されている。そして、これらの
レーザ光源２１，２２およびＣＣＤカメラ３３〜３４
は、支持体１１ａによって支持される。図２は、このよ
うな位置検出機構１１を大口径パイプ１端面に対してセ
ットした状態を示す説明図である。

【００１８】また、モニタ部１２は、上下２台のＣＣＤ
カメラ３１，３３の画像を合成するための垂直方向用の
画像加算器４１と左右２台のＣＣＤカメラ３２，３４の
画像を合成するための水平方向用の画像加算器４２、お
よびこれらの画像加算器４１，４２による加算画像をそ
れぞれ表示する垂直方向表示用と水平方向表示用の２台
のテレビモニタ５１，５２から構成されている。

【００１９】なお、移動機構１３は、大口径パイプ１を
垂直方向および水平方向に機械的に微動させるための機
構である。この移動機構１３としては、大口径パイプ１
を微動させるために従来から使用されている周知の各種
の移動機構を適宜使用可能である。

【００２０】［２．アライメント作業手順］アライメン
ト作業に当たっては、まず、図２に示すように、対象と
なる大口径パイプ１１端面に対向するように位置検出機
構１１を配置し、レーザ光源２１，２２により、大口径
パイプ１端面の位置合わせ基準として、垂直方向ライン
光１０１および水平方向ライン光１０２を照射してお
く。次に、これらのライン光１０１，１０２の交差点を
合わせ中心１１０として、４台のＣＣＤカメラ３１〜３
４がこの合わせ中心１１０と等距離となるように垂直方
向および水平方向に等配置する。そして、これらの４台
のＣＣＤカメラ３１〜３４により、大口径パイプ１端面
の輪郭と、この端面に照射されるライン光１０１，１０
２を観察する。

【００２１】この時、ＣＣＤカメラ３１〜３４は具体的
には次のような向きで配置されている。すなわち、垂直
方向上部のＣＣＤカメラ３１に対し、下部のＣＣＤカメ
ラ３３はその向きを１８０°回転した状態でセットされ
ており、また、水平方向において大口径パイプ１に向か
って右のＣＣＤカメラ３２に対し、左のＣＣＤカメラ３
４はその向きを１８０°回転した状態でセットされてい
る。

【００２２】図３は、４台のＣＣＤカメラ３１〜３４に
よる大口径パイプ１の観察エリア１１１〜１１４をそれ
ぞれ示す説明図である。また、図４は、４台のＣＣＤカ
メラ３１〜３４による観察エリア１１１〜１１４の観察
画像１２１〜１２４の画像処理手順を説明する説明図で
ある。すなわち、図２に示す垂直方向上部のＣＣＤカメ
ラ３１は、図３に示すような大口径パイプ１の垂直方向
上部の輪郭部分を観察エリア１１１として、図４に示す
ような観察画像１２１を撮影するようになっている。そ
して、水平方向右側のＣＣＤカメラ３２は、観察エリア
１１２の観察画像１２２を撮影する。同様に、垂直方向
下部のＣＣＤカメラ３３は、観察エリア１１３の観察画
像１２３を撮影し、水平方向左側のＣＣＤカメラ３４
は、観察エリア１１４の観察画像１２４を撮影する。

【００２３】そして、このように、各ＣＣＤカメラ３１
〜３４で撮影された観察画像１２１〜１２４を、図４に
示すようにして順次処理する。まず、垂直方向２台のＣ
ＣＤカメラ３１，３３の観察画像１２１，１２３を垂直
方向用の画像加算器４１で加算し、その加算画像１３１
を垂直方向表示用のテレビモニタ５１に表示すると共
に、水平方向２台のＣＣＤカメラ３２，３４の観察画像
１２２，１２４を水平方向用の画像加算器４２で加算
し、その加算画像１３２をテレビモニタ５２に表示す
る。

【００２４】この後、垂直方向表示用のテレビモニタ５
１を観察しながら移動機構１３を操作することにより、
図４中に加算画像１４１として示すように画面内の輪郭
像が重なるように大口径パイプ１を上下動作させる。そ
れと共に、水平方向表示用のテレビモニタ５２を観察し
ながら移動機構１３を操作することにより、図４中に加
算画像１４２と示すように画面内の輪郭像が重なるよう
に大口径パイプ１を左右動作させる。そして、両方のテ
レビモニタ５１，５２の画面中の輪郭像がそれぞれ重な
った時点で大口径パイプ１の片端のアライメントが終了
する。さらに、大口径パイプ１のもう一端についても、
上記と同様のアライメント作業を行うことにより、大口
径パイプ１全体のアライメントを完了することができ
る。

【００２５】［３．作用および効果］以上のように、本
実施の形態によれば、大口径パイプ１の垂直方向と水平
方向の加算画像を垂直方向表示用と水平方向表示用のテ
レビモニタ５１，５２でそれぞれ表示し、複数の輪郭像
の重なり具合をそれぞれ観察することにより、大口径パ
イプ１の垂直方向と水平方向の位置ずれ量をそれぞれリ
アルタイムで監視することができる。そして、垂直方向
の加算画像を観察しながらリアルタイムで垂直方向の位
置決めを行うことができると共に、水平方向の加算画像
を観察しながらリアルタイムで水平方向の位置決めを行
うことができるため、アライメント作業を極めて容易
に、能率的に実現できる。しかも、位置ずれ量の測定作
業を、従来のような変位計４を用いた接触方式ではな
く、ＣＣＤカメラ３１〜３４を用いた非接触方式で行う
ため、誤操作によりＣＣＤカメラ等の測定系が破損する
可能性もなく、信頼性が高い。

【００２６】［４．他の実施の形態］なお、本発明は、
前記実施の形態に限定されるものではなく、光源やカメ
ラ、画像加算手段、モニタ、および移動機構等の具体的
な構成は自由に選択可能である。例えば、前記実施の形
態においては、垂直方向観察用と水平方向観察用として
２台のテレビモニタ５１，５２を使用しているが、垂直
方向と水平方向の計４画像を全て加算して１台のテレビ
モニタに表示してもよい。

【００２７】さらに、前記の説明においては、テレビモ
ニタの画面を見ながら移動機構を手動で操作する場合に
ついて説明したが、加算画像の輪郭像が重なるように移
動機構を自動制御する構成も可能である。この場合に
は、アライメント作業者は、テレビモニタ上で被対象物
の位置調整の経緯を確認するだけでよいため、アライメ
ント作業が極めて容易になる。

【００２８】また、光源としては、各種の光源を使用可
能であるが、レーザ光源は、明瞭なライン光を高い精度
で照射できる上、位置決めや配置も容易である等、実用
性が高いことから、前記実施の形態のように、一般的に
はレーザ光源を使用することが望ましい。そしてまた、
カメラについても、各種のカメラを使用可能であるが、
ＣＣＤカメラは、被対象物を高い精度で撮影できる上、
位置決めや配置も容易であり、コスト面でも有利である
等、実用性が高いことから、前記実施の形態のように、
一般的にはＣＣＤカメラを使用することが望ましい。

【００２９】一方、前記の説明においては、大口径パイ
プを被対象物として説明したが、本発明によるアライメ
ント方法と装置は、大口径パイプ以外の各種の被対象物
に対して同様に適用可能である。例えば、被対象物は、
パイプ形状に限定されるものではなく、円柱などの円筒
形状を成すものであればよい。すなわち、本発明のアラ
イメント方法と装置は、上下が対称でかつ左右が対称の
形状を持つ各種の被対象物に対して同様に適用可能であ
り、同様に優れた効果が得られるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大口径パイプの位置ずれ量をリアルタイムで監視できる
ため、アライメント作業の簡略化と作業時間の短縮化を
実現すると共に、測定時の誤操作によって測定系が破損
するのを回避可能な、能率的で信頼性の高いアライメン
ト方法とその装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による代表的な実施の形態に係るアライ
メント装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の位置検出機構を大口径パイプ端面に対し
てセットした状態を示す説明図である。

【図３】図１のＣＣＤカメラによる大口径パイプの観察
エリアを示す正面図である。

【図４】図１のＣＣＤカメラによる観察エリアの観察画
像の画像処理手順を説明する説明図である。

【図５】従来のアライメント方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１…大口径パイプ ２…回転盤 ３…アーム ４…変位計 １０…アライメント装置 １１…位置検出機構 １１ａ…支持体 １２…モニタ部 １３…移動機構 ２１，２２…レーザ光源 ３１〜３４…ＣＣＤカメラ ４１，４２…画像加算器 ５１，５２…テレビモニタ １０１，１０２…ライン光 １１０…合わせ中心 １１１〜１１４…観察エリア １２１〜１２４…観察画像 １３１，１３２，１４１，１４２…加算画像

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被対象物の中心を位置決めするアライメ
   ント方法において、 前記被対象物に対して、位置合わせ基準として垂直方向
   および水平方向のライン光を照射する照射ステップと、 前記被対象物の端面に関して複数の輪郭像と前記ライン
   光を撮影する撮影ステップと、 前記撮影ステップにおいて撮影された複数の輪郭像を加
   算して加算画像を得る加算ステップと、 前記加算ステップにおいて得られた加算画像をモニタに
   表示する表示ステップと、 前記モニタに表示された加算画像中の複数の輪郭像が重
   なっていない場合に、それらの輪郭像が重なるように前
   記被対象物を移動させる移動ステップを有することを特
   徴とするアライメント方法。
2. 【請求項２】 前記撮影ステップは、前記被対象物の端
   面に関して垂直方向における複数の輪郭像をそれぞれ撮
   影する垂直方向撮影ステップと、前記被対象物の端面に
   関して水平方向における複数の輪郭像をそれぞれ撮影す
   る水平方向撮影ステップを含み、 前記加算ステップは、前記垂直方向撮影ステップにおい
   て得られた垂直方向における複数の輪郭像を加算して垂
   直方向の加算画像を得る垂直方向加算ステップと、前記
   水平方向撮影ステップにおいて得られた水平方向におけ
   る複数の輪郭像を加算して水平方向の加算画像を得る水
   平方向加算ステップを含み、 前記表示ステップは、前記垂直方向加算ステップにおい
   て得られた垂直方向の加算画像をモニタに表示する垂直
   方向表示ステップと、前記水平方向加算ステップにおい
   て得られた水平方向の加算画像をモニタに表示する水平
   方向表示ステップを含み、 前記移動ステップは、前記垂直方向の加算画像中の複数
   の輪郭像が重なっていない場合に、それらの輪郭像が重
   なるように前記被対象物を垂直方向に移動させる垂直移
   動ステップと、前記水平方向の加算画像中の複数の輪郭
   像が重なっていない場合に、それらの輪郭像が重なるよ
   うに前記被対象物を水平方向に移動させる水平移動ステ
   ップを含むことを特徴とする請求項１記載のアライメン
   ト方法。
3. 【請求項３】 被対象物の中心を位置決めするアライメ
   ント装置において、 前記被対象物に対して、位置合わせ基準として垂直方向
   および水平方向のライン光を照射する光源と、 前記被対象物の端面に関して複数の輪郭部分と前記ライ
   ン光を撮影するカメラと、 前記カメラによって撮影された複数の輪郭像を加算して
   加算画像を得る画像加算手段と、 前記画像加算手段によって得られた加算画像を表示する
   モニタと、 前記モニタに表示された加算画像中の複数の輪郭像が重
   なるように前記被対象物を垂直方向および水平方向に機
   械的に移動可能な移動機構を有することを特徴とするア
   ライメント装置。
4. 【請求項４】 前記カメラは、前記被対象物の端面に関
   して垂直方向における複数の輪郭像をそれぞれ撮影する
   垂直方向用の複数のカメラと、前記被対象物の端面に関
   して水平方向における複数の輪郭像をそれぞれ撮影する
   水平方向用の複数のカメラを含み、 前記画像加算手段は、前記垂直方向用の複数のカメラに
   よって得られた垂直方向における複数の輪郭像を加算し
   て垂直方向の加算画像を得る垂直方向用の画像加算器
   と、前記水平方向用の複数のカメラによって得られた水
   平方向における複数の輪郭像を加算して水平方向の加算
   画像を得る水平方向用の画像加算器を含み、 前記モニタは、前記垂直方向用の画像加算器によって得
   られた垂直方向の加算画像を表示する垂直方向用のモニ
   タと、前記水平方向用の画像加算器によって得られた水
   平方向の加算画像を表示する水平方向用のモニタを含
   み、 前記移動機構は、前記垂直方向の加算画像中の複数の輪
   郭像が重なっていない場合に、それらの輪郭像が重なる
   ように前記被対象物を垂直方向に移動させる機能と、前
   記水平方向の加算画像中の複数の輪郭像が重なっていな
   い場合に、それらの輪郭像が重なるように前記被対象物
   を水平方向に移動させる機能を有することを特徴とする
   請求項３記載のアライメント装置。
5. 【請求項５】 前記光源はレーザ光源であり、前記カメ
   ラはＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項３また
   は４記載のアライメント装置。