JP2010036202A - 切断装置及び切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設備を大型化することなく、また、サイクル時間を長くすることなく、重量及び寸法の大きな鋼板等の板材を正確に切断することができる切断装置を提供する。
【解決手段】板材１０１上に標された基準線を撮影するカメラ５と、板材を切断する切断手段６と、カメラ５及び切断手段６を移動操作する移動操作手段と、カメラ５により撮影された画像を画像処理して基準線の位置座標を検出し、検出した基準線の位置座標を切断手段６の座標系に変換し板材１０１の板原点座標を検出する制御手段７，８とを備え、制御手段７，８は、板材１０１の板原点座標に基づいて、切断手段６の座標系に従って、切断手段６により板材１０１を切断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶建造用など重量と寸法の大きな板材をマーキングにしたがって切断する切断装置及び切断方法に関する。

従来、船舶建造用など重量及び寸法の大きな鋼板等の板材を切断する切断装置は、この板材にマーキングを行うマーキング装置と同一の座標情報に基づいて切断を行なっている。板材には、配材・組立工程での基準線である溶接線もマーキングされているため、切断装置は、マーキング線に対して、±１ｍｍ以内の高精度で切断を行う必要がある。切断装置を正しく動作させるためには、鋼板の位置及び姿勢を、予め切断装置に設定した板原点座標（水平位置と回転）に対して正確に位置決めする必要がある。

しかし、マーキングされて搬送されてきた板材は、マーキング装置の基準座標から、左右、上下及び傾き方向についてズレを生じている。この板材は、重量及び寸法が大きいため、板材を移動させてズレを修正することは困難である。また、板材の形状は、正確な長方形ではない。

そこで、鋼板の現在位置を計測し、計測された値に基づいて切断装置の板原点座標を設定して、この座標に従って切断する方法が採用されている。具体的には、以下の手順による。

まず、マーキング装置は、板原点座標に基づき、板材上に２点乃至３点程度の基準線（クロス印など）をマーキングする。次に、切断装置の運転員は、切断装置を手動操作して、板材上の基準線の位置の近傍まで、切断装置を移動させる。そして、運転員は、切断装置に付属するレーザポインタを用いて、目視により、基準線の位置を検知する。また、運転員は、検知した基準線の位置座標を、切断装置へ入力する。切断装置の運転員は、以上の操作を基準線の数に相当する回数だけ繰り返す。

そして、切断装置においては、入力された基準線の位置座標の情報が切断装置の座標系に変換される。この切断装置は、変換された座標系に基づいて、板原点座標を数値計算する。そして、切断装置は、計算された板原点座標に基づいて、板材を切断する。

なお、特許文献１及び特許文献２には、板材の位置決め手段として光電センサを利用し、板材自体を位置決めするようにした切断装置が記載されている。すなわち、マーキング装置から切断装置への搬送手段としてコンベアを使用し、板材の姿勢及び位置のズレが生じないように動きを制御するようにしたものである。この切断装置においては、適切な位置に光電センサを配置し、光電センサの光路が遮断されたときにコンベアを停止させることにより、板材の位置決めをするようにしている。

また、特許文献３及び特許文献４には、画像処理装置を用いて板材の端面の位置検出することにより、板材自体を位置決めするようにした切断装置が記載されている。

特許第３４８５５８２号公報 特開２００１−８７９４２公報 特開２００３−２５１４６４公報 特許第２５４８６４８号公報

ところで、板材上にマーキングされた基準線の位置を運転員が目視により検知する方法においては、運転員の熟練度により、位置精度にバラツキが生じてしまう。このような位置精度のバラツキは、以下の動作により補正することが考えられる。

すなわち、運転員は、板材上にマーキングされた基準線の位置を切断機へ入力し、切断装置へ板原点座標を教示した後、実際には切断することなく、切断予定領域の外周をなぞる動作をさせるプログラムを実行する。このとき、板材上には、切断予定領域（外周）に枠線がマーキングされているので、運転員は、切断予定領域の外周をなぞる動作において、切断装置の動きと枠線とのズレ量を目視で確認し、板原点座標を微調整する。

このような補正動作を行うことは、この補正動作を行う時間分だけサイクル時間が余計に必要になるばかりでなく、切断装置の動きと枠線とのズレ量を目視で確認しているので、やはり運転員の熟練度による位置精度のバラツキが生ずる。

なお、板材の端面を位置決め用のストッパに押し当てることにより、板材自体を位置決めする方法も考えられる。しかし、板材の重量及び寸法が大きく（例えば、１０ｔ以上）、かつ、板材の形状（縦・横・厚さ、材質）も多種多様であるため、板材をストッパに押し当てるには、大型の油圧ジャッキなど、高剛性で大掛かりな装置が必要となり、装置全体が大規模化してしまい、工場レイアウト上の自由度を低下させてしまう。また、板材の位置決めには、板材の傾きを考慮して、板材の端面をストッパへ複数箇所において押し付ける必要があり、板材の形状によってはストッパの位置を調整する機構が必要であり、装置構成が複雑となる。さらに、板材の端面には、一般的に、切り取り代があるので、板材の端面の加工精度は厳密に規定されていない。そのため、板材の端面を位置決め用のストッパに押し当てても、切断装置に要求される位置決め精度を満足することは保証できない。

そして、特許文献１及び特許文献２に記載された切断装置、すなわち、板材の位置決め手段として光電センサを利用することにより、板材自体を位置決めする場合においては、コンベア制御装置における制御演算に必要な時間及び信号通信に必要な時間分、コンベアの停止に遅れが生じ、その時間分、板材が位置ズレを生ずるという問題がある。特に、板材は、重量が大きいため、慣性力により、コンベアの進行方向に位置ズレする可能性がある。このような位置ズレ対策として、コンベアの移動速度を低速にすると、サイクル時間が余計に必要となってしまう。また、鉄鋼メーカから購入した板材の端面の加工精度は厳密に規定されていないため、光電センサにより板材の端面を検知しても、要求される高精度な位置決めを保証することはできない。

また、特許文献３及び特許文献４に記載された切断装置、すなわち、画像処理装置を用いて板材の端面の位置検出することにより、板材自体を位置決めする場合においては、板材の端面の加工精度は厳密に規定されていないため、予め切断装置により加工された板材とは異なり、画像処理装置により板材の端面を検知しても、要求される高精度な位置決めを保証することはできない。なお、板材の端面の加工精度を高精度に規定することは、材料費の大幅なコストアップを招来し、現実的な解決方法ではない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、設備を大型化することなく、また、サイクル時間を長くすることなく、重量及び寸法の大きな鋼板等の板材を正確に切断することができる切断装置及び切断方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る切断装置は、以下の構成を有するものである。

〔構成１〕
板材の表面に標されたマーキングに従って該板材を切断する切断装置であって、板材上に標された基準線を撮影する撮影手段と、板材を切断する切断手段と、撮影手段及び切断手段を移動操作する移動操作手段と、撮影手段により撮影された画像を画像処理して基準線の位置座標を検出し検出した基準線の位置座標を切断手段の座標系に変換し板材の板原点座標を検出する制御手段とを備え、制御手段は、板材の板原点座標に基づいて、切断手段の座標系に従って、切断手段により板材を切断することを特徴とするものである。

また、本発明に係る切断方法は、以下の構成を有するものである。

〔構成２〕
板材の表面に標されたマーキングに従って該板材を切断する切断方法であって、板材上に標された基準線を撮影手段により撮影し、撮影手段により撮影された画像を画像処理して基準線の位置座標を検出し、検出した基準線の位置座標を切断手段の座標系に変換し板材の板原点座標を検出し、板材の板原点座標に基づいて、切断手段の座標系に従って、切断手段を移動制御して板材を切断することを特徴とするものである。

本発明に係る切断装置においては、構成１を有することにより、制御手段は、撮影手段により撮影された画像を画像処理して基準線の位置座標を検出し検出した基準線の位置座標を切断手段の座標系に変換し板材の板原点座標を検出し、板材の板原点座標に基づいて、切断手段の座標系に従って、切断手段により板材を切断する。

この切断装置における画像処理においては、例えば、撮影された画像中における板材上の基準線の形状をパターンマッチングにより検出した後に、基準線が交差している点の位置を数値演算することができる。このとき、基準線の太さのバラツキ、線の擦れなどにも影響されずに、要求仕様を満足する高精度の切断が可能である。

また、この切断装置においては、板材の板原点座標の検出を自動化することができるので、運転員を常時拘束せずに、高精度の切断を行うことができる。

さらに、この切断装置においては、装置構成が大規模、かつ、複雑となることがなく、従来の切断装置に制御手段を追加することによって構成することができる。

また、本発明に係る切断方法においては、構成２を有することにより、撮影手段により撮影された画像を画像処理して基準線の位置座標を検出し、検出した基準線の位置座標を切断手段の座標系に変換し板材の板原点座標を検出し、板材の板原点座標に基づいて、切断手段の座標系に従って、切断手段を移動制御して板材を切断する。

この切断方法における画像処理においては、例えば、撮影された画像中における板材上の基準線の形状をパターンマッチングにより検出した後に、基準線が交差している点の位置を数値演算することができる。このとき、基準線の太さのバラツキ、線の擦れなどにも影響されずに、要求仕様を満足する高精度の切断が可能である。

また、この切断方法においては、板材の板原点座標の検出を自動化することができるので、切断装置の運転員を常時拘束せずに、高精度の切断を行うことができる。

さらに、この切断方法においては、切断装置の装置構成を大規模、かつ、複雑とすることなく、従来の切断装置に制御手段を追加した切断装置によって実行することができる。

すなわち、本発明は、設備を大型化することなく、また、サイクル時間を長くすることなく、重量及び寸法の大きな鋼板等の板材を正確に切断することができる切断装置及び切断方法を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る切断装置の構成を示す平面図である。

本発明に係る切断装置は、例えば鋼板等の板材の表面に標されたマーキングに従って該板材を切断する切断装置であって、図１に示すように、板材１０１を搬入、搬出するためのコンベア１０２の両側に並行して設置された一対の走行レール１，１に支持されて、該コンベア１０２上に設置される。

一対の走行レール１，１には、それぞれ走行サドル２，２が取付けられている。これら走行サドル２，２は、走行レール１，１に沿って走行可能となっている。これら走行サドル２，２間に架け渡されて、ガーダー３が設置されている。このガーダー３上には、横行キャリッジ４が設置されている。この横行キャリッジ４は、ガーダー３に沿って、すなわち、コンベア１０２による板材１０１の搬送方向に交差する方向に移動可能となっている。

横行キャリッジ４には、コンベア１０２により搬送される板材１０１を撮影する撮影手段となるカメラ５及び切断手段となるプラズマ切断機６が設けられている。カメラ５は、走行レール１に沿って走行サドル２を移動させ、ガーダー３に沿って横行キャリッジ４を移動させることにより、板材１０１の任意の箇所を撮影することができる。カメラ５は、後述するように、板材１０１上に既に標されているマーキングの少なくとも基準線１０３を上方より撮影する。

また、プラズマ切断機６は、走行レール１に沿って走行サドル２を移動させ、ガーダー３に沿って横行キャリッジ４を移動させることにより、板材１０１の任意の箇所を切断することができる。

そして、この切断装置は、制御手段となる画像処理装置７及び制御装置８とを有している。画像処理装置７及び制御装置８は、カメラ５により撮影されたマーキングの基準線１０３の位置座標を検出する。この基準線１０３は、図示しないマーキング装置により、板材１０１を切断するべき箇所を示す切断線や、他の部材を溶接する箇所を示す線などとともに、板材１０１の表面上に予め標されたものである。切断線等のマーキングと、基準線とは、所定の位置関係が維持された状態で標されている。

画像処理装置７及び制御装置８は、カメラ５により撮影された画像を画像処理して、例えば、パターンマッチングにより、基準線１０３の位置座標を検出し、検出した基準線１０３の位置座標をプラズマ切断機６の座標系に変換し、板材１０１の板原点座標を検出する。そして、画像処理装置７及び制御装置８は、板材１０１の板原点座標に基づいて、プラズマ切断機６の座標系に従って、プラズマ切断機６により板材１０１を切断する。

図２は、本発明に係る切断装置の構成を示すブロック図である。

制御装置８は、図２に示すように、プラズマ切断機６、カメラ５の動作及び位置を制御するとともに、画像処理装置７を制御し、また、記録手段を含んでいる。この制御装置８は、板材１０１の表面に標されたマーキングの基準座標を検出し、記録手段により記録する。

この切断装置においては、まず、カメラ５により、コンベア１０２上の板材１０１に標された基準線１０３を撮影する。次に、カメラ５により撮影された画像に基づいて、画像処理装置７により、基準線１０３の位置座標を検出する。このとき、マーキングにおける２つ以上のマーカ位置、例えば、基準線同士の交点など、マーキングの基準となる位置を検出しておく。そして、検出された基準線１０３の位置座標（マーカ位置）を記録手段により記録しておく。

そして、制御装置８は、検出した基準線１０３の位置座標をプラズマ切断機６の座標系に変換し、板材１０１の板原点座標を検出する。そして、制御装置８は、板材１０１の板原点座標に基づいて、プラズマ切断機６の座標系に従って、プラズマ切断機６により板材１０１を切断する。

図３は、マーカ位置が２つである場合の板材１０１を切断する動作を示すフローチャートである。

すなわち、この切断装置において、板材１０１を切断するには、図３に示すように、制御装置８は、ステップｓｔ１において、切断データ（板材１０１における原点情報とマーキングの位置情報を含む）を板材の寸法形状・原点情報・マーキング位置情報等を記録管理する上位データ管理システム（図示せず）から受信する。次に、ステップｓｔ２において、切断データの第１マーカ位置が、カメラ５の中心（光軸上）になるように、カメラ５を移動操作する。このとき、カメラ５の振動が収まるまで待機する。次に、ステップｓｔ３において、画像処理装置７に、マーカ位置計測指令を送信する。次に、ステップｓｔ４において、画像処理装置７から、マーカ位置情報を受信する。次に、ステップｓｔ５において、切断データの第１マーカ位置と受信したマーカ位置情報とのずれを用いて、第１マーカ位置を補正する。次に、ステップｓｔ６において、切断データにおける板材の原点と第１マーカとの相対位置と、補正した第１マーカ位置とから、板材の原点情報を平行移動により補正する。

そして、ステップｓｔ７において、補正した板材１０１における原点と切断データとに基づき、第２マーカ位置がカメラ５の中心（光軸上）になるように、カメラ５を移動操作する。このとき、カメラ５の振動が収まるまで待機する。次に、ステップｓｔ８において、画像処理装置７に、マーカ位置計測指令を送信する。次に、ステップｓｔ９において、画像処理装置７から、マーカ位置情報を受信する。次に、ステップｓｔ１０において、切断データの第２マーカ位置と受信したマーカ位置情報とのずれを用いて、第２マーカ位置を補正する。このとき、以下に示す〔数１〕によって補正を行う。

次に、ステップｓｔ１１において、補正した第１マーカ位置と、補正した第２マーカ位置とから、板材の原点情報を平行移動及び回転により補正する。このとき、以下に示す〔数２〕によって補正を行う。これにより、検出された基準線１０３の位置座標が、プラズマ切断機６の座標系に変換されたことになる。

そして、ステップｓｔ１２において、補正した板材１０１における原点がカメラ５の中心（光軸上）になるように、カメラ５を移動操作する。次に、ステップｓｔ１３において、切断データに基づいて、切断を行う。

図５は、板材１０１における第１乃至第３マーカ位置を示す平面図である。

ここで、図５に示すように、第１乃至第３マーカ位置の検出された座標を（X1,Y1）、（X2,Y2）、（X3,Y3）とする。そして、図の左下角にあたるエッジの位置を板材１０１の原点とする。この板材１０１が切断装置に搬送されたとき、θの回転を生じているとする。第１マーカ位置のマーキングにおける座標を（dX1,dY1）とする。

すると、平行移動による板材の原点の補正は、以下の〔数１〕で示すことができる。

そして、マーカ位置が２つである場合の平行移動と回転による板材の原点の補正は、以下の〔数２〕で示すことができる。

さらに、マーカ位置が３つである場合の平行移動と回転による板材の原点の補正は、以下の〔数３〕で示すことができる。

なお、マーカ位置が３つ以上ある場合には、〔数３〕に示すように、誤差最小二乗法によって板材の原点座標を導出することにより、位置精度の向上を図ることができる。

〔第２の実施の形態〕
図４は、マーカ位置が３つである場合の板材１０１を切断する動作を示すフローチャートである。

そして、この切断装置においては、マーカ位置が３つである場合には、図３のフローチャートにおけるステップｓｔ１１とステップｓｔ１２との間に、以下のステップｓｔ１４乃至ステップｓｔ１８を実行する。

すなわち、ステップｓｔ１４において、補正した板材１０１における原点と切断データとに基づき、第３マーカ位置がカメラ５の中心（光軸上）になるように、カメラ５を移動操作する。このとき、カメラ５の振動が収まるまで待機する。次に、ステップｓｔ１５において、画像処理装置７に、マーカ位置計測指令を送信する。次に、ステップｓｔ１６において、画像処理装置７から、マーカ位置情報を受信する。次に、ステップｓｔ１７において、切断データの第３マーカ位置と受信したマーカ位置情報とのずれを用いて、第３マーカ位置を補正する。

次に、ステップｓｔ１８において、補正した第１乃至第３マーカ位置から、板材の原点情報を平行移動及び回転により補正する。このとき、前述した〔数３〕によって補正を行う。これにより、検出された基準線１０３の位置座標が、プラズマ切断機６の座標系に変換されたことになる。

そして、ステップｓｔ１２に戻り、補正した板材１０１における原点がカメラ５の中心（光軸上）になるように、カメラ５を移動操作する。次に、ステップｓｔ１３において、切断データに基づいて、切断を行う。

このようにして、本発明に係る切断装置においては、撮影された画像中における板材１０１上の基準線１０３の位置を、例えば、パターンマッチングにより検出した後に、基準線１０３が交差している点の位置を数値演算することができる。このとき、基準線１０３の太さのバラツキ、線の擦れなどにも影響されずに、要求仕様を満足する高精度の切断が可能である。

また、この切断装置においては、板材１０１の板原点座標の検出を自動化することができる。この場合には、運転員を常時拘束せずに、高精度の切断を行うことができる。

さらに、この切断装置においては、装置構成が大規模、かつ、複雑となることがなく、従来の切断装置に制御手段を追加することによって構成することができる。

〔その他の実施の形態〕
前述した実施の形態においては、マーカ位置として基準線同士の交点を想定しているが、マーカ位置は、基準線同士の交点に限られず、例えば、三角形など、所定の形状を有するマークや、二次元バーコードなどとしてもよい。

また、本発明に係る切断装置においては、カメラ５に代えて、二次元レーザ変位センサなどを用いるようにしてもよい。

さらに、この切断装置においては、板材１０１の原点座標のデータ及び切断データを、次工程のピッキング装置などに送信するようにしてもよい。ピッキング装置は、切断装置によって切断された板材１０１の各切片を保持して、所定の場所に運搬する装置である。このピッキング装置において、各切片の保持は、切断されて搬送された板材１０１の上方に吊り下げられて設置された電磁マグネットにより、各切片を吸着することによって行う。各切片を吸着した電磁マグネットは、所定の場所に移動操作された後に切片を解放することにより、切片を所定の場所に運搬する。

このピッキング装置において、電磁マグネットの位置を板材１０１の原点座標のデータ及び切断データに基づいて制御することにより、切断された板材１０１の各切片の重心位置を正確に保持することができ、切片を傾けることなく保持することができる。

すなわち、ピッキング装置において、板材１０１の原点座標のデータ及び切断データが与えられれば、切断された板材１０１の各切片の重心位置を各データから算出することができるので、切断された各切片の位置や姿勢を、画像処理などのセンシングをすることなく把握することができ、装置構成を簡素化及び処理の迅速化を図ることができる。

本発明に係る切断装置の構成を示す平面図である。 本発明に係る切断装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る切断装置において、マーカ位置が２つである場合の板材を切断する動作を示すフローチャートである。 本発明に係る切断装置において、マーカ位置が３つである場合の板材を切断する動作を示すフローチャートである。 本発明に係る切断装置における板材における第１乃至第３マーカ位置を示す平面図である。

符号の説明

１ 走行レール
２ 走行サドル
３ ガーダー
４ 横行キャリッジ
５ カメラ
６ プラズマ切断機
７ 画像処理装置
８ 制御装置
１０１ 板材
１０２ コンベア
１０３ 基準線

Claims (2)

1. 板材の表面に標されたマーキングに従って該板材を切断する切断装置であって、
   前記板材上に標された基準線を撮影する撮影手段と、
   前記板材を切断する切断手段と、
   前記撮影手段及び前記切断手段を移動操作する移動操作手段と、
   前記撮影手段により撮影された画像を画像処理して、前記基準線の位置座標を検出し、検出した前記基準線の位置座標を前記切断手段の座標系に変換し、前記板材の板原点座標を検出する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記板材の板原点座標に基づいて、前記切断手段の座標系に従って、前記切断手段により前記板材を切断する
   ことを特徴とする切断装置。
2. 板材の表面に標されたマーキングに従って該板材を切断する切断方法であって、
   前記板材上に標された基準線を撮影手段により撮影し、
   前記撮影手段により撮影された画像を画像処理して、前記基準線の位置座標を検出し、検出した前記基準線の位置座標を前記切断手段の座標系に変換し、前記板材の板原点座標を検出し、
   前記板材の板原点座標に基づいて、前記切断手段の座標系に従って、切断手段を移動制御して前記板材を切断する
   ことを特徴とする切断方法。

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