JP2011141807A - 端材の管理方法および管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】切断装置の準備作業による占有時間の減少、大量の端材の一括準備作業による作業効率の向上、作業者のスケジュール調整を無くしての人的コスト低減、及び歩留まりを向上させる端材の管理方法および管理システムを提供する。
【解決手段】１または複数の切断装置によって生成された端材が切断装置から取り外され、端材置き場に格納される。格納されていた端材にマーカが付与され、撮像手段によって撮像され、切断すべき製品を示す図形が割り当てられた後に、端材が切断装置に据え付けられる。さらに、当該端材が撮像され、機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータが取得され、制御手段の指示に従って、機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータに基づき、この製品を示す図形が割り当てられた端材から製品が切断される。
【選択図】図４

Description

本発明は、切断装置で被切断材から製品を切断して生成された端材を管理する端材の管理方法および管理システムに関するものである。

切断装置によって鋼板などの被切断材から製品を切断すると、スクラップとしての端材が生成される。このように一度切断された被切断材である端材を有効利用し省資源化に役立たせるために、端材の空き領域（製品が抜かれた部分以外の領域）に更に、切断すべき製品を示す図形を割り当て、再度切断加工することが従来より行われている。

下記特許文献１、２には、切断装置にＣＣＤカメラを搭載し、被切断材を配置した切断装置の切断領域をＣＣＤカメラによって撮像し、つぎに、撮像した画像から切断領域に配置された被切断材に対応する領域を切断可能領域として認識し、つぎに、認識した切断可能領域に対し切断すべき図形を割り当て、つぎに切断装置を駆動して被切断材から割り当てた図形を切断するという発明が記載されている。

この発明では、「被切断材の撮像」、「切断可能領域の認識」、「切断可能領域に対する図形の割り当て」、「図形の切断」といった一連の各処理が被切断材（端材）を切断装置上に配置した状態のまま行われる。

特許第２５４８６４８号公報 特開２００３−２５１４６４号公報

上述した特許文献記載の発明によるときは、確かに、端材を有効利用し省資源化に役立たせることができる。しかし、切断装置の稼動率は著しく低下し、作業者のスケジュール調整が非常に困難なものとなる。

まず、上述したように、「被切断材の撮像」、「切断可能領域の認識」、「切断可能領域に対する図形の割り当て」、「図形の切断」といった一連の各処理が、被切断材（端材）を切断装置上に配置した状態のまま行われる。これら各処理のうち、「図形の切断」を除く「被切断材の撮像」、「切断可能領域の認識」、「切断可能領域に対する図形の割り当て」の各処理は、切断装置で行われる本来の切断加工作業とは別の準備段階の作業であり、それら準備段階の作業が行われている間、切断装置が占有されてしまい、本来の加工作業を実施することができない。

また、「被切断材の撮像」、「切断可能領域の認識」、「切断可能領域に対する図形の割り当て」といった各処理は、具体的にはＣＡＤ操作によって行われることから、ＣＡＤ操作に習熟した専門家が必要となる。一方、「図形の切断」の処理には、切断装置の操作に習熟した専門家が必要となる。よって、ＣＡＤ専門家と切断加工専門家が切断装置に張り付き、協同作業で、「被切断材の撮像」、「切断可能領域の認識」、「切断可能領域に対する図形の割り当て」、「図形の切断」といった一連の各処理を粉なさればならない。このため各専門家を同じ時期に同じ場所に集める必要があり、作業者のスケジュール調整が非常に困難なものとなる。また、可能であれば切断加工の操作者一人で作業を運用できる方が望ましい。

また、「被切断材の撮像」、「切断可能領域の認識」、「切断可能領域に対する図形の割り当て」、「図形の切断」といった一連の各処理は、一台の切断装置で扱うことができる端材単位でしか行うことができず、作業効率が著しく損ねられている。すなわち、切断装置の切断領域の範囲内でしか被切断材を一度に、「被切断材の撮像」、「切断可能領域の認識」、「切断可能領域に対する図形の割り当て」といった準備作業を実施することができない。このため１回の準備作業で扱うことができる端材の面積、枚数が限られ、作業効率が低下することになる。そして、これに引き続き行われる切断加工についても、一台の切断装置に据付け可能な範囲、量の端材に限定され、再度、切断を行うには、準備作業、切断作業を繰り返し行なわなければならない。

さらに、図形を割り当てる前の段階で、端材を切断装置に搬入しなければならず、搬入前に端材にどのように図形を割り当てるか、そして、図形が割り当てられた端材を、いつ、どの切断装置に搬入するかを検討する余地が全くない。このため適切な端材（適切に図形が割り当てられた端材）を適切な時期に適切な切断装置に搬入することが困難となり、歩留まりが低下することになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、切断装置が切断加工作業以外の準備作業によって占有されてしまう時間を極力減らして切断装置の稼動率を向上させ、一括して大量の端材の準備作業を行うことができるようにして作業効率を向上させ、各専門家が同時期、同じ場所に張り付き協同作業を行うことを不要としてこれにより作業者のスケジュール調整を不要として人的コストを著しく低減させ、さらには、端材を切断装置に搬入する前に、図形を割り当てる作業を行うことができるようにして適切な端材を適切な時期に適切な切断装置に搬入することを可能ならしめ、もって、歩留まりを向上させることを解決課題とするものである。

第１発明は、
１または複数の切断装置によって被切断材から製品を切断して端材を生成するステップと、
生成された端材を、切断装置から取り外すステップと、
切断装置から取り外された端材に、少なくとも２点のマーカを付与するステップと、
マーカが付与された端材を第１の撮像手段によって撮像するステップと、
第１の撮像手段による第１の画像の上に、切断すべき製品を示す図形を割り当てるステップと、
切断すべき製品を示す図形が割り当てられた端材を切断装置に据え付けるステップと、
切断装置に取り付けられた第２の撮像手段によって、切断装置に据え付けられた端材を第２の画像として撮像するステップと、
第１の画像上における少なくとも２点のマーカの位置と切断すべき製品を示す図形の位置を示すデータと、第２の画像上における少なくとも２点のマーカの位置のデータとに基づき、機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータを取得するステップと、
機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータに基づき、切断装置によって、当該製品を示す図形が割り当てられた端材から製品を切断するステップと
を含む端材の管理方法であることを特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
切断装置から取り外された端材を、切断装置に据え付けられるまでの所定期間、格納しておくことを特徴とする。

第３発明は、
被切断材から製品を切断して端材を生成する１または複数の切断装置と、
切断装置から取り外された端材に、少なくとも２点のマーカを付与した上で、端材を第１の画像として撮像する第１の撮像手段と、
第１の画像の上に、切断すべき製品を示す図形を割り当てる図形割り当て手段と、
前記１または複数の切断装置の内、少なくとも１つの切断装置に取り付けられた撮像手段であって、切断すべき製品を示す図形が割り当てられた端材を当該切断装置に据え付けた上で、当該端材を第２の画像として撮像する第２の撮像手段と、
第１の画像上における少なくとも２点のマーカの位置と切断すべき製品を示す図形の位置を示すデータと、第２の画像上における少なくとも２点のマーカの位置のデータとに基づき、機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータを取得する位置補正手段と、
第２の撮像手段が取り付けられた切断装置を制御する手段であって、位置補正手段によって取得された機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータに基づき、当該製品を示す図形が割り当てられた端材から製品を切断するように制御する制御手段と
が備えられた端材の管理システムであることを特徴とする。

第４発明は、第３発明において、
切断装置から取り外された端材を、第２の撮像手段が取り付けられた切断装置に据え付けられるまでの所定期間、格納する端材置き場が備えられたことを特徴とする。

本発明によれば、つぎの効果が得られる。

ａ）切断装置が切断加工作業以外の準備作業によって占有されてしまう時間が極力減り、切断装置の稼働率が向上する。

端材が切断装置に据え付けられる前に、端材に、切断すべき製品を示す図形が割り当てられる。このため端材が切断装置に据え付けられた後に切断装置が切断加工作業以外の準備作業によって占有されてしまう時間が極力減り、切断装置の稼働率が向上する。

ｂ）一括して大量の端材の準備作業、大量の端材の加工作業を行うことができるようになり、作業効率が向上する。

１または複数の切断装置によって被切断材から製品を切断することで生成された端材は、切断装置から取り外されて、製品を示す図形を割り当てる作業が行われる。このため切断装置以外の場所で一括して大量の端材に、図形を割り当てる等の準備作業を行うことができるようになる。そして、準備作業が行われた大量の端材を、一括して切断装置で切断加工することが可能となり（大量の端材を連続して切断加工を行うことが可能となり）、作業効率が向上する。

ｃ）各専門家が同時期、同じ場所に張り付き協同作業を行うことが不要となり、これにより作業者のスケジュール調整が不要となり、人的コストを著しく低減させることができる。また切断加工の操作者一人で作業を運用することができる。

製品を示す図形を端材に割り当てるといった準備作業は、切断装置以外の場所で任意の時期（切断加工を行う時期に限定されない）に行うことができるともに、端材から製品を示す図形を切断加工する作業は、準備作業終了後であれば任意の時期に行うことができる。このため各専門家が同時期、同じ場所に張り付き協同作業を行うことが不要となり、これにより作業者のスケジュール調整が不要となり、人的コストを著しく低減させることができる。また、端材を切断装置に据え付けた後は、製品を示す図形を端材に割り当てるといった準備作業を行う必要がなくなるので、切断加工の操作者一人で作業を運用することができる。

ｄ）端材を切断装置に搬入する前に、製品を示す図形を端材に割り当てる作業を行うことができるようになり、適切な端材を適切な時期に適切な切断装置に搬入することが可能となり、歩留まりが向上する。

１または複数の切断装置によって被切断材から製品を切断することで生成された端材は、切断装置から取り外される。望ましくは、切断装置から取り外された端材は、切断装置に据え付けられるまでの所定期間、端材置き場に格納されておかれる（第２発明、第４発明）。よって大量にストックされた端材の中から適切な端材を選択して適切に製品を示す図形を割り当てることが可能となる。そして、適切な時期に適切な切断装置に端材を搬入して、切断加工を行うことが可能となる。このように切断装置への搬入前に、大量の端材のどれに、どのように図形を割り当てるか、そして、製品を示す図形が割り当てられた端材を、いつ、どの切断装置に搬入するかを検討することが可能となり、適切な端材を適切な時期に適切な切断装置に搬入することができるようになる。この結果、歩留まりが向上する。

図１は、実施例の管理システムの全体構成を示す図である。 図２は、切断用ロボットを用いた切断装置の構成例を示す図である。 図３は、ＮＣ切断機を用いた切断装置の構成例を示す図である。 図４は、実施例の端材の管理方法の手順を示すフローチャートである。 図５は、図４に示す一部の処理の具体的な処理内容を示すフローチャートである。 図６（ａ）は、端材に付与されたマーカを示す図で、図６（ｂ）は、マーカの拡大図である。 図７（ａ）は、機械座標系のＸ−Ｙ平面を示した図で、図７（ｂ）は、第２の画像の撮像座標系のＸ−Ｙ平面を示した図で、図７（ｃ）は、第１の画像の撮像座標系のＸ−Ｙ平面を示した図である。 図８は、第１の撮像手段、第２の撮像手段の撮像範囲を示す図である。 図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１の画像上の端材に割り当てられた製品を示す図形を、第２の画像上に写像する原理を説明する図である。 図１０は、パーソナルコンピュータのディスプレイに表示される内容を例示した図で、端材の写真に製品を示す図形を割り当てる様子を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る端材の管理方法および管理システムの実施の形態について説明する。

図１は、実施例の管理システム１００の全体構成を示す。

管理システム１００は、１または複数の切断装置１´、１、１…と、第１の撮像手段２と、図形割り当て手段３と、位置補正手段６と、端材置き場７と、制御手段１２を含んで構成される。

切断装置１´、１は、被切断材Ｒから製品を切断して端材Ｒ´を生成する装置である。なお、切断装置１´、１は、たとえばプラズマ切断装置である。しかし、本発明は、プラズマ切断以外のガス切断、レーザ切断といった他の熱切断方法を利用した切断装置にも当然適用することができる。被切断材Ｒは、たとえば軟鋼、ステンレス、アルミなどの材料の定尺板が用いられる。なお、本明細書では、切断加工がなされていない未切断の「被切断材」に符号「Ｒ」を付与するとともに、切断加工が一度以上行われている「端材」に符号「Ｒ´」を付与して、両者を区別するものとする。

第１の撮像手段２は、たとえばデジタルカメラで構成される。第１の撮像手段２は、切断装置１から取り外された端材Ｒ´に、少なくとも２点のマーカＭ１、Ｍ２を付与した上で、端材Ｒ´を第１の画像として撮像する。なお、第１の撮像手段２は、携行自在のデジタルカメラを三脚などに固定して撮影するものであってもよく、支柱などにカメラ本体が固定され被写体である端材Ｒ´との距離を調整できる撮影装置として構成されたものであってもよい。第１の撮像手段２は、広角のデジタルカメラを用いて端材Ｒ´の割り当て情報を得ることが望ましい。この際、三脚の高さを高くしないと全ての端材画像が画角に入らないケースがある。この場合には、斜めから撮影して、画像処理で正射影変換（オルソ変換）して真上から撮影した画像に変換すればよい。

図形割り当て手段３は、たとえばパーソナルコンピュータ８で構成される。

図形割り当て手段３は、第１の画像上に、切断すべき製品を示す図形ＰＲを割り当てる処理を行う。

１または複数の切断装置１´、１、１…のうち、少なくとも１つの切断装置１´には、第２の撮像手段９が取付けられている。第２の撮像手段９は、たとえばＣＣＤカメラで構成される。なお、本明細書では、第２の撮像手段９が取付けられていない「切断装置」に符号「１」を付与するとともに、第２の撮像手段９が取付けられた「切断装置」に符号「Ｒ´」を付与して、両者を区別するものとする。複数の切断装置１´、１´、１´…の全てに第２の撮像手段９を取付ける実施も可能である。

第２の撮像手段９は、切断すべき製品を示す図形ＰＲが割り当てられた端材Ｒ´を切断装置１に据え付けた上で、端材Ｒ´を第２の画像として撮像する。

位置補正手段６は、第１の画像上における少なくとも２点のマーカＭ１、Ｍ２の位置と切断すべき製品を示す図形ＰＲの位置を示すデータと、第２の画像上における少なくとも２点のマーカＭ１、Ｍ２の位置のデータとに基づき、機械座標系における切断すべき製品を示す図形ＰＲの位置のデータを取得する。

第２の撮像手段９は、狭角のＣＣＤカメラを用いても２点のマーカＭ１、Ｍ２を撮影できる範囲であれば、カメラ位置を低くすることができる。これによりカメラ固定用の支柱２５を低くして対振動、対衝撃の影響を小さくできる。また低画素のＣＣＤカメラを用いることができ、コストダウンが可能になる。

制御手段１２は、第２の撮像手段９が取り付けられた切断装置１´を制御する手段であって、位置補正手段６によって取得された機械座標系における切断すべき製品を示す図形ＰＲの位置のデータに基づき、この製品を示す図形ＰＲが割り当てられた端材Ｒ´から製品を切断するように制御する。

位置補正手段６、制御手段１２は、第２の撮像手段９が取付けられた切断装置１´に付設して設けられる。

端材置き場７は、切断装置１´、１から取り外された端材を、第２の撮像手段９が取り付けられた切断装置１´に据え付けられるまでの所定期間、格納する場所である。端材置き場７は、切断装置１´、１と同じ建屋内にあってもよく、別の建屋に設けてもよい。

切断装置１´、１には、ＮＣデータ（数値制御データ）にしたがい駆動制御される切断機（ＮＣ切断機）を用いてもよく、ロボットジョブデータに従い駆動制御される切断用ロボット（多関節ロボット）を用いてもよい。

図２は、切断用ロボット１０を用いた切断装置１´の構成例を示している。図２に示すように、ロボットジョブに必要なデータを作成するために、Ｘ−Ｙ−Ｚの３次元座標系のＺ軸を鉛直軸方向に定め、Ｘ−Ｙ平面を被切断材Ｒ（端材Ｒ´）の面に一致させるように定めている。３次元座標系の原点は、後述するように、被切断材Ｒ（端材Ｒ´）上の所定位置に定められる。

図２に示すように、切断装置１´は、切断用トーチ１１がアーム先端に取付けられた切断用ロボット１０と、被切断材Ｒ（あるいは端材Ｒ´）が据え付けられる定盤である架台２０と、切断用ロボット１０を駆動制御するコントローラ３０と、切断用トーチ１１の電極と母材としての被切断材Ｒ（あるいは端材Ｒ´）との間にアーク電圧を印加するプラズマ電源４０と、架台２０に取付けられたカメラ固定用の支柱２５と、支柱２５に固定され、架台２０に据え付けられた端材Ｒ´を撮像する第２の撮像手段９とを含んで構成される。本実施例では、さらに切断装置１´に付設して、位置補正手段６、制御手段１２が設けられる。

切断用ロボット１０は、たとえば６軸多関節の産業用ロボットであり、アームの先端にツールとしての切断用トーチ１１が取付けられている。コントローラ３０は、ロボットジョブデータにしたがいロボット各軸を駆動制御して、切断用トーチ１１の先端位置および姿勢を調整して、切断線に沿って切断用トーチ１１の先端を移動させる。

位置補正手段６は、情報処理装置１３として構成される。情報処理装置１３には、画像を表示するディスプレイ、入力操作を行う入力操作手段が備えられている。制御手段１２は、コントローラ３０の機能の一部として組み入れられる。

なお、切断装置１は、図２に示す構成から、支柱２５、第２の撮像手段９、情報処理装置１３（位置補正手段６）、制御手段１２を取り除いた構成のものである。

一方、図３（ａ）、（ｂ）は、ＮＣ切断機５０を用いた切断装置１´の構成例を示している。

図３に示すように、切断装置１´は、ＮＣ切断機１０１を含んで構成されている。ＮＣ切断機１０１は、その上面がＸ−Ｙ平面と平行になるように配置され、被切断材Ｒ（あるいは端材Ｒ´）が据え付けられる架台２０と、架台２０を挟んで左右にＸ軸方向が長手方向となるように配置された配置された左右のガイドレール１１０、１１０と、ガイドレール１１０、１１０に沿って移動自在に、架台２０上に架けわたされたキャリッジ１２０と、キャリッジ１２０の上面に長手方向であるＹ軸方向に沿って配置されたガイドレール１３０と、ガイドレール１３０に沿って移動自在に設けられた台車１４０と、台車１４０に対してＺ軸方向に昇降移動自在に取付けられた切断用トーチ１１とを含んで構成される。

切断装置１´は、上述のＮＣ切断機１０１以外に、さらにＮＣ切断機１０１を駆動制御するコントローラ（ＮＣ制御装置）１３０と、切断用トーチ１１の電極と母材としての被切断材Ｒ（あるいは端材Ｒ´）との間にアーク電圧を印加するプラズマ電源４０と、台車１４０に固定され、架台２０に据え付けられた端材Ｒ´を撮像する第２の撮像手段９とを含んで構成される。本実施例では、さらに切断装置１´に付設して、位置補正手段６、制御手段１２が設けられる。

コントローラ１３０は、ＮＣデータにしたがいＮＣ切断機１０１の各軸を駆動制御して、切断用トーチ１１の先端位置を調整して、切断線に沿って切断用トーチ１１の先端を移動させる。

位置補正手段６は、情報処理装置１３として構成される。制御手段１２は、コントローラ１３０の機能の一部として組み入れられる。

なお、切断装置１は、図３に示す構成から、第２の撮像手段９、情報処理装置１３（位置補正手段６）、制御手段１２を取り除いた構成のものである。

図４は、実施例の端材の管理方法の手順を示すフローチャートである。

（端材の生成）
すなわち、まず、１または複数の切断装置１´、１、１…によって被切断材Ｒから製品が切断され、端材Ｒ´が生成される（ステップ２０１）。

（端材の取り外し）、
つぎに、生成された端材Ｒ´が、切断装置１´、１、１…から取り外される（ステップ２０２）。

（端材の格納）
つぎに、切断装置１´、１、１…から取り外された端材Ｒ´が、切断装置１´に据え付けられるまでの所定期間、端材置き場７に、格納される。この間に、各切断装置１´、１、１…によって生成された端材Ｒ´が大量にストックされる（ステップ２０３）。

（マーカの付与）
つぎに、切断装置１´、１、１…から取り外され、端材置き場７に格納されていた端材Ｒ´に、少なくとも２点のマーカＭ１、Ｍ２が付与される。すなわち、図６（ａ）に示すように、端材Ｒ´のうち、製品が切断によって抜かれた部分（切断済み領域）を除く空き領域に、マーカＭ１、Ｍ２を所定距離離間させて、貼り付ける。

マーカＭ１、Ｍ２は、図６（ｂ）に拡大して示すように、外枠が長方形で、その内部に画像認識可能な一定以上の面積を有する円が表記され、この円の中心には、十字中心が位置するように、十字が表記されてなるものである。マーカＭ１、Ｍ２は、端材Ｒ´の材質の表面色に影響されない色に塗色される。円の色と、円を除いた長方形内部の色は、両者を識別可能な異なる色であり、かつ端材Ｒ´の材質（軟鋼、ステンレス、アルミニウム）の光沢に応じて、端材Ｒ´の地色と識別可能な色を選択する（ステップ２０４）。

（第１の撮像手段２による撮像）
つぎに、マーカＭ１、Ｍ２が付与された端材Ｒ´が第１の撮像手段２によって撮像される（ステップ２０５）。

（製品を示す図形の割り当て）
つぎに、図形割り当て手段３によって、第１の撮像手段２による第１の画像の上に、切断すべき製品を示す図形ＰＲが割り当てられる（ステップ２０６）。

（端材の据付け）
つぎに、切断すべき製品を示す図形ＰＲが割り当てられた端材Ｒ´が切断装置１´に据え付けられる（ステップ２０７）。

（第２の撮像手段９による撮像）
つぎに、切断装置１´に取り付けられた第２の撮像手段９によって、切断装置１´に据え付けられた端材Ｒ´が第２の画像として撮像される（ステップ２０８）。

（製品を示す図形の位置補正）
つぎに、位置補正手段６によって、第１の画像上における少なくとも２点のマーカＭ１、Ｍ２の位置と切断すべき製品を示す図形ＰＲの位置を示すデータと、第２の画像上における少なくとも２点のマーカＭ１、Ｍ２の位置のデータとに基づき、機械座標系における切断すべき製品を示す図形ＰＲの位置のデータが取得される（ステップ２０９）。

（切断の制御）
つぎに、制御手段１２によって、機械座標系における切断すべき製品を示す図形ＰＲの位置のデータに基づき、切断装置１´によって、この製品を示す図形ＰＲが割り当てられた端材Ｒ´から製品が切断される（ステップ２１０）。

ここで、第１の撮像手段２によって撮像される第１の画像上における座標系（撮像座標系）と、第２の撮像手段９によって撮像される第２の画像上における座標系（撮像座標系）と、切断装置１´上における座標系（機械座標系）との関係について図７を用いて説明する。

図７（ａ）は、機械座標系のＸ−Ｙ平面を示しており、図７（ｂ）は、第２の画像の撮像座標系のＸ−Ｙ平面を示しており、図７（ｃ）は、第１の画像の撮像座標系のＸ−Ｙ平面を示している。

第２の画像は、切断装置１´に固定された第２の撮像手段９によって撮像される画像である。よって、切断装置１´における第２の撮像手段９の既知の位置と、既知の座標原点と、第２の撮像手段９の撮像時のデータとに基づき、第２の画像の撮像座標系のＸ−Ｙ座標位置を、機械座標系のＸ−Ｙ座標位置に変換することができる。そして、機械座標系の座標位置のデータに基づき切断を行えば、正確に製品を示す図形ＰＲを切断することができる。

これに対して、第１の画像は、切断装置１´に固定されていない第１の撮像手段２によって撮像される画像である。よって第１の撮像手段２の撮像時のデータとに基づき、第１の画像の撮像座標系のＸ−Ｙ座標位置を、機械座標系のＸ−Ｙ座標位置に変換して、機械座標系の座標位置のデータに基づき切断を行っても、ずれが生じ、正確に製品を示す図形ＰＲを切断することができない。そこで、後述するように、このずれをなくす補正が行われる。第１の撮像手段２、第２の撮像手段９を用いて撮像し、撮像結果から演算処理を行うにあたり以下のように考慮すべき点がある。

（撮像範囲）
第１の撮像手段２は、端材Ｒ´の全体を撮像する必要がある。そこで、図８のように撮像範囲が定められる。ただし、第２の撮像手段９は、端材Ｒ´の全体を撮像してもよく、端材Ｒ´の一部を撮像してもよい。

図８において、第１の撮像手段２、第２の撮像手段９のＸ軸方向、Ｙ軸方向における画素数をｇx、ｇy、画素長をＧpit、焦点距離をｆ、レンズと端材Ｒ´との距離をΔＺとすると、画幅ΔＸ、ΔＹは、以下の式で表される。

ΔＸ＝ΔＺ／ｆ・（Ｇpit・ｇx）
ΔＹ＝ΔＺ／ｆ・（Ｇpit・ｇy） …（１）
よって、画幅ΔＸ、ΔＹ内に端材Ｒ´の全体が入るように撮像範囲が定められる。

（歪み補正）
第１の撮像手段２、第２の撮像手段９のレンズは、焦点距離が短いほど歪が大きくなり、撮像画像では、実際の端材Ｒ´の寸法と一致しない。画像上の寸法は、設置された光学系で計算された１画素当たりの長さで定まる。このため高精度を要求される光学測定では、事前にレンズとカメラの歪特性を測定して補正することが望ましい。歪は、画像の中心で小さく、画像の外側で大きいので、画角を端材Ｒ´よりも大きく余裕をみて設定すれば、歪誤差の影響を回避することができる。

（撮像位置誤差）
第１の撮像手段２、第２の撮像手段９で撮像した画像から正確に長さを求めるには、カメラを下方に向けて固定して、カメラの光軸と被写体である端材Ｒ´を正対させる必要がある。精密な計測、たとえばステレオ計測を行うには、カメラを取付け固定したときに、マーカＭ１、Ｍ２を撮影して光の束の計算（バンドル法）から、３次元空間でのカメラの端材Ｒ´に対する傾き（ピッチ角、ロール角、ヨー角）を求め、カメラの撮像座標から機械座標に変換する。端材Ｒ´の計測における目的は、製品を示す図形ＰＲを空き領域部分に割り当てることであり、切断作業においては５ｍｍ以上の間隔が必要である。よって精密な補正は不要である。それゆえに撮像時には水準器を用いて正対させるだけでよい。固定カメラではないデジタルカメラを用いる場合には、三脚にカメラを取り付け、気泡式の簡易水準器で正対させれば、十分である。

（機械座標と撮像座標）
ＮＣ切断機では、機械座標のＸ−Ｙの２軸の座標系は、固定されていない。操作性を向上させるには、撮像座標系のＸ−Ｙの２軸の座標系は、固定する。

（割り当てられた図形の写像）
図９は、第１の画像上の端材Ｒ´に割り当てられた製品を示す図形ＰＲを、第２の画像上に写像する原理を説明する図である。

図９（ａ）は、第１の画像のＸ−Ｙ撮像座標系（図７（ｃ））を、Ｘ−Ｙ機械座標系に変換した内容を示しており、マーカＭ１、マーカＭ２の重心座標位置Ｐ１、Ｐ２、製品を示す図形ＰＲの任意の座標位置Ｐi（Ｘi、Ｙi）が機械座標位置（ＮＣデータ）で記述されている。

図９（ｂ）は、図７（ａ）に相当する図で、写像前の第２の画像のＸ−Ｙ撮像座標系（図７（ｂ））を、Ｘ−Ｙ機械座標系に変換した内容を示しており、マーカＭ１、マーカＭ２の重心座標位置Ｐ３、Ｐ４が機械座標位置（ＮＣデータ）で記述されている。

図９（ｃ）は、写像後の第２の画像のＸ−Ｙ撮像座標系を、Ｘ−Ｙ機械座標系に変換した内容を示しており、マーカＭ１、マーカＭ２の座標位置Ｐ３、Ｐ４、写像後の製品を示す図形ＰＲの任意の座標位置Ｐj（Ｘj、Ｙj）が機械座標位置（ＮＣデータ）で記述されている。

図９において、マーカ重心位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とは、図６（ｂ）における円中心、十字の中心の位置である。

図９（ａ）において、マーカＭ１、Ｍ２の各位置Ｐ１、Ｐ２間を結ぶ線分Ｌ１の式は、
Ｙ＝ａ１.・Ｘ＋ｂ１ …（２）
で表され、図９（ｂ）において、マーカＭ１、Ｍ２の各位置Ｐ３、Ｐ４間を結ぶ線分Ｌ２の式は、
Ｙ＝ａ２.・Ｘ＋ｂ２ …（３）
で表される。

よって、これら２線分Ｌ１、Ｌ２間の回転角（傾きの差）θは、
θ＝atan（ａ１−ａ２）／（１＋ａ１・ａ２） …（４）
となる。

一方、図９（ａ）、図９（ｂ）の対応するマーカ位置、たとえばマーカＭ１の位置Ｐ１、Ｐ３がそれぞれ（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）で表されるとすると、図９（ａ）、図９（ｂ）の座標位置のシフト量ｄｘ、ｄｙは、下記のとおりとなる。

ｄｘ＝ｘ１−ｘ２
ｄｙ＝ｙ１−ｙ２ …（５）
よって、上記（２）〜（５）式を用いて、図９（ａ）に示す機械座標系に割り当てられた製品を示す図形ＰＲの任意位置Ｐi（Ｘi、Ｙi）は、図９（ｃ）の機械座標系に、下記式で表される座標位置Ｐj（Ｘj、Ｙj）に写像される。

Ｘj＝sqrt（Ｘi＾2＋Ｙi＾2）・cos（θ＋Ｙi／Ｘi）＋ｄｘ
Ｙj＝sqrt（Ｘi＾2＋Ｙi＾2）・sin（θ＋Ｙi／Ｘi）＋ｄｙ …（６）
（異なるカメラ（第１の撮像手段２、第２の撮像手段９）による補正計算）
上述した写像を行うには、異なるカメラで撮像した２回の画像（第１の画像、第２の画像）の１画素当たりの長さを得る必要がある。

ＣＣＤカメラの１画素当たりの長さは、レンズの焦点距離、ＣＣＤカメラの画素数、ＣＣＤ素子の長さ、端材Ｒ´とレンズ間の距離から計算することができる。デジタルカメラを用いる場合も同様に計算することが可能である。また、ＣＣＤカメラで撮像された第２の画像上におけるマーカＭ１、Ｍ２間距離と、デジタルカメラで撮像された第１の画像上におけるマーカＭ１、Ｍ２間距離と、ＣＣＤカメラの１画素当たりの長さとを用いて、デジタルカメラの１画素当たりの長さを求めるようにしてもよい。

つぎに、図４に示すステップ２０４、２０５、２０６、２０８、２０９、２１０の具体的な処理内容を、図５のフローチャートを併せ参照して説明する。

すなわち、端材置き場７から必要な端材Ｒ´を選択して取り出し、図６（ａ）に示すように、端材Ｒ´のうち、製品が切断によって抜かれた部分（切断済み領域）を除く空き領域に、マーカＭ１、Ｍ２を所定距離離間させて、貼り付ける（ステップ３０１）。

つぎに、端材Ｒ´の全景が入るように画角を設定、つまり高さ（第１の撮像手段２と端材Ｒ´との距離）、ピントを調整し、端材Ｒ´を、第１の撮像手段２によって第１の画像を撮像する。第１の撮像手段２がデジタルカメラの場合には、画像のデータは、所定の内部メモリあるいは取り外し携行自在のメモリに記憶される。（ステップ３０２）。

つぎに、第１の撮像手段２による第１の画像撮像時のデータ（撮影高さΔＺ、焦点距離ｆ等）および撮像した端材Ｒ´（端材写真）を特定するＩＤ番号（端材ＩＤという）を記録する（ステップ３０３）。

撮像済みの端材Ｒ´は、再び、端材置き場７に格納される（ステップ３０４）。

つぎに、第１の撮像手段２の画像データを、内部メモリから専用ケーブルを介して、あるいは取り外し携行自在のメモリから直接に、パーソナルコンピュータ８（図形割り当て手段３）にアップロードする（ステップ３０５）。

つぎに、第１の撮像手段２による第１の画像撮像時のデータ（撮影高さΔＺ、焦点距離ｆ等）をパーソナルコンピュータ８に入力する。このデータは、第１の画像を、撮像座標系（図７（ｃ））から機械座標系（図９（ａ））に変換するために用いられる（ステップ３０６）。

つぎに、端材ＩＤを入力する（ステップ３０７）。

ここで、図１０は、パーソナルコンピュータ８のディスプレイに表示される内容を例示している。ディスプレイ画面には、端材ＩＤに対応する端材Ｒ´の写真が表示される。

図形ＰＲの割り当ては、つぎのようにして行われる。

（専用ＣＡＤを用いない割り当て処理）
個々の製品（部品）を示す図形ＰＲは、ＮＣデータで記述されている。また個々の部品（個々の図形ＰＲ）には、個々の部品を特定するＩＤ番号（部品ＩＤという）が付与されている。そこで、部品ＩＤを指定して、部品を呼び出し、画面上で、マウス、キーボードなどの操作入力手段を用いて手動で、割り当てるべき図形ＰＲを選択し（ステップ３０８）、画面上の端材Ｒ´の写真を見ながら、空き領域に、図形ＰＲを割り当てる。こうして図９（ａ）に示すように、端材Ｒ´の空き領域に、図形ＰＲが割り当てられる（ステップ３０９）。この場合には、操作性が重要な課題となるが、上記のごとくマウスなどを用いたＣＡＤ操作（図形ＰＲの移動、回転、コピー、削除等）によって行うことで、容易に作業を行うことができる。図形ＰＲを正確に配置するには、画像を拡大して行うが、同時に図形ＰＲも同じ比率で拡大する必要がある。

（専用ＣＡＤを用いた割り当て処理）
ＮＣデータで記述された図形ＰＲを割り当てるには、専用ＣＡＤを用いることができ、その場合、自動割当（オートネスト）と手動割当を行うことができる。自動割当では、複数の異種の図形ＰＲが所定個数、端材Ｒ´上に自動的に配置される。手動割当では、複数異種の図形ＰＲがある場合、図形ＰＲ個々に配置する位置を指示して行う。手動割当は、自動割当では難しい複雑な図形に対して行われる。通常のＣＡＤでは、未切断の材料（被切断材Ｒ´）を対象としている。被切断材Ｒは、材質、寸法毎に登録され、割り当てる図形ＰＲ（異種、複数）を選択することで割り当てる。専用ＣＡＤでは、切断済みの材料（端材Ｒ´）を対象として特別のソフトウエアが組み込まれる。端材Ｒ´は、撮像した端材Ｒ´を画像処理して、端材Ｒ´の全体図形と切断済み領域を認識して登録する。この場合、重要なのは切断済み領域は、全て閉領域（図形の開始位置と終了位置が一致する）でなければ、登録が却下されるということである。また、ＣＡＤの種類によっては、端材Ｒ´の登録が不可能なものもある。この場合、端材Ｒ´を登録しない方法で、図形ＰＲを割り当てる手法がとられる。

以上のようにして図形ＰＲの割当て処理が終了すると、つぎに、割り当てられた部品が複数の場合には、これら複数の図形（複数の部品）ＰＲ、ＰＲ…の切断順序を指定する。すなわち、プラズマやガスを用いて熱切断を行う切断装置にあっては、熱歪みを考慮して、個々の部品（個々の図形ＰＲ）毎に切断順序を指定する必要があるからである（ステップ３１０）。

つぎに、割り当てられた図形ＰＲ（部品）のＮＣデータは、ファイルにセーブされる。すなわち、１部品のＮＣデータは、複数の図形（ＮＣでは複数のＮ番号）から構成される。割当て前の図形ＰＲのＮＣデータに対して、移動、回転等が施されたＸ、Ｙ座標が計算される。ＮＣコードには、Ｘ、Ｙ座標以外にＭ、Ｔ、Ｆコード等が付与されているが、生成された新しいＮＣデータは、Ｘ、Ｙ座標以外は不変（ただし、Ｎ番号は変わる）であり、そのままそのデータを用いて切断することが可能である。

ファイルの番号は、端材ＩＤが使用される。

すなわち、座標位置を再計算された複数の部品（複数の図形ＰＲ）はそれぞれ、ファイルに、部品ＩＤが付与されて登録される。このときファイルに、ファイル名（ファイル番号）として、端材ＩＤをキーワードとして付与しておけば、端材ＩＤと部品ＩＤがリンクされ、端材Ｒ´と、その端材Ｒ´に割り当てられた個々の部品（個々の図形ＰＲ）とを一元的に管理することができる。

つぎに、端材置き場７から端材Ｒ´が取り出され、指定された端材ＩＤの端材Ｒ´が切断機１´の架台２０に据え付けられる（ステップ３１２）。

情報処理装置１３（位置補正手段６）には、据え付けられた端材Ｒ´の端材ＩＤが入力される。また、切断加工しようとする部品（図形ＰＲ）の部品ＩＤが選択され、情報処理装置１３（位置補正手段６）に入力される（ステップ３１３）。

つぎに、切断装置１´に取り付けられた第２の撮像手段９によって、切断装置１´に据え付けられた端材Ｒ´が第２の画像として撮像される（ステップ３１４）。

情報処理装置１３のディスプレイには、第１の画像、第２の画像が並べて表示される。すなわち、図９（ａ）、（ｂ）に示す内容の各画像が並べてディスプレイ画面上に表示される（ステップ３１５）。

つぎに、第１の画像、第２の画像上におけるマーカＭ１、Ｍ２を情報処理装置１３の入力操作手段（たとえばマウス）を操作して、指定することで、マーカＭ１、Ｍ２の位置Ｐ１、Ｐ２および位置Ｐ３、Ｐ４（重心）が演算される。

マーカＭ１、Ｍ２の位置を認識する方法としては、たとえばつぎの「自動マーカ認識」、「半自動マーカ認識」、「手動マーカ認識」の３段階のステップが採用される。

（自動マーカ認識）
２点のマーカＭ１、Ｍ２の光学的な特徴を変えて、そのマーカＭ１、Ｍ２の重心（中心）を画像処理で正確に計算する。色２値化法を用い、閉領域の面積誤差が規定内である図形が、マーカＭ１、Ｍ２であると検出する。なお、色２値化法は、色の明度、彩度、色相を計算するが、光学環境によって大きく変動するため、光学環境が安定しない場合には不向きである。

（半自動マーカ認識）
自動マーカ認識で正確に認識できない、つまり複数のマーカを認識したり、マーカの認識が０である場合には、画像を拡大してマーカＭ１、Ｍ２を示す円の位置を正確に指示して、重心位置を正確に求める。

（手動マーカ認識）
半自動マーカ認識で、マーカＭ１、Ｍ２を示す円を正確に検出できなく、規定値以上の歪みを検出したときには、更に拡大した画像にして、十字の中心を指示して、マーカＭ１、Ｍ２の中心位置座標とする（ステップ３１６）。

つぎに、ステップ３１５で求められたマーカ位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に基づき、前述の（２）〜（５）式の演算を行い、回転角（傾きの差）θおよびシフト量ｄｘ、ｄｙを演算する（ステップ３１７）。

つぎに、機械座標系における原点の位置が指定される。すなわち、図９（ｂ）、（ｃ）に示される機械座標系の原点位置が指定される。ＮＣ機械座標系における座標原点は、Ｇ９０のコードで定義される。第２の画像上で原点を指示すると、ＮＣ切断機１０１では、その原点位置がＮＣ座標原点となって、ＮＣデータにしたがい切断加工を行うことができる。
よって、指示された点を座標原点として、ステップ３１２で選択された図９（ｃ）の機械座標系上の部品（図形ＰＲ）の座標位置Ｐj（Ｘj、Ｙj）が、前述の（６）式のごとく演算される（ステップ３１８）。

こうして、部品（図形ＰＲ）の切断加工に必要なＮＣデータが得られると、ＮＣデータは、図２に示すコントローラ３０あるいは図３に示すコントローラ１３０の内部記憶媒体あるいは外部記憶媒体、たとえばＵＳＢメモリ、ＦＤにコピーされる（ステップ３１９）。

つぎに、切断用ロボット１０を空運転し異常動作が無いことを確認した上で、制御手段１２は、ＮＣデータをロボットジョブデータに変換し、ロボットジョブデータにしたがいロボット各軸を駆動制御して、切断用トーチ１１の先端位置および姿勢を調整して、切断線に沿って切断用トーチ１１の先端を移動させる。ＮＣ切断機１０１を運転する場合には、同様に、ＮＣ切断機１０１を空運転し異常動作が無いことを確認した上で、制御手段１２は、ＮＣデータにしたがいＮＣ切断機１０１の各軸を駆動制御して、切断用トーチ１１の先端位置および姿勢を調整して、切断線に沿って切断用トーチ１１の先端を移動させる。これにより選択された部品（図形ＰＲ）が端材Ｒ´から正確に切断され、製品として取り出される（ステップ３２０）。

以上説明した本実施例によれば、つぎのような効果が得られる。

ａ）切断装置１´が切断加工作業以外の準備作業によって占有されてしまう時間が極力減り、切断装置１´の稼働率が向上する。

端材Ｒ´が切断装置１´に据え付けられる前に、端材Ｒ´に、切断すべき製品を示す図形ＰＲが割り当てられる。このため端材Ｒ´が切断装置１´に据え付けられた後に切断装置１´が切断加工作業以外の準備作業によって占有されてしまう時間が極力減り、切断装置１´の稼働率が向上する。

ｂ）一括して大量の端材Ｒ´の準備作業、大量の端材Ｒ´の加工作業を行うことができるようになり、作業効率が向上する。

１または複数の切断装置１´、１、１…によって被切断材Ｒから製品を切断することで生成された端材Ｒ´は、切断装置１´、１、１…から取り外されて、製品を示す図形ＰＲを割り当てる作業が行われる。このため切断装置１´、１、１…以外の場所で一括して大量の端材Ｒ´に、図形ＰＲを割り当てる等の準備作業を行うことができるようになる。そして、準備作業が行われた大量の端材Ｒ´を、一括して切断装置１´で切断加工することが可能となり（大量の端材Ｒ´を連続して切断加工を行うことが可能となり）、作業効率が向上する。

ｃ）各専門家が同時期、同じ場所に張り付き協同作業を行うことが不要となり、これにより作業者のスケジュール調整が不要となり、人的コストを著しく低減させることができる。また切断加工の操作者一人で作業を運用することができる。

製品を示す図形ＰＲを端材Ｒ´に割り当てるといった準備作業は、切断装置１´、１、１…以外の場所で任意の時期（切断加工を行う時期に限定されない）に行うことができるともに、端材Ｒ´から製品を示す図形ＰＲを切断加工する作業は、準備作業終了後であれば任意の時期に行うことができる。このため各専門家が同時期、同じ場所に張り付き協同作業を行うことが不要となり、これにより作業者のスケジュール調整が不要となり、人的コストを著しく低減させることができる。また、端材Ｒ´を切断装置１´に据え付けた後は、製品を示す図形を端材ＰＲに割り当てるといった準備作業を行う必要がなくなるので、切断加工の操作者一人で作業を運用することができる。とりわり本実施例のステップ３１３〜３１９に示される準備作業で必要とされる操作は、熟練を要する割り当て処理と比較すれば簡単であり、切断加工の操作者のみで行うことができる。

ｄ）端材Ｒ´を切断装置１´に搬入する前に、製品を示す図形ＰＲを端材Ｒに割り当てる作業を行うことができるようになり、適切な端材Ｒ´を適切な時期に適切な切断装置１´に搬入することが可能となり、歩留まりが向上する。

１または複数の切断装置１´、１、１…によって被切断材Ｒから製品を切断することで生成された端材Ｒ´は、切断装置１´、１、１…から取り外され、切断装置１´に据え付けられるまでの所定期間、端材置き場７に格納されておかれる。よって大量にストックされた端材Ｒ´の中から適切な端材Ｒ´を選択して適切に製品を示す図形ＰＲを割り当てることが可能となる。そして、適切な時期に適切な切断装置１´に端材Ｒ´を搬入して、切断加工を行うことが可能となる。このように切断装置１´への搬入前に、大量の端材Ｒ´のどれに、どのように図形ＰＲを割り当てるか、そして、製品を示す図形ＰＲが割り当てられた端材Ｒ´を、いつ、どの切断装置１´に搬入するかを検討することが可能となり、適切な端材Ｒ´を適切な時期に適切な切断装置１´に搬入することができるようになる。この結果、歩留まりが向上する。

以上のとおり本発明は、従来技術では得られない顕著な効果を奏効するものである。

１、１´ 切断装置、２ 第１の撮像手段、３ 図形割り当て手段、６ 位置補正手段、７ 端材置き場、９ 第２の撮像手段、１２ 制御手段、１００ 管理システム

Claims (4)

1. １または複数の切断装置によって被切断材から製品を切断して端材を生成するステップと、
   生成された端材を、切断装置から取り外すステップと、
   切断装置から取り外された端材に、少なくとも２点のマーカを付与するステップと、
   マーカが付与された端材を第１の撮像手段によって撮像するステップと、
   第１の撮像手段による第１の画像の上に、切断すべき製品を示す図形を割り当てるステップと、
   切断すべき製品を示す図形が割り当てられた端材を切断装置に据え付けるステップと、
   切断装置に取り付けられた第２の撮像手段によって、切断装置に据え付けられた端材を第２の画像として撮像するステップと、
   第１の画像上における少なくとも２点のマーカの位置と切断すべき製品を示す図形の位置を示すデータと、第２の画像上における少なくとも２点のマーカの位置のデータとに基づき、機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータを取得するステップと、
   機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータに基づき、切断装置によって、当該製品を示す図形が割り当てられた端材から製品を切断するステップと
   を含む端材の管理方法。
2. 切断装置から取り外された端材を、切断装置に据え付けられるまでの所定期間、格納しておくことを特徴とする請求項１記載の端材の管理方法。
3. 被切断材から製品を切断して端材を生成する１または複数の切断装置と、
   切断装置から取り外された端材に、少なくとも２点のマーカを付与した上で、端材を第１の画像として撮像する第１の撮像手段と、
   第１の画像の上に、切断すべき製品を示す図形を割り当てる図形割り当て手段と、
   前記１または複数の切断装置の内、少なくとも１つの切断装置に取り付けられた撮像手段であって、切断すべき製品を示す図形が割り当てられた端材を当該切断装置に据え付けた上で、当該端材を第２の画像として撮像する第２の撮像手段と、
   第１の画像上における少なくとも２点のマーカの位置と切断すべき製品を示す図形の位置を示すデータと、第２の画像上における少なくとも２点のマーカの位置のデータとに基づき、機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータを取得する位置補正手段と、
   第２の撮像手段が取り付けられた切断装置を制御する手段であって、位置補正手段によって取得された機械座標系における切断すべき製品を示す図形の位置のデータに基づき、当該製品を示す図形が割り当てられた端材から製品を切断するように制御する制御手段と
   が備えられたことを特徴とする端材の管理システム。
4. 切断装置から取り外された端材を、第２の撮像手段が取り付けられた切断装置に据え付けられるまでの所定期間、格納する端材置き場が備えられたことを特徴とする端材の管理システム。

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