JP2914932B2 - 3次元レーザセンサを用いたメンブレンパネルの管の加工位置および形状の測定方法 - Google Patents

3次元レーザセンサを用いたメンブレンパネルの管の加工位置および形状の測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラ水冷壁等を
構成するメンブレンパネル製作時に、管の形状測定と、
加工を行う際の加工位置の測定および補正とを、自動装
置によって行なわせる方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ボイラの水冷壁に使用されるメンブレン
パネルは、多電極パネル溶接装置により、管とフィンと
を溶接接合し、幅2〜3m、長さ14〜17m程の長大
な長方形パネルに成形されるため、位置によっては、パ
ネル内の管のピッチの不均一や、管の断面の変形が生じ
る可能性がある。
【0003】このようなメンブレンパネルをボイラ水冷
壁等に使用する場合、上記のような長大なメンブレンパ
ネルを管を溶接によって接合する必要が生じるが、その
ためには溶接トーチを操作する上で接合部付近のフィン
を切り欠く必要があるほか、溶接接合部に開先加工を施
す必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような作業を、従
来のように作業者が工具を手動で操作して切削を行う場
合には、管あるいはフィンを目視によって確認しながら
実施できるために、管が楕円状に変形し、あるいは管の
ピッチに乱れが生じている場合でも、それらを矯正しな
がら行うことが可能であったが、従来のように熟練した
作業者の人手に頼る方法は、生産能率の面で好ましくな
く、それらを改善するものとして、ロボット等を利用し
た自動装置によって的確にかつ効率よく行わせることが
求められていた。
【0005】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
もので、自動的にメンブレンパネルを測定して管の位
置、形状、ピッチあるいは乱れ等を正確に検知し、その
情報を自動切断加工システムに入力させる、それによっ
てフィンの切り欠き、スリットの形成、加工機の位置決
め等を的確に行わしめる3次元レーザセンサを用いたメ
ンブレンパネルの加工位置および管の形状の測定方法を
提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、前記特許
請求の範囲に記載された3次元レーザセンサを用いたメ
ンブレンパネルの管の形状および加工位置の測定方法に
よって達成される。すなわち、 (1) メンブレンパネルの管の加工位置の測定方法であっ
て、メンブレンパネルを構成する複数の管のうち、測定
対象の管に対して、該管の軸と垂直をなす上方向からス
リット状のレーザ光を照射し、上記管の表面に照射され
たレーザ光の複数の点の座標を、上記レーザ光を照射さ
れた管の表面の斜め上方から、ロボットに把持されその
位置の座標が明らかなカメラによって測定して、管の軌
跡を求め、上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の
軌跡の両側に求め、上記二つの特徴点の中間にある管の
軌跡の中で、最も高い位置を見出してその点を頂点とし
て、その点の座標を求め、上記実測によって求めた頂点
の座標と予め定めた頂点の座標とを対比して、必要なメ
ンブレンパネルの位置の補正を行わせる3次元レーザセ
ンサを用いたメンブレンパネルの管の加工位置の測定方
法。
【0007】(2) メンブレンパネルの管の加工位置の測
定方法であって、メンブレンパネルを構成する複数の管
のうち、測定対象の管に対して、該管の軸と垂直をなす
上方向からスリット状のレーザ光を照射し、上記管の表
面に照射されたレーザ光の複数の点の座標を、上記レー
ザ光を照射された管の表面の斜め上方から、ロボットに
把持されその位置の座標が明らかなカメラによって測定
して、管の上半分の軌跡を求め、上記管の軌跡が急激に
変化する特徴点を管の軌跡の両側に求め、上記二つの特
徴点の中間にある管の軌跡の中で、最も高い位置を見出
してその点を管の上半分の頂点として、その点の座標を
求め、上記管の軸と垂直をなす下方向からスリット状の
レーザ光を照射し、上記管の表面に照射されたレーザ光
の複数の点の座標を、上記レーザ光を照射された管の表
面の斜め下方から、ロボットに把持されその位置の座標
が明らかなカメラによって測定して、管の下半分の軌跡
を求め、上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の軌
跡の両側に求め、上記二つの特徴点の中間にある管の軌
跡の中で、最も下方に位置する点を見出してその点を管
の下半分の頂点として、その点の座標を求め、上記測定
された管の上半分のデータと下半分のデータとを合わせ
て楕円補完を行って上下を整合させ、それに基づいて溶
接ビードおよびフィンによって外部から見えない位置の
管のの外壁の位置を計算によって求め、それによって得
られた管の芯の座標と、予め定めた管の芯の座標とを対
比して、必要なメンブレンパネルの位置の補正を行わせ
る3次元レーザセンサを用いたメンブレンパネルの管の
加工位置の測定方法。
【0008】(3) メンブレンパネルの管の形状の測定方
法であって、メンブレンパネルを構成する複数の管のう
ち、測定対象の管に対して、該管の軸と垂直をなす上方
向からスリット状のレーザ光を照射し、上記管の表面に
照射されたレーザ光の複数の点の座標を、上記レーザ光
を照射された管の表面の斜め上方から、ロボットに把持
されその位置の座標が明らかなカメラによって測定し
て、管の上半分の軌跡を求め、上記管の軌跡が急激に変
化する特徴点を管の軌跡の両側に求め、上記二つの特徴
点の中間にある管の軌跡の中で、最も高い位置を見出し
てその点を管の上半分の頂点として、その点の座標を求
め、上記管の軸と垂直をなす下方向からスリット状のレ
ーザ光を照射し、上記管の表面に照射されたレーザ光の
複数の点の座標を、上記レーザ光を照射された管の表面
の斜め下方から、ロボットに把持されその位置の座標が
明らかなカメラによって測定して、管の下半分の軌跡を
求め、上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の軌跡
の両側に求め、上記二つの特徴点の中間にある管の軌跡
の中で、最も下方に位置する点を見出してその点を管の
下半分の頂点として、その点の座標を求め、上記測定さ
れた管の上半分のデータと下半分のデータとを合わせて
楕円補完を行って上下を整合させ、それに基づいて溶接
ビードおよびフィンによって外部から見えない位置の管
のの外壁の位置を計算によって求め、それによって得ら
れた管縦方向の直径と横方向の直径とを対比して、その
比が予め定めた管の許容公差内にあるか否かを判定する
3次元レーザセンサを用いたメンブレンパネルの管の形
状の測定方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明に基づく、3次元レ
ーザセンサを用いたメンブレンパネルの管の形状および
加工位置の測定方法の実施の形態を示す斜視図である。
図1において、まず、管1とフィン2とを並設して溶接
接合したメンブレンパネルの測定対象管に対して、管1
の軸と垂直をなす上方向からレーザセンサ4によってス
リット状のレーザ光5を照射する。
【0010】上記管1の表面に照射されたレーザ光5の
複数の点の座標を、上記レーザ光5を照射された管1の
表面の斜め上方、図1についていえば、レーザ光5が図
1に示す形に見える位置から、図示しないロボットに把
持されその位置の座標が明らかなカメラ(図示せず)に
よって測定して、管1の軌跡を求め、上記管1の軌跡が
急激に変化する特徴点を管1の軌跡の両側に求め、上記
二つの特徴点の中間にある管1の軌跡の中で、最も高い
位置を見出してその点を頂点として、その点の座標を求
める。
【0011】上記実測によって求めた頂点の座標と予め
定めた頂点の座標とを対比することにより、必要なメン
ブレンパネルの位置の補正を行わせる。
【0012】図1においては、メンブレンパネルの片側
面からのみのスリット状レーザ光5の照射による測定を
示したが、このほかに、まず加工位置の測定対象の管1
に対して、図1に示すように管1の軸と垂直をなす上方
向からスリット状のレーザ光5を照射し、上記管1の表
面に照射されたレーザ光5の複数の点の座標を、上記レ
ーザ光5を照射された管1の表面の斜め上方から、図示
しないロボットに把持されその位置の座標が明らかなカ
メラによって測定して、管の上半分の軌跡を求め、上記
管1の軌跡が急激に変化する特徴点を管1の軌跡の両側
に求め、上記二つの特徴点の中間にある管1の軌跡の中
で、最も高い位置を見出してその点を管1の上半分の頂
点として、その点の座標を求めさせる。
【0013】次に上記管1の軸と垂直をなす下方向から
スリット状のレーザ光5を照射し、上記管1の表面に照
射されたレーザ光5の複数の点の座標を、上記レーザ光
5を照射された管1の表面の斜め下方から、ロボットに
把持されその位置の座標が明らかなカメラによって測定
して、管1の下半分の軌跡を求め、上記管1の軌跡が急
激に変化する特徴点を管1の軌跡の両側に求め、上記二
つの特徴点の中間にある管1の軌跡の中で、最も下方に
位置する点を見出してその点を管1の下半分の頂点とし
て、その点の座標を求め、上記測定された管1の上半分
のデータと下半分のデータとを合わせて楕円補完を行っ
て上下を整合させる。
【0014】それに基づいて溶接ビード3およびフィン
2によって外部から見えない位置の管1の外壁の位置を
計算によって求め、それによって得られた管1の芯の座
標と、予め定めた管1の芯の座標とを対比して、必要な
メンブレンパネルの位置の補正を行わせるとともに、そ
れによって得られた管縦方向の直径と横方向の直径とを
対比して、その比(真円度)が予め定めた管1の許容公
差内にあるか否かを判定することが可能になる。
【0015】上記測定の結果、管1に変形が発見された
際には、該管1が存在したパネルを別のパネル形状矯正
のルートに回送し、矯正完了後、再び上記の測定ルート
に戻して測定を行わせる。
【0016】
【発明の効果】このように本発明によれば、長大なメン
ブレンパネルを反転させることなく、容易に各管の真円
度、ピッチおよび管の位置を求め得るほか、従来測定が
困難であった溶接ビードあるいはフィン等によって隠さ
れていた管の表面の位置をも的確に求め得ることから、
管を損傷することなく、高い精度の加工を行い、高品質
製品を得るほか、空走時間の短縮を図ることが可能にな
るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す、3次元レーザセン
サを用いたメンブレンパネルの管の形状および加工位置
の測定方法の実施の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 管 2 フィン 3 溶接ビード 4 レーザセンサ 5 レーザ光5
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上原 裕隆 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工 業株式会社 野田工場内 (56)参考文献 特開 昭63−140903(JP,A) 特開 昭61−269007(JP,A) 特開 昭57−137801(JP,A) 特開 平4−121611(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 B23K 31/00 G06T 1/00 - 9/20

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メンブレンパネルの管の加工位置の測定
    方法であって、 メンブレンパネルを構成する複数の管のうち、測定対象
    の管に対して、該管の軸と垂直をなす上方向からスリッ
    ト状のレーザ光を照射し、 上記管の表面に照射されたレーザ光の複数の点の座標
    を、上記レーザ光を照射された管の表面の斜め上方か
    ら、ロボットに把持されその位置の座標が明らかなカメ
    ラによって測定して、管の軌跡を求め、 上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の軌跡の両側
    に求め、 上記二つの特徴点の中間にある管の軌跡の中で、最も高
    い位置を見出してその点を頂点として、その点の座標を
    求め、 上記実測によって求めた頂点の座標と予め定めた頂点の
    座標とを対比して、必要なメンブレンパネルの位置の補
    正を行わせることを特徴とする3次元レーザセンサを用
    いたメンブレンパネルの管の加工位置の測定方法。
  2. 【請求項2】 メンブレンパネルの管の加工位置の測定
    方法であって、 メンブレンパネルを構成する複数の管のうち、測定対象
    の管に対して、該管の軸と垂直をなす上方向からスリッ
    ト状のレーザ光を照射し、 上記管の表面に照射されたレーザ光の複数の点の座標
    を、上記レーザ光を照射された管の表面の斜め上方か
    ら、ロボットに把持されその位置の座標が明らかなカメ
    ラによって測定して、管の上半分の軌跡を求め、 上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の軌跡の両側
    に求め、 上記二つの特徴点の中間にある管の軌跡の中で、最も高
    い位置を見出してその点を管の上半分の頂点として、そ
    の点の座標を求め、 上記管の軸と垂直をなす下方向からスリット状のレーザ
    光を照射し、 上記管の表面に照射されたレーザ光の複数の点の座標
    を、上記レーザ光を照射された管の表面の斜め下方か
    ら、ロボットに把持されその位置の座標が明らかなカメ
    ラによって測定して、管の下半分の軌跡を求め、 上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の軌跡の両側
    に求め、 上記二つの特徴点の中間にある管の軌跡の中で、最も下
    方に位置する点を見出してその点を管の下半分の頂点と
    して、その点の座標を求め、 上記測定された管の上半分のデータと下半分のデータと
    を合わせて楕円補完を行って上下を整合させ、 それに基づいて溶接ビードおよびフィンによって外部か
    ら見えない位置の管のの外壁の位置を計算によって求
    め、 それによって得られた管の芯の座標と、予め定めた管の
    芯の座標とを対比して、必要なメンブレンパネルの位置
    の補正を行わせることを特徴とする3次元レーザセンサ
    を用いたメンブレンパネルの管の加工位置の測定方法。
  3. 【請求項3】 メンブレンパネルの管の形状の測定方法
    であって、 メンブレンパネルを構成する複数の管のうち、測定対象
    の管に対して、該管の軸と垂直をなす上方向からスリッ
    ト状のレーザ光を照射し、 上記管の表面に照射されたレーザ光の複数の点の座標
    を、上記レーザ光を照射された管の表面の斜め上方か
    ら、ロボットに把持されその位置の座標が明らかなカメ
    ラによって測定して、管の上半分の軌跡を求め、 上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の軌跡の両側
    に求め、 上記二つの特徴点の中間にある管の軌跡の中で、最も高
    い位置を見出してその点を管の上半分の頂点として、そ
    の点の座標を求め、上記管の軸と垂直をなす下方向から
    スリット状のレーザ光を照射し、 上記管の表面に照射されたレーザ光の複数の点の座標
    を、上記レーザ光を照射された管の表面の斜め下方か
    ら、ロボットに把持されその位置の座標が明らかなカメ
    ラによって測定して、管の下半分の軌跡を求め、 上記管の軌跡が急激に変化する特徴点を管の軌跡の両側
    に求め、 上記二つの特徴点の中間にある管の軌跡の中で、最も下
    方に位置する点を見出してその点を管の下半分の頂点と
    して、その点の座標を求め、 上記測定された管の上半分のデータと下半分のデータと
    を合わせて楕円補完を行って上下を整合させ、 それに基づいて溶接ビードおよびフィンによって外部か
    ら見えない位置の管のの外壁の位置を計算によって求
    め、 それによって得られた管縦方向の直径と横方向の直径と
    を対比して、その比が予め定めた管の許容公差内にある
    か否かを判定することを特徴とする3次元レーザセンサ
    を用いたメンブレンパネルの管の形状の測定方法。
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