JP5620890B2 - 切断方法及び切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、切断領域に配置した被切断材を上方からＣＣＤカメラで撮影して該被切断材を認識し、認識した被切断材を切断トーチによって切断する切断方法と、この切断方法を実施する切断装置に関するものである。

ガス切断トーチやプラズマ切断トーチ或いはレーザ切断トーチ等の切断トーチを選択的に用いて、鋼板に代表される鉄系金属板や非鉄系金属板、或いは非金属板等の被切断材を切断することが行われている。切断トーチは数値制御（ＮＣ）される切断機に搭載され、予め設定された切断領域を全域にわたって移動し得るように構成されている。また、被切断材は切断領域内に配置される。

被切断材としては、予め設定された寸法を持った長方形の大板や、大板から製品を切断した後の残材であるのが一般的である。特に、被切断材が残材である場合、例えば同じ厚さを持つ複数の被切断材であっても、夫々異なる平面形状や平面寸法を有する異形材であることが多い。従って、このような異形材から製品を切断するには、該異形材の平面形状と寸法を測定した後、目的の製品を割り付ける作業が必要となる。

本件出願人は、複数の異形材を切断領域に配置して目的の製品を切断する切断方法と切断装置を提案（特許文献１参照）している。この技術は、被切断材を配置した切断領域をＣＣＤカメラによって撮像し、この画像から被切断材に対応する領域を切断可能領域として認識し、切断可能領域に対し切断すべき図形を割り当て、その後、切断機を駆動して被切断材から割り当てた図形を切断するものである。

特許文献１に記載された切断装置は、切断領域の上方にＣＣＤカメラを配置し、このＣＣＤカメラを移動させつつ、該切断領域を撮像し得るように構成されている。そして、撮像された画像を処理することによって、切断領域に配置された異形材の形状及び寸法を認識し、更に、認識した異形材に切断すべき図形を割り当てて切断を実行することが可能である。

また、最近ではＣＣＤカメラの画素数の増加に伴い、切断領域が広い場合でも一度の撮像で被切断材を認識し得るようになってきている。このため、工場建屋から切断領域の上方に向けて構成した片持梁にＣＣＤカメラを設置したり、工場建屋に切断領域の上方と所定の退避位置との間を往復旋回し得る旋回アームを構成し、このアームにＣＣＤカメラを設置することも行われている。

特許第２５４８６４８号公報

特許文献１に記載された技術では、ＣＣＤカメラが移動可能に構成されているため、移動の際に生じる移動装置の振動がＣＣＤカメラに作用し、或いは周辺に設置された機器類の振動がＣＣＤカメラに作用することによって姿勢が変化し、これらに起因して光軸が傾斜してしまうという問題がある。特に、切断装置は工場建屋の内部に設置されるのが一般的であり、天井走行クレーンの走行に伴って生じる振動の影響を受けてしまうことになる。また、ＣＣＤカメラが工場建屋から切断領域の上方に向けて構成された片持梁や、切断領域の上方に出没し得るように構成された旋回アームに設置されているような場合、旋回アームの旋回時に生じる振動の影響を受けてＣＣＤカメラの姿勢が変化して光軸が傾斜してしまうという問題もある。

特に、ＣＣＤカメラを旋回アームに設置したよう場合には、該旋回アームの旋回による影響を受けてＣＣＤカメラが光軸を中心として回転してしまうという問題も生じている。

そして、切断領域の上方に設置されたＣＣＤカメラの光軸が切断領域に対し垂直以外の角度（傾斜している）になると、撮像した画像を処理して認識した被切断材の形状や寸法が実際の形状や寸法とは異なる値となるという問題が生じる。また、ＣＣＤカメラが光軸を中心として回転した場合、被切断材の位置を正確に認識し得なくなるという問題が生じる。

このため、初期の設置時や定期的に、ＣＣＤカメラの光軸が切断領域に対し垂直であること、或いはＣＣＤカメラが光軸を中心として回転しているか否か、を確認する作業を行うことが必要となる。しかし、これらの作業は極めて繊細な作業に属し、作業に要する時間が掛かり、且つ作業員の負担が大きいという問題がある。

本発明の目的は、ＣＣＤカメラの光軸が切断領域に対し傾斜したり、光軸を中心として回転した場合、この傾斜や回転を確認して補正することができる切断方法と、この切断方法を実施する切断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る切断方法は、被切断材が配置された切断領域を含む撮影領域を上方からＣＣＤカメラで撮影した画像を処理することによって、該切断領域に配置された被切断材を認識して切断トーチにより切断する切断方法であって、被切断材が配置された切断領域の外周縁部分であって撮影領域の内部に予め少なくとも三つの基点を設定して各基点の位置を記憶しておき、前記撮影領域を上方に配置されたＣＣＤカメラによって撮影し、撮影した画像を処理して撮影された前記各基点の位置を認識し、前記認識された各基点の位置と予め記憶された各基点の位置を比較して撮影された画像を補正することによって切断領域に配置された被切断材を認識するものである。

特に、本発明に係る切断方法では、前記認識された各基点の位置と予め記憶された各基点の位置を比較してＣＣＤカメラの光軸の撮影領域に対する傾斜を認識し、認識したＣＣＤカメラの光軸の撮影領域に対する傾斜に応じて撮影された画像を補正して切断領域に配置された被切断材を認識している。

更に、本発明に係る切断方法では、前記認識された各基点の位置と予め記憶された各基点の位置を比較してＣＣＤカメラの該ＣＣＤカメラの光軸を中心とする撮影領域に対する回転を認識し、認識したＣＣＤカメラの撮影領域に対する光軸を中心とする回転に応じて撮影された画像を補正して切断領域に配置された被切断材を認識している。

また、上記切断方法に於いて、撮影領域をＣＣＤカメラによって撮影する際に、前記各基点に予め模様が登録されている標識を配置しておくことが好ましい。

また、本発明に係る切断装置は、被切断材を切断する切断トーチを該被切断材が配置された切断領域に移動させる切断機と、被切断材が配置された切断領域を含む撮影領域を上方から撮影するＣＣＤカメラと、前記撮影領域の内部に於ける切断領域の外周縁部分に予め設定された少なくとも三つの基点毎に配置され且つ予め模様が登録されている標識と、前記ＣＣＤカメラによって撮影された撮影領域の画像を処理して該撮影領域に配置された標識の位置を認識してＣＣＤカメラの光軸の撮影領域に対する傾斜又はＣＣＤカメラの該ＣＣＤカメラの光軸を中心とする回転を検出する検出部と、検出された前記傾斜又は前記回転に対応して撮影された画像を補正する補正部と、補正された画像から切断領域に配置された被切断材を認識する被切断材認識部と、を有する処理装置と、前記処理装置によって認識した被切断材に対し切断すべき図形を割り当てる割当装置と、前記割当装置によって割り当てられた図形の情報を前記切断機の制御情報に変換する変換装置と、前記変換装置によって変換された制御情報に従って前記切断機の駆動を制御する切断制御装置と、を有するものである。

本発明に係る切断方法では、被切断材が配置される切断領域、或いは切断領域を含む撮影領域に複数の基点を設定して位置を記憶しておき、ＣＣＤカメラによって撮影領域を撮影して画像を処理して画像に於ける基点の位置を認識し、認識した各基点の位置と予め設定された基点の位置を比較することで、ＣＣＤカメラの光軸の切断領域に対する傾斜や光軸を中心とする回転の有無を認識することができる。そして、ＣＣＤカメラの光軸の切断領域に対する傾斜や光軸を中心とする回転の有無を認識したとき、画像を補正することで、切断領域に配置された被切断材の形状や寸法を正確に把握することができる。

ＣＣＤカメラによって撮影領域を撮影する際に、各基点に標識を配置した場合には、撮影した画像に於ける基点の位置を確実に認識することができる。

本発明に係る切断装置では、被切断材が配置され且つ予め設定された複数の基点毎に標識が配置された切断領域を含む撮影領域をＣＣＤカメラによって上方から撮影することができる。そして、処理装置を構成する検出部によって、ＣＣＤカメラによって撮影された画像を処理して該撮影領域に配置された標識の位置からＣＣＤカメラの光軸の撮影領域に対する傾斜、又はＣＣＤカメラの光軸を中心とする回転を検出することができ、補正部によって検出された前記傾斜又は前記回転に対応して撮影された画像を補正することができ、切断材認識部によって補正された画像から切断領域に配置された被切断材を認識することができる。更に、割当装置によって、処理装置によって認識した被切断材に対し切断すべき図形を割り当て、変換装置によって、割当装置によって割り当てられた図形の情報を切断機の制御情報に変換し、変換装置によって変換された制御情報に従って切断機の駆動を制御することができる。

従って、ＣＣＤカメラの光軸が切断領域に対して傾斜していたり、光軸を中心として回転しているような場合、これらの傾斜や回転を検出することができ、撮影した画像を検出した傾斜や回転に応じて補正することができる。このため、ＣＣＤカメラの光軸の切断領域に対する傾斜や光軸を中心とする回転等の不具合が生じていても、これらの不具合にかかわらず、被切断材の正確な形状と寸法を認識することが可能となり、良好な切断を行うことができる。

本実施例に係る切断装置を説明する図である。 切断装置の制御系のブロック図である。 光軸が傾斜したＣＣＤカメラにより撮影した画像と補正との関係を説明する図である。 被切断材に切断すべき図形を割り当てた状態を説明する図である。 標識の例を説明する図である。

本発明の切断方法は、予め設定された切断領域に被切断材を配置し、この切断領域を上方からＣＣＤカメラによって撮影して画像を処理することで切断領域に配置されている被切断材の形状と寸法を認識し、その後、被切断材から製品を切断するものである。特に、切断領域を含む撮影領域に予め複数の基点を設定して各基点の位置を記憶しておき、撮影された画像を処理して該画像に於ける各基点の位置を認識して予め設定された基点の位置と比較することで、ＣＣＤカメラの光軸の切断領域に対する傾斜や回転を検出するものである。そして、ＣＣＤカメラの傾斜や回転が検出されたとき、この検出値に基づいて画像を補正することで、被切断材の正確な形状や寸法を認識するものである。

切断領域は切断トーチの移動範囲に対応して設定されており、切断トーチを搭載した切断装置の構造や寸法に応じて設定されている。例えば、切断装置が平行に敷設された一対のレールに沿って走行する門型のフレームを有して構成されている場合、切断領域は一対のレールの内側であって且つ長さ方向に沿って設定される。

撮影領域は切断領域を含むＣＣＤカメラによる撮影可能な領域として設定される。撮影領域はＣＣＤカメラによる一度の撮影操作で撮影し得る範囲に限定するものではなく、ＣＣＤカメラを移動させつつ複数回の撮影操作で撮影し得る範囲も含む。このため、撮影領域は切断領域と同じ領域であっても良いが、切断領域を含んで該切断領域の周縁に適度な幅を持った領域であることが好ましい。

撮影領域に予め設定された複数の基点は、ＣＣＤカメラで撮影した画像を処理したデータと各基点の位置データから、ＣＣＤカメラの光軸の切断領域に対する傾斜や回転を検出するためのものである。このため、各基点は切断領域の外周縁部分であって撮影領域の内部に設定されている。そして、各基点の位置をＣＣＤカメラによって撮影した画像を処理する装置に記憶させておくことが必要である。

基点の数を限定するものではないが、少なくとも３点は必要であり、或いはそれ以上であることが好ましい。また、基点はＣＣＤカメラによって撮影されたとき、基点であることが明確に判別し得ることが必要である。このため、ＣＣＤカメラによって撮影するのに先立って、各基点には、撮影された画像を処理したとき、明確に判別することが可能な標識を設置しておくことが好ましい。

各基点に設置される標識を特に限定するものではなく、切断領域が暗くなったりして、ＣＣＤカメラによる撮影条件が悪化した場合でも、撮影された画像から確実に判別し得るような模様を有することが好ましい。この標識の模様や該標識に於ける中心を予めＣＣＤカメラによって撮影された画像を処理する装置に予め登録しておくことが好ましい。そして、標識の中心を基点に一致させて設置することで、撮影された画像に於ける各基点の位置を確実に認識することが可能である。

以下、本実施例に係る切断装置Ａの構成を説明し、同時に切断方法について説明する。

切断装置Ａは、切断領域Ｂを含む撮影領域Ｃを撮影するＣＣＤカメラ１と、切断領域Ｂを含む撮影領域Ｃに於ける予め位置が設定された複数の基点（本実施例では４つの基点）毎に配置された標識２〜５と、ＣＣＤカメラ１によって撮影した撮影領域Ｃの画像を処理する画像処理装置１０と、画像処理装置１０によって認識された被切断材Ｄ、Ｅに対し切断すべき部品を割り当てて切断データを形成する割当制御装置２０と、この切断データに基づいて台車４０の駆動を制御する台車駆動制御装置３０とを有して構成されている。

先ず、台車４０の構成について簡単に説明する。台車４０は、切断トーチ６を切断領域Ｂ内に移動させることが可能であれば良く、構造を限定するものではない。即ち、台車４０の構造は、切断領域Ｂの大きさに応じて設定される。このような台車４０としては、例えば平行に敷設された一対のレールに沿って移動可能に構成され片持ち梁状のブームに切断トーチを搭載した構造や、多関節アームを有するロボット等がある。

本実施例に於いて、台車４０は、切断領域Ｂの幅方向の両側に配置された一対のレール４５に載置されて走行するフレーム４１を有して構成されている。フレーム４１はサドル４１ａとレール４５に対し直交方向に配置されたガーター４１ｂとからなる門型に構成されている。また、ガーター４１ｂには該ガーター４１ｂに沿って横行する横行キャリッジ４２が設けられている。そして、横行キャリッジ４２に切断トーチ６が搭載されている。

台車４０のフレーム４１には制御盤５０が搭載されており、この制御盤５０に後述する画像処理装置１０、割当制御装置２０、台車駆動制御装置３０が組み込まれている。

フレーム４１を構成するサドル４１ａには走行モーター４３ａが取り付けられており、横行キャリッジ４２には横行モーター４３ｂ、昇降モーター４３ｃがが取り付けられている。前記走行モーター４３ａはフレーム４１をレール４５に沿って所望の方向に所望の速度で走行させるものである。また、横行モーター４３ｂは横行キャリッジ４２をガーター４１ｂに沿って所望の方向に所望の速度で横行させるものである。更に、昇降モーター４３ｃは切断トーチ６を上昇或いは下降させるものである。

上記の如く構成された台車４０では、数値制御（ＮＣ）装置からなる台車駆動制御装置３０によって、走行モーター４３ａ、横行モーター４３ｂの回転方向及び回転速度を独立して制御することが可能である。そして、各モーター４３ａ、４３ｂの回転を制御することによって、フレーム４１の走行方向及び走行速度、横行キャリッジ４２の横行方向及び横行速度を制御し、切断トーチ６の移動方向と速度を制御し得るように構成されている。従って、切断トーチ６を所望の方向に所望の速度で移動させることが可能である。

切断トーチ６の構成は限定するものではなく、被切断材Ｄ、Ｅの材質や厚さ等の条件に応じてガス切断トーチ、プラズマ切断トーチ、或いはレーザ切断トーチ等の切断トーチを選択的に用いることが可能である。そして、選択された切断トーチを稼動させるのに必要な設備類（例えばガス供給設備、電源設備、レーザ発振設備等、図示せず）は、フレーム４１に搭載され或いは工場の床面に設置されている。

本実施例では、被切断材Ｄ、Ｅを鋼板とし、切断トーチ６としてガス切断トーチを用いている。そして、酸素ガス供給源、燃料ガス供給源から供給された酸素と燃料を混合させて燃焼させた火炎によって被切断材Ｄ、Ｅを予熱した後、切断酸素を噴射して切断することで、目的の部品を得るように構成されている。

切断トーチ６によって切断される被切断材Ｄ、Ｅの形状は限定するものではなく、予め設定された規格を持った長方形の鋼板や、スクラップ材のような形状が定まることのない異形鋼板、の何れであっても良い。本実施例では、略台形状の被切断材Ｄと、三角形状の被切断材Ｅからなる異形材としている。

切断領域Ｂは、台車４０の横行キャリッジ４２に搭載された切断トーチ６が移動し得る範囲に対応して設定されている。即ち、予め設定された仕様に対応して切断領域Ｂの寸法が設定され、設定された切断領域Ｂを満足し得るように切断トーチ６の移動範囲が設定される。

切断領域Ｂに配置される被切断材Ｄ、Ｅを支持する構造は限定するものではない。例えば、多数のフラットバーを起立させた状態で配置した切断定盤や多数の棒状体を起立させた状態で配置した切断定盤、或いは被切断材Ｄ、Ｅを載置して切断可域Ｂに進入し且つ切断が終了した後排出されるパレット、等を選択的に採用することが可能である。

切断領域Ｂの寸法は限定するものではなく、ＣＣＤカメラ１による撮影領域Ｃと略等しくとも良い。この場合、複数の基点毎に配置した標識２〜５が被切断材によって覆われてしまう虞がある。このため、切断領域Ｂの寸法はＣＣＤカメラ１による撮影領域Ｃよりも小さいことが好ましく、撮影領域Ｃに設定される基点の位置は切断領域Ｂの周縁に沿った外側であることが好ましい。

従って、切断領域Ｂの寸法は、ＣＣＤカメラ１の性能、ＣＣＤカメラ１の切断領域Ｂからの距離に対応して変化することになる。また、ＣＣＤカメラ１によって撮影領域Ｃを撮影する際に、台車４０を撮影領域Ｃから退避させるため、レール４５は、撮影領域ＣのＸ方向の長さに台車４０が退避し得る寸法を加えた長さで敷設されている。

ＣＣＤカメラ１は、切断領域Ｂを含む撮影領域Ｃの上方に配置されている。ＣＣＤカメラ１を支持する構成は特に限定するものではなく、走行可能に構成され或いは床面に固定された門型のフレームや、工場建屋の柱から突出した片持梁、或いは工場建屋のフレームに回動中心を有し、撮影時には撮影領域Ｃの上方に回動して突出し、退避時には回動して工場建屋の壁に沿う位置に移動し得るように構成された旋回梁であって良い。

撮影領域Ｃを撮影するＣＣＤカメラ１の仕様は限定するものではないが、超広角レンズを備えていることが好ましい。本実施例では、焦点距離２．８ｍｍの超広角レンズを備え、１００万画素程度のＣＣＤカメラ１を用いている。

各基点毎に配置する標識２〜５は、工場内に於ける人工照明でＣＣＤカメラ１によって撮影しても、撮影した画像を処理したときに充分に認識し得るような模様を有している。このような標識に用いられる模様としては、図５に模様０１〜模様１０で示すものがあり、これらの中から選択した模様０１〜１０の何れかを金属板や合成樹脂板、或いは他の材料からなる板の表面に形成することで標識とすることが可能である。そして、上記の如き標識を各基点毎に配置することで、標識２〜５とすることが可能である。

本件発明者等は、実際の工場に設置された切断装置を利用して、１０時〜１９時の時間帯で模様０１〜模様１０をＣＣＤカメラによって撮影し、周囲の明るさの変化に対する認識のし易さ、模様の姿勢に対する認識のし易さ、についての実験を行った。その結果、全ての模様０１〜１０を認識することが可能であった。しかし、工場内が明るいとき、模様０１の認識に不安があった。また、模様の姿勢を変化させたとき、模様９と模様１０の認識に不安があった。

従って、全ての模様０１〜模様１０を標識２〜５として利用することが可能であるものの、模様０２〜模様０８から選択することが好ましい、との結果を得た。本実施例では、模様０３を標識２〜５として採用している。

各基点の位置情報は予め画像処理装置１０に記憶されている。各基点の位置情報を記憶するには、予めＣＣＤカメラ１によって正確な切断領域Ｂを含む撮影領域を撮影しておき、このときの画像データを画像処理装置１０に記憶させることで実現することが可能である。この場合、各基点毎に標識２〜５を配置すると共にＣＣＤカメラ１の光軸１ａを切断領域Ｂに対し正確に垂直になるように調整し、この状態で、撮影領域Ｃを撮影して画像データを画像処理装置１０に記憶させることで良い。

また、予めＣＣＤカメラ１によって正確な切断領域Ｂを含む撮影領域を撮影しておき、画像処理装置１０に各基点の座標データを記憶させることでも良い。この場合、各基点毎に配置される標識２〜５は、夫々の標識の中心を基点に一致させて配置することが好ましい。

本実施例では、切断装置Ａを設置する際の初期設定として切断領域Ｂの周縁外部であって撮影領域Ｃの内部に４つの基点を設定して各基点毎に標識２〜５を配置している。そして、撮影領域Ｃの上部に、切断領域Ｂの中心を通る垂直線と一致した光軸１ａを有するようにＣＣＤカメラ１を配置し、この状態を保持して撮影領域Ｃを撮影し、撮影した画像を処理して基準となる画像データとして記憶させている。

ＣＣＤカメラ１によって撮影された画像データはコンピュータによって構成された画像処理装置１０に伝達され、該画像処理装置１０でＣＣＤカメラ１の傾きが補正されて被切断材Ｄ、Ｅの形状が認識される。この画像処理装置１０は、演算部からなる補正部１１、形状認識部１２と、前記補正部１１、形状認識部１２に於ける処理プログラムを記憶したプログラム記憶部と、補正部１１、形状認識部１２で処理されたデータを一時記憶する一時記憶部を有している。

ＣＣＤカメラ１の光軸は切断領域Ｂに対し垂直に配置されていることが必要である。しかし、前述したように光軸を常に切断領域Ｂに対して垂直に維持することは困難である。このため、ＣＣＤカメラ１によって撮影された画像には光軸の切断領域Ｂに対する傾きが反映されていることになる。例えば、切断領域Ｂの中心を通る垂直線と一致した光軸１ａを有していたＣＣＤカメラ１が振動等の影響を受けて傾いて光軸１ｂとなったことを想定する。

上記の如く、ＣＣＤカメラ１が光軸１ｂとなる傾きの状態で撮影領域Ｃを撮影したとき、画像に於ける標識２〜５は、図３に示すように、光軸１ｂの傾きに応じて画像上の位置が変化する。同様に、被切断材Ｄ、Ｅは光軸１ｂの傾きに応じた形状を持った被切断材Ｄｂ、Ｅｂとして撮影されることとなる。そして、このようなＣＣＤカメラ１の傾きによる位置の変化、或いは形状の変化は画像処理装置１０を構成する補正部１１で補正される。

次に、上記画像処理装置１０を構成する補正部１１、形状認識部１２について説明する。先ず、補正部１１によるＣＣＤカメラ１が傾いている（光軸１ｂ）ときに撮影した画像を補正する方法について説明する。

画像処置装置１０に前述した、撮影領域Ｃに対し正確に垂直が調整された光軸１ａを有するＣＣＤカメラ１を設定すると共に、切断領域Ｂの周囲に設定された４つの基点毎に標識２〜５を配置する。この状態で、ＣＣＤカメラ１によって撮影領域Ｃを撮影し、撮影した画像を処理して各基点の位置を記憶しておく。また、画像に於ける各標識２〜５間の画素数と、撮影領域Ｃに配置された各基点間の寸法とを比較して１画素に対応する寸法を求めて記憶しておく。

次に、撮影領域Ｂに被切断材Ｄ、Ｅを配置してＣＣＤカメラ１により撮影し、撮影した画像を画像処理装置１０で処理する。即ち、撮影した画像データを二値化して、図３に点線で示す画像を得、この画像を予め記憶している画像と比較する。例えば、処理した画像（図３）に於ける各標識２〜５が夫々２ａ〜５ａに移動している場合、この画像上に於ける被切断材Ｄ、Ｅは夫々Ｄｂ、Ｅｂとなっている。

このため、補正部１１では、画像に於ける標識２ｂ〜５ｂを夫々元の位置である標識２〜５と一致するように移動させる。そして、標識２ｂ〜５ｂを標識２〜５に移動させた移動量に応じて画像Ｄｂ、Ｅｂを移動させることで、被切断材Ｄ、Ｅの形状を得る。この作業を行うことによって、ＣＣＤカメラ１の光軸の傾きを補正（光軸１ｂによる画像を光軸１ａによる画像に補正）することが可能となり、この補正に伴って被切断材の画像をＤｂ、ＥｂからＤ、Ｅに補正することが可能である。

尚、補正部１１は前述したＣＣＤカメラ１の傾きのみを補正するものではなく、ＣＣＤカメラ１の回転を補正することが可能である。即ち、ＣＣＤカメラ１が光軸１ａを中心として回転した場合、各標識２〜５は撮影領域Ｃの中心である点１ａを中心として回転することとなり、各標識２〜５は斜めの姿勢に変化することとなる。従って、撮影した画像を処理して斜め姿勢となった各標識２〜５を予め記憶している標識２〜５に一致させるように回転させ、このときの回転角度に応じて各被切断材の画像を回転させることで補正することが可能である。

次に、形状認識部１２では、被切断材Ｄ、Ｅの各頂点間の画素数を計測し、計測値と１画素に対応する寸法とによって辺の長さを計算する。これにより、被切断材Ｄ、Ｅの形状が認識され、同時に寸法が計算され、各被切断材Ｄ、Ｅの頂点の位置や辺の長さを含む輪郭線データは画像処理装置１０の一時記憶部に一時的に記憶される。

尚、切断領域Ｂの面積が大きい場合、１画素に対応する寸法が大きくなることがある。しかし、ガス切断やプラズマ切断、或いはレーザ切断の場合、被切断材の端面ぎりぎりに切断することはなく、端面から少なくとも５ｍｍ〜７ｍｍ、多い場合には１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度離隔した位置に切断線を設定するため、１画素に体操する寸法がこれらの寸法よりも小さければ問題となることはない。

画像処理装置１０が稼動するのに必要な情報はキーボード等の入力手段５１から入力される。またＣＣＤカメラ１によって撮影された画像や、補正部１１、形状認識部１２に於ける処理過程での画像はディスプレイ等の出力手段５２に表示される。前記入力手段５１、出力手段５２は、画像処理装置１０の専用であっても良いが、割当制御装置２０、台車駆動制御装置３０に共通したものであることが好ましい。

上記の如くして認識された被切断材Ｄ、Ｅの形状及び寸法からなる輪郭線データは、画像処理装置１０の一時記憶部に記憶され、その後、割当制御装置２０に送られて、該割当制御装置２０で被切断材Ｄ、Ｅから切断すべき部品が割り当てられる。

特に、被切断材Ｄ、Ｅの板厚、材質等からなる材料データは、予め入力手段５１から入力されて割当制御装置２０及び台車駆動制御装置３０に送られ、割当制御装置２０に於ける部品データの検索及びＮＣデータの作成に利用され、且つ台車駆動制御装置３０に於ける切断速度を設定する際の要素として利用される。

割当制御装置２０はコンピュータによって構成されており、形状、寸法が認識された被切断材Ｄ、Ｅに対し部品を割り当てるプログラムを記憶したプログラム記憶部と、発注部門から要求された部品の形状、寸法、板厚、材質、数量等の情報からなる部品データを記憶する記憶部、及び演算部を有して構成されている。

割当制御装置２０には予め切断部門とは異なる部門である発注部門から要求された部品の形状、寸法、板厚、材質、数量等の情報が入力手段５１から入力され、部品データとして記憶部に記憶されている。

割当部２１では、画像処理装置１０で認識した被切断材Ｄ、Ｅの輪郭線データを受領し、予め入力されて記憶部に記憶している材料データと一致した板厚と材質からなる部品を記憶部に記憶している部品データの中から読み出す。次に、プログラム記憶部に記憶された部品を割り当てるプログラムに従って、図４に示すように、読み出した部品データに対応する部品２５〜２８を被切断材Ｄ、Ｅの輪郭線の内部に割り当てる。

被切断材Ｄ、Ｅに対する部品２５〜２８の割当状況は出力手段５２に出力される。このとき、オペレーターが出力手段５２に出力された表示内容を検討しつつ、入力手段５１を操作して調整を行うことが可能である。このように、オペレーターによる調整を行って、被切断材Ｄ、Ｅに対する部品２５〜２８の割り当てが終了する。

被切断材Ｄ、Ｅに対する部品２５〜２８の割り当てが終了すると、被切断材Ｄ、Ｅの輪郭線データと割り当てられた部品データからなるデータはＮＣデータ作成部２２に送られ、ＮＣ装置からなる台車駆動制御装置３０の言語であるＮＣデータを作成する。そして、ＮＣデータ作成部２２で作成されたＮＣデータは台車駆動制御装置３０に送られ、台車４０及び該台車４０に搭載された切断トーチ６の稼動を制御する。

次に、上記の如く構成された切断装置Ａの操作手順について説明する。先ず、台車４０を撮影領域Ｃから退避させておき、切断領域Ｂに被切断材Ｄ、Ｅを配置する。また、予め割当制御装置２０に対し、被切断材Ｄ、Ｅの板厚及び材質からなる材料データを記憶させると共に、発注部門から要求された部品データを記憶させておく。この状態でＣＣＤカメラ１によって切断領域Ｂを含む撮影領域Ｃを撮影し、撮影した画像を画像処理装置１０に送る。

画像処理装置１０では、補正部１１でＣＣＤカメラ１によって撮影された画像から該ＣＣＤカメラ１の光軸１ｂの傾きを補正する。そして、形状認識部１２では光軸１ｂの傾きを補正した後の画像から被切断材Ｄ、Ｅの輪郭線を明確に認識して被切断材Ｄ、Ｅの形状を認識し、被切断材Ｄ、Ｅに対応する輪郭線データを形成して記憶部に記憶させる。

次いで、割当制御装置２０では、画像処理装置１０から被切断材Ｄ、Ｅの輪郭線データを読み出すと共に、予め記憶されている材料データ及び発注部門から被切断材Ｄ、Ｅの材料データと一致した部品データを読み出す。そして、読み出した部品データの形状、寸法、数を被切断材Ｄ、Ｅの輪郭線データに組み合わせて割り当てる。被切断材Ｄ、Ｅに対する部品の割り当てが終了すると、これらのデータからＮＣデータを作成し、台車駆動制御装置３０に送る。

台車駆動制御装置３０にＮＣデータが送られた後、オペレーターが該台車駆動制御装置３０を操作して切断を開始させると、この台車駆動制御装置３０からの指令によって、走行モーター４３ａ、横行モーター４３ｂが作動し、切断トーチ６を被切断材Ｄ、Ｅに対する切断開始位置に移動させる。

切断トーチ６が被切断材Ｄ、或いは被切断材Ｅに対する切断開始位置に到達した後、該切断トーチ６が停止し、燃料ガス、酸素が供給されると共に点火されて被切断材Ｄ、或いは被切断材Ｅを予熱する。所定の予熱時間が経過した後、切断酸素が供給され切断トーチ６による被切断材Ｄ、或いは被切断材Ｅの切断が開始する。同時に各モーター４３ａ、４３ｂが駆動され、切断トーチ６を被切断材Ｄ、或いはＥに割り当てられた部品２５〜２７、或いは部品２５、２８の形状に沿って移動させる。

被切断材Ｄ、或いは被切断材Ｅに割り当てられた部品２５〜２７、或いは部品２５、２８を切断したとき、切断トーチ６に供給されていた酸素、燃料ガスの供給が停止し、他方の被切断材Ｅ、或いは被切断材Ｄに対する切断を行う。そして、被切断材Ｄ、Ｅに対する一連の切断作業が終了すると、台車４０は切断可能領域Ｂから退避し、切断が終了した被切断材Ｄ、Ｅ及び部品２５〜２８は切断領域Ｂから排出される。

本発明の切断装置Ａは、スクラップ等の異形材からなる被切断材に対する切断のみならず、規格サイズの被切断材に対する切断に利用することも可能である。

Ａ 切断装置
Ｂ 切断領域
Ｃ 撮影領域
Ｄ、Ｅ 被切断材
１ ＣＣＤカメラ
１ａ、１ｂ 光軸
２〜５ 標識
６ 切断トーチ
１０ 画像処理装置
１１ 補正部
１２ 形状認識部
２０ 割当制御装置
２１ 割当部
２２ ＮＣデータ作成部
２５〜２８ 部品
３０ 台車駆動制御装置
４０ 台車
４１ フレーム
４１ａ サドル
４１ｂ ガーター
４２ 横行キャリッジ
４３ａ 走行モーター
４３ｂ 横行モーター
４３ｃ 昇降モーター
４５ レール
５０ 制御盤
５１ 入力手段
５２ 出力手段

Claims (3)

1. 被切断材が配置された切断領域を含む撮影領域を上方からＣＣＤカメラで撮影した画像を処理することによって、該切断領域に配置された被切断材を認識して切断トーチにより切断する切断方法であって、
   被切断材が配置された切断領域の外周縁部分であって撮影領域の内部に予め少なくとも三つの基点を設定して各基点の位置を記憶しておき、
   前記撮影領域を上方に配置されたＣＣＤカメラによって撮影し、
   撮影した画像を処理して撮影された前記各基点の位置を認識し、
   前記認識された各基点の位置と予め記憶された各基点の位置を比較して
   ＣＣＤカメラの光軸の撮影領域に対する傾斜を認識し、認識したＣＣＤカメラの光軸の撮影領域に対する傾斜に応じて撮影された画像を補正し、又はＣＣＤカメラの該ＣＣＤカメラの光軸を中心とする撮影領域に対する回転を認識し、認識したＣＣＤカメラの撮影領域に対する光軸を中心とする回転に応じて撮影された画像を補正することによって切断領域に配置された被切断材を認識する
   ことを特徴とする切断方法。
2. 撮影領域をＣＣＤカメラによって撮影する際に、前記各基点に予め模様が登録されている標識を配置しておくことを特徴とする請求項１に記載した切断方法。
3. 被切断材を切断する切断トーチを該被切断材が配置された切断領域に移動させる切断機と、
   被切断材が配置された切断領域を含む撮影領域を上方から撮影するＣＣＤカメラと、
   前記撮影領域の内部に於ける切断領域の外周縁部分に予め設定された少なくとも三つの基点毎に配置され且つ予め模様が登録されている標識と、
   前記ＣＣＤカメラによって撮影された撮影領域の画像を処理して該撮影領域に配置された標識の位置を認識してＣＣＤカメラの光軸の撮影領域に対する傾斜又はＣＣＤカメラの該ＣＣＤカメラの光軸を中心とする回転を検出する検出部と、検出された前記傾斜又は前記回転に対応して撮影された画像を補正する補正部と、補正された画像から切断領域に配置された被切断材を認識する被切断材認識部と、を有する処理装置と、
   前記処理装置によって認識した被切断材に対し切断すべき図形を割り当てる割当装置と、
   前記割当装置によって割り当てられた図形の情報を前記切断機の制御情報に変換する変換装置と、
   前記変換装置によって変換された制御情報に従って前記切断機の駆動を制御する切断制御装置と、
   を有することを特徴とする切断装置。

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