JPH06114694A - 切削装置のバイト異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】切削バイトの折損、激しい磨耗状態を、迅速か
つ確実に早期に検出する。 【構成】切削装置２の上方にバイト２ａの先端面をにら
む位置に望遠レンズ付ＣＣＤモニターカメラ３を設置す
る。モニターカメラ３は画像メモリー５に接続され、さ
らにコントローラ６へと接続されている。コントローラ
ー６内の二値化変換装置６ａで、画像信号をバイト実像
部分と非実像部分とに区別するで二値化変換を行い、前
記画像内にバイト実像部分と非実像部分とに跨がる所定
寸法のウインドウを所定位置に設定し、前記二値化変換
信号に基づいて前記ウインドウ内におけるバイト実像部
分が占める面積または面積比（計測特徴量）を算出し、
バイト実像部分の初期面積または初期面積比（基準特徴
量）との偏差に基づいてバイト異常か否かを判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼管等を切断する切削
装置における切削工具（バイト）の折損、磨耗等の異常
を検出するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、鋼管の製造過程においては、
鋼管を所定の長さに仕上げるため、あるいは鋼管端部の
形状不良部を切除する為に、鋼管を周方向に回転させな
がら切削用バイトを油圧シリンダーによって鋼管外面に
押し付けて切断するよう構成された切削装置がある。こ
のような切削装置においては、自動運転が行われている
ため、バイトの激しい磨耗や折損が生じた場合、直ちに
その状態を検知し、切断を中断する必要がある。

【０００３】従来、切削装置のバイトの磨耗、折損を検
知するにあたって、次のような装置が使用されていた。

【０００４】（１）バイト折損時に発生する弾性波（超
音波）とＡＥ（アコースティックエミッション）センサ
ーによって検出する装置。 （２）バイト折損時に発生する振動を振動センサーによ
って検出する装置。 （３）ロードセルによって切断抵抗の増加を検出する装
置。 （４）バイト送り用油圧シリンダーの背圧の変化率の増
加を検出する装置。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうち（１）、（２）は、正常な切削時に被切削
物の塑性変形域から発生する信号と、バイト折損時に発
生する信号との出力差が小さいため、折損の有無を判定
する比較基準値を正確に設定できないものであった。ま
た、切削中に常時発生している信号までノイズとして検
出するという問題もあった。

【０００６】（３）の方法では、バイトの送り機構の中
にロードセルを組み込む為に装置の構成が複雑になり、
さらに（４）の方法においては、継目無鋼管製造用のビ
レットの下穴加工の様に切削中切断面積が増加するとと
もに切断抵抗が増加し、背圧が減少するような加工適用
する場合は有効であるが、鋼管の切断加工の様に切断
中、切断面積が一定で背圧変化がない場合には、折損の
検知を行うのが困難なものであった。

【０００７】したがって、本発明の目的は、切削用バイ
トに折損あるいは激しい磨耗が発生した時、迅速かつ確
実にその異常状況を早期に検出することが可能な切削装
置のバイト異常検出装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、切削用のバイトを進退自在とし、回転す
る被切削物の外面に前記バイトを当接状態で押し付けて
切削する切削装置のためのバイト異常検出装置であっ
て、前記切削装置のバイト先端エッジ部を睨むモニター
カメラと、このモニターカメラから送り出される画像信
号を画像処理にて、バイト実像部分と非実像部分とに区
別する二値化変換を行うとともに、前記画像内にバイト
実像部分と非実像部分とに跨がる所定寸法のウインドウ
を所定位置に設定し、前記二値化変換信号に基づいて前
記ウインドウ内における前記バイト実像部分または非実
像部分が占める面積または面積比を算出し、バイト実像
部分または非実像部分の初期面積または初期面積比との
偏差に基づいてバイト異常か否かを判断する異常検出器
とを備えるものである。

【０００９】

【作用】従来の検出装置は、切削装置が鋼管切断中（動
作状態）において、バイト破損時に発生する弾性波、振
動を検出し、またロードセルによる切削抵抗を測定する
という、いわゆる間接的測定方法であったが、本発明に
おいては、モニターカメラを用い、このモニターカメラ
によって撮影されたバイト実像を、特定の画像信号処理
によって解析して、その異常を判断するものであるた
め、検出精度が著しく向上する。なお、本発明における
検出装置は、切削装置が鋼管切断装置が切断をする前後
の待機中（静止状態）において検出を行うものである。

【００１０】バイトの異常検出に当たっては、前記モニ
ターカメラでバイト先端エッジ面をたとえば上面側から
撮影し、モニターカメラから送られてくる画像信号を画
像処理にて、たとえばバイト実像部分を示す黒レベル
と、バイト非実像部分を示す白レベルとに区別する二値
化変換を行うとともに、二値化画像に変換後、前記画像
内にバイト実像部分と非実像部分とに跨がる所定寸法の
ウインドウを所定位置に設定し、前記二値化変換信号に
基づいて前記ウインドウ内における前記バイト実像部分
または非実像部分が占める面積または面積比（以下、こ
の値を「特徴量」という。）を算出する。

【００１１】異常判定は、予め基準として設定した新品
バイト先端部の場合の特徴量に対して、計測した使用中
バイトの特徴量とを比較し、その偏差が所定量以上とな
る場合には異常と判断して、たとえばアラームを発信
し、バイトの交換を促すものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１は、本発明装置を説明するための制御ブロック図で
ある。鋼管１の側部に配設された切削装置２の切削用バ
イト２ａは、油圧シリンダーによる作動によって鋼管１
に対向する方向に進退自在となっており、鋼管１を図示
されない回転駆動装置により中心軸回りに回転させた状
態で、切削用バイト２ａの先端を鋼管外面に当接状態に
押し付けながら切削し、鋼管１を切断するものである。

【００１３】切削装置２の上方には、バイト２ａの先端
面をにらむ位置に望遠レンズ付ＣＣＤモニターカメラ３
が設置されている。また、被写体としてのバイト先端面
を照らすために、バイト面に対して上方向斜約４０〜６
０°の位置に光源装置４のハロゲンランプ４ａが設けら
れている。

【００１４】モニターカメラ３は画像メモリー５に接続
され、さらにバイト異常を判定するためのコントローラ
６へと接続されている。また、コントローラ６には、観
測あるいは計測等を行うためのモニターテレビ８と、コ
ントローラ６を操作するためのキーボード９がそれぞれ
接続されている。さらに、モニターテレビ８には、ビデ
オプリンター１０が接続されていて、必要に応じてプリ
ントアウトできるようになっている。

【００１５】バイトの異常検出に当たっては、先ず切削
を行う前の新品バイトの状態で、図２に示すように、ハ
ロゲンランプ４ａによってバイト２ａの先端エッジ部を
照らした状態で、モニターカメラ３によってバイト先端
エッジ部を撮影する。前記モニターカメラ３によって捉
えられた画像信号は、画像メモリー５に送られ、記憶さ
れるとともに、コントローラー６内の二値化変換装置６
ａによって二値化変換され、図３に示されるように、図
左側の生画像が、図右側のようにバイト実像部分を示す
黒レベルと、非実像部分を示す白レベルとに区別され
る。

【００１６】そして、たとえば図３の右図に示されるよ
うに、バイトエッジ２ａの角部を中心として、半径ｒの
計測用ウインドウ１１を描き、この計測用ウインドウ１
１内における、バイト実像部分の面積または面積比を基
準特徴量ＡＳｉとして記憶する。なお、基準特徴量ＡＳ
ｉは、バイト非実像部分の面積または面積比とすること
でもよい。さらに、計測用ウインドウ１１は、前記のよ
うに円形とする必要がなく、たとえば図心位置を前記Ａ
点とする方形のウインドウであってもよい。また、半径
ｒの値は、測定するバイトの形状および大きさ等を考慮
して適宜の値とするのが望ましい。

【００１７】次いで、鋼管１の切削を行った後の適時の
ときに、待機状態（静止状態）としたままで、バイト２
ａの先端エッジ面をモニターカメラ３によって撮影す
る。この画像信号を前述した画像信号処理に従って、二
値化変換を行い、黒と白の二値化画像を得る。この場
合、図４に示されるように、バイトの位置ズレ、たとえ
ば切削位置から待機位置まで移動したときの停止位置ズ
レやバイト自体の大きさ（幅狭、幅広）のバラツキによ
る左右のずれ等が発生する場合を考慮して、円形ウイン
ドウ１１の中心点位置の補正を行う。具体的には、図５
に示されるように、測定するバイト２ａを撮影して得ら
れた二値化画像の２辺エッジ線のそれぞれに長方形ウィ
ンドウ５１、５２（位置ずれ有効範囲に）を描き、ソフ
トウェア処理により、長方形ウィンドウ５１，５２内の
２辺延長線の交点Ｂを求め、この点Ｂを計測用ウインド
ウ１１の中心として、半径ｒの計測用ウインドウ１１を
描くとともに、この計測用ウインドウ１１内における、
バイト実像部分の面積または面積比を計測特徴量ＡＲｉ
として記憶する。そして、前記基準特徴量ＡＳｉと計測
特徴量ＡＲｉとの比較を行い、たとえば、前記基準特徴
量ＡＳｉの８０％の下回る計測特徴量ＡＲｉである場合
にはバイトに異常有りというように判定し、アラーム発
信器７によりアラームを発信し、バイト異常を知らせ
る。なお、異常検出は鋼管切削の待機状態の度に行うこ
とにより、バイト変化の状態を経時的に把握することが
できる。

【００１８】〔実施例〕次に、実際のバイト異常検出に
ついて図６、図７を用いて説明する。図６は、基準とな
る新品のバイトを撮影し、二値化した画像により、計測
用ウインドウ１１内のバイト実像部分の面積比ＡＳｉ
（基準特徴量）を求めた場合の図であり、表１に示され
るように、前記ＡＳｉは２５．６５％と設定され、下限
係数を８０％として判別値２０．５２％を得て、この判
別値との大小によって異常か否かが判断される。

【００１９】

【表１】

【００２０】次いで、鋼管切削後のバイトをモニターカ
メラ３により撮影し、画像信号を処理して二値化画像を
得、２辺エッジ線のそれぞれの長方形ウィンドウ５１、
５２のソフトウエア処理によって求められた中心点より
半径ｒの計測用ウインドウ１１を描き、この計測用ウイ
ンドウ１１内のバイト実像部分の面積比ＡＲｉ（計測特
徴量）を求める。

【００２１】その結果、図７（Ａ）の場合には、前記Ａ
Ｒｉ値は５．４９％となり、前記判別値２０．５２％よ
り小さいため、バイト不良と判断される。また、図７
（Ｂ）の場合にも、前記ＡＲｉ値は１５．８５％であ
り、前記判別値２０．５２％より小さいため、バイト不
良として判断される。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
よれば、バイト先端部の折損、磨耗等の異常を早期に検
出でき、バイト再使用率の向上や、管体端部面形状不良
の発生防止による品質の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置を説明するためのブロック図であ
る。

【図２】モニターカメラがバイト先端部を撮影している
状態を示す図である。

【図３】測定の基準となる新品のバイトの端部を撮影し
たときの生画像と二値化画像の図である。

【図４】バイトが位置ずれを起こしている状態のとき撮
影した二値化画像の図である。

【図５】バイトを撮影して得られた二値化画像における
計測ウインドウの設定方法の説明図である。

【図６】新品のバイト先端部を撮影したときの二値化画
像の図である。

【図７】使用中のバイト先端部を撮影したときの二値化
画像の図である。

【符号の説明】

１…鋼管、２…切削装置、２ａ…バイト、３…モニター
カメラ、４…光源装置、５…画像メモリー、６…コント
ローラー、７…アラーム装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】切削用のバイトを進退自在とし、回転する
   被切削物の外面に前記バイトを当接状態で押し付けて切
   削する切削装置のためのバイト異常検出装置であって、 前記切削装置のバイト先端エッジ部を睨むモニターカメ
   ラと、このモニターカメラから送り出される画像信号を
   画像処理にて、バイト実像部分と非実像部分とに区別す
   る二値化変換を行うとともに、前記画像内にバイト実像
   部分と非実像部分とに跨がる所定寸法のウインドウを所
   定位置に設定し、前記二値化変換信号に基づいて前記ウ
   インドウ内における前記バイト実像部分または非実像部
   分が占める面積または面積比を算出し、バイト実像部分
   または非実像部分の初期面積または初期面積比との偏差
   に基づいてバイト異常か否かを判断する異常検出器とを
   備えたことを特徴とする切削装置のバイト異常検出装
   置。