JPH10249519A - 検査方法及び検査装置及び切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の切断火口の検査は手作業および肉眼にて
良否を判断するものであったが、火炎等は強い光と高熱
を発し、作業員の疲労を招くために多数の交代要員を必
要とし、また個々の主観によって良否の判断がなされる
ために品質にばらつきがあった。またすでに切断装置に
装着された切断火口においても同様である。 【解決手段】本発明に係る切断火口の検査装置は、ＣＣ
Ｄカメラを用いて切断火口の良否を検査する方法であっ
て、切断トーチに装着された切断火口から噴射される火
炎をＣＣＤカメラによって撮影し、撮影した画像信号を
複数階調の輝度レベルに分割して火炎の輪郭座標を決定
し、該輪郭座標から前記火炎の火炎性状を算出して、該
火炎性状を所定の基準値及び許容誤差と比較演算するこ
とによって切断火口が形成する火炎性状の良否を判断す
ることによって切断火口の良否を判断することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス切断又は溶接
火口により形成される切断酸素気流及び白点、またはプ
ラズマ切断又は溶接ノズルにより形成されるアークをＣ
ＣＤカメラによって撮影し、取得した画像情報を演算し
て基準値及び許容範囲と比較することにより火口等の良
否を検査する装置及びその方法、及び該検査装置を搭載
した切断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス切断火口は、中央に切断酸素ガスを
噴射する孔を有し、その孔の周囲に燃料ガス及び支燃ガ
スを噴射する複数の孔あるいは環状のスリットが配置さ
れている。また、プラズマ切断火口はプラズマアークを
形成するためのプラズマガス、二次気流を形成するため
の二次ガス、また場合によっては三次気流を形成するた
めの三次ガスを噴射するための孔が設けられており、そ
の流量や旋回気流の同心度などに厳しい精度が要求され
る。

【０００３】これらの孔や環状のスリットの周囲に加工
時のバリが残っていたり、径に不揃いが生じていたりす
ると、切断に際して火炎の形状にばらつきが生じたり真
直に噴射されなくなる等の現象が発生し、切断に悪影響
を及ぼす。また切断開始時には良好な火炎を形成してい
ても、切断作業中にスパッターが付着するなどして同様
の悪影響を生じてしまう。

【０００４】例えば図11に示すのはガス切断火口におい
て切断酸素気流４を通過させる孔に変形やバリ等が生じ
た場合の不良切断酸素気流４の例であり、図11(a) は切
断酸素気流４が扁平になった例、図11(b) は前方に向か
って広がってしまった例、図11(c) は乱流が生じた例、
図11(d) は過圧気流を生じて切断酸素気流４の根本がダ
ンゴ状になった例である。切断酸素気流４にこれらに示
すような不良が生じた場合には、切断方向によって切断
線の幅が変わってしまったり、切断板厚、切断速度等に
ばらつきが生じ、期待どおりの切断を行うことができな
い。

【０００５】また、図12に示すのは白点３ａを通過させ
る孔に不良が生じた場合の不良白点３ａの例であり、図
12(a) は曲がりが生じた例、図12(b) はダンゴ状になっ
た例、図12(c) は前方に向かって広がってしまった例、
図12(d) は太さに異なりが生じた例、図12(e) は長さに
異なりが生じた例、図12(f) は色の異なりが生じた例で
ある。白点３ａにこれらのような不良が生じた場合には
主に予熱時間のばらつきに影響を及ぼす為、切断開始時
間、切断速度などに不都合が生じる。

【０００６】特に最近は多数本のトーチを備えた平行切
断機やＮＣ切断機を用いて切断を行う場合が多く、火口
又はノズルごとの火炎性状のばらつきはそのまま製品の
加工精度に影響し、また火炎性状が良好であれば切断面
の品質も良いことが経験的に良く知られている。すなわ
ち切断作業の前後で火炎性状が良好であるならばその作
業における切断面の品質は良好であるとの判断をするこ
とができ、出荷前、及び切断作業の前後に火口又はノズ
ルが形成する火炎やアークの検査を行うことが必要不可
欠である。

【０００７】従来の火口の火炎性状、ノズルのアーク性
状の検査は手作業にて行われており、作業員が肉眼で観
察して良否を判断するものであった。その際不良品は交
換したり、また簡単に修正可能な不良に関してはその場
で修正を行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、切断酸素気流
及び白点、またはプラズマアークは強い光と高熱を発す
るため作業員の疲労を招き、長時間の作業は困難であ
る。従って、通常交代制で作業に当たるため、一つの作
業台につき数名の作業交代要員が必要となり、大量の検
査要員を必要としていた。

【０００９】また、複数作業員による火口等の良否の判
断は、主観の相違によりばらつきが生じる。すなわち、
ある作業者によれば具体的に定められた品質仕様に沿っ
て正しく良不良の判断をすることが出来ても、他のある
作業者によれば品質仕様内の良品を不良品と判断したり
する場合がある。

【００１０】また、切断装置や溶接装置を使用する場
合、作業開始時においては火口等が良好な火炎を形成し
ていても、作業中にスパッター等が付着して火炎性状が
悪化することが考えられる。従って、切断作業の合間に
火口等の状態確認をして交換や掃除を行わなければなら
ず、作業現場に作業員を必要とし、また作業開始までの
段取りに時間を要していた。

【００１１】本発明に係る検査装置及び検査方法及び切
断装置は、火口又はノズルの検査を自動化することによ
り良否判断基準を規格化し、また作業員を労働から開放
して作業に必要する人員を削減する事を目的とするもの
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る検査方法は、ＣＣＤカメラを用いてガス
切断又は溶接用火口の良否を検査する方法であって、ガ
ストーチに装着された前記火口から噴射される火炎をＣ
ＣＤカメラによって撮影し、撮影によって得られた複数
階調の画像信号の輝度レベルを多重閾値処理して火炎の
輪郭座標を決定し、該輪郭座標から前記火炎の火炎性状
を算出して、該火炎性状を所定の基準値及び許容誤差と
比較演算して前記火口が形成する火炎性状の良否を判断
することによって前記火口の良否を判断することを特徴
とする。

【００１３】また本発明に係る他の検査方法は、ＣＣＤ
カメラを用いてプラズマ切断又は溶接用ノズルの良否を
検査する方法であって、プラズマトーチに装着された前
記ノズルから噴射されるプラズマアークをＣＣＤカメラ
によって撮影し、撮影によって得られた複数階調の画像
信号の輝度レベルを多重閾値処理してアークの輪郭座標
を決定し、該輪郭座標から前記アークのアーク性状を算
出して、該アーク性状を所定の基準値及び許容誤差と比
較演算して前記ノズルが形成するアーク性状の良否を判
断することによって前記ノズルの良否を判断することを
特徴とする。

【００１４】また上記検査方法は、前記ＣＣＤカメラに
よる前記火炎又は前記アークの撮影は角度を変えて複数
回行うことが望ましい。

【００１５】また、前記ＣＣＤカメラによって常時前記
火炎又は前記アークの位置を撮影し、且つ撮影した複数
階調の画像信号を多重閾値処理することにより形成され
た前記火炎又は前記アークを検出し、前記比較演算を開
始することを特徴とする。

【００１６】また、前記火炎又は前記アークの輪郭座標
をニューラルネットワークを用いてパターン認識処理す
ることにより、前記火口又は前記ノズルの良否を判断す
ることを特徴とする。

【００１７】また上記課題を解決するための本発明に係
る検査装置は、ガス切断又は溶接用火口を検査する装置
であって、前記火口を装着するガストーチと、多数のＣ
ＣＤ素子を直交方向に配列して構成されたＣＣＤカメラ
と、該ＣＣＤカメラに指示を出して前記火口より噴射さ
れる火炎を撮影させる制御部と、前記ＣＣＤカメラによ
って撮影した複数階調の画像信号を多重閾値処理して火
炎の輪郭座標を決定し、予め記憶された基準値及び許容
誤差と比較して前記火口の良否を判断する画像処理部と
を有することを特徴とする。

【００１８】また本発明に係る他の検査装置は、プラズ
マ切断又は溶接用ノズルを検査する装置であって、前記
ノズルを装着するプラズマトーチと、多数のＣＣＤ素子
を直交方向に配列して構成されたＣＣＤカメラと、該Ｃ
ＣＤカメラに指示を出して前記ノズルより噴射されるア
ークを撮影させる制御部と、前記ＣＣＤカメラによって
撮影した複数階調の画像信号を多重閾値処理してアーク
の輪郭座標を決定し、予め記憶された基準値及び許容誤
差と比較して前記ノズルの良否を判断する画像処理部と
を有することを特徴とする。

【００１９】また前記検査装置の前記火口近傍に自動点
火装置を設けるとともに、前記制御部が前記火口に酸素
ガス、燃料ガス及び支燃ガスが供給されたことに対応し
て前記自動点火装置に作動の指示を出すよう構成するこ
ともできる。

【００２０】また、前記火口又は前記ノズルの近傍に火
炎又はアークを検出する火炎検出装置を設け、該火炎検
出装置から送出される信号によって、前記火口又は前記
ノズルの検査を開始するよう構成したことを特徴とす
る。

【００２１】また前記検査装置において、前記火口又は
前記ノズルを取り付けるトーチが回転可能であるか又は
前記ＣＣＤカメラが前記トーチの周囲を回転可能に構成
されていることが望ましい。

【００２２】また前記検査装置において、検査前の前記
火口又は前記ノズルを前記トーチに装着すると共に検査
後の前記火口又は前記ノズルを取り外す際に検査結果の
良否に応じて分類する火口又はノズル着脱装置を設け、
且つ該火口又はノズル着脱装置を前記制御部の指示によ
り動作するよう構成することもできる。

【００２３】また前記検査装置に於いて、前記トーチに
切断酸素ガス及び燃料ガス及び支燃ガス、またはプラズ
マガスを供給する配管に電磁弁を設け、前記火口又はノ
ズル着脱装置が前記火口又は前記ノズルを前記トーチに
装着した後に所定の位置に退避したことに対応して、前
記制御部が前記電磁弁に弁を開く指示を出すものである
ことを特徴とする。

【００２４】また前記切断火口の検査装置において、前
記切断トーチに切断酸素ガス及び燃料ガス及び支燃ガ
ス、またはプラズマガスを供給する各供給路に、気体に
熱を加える二つの自己加熱型抵抗体と、該二つの自己加
熱型抵抗体に流れる電流の差を電圧に変換するブリッジ
回路と、前記電圧と基準電圧を比較する比較演算部と、
該比較演算部の指示に応じて流量を調節する弁の開閉を
行う開度調整部と、を有するガス流量調節機構を設けた
ことを特徴とする。

【００２５】また上記課題を解決するために、本発明に
係る切断装置は、一本ないし多数本のトーチを取り付け
て移動させるフレームと、請求項６に記載の検査装置と
を有する切断または溶接装置であって、前記ＣＣＤカメ
ラを前記トーチに対向し得るよう配置すると共に、前記
制御部と前記画像処理部を前記フレームに搭載したこと
を特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】

［第一実施形態］本発明に係る検査方法及び検査装置の
第一の実施形態を、ガス切断火口を例に用いて図を用い
て詳細に説明する。本実施形態は、ＣＣＤカメラによる
画像を多重閾値処理として二値化処理することにより火
炎性状の良否を判断するものである。図１はガス切断火
口および火炎を表す図、図２はガス切断火口の検査装置
の構成を表す図、図３は画像処理のフローチャートであ
る。まず、図１および図２によりガス切断火口の検査装
置の構成を説明し、次に検査装置の動作について順を追
って説明する。

【００２７】図１に示すガス切断火口１（以後単に切断
火口１という）は、中央に切断酸素ガスを噴射する孔を
有し、その孔の周囲に燃料ガス及び支燃ガスを噴射する
複数の孔あるいは環状のスリットが配置されている。切
断火口１は、ガス切断トーチ２（以後単にトーチ２とい
う）に装着してアセチレンガス、ＬＰＧガス、コークス
炉ガス等の燃料ガスと酸素ガスなどの支燃ガスを供給さ
れると共にこれらの混合ガスを噴射して点火すること
で、白点３ａ、二次火炎３ｂからなる火炎３を形成する
と共に、切断火口１に切断酸素ガスを供給して噴射する
ことで切断酸素気流４を形成したとき、該気流４の周囲
を包む白熱部４ａが形成される。

【００２８】火炎３を構成する一つである白点３ａは切
断火口１の内部で混合した燃料ガスと支燃ガスが完全燃
焼して形成されるものであり、光輝を持った白色あるい
は薄青色の半透明の炎である。二次火炎３ｂは解離した
一酸化炭素や水素が大気中の酸素と反応して燃焼した赤
色あるいは橙色系統の極めて薄い透明の炎である。

【００２９】切断酸素気流４を構成する白熱部４ａは解
離した一酸化炭素や水素が切断火口１から噴射された切
断酸素ガスと再度混合することで完全燃焼して形成され
るものであり、白点３ａよりも僅かに薄い白色あるいは
薄青色の半透明の部分である。従って、切断酸素気流４
は切断火口１に火炎３が形成されているときに該切断酸
素気流４の周囲に形成される白熱部４ａによってのみ認
識することが可能となる。

【００３０】切断火口１の装着されるトーチ２は図示し
ない作業台に回転可能に取り付けられており、トーチ駆
動モーター21によって回転させられる。トーチ駆動モー
ター21はパルスモーターであり、制御部５より出される
指示に従ってトーチ２を必要な角度回転させることがで
きる。

【００３１】トーチ２には切断酸素ガス及び燃料ガス及
び支燃ガスを供給するための独立した三本のホースが接
続されており、各ホースはガス流量調節機構である定流
量素子22を介して配管26に接続されている。配管26には
電磁弁24が設けられており、この電磁弁24は制御部５の
指示に従って開閉し、ガスの供給の開始または停止を行
うことができる。

【００３２】ここで定流量素子22とは管内を流れるガス
の流量を一定に保つフィードバック制御を行うユニット
である。ユニット内においてガスの流路に支流を設け、
該支流の上流および下流に自己加熱型抵抗体を設置し、
電流を流して発熱させる。支流管内をガスが流れると自
己加熱型抵抗体からガスに熱量が移動するが、上流にお
いてすでにある程度熱量が移動するために、下流におい
て移動する熱量は上流におけるそれよりも小さいものに
なる。

【００３３】従って上流と下流の自己加熱型抵抗体に温
度差が発生し、電気抵抗値に差異が生じる。この電気抵
抗値の差をブリッジ回路により電圧に変換し、この電圧
と分配ユニット23から与えられる基準電圧とを比較演算
部において比較することによって流量の狂いを検出する
ことができる。その流量の狂いに応じて開度調整部がユ
ニット内に設けられた弁の開度を調節することによっ
て、ガスの供給圧や外部気圧に影響されることなく常に
ガスの流量を一定に保つことができる。

【００３４】またトーチ２近傍に切断火口着脱装置30が
設けられている。これは制御部５の指示により切断火口
１をトーチ２に着脱するものであり、取り外す際には切
断火口１の検査の合否に対応して、切断火口１を次行程
のラインまたは修正ラインに分類する機能を有してい
る。また、同様にトーチ２近傍には切断火口１に点火す
る自動点火装置33、および点火がなされたことを検知す
る火炎検出装置34、火炎３及び切断酸素気流４及び白点
３ａを撮影するためのＣＣＤカメラ11が設けられてい
る。

【００３５】切断火口１と対向して配置されたＣＣＤカ
メラ11は、光電変換素子である多数のＣＣＤ素子を直交
２方向に配列（例えば512x512 或いは640 ×480 ）して
構成されている。このＣＣＤカメラ11は、ＣＣＤ素子の
一方の配列方向が切断火口１の軸心1aと平行になるよう
な姿勢で図示しないフレームに固定されている。そして
ＣＣＤカメラによる撮影範囲を設定することで、個々の
素子による分解能が決定される。本実施形態では、ＣＣ
Ｄカメラ11による撮影範囲を100mm ×100mm とすること
で、縦横0.19mm/dotの分解能を有するように設定してい
る。

【００３６】ＣＣＤカメラ11によって撮影された画像信
号は、画像処理部10に伝達される。画像処理部10は、Ｃ
ＣＤカメラ11より伝達された画像信号を多重閾値処理で
ある二値化処理を行う階調処理部12と、処理したデータ
を記憶させる二値記憶部13、該データから火炎の切断酸
素および白点の長さ、太さ、傾き、広がり等の各火炎性
状を計算する演算部14と、演算結果記憶部15と、比較演
算部17と、比較すべき基準値及び許容誤差を記録させた
許容値記憶部16とを有している。また画像処理部10には
比較判定結果を画面出力するためのモニター18、および
各装置を統括して動作の指示を出す制御部５とが接続さ
れている。

【００３７】次に、本実施形態に係るガス切断火口の検
査装置がある一本の切断火口１を検査する際の動作につ
いて説明し、併せて本発明に係る切断火口の検査方法に
ついて説明する。

【００３８】まず図示しない切断火口搬送装置によっ
て、検査前の切断火口１が図示しない所定の位置に載置
される。すると制御部５が切断火口着脱装置30に指示を
出し、切断火口着脱装置30のアーム31の先端に設けられ
たマニピュレータ32が切断火口１をピックアップしてト
ーチ２に装着する。切断火口１をトーチ２に装着した
後、切断火口着脱装置30のマニピュレータ32およびアー
ム31は火炎の影響を受けない位置まで退避する。

【００３９】切断火口着脱装置30のアーム31の退避が完
了すると、制御部５からの指示により電磁弁24が開かれ
て、トーチ２に切断酸素ガスおよび燃焼ガスおよび支燃
ガスの供給が開始される。ここで各ガスの流量は定流量
素子22の働きによって一定に保たれている。トーチ２に
供給されたガスは切断火口１から噴出し、自動点火装置
33によって点火される。火炎３が形成されて切断酸素気
流４及び白点３ａが発生したことを火炎検出装置34が検
知したことにより、切断火口１の検査が開始される。

【００４０】撮影を行ってから良否の判断をするまでの
過程のフローチャートを図３に示す。制御部５の指示に
より、切断火口１の先端に生成された火炎３及び切断酸
素気流４及び白点３ａをＣＣＤカメラ11によって撮影
し、画像を取得する。撮影した画像信号は画像処理部10
内に設けられた階調処理部12に送られて二値化される。

【００４１】すなわち、ＣＣＤカメラ11を構成する各Ｃ
ＣＤ素子が取得した画像信号により得られる輝度を、あ
る定められたレベル以上ならば１、それ以下ならば０と
して一桁の二進数データに変換する。たとえば前記レベ
ルを切断酸素気流４の白熱部４ａの輝度よりも僅かに低
い輝度に設定すれば、白熱部４ａを撮影したＣＣＤ素子
の二値データは１となり、白熱部４ａの外部を撮影した
ＣＣＤ素子の二値データは０となる。

【００４２】従ってＣＣＤカメラ11による画像を階調処
理部12に於いて横方向にスキャンしつつ各ＣＣＤ素子の
配列に対応した二値データを取得することにより、白熱
部４ａの輪郭画像を座標としてとらえることができる。
また、白点３ａは白熱部４ａよりも輝度が高いため、双
方同時に輪郭の座標をとらえることができる。

【００４３】ＣＣＤカメラ11による撮影は一本の切断火
口１についてトーチ２の回転角度を変えて複数回行われ
る。上記の階調処理部12による二値化が終了すると、そ
の二値データは一旦二値記憶部13に蓄えられる。ここで
制御部５のステップ５ａにおいて、所定の全方位につい
て撮影が終了したかどうかを判定し、終了していれば次
行程に進み、終了していなければトーチ駆動モーター21
によりトーチ２を所定角度回転させて、次なる角度にお
いて撮影を行う。

【００４４】所定の全方位について撮影が終了すると制
御部５から電磁弁24に指示を出してガスの供給を停止す
る。そして二値記憶部13に蓄積した各角度における二値
データは、演算部14において解析することによって火炎
の状態を認識することができる。例えば60°ずつ回転さ
せて四回撮影すれば、トーチ２は最大180 °回転するこ
ととなり、白点３ａおよび切断酸素気流４の軸心を算出
することができ、さらには軸心からの傾きや、太さ、長
さ、扁平率、乱れ等の火炎性状を算出することができ
る。この算出された種々の火炎性状を一旦演算結果記憶
部15に記憶させておき、予め許容値記憶部16に記憶され
た基準値および許容誤差と、比較演算部17において逐一
比較することによって切断火口１の良否を判断して検査
結果を出力する。

【００４５】比較演算部17は、検査結果をモニター18に
出力して監視員に示すとともに制御部５に信号を出し、
制御部５はその結果に基づいて切断火口着脱装置30に指
示を出す。切断火口着脱装置30はステップ５ｂにおい
て、検査に合格ならば切断火口１を次行程30ａのライン
に移動させ、不合格ならば修正ライン30ｂに移動させ
る。そして次なる切断火口１をトーチ２に装着する。

【００４６】尚、上記第一実施形態において、撮影を行
ってから良否の判断をするまでの過程において全方位撮
影してから切断火口の良否を判断したが、撮影を行う度
に良否を判断することによって不良品検出を早めること
ができる。図４に画像処理の他の実施形態に係るフロー
チャートを示す。

【００４７】ＣＣＤカメラ11によって取得したある角度
における画像情報を、画像処理部10内に設けられた階調
処理部12に送って二値化する。そしてすぐに演算部14に
おいて切断酸素気流４および白点３ａの各火炎性状を演
算する。そしてこの演算結果と許容値記憶部16に記憶さ
れた基準値及び許容誤差とを比較演算部17において比較
演算する。

【００４８】すると回転せずともわかる火炎性状、例え
ば切断酸素気流４の広がり、ある程度以上の傾き、また
白点３ａの左右の大きさの違いなどにおいて基準値及び
許容誤差と比較することができ、それらに何らかの不良
を発見した場合にはその時点で切断火口着脱装置30によ
り修正ライン30ｂに送られる。

【００４９】また、上記のようにある角度における比較
演算に合格したものは、全方位の撮影が終了したかどう
かを判断し、終了していなければトーチ駆動モーター21
によってトーチを所定角回転させ、ＣＣＤカメラ11によ
って次の角度における画像取得を行う。全方位撮影が終
了していれば、切断火口１は次行程30ａに送出する。こ
れらのことより、全方位撮影することなく不良品を検出
することができ、検査の速度向上を図ることができる。

【００５０】［第二実施形態］次に、本発明に係る検査
方法及び検査装置の第二実施形態を図を用いて詳細に説
明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分につい
ては同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態
は、ＣＣＤカメラによる画像を多重閾値処理として二つ
以上の閾値を設定し、更にニューラルネットワークを用
いて火炎性状の良否を判断するものである。図５は本実
施形態に係るガス切断火口の検査装置の構成を表す図、
図６は画像処理のフローチャート、図７はＣＣＤカメラ
によって撮影された画像を示す図、図８はニューラルネ
ットワークの模式図である。まず、図１および図２によ
りガス切断火口の検査装置の構成を説明し、次に検査方
法について説明する。

【００５１】図５に示す切断火口の検査装置には切断火
口に形成した火炎を検出するための火炎検出装置は設け
られていないが、後述するようにＣＣＤカメラ11によっ
て一定時間毎に火炎の位置を撮影し、多重閾値処理して
火炎を検出するよう構成されている。

【００５２】画像処理部10は、二台のＣＣＤカメラ11よ
り伝達された画像信号を閾値処理する階調処理部12と、
閾値処理したデータから火炎性状の良否を判断するパタ
ーン処理部20と、火炎性状の基準値及び許容誤差を記録
させた許容値記憶部16とを有している。

【００５３】これら二台のＣＣＤカメラ11は、一方は切
断酸素気流４に対向し、他方は白点３ａに対向してこれ
らを監視するよう配置されている。ここで、本実施形態
に於いては二台設置しているが、白点３ａのみしか監視
しない場合には一台でもよく、またより大きい火炎を監
視する場合には三台またはそれ以上の台数を設置するこ
とでも良い。

【００５４】次に、本実施形態に係るガス切断火口の検
査装置がある一本の切断火口１を検査する際の動作につ
いて説明し、併せて本発明に係る切断火口の検査方法を
説明する。

【００５５】二台のＣＣＤカメラ11は図６のフローチャ
ートに示すように、所定時間毎に切断火口１の火炎の位
置を撮影し、取得した２５６階調の白黒画像から得られ
る輝度レベルを階調処理部12がステップ12ａにおいて多
重閾値処理する。その結果得られたデータが火炎の性状
を示しているか否かをステップ５ｃにて判断し、火炎が
生成されたと検出した場合は次のステップ12ｂへと進
み、火炎が生成されたことを検出しなかった場合は再び
所定時間後に火炎の位置を撮影するという手順を繰り返
す。

【００５６】なお、ここで単純に火炎位置の輝度のみを
もって火炎の生成を検出すると、特にガス切断火口にお
いては点火しても爆発したのみで火炎が消失してしまう
場合があるため、存在しない火炎に対して撮影及び解析
を開始してしまう場合がある。しかし上述の如く多重閾
値処理を行って火炎性状によって判断することにより、
正確に火炎が形成されたことを検出することができる。

【００５７】火炎が検出された場合には、図６に示すフ
ローチャートのように、火炎性状の良否の判断を開始す
る。まず撮影された火炎の画像は、階調処理部12に送出
される。これを階調処理部12がステップ12ｂにおいて多
重閾値処理し、火炎性状をデータ化する。

【００５８】図7(a)はＣＣＤカメラ11によって撮影した
画像の例を示す図である。この画像において白点３ａの
移っている部分を下部から上部までｍ分割し、それぞれ
の位置、即ちスキャン層Ｓ１〜Ｓｍにおいて火炎を横切
るようにスキャンし、輝度レベルを取得する。

【００５９】図7(b)は各スキャン層Ｓｍにおける横方向
の位置と輝度とを例示する図である。まず白点３ａ全体
の幅を得るために所定の閾値Ｐ０を設定し、ある座標に
於ける輝度レベルが閾値Ｐ０以上ならば１、それ以下な
らば０として一桁の二進数データに変換する。従って、
前記閾値Ｐ０の値を、白点３ａの輝度レベルよりも低
く、且つ二次火炎３ｂの輝度レベルより高い値に設定す
ることにより、白点幅Ｘｍを得ることが出来る。

【００６０】また同時に各白点３ａの中心座標を得るた
めに各自の閾値Ｐ１，Ｐ２，…をそれぞれ設定し、その
閾値より高い部分を抽出することにより各白点３ａの幅
を取得し、これより各白点３ａの中心座標Ｙを算出す
る。従って白点３ａがｎ個あったとすれば、スキャン層
Ｓｍにおいて中心座標Ｙm1〜Ｙmnのデータが得られるこ
ととなる。

【００６１】これらの操作をスキャン層Ｓ１〜Ｓｍにつ
いて行うことにより一本の切断火口１について得られた
白点幅Ｘ１〜Ｘｍ及び中心座標Ｙ11〜Ｙmnのデータ全体
を、以後学習パターンという。この学習パターンをステ
ップ18ａにてモニター18に表示して操作員に提示すると
共に、パターン処理部20に入力する。パターン処理部20
は、図８に示すニューラルネットワークによって構成さ
れている。

【００６２】本実施形態に係るニューラルネットワーク
は三層のニューロンの層を有しており、入力層Ａ、中間
層Ｂ、出力層Ｃから構成されている。ニューラルネット
ワークの学習則にはバックプロパゲーション法を用い、
また荷重Ｗの修正法には一括修正法、荷重修正量の計算
にはモーメント法を用いる。一括修正法は学習パターン
全体でその修正量の総和をとり、これを用いて荷重を修
正する方法であって、学習パターン全体一個毎に修正を
行う逐次修正法よりも修正回数が少なくなるので学習時
間を短縮することができる。

【００６３】入力層Ａ及び出力層Ｃには学習パターンを
入力し、ニューラルネットワークを学習させる。また中
間層Ｂには入力層Ａのデータの荷重Ｗつきの和を与え
る。入力層Ａのニューロンは、夫々中間層Ｂの二つのニ
ューロンに接続する（生物体のシナプス結合を模倣して
いる）。すなわちスキャン層Ｓ１〜Ｓｍに対応して、中
間層はＢ１〜Ｂ2mまでの要素を有している。このように
入力層Ａのニューロンが二個の中間層Ｂのニューロンに
接続することにより、非線形システムを構築することが
できる。

【００６４】例えばあるスキャン層Ｓｍに於ける各白点
３ａの中心座標Ｙのインデックスをｉ（白点幅Ｘのイン
デックスをｉ=0とする）、中間層Ｂのインデックスをｊ
(j=2m or 2m-1)とすると、白点幅Ｘ又は各白点３ａの中
心座標Ｙと中間層Ｂとの間に課される荷重はＷijと表さ
れる。これを用いて、中間層Ｂｊは次式で表される。

【００６５】

【数１】

【００６６】ここで荷重Ｗijは上記の如く一括修正法に
て修正されるが、その際の荷重修正量ΔＷ(k) はモーメ
ント法にて計算される。具体的には前回の荷重修正量を
ΔＷ(k-1) とし、誤差からの修正量をｄとすると、次式
によって求める。

【００６７】

【数２】

【００６８】ここでａは安定化係数である。

【００６９】中間層Ｂの各ニューロンは与えられた和を
シグモイド関数により実数あるいは０〜１の範囲に変換
して出力する。この中間層Ｂの出力は、上述と同様に、
荷重付き和として出力層Ｃに与えられる。

【００７０】ここでバックプロパゲーション学習方法に
於いて、中間層と出力層を接続するシナプス荷重Ｖkjの
修正量ΔＶkj、および出力層のニューロンの閾値γk の
修正量Δγk は、次式で与えられる。

【００７１】

【数３】

【００７２】学習パターンがよいパターンである場合に
教師信号Ｔk は1.0 となり、その逆の場合には0.0 とな
る。このように出力層の出力Ｏk と教師信号Ｔk の差Δ
Ｖを小さくしていくことにより、ニューラルネットワー
クが学習し、より正しい出力層出力Ｏk を得ることがで
きる。最終的に出力層Ｃは中間層Ｂより与えられた和を
シグモイド関数により０〜１の範囲に変換して出力し、
これが一定値以上ならばその切断火口は良とし、一定値
以下ならば否とする。

【００７３】パターン処理部20による良否判断結果は、
ステップ18ｂにてモニター18に出力して監視員に示すと
ともに、制御部５に信号を送出する。制御部５はその結
果に基づいて切断火口着脱装置30に指示を出す。切断火
口着脱装置30は、検査に合格ならば切断火口１を次行程
30ａのラインに移動させ、不合格ならば修正ライン30ｂ
に移動させる。そして次なる切断火口１をトーチ２に装
着する。

【００７４】上記の如く構成したことにより、本発明に
係る切断火口の検査方法及び検査装置によれば、このよ
うに、本発明に係る切断火口検査装置を用いれば切断火
口の検査を自動化することができ、作業員を強い光およ
び高熱によって疲労させることなく、また大幅な人員削
減をすることができる。また判断基準を画一化すること
によって製品の品質の規格化を向上させることができ、
多数本のトーチを搭載した平行切断装置やＮＣ切断装置
に用いる際にも個体差の少ないものとすることができ
る。

【００７５】また良否判断にニューラルネットワークを
用いることにより、線形システムでは判別の困難な火炎
性状の良否判断を効率的且つ的確に行うことができる。

【００７６】なお上記第一及び第二実施形態において、
切断火口としてガス切断火口を用いて説明したが、切断
トーチ及び送出するガス等を適宜変更することによっ
て、同様にプラズマ切断火口の検査装置とすることがで
きる。

【００７７】また、説明の都合上画像処理部10の各構成
要素および制御部５をそれぞれ分割して説明したが、実
際には一台又は複数台のコンピュータをプログラムによ
り動作させ、階調処理、輪郭座標取得、火炎性状演算、
比較演算、および制御シーケンス等はＣＰＵにより行
い、階調記憶および演算結果記憶をＲＡＭにより行い、
またこれらを実施するプログラム及び火炎性状の基準
値、許容誤差は磁気記憶媒体やＲＯＭに保存するという
形態が一般的である。

【００７８】また、ＣＣＤカメラ11の構成を512x512 或
いは640x480 のＣＣＤ素子により100mmX100mm の撮影範
囲として分解能を縦横0.19mm/dotと説明したが、これら
は切断火口１および切断火口１の形成する火炎等の大き
さに準じて適宜設定することでよい。

【００７９】また、図２においてトーチ２の上方に切断
火口１を装着し、上方に向かって火炎等を噴射する構成
として示したが、本発明はこれに限定するものではな
く、横または下方に向けて火炎を噴射するよう切断火口
１を装着することでも良い。また第１実施形態において
複数回撮影する際にトーチ２を60°ずつ回転させつつ四
回撮影すると説明したが、さらに小さい角度ずつ回転さ
せながら回数多く撮影することによって、より正確な画
像情報を取得することができる。またパルスモーターに
より回転を行ったが、ラックや歯車、アームなどの機械
装置を用いて回転角を決定することでも良い。

【００８０】［第三実施形態］図９、図10を用いて本発
明に係る第三実施形態を示す。図９に示すのは複数のト
ーチと共に切断火口の検査装置を搭載した数値制御（以
下ＮＣ）切断装置を説明する模式図、図10はＮＣ切断装
置に搭載した切断火口の検査装置のブロック図である。
このＮＣ切断装置に搭載した切断火口の検査装置におい
て、上記第一又は第二実施形態と説明の重複する部分に
ついては、同一の符号を付して説明を省略する。

【００８１】本実施形態に係るＮＣ切断装置の架構42
は、平行に敷設されたレール41に載置されている。架構
42はサドル42ａと、レール41に対して直行方向に配置さ
れたガーター42ｂとからなり、サドル42ａに取り付けた
走行モーター43によってレール41上を走行し得るよう構
成されている。またガーター42ｂにはトーチ２を取り付
けた複数（本実施形態に於いては５台）のキャリッジ44
が搭載されている。

【００８２】ガーター42ｂの下方には、該ガーター42ｂ
と平行にボールネジ27及びガイド部材28が配置され、こ
れにＣＣＤカメラ11を位置調整可能に取り付けたブラケ
ット29が装着されている。ボールネジ27はサドル42ａに
設けられた駆動モーター50によって駆動され、これに従
ってブラケット29がガーター42ｂに沿って往復移動し、
ＣＣＤカメラ11がすべてのトーチ２の正面に位置し得る
よう構成されている。

【００８３】ＣＣＤカメラ11は、縦方向に配列されたＣ
ＣＤ素子列の中から予め基準列が設定され、この基準列
が垂直方向と一致するようにブラケット29に取り付けら
れている。従って、ボールネジ27を駆動してブラケット
29を移動させる際には、ガーター42ｂに設定された装置
原点とＣＣＤカメラ11に設定された基準列との距離が制
御対象となる。

【００８４】図10に示すようにＮＣ切断装置には、マイ
クロコンピュータやＮＣ装置、或いはパソコンからなる
上位の制御装置45が搭載されており、ＮＣ切断装置及び
切断火口検査装置の制御装置を構成する。

【００８５】制御装置45は切断作業の開始前及び終了後
に切断火口の検査をする。その際、まずブラケット29を
駆動させる駆動モーター50に指示を出して、予め記憶さ
れた距離移動させて切断火口１とＣＣＤカメラ11を対向
させる。しかる後に、切断火口検査装置の制御部５に指
示を出して、ＣＣＤカメラ11により切断火口に形成され
た火炎を撮影し、画像処理部10において撮影した画像情
報から火炎性状の良否判断を行う。

【００８６】切断火口の検査が終了すると、結果をモニ
ター18に表示すると共に、良と判断すれば再び駆動モー
ター50を駆動させて次の切断火口１の位置まで移動す
る。ここで否と判断した場合には、切断火口着脱装置30
をもって切断火口１を交換し、しかる後に次の切断火口
１の位置まで移動する。これをすべての切断火口１に対
して繰り返す。

【００８７】上記の如く構成したことにより本発明に係
る切断装置によれば、切断火口１の検査を自動化するこ
とができ、作業員を必要とせずに不良となった切断火口
１を検出、交換することができる。

【００８８】また、切断の開始前及び終了後共に火炎性
状が良好である場合にはこの切断火口による切断面も良
好であると判断することができる。逆に、切断開始前に
は良好だった火炎性状が切断終了後に不良となった切断
火口を検出することにより、その切断火口による切断面
が不良であると判断することができる。従って、かかる
切断火口の存在をモニター18に警告するかまたは記録に
残すことにより、無人にして切断材の不良品をも検出す
ることができる。

【００８９】なお、上記各実施形態に係る検査方法、検
査装置及び切断装置に於いてはガス切断火口を例として
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
ガス溶接火口、プラズマ切断ノズル、プラズマ溶接ノズ
ルにおいても同様の構成を以て実施することができる。

【００９０】また、上記第三実施形態に於いてＣＣＤカ
メラ11を搭載したブラケット29をボールネジ27にて駆動
させる構成としたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、例えばガーター42ｂと平行にラックを配置する
と共に、駆動モーター50及びピニオンをブラケット29に
搭載して駆動するよう構成することも可能である。

【００９１】また、上記第一乃至第三実施形態において
対人用の結果出力装置としてはモニター18を用いたが、
これをプリンタまたはプリンタとモニター両方を設ける
などして出力することでも良い。また磁気記憶媒体など
に結果を一定期間保存することにより過去の検査結果を
検索することが可能なものとすることも有効である。

【００９２】また、第三実施形態において、ガーター42
ｂに５本の切断火口１を搭載した場合について説明した
が、この構成に限定されるものではない。即ち、本発明
における切断火口の検査は、ガーター42ｂに何本の切断
火口１が搭載されていても個々の切断火口１毎に独立し
て行われるものであり、その搭載数に制限はない。

【００９３】

【発明の効果】本発明に係る検査方法及び検査装置によ
れば、ガス火口又はプラズマノズルの検査を自動化する
ことができ、作業者を労働から開放し、また使用者にし
てみれば人員を削減することができる。また、製品の品
質の良否判断基準を個々の作業者の主観に依存すること
なく、規格化することができる。

【００９４】また良否判断にニューラルネットワークを
用いることにより、線形システムでは判別の困難な火炎
の全体の形状から良否判断を行うことができる。これに
よって人間が視認により行っていた総合的な判断を自動
化することができ、効率的且つ的確に、且つ画一的な判
断基準をもって良否判断をすることができる。

【００９５】また、本発明に係る検査装置を切断装置に
適用すれば、ガス火口又はプラズマノズルの出荷時のみ
ならず、使用中の火口等を随時検査、交換することがで
きる。この事により、作業人員を必要とすることなく常
に良好な火炎を形成する火口等をもって切断を行うこと
ができる。

【００９６】また、切断作業の前後において火炎性状を
比較することにより間接的に切断面または溶接面の品質
を判断することができるため、無人で自動的に品質の良
否をも判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス切断火口および火炎を表す図である。

【図２】第１実施形態に係るガス切断火口の検査装置の
構成を表す図である。

【図３】画像処理のフローチャートである。

【図４】画像処理の他の実施形態に係るフローチャート
である。

【図５】第二実施形態に係るガス切断火口の検査装置の
構成を表す図である。

【図６】画像処理のフローチャートである。

【図７】ＣＣＤカメラによって撮影された画像を示す図
である。

【図８】ニューラルネットワークの模式図である。

【図９】複数のトーチと共に切断火口の検査装置を搭載
した数値制御切断装置を説明する模式図である。

【図10】数値制御切断装置に搭載した切断火口の検査装
置のブロック図である。

【図11】ガス切断火口における不良切断酸素気流の例を
示す図である。

【図12】ガス切断火口における不良白点の例を示す図で
ある。

【符号の説明】 Ａ …入力層 Ｂ …中間層 Ｃ …出力層 Ｐ …閾値 Ｓ …スキャン層 Ｗ …荷重 Ｘ …白点幅 Ｙ …中心座標 １ …ガス切断火口 ２ …ガス切断トーチ ３ …火炎 ３ａ …各白点 ３ｂ …二次火炎 ４ …切断酸素気流 ４ａ …白熱部 ５ …制御部 10 …画像処理部 11 …ＣＣＤカメラ 12 …階調処理部 13 …二値記憶部 14 …演算部 15 …演算結果記憶部 16 …許容値記憶部 17 …比較演算部 18 …モニター 20 …パターン処理部 21 …トーチ駆動モーター 22 …定流量素子 23 …分配ユニット 24 …電磁弁 26 …配管 27 …ボールネジ 28 …ガイド部材 29 …ブラケット 30 …切断火口着脱装置 30ａ …次行程 30ｂ …修正ライン 31 …アーム 32 …マニピュレータ 33 …自動点火装置 34 …火炎検出装置 41 …レール 42 …架構 42ａ …サドル 42ｂ …ガーター 43 …走行モーター 44 …キャリッジ 45 …制御装置 50 …駆動モーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 炳哲 東京都江戸川区西小岩３丁目35番16号 小 池酸素工業株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＣＤカメラを用いてガス切断又は溶接
   用火口の良否を検査する方法であって、ガストーチに装
   着された前記火口から噴射される火炎をＣＣＤカメラに
   よって撮影し、撮影によって得られた複数階調の画像信
   号の輝度レベルを多重閾値処理して火炎の輪郭座標を決
   定し、該輪郭座標から前記火炎の火炎性状を算出して、
   該火炎性状を所定の基準値及び許容誤差と比較演算して
   前記火口が形成する火炎性状の良否を判断することによ
   って前記火口の良否を判断することを特徴とする検査方
   法。
2. 【請求項２】 ＣＣＤカメラを用いてプラズマ切断又は
   溶接用ノズルの良否を検査する方法であって、プラズマ
   トーチに装着された前記ノズルから噴射されるプラズマ
   アークをＣＣＤカメラによって撮影し、撮影によって得
   られた複数階調の画像信号の輝度レベルを多重閾値処理
   してアークの輪郭座標を決定し、該輪郭座標から前記ア
   ークのアーク性状を算出して、該アーク性状を所定の基
   準値及び許容誤差と比較演算して前記ノズルが形成する
   アーク性状の良否を判断することによって前記ノズルの
   良否を判断することを特徴とする検査方法。
3. 【請求項３】 前記ＣＣＤカメラによる前記火炎又は前
   記アークの撮影は角度を変えて複数回行うことを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載の検査方法。
4. 【請求項４】 前記ＣＣＤカメラによって常時前記火炎
   又は前記アークの位置を撮影し、且つ撮影した複数階調
   の画像信号を多重閾値処理することにより形成された前
   記火炎又は前記アークを検出し、前記比較演算を開始す
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項に記載の検査方法。
5. 【請求項５】 前記火炎又は前記アークの輪郭座標をニ
   ューラルネットワークを用いてパターン認識処理するこ
   とにより、前記火口又は前記ノズルの良否を判断するこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の検査方法。
6. 【請求項６】 ガス切断又は溶接用火口を検査する装置
   であって、前記火口を装着するガストーチと、多数のＣ
   ＣＤ素子を直交方向に配列して構成されたＣＣＤカメラ
   と、該ＣＣＤカメラに指示を出して前記火口より噴射さ
   れる火炎を撮影させる制御部と、前記ＣＣＤカメラによ
   って撮影した複数階調の画像信号を多重閾値処理して火
   炎の輪郭座標を決定し、予め記憶された基準値及び許容
   誤差と比較して前記火口の良否を判断する画像処理部と
   を有することを特徴とする検査装置。
7. 【請求項７】 プラズマ切断又は溶接用ノズルを検査す
   る装置であって、前記ノズルを装着するプラズマトーチ
   と、多数のＣＣＤ素子を直交方向に配列して構成された
   ＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラに指示を出して前記ノ
   ズルより噴射されるアークを撮影させる制御部と、前記
   ＣＣＤカメラによって撮影した複数階調の画像信号を多
   重閾値処理してアークの輪郭座標を決定し、予め記憶さ
   れた基準値及び許容誤差と比較して前記ノズルの良否を
   判断する画像処理部とを有することを特徴とする検査装
   置。
8. 【請求項８】 前記検査装置の前記火口近傍に自動点火
   装置を設けるとともに、前記制御部は前記火口に酸素ガ
   ス、燃料ガス及び支燃ガスが供給されたことに対応して
   前記自動点火装置に作動の指示を出すものであることを
   特徴とする請求項６に記載の検査装置。
9. 【請求項９】 前記火口又は前記ノズルの近傍に火炎又
   はアークを検出する火炎検出装置を設け、該火炎検出装
   置から送出される信号によって、前記火口又は前記ノズ
   ルの検査を開始するよう構成したことを特徴とする請求
   項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の検査装置。
10. 【請求項１０】 前記検査装置において、前記火口又は
    前記ノズルを取り付けるトーチが回転可能であるか又は
    前記ＣＣＤカメラが前記トーチの周囲を回転可能に構成
    されていることを特徴とする請求項６乃至請求項９のい
    ずれか１項に記載の検査装置。
11. 【請求項１１】 前記検査装置において、検査前の前記
    火口又は前記ノズルを前記トーチに装着すると共に検査
    後の前記火口又は前記ノズルを取り外す際に検査結果の
    良否に応じて分類する火口又はノズル着脱装置を設け、
    且つ該火口又はノズル着脱装置を前記制御部の指示によ
    り動作するよう構成したことを特徴とする請求項６乃至
    請求項10のいずれか１項に記載の検査装置。
12. 【請求項１２】 前記検査装置に於いて、前記トーチに
    切断酸素ガス及び燃料ガス及び支燃ガス、またはプラズ
    マガスを供給する配管に電磁弁を設け、前記火口又はノ
    ズル着脱装置が前記火口又は前記ノズルを前記トーチに
    装着した後に所定の位置に退避したことに対応して、前
    記制御部が前記電磁弁に弁を開く指示を出すものである
    ことを特徴とする請求項６乃至請求項11のいずれか１項
    に記載の切断火口の検査装置。
13. 【請求項１３】 前記切断火口の検査装置において、前
    記切断トーチに切断酸素ガス及び燃料ガス及び支燃ガ
    ス、またはプラズマガスを供給する各供給路に、気体に
    熱を加える二つの自己加熱型抵抗体と、該二つの自己加
    熱型抵抗体に流れる電流の差を電圧に変換するブリッジ
    回路と、前記電圧と基準電圧を比較する比較演算部と、
    該比較演算部の指示に応じて流量を調節する弁の開閉を
    行う開度調整部と、を有するガス流量調節機構を設けた
    ことを特徴とする請求項５又は請求項６又は請求項８乃
    至請求項１２のいずれか１項に記載の検査装置。
14. 【請求項１４】 一本ないし多数本のトーチを取り付け
    て移動させるフレームと、請求項６に記載の検査装置と
    を有する切断または溶接装置であって、前記ＣＣＤカメ
    ラを前記トーチに対向し得るよう配置すると共に、前記
    制御部と前記画像処理部を前記フレームに搭載したこと
    を特徴とする切断装置。