JPH1157998A - 自動切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】火炉壁の複数の管の隙間部をカメラ等を用いた
画像処理により複数の隙間板材を切断するための数値制
御データを作成し、切断の作業能率および隙間板材の切
断の歩留まりの向上をはかった自動切断装置を提供す
る。 【解決手段】任意の寸法の複数の管の隙間部に取り付け
られる任意の形状の複数の隙間板材を切断する自動切断
装置であって、火炉壁の対象となる部位を撮影する少な
くとも１台のカメラと、カメラで撮影した画像から、あ
らかじめ設定した既知の寸法を基に、複数の隙間板材の
各寸法をそれぞれの寸法データに変換する画像処理装置
と、画像処理装置の複数の寸法データから複数の隙間板
材の切断データを作成すると共に、切断ロボットに切断
データに基づいて切断の指示を行う切断制御装置と、切
断ロボットにより複数の隙間板材を連続して切断し作製
する自動切断装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はボイラ火炉から火炉
での燃焼によって発生した排ガスの流路を取り囲むよう
に配置される火炉壁や天井壁などを構成する管（伝熱管
など）の隙間部に溶接によって取り付けられる隙間板材
を切断する装置に係り、特に開口部などにおいて管に曲
げ加工が施されており、そのために寸法が一つ一つ異な
っている管と管の隙間に取り付けられる隙間板材の切断
を行うのに好適な自動切断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のボイラ火炉壁の管と管の隙間部に
取り付けられる隙間板材等の構造部材を切断する方法に
は、設計製作図の図面寸法に基づいて、原寸大で隙間板
材の図面を描き、該図面の輪郭線を光学的トレーサ等に
より追跡して切断する倣い切断方法、あるいは隙間板材
の形状を設計データに基づいて数値データに変換して、
その数値データに基づいて切断する数値制御（ＮＣ）切
断方法等が挙げられる。また、前工程で製作された火炉
壁などの実際の上記隙間板材の形状をＣＣＤカメラなど
から画像として取り込み、それを画像処理装置によって
数値データに変換し、その数値データに基づいて切断す
る方法が知られている。画像処理装置では、ＣＣＤカメ
ラなどから取り込まれた画像から、管の隙間を計測して
数値制御データへの変換処理を行うが、その際に、取り
込み画像の１画素当たりの寸法を決定する必要があり、
通常は、カメラのレンズから管までの距離を測定し、カ
メラのレンズ焦点距離、カメラの撮像素子の大きさ、お
よび画素数から計算して画像処理装置に入力するか、あ
るいは画像処理装置の画面上の２点間の距離を画像処理
装置に入力し、画像処理装置内部で演算処理をして１画
素当たりの寸法を決定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ボイラの火炉壁は、図
５に示すように、管（伝熱管）１と隙間板材２とが、交
互に並べられた構造となっており、管１と隙間板材２と
は溶接によって接合されている。管１の直管部は、溶接
作業能率の面や、溶接による変形を少なくするために、
通常は、多電極の直線溶接装置により溶接されている。
しかしながら、管１の曲管部については、管の隙間は、
管１の曲がり角度の違いにより、曲管部の隙間３ｂも隙
間ごとに寸法が多少違っていることや、管１と隙間板材
２を、上記自動溶接装置により接合した後、管１と管１
との間に直管部の隙間３ａ、曲管部の隙間３ｂが形成さ
れるが、この直管部の隙間３ａ、曲管部の隙間３ｂは、
溶接による変形のため、隙間ごとに寸法が異なってい
る。このように、管１と管１との一つ一つ異なる直管部
の隙間３ａ、曲管部の隙間３ｂに取り付けられる隙間板
材２を、従来の倣い切断方法や、数値制御による切断方
法によって切断すると、実際の管１と管１の直管部の隙
間３ａ、曲管部の隙間３ｂよりも大きい寸法の隙間板材
２や、それよりも小さい寸法の隙間板材２ができてしま
い、作業者がグラインダにより合わせ加工を行う必要が
生じたり、または実際に適用することができなくなる。
それで、実際の直管部の隙間３ａ、曲管部の隙間３ｂの
寸法に合わせて原寸大描いた図面によって倣い切断を行
うか、または実際の直管部の隙間３ａ、曲管部の隙間３
ｂの寸法に合わせて数値制御データを作成し、数値制御
切断を行って、実際の寸法に合わせた隙間板材２に切断
する必要があり、隙間板材２の切断製作歩留まり、およ
び切断作業能率のうえで問題があった。また、ボイラ伝
熱管のように対象物が大きいため、画像処理装置を移動
させて画像を取り込むような場合には、上記のような従
来の画像処理装置で１画素当たりの寸法を決定すると、
照明等の作業環境の違いにより寸法測定に誤差が生じて
しまい、正確な数値データを作成することができないと
いう問題があった。また、隙間板材２の両端部には、溶
接部の強度を確保するために、隙間板材２の両端部を開
先加工する場合があるが、隙間板材２の切断時に開先形
状を形成しようとすると、切断時の熱により隙間板素材
が歪み、切断トーチ９ａ、９ｂと、隙間板素材の距離が
変化するため、所望の開先形状を有する隙間板材２を形
成することができないという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、ボイラ等の火炉壁の複数
の管の隙間部に取り付けられる複数の隙間板材を自動的
に切断する自動切断装置において、複数の管の隙間部を
撮影カメラ等を用いた画像処理により複数の隙間板材を
切断するための数値制御データを作成し、隙間板材の切
断作業能率および切断製作歩留まりの向上をはかる自動
切断装置を提供することにある。また、本発明の目的
は、上記画像処理において、２値化しきい値を自動的に
設定して計測データから切断するための数値制御データ
を作成し、照明等の環境の違いによる測定誤差を無くし
た自動切断装置を提供することにある。また、本発明の
目的は、上記隙間板材の切断トーチの近傍に変位センサ
を設け、切断の狙い位置を常に一定に保持して、隙間板
材の切断作業能率および切断製作歩留まりを向上させる
自動切断装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、本発明は請求項１に記
載のように、任意の形状および寸法の複数の管の隙間部
に取り付けられ火炉壁を構成する任意の形状をした複数
の隙間板材を切断により作製する自動切断装置であっ
て、上記火炉壁の対象となる部位を撮影する少なくとも
１台のカメラと、該カメラで撮影した画像から、あらか
じめ設定した既知の寸法を基に、上記複数の隙間板材の
各寸法をそれぞれの寸法データに変換する画像処理装置
と、該画像処理装置の複数の隙間板材の寸法データから
複数の隙間板材の切断データを作成すると共に、切断ロ
ボットに上記切断データに基づいて切断の指示を行う切
断制御装置と、上記切断ロボットにより複数の隙間板材
を連続して切断し作製する手段を少なくとも備えた自動
切断装置とするものである。また、本発明は請求項２に
記載のように、請求項１において、カメラで撮影した画
像から複数の隙間板材の各寸法をそれぞれの寸法データ
に変換する画像処理装置は、火炉壁の対象となる部位の
管の外径寸法と、カメラのレンズから火炉壁の対象とな
る部位までの距離を画像処理装置に入力して、上記管の
外形寸法から取り込みを行った画像の１画素当たりの寸
法を自動的に計測すると共に、カメラのレンズから火炉
壁の対象となる部位までの距離および画像処理装置の解
像度から１画素当たりの寸法を計算して、上記２つの１
画素当たりの寸法を比較して、その寸法の比較結果が等
しくなるように、上記取り込みを行った画像の２値化し
きい値を変化させて演算を行い、取り込み画像の自動修
正を行う手段を備えた自動切断装置とするものである。
また、本発明は請求項３記載のように、請求項１または
請求項２に記載の自動切断装置であって、ガス切断トー
チもしくはプラズマ切断トーチを、それぞれ２個備え、
該切断トーチ２個を、それぞれ所定の角度を付けて切断
ロボットに搭載し、かつ非接触距離センサを切断ロボッ
トに搭載して、切断時に隙間板素材に生じる歪みを倣
い、溶接時に必要とする開先形状を形成しながら複数の
隙間板材の切断を行う手段を備えた自動切断装置とする
ものである。

【０００６】本発明の自動切断装置は、請求項１に記載
のように、一つ一つ違う管と管との隙間を撮影する少な
くとも１台のカメラで撮影した画像から、複数の隙間板
材の各寸法をそれぞれの隙間板材の正確な寸法データに
変換する画像処理と、上記寸法データから複数の隙間板
材を切断処理する数値制御データの作成と、切断ロボッ
トに上記数値制御データに基づいて切断の指示を与え、
切断ロボットに搭載された切断トーチ（ガスまたはプラ
ズマ切断）により切断を行うことができるため、作業者
の測定誤差や、作業環境の影響を受けることなく、火炉
壁の管と管の隙間部に取り付ける任意の寸法および形状
の複数の隙間板材を連続して切断により作製することが
可能となり、隙間板材の切断の作業能率および隙間板材
の切断製作歩留まりの向上をはかれる効果がある。ま
た、本発明の自動切断装置は、請求項２に記載のよう
に、カメラのレンズから火炉壁の対象となる部位までの
距離を画像処理装置に入力して、上記管の外形寸法から
取り込みを行った画像の１画素当たりの寸法を自動的に
計測すると共に、カメラのレンズから火炉壁の対象とな
る部位までの距離および画像処理装置の解像度から１画
素当たりの寸法を計算して、上記２つの１画素当たりの
寸法を比較して、その寸法の比較結果が等しくなるよう
に、上記取り込みを行った画像の２値化しきい値を変化
させて演算を行い、取り込み画像の自動修正を行うこと
ができるので、切断のための正確な数値制御データが得
られ、この数値制御データに基づいて切断ロボットを制
御するため、照明等の環境の違いによる測定誤差を無く
することができ、所望する正確な寸法と形状の複数の隙
間板材を作製できる効果がある。また、本発明の自動切
断装置は、請求項３に記載のように、ガス切断トーチも
しくはプラズマ切断トーチを、それぞれ２個備え、該切
断トーチ２個を、それぞれ所定の角度を付けて切断ロボ
ットに搭載し、かつ非接触距離センサを切断ロボットに
搭載して、切断時に隙間板素材に生じる歪みを倣い、溶
接時に必要とする開先形状を形成しながら複数の隙間板
材の切断を行う手段を備えているので、切断時に生じる
隙間板素材の歪みを距離センサにより検出し、これを切
断ロボット制御装置に入力して、ガスもしくはプラズマ
による自動切断を行うことができるので、溶接時に必要
とされる所望形状の開先形状を有する正確な寸法の複数
の隙間板材が得られ、隙間板材の切断の作業能率および
隙間板材の切断製作歩留まりの向上をはかれる効果があ
る。本発明の自動切断装置によれば、一つ一つ違う管と
管との隙間部の形状を、カメラにより撮影し画像を取り
込んだ画像処理装置によって数値制御データに変換する
ことができる。また、取り込み画像の１画素当たりの寸
法、および２値化しきい値を自動的に設定することによ
り、照明等の作業環境による測定誤差を無くすことがで
きる。したがって、切断制御装置において上記数値制御
データを用いて切断ロボットを制御することにより、不
必要な隙間板材を切断することなく、連続して自動的に
所望する寸法形状の複数の隙間板材の切断を行うことが
でき、隙間板材の切断の作業能率および切断製作歩留ま
りの向上をはかることが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態で例
示する自動切断装置の全体の構成を示す説明図である。
本発明の自動切断装置は、管１と管１の直管部の隙間３
ａ、曲管部の隙間３ｂを撮影する撮影カメラ４と、撮影
カメラ４からの画像を取り込み数値制御データに変換す
る画像処理装置５、上記数値制御データにより、ロボッ
ト制御装置８を制御する切断制御装置６、切断ロボット
７、切断ロボット７および切断制御機１０を制御するロ
ボット制御装置８、隙間板材２の切断を行うため切断ロ
ボット７に搭載された切断トーチ（ガスまたはプラズマ
切断）９ａ、９ｂ、切断時に切断トーチ９ａ、９ｂと、
切断の対象となる隙間板素材１３の距離を計測する距離
センサ１１、距離センサ１１の信号を処理し、ロボット
制御装置８へ距離データを送るセンサ制御装置１２から
主に構成されている。なお、１４は、隙間板素材１３を
支える架台である。上記本発明の自動切断装置によるボ
イラ火炉壁用の隙間板材の自動切断作業は、あらかじめ
ボイラ火炉壁の管の外形寸法を作業者が画像処理装置５
に入力するか、またはＣＡＤデータから画像処理装置５
にデータを取り込むか、どちらかの方法により、画像処
理装置５に記憶させておく。その後、一つ一つ寸法の異
なる管１と管１の直管部の隙間３ａ、曲管部の隙間３ｂ
をカメラ４により撮影し、画像処理装置５に画像を取り
込む。画像処理装置５へ取り込まれた画像は、例えば図
２に示すように、画像処理装置５のモニタへ表示され
る。画像処理装置５では、管１の直線部を指定するため
のボックス１５ａ、１５ｂを表示し、作業者が画像処理
装置５のモニタ画面を見ながら画像処理装置５を操作
し、管１の直線部の２点をボックス１５ａ、１５ｂで指
定する。その後、画像処理装置５では、直管部の隙間３
ａ、曲管部の隙間３ｂの計測を行うが、その際取り込み
画像の２値化を行う。この２値化には、しきい値が必要
であるが、画像を取り込んだ作業環境の違いにより、図
３（ａ）に示すように、実際の管１の輪郭線１７の２値
化しきい値が小さい場合、図３（ｂ）に示すように、輪
郭線１８側へずれ、管１の直管部の隙間３ａ、曲管部の
隙間３ｂが実際の隙間よりも大きくなる。また、２値化
しきい値が大きい場合、図３（ｃ）のように輪郭線１９
側へずれ、管１の直管部の隙間３ａ、曲管部の３ｂが実
際の隙間よりも小さくなってしまうため、２値化しきい
値を固定することはできない。そこで本発明では、画像
処理装置５で隙間を計測する前に、任意のしきい値で画
像の２値化を行い、図２に示すように、ボックス１５
ａ、１５ｂ内の白と梨地の境界点をそれぞれ求め、この
２つの境界点から画面に対する管の傾き角度を演算す
る。演算された傾き角度と、あらかじめ画像処理装置５
に記憶しておいた管の外形寸法から、画面の水平方向に
平行な管の外径に相当する長さ１６を演算し、また、こ
の管の外径に相当する部分の画素数を画像データから求
め、演算から求めた管の外径に相当する長さ１６と、画
像データから求めた画素数から１画素当たりの長さを自
動的に演算する。次に、あらかじめ画像処理装置５に記
憶しておいた撮影カメラ４のレンズから対象物までの距
離と、画像処理装置５の解像度から１画素当たりの長さ
を算出する。このように演算で求めた二つの１画素当た
りの長さを画像処理装置５で比較し、比較結果が一致し
ない場合は、上記の２値化しきい値を変化させ、再度画
像を２値化し、上記の方法で１画素当たりの長さを演算
して比較を行う。この比較結果が一致するように２値化
しきい値を変化させ演算を行うことにより、作業環境に
おける照明等の影響による取り込み画像の変化を自動的
に修正した画像により、正確な数値制御データを作成す
ることができる。画像処理装置５では、上記のような方
法によって１画素当たりの長さ、２値化しきい値を演算
によって求め、管１の隙間を計測し正確な数値制御デー
タを自動的に作成することができる。しきい値は、しき
い値のフルスケールの範囲内であれば任意の値を用いて
もよい。例えば、その範囲が０〜２５５であれば、０で
も２５５であってもよい。本実施の形態では１２８を用
いた。なお、カメラで対象物を撮影する場合に、例えば
大量生産のラインではカメラを固定し、製品が流れてく
るためＸＹ軸と直交するようにセットできるが、ボイラ
火炉壁のように、製品が大きくてカメラを移動させて対
象物を撮影するような場合にはカメラのＸＹ軸と製品を
直交させることは難しい。また、本発明の撮影カメラは
パターンマッチングに用いるのではなく、寸法測定装置
に用いるものであり、このため画像データの１画素当た
りの長さを求めるためには、管が傾いていた方が画像処
理が容易となる。このため、図２に示すように、わざわ
ざ管が傾くようにカメラで撮影するのであって、この場
合、管の傾き角度は任意であってよい。また、カメラと
対象物との距離は、カメラ固定治具を用いて数段階に調
整が可能であり、多画像を撮影する場合には、複数のカ
メラを用いて撮影し、カメラの相対位置は治具により固
定することができる。切断制御装置６は、数値制御デー
タを板素材１３から隙間板材２を切断して作製するとき
に、残材が最も少なくなるように隙間板材２の配列を決
める。また、切断制御装置６は、切断ロボット７を動作
させるために必要な切断ロボットプログラムを作成し、
ロボット制御装置８へ切断ロボットプログラムを送る。
ロボット制御装置８は、切断ロボットプログラムを基
に、切断ロボット７、ガスまたはプラズマ切断を行うた
めの切断制御機１０を動かし、切断トーチ９ａ、９ｂで
隙間板素材１３を切断し隙間板材２を作製する。この
時、切断トーチ９ａ、９ｂにより隙間板材２は、図４
（ａ）に示すように溶接用のＫ開先形状に切断される
が、隙間板素材１３に対して１回目の隙間板材２の切断
には問題は生じないが、２回目以降は、前回の切断時の
熱の影響により板素材１３は、例えば図４（ｂ）に示す
ように、歪みが生じ、切断トーチ９ａ、９ｂと隙間板素
材１３の距離が変化し、設定とおりのＫ開先形状に切断
することができなくなる。そこで隙間板素材１３と、切
断トーチ９ａ、９ｂとの距離を一定に保持するために、
距離センサ１１を切断ロボット７に取り付け、距離セン
サ１１の出力をセンサ制御装置１２に取り込み、位置信
号をロボット制御装置８へ送ることにより、ロボット制
御装置８においては、切断前にセンサ制御装置１２から
の位置信号に基づいて切断ロボットプログラムを変更
し、図４（ｃ）に示すように、隙間板素材１３と切断ト
ーチ ９ａ、９ｂの距離を一定に保持して切断すること
により、隙間板材２の端部をＫ開先形状に切断加工する
ことができる。また、隙間板素材１３の歪みは切断中に
も生じるため、距離センサ１１、センサ制御装置１２の
位置信号により、切断中はロボット制御装置８により、
切断ロボット７の位置を変化させながら切断を行うこと
ができるので、隙間板材２をＫ開先形状に作製すること
が可能となる。また、隙間板材２の切断において、実際
には、画像処理装置で複数の寸法データを取り込み処理
した後、切断制御装置でネスティングを行い、またロボ
ット用ティーチングプログラムを作成し、ロボットによ
り纏めて切断することも可能である。また、ロボットで
切断をしている間に、作業者は次のデータの取り込みを
行うこともできる。

【０００８】

【発明の効果】本発明の自動切断装置によれば、作業者
の測定誤差、および作業環境の影響を受けることのない
画像処理装置により、ボイラの火炉壁の一つ一つ違う管
と管の隙間を計測し、数値制御データを作製することに
より、管と管の隙間部に取り付ける隙間板材を連続して
自動切断することができるので、切断の作業能率および
隙間板素材からの切断製作歩留まりを向上できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態で例示したボイラ火炉壁用
隙間板材の自動切断装置の全体の構成を示す説明図。

【図２】本発明の実施の形態で例示したボイラ火炉壁用
隙間板材の自動切断装置の画像処理装置に取り込んだ画
像の一例を示す模式図。

【図３】本発明の実施の形態で例示したボイラ火炉壁用
隙間板材の自動切断装置の画像処理装置における２値化
しきい値の違いによる管輪郭線のずれを示す説明図。

【図４】本発明の実施の形態で例示したボイラ火炉壁用
隙間板材の自動切断における隙間板素材の歪みによる隙
間板材の開先形状の変化を示す模式図。

【図５】従来のボイラ火炉壁の管の隙間部の構成を示す
模式図。

【符号の説明】

１…管（伝熱管） ２…隙間板材 ３ａ…直管部の隙間 ３ｂ…曲管部の隙間 ４…撮影カメラ ５…画像処理装置 ６…切断制御装置 ７…切断ロボット ８…ロボット制御装置 ９ａ…切断トーチ（ガスまたはプラズマ切断） ９ｂ…切断トーチ（ガスまたはプラズマ切断） １０…切断制御機 １１…距離センサ １２…センサ制御装置 １３…隙間板素材 １４…架台 １５ａ…ボックス １５ｂ…ボックス １６…管外径に相当する長さ １７…実際の管の輪郭線 １８…実際よりずれた管の輪郭線 １９…実際よりずれた管の輪郭線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０６Ｔ 7/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４００

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の管の隙間部に取り付けられ、任意の
   形状をした複数の隙間板材を作製する自動切断装置であ
   って、上記火炉壁の対象となる部位を撮影する少なくと
   も１台のカメラと、該カメラで撮影した画像から、あら
   かじめ設定した既知の寸法を基に、上記複数の隙間板材
   の各寸法をそれぞれの隙間板材の寸法データに変換する
   画像処理装置と、該画像処理装置の上記寸法データから
   複数の隙間板材の切断データを作成すると共に、切断ロ
   ボットに上記切断データに基づいて切断の指示を行う切
   断制御装置と、上記切断ロボットにより複数の隙間板材
   を連続して切断し作製する手段を少なくとも備えたこと
   を特徴とする自動切断装置。
2. 【請求項２】請求項１において、カメラで撮影した画像
   から複数の隙間板材の各寸法をそれぞれの隙間板材の寸
   法データに変換する画像処理装置は、火炉壁の対象とな
   る部位の管の外径寸法と、撮影カメラのレンズから火炉
   壁の対象となる部位までの距離を画像処理装置に入力し
   て、上記管の外形寸法から取り込みを行った画像の１画
   素当たりの寸法を自動的に計測すると共に、撮影カメラ
   のレンズから火炉壁の対象となる部位までの距離および
   画像処理装置の解像度から１画素当たりの寸法を計算し
   て、上記２つの１画素当たりの寸法を比較して、その寸
   法の比較結果が等しくなるように、上記取り込みを行っ
   た画像の２値化しきい値を変化させて演算を行い、取り
   込み画像の自動修正を行う手段を備えたことを特徴とす
   る自動切断装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の自動切断
   装置であって、ガス切断トーチもしくはプラズマ切断ト
   ーチを、それぞれ２個備え、該切断トーチ２個を、それ
   ぞれ所定の角度を付けて切断ロボットに搭載し、かつ非
   接触距離センサを切断ロボットに搭載して、切断時に隙
   間板素材に生じる歪みを倣い、溶接時に必要とする開先
   形状を形成しながら複数の隙間板材の切断を行う手段を
   備えたことを特徴とする自動切断装置。