JPS6326263A - 切断用ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本願発明は鋼板上に罫書いた切断線を倣い切断する切断
ロボットに関する新規な技術である。

「従来の技術］ 従来の鋼板自動切断の代表的な技術は大別すると次の３
種類が挙げられる。

（１）工学倣い試切断装置（アイトレーサ）第９図にそ
の構成例を示すように、鋼板１ａと平行に濃淡の明瞭な
図面１４を並べ、倣いセンサ１５が図面上に作図されて
いる線に沿って移動し、これと連動して切断トーチ１０
ａが鋼板上を移動して切断が進行する。

（２）Ｎ０式切断装置 上記の倣いセンサの代りにＮＣテープ等で切断線の情報
を外部から入力して切断を行なう。

（３）走行台車式切断装置 作業員が水系で罫書いた切断線と平行にレールを布設し
、このレール上を切断装置を塔載した台車が進行して切
断を行うもので、−例として「２軸倣い機構による鋼管
矢板管状継手の自動スリット切断装置」　（特開昭６０
−１８７４６６号公報）がある。この技術は第１０図に
示すように対象は鋼板ではなく鋼管１ｂのスリット形成
のための切断であるが、レール１６上に走行自在の台車
３ｂを載せ、この台車上に切断装置１０ｂを搭載して鋼
管１ｂにスリット切断を施工するものである。この切断
のため切断装置の２軸（Ｘ、Ｙ軸）の数値制御を装着し
、切断開始点と終了点を結ぶ仮想直線を演算して求め切
断位置を制御する方法は元々あった。しかし切断入熱に
よって管継手が変形して仮想直線も曲ってしまい正確な
切断ができない欠点があったので、この従来技術はこれ
を改善するため切断位置にあらかじめ罫書かれた切断線
に切断トーチの位置が合致するように、固体素子カメラ
７ｂで切断線を検出し、制御装置により該トーチを自動
的にＸ軸方向に倣わさせるものである。

たとえば第１１図に示すように画像処理開始直後の切断
位置Ａ＠基準に切断線がＢにずれた場合、固体素子カメ
ラ７ｂによってこのずれを捉え、このずれに比例する制
御信号を駆動部に与える構成になっている。

［発明が解決しようとする問題点］ ここに掲げた主な従来の技術のうち、（１）光学倣い式
切断装置と（２）ＮＣ式切断装置については、いずれも
装置が大ががりとなって取り扱いや移動に難点がおり、
また通常は１台の装置に１個の切断トーチしか装着しな
いので大型の対像について施工時間を長く貸し、作業効
率がよいとは言えない。

また（３）走行台車式切断装置について前記公報・記載
の技術では、固体素子カメラと切断線の位置は常に一定
に保持されるが、切断線が曲線の場合には切断装置が切
断線からずれてしまう欠点がある。

また、この公報技術に限らずレールと台車式の方式は切
断線と平行にレールを布設しなければならないが、一般
に橋梁の部材を製作するときのように切断線が長く、ゆ
るやかにカーブしている場合には、レールの１５段に相
当高い技術と煩瑣な作業を伴わざるを得ない。

本願発明は以上の問題点を解決するために走行台車のレ
ールを正確に布設する手間を除き、曲線の切断線に対し
ても正確に追随して切断を可能とする新規な切断ロボッ
トの提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本願発明に係る切断ロボットは、−軸（Ｙ軸）方向に駆
動手段を有する台車上に所望の間隔を設けて、鋼板上に
罫書いた切断線を搬像するテレビカメラと切断装置とを
それぞれ装着し、テレビカメラと切断装置とはＹ軸と直
交する一Ｎｌ（Ｙ軸）方向に一体的に移る駆動手段を有
しており、切断作業前に切断線始点でテレビカメラが捉
えた画像を処理してｘ　＝　ｆ　（ｙ）の関数を特定し
、該関数を双方の駆動量に変換して記憶する手段と、切
断作業中に前駆するテレビカメラで捉えた切断線を画＠
処理して、現在のＸＮおよびＹ軸の駆動量から一定時間
（Ｙ軸上で現在カメラが存在する位置に切断装置が到達
するまでに要する時間）後のＸＮ＋の駆動量を記憶手段
に記憶し、一方現在のＹ軸の駆動量と先の一定時間前に
すでに記憶してあったＹ軸の駆動量との比較によって、
後部する切断装置と切断線との剥離を演算する手段と、
この剥離を修正するためにＸ軸方向の駆動量の制御を出
力する手段とで構成することにより前に述べた諸問題点
を解決した。

［作用］ 本願発明の作用を第１図△およびＢのブロック図に塁い
て説明すると、テレビカメラと切断装置とは１台の同じ
台車上に搭載されており、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向へそれぞ
れ独立して移動できる駆動手段を具えている。

そこでまず鋼板上に罫書かれた切断線の始端がテレビカ
メラの視野に入るように駆動装置を作動し、ｊｑられた
画像はＸ、Ｙの画素を処置してＸ＝ｆ　（ｙ）なる特定
の関数におきかえ、この関数の表現する図形に倣うＸ軸
、Ｙ軸の相対的駆動量に変換して記憶する。

テレビカメラと切断装置とは所望の間隔を設けているか
ら、テレビカメラで捉え関数化したＸ。

ｙの図形は、所定の後れを保って後駆する切断装置が倣
って追随することになる。

すなわちテレビカメラの視野に入らない後続の切断線が
、この作用によって追伸される。

切断作業がはじまった場合のブロック図を第１図Ｂに示
す。

切断作業がはじまると、まず画像＠算手段により、切断
線を認識し、その切断線が間違いないかを異常処理手段
で確認あるいは訂正し記憶手段に記憶する。

台車の進行状態はＸ軸、Ｙ軸ともに駆動量検出手段で検
出され、両者の実測値と画像信号によって、切断装置が
Ｙ軸上で現在のテレビカメラの位置にまで到達したとき
のＸ軸上の駆動量を記憶し、同時に現在のＸ軸の駆動」
と記憶していた駆動量とを比較してＸの剥離量をＸ軸の
駆動量の差として演算し、制御手段が作用してＸ軸駆動
手段に制御信号を出力する。

これによってＹ軸の定速の如何に拘らず台車の進行中、
常に先駆するテレビカメラが切断線を捉え画素を分析し
て遅れて後駆する切断装置の正しい位置を必らかしめ知
り、現状の駆動状態から到達する筈の位置とのずれを修
正する制御命令を出力する作用が発現するのである。

［実施例］ 第２図は本願発明の実施例を示す一部斜視図である。切
断しようとする鋼板１の上に切断線２を罫書いである。

Ｙ軸方向へ走行する台車３を駆動する手段は走行モータ
４である。この台車に搭載され独立してＸ軸方向へ一体
的に駆動できるのがスライドユニット５であり、その構
成はスライドユニット駆動用のスライドモータ６、切断
線を撮像するテレビカメラ７、外部光を遮断するフード
８、照明９、切断用；ヘーチ１０、切断用トーチ１０を
上下およびＸ軸方向に手動で移動させる手動スライド装
置１１、画像信号を処理した結果を表示する小型モニタ
１２からなっている。

マイクロコンピュータ１３は分周器１４を介して走行駆
動モータの回転数を検出し、一定時間ごとの移動量を検
出し、搬像された画素を受は入れて処理し、最終的にス
ライドモータへ制御信号を出力してＸ軸方向の駆動を調
整する機能を果すものである。

この構成において、まず走行台車３を鋼板上に載置し、
切断線２がテレビカメラ７の視野内に入るようにスライ
ドユニット５を移動する。切断線は鋼板上に作業員が水
系を張って罫書いたものであるから、途中で途切れたり
、消えかけたり、ゴミやキズが入ったりするノイズがあ
る。そこでテレビカメラで＠像した画像信号は、送光な
閾値で切って二値化する。すなわち閾値（スライスレベ
ル）より大ぎい画素のみを切断線の要素となりうる画素
として取り扱う。

次に、テレビカメラと切断トーチとの間隔は定まってい
るのでテレビカメラで捉えた切断線をＸ＝ｆ　（ｙ）と
数式化して切断トーチの位置まで外延する。テレビカメ
ラと切断トーチとの間隔は通常さほど大きくはないから
、この間を直線で構成されると仮定してｘ＝ａｙ＋ｂの
一次式で処理するのが好ましい例である。

この実施例における処理を示すと、直線の傾きａおよび
Ｘ切片すを求めるために、新たにａ−ｂ平面を考える。

ｘ　＝ａｙ＋ｂ−−＠　−−−（ｉ） ｂ＝−ｙａ＋ｘ　　−φ　φ　φ　φ　　（２）と変形
し、テレビカメラから得られる画素の座標を （Ｘｏ　、Ｖｏ　）　　、（Ｘ、＋’／、）　　、”（
Ｘｎ　、Ｖｎ　）　　、”として、この座標を式（２）
に代入すると、ｂｎ＝　　’ｙ’ｎａ＋Ｘｎ　　　（ｎ
＝ｏ、ｔ、ｚ、−・−＞・−（３）となる。

それぞれのｎに対する直線の方程式（３）をａ〜ｂ平面
上に図示した例を第３図に示すが、図において交点をＣ
ｏ　ｒ　Ｃ１＊　・・・・Ｃｎ・・とすると、１つの交
点を通る直線の数を各交点ごとに求め、直線の数が最も
多くなる交点かに個存在したとする。交点のａ座標、ｂ
座標をＣｋａ、Ｃｋｂとすると、ａ、ｂは次の式で求め
る事ができる。

このように式（１）が特定すればテレビカメラの視野に
入っていない切断線が切断トーチの位置するＸ座標を通
るＹ軸に平行な直線と交叉する座標が求まる。すなわち
、切断線を式（１）で外挿してテレビカメラから切断ト
ーチまでの切断線の座標を演算する。

この結果をコンピュータのＲＡＭで記憶するが、記憶す
るのは、ｘ、ｙの絶対座標ではなく、カメラと切断トー
チ間のスライドモータのカウント数（回転数）である。

テレビカメラと切断トーチとの距離をＬとし、走行モー
タが１カウント（２００カウントで１回転）したときに
移動する距離を２とすると、Ｃ＝Ｌ／ｅカウントがカメ
ラと切断トーチ間の距離を移動する場合の走行モータの
回転数であり、このＣカウント間にメモリするスライド
モータのカウント数は、ｘ＝ａｙ十すの関係から演算し
変換して得られたものである。

切断を開始する前、鋼板を予熱する時に切断トーチを微
調整して切断線に合わせて切断作業を開始する。開始後
は第２図のように一定時間間隔ごとに分周器１４を介し
て走行モータのカウント数を検出し、テレビカメラで画
像中の限定された領域■（第４図）に着目し、この領域
内で閾値以上の画素を切断線と認め、その全画素のＸ座
標の平均値を切断線のＸ座標の位置とみなし、この座標
をスライドモータのカウント数に変換してＲＡＭに記憶
する。この画像処理と同時にスライドモータのエンコー
ダから現在のカウント数、走行モータの現在のカウント
数をそれぞれ検出する。既に記憶されている搬像位置と
切断位置との間で走行モータが１力ウント走行したとき
スライドモータがＸ軸方向に移動しなければならないカ
ウント数と、前記の実測カウント数とを比較し、この差
に比例した速度成分を走行モータ制御回路インターフェ
イスに与え、これを介してスライドモータに制御信号を
送りモータの駆動を制御する。

第５図と第６図はパーソナルコンピュータ内で機能させ
るフローチャートを示したものである。

第５図は切断の実作業が開始するまでの、コンピュータ
内の前処理を示すもので、テレビカメラの画素数を２０
０Ｘ２００　（＝４００００）画素とする。

テレビカメラで切断線を搬像し二値化したのちｘ、Ｘ座
標からｘ＝ａｙ＋ｂなる一次式を演算してこれを特定す
る。ここでｙｃとはテレビカメラと切断トーチ間を走行
用モータの回転数に変換して表現した距離で、先に述べ
たようにスライドモータのカウント数を記憶する領域は
Ｃ番地からＣ番地（＝Ｌ／Ｑ）であるとし、それぞれ先
の一次式にｙｃ値をあてはめて、これに対応するＸｃｆ
直をメモリに記憶する。テレビカメラと切断トーチの間
のすべてのスライドモータのカウント値が記憶されたと
ころで切断トーチを切断線に合致させて前処理は終了す
る。

第６図は切断の実作業が開始して１麦のコンピュータ内
の処理を示すもので、第７図に示すようにここで取り扱
うｘ、ｙはそれぞれ画像上にＸ−αとＸ＋αの間および
ｙ−βとｙ＋βの間のＸ、ｙに対象を限定し、その範囲
内で一定の閾値以上の点を処理する。α、βはそれぞれ
最初に定めた管理限界値である。まず、切断線の画像を
テレビカメラでＲ像し、Ｘ座標がＸ−α≦Ｘ≦Ｘ＋α。

Ｘ座標がｙ−α≦ｙ≦ｙ＋αの領域に着目する。

ここで、ｎはこの領域内の明るさが閾値以上の全画素数
、Ｎｘはその画素のＸ座標の合討で必る。

つまりＸ、＝Ｎｘ／ｎは着目している領域内の切断線が
この領域内でＹＮＪに平行であると仮定した場合のＸ座
標を表わす。

本願実施例特有の作用として、搬像する切断線が異常の
場合の対応を組み込んでいることが挙げられる。すなわ
ち、 （１）、ｎ＝ｏのとき 切断線が途切れて切断線と認識できる画像データがない
とき前のデータで外挿し、なおかつ一定回数処理しても
ｎ＝０（画像データが入力されてこない〉の場合には切
断を中止する。

（２）、一定値≦ｎのとき ｎが一定値より大きい場合、つまり切断線が鋼板上に書
かれた文字などを横切って第４図工の領域が全部明部（
閾値以上）になったときは前のデータで外挿する。

（３）、γ（定数）≦ｌＸ１　ｘｌのとき第８図Ａは水
系で罫書いた切断線に「しずく」が飛散して紛られしい
画素を伴なっているときである。このとき「しずく」の
ために画像データの演算結果が前のデータと極端にずれ
ている場合には前のデータで外挿する。しかし、第８図
Ｂのように、このずれが一方向に規則的に一定回数続く
ときは切断線は屈曲していりものとみなし、一定回数前
のデータから新しいデータに変更する。

また、第８図Ｃのように切断線から「ひげ」が出ている
とき画像処理演算の結果、「ひげ」を切断線として認識
して倣って進み、切断線が途切れた場合には前の“ｘｐ
ｔの位置に戻って切断線が認識されたときは、その点か
ら再び画像処理を繰り返す作用に入る。

以上の処理を終了した切断線の画像上での座標値をスラ
イドモータの回転数に変換し、この値に現在のスライド
モータの回転数を加算し、先の記憶領域のＯ−Ｃ番地の
間で、走行用モータの回転数をｙｃに対応した場所に記
憶する。同時に現在のスライドモータの回転数とすでに
記憶していた回転数との差、すなわち兼離量に比例した
スライドモータ駆動信号をスライドモータ駆動部に与え
る。以上の処理をコンピュータ内のタイマーによって一
定時間間隔（０，１秒間隔）で繰り返す。

［発明の効果］ 本願発明は以上に述べたような構成２作用を果すから、
鋼板上の切断線と正確な平行関係を保つようなレールの
位置決め布設が必要なく、従来の煩わしい前作業を省く
ことができる。

また、従来の光学倣い式切断装置ではテレビカメラ自身
が切断線を捉えてそのまま倣っていくものであるから、
テレビカメラと切断装置とが進行方向にずれているとき
には曲線の切断ができなかつた。本願では前駆するテレ
ビカメラが切断線を捉えて画像処理し、遅れて後部する
切断装置がこのままでおればずれるでおろう位置を演算
して、その修正のため駆動を制御する方式をとったから
余裕を以て修正した位置で実際の切断点に達することが
できる。したがって曲線の切断は自由である。

また、実施例特有の効果として、先に）小べたように鋼
板上に切断線が途切れたり、「しずく」が飛散したり、
「ひげ」が派生したりして紛られしいときでもこれに対
応して正しい切断線を探り当て作業の効率化を図る点に
おる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本願発明の要旨を示すブロック図、第１図Ｂ
は同じく切断作業進行中のブロック図、第２図は本願実
施例を示すソフＩ−とハードの関連図、第３図はｘ＝ａ
ｙ十すからａ、ｂを特定する手法を示す、第４図はテレ
ビカメラの画像の処理領域、第５図、第６図は切断開始
前と切断中のコンピュータ機能の手順を示すフローチャ
ート、第７図は第６図の補足用の画像図、第８図Ａ、Ｂ
。 Ｃは切断線異常の３態様を示す画像図、第９図。 第１０図はそれぞれ別の従来技術を示す斜視図、第１１
図は第１０図の技術の作用と問題点を示す平面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一軸（Ｙ軸）方向に駆動手段を有する台車上に、鋼板上
   に罫書いた切断線を撮像するテレビカメラと、該テレビ
   カメラと所望の間隔を設けた切断装置とをそれぞれ装着
   し、 テレビカメラと切断装置とはＹ軸と直交する一軸（Ｘ軸
   ）方向に一体的に移る駆動手段を有しており、切断作業
   前に切断線始点でテレビカメラが捉えた画像を処理して
   ｘ＝ｆ（ｙ）の関数を特定し、該関数をＸ軸およびＹ軸
   の駆動量に変換して記憶する手段と、切断作業中に前駆
   するテレビカメラで捉えた切断線を画像処理して、現在
   のＸ軸およびＹ軸の駆動量から一定時間後のＸ軸の駆動
   量を記憶手段に記憶し、一方現在のＸ軸の駆動量と先の
   一定時間前にすでに記憶してあったＸ軸の駆動量との比
   較によって、後駆する切断装置と切断線との剥離を演算
   する手段と、前記の剥離を修正するためにＸ軸方向の駆
   動手段へ駆動量の制御を出力する手段とで構成すること
   により、直曲を問わず罫書いた切断線を自動的に認識追
   従できる切断用ロボット。