JPH0243580B2

JPH0243580B2 -

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Publication number: JPH0243580B2
Application number: JP21098984A
Authority: JP
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1984-10-08
Publication date: 1990-09-28
Also published as: JPS6188976A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、いわゆるUO鋼管のシーム部を溶接
する時に使用するタブ板の溶接または切断を行う
管端のタブ板の溶接・切断装置に関する。

〔発明の背景〕

UO鋼管は、いわゆるＵ型プレスを用いて鋼板
をＵ字状に曲げた後、いわゆるＯ型プレスを用い
て円筒状にし、対向した両側縁部を溶接したもの
である。この両側縁部の溶接（シーム部溶接）の
端部を良好に溶接するため、第１５図に示すよう
にUO鋼管１０の端部にタブ板１２と称するもの
を取り付けている。タブ板１２は、UO鋼管１０
の端部において、点Ａ，Ｂを結ぶ線に沿つて溶接
されている。そして、シーム部１４を溶接した
後、点Ａ，Ｂを結ぶ線に沿つて切断されている。
従来、このタブ板１２の溶接または切断は、作業
者の手作業によつて行なつていた。これは、搬送
されてきた鋼管の端部に取り付けたタブ板は、常
に一定の位置にならず、三次元的に変位するた
め、タブ板の位置計測を機械化する場合、非常に
複雑となり、タイムスケジユールが増大して生産
性を低下させ、保守が容易でない等の理由によ
り、自動化されていなかつたことによる。例え
ば、三次元平面上にある物体を認識する場合であ
つても、特公昭55−3118号公報に示されている如
く、多くの駆動機構と触覚とを必要としている。
従つて、三次元的に変位するタブ板の位置を求め
るには、より人間に近い視覚機能が要求される。

ところで、特公昭58−38721号公報には、カメ
ラ等によつて物体を映像としてとらえ、これを画
像処理装置により２値化して物体の位置と面積と
を求める方法が開示されている。しかし、UO鋼
管のような大型のものを画像処理装置を用いて位
置計測を行つても、画像は限られた画素の集合に
より構成されているため、撮像範囲を拡げると１
画素当りの実寸法が大きくなり、測定精度が大幅
に低下してしまう。

また、タブ板の溶接，切断を自動化するために
ロボツトを使用する場合、UO鋼管のタブ板取付
け部が同一公称径のUO鋼管であつても、円筒形
状が多様に変形している。このため、テイーチン
グプレイバツク式のロボツトでは、ロボツトによ
る溶接，切断の軌跡がUO鋼管の形状と対応した
ものとならず、溶接，切断の不良を生ずる欠点が
あつた。

〔発明の目的〕

本発明は、UO鋼管のタブ板を自動的に溶接ま
たは切断をすることができる管端タブ板の溶接・
切断装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、端部にタブ板が取り付けてある鋼管
の映像を得る撮像手段と、該撮像手段が出力する
映像を２値化した前記タブ板の二次元平面上の投
影位置を求める第１の画像処理手段と、前記鋼管
の周方向表面位置を検出する表面位置検出手段
と、該表面位置検出手段が出力する前記鋼管の周
方向表面位置から中心位置と半径とを算出する鋼
管位置算出手段と、前記第１の画像処理手段が出
力する前記タブ板の二次元平面上の投影位置と該
鋼管位置算出手段が出力する中心位置と半径とを
入力して前記タブ板の傾斜と位置を演算しその三
次元位置情報を出力する第２の画像処理手段と、
予め教示された複数のタブ板の円弧作業軌跡を記
憶している教示・記憶手段と、前記鋼管と前記タ
ブ板の境界部を移動して溶接又は切断するロボツ
トと、前記第２の画像処理手段からの前記タブ板
の三次元位置情報と前記教示・記憶手段からの前
記タブ板の円弧作業軌跡を入力し前記ロボツトを
移動させる動作信号を出力するロボツト制御手段
を有する構成である。

〔発明の実施例〕

本発明に係る管端タブ板の溶接・切断装置の好
ましい実施例を、添布図面に従つて詳説する。

第１図は、本発明に係る溶接・切断装置の概略
構成図である。第１図においてローラテーブル１
６の上方には、テレビカメラ１８が架台２０に取
り付けてある。架台２０に設けた照明２２，２４
は、タブ板１２を含むUO鋼管１０の端部を照ら
すようになつている。

ローラテーブル１６の側方には、ロボツト２６
が台車２８上に搭載してある。ロボツト２６は、
アーム３０の先端部にトーチ３２とセンサ３４と
を有している。トーチ３２は、ケーブル３６を介
して溶接・切断装置３８に電気的に接続してあ
る。この溶接・切断装置３８は、ロボツト２６と
同様にロボツト制御装置４０に電気的に接続して
ある。また、ロボツト２６を搭載した台車２８
は、レール４２上を転動する車輪４４を有してお
り、シフト装置４６によりローラテーブル１６に
対して進退できるようになつている。

テレビカメラ１８は、画像処理装置４８に電気
的に接続してある。画像処理装置４８は、画像処
理本体５０を有している。また、画像処理装置４
８は、テレビカメラ１８の映像を映し出すモニタ
テレビ５２が設けられているとともに、架台５４
上に配置したコンソールデイスプレイ５６とプリ
ンタ５８とを有している。

前記したローラテーブル１６には、詳細を後述
する下面計測装置６０と、切り取つたタブ板１２
を受けるシユート６２とが設けてある。下面計測
装置６０は、ロボツト制御装置４０とともに画像
処理本体５０に電気的に接続してある。

第２図に示す如く画像処理装置４８は、テレビ
カメラ１８の映像と下面計測装置６０の検出信号
とより、タブ板１２の位置情報をロボツト制御装
置４０に与える。ロボツト制御装置４０は、タブ
板１２の位置情報とテイーチングボツクス６４の
テイーチング内容に基づきロボツト２６を作動
し、制御する。この際、センサ３４によりタブ板
１２の位置が確認され、ロボツト制御装置４０に
入力される。また、画像処理装置４８には、ロボ
ツト制御装置４０からロボツト位置がフイードパ
ツクされる。そして、画像処理装置４８は、シフ
ト装置４６、下面計測装置６０、ローラテーブル
１６を制御する。

下面計測装置６０は、第３図に示すように点Ｏ
に対して放射状に配置した４本の押し棒６６，６
８，７０，７２を有している。これらの押し棒６
６，６８，７０，７２は、ローラテーブル１６に
フレーム７４を介して支持してあるエンコーダ付
シリンダ７６．７８，８０，８２により進退させ
られる。即ち、エンコーダ付シリンダ７６，７
８，８０，８２は、下面計測制御部８４に電気的
に接続され、下面計測制御部８４の制御信号によ
り押し棒６６，６８，７０，７２を進退させると
ともに、押し棒６６，６８，７０，７２の先端位
置を下面計測制御部８４に入力する。

上記の如く構成した実施例によるタブ板１２の
切断は、次のとうりである。

画像処理装置４０は、タブ板１２の位置を検出
して演算し、タブ板１２の座標値をロボツト制御
装置４０に転送する。この座標値は、ベクトル量
で表わされ、ロボツト制御装置４０が認識できる
ベクトル量としてロボツト制御装置４０にデータ
を転送する必要がある。一般にロボツト制御装置
４０は、ロボツト２６のある方向を基準とした座
標系がとられ、この座標系を外部の座標系に合せ
る機能を持つていないため、ロボツト側の座標系
を画像処理装置４８側で知るようにする。また、
ロボツト２６は、絶対座標系を意識して動作する
のではなく、テイーチングされた点と点との間を
プレイバツクする構造となつている。従つて、外
部からロボツト２６に動作する時は、テイーチン
グした基準位置からの相対的な移動量を教える必
要がある。即ち、第１にロボツトの座標系を画像
処理側で知るためのテイーチングと、第２にタブ
位置をロボツト側に教示する基準点を設定するた
めのテイーチングとの２つの目的でテイーチング
を行う。

第１のロボツトの座標系を画像処理側で知るた
めのテイーチング方法は、次の如くして行なわれ
る。まず、ローラテーブル１６の所定の位置にタ
ブ板１２の形状（幅）に合せた十字のマークをセ
ツトする。このマークは、例えば黒色の平板上に
白色の十字を描いたものである。そして、第４図
に示す如く、例えば十字マークの中心コーナ部の
点をロボツト制御装置４０に教えるとともに、そ
のデータを画像処理装置４８に転送する。一方、
画像処理装置４８は、十字マークをテレビカメラ
１８に撮像して画像処理本体５０に送り、画像処
理本体５０において入力画像を２値化して解析
し、十字マークの中心点を画像原点として得ると
ともに、画像の座標と実際の計測座標の大きさと
の比である画素サイズの決定を行う。そして、画
像処理装置４８は、ロボツト側のテイーチング結
果を受けると、画像処理側の座標系とロボツト側
の座標系とを、次の座標変換式により関係づけ
る。

＝Ｆ・′＋ ……(1) ここに、はロボツト座標系における位置ベク
トル′は画像処理座標系におけ位置ベクトル、
Ｆは座標回転マトリツクス、は原点移動量（ベ
クトル）である。

(1)式に相対応する２点を与えると、次式からＦ
が決定できる。

ΔP＝Ｆ・Δ′ ……(2) Ｆ＝Δ・（Δ′）^-1 ……(3) または、＝−Ｆ・′ ＝−ΔP・（Δ′）^-1・′ ……(4) となる。これにより、両座標系の変換式を決定す
るＦととを得ることができる。

第２のタブ位置をロボツト側に教示する基準点
を設定するためのテイーチングとは、テイーチン
グプレイバツクロボツトを使用する場合に必要と
する操作で、動作基準点を教示させるためにタブ
板付きの標準管を用いて基本動作を教示すること
により行う。タブ板付き標準管は、管径、タブ板
幅、板厚ごとに準備し、動作基準点を画像処理装
置４８とロボツト制御装置４０とのそれぞれにテ
イーチングし、記憶させておく。

上記のテイーチングが終了すると、コンソール
デイスプレイ５２を介して画像処理本体５０に実
行コマンドが入力される。そして、画像処理装置
４８は、ローラテーブル１６の搬送ローラを駆動
し、UO鋼管１０を搬送する。UO鋼管１０は、
図示しないリミツトスイツチ等の作動により、端
部がテレビラメラ１８の下方にきたときに停止さ
せられる。テレビカメラ１８は、タブ板１２を撮
像して画像処理本体５０に画像信号を送る。画像
処理本体５０は、タブ板１２の画像をモニタテレ
ビ５２に映し出すとともに、この画像を２値化す
る。テレビカメラ１８が撮像した画像は、第５図
に示すように照明２２，２４の光を受けてタブ板
１２とUO鋼管１０の端部との反射光量が多く、
高輝度部８６となり、他の部分が反射光量の少な
い低輝度部８８となる。画像処理本体５０は、こ
の濃淡画像を適当な閾値により２値化し、第６図
に示す如く高輝度部８６を“１”で表わし、低輝
度部８８を“０”で表わす。その後、画像処理本
体５０は、記憶している標準パターン、例えば第
５図におけるタブ板１２の付け根部Q₁，Q₂近辺
を第７図に示した如く“０”と“１”とにより表
示したものを第６図中で走査し、付け根部Q₁，
Q₂の位置を見つけ、画像マツチングを行う。

他方、下面計測装置６０は、第３図に示した如
くエンコーダ付シリンダ７６，７８，８０，８２
が作動し、押し棒６６，６８，７０，７２の先端
をUO鋼管１０の下面に当接させる。前記したよ
うに押し棒６６，６８，７０，７２は、点Ｏを中
心に放射状に配置してあり、点Ｏから押し棒の先
端までの距離₁，₂，₃，₄がエンコー
ダ付シリンダ７６，７８，８０，８２により電気
信号に変換され、下面計測制御部８４を介して画
像処理装置４８に送られる。画像処理装置４８
は、下面計測装置６０からの信号により、次の如
くしてUO鋼管１０の半径Ｒと中心軸O_pとを求め
る。

幾何学においてよく知られているように、円の
軌跡は３点の座標点があれば求めることができ
る。従つて、本従ならば３本の押し棒によりUO
鋼管１０の半径Ｒを求めることができる。しか
し、第８図または第９図に示す如く、押し棒の１
つが溶接ビード９０に当たる場合がある。このた
め、第８図の場合にはUO鋼管１０の外径に等し
い点P₁，P₂，P₄を通る円C₁と点P₁，P₃，P₄を通
る円C₂とが得られ、第９図の場合にはUO鋼管１
０の外径に等しい点P₁，P₃，P₄を通る円C₃と、
点P₁，P₂，P₄を通る円C₄とが得られる。このよ
うに２通の円が算出される場合には、必ず両者間
の円径を比較し、円径が大きい方を採用するよう
にしてUO鋼管１０の表面をとらえ、半径Ｒを求
める。

UO鋼管１０の中心軸O_Pの座標（x₀，z₀）は、
次の如くし求める。ただし、点P₁，P₂，P₃，P₄
の座標をそれぞれ（x₁，z₁），（x₂，z₂），（x₃，
z₃），（x₄，z₄）とする。このとき、点P₁，P₂，P₄
を通る円の中心座標（x₀，z₀）は、となる。また、半径Ｒは、Ｒ＝√（₁，₀）²＋（₁，₀）² ……(7) により求めることができる。

同様に、点P₁，P₃，P₄を通る円の中心座標
（x₀，z₀）は、となる。なお、この場合の半径Ｒを求める式は、
前記した(7)式と同じである。

このようにしてUO鋼管の中心座標（x₀，z₀）
が求まれば、第１０図に示す点Ｏに対する中心軸
O_Pのｘ方向，ｚ方向のずれ量Δx，Δzを容易に求
めることができる。そして、タブ板１２付け根部
Q₁，Q₂がUO鋼管１０の中心線Ｌとなす角β₁，β₂
は、次の如くして求める。第１１図に示した付け
根部Q₁，Q₂のＸ方向の位置（水平面上の投影位
置）は、前述のパターンマツチング法により、基
準点OGからの距離x_l1，x_l2として得られる。この
時、管端の基準点OGからの距離y₁，y₂もパター
ンマツチング法により得ることができる。そし
て、前記ずれ量Δx，Δzが求まるので、付け根部
Q₁，Q₂の中心軸O_Pからのｘ方向の靴距離x_L1，x_L
_２を求めることができる。従つて、このx_L1，x_L2
の値と半径Ｒとから角β₁，β₂を求めることがで
き、タブ板１２の傾き、位置を認識することがで
きる。

画像処理装置４８は、タブ板１２の位置を認識
すると、ロボツト制御装置４０に位置情報として
入力するとともに、シフト装置４６を駆動してロ
ボツト２６をレール４２に沿つて前進させ、作業
位置に停止させる。一方、ロボツト制御装置４０
は、アーム３０を駆動し、第１２図の実線に示す
如く、アーム３０の先端に設けたセンサ３４によ
りUO鋼管１０の端面位置を検知する。これは、
前記した如くUO鋼管１０のような大型のものを
画像処理により計測する場合、１画素当りの実寸
法が大きくなり、前記した計測値y₁，y₂を使用し
てタブ板１２の切断線を決めた場合に、精度不足
となるおそれがあるためである。

ロボツト制御装置４０は、UO鋼管１０の端面
位置を検知するに当り、アーム３０を介してセン
サ３４を第１３図に示した如く移動させる。即
ち、まず、タブ板１２の一側の点Ａを検知した
後、センサ３４を略コ字状に移動させ、タブ板１
２の他側の点Ｂを検知し、UO鋼管１０の端面が
傾斜しているか否かを判断する。点Ａ，Ｂの検知
が終了すると、ロボツト制御装置４０は、第１２
図の２点鎖線に示す如くトーチ３２（切断トー
チ）を点Ａ，Ｂを結ぶ切断線上に移動させる。次
に、ロボツト制御装置４０は、実際のUO鋼管１
０、タブ板１２の種類に応じてテイーチングデー
タ中からロボツト２６の動作パターンを選択し、
トーチ３２を所定の切断テイーチングパターンに
従つて作動し、作業を終了する。そして、鋼管の
種類、作業内容等がプリンタ５８により打ち出さ
れ記録される。

なお、タブ板１２をUO鋼管１０の端部に溶接
するときには、端部にタブ板１２を仮付けした
UO鋼管１０をローラテーブル１６で搬送し、ト
ーチ３２として溶接トーチを用いることにより、
前記切断と同様にして行うことができる。

以上のように、本実施例においては、UO鋼管
１０の端部を平面上に投影した状態で認識する画
像処理装置４８に、UO鋼管１０の周方向位置を
検出する管位置検出器である簡単な下面計測装置
４０を加えることにより、三次元的に変動して位
置するタブ板１２を認識することができる。この
ため、タブ板１２の溶接・接断装置の簡素化が図
れ、装置の自動化が可能となり、タブ板の計測時
間を短縮することができる。また、画像処理装置
４８によるタブ板１２の位置認識精度の不十分さ
を、ロボツト２６のアーム３０の先端部に設けた
センサ３４によつて、溶接または切断の正確な軌
跡が得られる。

前記実施例においては、照明２２，２４をタブ
板１２の上方に配置した場合について説明した
が、第１４図に示すように照明２２，２４をタブ
板１２の下方に設け、下方から照射してもよい。
また、前記実施例においては、下面計測装置６０
として押し棒とエンコーダ付シリンダとからなる
ものについて説明したが、リニヤセンサまたはレ
ーザセンサ、超音波センサを用いてもよい。そし
て、センサは複数設けることなく、１つのセンサ
により管の周方向複数点を計測したり、周方向に
連続走査させてもよい。このようにすることによ
り、管位置の認識精度を向上させることができ、
装置を簡素化できる。さらに、下面計測装置６０
は、管端近傍の形状を計測することが望ましいと
ころからUO鋼管１０の搬入時の停止位置に応じ
て、管軸方向に移動できるように構成してもよ
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、UO鋼
管のタブ板を自動的に溶接または切断することが
でき、タブ板の溶接または切断作業の省力化が図
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る管端タブ板の溶接・切断
装置の実施例の概略構成図、第２図は前記実施例
のブロツク図、第３図は前記実施例の下面計測装
置の詳細図、第４図はロボツト側、画像処理側間
の座標合せの手順を示すフローチヤート、第５図
はテレビカメラが撮像した映像の説明図、第６図
は画像処理装置による２値化の例を示す図、第７
図は２値化した標準パターンの例を示す図、第８
図および第９図は下面計測装置の押し棒が溶接ビ
ードに当つたときの管径の求め方の説明図、第１
０図，第１１図はタブ板の位置の求め方の説明
図、第１２図はロボツトの先端部に設けたセンサ
による管端面検出方法の説明図、第１３図は溶接
線または切断線の決定方法の説明図、第１４図は
テレビカメラのための照明の配置例の説明図、第
１５図はUO鋼管の端部の斜視図、第１６図は
UO鋼管の端部の一部を断面にした平面図であ
る。１０…UO鋼管、１２…タブ板、１８…テレビ
カメラ、２６…ロボツト、３２…トーチ、３４…
センサ、３８…溶接・切断装置、４０…ロボツト
制御装置、４８…画像処理装置。

Claims

【特許請求の範囲】１端部にタブ板が取り付けてある鋼管の映像を
得る撮像手段と、該映像手段が出力する映像を２
値化した前記タブ板の二次元平面上の投影位置を
求める第１の画像処理手段と、前記鋼管の周方向
表面位置を検出する表面位置検出手段と、該表面
位置検出手段が出力する前記鋼管の周方向表面位
置から中心位置と半径とを算出する鋼管位置算出
手段と、前記第１の画像処理手段が出力する前記
タブ板の二次元平面上の投影位置と該鋼管位置算
出手段が出力する中心位置と半径とを入力して前
記タブ板の傾斜と位置を演算しその三次元位置情
報を出力する第２の画像処理手段と、予め教示さ
れた複数のタブ板の円弧作業軌跡を記憶している
教示・記憶手段と、前記鋼管と前記タブ板の境界
部を移動して溶接又は切断するロボツトと、前記
第２の画像処理手段からの前記タブ板の三次元位
置情報と前記教示・記憶手段からの前記タブ板の
円弧作業軌跡を入力し前記ロボツトを移動させる
動作信号を出力するロボツト制御手段を有するこ
とを特徴とする管端タブ板の溶接・切断装置。２前記ロボツトは、その前記鋼管側の先端に前
記鋼管の端面に当接して確認する突起を備えたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の管
端タブ板の溶接・切断装置。３前記表面位置検出手段は、放射状に配置した
複数の押し棒と、この押し棒を進退させる駆動装
置と、前記押し棒の先端位置を検知し、検知信号
を前記鋼管位置算出手段に出力する先端位置検出
器と、を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項に記載の管端タブ板の溶接・
切断装置。