(57)【要約】【課題】熟練者が豊富な経験によって得ていた機械式切断のノウハウがなくとも好適な条件で切断作業を行うことが可能となるバンドソーを提供する。【解決手段】鋸刃１４ａを有する切断手段１４と、切断手段１４を移動させる送り手段１６と、を備えたバンドソー１０において、鋸刃１４ａに付着した切屑を取り除く切屑除去手段１８と、切屑除去手段１８の下方に配置され、受けた切屑を下流へ流す切屑受け板２２と、切屑受け板２２に溜まった切屑を撮像する撮像手段２４と、撮像手段２４によって撮像された画像データに含まれる切屑と教師データとを比較して、画像データに含まれる切屑を複数のタイプに分け、最も含有割合の多いタイプを選出する判定手段２６と、判定手段２６によって選出されたタイプに基づいて、鋸刃１４ａの回転速度と送り速度の少なくとも一方の制御を行う制御手段２８とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2020110883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端状の鋸刃と、前記鋸刃を掛け回す一対のホイールと、一方の前記ホイールに接続して回転駆動させる回転用モータを有する切断手段と、前記切断手段を切断方向に移動させる送り手段と、を備えたバンドソーにおいて、
前記鋸刃に付着した切屑を取り除く切屑除去手段と、
前記切屑除去手段の下方に配置され、落下してきた切屑を受けると共に下流側へ流す切屑受け板と、
前記切屑受け板に溜まった切屑を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像データに含まれる切屑と教師データとを比較して、前記画像データに含まれる切屑を複数のタイプに分け、最も含有割合の多いタイプを選出する判定手段と、
前記判定手段によって選出されたタイプに基づいて、前記切断手段の回転速度と、前記送り手段の送り速度の少なくとも一方の制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とするバンドソー。
【請求項２】
前記切屑のタイプは、前記切屑の形状と色に基づいて判定されることを特徴とする請求項１に記載のバンドソー。
【請求項３】
前記制御手段は、前記判定手段によって判定された前記画像データに含まれる前記切屑の前記タイプの含有割合に応じて、前記回転速度や前記送り速度の変化割合を異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載のバンドソー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型構造物を無端状の鋸刃を用いて切断するバンドソーに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントの改造や廃炉工事では、火災防止の観点から、工事で発生した廃材等の切断にバンドソー等による機械式切断を用いることが多い。しかし、機械式切断では、切断対象の材質や形状に応じた適切な運転条件をとらないと、切断効率の悪化や、鋸刃の早期劣化を生じさせる他、切屑が異常に高温になるなど、安全上の問題も生じ得る。
【０００３】
このため、機械式切断では、豊富な経験を持つベテラン技術者が、適切な運転条件を満たすように、バンドソーの回転速度や送り速度を適宜調整するということが行われる。しかし近年では、各種工事現場で、こうしたベテラン技術者が不足し、ベテラン技術者の減少が深刻化している。
【０００４】
こうした問題を鑑み、バンドソー運転時に生じる問題を解決する技術の１つとして、特許文献１に開示されているようなものが知られている。特許文献１に開示されている技術は、バンドソーによる切断時に鋸刃に生じるビビリ振動を低減させることで、切断時における騒音を抑制するという技術である。その具体的な手法は、ビビリ振動と位相が異なる振動を意図的に生じさせ、ビビリ振動を打ち消すというものである。
【０００５】
また、工作機械の状態を推定する技術としては、特許文献２に開示されているようなものが知られている。特許文献２に開示されている技術は、切削機器に関するものであり、切削時に生ずる切屑の飛散状態や、色に基づいて、工具の状態を推定するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４４６２４号公報
【特許文献２】特開２０１８−１３８３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている技術によれば、切断時に生ずる騒音の低減を図ることができる。しかし、切断時におけるバンドソーの回転速度や送り速度の制御は、経験値に基づく必要がある。また、特許文献２に開示されている技術によれば、切削機器における工具の状態を推定することができる。しかし、バンドソーは、切断対象物により鋸刃と切断対象物が接触している範囲が変化する。このため、切屑の飛散状態等を検出することは困難である。
【０００８】
本発明では、上記のような問題を解決し、熟練者が豊富な経験によって得ていた機械式切断のノウハウがなくとも好適な条件で切断作業を行うことが可能となるバンドソーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係るバンドソーは、無端状の鋸刃と、前記鋸刃を掛け回す一対のホイールと、一方の前記ホイールに接続して回転駆動させる回転用モータを有する切断手段と、前記切断手段を切断方向に移動させる送り手段と、を備えたバンドソーにおいて、前記鋸刃に付着した切屑を取り除く切屑除去手段と、前記切屑除去手段の下方に配置され、落下してきた切屑を受けると共に下流側へ流す切屑受け板と、前記切屑受け板に溜まった切屑を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像データに含まれる切屑と教師データとを比較して、前記画像データに含まれる切屑を複数のタイプに分け、最も含有割合の多いタイプを選出する判定手段と、前記判定手段によって選出されたタイプに基づいて、前記切断手段の回転速度と、前記送り手段の送り速度の少なくとも一方の制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記のような特徴を有するバンドソーにおいて前記切屑のタイプは、前記切屑の形状と色に基づいて判定される。このような特徴を有することによれば、切屑のタイプを容易にパターン化することができる。
【００１１】
さらに、上記のような特徴を有するバンドソーにおいて前記制御手段は、前記判定手段によって判定された前記画像データに含まれる前記切屑の前記タイプの含有割合に応じて、前記回転速度や前記送り速度の変化割合を異ならせるようにすることができる。このような特徴を有することによれば、適正な運転状態へと収束させる時間を短くすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような特徴を有するバンドソーによれば、熟練者が豊富な経験によって得ていた機械式切断のノウハウがなくとも好適な条件で切断作業を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るバンドソーの構成を示す正面図である。
【図２】実施形態に係るバンドソーの構成を示す平面図である。
【図３】実施形態に係るバンドソーの構成を示す右側面図である。
【図４】切屑性状と切断条件との関係を示すＳｔａｒｒｅｔｔ社の技術資料である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のバンドソーに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施するために好適な形態の一例であり、その特徴的な構成を備えた上で、構成の一部に変更を加えたとしても、本発明の一部とみなすことができる。
【００１５】
［バンドソーの構成］
図１から図３を参照して、本実施形態に係るバンドソーの構成について説明する。なお、図面において、図１は、実施形態に係るバンドソーの構成を示す正面図であり、図２は同平面図、図３は、同右側面図である。
【００１６】
本実施形態に係るバンドソー１０は、フレーム１２と、切断手段１４、送り手段１６、切屑除去手段１８、切屑箱２０、切屑受け板２２、撮像手段２４、判定手段２６、および制御手段２８を有する。
【００１７】
［基本構成］
フレーム１２は、詳細を後述する切断手段１４や送り手段１６等を支持、並びに配置するベースとなる要素である。本実施形態の場合、上部フレーム１２ａと支柱１２ｂ、および下部フレーム１２ｃを有する。上部フレーム１２ａは、フレーム１２の上部に位置する構成である。上部フレーム１２ａは、幅方向梁（長手方向の梁）１２ａ１と、幅方向梁１２ａ１に直交するように配置される厚み方向梁１２ａ２とを枠状に組み合わせて構成される。このため、上部フレーム１２ａは、平面視においてほぼ矩形を成すように構成されている。
【００１８】
また、支柱１２ｂは、上部フレーム１２ａを支持する要素であり、上部フレーム１２ａの４点（ほぼ四隅）に接続されている。このため支柱１２ｂは、１つの上部フレームに対して４本配置されることとなる。支柱１２ｂの外側にはそれぞれ、詳細を後述する切断手段１４を昇降させるためのガイドレール１２ｂ１が備えられている。
【００１９】
下部フレーム１２ｃは、フレーム１２の下部に位置し、支柱１２ｂを支えている。下部フレーム１２ｃは、バンドソー１０を構成するフレーム１２が被切断物５０を跨ぐように配置される際、被切断物５０との接触を避けるために、幅方向梁１２ｃ１が分断されている。このため、フレーム１２は、正面視において門型を成す構成とされている。
【００２０】
切断手段１４は、被切断物５０を切断するための要素であり、鋸刃１４ａと、ホイール１４ｂ１，１４ｂ２、および昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２を有する。鋸刃１４ａは、可撓性を有する帯状の刃を筒状に接続することで無端状に形成された鋸刃である。このような構成の鋸刃１４ａを周回駆動させることにより、鋸刃１４ａを往復動させる事無く切断作用を生じさせることができる。
【００２１】
ホイール１４ｂ１，１４ｂ２は、無端状に形成された鋸刃１４ａを掛け回す要素である。一対のホイール１４ｂ１，１４ｂ２を後述する昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２に固定し、この固定されたホイール１４ｂ１，１４ｂ２に鋸刃１４ａを掛け回すことで、ホイール１４ｂ１，１４ｂ２の回転と共に鋸刃１４ａを回動させることができるようになる。対を成すホイール１４ｂ１，１４ｂ２のうちの一方のホイール１４ｂ２には、回転のための駆動モータ１４ｄが備えられている。
【００２２】
昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２は、フレーム１２を構成する支柱１２ｂに沿って昇降するフレームであり、上述した鋸刃１４ａを切込み方向（鉛直下方向）へ移動させる役割を担う要素である。昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２は、フレーム１２の幅方向に一対備えられている。各昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２には、支柱１２ｂに備えられたガイドレール１２ｂ１に係合するスライダ１４ｅが備えられている。
【００２３】
送り手段１６は、昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２を支柱１２ｂに沿って移動させるための要素である。実施形態に係る送り手段１６は、送りネジ１６ａと、昇降スライダ１６ｂ、および昇降用モータ１６ｃとを有する。送りネジ１６ａは、フレーム１２の厚み方向に配置された支柱１２ｂの間に、支柱１２ｂの立設方向に沿って配置されている。昇降スライダ１６ｂは、送りネジ１６ａに係合し、送りネジ１６ａの回転に合わせて送りネジ１６ａの延設方向に移動するスライダである。実施形態では、昇降スライダ１６ｂを昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２に固定することで、送りネジ１６ａの回転に合わせて昇降フレーム１４ｃ１が移動するように構成している。昇降用モータ１６ｃは、直接、またはギアを介して送りネジ１６ａを回転させるための駆動手段である。
【００２４】
実施形態では、このような構成の送り手段１６を対で設けている。また、対を成す昇降用モータ１６ｃの制御を同期させることで、対を成す昇降フレーム１４ｃ１，１４ｃ２に固定されたホイール１４ｂ１，１４ｂ２に掛け回されている鋸刃１４ａを水平に昇降させることが可能となる。
【００２５】
［運転制御のための構成］
このような基本構成を有する実施形態に係るバンドソー１０では、切断手段１４に切屑除去手段１８を備えると共に、フレーム１２に切屑箱２０、切屑受け板２２、および撮像手段２４を備え、判定手段２６と制御手段２８を付帯させている。
【００２６】
切屑除去手段１８は、鋸刃１４ａに付着した切屑を払い落とすための要素である。その具体的な構成については限定するものでは無いが、例えば鋸刃１４ａに接触する円盤状の回転ブラシなどであれば良い。
【００２７】
切屑除去手段１８は、駆動モータ１４ｄを備えたホイール１４ｂ２の近傍、望ましくは、ホイール１４ｂ２からの送り出し側に設けるようにすると良い。本実施形態に係るバンドソー１０では、被切断物５０を切断した際に生ずる切屑の状態に基づいて、切断状態の適否の判定、制御を行う。ここで、被切断物５０を切断した際に生ずる切屑の状態については、被切断物５０の近傍で切屑を採取することが望ましい。しかし、バンドソー１０の被切断物５０の形状や大きさは多岐に亙るため、被切断物５０の近傍で切屑を採取することは難しく、別途センサや、動力等、様々な付加手段（いずれも不図示）が必要となることが考えられる。
【００２８】
これに対し、駆動モータ１４ｄを備えたホイール１４ｂ１，１４ｂ２の近傍に引き込まれる鋸刃１４ａは、被切断物５０を切断した直後のものであり、切断により生じた切屑が付着している可能性が高い。また、ホイール１４ｂ２からの送り出し側に切屑除去手段１８を設けることによれば、被切断物５０を切断する際の妨げになるおそれも無い。なお、本実施形態では、切屑除去手段１８の下半側に、ガイド１８ａを設け、払い落とした切屑の飛散を防止するようにしている。
【００２９】
切屑箱２０は、切屑除去手段１８により鋸刃１４ａから払い落とされた切屑を溜める要素であり、詳細を後述する切屑受け板２２を介して切屑が流れ込むように配置されている。切屑箱２０の配置位置に関しては、特に限定するものでは無いが、例えば下部フレーム１２ｃに付帯させるようにすれば良い。
【００３０】
切屑受け板２２は、切屑除去手段１８により鋸刃１４ａから払い落とされた切屑を受けて、切屑箱２０へ落とし込む役割を担う要素である。切屑受け板２２の形態については限定するものでは無いが、落下してきた切屑が外部へ漏れ落ちる事が無いように、ガイドとなる側板や、板面中央へ向けた谷型の傾斜面を持たせるようにすることが望ましい。
【００３１】
切屑受け板２２は、切屑除去手段１８の直下に配置され、鋸刃１４ａから払い落とされた切屑を確実に受けられるようにしている。また、切屑受け板２２は、切屑を受ける受け面から、切屑箱２０へ切屑を落とし込む払い出し部へ向けて、傾斜角θを持つように配置されている。傾斜角θについては、切屑受け板２２に堆積させる切屑の量に応じて調整すれば良い。傾斜角θを定める一例としては、切屑の安息角より僅かに小さな角度とすると良い。このような構成とすることで切屑は、切屑受け板２２の上に僅かに溜まった後、適宜切屑箱２０に流れ落ちることとなる。
【００３２】
撮像手段２４は、切屑の性状を判定するための画像データを取得するための要素である。撮像手段２４は、切屑受け板２２に溜まった切屑を撮像することができるように配置されている。上述したように、バンドソー１０では、被切断物５０近傍での切屑の採取が困難である。このため、切屑受け板２２に落下した切屑が必ずしも直近の切断により得られたものであるという保証が無い。よって、所定量の切屑を集め、その間に溜まった切屑の性状割合に基づいて切断状態の判定を行うことで、現状の運転状態の判定精度の向上を図ることができる。
【００３３】
判定手段２６は、撮像手段２４を介して取得した画像データに基づいて、切屑の性状を求め、切断状態の判定を行うための要素である。本実施形態では、鋸刃メーカー（Ｓｔａｒｒｅｔ社）の技術資料（図４参照）に基づき、切屑を４つのタイプにタイプ分けし、画像データに含まれる切屑のタイプ割合から、切断状態（運転状態）の判定を行うようにしている。
【００３４】
画像データに基づく切屑のタイプ分けは、図４におけるＣｈｉｐ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ（切屑の形状）と、Ｃｈｉｐ  Ｃｏｌｏｒ（切屑の色）に基づいて行う。なお、本実施形態においては、図４に示す切屑について、図中上側から下側にかけて、切屑のタイプをタイプ１からタイプ４と定めることとしている。タイプ１からタイプ４の切屑の状態は、Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ（切屑の状態）と、Ｃｈｉｐ  Ｃｏｌｏｒに示される通りである。すなわち、タイプ１の切屑は、Ｔｈｉｎ  ａｎｄ  Ｔｉｇｈｔｌｙ  Ｃｕｒｌｅｄ（薄くしっかりカールしている）という状態で、Ｓｉｌｖｅｒ（銀色）であることを特徴としている。また、タイプ２の切屑は、Ｐｏｗｄｅｒｅｄ（粉末状）であり、Ｓｉｌｖｅｒであることを特徴としている。また、タイプ３の切屑は、Ｔｉｃｋ  ａｎｄ  Ｓｈｏｒｔ（厚く短い）状態であり、Ｂｌｕｅ  ｏｒ  Ｂｒｏｗｎ（青、または茶色）であることを特徴としている。さらにタイプ４の切屑は、Ｔｈｉｎ  ａｎｄ  Ｃｕｒｌｙ（薄くカールしている）という状態で、Ｓｉｌｖｅｒであることを特徴としている。ここで、タイプ１の切屑とタイプ４の切屑の違いは、カール状態を平面視しただけでは判断し辛いが、タイプ１の切屑が比較的平面的に丸まりを生じさせるのに対し、タイプ４の切屑は高さ方向への伸びを生じさせるといった違いがあり、画像データに基づく判別も可能である。
【００３５】
本実施形態に係るバンドソー１０では、判定手段２６の記憶部に、各タイプ毎に選別された教師データを保管した切屑画像データベース２６ａが構築されている。切屑画像データベース２６ａを構築する教師データのサンプルは、各切屑のタイプ毎に数百から数千記録されており、切断作業を重ねる毎に、教師データを増加させることができ、判定精度を向上させることができる。
【００３６】
［判定手順］
判定手段２６は、例えば次のような手順で行うことができる。まず、撮像手段２４により取得された画像データから、特定範囲の画像に含まれる個々の切屑を切り出す。切り出した画像データに含まれる切屑の色、または形態の特徴を取得して切屑タイプの粗分けを行う。例えば、切屑の色が銀色以外の青や茶色であれば、タイプ３の切屑である可能性が高いと判定することができる。また、切屑の形態が所定の面積に満たない微細なものである場合には、タイプ２の切屑である可能性が高いと判定することができる。そして、タイプ２、タイプ３以外の判定された切屑は、タイプ１またはタイプ４の切屑である可能性が高いと判定することができる。
【００３７】
粗分けが完了した後、各タイプ、あるいは判定が難しいタイプ１とタイプ４について、それぞれ教師データとの比較を行う詳細判定を行う。比較判定については、画像データの近似具合等を判定するための一般的なアルゴリズムに基づけば良い。このアルゴリズムに基づき、近似度合いが一定以上であれば、そのタイプに属する切屑であると判定することができる。このように、粗分けを行った後に詳細判定を行うことで、判定処理の負荷を低減し、短時間化を図ることができる。
【００３８】
画像データから切り出された切屑画像について、それぞれ詳細判定を行うことでタイプ種別を特定した後、画像データに含まれていた切屑に関して、タイプ毎の割合を求め、バンドソー１０の運転制御パターンを決定する。制御パターンとしては、図４に示すように、Ｂｌａｄｅ  Ｓｐｅｅｄ（鋸刃速度）と、Ｂｌａｄｅ  Ｆｅｅｄ（鋸刃送り）の切り替え、あるいは維持を調整するための制御パターンである。
【００３９】
具体的には、判定タイプがタイプ１であった場合には、鋸刃速度はＣｏｒｒｅｃｔ（適正）であるが、鋸刃送りに関しては、Ｄｅｃｒｅａｓｅ（減少させる）という制御パターンとなる。また、判定タイプがタイプ２であった場合、鋸刃速度を減少させ、鋸刃送りを増加させるという制御パターンとなる。また、判定タイプがタイプ３であった場合、鋸刃速度、鋸刃送り共に減少させるという制御パターンとなる。さらに、判定タイプがタイプ４である場合には、鋸刃速度、鋸刃送り共に適正であり、現状を維持するという制御パターンが採られることとなる。
【００４０】
判定手段２６による判定結果は、制御手段２８に出力される。制御手段２８では、判定結果として入力された制御パターンに応じて、駆動モータ１４ｄ、あるいは昇降用モータ１６ｃ、または両者に対して制御信号を出力する。なお、制御パターンに従った鋸刃速度や鋸刃送りの変更は、現状に対して所定の割合（例えば１０％）だけ増加、あるいは減少させるというものであれば良い。また、上記のような判定、制御を行うにあたって、鋸刃速度の初期設定値は、バンドソー１０における定格速度とすれば良い。
【００４１】
ここで、制御手段２８により定められる鋸刃速度や鋸刃送りの増減割合については、画像データに含まれる切屑のタイプの割合により変化させるようにしても良い。例えば、タイプ１の切屑の割合が９に対して、タイプ４の切屑の割合が１と判定された場合、鋸刃送りの速度変化割合（減少）は、１０％とすれば良い。一方、タイプ１の切屑の割合が６に対してタイプ４の切屑の割合が３、その他のタイプが１と判定された場合には、鋸刃送りの変化割合を５％とするといった制御を行うようにする。つまり、タイプ１からタイプ３の切屑の含有割合に対して、タイプ４の切屑の含有割合が比較的多い場合には、鋸刃速度や鋸刃送りの変化割合を小さくする制御を行うようにすると良い。
【００４２】
このように、画像データに含まれる切屑タイプの含有割合に応じて制御パターンによる変化割合を調整することで、適正な切断状態への調整に対する収束時間を短くすることができる。
【００４３】
上記のような運転制御を可能とする本実施形態に係るバンドソー１０によれば、熟練者が豊富な経験によって得ていた機械式切断のノウハウがなくとも好適な条件で被切断物５０の切断作業を行うことが可能となる。よって、非熟練者でもバンドソー１０による切断作業を実施することができる。なお、本実施形態において「好適な条件」とは、鋸刃の寿命の長期化と切断効率の向上の両方を考慮したバランスの良い運転条件をさすものであり、必ずしも最適な条件でなくて良い。
【符号の説明】
【００４４】
１０………バンドソー、１２………フレーム、１２ａ………上部フレーム、１２ａ１………幅方向梁、１２ａ２………厚み方向梁、１２ｂ………支柱、１２ｂ１１………ガイドレール、１２ｃ………下部フレーム、１２ｃ１………幅方向梁、１４………切断手段、１４ａ………鋸刃、１４ｂ１，１４ｂ２………ホイール、１４ｃ１，１４ｃ２………昇降フレーム、１４ｄ………駆動モータ、１４ｅ………スライダ、１６………送り手段、１６ａ………送りネジ、１６ｂ………昇降スライダ、１６ｃ………昇降用モータ、１８………切屑除去手段、１８ａ………ガイド、２０………切屑箱、２２………切屑受け板、２４………撮像手段、２６………判定手段、２６ａ………切屑画像データベース、２８………制御手段、５０………被切断物。
【図１】
2020110883.tif 000003
【図２】
2020110883.tif 000004
【図３】
2020110883.tif 000005
【図４】
2020110883.tif 000006