(57)【要約】【課題】スパイラルチューブ間の隙間計測に要する時間を短縮する事ができ、現場において効率良くメンブレンバーを提供する事のできるメンブレンバー加工システムを提供する。【解決手段】火力ボイラの水壁を構成するスパイラルチューブ４０の溶接部位における隙間領域４２に配置されるメンブレンバーを現場加工するためのシステムであって、対象とするメンブレンバーを配置するための隙間領域４２の形状をステレオ撮影する携帯型の撮像手段１２と、撮像手段１２により撮像された２枚の画像データに基づいて、隙間領域４２の領域抽出を行うと共に３次元座標を算出し、加工用データを作成する演算手段２４と、演算手段２４により作成された前記加工用データに基づいて選定された板部材が加工部にセットされ、前記加工用データに従った切削加工を行う切削手段２６と、を有する事を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火力ボイラの水壁を構成するスパイラルチューブの溶接部位におけるチューブ間隙間に配置されるメンブレンバーを現場加工するためのシステムであって、
対象とするメンブレンバーを配置するための前記チューブ間隙間を撮像して３次元座標を取得する撮像手段と、
取得された前記チューブ間隙間の３次元座標に基づいて作成された加工用データに基づいて、選定された板部材の加工を行う切削手段と、を有することを特徴とするメンブレンバー加工システム。
【請求項２】
火力ボイラの水壁を構成するスパイラルチューブの溶接部位におけるチューブ間隙間に配置されるメンブレンバーを現場加工するためのシステムであって、
対象とするメンブレンバーを配置するための前記チューブ間隙間の形状をステレオ撮影する携帯型の撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された２枚の画像データに基づいて、前記隙間の領域抽出を行うと共に３次元座標を算出し、加工用データを作成する演算手段と、
前記演算手段により作成された前記加工用データに基づいて選定された板部材が加工部にセットされ、前記加工用データに従った切削加工を行う切削手段と、を有する事を特徴とするメンブレンバー加工システム。
【請求項３】
前記撮像手段には、前記スパイラルチューブと撮像のためのカメラレンズとの距離を一定に保つための据付アームが備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレンバー加工システム。
【請求項４】
前記据付アームには、前記撮像手段を前記チューブに固定するための吸着手段が備えられていることを特徴とする請求項３に記載のメンブレンバー加工システム。
【請求項５】
前記撮像手段には、撮像範囲に照射する投光手段が備えられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のメンブレンバー加工システム。
【請求項６】
前記演算手段は、撮像された画像データから、前記切削手段により切削加工されるメンブレンバーが配置されるスパイラルチューブの番号を読み取り、切削加工されるメンブレンバーの管理を前記番号により行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のメンブレンバー加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メンブレンバーの加工システムに係り、特に、管路外形に溶接部を有する部位への配置を予定するメンブレンバーの加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力ボイラ等の外周に螺旋状に配置されるスパイラルチューブ（水管）（以下、単にチューブと略す事あり）は、設置時には縦型の分割構造体とされている。このため、設置に際して隣接配置されているスパイラルチューブと延設されるスパイラルチューブどうしの溶接が成される。そして、メンブレンバーは、この溶接部位を避けるための形状加工が必要となる。このため、特許文献１、特許文献２のような、様々な技術が提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示されている技術では、計測装置をスパイラルチューブに取り付け、メンブレンバーを配置する隙間に沿って接触型の計測機器を移動させ、隙間形状のデータを取得する。その後、計測されたデータを加工機に入力し、計測データに合致したメンブレンバーを作成するというものである。
【０００４】
特許文献２に開示されている技術も、スパイラルチューブ間に形成される隙間（ギャップ）を計測するための計測装置である。特許文献２の計測装置は、スパイラルチューブに磁石で吸着固定され、チューブの軸方向に摺動するスライダに取り付けられた接触型のギャップセンサにより、隙間の形状を検出する。ここで、計測装置には、芯出し治具が設けられており、計測装置をチューブに固定する際当該装置の中心が、計測対象とする隙間の中心に位置するように配置する事を可能としている。そして、計測されたデータを加工機に入力し、計測データに合致したメンブレンバーを作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７１９０３号公報
【特許文献２】特開平７−２４３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献に開示されている計測装置によれば、実際の隙間形状を接触検出して形状データを取得するため、正確なデータを取得する事ができる。このため、取得データに基づいて加工装置により作成されるメンブレンバーも、隙間に合致した形状とする事ができる。
【０００７】
しかし、上記特許文献に開示されている計測装置は、いずれも接触型のセンサを採用し、隙間の形状を直接計測している。このため個々の隙間における計測時間が長く、５０００箇所から５００００箇所という多くの隙間を計測するためには、計測に要する時間が非常に長くなるといった問題がある。
【０００８】
そこで本発明では、上記問題点を解決し、スパイラルチューブ間の隙間計測に要する時間を短縮する事ができ、現場において効率良くメンブレンバーを提供する事のできるメンブレンバー加工システムを提供する事を目的とする。
【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メンブレンバー加工システムは、火力ボイラの水壁を構成するスパイラルチューブの溶接部位におけるチューブ間隙間に配置されるメンブレンバーを現場加工するためのシステムであって、対象とするメンブレンバーを配置するための前記チューブ間隙間を撮像して３次元座標を取得する撮像手段と、取得された前記チューブ間隙間の３次元座標に基づいて作成された加工用データに基づいて、選定された板部材の加工を行う切削手段と、を有することを特徴とするものであると良い。
【００１０】
また、上記目的を達成するための本発明に係るメンブレンバー加工システムは、火力ボイラの水壁を構成するスパイラルチューブの溶接部位におけるチューブ間隙間に配置されるメンブレンバーを現場加工するためのシステムであって、対象とするメンブレンバーを配置するための前記チューブ間隙間の形状をステレオ撮影する携帯型の撮像手段と、前記撮像手段により撮像された２枚の画像データに基づいて、前記隙間の領域抽出を行うと共に３次元座標を算出し、加工用データを作成する演算手段と、前記演算手段により作成された前記加工用データに基づいて選定された板部材が加工部にセットされ、前記加工用データに従った切削加工を行う切削手段と、を有する事を特徴とするものであっても良い。
【００１１】
また、上記のような特徴を有するメンブレンバー加工システムにおいて前記撮像手段には、前記スパイラルチューブと撮像のためのカメラレンズとの距離を一定に保つための据付アームを備えるようにすると良い。
【００１２】
このような特徴を有する事によれば、スパイラルチューブとカメラレンズの位置を撮影の都度調整する事を要さず、設置から撮像までの時間を短縮する事が可能となる。
【００１３】
また、上記のような特徴を有するメンブレンバー加工システムにおいて前記据付アームには、前記撮像手段を前記チューブに固定するための吸着手段を備えるようにすることができる。
【００１４】
このような特徴を有する事によれば、撮像時に撮像手段を支えている必要が無くなる。このため、労力を軽減する事ができると共に、支持状態の変化によって生ずる撮影角度の変化も抑制する事ができる。
【００１５】
また、上記のような特徴を有するメンブレンバー加工システムにおいて前記撮像手段には、撮像範囲に照射する投光手段を備えるようにすると良い。
【００１６】
このような特徴を有する事により、撮像範囲が暗所であったり、逆光であったりする場合でも、隙間領域の境界を明確化する事が可能となる。また、シャッタースピードを上げる事ができ、撮像画像のブレを防止する事ができる。
【００１７】
さらに、上記のような特徴を有するメンブレンバー加工システムにおいて前記演算手段は、撮像された画像データから、前記切削手段により切削加工されるメンブレンバーが配置されるスパイラルチューブの番号を読み取り、切削加工されるメンブレンバーの管理を前記番号により行うようにすると良い。
【００１８】
このような特徴を有する事により、メンブレンバーの数が多い場合であっても、特定の隙間領域に対応するメンブレンバーを特定する事が容易となる。
【発明の効果】
【００１９】
上記のような構成のメンブレンバー加工システムによれば、スパイラルチューブ間の隙間計測に要する時間を短縮する事ができる。これにより、現場において効率良くメンブレンバーを加工、作成し、提供する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係るメンブレンバー加工システム構成を示す図である。
【図２】スパイラルチューブ間における隙間領域の撮像を行う様子を示す図である。
【図３】２つのカメラにより撮像された２つの画像データを示す図である。
【図４】２つの画像データに関して、隙間領域とその他の領域との区別が明確となるように、二値化を施した状態を示す図である。
【図５】二値化された画像データから、画像中央に位置する隙間領域を抽出した状態を示す図である。
【図６】中央に位置する隙間領域を示す２つの画像に基づき、基準点の３次元座標を求める処理を説明するための図である。
【図７】３次元座標とピクセル座標から、隙間領域の実寸法を求める処理を説明するための図である。
【図８】カメラにより撮像された画像データから、メンブレンバーのＩＤを取得する処理を説明するための図である。
【図９】実際の隙間領域から抽出した３次元画像データをＸＹ座標系に配置したＮＣ加工データの様子を示す図である。
【図１０】図９に示すＮＣ加工データに対して末端処理を施した様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のメンブレンバー加工システム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。図面において、図１は実施形態に係るメンブレンバー加工システムの構成を示す図であり、図２から図８は、３次元データ作成プログラムについての説明を行う過程における画像データについての図であり、図９、図１０は、ＮＣ加工データ作成プログラムについての説明を行うための図である。
【００２２】
［システム構成について］
本実施形態に係るメンブレンバー加工システム１０は、撮像手段１２と、演算手段２４、及び切削手段２６とを有する。撮像手段１２は、螺旋状に配置されたスパイラルチューブ４０（図２参照）間の隙間領域４２（図２参照）を撮像し、撮像データから３次元データを抽出するための要素である。本実施形態の場合、３次元データの抽出手段として、写真測量（三角測量）の原理を用いることとした。このため、撮像手段１２の本体１４には、視差を生じさせる位置に設けた２つのカメラ１６ａ，１６ｂが備えられている。
【００２３】
［撮像手段］
また、撮像手段１２には、本体１４と、撮像対象とするスパイラルチューブ４０との距離を一定に保つために、スパイラルチューブ４０に当接する据付アーム１８が備えられている。据付アーム１８には、スパイラルチューブ４０との当接面に永久磁石等の吸着手段２０が設けられると共に、本体１４とスパイラルチューブ４０との距離を調整可能なアジャスト機構１８ａが備えられている。据付アーム１８は、カメラ１６ａ，１６ｂの中心が撮像対象となる隙間領域４２に位置すると共に、撮像手段１２の本体１４が据え付け位置から回転しないように、スパイラルチューブ４０との接触面が、複数のスパイラルチューブ４０を跨ぐこととなるように構成されている。
【００２４】
また、本体１４には、投光手段２２が備えられており、撮像箇所を照らし出す事ができるように構成されている。暗所や逆光での撮像の場合、スパイラルチューブ４０と隙間領域４２との境界が不明瞭となる場合があるからである。このような場合に、投光手段２２を使用して輝度を確保する事により境界線が明瞭となると共に、暗部であっても速いシャッタースピードを確保する事ができ、撮像時のブレの発生を防ぐ事ができる。
【００２５】
撮像手段１２をこのような構成とする事で、撮像手段１２をコンパクトで軽量な構成（携帯型）とする事ができる。このため、現場作業における労力の軽減と、作業性の向上を図る事ができる。
【００２６】
［演算手段］
また、撮像手段１２には、演算手段２４が付帯されている。本実施形態に係る演算手段２４は、上述した撮像手段１２や、後述する切削手段２６の操作パネルとしての役割と共に、撮像手段１２により撮像された２枚の画像データに基づいて、３次元データや、ＮＣ加工データ（加工用データ）を作成する役割を担う手段である。このため演算手段２４には、各手段の操作機能と共に、少なくとも、３次元データ作成プログラムと、ＮＣ加工データ作成プログラムが記録されている。
【００２７】
［３次元データ作成プログラム］
３次元データ作成プログラムとは、図２に示すようにスパイラルチューブ４０に撮像手段１２を据え付けて撮像された２つの画像データ（図３参照）に基づいて、メンブレンバーを配置する隙間領域４２の座標データを求めるためのプログラムである。３次元データ作成プログラムは、撮像手段１２により撮像された２つの画像データが演算手段２４に入力された上で起動される（画像の入力：図３参照）。なお、図３から図６において、紙面上左側に配置されている画像がカメラ１６ａによる撮像画像、右側に配置されている画像がカメラ１６ｂによる撮像画像であるとして説明を行う。
【００２８】
３次元データ作成プログラムでは、まず、２つの画像データに対してそれぞれ、メンブレンバーを配置する隙間領域４２と、その他の領域を分けるための二値化画像データを作成する（画像の二値化：図４参照））。二値化画像データが作成された後、隙間領域４２の抽出を行う（領域抽出：図４参照）。二値化画像データに基づく領域抽出を行った際、複数の隙間領域４２が検出された場合、画像データの中心に位置する隙間領域４２を抽出する（画像中心部の領域抽出：図５参照）。
【００２９】
次に、抽出した隙間領域４２の隅（例えば直線距離Ｌが最も小さい頂点位置）を基準点Ｐ０として抽出し、２つの画像データそれぞれについて、基準点Ｐ０のピクセル座標を取得する（領域の隅を基準点として抽出：図６参照））。各画像データについて、基準点Ｐ０のピクセル座標を取得した後、予め入力されているレンズ歪に対する補正値と、カメラ１６ａ，１６ｂの位置座標、及び２つの画像データから取得した各基準点Ｐ０のピクセル座標に基づいて、三角測量の原理から、基準点Ｐ０の三次元座標を算出する（レンズ歪、カメラ座標から、基準点の三次元座標を取得：図７参照）。
【００３０】
基準点のピクセル座標の取得、及び基準点の三次元座標の取得という処理を、隙間領域４２において少なくとも２点（例えば２つの頂点位置）について行い、２つの基準点Ｐ０，Ｐ１間における実寸法Ｄと、ピクセル座標寸法の算出を行う。両者を求めた後に、２つの基準点Ｐ０，Ｐ１間における実寸法Ｄとピクセル座標寸法との比（実寸法比）を算出する（二つの基準点の三次元座標から基準点間の実寸法とピクセル座標寸法の比を取得：７参照）。
【００３１】
ピクセル座標寸法と実寸法との比を求めた後、撮像手段１２により撮像された２つの画像データのうちの一方について、画像データにおけるピクセル座標寸法を実寸法比で変換し、隙間領域４２全体の実寸法を取得する（画像データのピクセル寸法を実寸法比で変換）。
【００３２】
次に、撮像手段１２により撮像された画像データから、隙間領域４２に対するＩＤ情報が記載されている範囲を取得する（例えば隙間領域４２の左上側の一定範囲）。なお、ＩＤ情報記載範囲の取得は、予め定めた所定範囲を自動的に切り取る処理としても良いが、作業者が演算手段２４における表示画面等を介して画像データを見ながら選択するようにしても良い（画像データから文字が記入されている範囲を取得）。取得されたＩＤ情報記載範囲について、文字認識機能を介して文字情報を抽出する。抽出された文字情報について、対象とする隙間領域４２に配置するメンブレンバーのＩＤとして記録する（文字認識機能で現地取付用メンブレンバーのＩＤを取得：図８参照）。撮像された画像データやＮＣ加工データ等を、取得したＩＤに関連付けて記録する事で、ＩＤによりメンブレンバーの管理を行う事が可能となる。
【００３３】
［ＮＣ加工データ作成プログラム］
ＮＣ加工データ作成プログラムとは、３次元データ作成プログラムで求めた座標データに基づいて、隙間領域４２の実寸法を求め、切削範囲を定めた加工データを作成するためのプログラムである。
【００３４】
ＮＣ加工データ作成プログラムでは、まず、３次元データ作成プログラムを実行して得られた隙間領域４２の実寸法を加工モデルとしての座標面へ反映させる処理を行う。この時、Ｚ軸中心を基準として隙間領域４２の加工モデルを回転させ、加工側面の少なくとも一方に、切削量が０ｍｍとなる点（基準点）が２つ以上（本実施形態では基準点Ｐ２，Ｐ３の２つ）配置されるように調整する（計測データの座標反映：図９参照）。
【００３５】
次に、座標面へ反映させた加工モデルに対し、非切削面となる長手方向端面の形状データを削除する処理を行う（末端処理）。末端処理は、Ｘ値に対してＹ値が３点以上あるデータの削除を行う事により成される。具体的には、図９に示すように、Ｘ軸の原点位置をＡ、Ｙ軸にデータが存在するＸ軸上の最大値をＣ、ＡとＣの中間位置をＢとした場合、次のように行えば良い。
【００３６】
まず、ＡからＢに向けて各Ｘ値に対するＹ値のデータ数を計測するように計測軸を進める。そして、Ｘ値に対するＹ値のデータ数が２点を超えた場合（３点以上）、その位置までに存在する座標データ（Ａから計測軸までの座標データ）を削除する。
【００３７】
その後ＢからＣに向けて各Ｘ値に対するＹのデータ数を計測するように計測軸を進める。そして、Ｘ値に対するＹ値のデータ数が２点を超えた場合（３点以上）、その点以降に存在する座標データ（計測軸からＣまでの座標データ）を削除する。
【００３８】
このような処理を施す事で、板部材の無加工部分が明確となり、図１０で示すようなシンプルな加工データとする事ができる。
【００３９】
［切削手段］
切削手段２６は、演算手段２４により作成されたＮＣ加工データに基づいて、メンブレンバーを構成する板部材を切削加工するための手段である。本実施形態に係る切削手段２６は、少なくともワークテーブル２８と、クランプ手段３０、主軸３２、及びＸＹテーブル３４を備えるようにしている。
【００４０】
ワークテーブル２８は、メンブレンバーを形成する板部材を載置するためのテーブルである。クランプ手段３０は、ワークテーブル２８に対して板部材を押し付けて固定する要素である。また、主軸３２は、モータ等の駆動手段を備え、切削用のエンドミルを保持する要素である。実施形態に係る切削手段２６は、ワークテーブル２８に対して、クランプ手段３０と主軸３２が、板部材を介して対向配置される形態としており、主軸３２は、板部材の一方の側面のみを切削可能な構成としている。このように、切削手段２６の可動軸を減らす事で、装置の小型化を図る事ができ、現場への搬入、移動が容易となる。
【００４１】
ＸＹテーブル３４は、主軸３２を板部材の長手方向、及び幅方向に移動させるための要素である。ここで、実施形態に係るワークテーブル２８には、長手方向当板２８ａと、幅方向当板２８ｂが設けられている。長手方向当板２８ａは、ワークテーブル２８に配置される板部材の長手方向の一端部を当接させる要素である。一方、幅方向当板２８ｂは、ワークテーブル２８に配置される板部材の幅方向の一端部を当接させる要素である。
【００４２】
［効果］
上記のような特徴を有するメンブレンバー加工システム１０によれば、撮像手段１２をスパイラルチューブ４０に固定して撮像するだけで隙間領域４２の計測を行う事ができる。よって、隙間計測に要する時間を短縮する事ができる。また、計測データから加工用データを作成し、簡易型の切削手段２６により切削加工を行うため、現場において効率良くメンブレンバーを提供する事ができる。
【００４３】
なお、上記実施形態において、撮像手段１２と演算手段２４、及び切削手段２６間における操作信号や各種データの授受は、有線による伝送であっても、無線による伝送であっても良い。また、データの授受に関しては、各種記録媒体を介して行うようにしても良い。
【００４４】
［メンブレンバーの加工、作成］
次に、上記のような構成のメンブレンバー加工システム１０を用いたメンブレンバーの加工、作成について説明する。
【００４５】
まず、据付アーム１８を介して撮像手段１２をスパイラルチューブ４０に配置・固定する（例えば図２参照）。撮像手段１２を配置・固定した後、演算手段２４を介した操作、あるいは直接撮像手段１２を操作する事により、本体１４に設けられた２つのカメラ１６ａ，１６ｂによって２つの画像を撮像する。
【００４６】
撮像された画像データは、メモリーカード等の記録媒体や、ケーブル等を介して演算手段２４の記憶部へ入力される。演算手段２４では、３次元データ作成プログラムと、ＮＣ加工データ作成プログラムを介してＮＣ加工データが作成される。ここで、いずれか一方の側面には、少なくとも２点、切削量が０ｍｍとなる点が設けられるように、座標変換を行う。
【００４７】
ＮＣ加工データにおけるメンブレンバーの最大幅に応じて板部材の選定を行い、油圧カッター等の切断手段により、メンブレンバーの長さに合わせて板部材の切断を行う。板部材を適切な長さに切断した後、切削手段２６のワークテーブル２８に板部材を配置し、クランプ手段３０により固定する。
【００４８】
ここで、主軸３２と対面する事となる第１切削側面には、切削量が０ｍｍとなる点（２点）を定めた加工面が来るように配置する。また、第１切削側面と反対側の側面（第２切削側面）は、幅方向当板２８ｂに当接させ、いずれか一方の長手方向端部は、長手方向当板２８ａに当接させる。
【００４９】
このようにして板部材を切削手段２６に配置した後、演算手段２４による操作機能を介してエンドミルの回転速度、切削速度、及び一回の切削深さ等の加工条件を定め、板部材の第１切削側面の加工を開始する。第１切削側面の加工が完了した後、クランプ手段３０による板部材の固定を解除し、板部材の長手方向中心を基点として１８０度回転させ、第２切削側面を主軸３２側に位置させてワークテーブル２８に配置する。この時、第１切削側面に定めた切削量が０ｍｍとなる点を基準点として、幅方向当板２８ｂに当接させる。これにより、第２切削側面の切削量を板部材の幅に基づいて定める事ができる。また、板部材の長手方向における一方の端部は、長手方向当板２８ａに当接させた状態とする。これにより、長手方向の位置決めを成す事ができ、第１切削側面と第２切削側面との間において、溶接部分のビードを回避するための凹部の位置がズレる事を防ぐ事ができる。
【００５０】
板部材の反転設置が完了した後、クランプ手段３０による固定を行い、第２切削側面の加工を開始する。第２切削側面の加工が完了した後は、クランプ手段３０による板部材の固定を解除し、作成されたメンブレンバーに対して、対応するＩＤ番号の書き込みを行う。
【００５１】
このように、実施形態に係るメンブレンバー加工システム１０を用いる事により、隙間領域４２の形状計測を短時間で行う事が可能となる。また、板部材を手動で反転させ、片側の側面づつ切削を行う切削手段２６としたため、切削手段２６を小型、軽量化する事が可能となった。
【００５２】
なお、上記実施形態においては、撮像手段１２は、２つのカメラ（カメラ１６ａ，１６ｂ）を備えたステレオ撮影型のカメラである旨説明した。しかしながら、本発明を実施するにあたり、撮像手段１２は、板部材を加工するために、隙間領域４２の３次元座標を取得する事ができれば良い。このため、撮像手段は、３次元距離画像カメラなど、直接３次元座標を得る事ができるものであっても良い。この場合演算手段２４では、取得された３次元座標から隙間領域４２の範囲を抜き出し、ＮＣ加工データを作成する処理を行うようにすれば良いこととなる。また、演算手段２４の機能を外部に持たせ、取得した３次元座標データを、別途コンピュータ等の処理装置に入力し、ＮＣ加工データを作成した後、これを切削手段２６に入力するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５３】
１０………メンブレンバー加工システム、１２………撮像手段、１４………本体、１６ａ，１６ｂ………カメラ、１８………据付アーム、１８ａ………アジャスト機構、２０………吸着手段、２２………投光手段、２４………演算手段、２６………切削手段、２８………ワークテーブル、２８ａ………長手方向当板、２８ｂ………幅方向当板、３０………クランプ手段、３２………主軸、３４………ＸＹテーブル、４０………スパイラルチューブ、４２………隙間領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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