(57)【要約】【課題】直径の異なるガラスパイプ端面同士を融着するために、安定して該端面の加工形状を作り出すことができるガラスパイプ端部加工装置を提供すること。【解決手段】石英ガラスパイプ端面２０２を撮像部１０により撮像し、そのデータから画像処理部２０は端面２０２の直径を計測し、全体制御部３０が計測値と目標値を比較して、コテ軸数値制御部４０に制御命令を発行する。【選択図】　　　図１
2004051405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスパイプの端部を加工するガラスパイプ端部加工装置において、
前記ガラスパイプを該パイプの長手方向中心軸周りに回転させる回転駆動部と、前記ガラスパイプ端部を加熱し、軟化させるための加熱部と、前記ガラスパイプ端部に接触することにより該端部を加工するコテ部と、前記コテ部の駆動軸を駆動するためのコテ軸駆動部とから成るガラスパイプ端部加工部と、
前記ガラスパイプの端面を正面より撮像するための撮像部と、前記撮像部により撮像したデータから前記端面の直径を計測する画像処理部と、前記画像処理部により計測した前記端面の直径が所定の値であるかどうかを判断する全体制御部と、前記全体制御部の指示に従い、前記コテ軸駆動部を数値制御するコテ軸数値制御部とから成るガラスパイプ端部加工制御部と
を具備することを特徴とするガラスパイプ端部加工装置。
【請求項２】
前記全体制御部は、前記画像処理部により計測した前記ガラスパイプ端面の直径と所定の値との差分を算出し、
前記コテ軸数値制御部は、前記差分に対応して、前記コテ部が前記ガラスパイプの端部を加工するように前記コテ軸駆動部を数値制御することを特徴とする請求項１に記載のガラスパイプ端部加工装置。
【請求項３】
前記ガラスパイプ端面を照射するための光源を具備し、
前記光源により照射された前記ガラスパイプ端面を、前記撮像部によって撮像し、
前記画像処理部は、前記ガラスパイプ端面の輝度を計測することによりガラスパイプ端面の直径を計測することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラスパイプ端部加工装置。
【請求項４】
前記画像処理部は、所定時間毎に前記ガラスパイプ端面の直径を計測し、該計測結果を前記全体制御部に送出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のガラスパイプ端部加工装置。
【請求項５】
前記全体制御部は、該全体制御部の算出による前記ガラスパイプ端面の直径と所定の値との差分の変化に比例して、次回の前記ガラスパイプ端面直径の計測までの時間を決定し、
該時間を経たときに、前記画像処理部に前記ガラスパイプ端面直径の計測を行なうよう指示することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のガラスパイプ端部加工装置。
【請求項６】
前記コテ軸駆動部は、前記コテ軸を駆動させることにより、前記ガラスパイプ端部を封じ形状加工もしくはラッパ形状加工することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のガラスパイプ端部加工装置。
【請求項７】
ガラスパイプの端部を加工するガラスパイプ端部加工制御方法において、
前記ガラスパイプ端部にコテ部を接触することにより該端部を加工する工程と、
前記コテ部の駆動軸を駆動させる工程と、
前記ガラスパイプの端面を正面より撮像する工程と、
前記撮像工程により得られたデータから前記端面の直径を計測する工程と、
前記計測工程により得られた値が所定の値であるかどうかを判断する工程と、前記判断工程に従い、前記コテ部駆動軸の駆動を数値制御する工程とを含むことを特徴とするガラスパイプ端部加工制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば直径の異なるガラスパイプ端面同士を融着するために、該ガラスパイプの端部を加工制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば直径の異なる２つのガラスパイプの端面同士を自動加工制御によって融着する場合、従来、次のような方法で行なわれている。
先ず、各パイプを夫々の長手方向中心軸周りに回転させ、夫々の端部をバーナ等により加熱し、軟化させる。
次いで、ステッピングモータ等を用いた数値制御軸を取り付けたカーボン製のコテを夫々の端部に押し当て、直径の太いパイプは封じ加工することにより端面直径を小さくされ、直径の細いパイプはラッパ加工することにより端面直径を太くされている。
上記のように加工された夫々のパイプ端面を合わせ、接合部をバーナ等により加熱することにより、各パイプの融着が行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記カーボンコテの数値制御軸による制御は、最終的な目標となる径の値に合わせてコテが一定量移動するよう、予め制御ＣＰＵに動作情報を与えている。この場合、予め与えられた動作情報のみに従って、加工開始から終了までの作業を行なっている。
しかしながら、実際はバーナコンディション、コテ摩擦などの様々な要因によって、パイプ端面形状やパイプ端面肉厚等が安定せず、融着後の仕上がりが不安定であり、良好なガラスパイプを効率よく得ることができないという技術的課題があった。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、直径の異なるガラスパイプ端面同士を融着するために、安定して該端面の加工形状を作り出すことができるガラスパイプ端部加工装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされたこの発明にかかるガラスパイプ端部加工装置は、ガラスパイプの端部を加工するガラスパイプ端部加工装置において、前記ガラスパイプを該パイプの長手方向中心軸周りに回転させる回転駆動部と、前記ガラスパイプ端部を加熱し、軟化させるための加熱部と、前記ガラスパイプ端部に接触することにより該端部を加工するコテ部と、前記コテ部の駆動軸を駆動するためのコテ軸駆動部とから成るガラスパイプ端部加工部と、前記ガラスパイプの端面を正面より撮像するための撮像部と、前記撮像部により撮像したデータから前記端面の直径を計測する画像処理部と、前記画像処理部により計測した前記端面の直径が所定の値であるかどうかを判断する全体制御部と、前記全体制御部の指示に従い、前記コテ軸駆動部を数値制御するコテ軸数値制御部とから成るガラスパイプ端部加工制御部とを具備することに特徴を有する。
【０００６】
前記した構成によると、ガラスパイプ端面の撮像データから該端面の直径を計測し、計測値が所定の値かどうかを判断した結果をフィードバックすることで、加工途中でのコテ軸数値制御部における数値制御補正を行なうことができる。これにより、安定したガラスパイプ端面の加工形状を得ることができる。
【０００７】
また、前記全体制御部は、前記画像処理部により計測した前記ガラスパイプ端面の直径と所定の値との差分を算出し、前記コテ軸数値制御部は、前記差分に対応して、前記コテ部が前記ガラスパイプの端部を加工するように前記コテ軸駆動部を数値制御することが望ましい。
このように構成することによって、コテ部の移動量をその都度補正できるため、コテ軸数値制御部における数値制御補正をより精密に行なうことができる。
【０００８】
また、この発明にかかるガラスパイプ端部加工装置は、前記ガラスパイプ端面を照射するための光源を具備し、前記光源により照射された前記ガラスパイプ端面を、前記撮像部によって撮像し、前記画像処理部は、前記ガラスパイプ端面の輝度を計測することにより前記ガラスパイプ端面の直径を計測することが望ましい。
このように構成することにより、ガラスパイプ端面に反射する輝度変化を追いかけることで、ガラスパイプ端面の直径を計測することができる。
【０００９】
また、前記画像処理部は、好ましくは所定時間毎に前記ガラスパイプ端面の直径を計測し、該計測結果を前記全体制御部に送出するよう構成される。
このように構成することにより、全体制御部においては、所定時間に応じて定期的にガラスパイプ端面の直径計測結果を得ることができるため、その都度コテ軸数値制御においてフィードバック制御するができる。
【００１０】
あるいは、前記全体制御部は、該全体制御部の算出による前記ガラスパイプ端面の直径と所定の値との差分の変化に比例して、次回の前記ガラスパイプ端面直径の計測までの時間を決定し、該時間を経たときに、前記画像処理部に前記ガラスパイプ端面直径の計測を行なうよう指示するように構成される。
このように構成することにより、例えばガラスパイプ端面の直径が、計測毎に所定の値に近づくにつれ、次回の計測までの時間を短くすることができる。すなわち、ガラスパイプ端面に対する加工の序盤においては、計測毎の時間間隔が長く、加工の終盤においては計測毎の時間間隔が短くなる。このようにすれば、加工序盤段階においては無駄な計測行為を省くことができ、加工終盤段階においてはよりコテ軸数値制御の精度を上げることができる。
【００１１】
また、前記コテ軸駆動部は、前記コテ軸を駆動させることにより、前記ガラスパイプ端部を封じ形状加工もしくはラッパ形状加工するように構成される。
このように構成することにより、例えば、径の太いガラスパイプ端面に対して封じ形状加工を施し、径の細いガラスパイプ端面に対してはラッパ形状加工を施すことができる。すなわち、これらの端面の直径を同じ値に加工すれば、それら端面を合わせて融着加工することができる。
【００１２】
また、前記した目的を達成するためになされたこの発明にかかるガラスパイプの端部を加工するガラスパイプ端部加工制御方法において、前記ガラスパイプ端部にコテ部を接触することにより該端部を加工する工程と、前記コテ部の駆動軸を駆動させる工程と、前記ガラスパイプの端面を正面より撮像する工程と、前記撮像工程により得られたデータから前記端面の直径を計測する工程と、前記計測工程により得られた値が所定の値であるかどうかを判断する工程と、前記判断工程に従い、前記コテ部駆動軸の駆動を数値制御する工程とを含むことを特徴としている。
【００１３】
前記した方法によると、ガラスパイプ端面の撮像データから該端面の直径を計測し、計測値が所定の値かどうかを判断した結果をフィードバックすることで、加工途中でのコテ部駆動軸の駆動を数値制御することができ、加工途中における数値制御補正を行なうことができる。これにより、安定したガラスパイプ端面の加工形状を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るガラスパイプ端部加工装置の全体構成を示す図である。
図１の符号１００に示されるのは、ガラスパイプ端部加工装置である。このガラスパイプ端面加工装置１００は、被処理体である石英ガラスパイプ２００の端面２０２を正面より撮像するためのＣＣＤ撮像部１０と、端面２０２を正面より照射するための光源７０と、ＣＣＤ撮像部１０の撮像画像を処理するための画像処理部２０と、石英ガラスパイプ２００をその長手方向中心軸周りに回転運動させるための回転駆動部９０と、石英ガラスパイプ２００の端部２０１を加熱し、軟化させるための加熱部８０と、端部２０１を加工するためのコテ部６０と、コテ部６０を移動動作させるためのコテ軸駆動部５０と、コテ軸駆動部５０に対し数値制御を行なうコテ軸数値制御部４０と、画像処理部２０に対する処理命令の発行やコテ軸数値制御部４０に対する制御等の装置全体の制御を行なう全体制御部３０とを具備している。
【００１５】
このガラスパイプ端部加工装置１００は、石英ガラスパイプ２００の端部２０１を、例えば封じ形状加工したり、あるいはラッパ形状加工したりするための加工装置である。以下においては、石英ガラスパイプ２００の端部２０１を封じ形状加工する場合を例にとって説明する。
この端部２０１に直接接触することで加工を行なうのは前記コテ部６０である。端部２０１は加熱部８０によって加熱されており、石英ガラスパイプ２００は回転駆動部９０によってその長手方向中心軸周りに回転運動しているため、端部２０１は一様に加熱されて軟化した状態となされている。
すなわち、端部２０１が軟化された状態において、コテ部６０を端部２０１に押し当てることにより、端部２０１を変形することができる。また、石英ガラスパイプ２００は回転状態であるため、端部２０１の一部位にコテ部６０を押し当てれば、端部２０１の周縁部において一様な形状を得ることができる。
【００１６】
前記コテ部６０は例えば耐熱性等を考慮し、ガラス加工に適したカーボンコテにより形成されている。このコテ部６０はコテ軸駆動部５０によって直接駆動制御され、図１に矢印で示すように揺動することにより端部２０１に押し当てられる。コテ軸駆動部５０はコテ軸数値制御部４０からの数値制御に応じて駆動し、コテ軸を動作させる。
コテ軸数値制御部４０は、全体制御部３０から与えられる数値に対応して端面２０２の直径が変位するよう、コテ部６０の移動量を数値演算し、コテ軸駆動部５０に駆動動作指示を与える。
【００１７】
上記全体制御部３０からコテ軸数値制御部４０に与えられる数値は、端面２０２の直径目標値と実測値との差分に対応した値であり、その値はＣＣＤ撮像部１０と画像処理部２０によって算出される。
【００１８】
次にこの端面２０２の直径算出方法について図２ないし図８を用いて説明する。
図２は画像処理部２０の内部構成を示すブロック図である。図３は石英ガラスパイプ２００の端部２０１の加工処理開始前におけるＣＣＤ撮像部１０が撮像する撮像フレームＦ内の撮像画像を示す図である。図４は端部２０１の加工処理開始前における後述の画像処理部２０が計測した輝度データの変化を示す図である。図５は、端部２０１の加工処理途中におけるＣＣＤ撮像部１０が撮像する撮像フレームＦ内の撮像画像を示す図である。図６は端部２０１の加工処理途中における後述の画像処理部２０が計測した輝度データの変化を示す図である。そして、図７は後述する画像処理部２０の演算処理回路２４における全体動作フローを示す図である。図８は、後述する全体制御部３０の一部動作フローを示す図である。
【００１９】
画像処理部２０においては信号レベルの劣化やノイズによる映像信号への影響を考慮し、またメモリを利用した演算処理を行なうために撮像信号をデジタル変換した上で計測処理を行なう。
図２に示すように、まず、ＣＣＤ撮像部１０からの映像信号が画像処理部２０に入力されると、信号補正回路２１においてフィルタによる減衰補正やレベル補正等の信号補正処理が行なわれる。
そして、Ａ−Ｄコンバータ２２において、Ａ−Ｄ変換（アナログからデジタル）が行なわれる。ここでの量子化処理においては画像処理精度を上げるために例えば１０ビットの量子化レベル及び副搬送波の４逓倍のクロック周波数を用いてサンプリングが行なわれる。
【００２０】
次いで、デジタル信号に変換された映像信号のうち、石英ガラスパイプ２００の端面２０２の中心部に重なる水平方向の走査線信号である数ライン分のデータがラインメモリ２３に書き込まれる。ラインメモリ２３は数ライン分の映像信号の書き込み及び読み出しを高速で行なうことのできる画像メモリである。
この数ラインのデータ指定及びメモリへの書き込み位置や書き込みタイミングの指定はライトアドレス発生回路２５が行い、さらにライトアドレス発生回路２５の動作指示は全体制御部３０が行なう。
【００２１】
ラインメモリ２３に書き込まれた数ライン分の画像データのうち、さらにリードアドレス発生回路２６によって所定の範囲が指定されてデータが読み出され、演算処理回路２４に送出される。
リードアドレス発生回路２６の動作指示もまた、全体制御部３０によって行なわれる。
【００２２】
演算処理回路２４では、ラインメモリ２３から受け取ったデータを用いて演算処理が行なわれ、石英ガラスパイプ２００の端面２０２の直径が算出される。この算出結果はその都度全体制御部３０に送出される。
【００２３】
続いて、前記演算処理回路２４における処理について説明する。
石英ガラスパイプ２００の端部加工前において、ＣＣＤ撮像部１０は石英ガラスパイプ２００の端面２０２の正面を撮像しており、端面２０２の撮像は図３における符号２０２に示される撮像形状となる。
図７に示すように、まず、全体制御部３０からの処理開始命令を受け取ると（Ｓ１）、図２に示すラインメモリ２３には、図３に符号Ｈで示す数ライン分のデータ（以下ラインＨと記載）が書き込まれる。
ラインメモリ２３に書き込まれたラインＨの内、符号Ｍで示される範囲分のデータ（以下計測ラインＭと記載）が読み出され、演算処理回路２４に送出される。
【００２４】
演算処理回路２４では、受け取った計測ラインＭの輝度を画素ごとに計測する（Ｓ２）。
ここでは、図４のように変化する輝度データを得る事ができ、端面２０２に対応する輝度の値から、端面２０２に相当する輝度の上下限範囲Ｌを決定する（Ｓ３）。
またこのとき、輝度データの変化から端面２０２の直径Ｒが求められ、その計測値を全体制御部３０に出力する。
【００２５】
ここで、全体制御部３０からの命令により、コテ部６０による端部２０１の加工処理が開始される。
そして、全体制御部３０から計測命令が発行されると（Ｓ４）、ラインメモリ２３への画像データの書き込み及び読み出しが行なわれ、演算処理回路２４において、計測ラインＭの輝度計測が行なわれる（Ｓ５）。
【００２６】
ここで、例えば、端部２０１に対し封じ加工処理が施されている場合、図５に示すような撮像画像となる。このような撮像画像から計測ラインＭの輝度計測を行なった場合、図６のように変化する輝度データを得ることができる。そして、演算処理回路２４では、計測した輝度変化をもとに端面２０２の直径を算出するが（Ｓ６）、その場合、先に決定された端面輝度範囲Ｌに位置する輝度データの変化から端面２０２の直径Ｒが求められる。
【００２７】
そして引き続き、全体制御部３０より計測命令が発行された場合には（Ｓ７）、再びラインメモリ２３への画像データの書き込み及び読み出しが行なわれ、上記Ｓ５からＳ６の処理が行なわれる。
その後も全体制御部３０からの計測命令が発行された場合には（Ｓ７）、上記ルーチンに従い、計測処理を行なう。
そして、全体制御部３０からの処理終了命令が発行された場合に処理終了する（Ｓ８）。
【００２８】
以上のように石英ガラスパイプ２００の端面直径Ｒの計測値が全体制御部３０に送出され、全体制御部３０においては、最終加工目標となる端面直径値を得るまで、コテ部６０による加工処理を継続させる。
【００２９】
次に図８を用いて全体制御部３０の動作説明をする。図８は全体制御部３０の一部動作フローを示す図である。
画像処理部２０から端面２０２の直径計測値を受け取ると（Ｓ１）、全体制御部３０内において端面２０２の直径目標値との差分Ｄを算出する（Ｓ２）。
【００３０】
この差分Ｄが０値であれば（Ｓ３）、コテ部６０による加工処理を終了し、０値でなければ（Ｓ３）、差分Ｄの値をコテ軸数値制御部４０に出力する（Ｓ４）。
そして、差分Ｄの値から次回計測までの時間Ｔを決定する（Ｓ５）。この処理においては、例えば差分Ｄの値が目標値に近づくに従って、次回計測までの時間を短く設定するように行なわれる。
次いで、例えばＳ４あるいはＳ５の処理から時間Ｔの経過後、画像処理部２０に計測命令を発行する。
【００３１】
尚、新たに差分Ｄの値を受け取ったコテ軸数値制御部４０は、もし、コテ部６０が加工処理途中であった場合には、それまでの数値制御をリセットし、新たに受け取った数値に従ってコテ軸駆動部５０に対して数値制御を行なう。
【００３２】
このように、本発明にかかる実施形態によれば、ＣＣＤ撮像部１０によって、石英ガラスパイプ２００の端面２０２の直径を加工処理中においても、その直径値を計測し、直接加工を行なうコテ部の動作にフィードバックしているため、常に精密なコテ軸の数値制御を行なうことができ、安定して端面２０２の加工形状を作り出すことができる。
そのため、直径の異なる石英ガラスパイプ端面同士を融着するときに、不安定なガラスパイプ端面形状による融着不良をなくすことができる。
【００３３】
尚、本実施形態においては、石英ガラスパイプ２００の端部２０１を封じ形状加工する場合を説明したが、端部２０１をラッパ形状加工する場合にも本発明にかかる石英ガラスパイプ端部加工装置は適用できる。
その場合、予めコテ部６０の先端は端部２０１の内側面の一部位に接触するよう配置される。そしてコテ部６０は、コテ軸駆動部５０の駆動によって揺動されることによって、端面２０２の周縁部が押し広げられ、端部２０１のラッパ形状を形成することができる。
【００３４】
また、図８に示すフローにおいて、差分Ｄの値に従って次回計測までの時間Ｔを決定しているが、このような処理を省き、断続的あるいは所定の時間間隔で計測命令を画像処理部２０に発行してもよい。
また、端面２０２の直径計測方法においては、輝度を利用した計測方法の一例を示したが、輝度を利用した他の計測方法であってもよく、さらには輝度以外のパラメータにより計測を行なってもよい。
また、画像処理部２０内部にＡ−Ｄ変換処理機能を持たせたが、この処理は、ＣＣＤ撮像部１０内部にその機能を持たせてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直径の異なるガラスパイプ端面同士を融着するために、安定して該端面の加工形状を作り出すことができるガラスパイプ端部加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るガラスパイプ端部加工装置の全体構成の概略を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す画像処理部２０の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、ガラスパイプ端部加工処理前において、図１に示すＣＣＤ撮像部１０が撮像したフレーム画像を示す図である。
【図４】図４は、図２に示す演算処理回路２４の計測による図３に示す計測ラインＭの輝度変化を示す図である。
【図５】図５は、ガラスパイプ端部加工処理中において、図１に示すＣＣＤ撮像部１０が撮像したフレーム画像を示す図である。
【図６】図６は、図２に示す演算処理回路２４の計測による図５に示す計測ラインＭの輝度変化を示す図である。
【図７】図７は、図２に示す演算処理回路２４の動作フローを示す図である。
【図８】図８は、全体制御部３０の一部動作フローを示す図である。
【符号の説明】
１０　　　ＣＣＤ撮像部
２０　　　画像処理部
２１　　　信号補正回路
２２　　　Ａ−Ｄコンバータ
２３　　　ラインメモリ
２４　　　演算処理回路
２５　　　ライトアドレス発生回路
２６　　　リードアドレス発生回路
３０　　　全体制御部
４０　　　コテ軸数値制御部
５０　　　コテ軸駆動部
６０　　　コテ部
７０　　　光源
８０　　　加熱部
９０　　　回転駆動部
１００　　ガラスパイプ端部加工装置
２００　　石英ガラスパイプ
２０１　　端部
２０２　　端面
Ｆ　　　　撮像フレーム画像
Ｈ　　　　書き込みラインデータ
Ｌ　　　　端面輝度範囲
Ｍ　　　　計測ライン
Ｒ　　　　端面直径
【図１】
2004051405.tif 000003
【図２】
2004051405.tif 000004
【図３】
2004051405.tif 000005
【図４】
2004051405.tif 000006
【図５】
2004051405.tif 000007
【図６】
2004051405.tif 000008
【図７】
2004051405.tif 000009
【図８】
2004051405.tif 000010