(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体に対して固定して設けられる案内手段と、
案内手段に案内されて、管体の軸線まわりに少なくとも１回転可能に設けられ、自己の基準位置から管体の周面までの距離を測定して、軸線に垂直な断面での管体の断面形状を得る測距手段と、
測距手段によって得られた管体の断面形状に基づいて、管体の周方向の複数箇所で半径方向の外力を管体に与えて、管体を所定形状に形成する矯正手段とを含むことを特徴とする管体矯正装置。
【請求項２】
矯正手段は、管体の周方向の複数箇所で管体を押圧することによって、半径方向の外力を与えながら、管体に着脱自在に装着され、
案内手段は、矯正手段に着脱自在に設けられることを特徴とする請求項１記載の管体矯正装置。
【請求項３】
第１管体の一端部に着脱自在に同軸に装着され、第１管体に周方向の複数箇所で半径方向の外力を与えて矯正する環状の第１矯正手段と、
第２管体の一端部に着脱自在に同軸に装着され、第２管体に周方向の複数箇所で半径方向の外力を与えて矯正する環状の矯正手段であって、第１矯正手段に相互に軸線を一致させて連結することができる第２矯正手段と、
第１矯正手段および第２矯正手段に着脱自在に設けられる案内手段と、
案内手段に案内されて、案内手段が装着される矯正手段を介して、管体にその軸線まわりに少なくとも１回転可能に設けられ、自己の基準位置から装着される管体の周面までの距離を測定する測距手段とを含むことを特徴とする開先形成装置。
【請求項４】
測距手段は、装着される管体の軸線に垂直な仮想平面から管体の端面までの距離を測定することを特徴とする請求項３記載の開先形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸線に垂直な管体の断面形状を所定の形状に矯正する管体矯正装置および矯正された管体同士を突合わせて開先を形成する開先形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、断面形状を所定の形状に矯正する従来の技術の真円リング１を示す正面図であり、図１６は、従来の技術の真円リング１を示す断面図である。真円リング１は、リング本体２と複数のクランプボルト３とを含む。リング本体２は、円環状に形成され、リング本体２の内周空間５に管体４が挿入される。クランプボルト３は、リング本体２に螺着され、リング本体２の内周面６から半径方向内方へ突出する突出量を調整可能に形成される。クランプボルト３は、リング本体２の周方向に等間隔に配置される。
【０００３】
管体４がリング本体２の内周空間５を挿通した状態で、各クランプボルト３は、リング本体２の半径方向内方に向かって突出し、各クランプボルト３が管体４の外周面７に当接する。さらにクランプボルト３が、半径方向内方に向かって突出することによって、管体４を半径方向内方に押圧して、管体４を矯正する。
【０００４】
管体４に真円リング１を装着するにあたって、各クランプボルト３のリング本体２からの突出量を同一に保ちながら突出させることによって、管体４の半径方向外方に膨らんだ部分に臨むクランプボルト３から管体４に当接し、すべてのクランプボルト３が管体４に当接するまで突出させることによって、管体４を真円筒に近い形状に矯正する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１５および図１６に示す従来の技術の真円リング１は、各クランプボルト３の突出量をクランプボルト３の回転位置によって手作業で調整している。したがって、すべてのクランプボルト３の突出量を同一に保つことが困難である。たとえば、すべてのクランプボルト３を１／４回転させて、すべてのクランプボルト３を管体４に当接させたとしても、すべてのクランプボルト３で正確に１／４回転させることが困難であり、すべてのクランプボルト３の突出量を同一にすることができない。このように各クランプボルト３の突出量を同一にする作業が困難であるので、クランプボルト３によって押圧される管体４を真円筒に極めて近い状態に形成することが困難である。
【０００６】
また管体４の外形形状を知ることができないので、管体４が既に極めて真円筒に近い状態であっても、すべてのクランプボルト３を同一量突出させる作業が行われ、無駄な作業工数が増えるとともに、作業時間が多くかかるという問題がある。
【０００７】
また他の従来の方法として、クランプボルト３の突出量を検出する突出量検出センサを設ける方法がある。この場合、クランプボルト３の数に応じた複数の突出量検出センサを設ける必要がある。これによって構造が複雑になるとともに、複数の突出量検出センサを設けるために製造費用が大きくなる。また突出量検出センサを設けても、クランプボルト３の突出量しか検出することができないので、クランプボルト３によって矯正された管体４の外形形状を知ることができないという問題がある。
【０００８】
したがって本発明の目的は、管体の軸線に垂直な断面形状を正確に測定し、管体を所定の形状に正確に矯正することができる管体矯正装置および開先形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、管体に対して固定して設けられる案内手段と、
案内手段に案内されて、管体の軸線まわりに少なくとも１回転可能に設けられ、自己の基準位置から管体の周面までの距離を測定して、軸線に垂直な断面での管体の断面形状を得る測距手段と、
測距手段によって得られた管体の断面形状に基づいて、管体の周方向の複数箇所で半径方向の外力を管体に与えて、管体を所定形状に形成する矯正手段とを含むことを特徴とする管体矯正装置である。
【００１０】
本発明に従えば、案内手段に案内されて、測距手段が、管体の軸線まわりに回転し、自己の基準位置から管体の周面までの距離を測定する。測距手段が、管体の軸線まわりに移動することによって、測距手段の基準位置もまた管体の軸線まわり移動する。基準位置は、測距手段が回転することによって、管体を内に含む閉ループを描いて移動する。
【００１１】
測距手段が、回転移動とともに、自己の基準位置から管体周面までの管体半径方向の距離を連続して測定することによって、管体の軸線に垂直な断面形状を測定することができる。また矯正手段が、測距手段によって得られた管体の断面形状に基づいて、管体に与える外力を調整することによって、管体を所望の断面形状に矯正することができる。
【００１２】
管体を極めて真円筒に近い形状に矯正する場合、管体の断面形状が残余の部分に比べて凸な部分に矯正手段が管体の半径方向内方に向かう外力を与えることによって、極めて真円筒に近い形状に管体を矯正することができる。または、管体の断面形状が残余の部分に比べて凹な部分に矯正手段が管の半径方向外方に向かう外力を与えることによって、極めて真円筒に近い形状に管体を矯正することができる。
【００１３】
測距手段によって、軸線に垂直な断面での管体の断面形状が得られることで、管体を所定形状に形成するために必要な外力または管体の変形量を決定することができる。矯正手段が、決定された外力の強さを与えることによって、管体を所定の形状に正確に矯正することができる。また、外力を与える箇所を決定することができるので、外力を与えることが可能な箇所すべてに外力を与える必要がなく、作業工数を減らすとともに短時間で所定の形状に管体を矯正することができる。
【００１４】
また矯正手段によって矯正された管体の断面形状を、再び測距手段によって測定し、矯正具合を微調整することによって、管体の断面形状をさらに所定の形状に近づけることができる。
【００１５】
また本発明は、矯正手段は、管体の周方向の複数箇所で管体を押圧することによって、半径方向の外力を与えながら、管体に着脱自在に装着され、
案内手段は、矯正手段に着脱自在に設けられることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、矯正手段は、管体を押圧することによって、管体に外力を与えるとともに、管体をクランプし管体に装着される。これによって矯正手段は、管体に外力を与えるための機構と、着脱可能に管体に装着されるための機構とを別々に設ける必要がなく、構造を簡略化することができる。また管体に外力を与えることと管体を装着することを同時に行うことができるので、管体の矯正作業時間を短縮させることができる。
【００１７】
また測距手段を案内する案内手段は、矯正手段を介して管体に支持される。すなわち案内手段に案内される測距手段は、装着のたびに、管体との相対的な位置がずれることがないので、案内手段が管体に支持されていない場合に比べて、測距手段の位置合せを容易にすることができる。また案内手段が矯正手段に設けられるので、案内手段は、矯正手段を介して管体に固定され、管体に直接固定されない。これによって案内手段が管体を直接クランプすることがなく、案内手段が装着されることによって管体の断面形状が変形するおそれがない。したがって案内手段が装着されるにかかわらず、管体の断面形状を同一にすることができ、案内手段による管体の変形を防止することができる。これによって案内手段を取付けて、管体を所定の形状に矯正した後で、案内手段を取外したとしても、管体の断面形状を所定の断面形状に保持することができる。これによって測距手段および案内手段を取外した状態で、管体の矯正状態を保つことができ、管体搬送などの矯正後の工程において、測距手段および案内手段が邪魔になることがない。
【００１８】
また本発明は、第１管体の一端部に着脱自在に同軸に装着され、第１管体に周方向の複数箇所で半径方向の外力を与えて矯正する環状の第１矯正手段と、
第２管体の一端部に着脱自在に同軸に装着され、第２管体に周方向の複数箇所で半径方向の外力を与えて矯正する環状の矯正手段であって、第１矯正手段に相互に軸線を一致させて連結することができる第２矯正手段と、
第１矯正手段および第２矯正手段に着脱自在に設けられる案内手段と、
案内手段に案内されて、案内手段が装着される矯正手段を介して、管体にその軸線まわりに少なくとも１回転可能に設けられ、自己の基準位置から装着される管体の周面までの距離を測定する測距手段とを含むことを特徴とする開先形成装置である。
【００１９】
本発明に従えば、案内手段に案内されて、測距手段が、管体の軸線まわりに回転し、自己の基準位置から管体の周面までの距離を測定する。測距手段が、管体の軸線まわりに移動することによって、測距手段の基準位置もまた管体の軸線まわり移動する。基準位置は、測距手段が回転することによって、管体を内に含む閉ループを描いて移動する。
【００２０】
測距手段が、回転移動とともに、自己の基準位置から管体周面までの管体半径方向の距離を連続して測定することによって、管体の軸線に垂直な断面形状を測定することができる。また矯正手段が、測距手段によって得られた管体の断面形状に基づいて、管体に与える外力を調整することによって、管体を所望の断面形状に矯正することができる。
【００２１】
管体を極めて真円筒に近い形状に矯正する場合、管体の断面形状が残余の部分に比べて凸な部分に矯正手段が管体の半径方向内方に向かう外力を与えることによって、極めて真円筒に近い形状に管体を矯正することができる。あるいは、管体の断面形状が残余の部分に比べて凹な部分に矯正手段が管の半径方向外方に向かう外力を与えることによって、極めて真円筒に近い形状に管体を矯正することができる。
【００２２】
測距手段によって軸線に垂直な断面での管体の断面形状が得られることで、管体を所定形状に形成するために必要な外力または管体の変形量を決定することができる。矯正手段が、決定された外力の強さを与えることによって、管体を所定の形状に正確に矯正することができる。また、外力を与える箇所を決定することができるので、すべての箇所に外力を与える場合に比べて、短時間で所定の形状に管体を矯正することができる。また矯正手段によって矯正された管体の断面形状を、再び測距手段によって求め、矯正具合を調整することによって、管体の断面形状をさらに所定の形状に近づけることができ、管体をさらに正確に矯正させることができる。
【００２３】
また測距手段が、装着される管体の軸線まわりを回転するので、測定時に管体を回転させる必要がない。これによって管体を回転させるための力を必要としない。したがって外径が大きい管体または重量が大きい管体であっても、小さい力で測定することができ、装着される管体を回転させる場合に比べて装置を小形化することができる。
【００２４】
また、第１矯正手段は、第１管体を矯正し、第１管体と同軸に装着される。また第２矯正手段は、第２管体を矯正し、第２管体と同軸に装着される。また第１および第２矯正手段を相互に軸線を一致させて連結可能に形成される。各矯正手段が、第１および第２管体を同一の断面形状に矯正した状態で相互に連結される場合、第１および第２管体は、その軸線が同一線上に配置されるので、第１および第２管体の端部の半径方向のずれを低減することができ、各管体が突き合されて形成される開先の精度を向上させることができる。
【００２５】
また本発明は、測距手段は、装着される管体の軸線に垂直な仮想平面から管体の端面までの距離を測定することを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、測距手段が装着される管体の軸線に垂直な仮想平面から管体の端面までの距離を測定する。これによって管体の断面形状のほかに、管体の端面形状を測定することができ、仮想平面から管体の端面までの距離が所定範囲内でであるか否かを判定することができる。所定範囲内である２つの管体によって開先を形成することによって、各管体の端面間の間隔であるルートギャップを小さくすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の真円リング２０を示す正面図であり、図２は、図１の一部を拡大して示す断面図である。真円リング２０は、管体２１に半径方向の外力を与えることによって、管体２１の断面形状を変形させて、管体２１を所定形状に矯正する管体矯正装置を構成する。たとえば真円リング２０は、電子ビーム溶接に用いられる管体２１の端部２８を矯正するために用いられる。また本明細書において、管体２１の断面形状は、管体２１の軸線に垂直な断面の形状である。
【００２８】
真円リング２０は、管体２１を矯正し、環状に形成される矯正手段２２と、矯正手段２２に固定して設けられる案内手段２４と、案内手段２４に案内され矯正手段２２の軸線２５まわりに回転可能に設けられる回転手段３１と、回転手段３１に固定されるダイヤルゲージ２３とを含んで構成される。ダイヤルゲージ２３は、少なくとも自己の基準位置から管体２１の外周面２６までの管体半径方向の距離Ｌ１を測定する測距手段である。図１に回転手段３１を実線で示し、軸線２５まわりに１８０度角変位した状態の回転手段３１Ａを２点破線で示す。
【００２９】
矯正手段２２は、円環状に形成されるリング本体４１と、リング本体４１の内周面３４から突出可能に形成され、管体２１の外周面２６を押圧する押圧部となるクランプボルト２７とを有する。リング本体４１は、管体２１の一端部２８を半径方向外方から覆う。クランプボルト２７は複数、たとえば１２本設けられ、リング本体４１の周方向に等間隔に配置される。
【００３０】
リング本体４１には、リング本体４１の一半径線３８を挿通するクランプボルト挿通孔３６が形成され、クランプボルト挿通孔３６が形成される孔部３７には、クランプボルト２７が螺合するねじ溝が形成される。各クランプボルト２７は、それぞれ個別に設けられた孔部３７に螺合する。各クランプボルト２７は、一半径線３８まわりに回転することによって、リング本体内周面３４に関して突出および嵌入可能に形成され、リング本体４１に対して、半径方向の位置を調整可能である。各クランプボルト２７は、抜け止め機構を有し、クランプボルト挿通孔３６から抜けることが防止される。
【００３１】
各クランプボルト２７は、リング本体２２の外周側にある頭部４０に６角穴が形成され、６角レンチを用いて一半径線３８まわりに回転させることができる。各クランプボルト２７のリング本体２２の内周側にある先端部には、クランプパッド３９が設けられる。クランプパッド３９は、一半径線３８に交差する管体当接面４２が形成され、可撓性および弾発性を有する。管体当接面４２は、管体２１の外周面２６と面接触する。
【００３２】
案内手段２４は、回転手段３１を回転可能に案内する。案内手段２４は、玉軸受３０を介して回転手段３１と連結される。玉軸受３０の回転中心線は、矯正手段２２の軸線２５に対して同一線上に配置される。案内手段２４は、玉軸受３０の外輪３０ａをリング本体４１に固定する。玉軸受３０は、その内周径が管体２１の外周径よりも大きく形成され、案内手段２４に固定された状態で、内輪３０ｂが回転可能に支持される。玉軸受３０は、うす型玉軸受によって実現され、これによって玉軸受自体を軽量化することができる。
【００３３】
案内手段２４は、外輪当接部４３と、第１挟持片４４とを有する。外輪当接部４３は、略円筒状に形成され、玉軸受３０が嵌り込み、内周面に玉軸受外輪３０ａの外周面が当接する。玉軸受外輪３０ａが外輪当接部４３に嵌りこんだ状態で、外輪当接部４３は、リング本体４１に固定される。このとき玉軸受外輪３０ａの一端面は、リング本体４１の一端面２９に当接し、玉軸受外輪３０ａの他端面は第１挟持片４４に当接する。リング本体４１の一端面２９は、矯正手段２２が管体２１に装着された場合に、管体２１の一端部２８に近い側の端面である。第１挟持片４４は、玉軸受外輪３０ａをリング本体４１に向かって押さえ、リング本体４１と協働して玉軸受外輪３０ａを挟持する。外輪当接部４３および第１挟持片４４は、ボルト４５によって着脱可能にリング本体４１に固定される。
【００３４】
回転手段３１は、回転体４６と、第２挟持片４９と、ダイヤルゲージ２３を支持するダイヤルゲージ支持部３３とを有する。回転体４６は、円筒状に形成され、玉軸受内輪３０ｂに嵌り込み、第２挟持片４９と協働して玉軸受内輪３０ｂの両端を挟持して、玉軸受内輪３０ｂに固定される。回転体４６には、玉軸受内輪３０ｂに嵌り込む凹所４８が一端部に形成される。回転体４６の一端部側から凹所４８に嵌り込んだ玉軸受内輪３０ｂの一端部は回転体４６に当接し、他端部は、第２挟持片４９に当接する。第２挟持片４９は、ボルト５０によって回転体４６の一端部端面に固定され、嵌め込まれた玉軸受内輪３０ｂの他端部を押し付ける。  第２挟持片４９および第２挟持片４９を固定するボルト５０は、リング本体４１の内側に向かって突出する。リング本体４１には、一端部の内周部分が周方向全周にわたって切除され、第２挟持片４９および第２挟持片４９を固定するボルト５０が収容される収容空間４７が形成される。これによって第２挟持片４９および第２挟持片４９を固定するボルト５０にリング本体４１が接触することが防止され、回転体４６の回転を阻害することがなく、回転手段３１は、矯正手段２２の軸線２５まわりに回転可能に形成される。回転体４６は、玉軸受３０を介して案内手段２４に案内されるので、円滑な回転を実現でき、ダイヤルゲージ２３を真円に近い軌跡で回転移動させることができる。
【００３５】
図３は、回転手段３１およびダイヤルゲージ２３を図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図であり、図４は、回転手段３１およびダイヤルゲージ２３を図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。本発明の実施の形態のダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂは接触式デジタルゲージであって、先端部を測定対象に当接させ、測定対象に対してダイヤルゲージを相対的に変位させた場合の先端部の変位によって、測定対象の形状を測定する。
【００３６】
ダイヤルゲージ支持部３３は、回転体４６の周方向一箇所に設けられ、２つのダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを支持する。ダイヤルゲージ支持部３３は、ボルト５１によって着脱可能に回転体４６に固定される回転体結合部分５２と、回転体結合部分５２から回転体半径方向に立設し、回転体４６の軸線に垂直に形成される第１ダイヤルゲージ支持部分５３と、回転体結合部分５２から回転体半径方向に立設し、回転体４６の半径方向に延び、かつ回転体の軸線に沿って延びる第２ダイヤルゲージ支持部分５４とを有する。
【００３７】
回転体結合部分５２は、回転体４６の外周径と等しい曲率半径を有する当接面が形成される。当接面と回転体外周面とが当接することによって、回転体結合部分５２は、回転体４６に隙間なく固定される。回転体４６および回転体結合部分５２は、第１ダイヤルゲージ２３ａの先端部が挿通する回転体半径方向に挿通するダイヤルゲージ挿通孔５７が設けられる。
【００３８】
第１ダイヤルゲージ支持部分５３は、第１ダイヤルゲージ２３ａを支持する。第１ダイヤルゲージ２３ａは、ダイヤルゲージ挿通孔５７に先端部が挿通した状態で、ボルト５８によって第１ダイヤルゲージ支持部分５３に固定される。第２ダイヤルゲージ支持部５４は、回転体結合部分５２から立設するとともに、回転体４６内側に向かって回り込み、回転体４６の内周部分よりも回転体半径方向内方に延びる。この第２ダイヤルゲージ支持部５４の回転体４６の内周部分よりも回転体半径方向内方側領域に、第２ダイヤルゲージ２３ｂがボルト５９によって固定される。
【００３９】
第１ダイヤルゲージ２３ａは、リング本体４１の半径方向に延び、先端が管体２１の一端部２８の外周面２６に当接する。第１ダイヤルゲージ２３ａは、自己の基準位置から管体２１の外周面２６までの距離Ｌ１を測定する。基準位置は、ダイヤルゲージ支持部３３に対して相対的に固定される位置であり、装着される管体２１の軸線を中心とする仮想周面上に配置される。第１ダイヤルゲージ２３ａは、回転体４６とともに回転することによって、基準位置から管体２１の外周面２６までのリング本体４１の半径方向距離Ｌ１を管体周方向にわたって測定する。
【００４０】
管体２１の軸線と矯正手段２２の軸線２５とが同一線上に配置される場合には、管体周方向に凹に形成される部分は、基準位置から管体２１の周面までの距離Ｌ１が残余の部分に対して長くなり、管体集方向に凸な部分は、基準位置から管体２１の周面までの距離Ｌ１が残余の部分に対して短くなる。
【００４１】
第２ダイヤルゲージ２３ｂは、矯正手段２２の軸線２５方向に延び、管体２１の一端部２８の端面３２に当接する。第２ダイヤルゲージ２３ｂは、自己の基準位置から管体の端面までの距離Ｌ２を測定する。基準位置は、ダイヤルゲージ支持部３３に対して相対的に固定される位置であり、装着される管体２１の軸線に垂直な仮想平面上に配置される。第２ダイヤルゲージ２３ｂは、回転体４６とともに回転することによって、基準位置から管体２１のリング本体４１の軸線方向距離Ｌ２を管体周方向にわたって測定する。各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂは、計測時には、回転手段３１とともに回転し、リング本体４１の周方向に少なくとも１回転以上回転される。
【００４２】
図５は、ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを示す正面図であり、図６は、ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを示す側面図である。各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂは、たとえばデジタルゲージが用いられる。各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂは、棒状の測定子５５が伸縮自在に形成され、その伸縮量を計測することができる。第１ダイヤルゲージ２３ａは、測定子５５の先端５５ａが管体２１の外周面２６に当接され、第２ダイヤルゲージ２３ｂは、測定子５５の先端５５ａが管体２１の端面３２に当接する。測定結果は、各ダイヤルゲージのケーブル５６に接続される表示部５７に表示される。
【００４３】
また第１ダイヤルゲージ２３ａが少なくとも１回転する間、連続して測定することによって、第１ダイヤルゲージ２３ａの測定結果から、管体２１の軸線に垂直な断面の外形形状を求めることができる。また得られた管体２１の外形形状から管体２１の真円度を求めることができる。管体２１の真円度に基づいて、矯正手段２２が管体２１の外周面２６を押圧することによって、管体２１を極めて真円筒に近い形状に矯正することができる。
【００４４】
ここで本発明において、真円筒とは、軸線に垂直な断面の形状において、外形（外周面形状）が真円である筒を意味するものとし、真円筒は、次式（１）で示される。真円度が０パーセントである形状を意味する。
真円度＝（最大直径−最小直径）／平均直径                …（１）
【００４５】
最大直径は、最大外径であって、仮想中心からの外周面半径を全周にわたって測定し、得られたデータからばらつきを包含する最大真円、すなわち測定結果に基づいて求められる最小直径の外接真円を求めてその直径を最大直径とする。また最小直径は、最小外径であって、最大真円と同心の最小真円、すなわち最大真円と同心の内接する内接真円を求めてその直径を最小直径とする。平均直径は、平均外径であって、最大直径と最小直径と加算して２で除算した直径とする。また本発明において、極めて真円筒に近い形状とは、軸線に垂直な断面の形状において外形が極めて真円に近い形状を意味するものとし、極めて真円に近い形状は、（１）式で示される真円度が所定範囲内であることを意味し、たとえば管体２１の真円度が、０％以上で、かつ０．３％以下である範囲の外形形状を意味する。
【００４６】
また各クランプボルト２７の突出量を変えることによって、真円筒とは異なる他の形状、たとえば楕円形状、略三角形状およびその他の略多角形状などに、管体２１を矯正することができる。
【００４７】
図７は、管体２１を矯正動作の手順を示すフローチャートである。まずステップａ０では、まず矯正すべき管体２１および真円リング２０が準備される。管体２１は、他端部側が支持され一端部を浮かせた状態に保持され、矯正手段２２が管体２１の一端部２８から嵌め込み可能な状態に配置されると、ステップａ１に進み、管体２１の矯正動作が開始される。
【００４８】
ステップａ１では、矯正手段２２が管体２１に装着される装着動作が行われる。まずリング本体４１を管体２１の一端部２８に嵌め込む。次に各クランプボルト２７を、６角レンチを用いて回転させ、管体２１の外周面２６に当接するように、リング本体４１の内周面３４から突出させる。クランプボルト２７が、管体２１と当接し、管体２１をクランプさせることによって、矯正手段２２を管体２１に装着させる。
【００４９】
具体的には、まず管体２１をクランプ可能な複数の、少なくとも３本のクランプボルト２７を同一量突出させる。クランプ可能な複数のクランプボルトは、たとえばリング本体４１の周方向に１２０度ずつ間隔をあけて配置される３本のクランプボルトである。このような管体２１をクランプ可能な複数のボルトがともに同一量突出させ、管体２１に当接することによって、リング本体４１と管体２１とを同軸上に配置して、管体２１をクランプすることができる。このように管体２１を矯正手段２２と同軸上に配置してクランプさせる作業が完了すると、ステップａ２に進む。
【００５０】
ステップａ２では、リング本体４１の管体端部側となる一端部に、案内手段２４および回転手段３１および各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを装着する作業が行われる。ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂの回転中心線が、矯正手段２２の軸線と同一となるように、ボルト４５，５１によって、各案内手段２４および回転手段３１および各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂが装着される。各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂの案内手段２４（または回転体４６）への装着が完了するとステップａ３に進む。
【００５１】
ステップａ３では、各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを管体２１の周方向にわたって回転させ、軸線に垂直な管体２１の断面の外形形状および端面形状を測定する。外形形状の測定が完了するとステップａ４に進む。
【００５２】
ステップａ４では、ステップａ３で得られた外形形状に基づいて、管体２１が極めて真円筒形状となるように、クランプボルト２７によって管体２１を半径方向外方から内方に向かって押圧し、管体２１を矯正する。管体２１の外形形状に基づいて、突出させるクランプボルト２７と、そのクランプボルト２７の突出量とが決定されるので、すべてのクランプボルト２７を管体２１に当接させる必要がなく、真円筒形状に矯正するために外力を与えることが必要なクランプボルト２７のみ、突出量を調整する。仮に管体２１の外形形状が、既に極めて真円筒に近い状態であるならば、クランプボルト２７を突出させる作業を行わず、次のステップａ５に進む。
【００５３】
このとき各クランプボルト２７に設けられるクランプパッド３９が、管体２１の外周面２６と面接触するので、管体２１を真円筒に矯正しやすくすることができる。クランプボルト２７によって管体２１を押圧した状態で、次にステップａ５に進む。
【００５４】
ステップａ５では、矯正された状態の管体２１の周方向にわたって、各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを回転させ、再び軸線に垂直な管体２１の断面の外形形状および端面形状を測定する。測定が完了するとステップａ６に進む。ステップａ６では、作業者または計算機によって、矯正された管体２１の真円度が求められる。これによって、管体２１の真円度が、極めて真円筒に近い状態である範囲内であるか否かを判定し、矯正された管体２１の形状がきわめて真円筒に近い状態である場合には、ステップａ７に進み、そうでなければステップａ３に戻り、クランプボルト２７によって、再び矯正作業を行う。たとえば極めて真円筒に近い状態は、軸線に垂直な断面の管体２１の外径の真円度が０％以上でかつ０．３％以下である範囲である。
【００５５】
ステップａ７では、管体２１が極めて真円筒に近い状態に矯正され、管体２１の矯正作業が完了する。
【００５６】
以上のように管体矯正装置である真円リング２０を用いることによって、管体２１を所定形状に矯正することができる。本発明の実施の形態に従えば、案内手段２４に案内されて、第１ダイヤルゲージ２３ａが、回転移動とともに、自己の基準位置から管体外周面２６までの管体半径方向の距離を連続して測定する。これによって、軸線に垂直な断面での管体２１の断面の外形形状を測定することができる。また、得られる管体２１の外形形状に基づいて、上述の式（１）から管体２１の真円度を求めることができる。
【００５７】
矯正手段２２は、第１ダイヤルゲージ２３ａによって得られた管体２１の外形形状に基づいて、管体２１に与える外力を調整することによって、クランプボルトの精度誤差にかかわらず、管体２１を所望の断面形状に正確に矯正することができる。すなわち第１ダイヤルゲージ２３ａによって軸線に垂直な断面での管体２１の断面の外形形状が得られることで、管体２１を所定形状に形成するために必要な外力または管体の変形量を決定することができる。矯正手段２２が、決定された管体２１の箇所に、決定された外力の強さを与える。これによって、従来の技術のように手動で、クランプボルトの突出具合を調整する場合に比べて、管体２１を所定の形状に正確に矯正することができる。
【００５８】
また矯正手段２２は、すべてのクランプボルト２７を管体２１に当接させる必要がなく、管体２１の外形形状に基づいて、所定の形状に形成するために必要な箇所のクランプボルト２７を管体２１に当接させることができるので、作業工数を減らすとともに、作業時間を短縮することができる。
【００５９】
矯正手段２２は、管体２１の外周面２６の周方向複数箇所をクランプボルト２７によって、半径方向内方に押圧する。管体２１の外周面２６から外力を与えることによって、広い作業空間でクランプを行うことができ、管体２１を所定形状に矯正するための作業を容易に行うことができる。
【００６０】
また、矯正手段２２は、少なくとも３本以上のクランプボルト２７を管体２１に当接させることによって管体２１に装着される。クランプボルト２７は、管体２１に外力を与える外力供給機構となるとともに、真円リング２０を管体に装着する装着機構となる。これによって、真円リング２０は、管体２１に外力を与える機構と、管体に着脱可能に装着するための機構とを別々に設ける必要がなく、構造を簡略化することができる。また管体２１に真円リング２０を装着した段階で、管体２１に外力を与えることができるので、所定形状、たとえば円筒形状に近い状態に矯正することができる。その後、すでに矯正された状態から、測定された外形形状に基づいて、クランプボルトの突出量を微調整させるだけで極めて真円筒に近い状態に矯正することができ、短時間で管体の矯正作業を行うことができる。また、最終的に矯正された管体の外形形状を記録することができるので、矯正された管体を管理しやすくなり、利便性を向上することができる。
【００６１】
またクランプボルト２７がリング本体４１から管体２１に向かって突出する突出量をクランプボルト２７ごとに同じにすることによって、矯正手段２２と管体２１との軸線を同軸に配置することができる。矯正手段２２と管体２１とが同軸に配置された場合、真円筒管体は、第１ダイヤルゲージ２３ａが測定する距離Ｌ１が周方向に等しくなる。したがって管体２１を真円筒に矯正する場合に、第１ダイヤルゲージ２３ａが測定する距離Ｌ１が、周方向全周にわたって一定になるようにクランプボルト２７を調整することによって、管体２１を真円筒に容易に矯正することができる。管体２１がリング本体４１の軸線に配置された状態で、矯正手段２２が管体２１を矯正することによって、極めて真円筒に近い断面形状に矯正された管体２１もまた、矯正手段２２と同一線上に配置することができる。
【００６２】
また案内手段２４は、リング本体４１に固定されるので、管体２１をクランプすることがなく、案内手段２４の取付けおよび取外しによって、管体２１が変形することを防止することができる。また各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂが回転手段３１、案内手段２４および矯正手段２２を介して、管体２１に回転可能に支持されているので、各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂが管体２１に支持されていない場合に比べて、管体２１と各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂとの相対的な位置合わせを容易に行うことができ、作業時間を短縮させることができる。また、矯正する管体２１が大きいまた重い場合、各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを回転させるほうが、管体２１を回転させるよりも小さい力で管体２１の外径形状を測定することができる。
【００６３】
また、上述の実施の形態の真円リング２０は、２つの管体１０１，１０２の端部同士を突合わせ、開先１００を形成する開先形成装置９０の一部として構成してもよい。開先形成装置９０は、たとえば電子ビーム溶接およびレーザビーム溶接による鋼管周継手の全姿勢溶接などの管体同士の溶接にあたって、高精度の開先を形成する装置である。
【００６４】
図８は、開先形成装置９０の主要な構成を示す正面図である。開先形成装置９０は、２つの管体１０１，１０２をそれぞれ個別に矯正する２つの矯正手段１０７，１０８を含んで構成される。第１矯正手段１０７および第２矯正手段１０８は、図１および図２に示す矯正手段２２と同様の構成を有し、さらに相互に軸線を一致した状態で連結することができる。たとえば開先形成装置９０は、第１および第２矯正手段１０７，１０８を同軸に連結し、互いの矯正手段１０７，１０８を引寄せる引寄せ手段１１３を有する。
【００６５】
第１矯正手段１０７は、環状に形成され、第１管体１０１の一端部１０３に着脱自在に同軸に配置され、第１管体１０１に周方向の複数箇所で半径方向の外力を与えて矯正する。また第２矯正手段１０８は、環状に形成され、第２管体１０２の一端部１０４に着脱自在に同軸に配置され、第２管体１０２に周方向の複数箇所で半径方向の外力を与えて矯正する。
【００６６】
第１および第２矯正手段１０７，１０８は、図１および図２に示す案内手段２４と、回転手段３１と、各ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂとが着脱可能に形成される。これによって第１および第２矯正手段１０７，１０８に、案内手段２４を介して装着される第１ダイヤルゲージ２３ａは、矯正手段が装着される管体にその軸線まわりに少なくとも１回転可能に設けられ、自己の基準位置から装着される管体の周面までの距離Ｌ１を測定することができる。同様に第１および第２矯正手段１０７，１０８に案内手段２４を介して装着される第２ダイヤルゲージ２３ｂは、供給手段が装着される管体にその軸線周りに少なくとも１回転可能に設けられ、装着される管体の軸線に垂直な仮想平面から管体の端面までの距離Ｌ２を測定することができる。
【００６７】
第１矯正手段１０７に装着された第１ダイヤルゲージ２３ａによって求められる第１管体１０１の外径形状に基づいて、第１矯正手段１０７は、各クランプボルト２７によって第１管体１０１を外方から押圧し、第１管体１０１を極めて真円筒に近い形状に、短時間でかつ正確に矯正することができる。また第１管体１０１を第１矯正手段１０７と同軸に配置することができる。
【００６８】
同様に第２矯正手段１０８に装着された第１ダイヤルゲージ２３ａによって求められる第２管体１０２の外径形状に基づいて、第２矯正手段１０８は、各クランプボルト２７によって第２管体１０２を外方から押圧し、第２管体１０２を極めて真円筒に近い形状に、短時間でかつ正確に矯正することができる。また第２管体１０２を第２矯正手段１０８と同軸に配置することができる。
【００６９】
図９は、各管体１０１，１０２を突合わせた状態を示す正面図であり、図１０は、図９のセクションＸを拡大して内部を示す断面図である。各管体１０１，１０２を突合わせて組立てられて、形成される開先１００の精度は、各管体１０１，１０２の端面１０５，１０６間の間隔であるルートギャップＧ１と、各管体１０１，１０２の外周面の半径方向のずれ量である目違い量Ｇ２とによって決まり、周方向に関してばらつきが少ないほど精度が高い。
【００７０】
上述のような本発明の開先形成装置９０によって開先１００を組立てた場合、引寄せ手段１１３が、第１および第２矯正手段１０７，１０８を同軸に連結することによって、矯正された各管体１０１，１０２の軸線を一致させて突合わせることができる。さらに各管体１０１，１０２が同一形状に矯正されることによって、管体半径方向にずれなく突合わせることができる。矯正される第１および第２管体１０１，１０２は、極めて真円筒に近い形状に矯正され、付き合わされた場合の半径方向のずれを小さくすることができる。これによって目違い量Ｇ２の周方向におけるばらつきを極めて小さくすることができ、最大値をたとえば１．６ｍｍ以下にすることができる。
【００７１】
図１１は、管体の管端加工装置１２０を示す正面図であり、図１２は、管端加工装置１２０を示す平面図である。たとえば２つの第１および第２管体１０１，１０２は、管端加工装置１２０によって管端部１０３，１０４が加工される。第１管体１０１は、図１に示す真円リング２０によって所定の形状に正確に矯正された状態で端面１０５が切削加工される。第２管体１０２も同様に正確に矯正された状態で端面１０６が切削加工される。これによって管端加工装置１２０は、管体矯正状態で管体の軸線に垂直な端面を形成することができる。
【００７２】
上述のように、管体矯正状態で管体端部１０５，１０６を加工することによって、端面１０５，１０６の平面度が高い状態、たとえば端面１０５，１０６の軸線方向の凹凸差を０．１ｍｍ以下に形成することができる。これによって矯正状態で各管体１０１，１０２が突合わされたときの端面１０５，１０６もまた、その平面度をきわめて高い状態にすることができる。これによってルートギャップＧ１の周方向におけるばらつきをきわめて小さくすることができ、最大値をたとえば０．２ｍｍ以下にすることができる。
【００７３】
このように目違い量Ｇ２およびルートギャップＧ１の周方向のばらつきをなくし、さらにその値を小さくすることができるので、開先精度を向上することができ、電子ビーム溶接またはレーザビーム溶接を好適に実現することができる開先を形成することができる。
【００７４】
図１３は、本発明の実施の一形態の管体の開先形成方法、具体的には開先加工および組立方法に従う作業の手順を示すフローチャートであり、図１４は図１３の開先加工および組立作業の手順を示す図である。図１４（１）は矯正前の第１管体１０１の正面図であり、図１４（２）は図１４（１）の右側から見た第１管体１０１の右側面図であり、図１４（３）は矯正前の第２管体１０２の左側面図であり、図１４（４）は図１４（３）の右側から見た第２管体１０２の正面図である。図１４（５）は端部１０３を矯正した第１管体１０１の正面図であり、図１４（６）は図１４（５）の右側から見た第１管体１０１の右側面図であり、図１４（７）は端部１０４を矯正した第２管体１０２の左側面図であり、図１４（８）は図１４（７）の右側から見た第２管体１０２の正面図である。図１４（９）は管端加工された第１管体１０１を示す正面図であり、図１４（１０）は管端加工された第２管体１０２を示す正面図である。図１４（１１）は各管体１０１，１０２を突合わせた状態の第１管体１０１の軸直角断面を示す断面図であり、図１４（１２）は各管体１０１，１０２を突合わせた状態で示す正面図であり、図１４（１３）は各管体１０１，１０２を突合わせた状態の第２管体１０２の軸直角断面を示す断面図である。
【００７５】
本発明の開先形成装置は、ガスなどを輸送するパイプラインを形成するにあたって、突合わせ溶接継手を形成して複数の鋼管を接続するために、開先４０を形成するための装置である。換言すれば、たとえば鋼管などの図１４（１）〜（４）に示すような２つの管体１０１，１０２の端部１０３，１０４を開先加工したのち、開先１００を組立てる装置である。具体的には、管端加工工程において、図１４（５）〜（８）に示すように各管体１０１，１０２の端部１０３，１０４に外面側から押圧力を与えてその端部１０３，１０４を所定形状に矯正した状態で、図１４（９），（１０）に示すように各管体１０１，１０２の端面１０５，１０６をそれぞれ切削加工し、管体加工工程から矯正状態を維持し、開先組立工程において、図１４（１１），（１２）に示すように各管体１０１，１０２の端部を突合わせて開先１００を組立、形成する。このようにして開先１００が形成された後、溶接工程で２つの管体１０１，１０２が溶接される。
【００７６】
また管端加工工程で、管体端部を所定形状にするために各端部１０３，１０４に外面側から装着された矯正手段１０７，１０８を、切削加工終了後も取外さず、管体移動工程中も装着されたままの状態とし、開先組立工程に移行してもよい。このような場合には、各端部１０３，１０４の形状は確実に切削加工時の形状と同一の所定形状にすることができるため、各端部１０３，１０４を突合わせるとき、各端面１０５，１０６の切削加工時の高い平面度を保持したまま、開先１００を組立てることができる。そのため、ルートギャップＧ１を小さくすることができ開先１００を確実に高精度に組立てることができる。また矯正手段２２は、ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂによってより正確な形状に管体１０１，１０２の形状を矯正することができるので、目違い量Ｇ２をより小さくすることができる。
【００７７】
このように本発明に従えば、ルートギャップＧ１および目違い量をより小さくすることができ、開先１００を高精度に組立てることができる。さらに管体端部を所定形状にした状態で開先組立工程が行われるので、開先組立工程で新たに管端端部を所定形状にする工程が不要となり、開先組立の作業性が向上する。
【００７８】
上述の本発明の実施の形態は、発明の例示に過ぎず、発明の範囲内において、構成を変更することができる。真円リング２０は、電子ビーム溶接装置用としたが、管体の断面形状を矯正する装置であって、電子ビーム溶接用以外の用途にも用いることができる。また矯正される管体は、必ずしも真円筒に矯正する必要はなく、略楕円形および略多角形状などの他の形状であってもよい。また基準位置から管体表面までの距離を測定するための測距手段として、接触式のダイヤルゲージを用いたが、ダイヤルゲージに限定することなく、レーザ変位計および渦電流を用いた変位計などの他の測距手段を用いてもよい。このような測距手段は、管体内方に配置され、基準位置から管体内周面までの距離を測定し、管体２１の内周面の形状を測定してもよく、さらに等速で回転する回転機構を有してもよく、また回転する測距手段の周方向所定位置からの角度を検出する角度検出機構を有してもよい。これによって測距手段の管体２１に対する周方向位置を求めることができ、管体の外形形状検出をさらに容易に行うことができる。
【００７９】
管体に外力を与える押圧手段として、ねじ機構を利用したクランプボルト２７を用いたが他の押圧手段でもよく、たとえば突出量調整可能な油圧シリンダであってもよく、電動アクチュエータであってもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の本発明に従えば、測距手段によって軸線に垂直な断面での管体の断面形状を知ることができるので、所定形状に管体を矯正するために、外力を与える必要がある箇所に、与えるべき外力の大きさを決定することができる。この決定された箇所に決定された大きさの外力を、矯正手段が与えることによって、管体を所定の形状に正確に矯正することができる。
【００８１】
また外力を与える必要がある箇所を決定することができるので、外力を与えることが可能な複数の箇所すべてに外力を与える必要がない。これによって外力を与える必要がない箇所に外力を与える必要がなく、作業工数を減らすとともに、作業時間を短縮することができる。また矯正手段によって矯正された管体の断面形状を、再び測距手段によって測定し、矯正具合を調整することによって、管体を所定の断面形状により近づけることができ、管体をさらに正確に矯正させることができる。
【００８２】
また請求項２記載の本発明によれば、矯正手段は管体を押圧することによって、管体に外力を与えるとともに、管体をクランプし、管体に装着される。これによって矯正手段は、管体に外力を与える機構と、管体に着脱可能に装着する機構とを別々に設ける必要がなく、構造を簡略化することができる。また管体に外力を与えることと管体を装着することを同時に行うことができるので、管体の矯正作業を短時間で行うことができる。
【００８３】
案内手段は、矯正手段を介して管体に固定され、管体に直接固定されない。これによって案内手段が管体を直接クランプすることがなく、案内手段が装着されることによって、管体の断面形状が変形するおそれがない。したがって案内手段の装着にかかわらず、管体の断面形状を同一にすることができ、案内手段による管体の変形を防止することができる。これによって案内手段を取外した状態であっても、矯正された管体の断面形状を所定の断面形状に保持することができる。
【００８４】
また請求項３記載の本発明によれば、測距手段によって軸線に垂直な断面での管体の断面形状を知ることができるので、所定形状に管体を矯正するために、外力を与える必要がある箇所に、与えるべき外力の大きさを決定することができる。この決定された箇所に決定された大きさの外力を、矯正手段が与えることによって、管体を所定の形状に正確に矯正することができる。また外力を与える必要がある箇所を決定することができるので、外力を与えることが可能な複数の箇所すべてに外力を与える必要がない。これによって外力を与える箇所を減らすことができ、短時間で所定の断面形状に管体を矯正することができる。また矯正手段によって矯正された管体の断面形状を、再び測距手段によって求め、矯正具合を調整することによって、管体を所定の断面形状により近づけることができ、管体をさらに正確に矯正させることができる。
【００８５】
また第１および第２矯正手段によって、第１および第２管体を同一の断面形状に矯正することによって、第１および第２矯正手段を相互に軸線を一致させて連結した場合に、第１および第２管体の軸線を同一線上に配置することができる。各管体は、矯正手段によって、所定の断面形状に矯正された状態で、さらに同軸に配置される。これによって第１および第２管体の端部同士の半径方向のずれを低減することができる。これによって管体同士が突合わされて形成される開先の精度を向上させることができる。具体的には、各管体の外周面の半径方向のずれ量である目違い量のばらつきを周方向にわたって少なくすることができる。
【００８６】
また請求項４記載の本発明によれば、測距手段が装着される管体の軸線に垂直な仮想平面から管体の端面までの距離を測定する。これによって管体の断面形状のほかに、管体の端面形状を測定することができ、仮想平面から管体の端面までの距離が所定範囲内であるか否かを判定することができる。所定範囲内である管体同士を付き合わせることによって、周方向にわたってルートギャップの小さい開先を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の電子ビーム溶接装置用計測器付き真円リング２０を示す正面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】回転手段３１およびダイヤルゲージを図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】回転手段３１およびダイヤルゲージを図２の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図である。
【図５】ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを示す正面図である。
【図６】ダイヤルゲージ２３ａ，２３ｂを示す側面図である。
【図７】管体２１を矯正動作の手順を示すフローチャートである。
【図８】開先形成装置９０の主要な構成を示す正面図である。
【図９】各管体１０１，１０２を突合わせた状態を示す正面図である。
【図１０】図９のセクションＸを拡大して内部を示す断面図である。
【図１１】管体加工工程における管端加工方法を説明する管端加工装置１２０を示す正面図である。
【図１２】管端加工装置１２０を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の一形態の管体の開先形成方法、具体的には開先加工および組立方法に従う作業の手順を示すフローチャートである。
【図１４】図１３の開先加工および組立作業の手順を示す図である。
【図１５】断面形状を所定の形状に矯正する従来の技術の真円リング１を示す正面図である。
【図１６】従来の技術の真円リング１を示す断面図である。
【符号の説明】
２０  真円リング
２１  管体
２２  矯正手段
２３  ダイヤルゲージ
２４  案内手段
２５  矯正手段２２の軸線
２６  管体の外周面
２７  クランプボルト
２８  管体の一端面
３０  玉軸受
３１  回転手段
【図１】
0003603073.tif 000002
【図２】
0003603073.tif 000003
【図３】
0003603073.tif 000004
【図４】
0003603073.tif 000005
【図５】
0003603073.tif 000006
【図６】
0003603073.tif 000007
【図７】
0003603073.tif 000008
【図８】
0003603073.tif 000009
【図９】
0003603073.tif 000010
【図１０】
0003603073.tif 000011
【図１１】
0003603073.tif 000012
【図１２】
0003603073.tif 000013
【図１３】
0003603073.tif 000014
【図１４】
0003603073.tif 000015
【図１５】
0003603073.tif 000016
【図１６】
0003603073.tif 000017