(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の設計データに基づいて組み立てられる配管の形状を修正する配管形状修正装置において、
測定子の変位量および回転角度を検出する検出部と前記配管を保持する保持具とを先端部に取り付けたマニピュレータと、
前記マニピュレータの動きを制御する制御部と、
前記制御部に指示して前記マニピュレータにより、前記３次元の設計データに基づいて算出した設計上の配管の端面位置に前記検出部を移動させ、前記検出部により検出された実際の配管の端面位置に対する前記測定子の変位量および回転角度に基づいて前記実際の配管の端面位置を算出し、設計上の端面位置と実際の端面位置との差異が許容範囲外である場合に、前記制御部に指示して前記保持具で当該配管を保持した前記マニピュレータを駆動させることにより、前記実際の配管の端面位置が前記設計上の端面位置になるように当該配管の形状を修正する演算部とを備えることを特徴とする配管形状修正装置。
【請求項２】
前記配管の設計上の端面位置と実際の端面位置との差異、および配管の形状を修正した修正回数をデータとして記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記記憶部に記憶したデータを用いて、設計上の端面位置からのずれの増減の傾向と修正頻度の増減の傾向を分析することを特徴とする請求項１記載の配管形状修正装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記マニピュレータの先端部に着脱自在であることを特徴とする請求項１記載の配管形状修正装置。
【請求項４】
前記保持具の先端に取り付けた接触センサを備え、
前記演算部は、前記接触センサにより検出された実際の配管の端面に対する接触位置に基づいて前記実際の配管の端面位置を算出することを特徴とする請求項１記載の配管形状修正装置。
【請求項５】
配管を保持する保持具を先端部に取り付けた第２のマニピュレータをさらに備え、
前記第２のマニピュレータの先端部に取り付けられた当該保持具で一端を保持した前記配管の他端を、前記検出部と前記保持具が先端部に取り付けられた請求項１記載のマニピュレータの当該保持具で保持し、
前記演算部は、前記制御部に指示して、前記第２のマニピュレータを駆動させることにより、前記実際の配管の端面位置が前記設計上の端面位置になるように当該配管の形状を修正することを特徴とする請求項１記載の配管形状修正装置。
【請求項６】
前記マニピュレータの先端部に配管の組み立て治具を備えることを特徴とする請求項１記載の配管形状修正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば空調機や冷凍機のような複数の配管を備える機器の配管組み立てを行う際に、配管を取り付ける位置および角度の測定結果に基づいて配管の形状を修正する配管形状修正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、空調機や冷凍機のような複数の配管を備える機器を製造する際には、複数の配管を組み立てる必要がある。この場合、従来では、マニピュレータの先端に測定子を取り付けた配管端面測定装置を用いて配管の位置および角度を測定し、所望の位置および角度で配管されているかどうかをチェックしていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−６８６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の配管組み立てでは、配管端面測定装置を用いて配管端面の位置を測定できる。
しかしながら、所望の配管形状ではない場合には、その配管を取り外して人手で曲げて配管形状を修正するか、もしくは配管を作り直してから再度組み立てて配管端面の位置を再測定するという作業を所望の形状が得られるまで繰り返さなければならない。
従って、配管組み立てを高精度に行うことが容易でないという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の配管を備えた機器の配管組み立てを高精度で容易に行うことができる配管形状修正装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る配管形状修正装置は、３次元の設計データに基づいて組み立てられる配管の形状を修正する配管形状修正装置において、測定子の変位量および回転角度を検出する検出部と配管を保持する保持具とを先端部に取り付けたマニピュレータと、マニピュレータの動きを制御する制御部と、制御部に指示してマニピュレータにより、３次元の設計データに基づいて算出した設計上の配管の端面位置に検出部を移動させ、検出部により検出された実際の配管の端面位置に対する測定子の変位量および回転角度に基づいて実際の配管の端面位置を算出し、設計上の端面位置と実際の端面位置との差異が許容範囲外である場合に、制御部に指示して保持具で当該配管を保持した前記マニピュレータを駆動させることにより、実際の配管の端面位置が設計上の端面位置になるように当該配管の形状を修正する演算部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数の配管を備えた機器の配管組み立てを高精度で容易に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る配管形状修正装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る検出部の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る配管形状修正装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係る配管形状修正の概要を示す図である。
【図５】２台のマニピュレータを用いた配管形状修正の概要を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る配管形状修正装置の検出部の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る配管形状修正装置の概要を示す図である。図１に示す配管形状修正装置１は、配管Ａを取り付ける位置や角度を測定した結果に基づいて配管Ａの形状を修正する装置であり、アーム２ａ〜２ｄ、関節部３ａ〜３ｃ、検出部４、測定子５、ハンドチャック６、制御装置７、計算機８およびモニタ９を備える。
【００１０】
アーム２ａ〜２ｄは、検出部４を先端に取り付けるマニピュレータを構成するアームであり、関節部３ａ〜３ｃによってそれぞれ接続される。
また、関節部３ａ〜３ｃには、角度検出器がそれぞれ設けられており、これらの角度検出器によってアーム２ａ〜２ｄのそれぞれの相対的な角度が検出される。この相対角度とアームの寸法によって、マニピュレータ本体に設定された３次元座標系における、アーム２ａの先端の３次元位置を算出することができる。なお、角度検出器には、例えばポテンショメータあるいはエンコーダを利用することができる。
【００１１】
検出部４は、測定子５の変位量および回転角度を検出する検出部であり、アーム２ａの先端部に着脱自在に取り付けられる。配管Ａの端面位置に対する測定子５の変位量および回転角度に基づいて、実際の配管Ａの端面位置が算出される。
測定子５は、円錐形状の測定子であって、先端部から配管Ａの端面開口に差し込まれた状態で変位量および回転角度が検出される。
ハンドチャック６は、配管Ａをチャッキング保持するハンドチャックであって、アーム２ａの先端部に取り付けられる。なお、アーム２ａの先端部におけるハンドチャック６と検出部４の測定子５は所定の位置関係にあり、測定子５の座標位置からハンドチャック６の座標位置を算出することができる。
【００１２】
制御装置７は、計算機８による位置座標の計算結果に基づいて、マニピュレータの駆動を制御する制御装置であり、制御部７ａおよび記憶部７ｂを備えて構成される。
制御部７ａは、演算部８ａからの指示に従って、マニピュレータを駆動させて配管Ａの端面位置に測定子５を移動させたり、設計上の端面位置と差異が許容範囲外である場合、配管Ａの形状を修正する動作を制御する。
記憶部７ｂは、配管Ａの設計上の３次元位置データおよび検出部４による配管Ａの端面位置の検出結果を記憶する記憶部である。
【００１３】
計算機８は、演算処理を実施する計算機であり、演算部８ａおよびモニタ９を備える。
演算部８ａは、配管Ａの端面位置の測定における座標位置の演算や、配管形状の修正における演算を実施する。モニタ９は、計算機８の演算結果や検出部４による配管Ａの座標位置の検出結果を表示するモニタである。
また、治具１０は、配管形状修正装置１を用いて配管形状を修正する際に配管Ａを保持するクランプなどの治具である。
【００１４】
図２は、実施の形態１に係る検出部の構成を示す図であり、図１の検出部４および測定子５を示している。図２（ａ）は測定子５のシャフト軸方向に沿って検出部４を切断した断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面の矢示図である。
検出部４は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、直動ブロック部１１ａ，１１ｂとレール部１１ｃ，１１ｄから構成される直動システムを備える。
【００１５】
直動ブロック部１１ａは、レール部１１ｃに沿ってスライド可能に設けられ、レール部１１ｄは、直動ブロック部１１ａ上に取り付けられる。レール部１１ｃとレール部１１ｄは、直動ブロック１１ａを介して上下に直交している。
【００１６】
また、直動ブロック部１１ａには、図２（ｂ）に示すように、レール部１１ｃに沿ったスライド方向にスプリング１２ａ，１２ｂおよび変位センサ１５がそれぞれ設けられる。直動ブロック部１１ｂについても同様に、レール部１１ｄに沿ったスライド方向にスプリング１２ｃ，１２ｄと変位センサ１５がそれぞれ設けられる。
【００１７】
直動ブロック部１１ａ，１１ｂは、測定子５に移動力が加えられなければ、スプリング１２ａ〜１２ｄによって常に原点位置になるよう付勢されている。測定子５に移動力が加えられて直動ブロック部１１ａ，１１ｂがスライドすると、変位センサ１５により、そのスライド方向の変位量が検出される。
【００１８】
直動ブロック部１１ｂ上の中央部には、シャフト受け部１４ａが取り付けられており、検出部４の筐体における直動システムを設けた面に対向する面にはシャフト受け部１４ｂが取り付けられる。
測定子５の円錐底面から延設されたシャフト１３には、その軸方向に自在継手１３ａ，１３ｂが設けられており、自在継手１３ａ，１３ｂが、シャフト受け部１４ａ，１４ｂに取り付けられる。これにより、測定子５は、シャフト１３を介してフローティング可能に保持される。
【００１９】
なお、図２において図示を省略したが、検出部４は、直動ブロック部１１ａ，１１ｂのスライド方向を含む平面の法線方向、すなわちアーム２ａの延長方向においても直動可能な直動機構を有しており、その変位量を検出する直動変位センサも設けられている。また、配管端面の位置を確認するためのカメラも取り付けられている。
【００２０】
次に動作について説明する。
図３は、実施の形態１に係る配管形状修正装置の動作を示すフローチャートであって、この図に沿って配管Ａの端面位置の測定と配管形状の修正処理の詳細について述べる。
まず、計算機８の演算部８ａは、制御装置７の記憶部７ａから、対象ワークの配管Ａについての設計上の３次元データを読み出して（ステップＳＴ１）、設計上の３次元データにおける配管Ａの座標位置データを認識する（ステップＳＴ２）。
【００２１】
次に、演算部８ａは、設計上の３次元データを用いて、配管組み立ての基準となる位置と配管Ａの端面との各座標位置を算出する（ステップＳＴ３）。演算部８ａに算出された座標位置データは、制御装置７の制御部７ａに出力される。
制御部７ａは、演算部８ａから入力した設計上の座標位置データに基づいてマニピュレータを駆動させ、配管Ａの端面の設計上の座標位置に検出部４を移動させる（ステップＳＴ４）。
【００２２】
配管Ａの端面位置が設計上の座標位置に一致する場合は、図１に示すように、測定子５の先端部が配管Ａの端面開口に自動的に差し込まれる。
一方、配管Ａの端面位置と設計上の座標位置に差異がある場合、検出部４に取り付けた上記カメラで位置を確認して自動で位置を合わせる、もしくは、作業者が、測定子５をシャフト受け部１４ａ，１４ｂを中心としてフレキシブルに動かして、測定子５の先端部を配管Ａの端面開口に差し込む。このときの測定子５の変位量および回転角度が、変位センサ１５、上記直動変位センサおよび上記回転角度検出器によって検出され、制御装置７を介して演算部８ａに入力される。
【００２３】
演算部８ａは、変位センサ１５などによる検出結果を用いて、現在の配管Ａの端面位置を３次元測定する（ステップＳＴ５）。例えば、検出された回転角度により配管Ａの端面の向きを特定し、この端面の向きに応じて、変位センサにより検出されたＸＹＺ軸方向における変位量を設計上の座標位置に加算して現在の配管Ａの端面の座標位置データを求める。すなわち、各アームに取り付けられている角度検出器および検出部４の測長センサ、回転角度センサの検出データの組み合わせにより、配管Ａの端面の座標位置データを求めることができる。
【００２４】
演算部８ａによって算出された現在の配管Ａの端面の座標位置データは、設計上の座標位置データとともにモニタ９に表示される（ステップＳＴ６）。これにより、作業者は配管Ａが設計値からずれていることを視覚的に認識することができる。
【００２５】
続いて、演算部８ａは、測定した現在の配管Ａの端面の座標位置データと設計上の配管Ａの端面の座標位置データとの差異が、あらかじめ設定された許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ７）。
このとき、座標位置データの差異が許容範囲内であれば（ステップＳＴ７；ＹＥＳ）、演算部８ａは、測定した配管Ａの端面の座標位置データを記憶部７ｂに保存する（ステップＳＴ８）。このように許容範囲内で設計値からずれた座標位置データを保存していくことで、保存データを用いて許容範囲内で配管Ａがずれる傾向を分析できる。
また、この分析結果を製造工程にフィードバックすることにより、さらなる品質の向上を図ることができる。
【００２６】
また、座標位置データの差異が許容範囲外である場合（ステップＳＴ７；ＮＯ）、演算部８ａは、モニタ９を用いた視覚的な方法により、あるいは、不図示のスピーカを用いた聴覚的な方法により、現在の配管Ａの端面位置が許容できないずれを起こしている旨を、作業者に通知する（ステップＳＴ９）。
【００２７】
作業者は、上記通知を受けると、図４（ａ）に示すように配管Ａの曲げ部分以外が変形しないように、クランプなどの治具１０で配管Ａの根元付近の直線部分を固定する（ステップＳＴ１０）。さらに、ハンドチャック６によって配管Ａの端面をチャックする。
なお、例えば、配管形状の修正を行った回数をカウントするカウンタを計算機８に用意しておき、修正頻度を保存してもよい。この場合、修正頻度が所定の閾値を超えた際に、演算部８ａが作業者に通知することで、製造工程の加工条件を見直すことができる。
また、設計値との差異が許容範囲外のデータも記憶部７ｂに保存しておくことで、加工条件の見直し内容を決定するためのデータとして利用することができる。例えば、演算部８ａが、設計値からのずれの増減の傾向と修正頻度の増減の傾向を分析して作業者に通知する。
【００２８】
次に、演算部８ａは、設計上の配管Ａの端面の座標位置データを目標位置として、現在の配管Ａの端面の座標位置データに基づき、ハンドチャック６の所定の移動量を算出する（ステップＳＴ１１）。例えば、設計上の配管Ａの端面の座標位置データからのずれ具合に応じて、ＸＹＺ軸方向の移動量を算出する。演算部８ａによって算出された移動量データは、制御部７ａに出力される。
【００２９】
制御部７ａは、演算部８ａから入力した所定の移動量ごとにマニピュレータを駆動させて配管Ａの形状を修正する（ステップＳＴ１２）。例えば、図４（ｂ）に矢印で示すように、配管Ａをさらに曲げてその形状を修正する。この後、ステップＳＴ５の処理に戻り、形状を修正した配管Ａの端面位置と設計値との差異が許容範囲内になるまで配管Ａの形状修正が繰り返される。
【００３０】
上述した配管形状修正では、配管Ａの曲げ部分以外が変形しないようにクランプなどの治具１０で配管Ａの根元付近の直線部分を固定する場合を示したが、この態様に限定されるものではない。
例えば、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、治具１０を使用する代わりに、アーム２ａ〜２ｄおよび関節部３ａ〜３ｃから構成されるマニピュレータをもう１台用意して、その先端にハンドチャック６を取り付けた配管固定用マニピュレータを用いてもよい。
この場合、演算部８ａが、設計上の３次元データに基づいて、クランプ部分の座標位置を算出して、制御装置７の制御部７ａに出力する。
制御部７ａが、演算部８ａから入力した座標位置に基づいて配管固定用マニピュレータを駆動させ、先端のハンドチャック６が上記クランプ部分を保持固定する。これにより、最適な位置でチャッキングすることが可能である。
【００３１】
以上のように、この実施の形態１によれば、測定子５の変位量および回転角度を検出する検出部４と配管Ａを保持する保持具であるハンドチャック６とを先端部に取り付けたマニピュレータと、マニピュレータの動きを制御する制御部７ａと、制御部７ａに指示してマニピュレータにより、３次元の設計データに基づいて算出した設計上の配管Ａの端面位置に検出部４を移動させ、検出部４により検出された実際の配管Ａの端面位置に対する測定子５の変位量および回転角度に基づいて実際の配管Ａの端面位置を算出し、設計上の端面位置と実際の端面位置との差異が許容範囲外である場合に、制御部７ａに指示してハンドチャック６で配管Ａを保持したマニピュレータを駆動させることにより、実際の配管Ａの端面位置が設計上の端面位置になるように配管Ａの形状を修正する演算部８ａとを備える。このように、設計値との差異が許容範囲外の場合に、ハンドチャック６で配管端面をチャックし、設計上の３次元データの座標位置に配管形状を修正するので、複数の配管を備えた機器の配管組み立てを高精度で容易に行うことができる。
【００３２】
また、この実施の形態１によれば、配管Ａの設計上の端面位置と実際の端面位置との差異、および配管Ａの形状を修正した修正回数をデータとして記憶する記憶部７ｂを備え、演算部８ａが、記憶部７ｂに記憶したデータを用いて設計上の端面位置からのずれの増減の傾向と修正頻度の増減の傾向を分析する。この分析結果に基づいて、製造工程における加工条件（曲げ条件）を見直すことで、製造工程の品質向上にフィードバックできる。
【００３３】
さらに、上記実施の形態１では、測定子５の座標位置から現在の配管Ａの端面の座標位置データを測定する場合を示したが、ハンドチャック６の先端にタッチセンサなどの接触センサを取り付け、配管組み立ての基準となる位置と、タッチセンサが配管Ａの端面にタッチした反応位置との差異から配管Ａの端面の座標位置データを算出してもよい。
このようにすることでも、配管Ａの端面位置を測定することができる。
【００３４】
さらに、上記実施の形態１において、複数台のマニピュレータを用意し、これらの少なくとも一つに配管Ａを保持するための保持具を先端に取り付け、他のいずれかにろう付けなどの配管の組み立て治具を取り付けてもよい。これにより、配管の端面位置の測定と、配管形状の修正を行った後に、配管組み立ても行うことができる。
【００３５】
実施の形態２．
上記実施の形態１は、配管Ａの端面開口に円錐形状の測定子５の先端部（頂点部分）を差し込んで位置測定を行う場合を示したが、測定子５の先端部の寸法に対して配管の開口径が小さすぎると、先端部を配管にほとんど差し込めなくなる。この場合、微少なずれに対する測定精度が落ちる。
そこで、この実施の形態２では、マニピュレータの先端部で検出部を着脱自在として、配管の寸法に応じた測定子を備えた検出部に付け替える。これにより、配管の端面位置を精度よく測定することが可能である。また、配管に対して様々な測定を行える測定子を備えた検出部を取り付けてもよい。
【００３６】
図６は、この発明の実施の形態２に係る配管形状修正装置の検出部の概要を示す図である。なお、実施の形態２に係る配管形状修正装置は、マニピュレータの先端部に装着する検出部以外の構成は、上記実施の形態１と同様である。図６（ａ）は、実施の形態２に係る検出部４Ａの側面図であり、図６（ｂ）は配管測定位置に検出部４Ａを配置したときの側面図である。ここで、配管Ａのみを断面で示している。
【００３７】
図６に示す検出部４Ａは、アーム２ａの先端部に着脱自在に取り付けられる検出部であり、ＸＹ移動ユニット１６、測長センサ１７、回転角度センサ付きの自在継手１８および測定子１９を備えて構成される。ＸＹ移動ユニット１６は、アーム２ａの先端面に平行な方向の測定子１９の移動を可能とするユニットであり、図２の直動システムに相当する。
ＸＹ移動ユニット１６は、測定子１９に移動力が加えられなければ、スプリングにより常に原点位置になるよう付勢されている。測定子１９に移動力が加えられてスライドすると、測長センサ１７によりそのスライド方向の変位量（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の変位量）が検出される。
【００３８】
自在継手１８は、測定子１９を検出部４Ａに接続する継手であり、継手原点位置からの測定子１９の回転角度を検出する回転角度センサを備える。例えば、回転角度センサは、自在継手１８の回転軸部にそれぞれ取り付けられ、各回転角度センサによって検出された回転角度から、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の回転角度が検出される。
また、自在継手１８は、測定子１９に回転力が加えられなければ、スプリングによって常に継手原点位置になるよう付勢されている。測定子１９に回転力が加えられて継手原点位置から回転すると、角度センサによりその回転角度が検出される。
測定子１９は、軸中心に最鋭部が位置するように先端を尖らせた棒状の測定子である。
【００３９】
配管Ａの端面位置を測定する際、制御部７ａは、図６（ａ）に示すように、演算部８ａから入力した設計上の座標位置データに基づいてマニピュレータを駆動させ、配管Ａの端面の設計上の座標位置に検出部４Ａを移動させる。このとき、図６（ａ）に示すように、配管Ａの端面に対する測定子１９の位置のずれが配管Ａの内径の１／２未満である場合、図６（ｂ）に示すように、測定子１９は、その先端部が配管Ａの開口の内縁部を滑るように移動して配管Ａに挿入される。
【００４０】
測長センサ１７は、配管Ａに挿入されるまでの測定子１９の変位量を検出し、回転角度センサは、配管Ａに挿入されるまでの測定子１９の回転角度を検出する。これらの検出量は、演算部８ａに送られる。演算部８ａは、これらの検出量を用いて配管Ａの設計値との差異を演算する。
【００４１】
以上のように、この実施の形態２によれば、検出部４Ａが、マニピュレータの先端部に着脱自在であるので、測定の用途に応じた測定子を有する検出部に交換することで、配管組み立てに利用可能な寸法ついて様々な測定が可能である。
【００４２】
また、上記実施の形態２において、検出部４Ａに対して測定子１９を着脱自在として、配管の寸法や測定内容に応じた測定子を適宜取り付けてもよい。このように構成することにより、配管組み立てに利用可能な寸法ついて様々な測定が可能である。例えば、配管の内径または外径を測定する測定子を装着してもよい。
【００４３】
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  配管形状修正装置、２ａ〜２ｄ  アーム、３ａ〜３ｃ  関節部、４  検出部、５，１９  測定子、６  ハンドチャック、７  制御装置、７ａ  制御部、７ｂ  記憶部、８  計算機、８ａ  演算部、９  モニタ、１０  治具、１１ａ，１１ｂ  直動ブロック部、１１ｃ，１１ｄ  レール部、１２ａ〜１２ｄ  スプリング、１３  シャフト、１３ａ，１３ｂ，１８  自在継手、１４ａ，１４ｂ  シャフト受け部、１５  変位センサ、１６  ＸＹ移動ユニット、１７  測長センサ。
【図１】
0005950690.tif 000002
【図２】
0005950690.tif 000003
【図３】
0005950690.tif 000004
【図４】
0005950690.tif 000005
【図５】
0005950690.tif 000006
【図６】
0005950690.tif 000007