(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部にねじ部が形成されるとともに該ねじ部の内側に第１フランジを備えた軸部材を有し、該軸部材を配管の中心軸上に固定する固定治具と、
前記軸部材の端部が挿入される円筒状に形成され、前記第１フランジに位置決め手段を介して当接される第２フランジを備えるとともに、固定ギアが固設された取付部材と、
前記取付部材に前記軸部材の端部が挿入された状態で前記ねじ部に締め込まれることにより、前記取付部材を前記固定治具に固定するナットと、
前記円筒状の取付部材の外周面に回動自在に支持された回動板と、
前記回動板に設置され、前記固定ギアに噛み合った可動ギアを回転させることによって、前記可動ギアを前記固定ギアの回りに周回させ、前記回動板を回動させる周回用モータと、
前記回動板に取り付けられ、前記軸部材の軸方向に配置されたリニアガイドと、
前記リニアガイドにスライド自在に支持されたベースと、
前記ベースを前記リニアガイドに沿って移動させる軸移動用モータと、
前記ベースに支持され、前記配管の端部を加工する管端加工用の加工手段と、
前記加工手段の加工位置を検出する位置検出手段と、
前記加工手段にかかる切削力を検出する力検出手段と、
前記位置検出手段と前記力検出手段の検出値に基づいて前記周回用モータと前記軸移動用モータとを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする管端加工装置。
【請求項２】
前記ベースには、シャフトが回動自在に支持され、該シャフトに前記加工手段が取り付けられるとともに、
前記シャフトには、該シャフトを回転させる角度用モータが取り付けられ、
該角度用モータを駆動することによって、前記加工手段の加工角度が調節されることを特徴とする請求項１に記載の管端加工装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記軸移動用モータを駆動して前記加工手段を前記配管側に移動させ、該加工手段が前記配管の端部に当接した位置を加工基準位置とし、
前記周回用モータを駆動することによって前記加工基準位置を所定の間隔ごとに一周記憶し、
該加工基準位置に前記加工手段を移動させて前記配管の加工を繰り返すことを特徴とする請求項１又は２に記載の管端加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は管端加工装置に係り、特に大口径の配管の端部を加工する管端加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力、原子力発電プラントの工事現場等における配管の据付作業では、配管を溶接する前準備として、両方の配管の端部形状を合わせる管端加工作業が必要となる。従来の管端加工作業は、まず、配管を突き合わせて、その隙間や開先面の外径、内径の角度を計測する。そして、修正を要する部分（以下、修正部と称す）の加工量を計算し、職人がグラインダ等を使用して手作業によって研削する。次いで、加工終了後に、再度、配管を突き合わせて修正部の有無を確認し、修正部がある場合は、修正部がなくなるまで上記作業を繰り返す。これにより、両方の配管の端部形状が接合に適した形状となり、配管を精度良く設計通りに溶接することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の管端加工作業は、手作業によって行われるため、各作業者によって加工精度が異なるという欠点があった。また、不具合が無くなるまで、配管の突き合わせ、配管端面の計測、加工を繰り返し行うため、管端加工に多大な時間を要するという欠点もあった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、短時間で、精度の良い加工を行うことのできる管端加工装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
請求項１記載の発明は前記目的を達成するために、端部にねじ部が形成されるとともに該ねじ部の内側に第１フランジを備えた軸部材を有し、該軸部材を配管の中心軸上に固定する固定治具と、前記軸部材の端部が挿入される円筒状に形成され、前記第１フランジに位置決め手段を介して当接される第２フランジを備えるとともに、固定ギアが固設された取付部材と、前記取付部材に前記軸部材の端部が挿入された状態で前記ねじ部に締め込まれることにより、前記取付部材を前記固定治具に固定するナットと、前記円筒状の取付部材の外周面に回動自在に支持された回動板と、前記回動板に設置され、前記固定ギアに噛み合った可動ギアを回転させることによって、前記可動ギアを前記固定ギアの回りに周回させ、前記回動板を回動させる周回用モータと、前記回動板に取り付けられ、前記軸部材の軸方向に配置されたリニアガイドと、前記リニアガイドにスライド自在に支持されたベースと、前記ベースを前記リニアガイドに沿って移動させる軸移動用モータと、前記ベースに支持され、前記配管の端部を加工する管端加工用の加工手段と、前記加工手段の加工位置を検出する位置検出手段と、前記加工手段にかかる切削力を検出する力検出手段と、前記位置検出手段と前記力検出手段の検出値に基づいて前記周回用モータと前記軸移動用モータとを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、加工手段の加工位置と加工手段にかかる切削力とに応じて、周回用モータと軸移動用モータとを制御し、加工手段を移動するようにしたので、配管の端部を自動で加工することができ、配管の端部を精度良く、短時間で加工することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記ベースには、シャフトが回動自在に支持され、該シャフトに前記加工手段が取り付けられるとともに、前記シャフトには、該シャフトを回転させる角度用モータが取り付けられ、該角度用モータを駆動することによって、前記加工手段の加工角度が調節されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、前記制御装置は、前記軸移動用モータを駆動して前記加工手段を前記配管側に移動させ、該加工手段が前記配管の端部に当接した位置を加工基準位置とし、前記周回用モータを駆動することによって前記加工基準位置を所定の間隔ごとに一周記憶し、該加工基準位置に前記加工手段を移動させて前記配管の加工を繰り返すことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る管端加工装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態の管端加工装置１０は、配管１２の端部を加工する加工部１４と、該加工部１４を配管１２に固定する固定治具（支持手段に相当）１６とから構成されている。
【００１１】
図２及び図３に示すように、固定治具１６は、軸部材１８を有している。軸部材１８の端部には、ねじ部２０が形成されており、このねじ部２０の内側にフランジ２４が設けられている。フランジ２４には、２つの位置決め孔２６、２６が形成されており、後述する加工部１４（図４参照）の位置決めピン４６、４６が挿入される。
【００１２】
前記軸部材１８には、円盤状のディスク２８が軸部材１８に対して垂直に取り付けられるとともに、該ディスク２８を挟んで２つのねじ部３０Ａ、３０Ｂが形成されている。２つのねじ部３０Ａ、３０Ｂは、相反する方向にねじが刻まれており、それぞれスライド部材３２Ａ、３２Ｂがねじ込まれている。
【００１３】
前記軸部材１８の周囲には、３つの当接部材３４、３４、３４が３方向に配置されている。当接部材３４には、溝３５が形成されており、該溝３５に前記ディスク２８が嵌入されている。これにより、当接部材３４がディスク２８にガイドされるので、当接部材３４の動きが軸部材１８の径方向に規制される。
【００１４】
また、当接部材３４は、リンク３６を介して２つのスライド部材３２Ａ、３２Ｂに連結されている。リンク３６は、スライド部材３２Ａ、３２Ｂの外周面に垂直に設けられた突起部３８と、当接部材３４とに回動自在に支持されている。したがって、スライド部材３２Ａ、３２Ｂの間隔が開いたり縮んだりすると、リンク３６が回動して当接部材３４が軸部材１８の径方向に移動する。これにより、固定治具１６を配管１２の内部に挿入し、当接部材３４又はスライド部材３２Ａ、３２Ｂをおさえて軸部材１８を回転させると、スライド部材３２Ａ、３２Ｂの間隔が縮んで、３つの当接部材３４、３４、３４が外側に向かって移動する。そして、各当接部材３４の当接部３４Ａが配管１２の内周面に当接して、固定治具１６が配管１２に固定される。このとき、当接部材３４、３４、３４が軸部材１８に対して等しい距離にあるので、軸部材１８は、配管１２の中心軸上に固定される。なお、当接部材３４の当接部３４Ａをゴム等の弾性体で構成してもよい。
【００１５】
図４及び図５に示すように、加工部１４は、取付部材４０と回動板４２とを有しており、回動板４２は、取付部材４０に回動自在に支持されている。取付部材４０は、図６に示すように、固定治具１６の軸部材１８を挿入可能な円筒状に形成され、端部にフランジ４０Ａを備えている。フランジ４０Ａには、２本の位置決めピン４６、４６が取り付けられており、該位置決めピン４６が固定治具１６のフランジ２４に形成された位置決め孔２６に挿入されることにより、フランジ４０Ａがフランジ２４に対して位置決めされた状態で固定される。また、取付部材４０には、固定ギア４４が固設されるとともに、該固定ギア４４とフランジ４０Ａとの間に回動板４２がベアリング４７を介して回動自在に支持されている。回動板４２は、配管１２の内部に挿入可能な大きさに形成され、周回用モータ５０が設置されている。周回用モータ５０の出力軸には、可動ギア５２が固定ギア４４と噛み合った状態に取り付けられる。これにより、周回用モータ５０を駆動させると、可動ギア５２が回転しながら固定ギア４４の回りを周回し、回動板４２全体が回転する。なお、前記周回用モータ５０には、回動板４２の回動量から、後述するグラインダ６２の加工位置を検出する位置検出センサが内蔵されている。
【００１６】
また、前記回動板４２には、図４及び図５に示すように、リニアガイド５４が回動板４２に対して垂直に取り付けられており、該リニアガイド５４にベース５６がスライド自在に支持されている。リニアガイド５４の先端には、軸移動用モータ５８が取り付けられており、該軸移動用モータ５８を駆動することによってリニアガイド５４内部のボールねじ（図示せず）が回動して前記ベース５６がスライドするようになっている。なお、軸移動用モータ５８には、ベース５６の移動量から、後述するグラインダ６２の加工位置を検出する位置検出センサが内蔵されている。
【００１７】
ベース５６には、シャフト６０が回動自在に支持されており、該シャフト６０に管端加工用の加工手段、例えばグラインダ６２が取り付けられている。グラインダ６２は、図示しないエア供給装置からエアを供給することによって、先端の工具が回転し、配管１２の端部を切削加工することができる。また、シャフト６０の端部には、シャフト６０を回転させる角度用モータ６６が取り付けられており、角度用モータ６６を駆動することによってグラインダ６２の加工角度が調節される。また、シャフト６０には、加工時のグラインダ６２にかかる背分力等の切削力を検知する力センサ６８と、グラインダ６２の加工角度を計測する角度センサ７０が取り付けられている。
【００１８】
前記周回用モータ５０、軸移動用モータ５８、角度用モータ６６、力センサ、６８及び角度センサ７０は、制御装置７２に接続され、制御装置７２は、力センサ６８、角度センサ７０、及びモータ５０、５８に内蔵された位置センサの検出値に基づいて前記モータ５０、５８、６６を駆動制御するようになっている。
【００１９】
上記の如く構成された管端加工装置１０は、以下のようにして配管１２に取り付けられる。
【００２０】
まず、加工部１４と分離された固定治具１６を、配管１２の内部に挿入し、スライド部材３２Ａ又は当接部材３４を支持しながら軸部材１８を回転させることによって当接部材３４、３４、３４を外側に向けて移動させる。そして、当接部材３４、３４、３４を配管１２の内周面に当接させることにより、固定治具１６を配管１２に固定する。このとき、３つの当接部材３４、３４、３４は、軸部材１８から等しい距離にあるので、固定治具１６は、軸部材１８が配管１２の中心軸に一致した状態で固定される。また、当接部材３４の溝３５とディスク２８との間に若干の隙間を設けておくことで、当接部材３４の当接部３４Ａが配管１２の内周面にならって当接するので、配管１２の内周面の加工精度が悪い場合であっても、固定治具１６を配管１２に確実に固定することができる。
【００２１】
次に、固定治具１６のフランジ２４に形成された位置決め用孔２６、２６に、加工部１４のフランジ４０Ａに設けられた位置決めピン４６、４６を嵌入して位置合わせしながら、両方のフランジ２４、４０Ａを当接させる。そして、軸部材１８の端部に形成されたねじ部２０に、ワッシャ４９を介してナット４８を締め込む。これにより、加工部１４が固定治具１６を介して配管１２に固定される。
【００２２】
このように、管端加工装置１０は、軸部材１８を回転させるだけで固定治具１６を簡単に配管１２に固定することができるとともに、ナット４８を締め込むだけで加工部１４を固定治具１６の所定の位置に容易に固定することができるので、取付作業を迅速に行うことができる。
【００２３】
また、管端加工装置１０によれば、固定治具１６と加工部１４とを分離することができるので、現場での持ち運びが便利である。
【００２４】
さらに、固定治具１６を配管１２の内周面に固定するので、工事現場等に据え付けられた配管１２にも管端加工装置１０を取り付けることができる。
【００２５】
次に上記の如く構成された管端加工装置１０による管端加工方法について図７に基づいて説明する。
【００２６】
まず、溶接を行う２つの配管１２の端部形状を、図示しない計測装置によって計測する（ステップＳ１）。そして、その計測データから、加工が必要な加工位置と加工量を算出し（ステップＳ２）、算出したデータを制御装置（ＣＰＵ）７２に入力する（ステップＳ３）。
【００２７】
次に、不具合部（修正を要する部分）の有無を確認し（ステップＳ４）、不具合部がある場合は、周回用モータ５０、軸移動用モータ５８、角度用モータ６６を駆動させて前記不具合部にグラインダ６２を移動する（ステップＳ５）。
【００２８】
次に、力センサ６８で検出した切削力が一定になるように配管端部を加工する（ステップＳ６）。そして、周回用モータ５０及び軸移動用モータ５８に内蔵された位置センサでグラインダ６２の加工位置を検出することにより、加工量を測定し、該加工量が目標値（即ち、ステップＳ２で算出された加工量）になるまで切削加工を繰り返す（ステップＳ７）。そして、不具合部の有無を再び確認し（ステップＳ４）、不具合部が無くなったら加工を終了する。
【００２９】
次に、上述した管端加工方法の具体例について、配管端部に開先加工を行う場合で説明する。
【００３０】
まず、角度センサ７０の検出値に応じて角度用モータ６６を駆動し、グラインダ６２の加工面を所定の角度に調節する。
【００３１】
次に、軸移動用モータ５８を駆動してグラインダ６２を配管１２の中心軸方向に沿って配管１２側へ移動させ、グラインダ６２を配管１２の端部に当接させる。そして、グラインダ６２が配管１２の端部に当接したことを力センサ６８によって検知し、その際、周回用モータ５０及び軸移動用モータ５８に内蔵された位置センサで測定した値を加工基準位置として制御装置７２が記憶し、その後、グラインダ６２を配管１２の端部から退避させる。
【００３２】
次に、周回用モータ５０を駆動させてグラインダ６２を配管１２の周方向に３０度移動させた後、再びグラインダ６２を配管１２に当接させて、加工基準位置を測定する。そして、グラインダ６２が一周するまで、上記操作を繰り返し、３０度ごとに加工基準位置を測定する。
【００３３】
次に、グラインダ６２を駆動させ、前記加工基準位置のひとつに移動させた後、配管１２の周方向に３０度回転させて配管１２の端部を加工する。このとき、力センサ６８で検出した切削力が一定になるように切削し、前記位置センサの検出値が目標値になるまで切削を繰り返す。これにより、切削面の加工精度を向上させることができるとともに、グラインダ６２の工具に過剰の荷重が加わって破損することを防止することができる。
【００３４】
３０度分の加工が終了した後、グラインダ６２を他の加工基準位置に移動させて再び３０度分の加工を行い、これを繰り返して配管１２の端部を全周にわたって加工する。このように、配管１２の周方向に３０度ごとに加工基準位置を測定し、３０度ごとに加工を行うことによって、配管１２の端部が軸方向に凹凸がある場合であっても、滑らかに加工することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態の管端加工装置１０によれば、力センサ６８及び位置センサの値に応じて、３つのモータ５０、５８、６６を制御してグラインダ６２を移動させるので、配管１２の端部を自動で開先加工することができる。したがって、グラインダ６２の工具の破損等による障害を回避することができる。
【００３６】
また、管端加工装置１０によれば、グラインダ６２の加工位置と加工角度を任意に調節することができるので、配管１２の端部を任意の形状に加工することができる。したがって、例えば配管１２の端面が配管１２の軸に対して斜めに切断されている場合や、配管１２が真の円筒形状をしていない場合にも、配管１２の端部を精度良く開先加工することができる。
【００３７】
また、管端加工装置１０は、力センサ６８で切削力を検出することによって、グラインダ６２の工具が破損しないような最適な切削力で加工することができるので、加工時間を短縮することができる。また、切削力が一定になるように加工することによって、切削面の加工精度を向上させることができる。
【００３８】
さらに、管端加工装置１０によれば、予め計測された配管１２の端部形状に基づいて、グラインダ６２の位置を制御するので、配管１２の端部を正確、且つ迅速に加工することができる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態は、配管１２の端部を開先形状にする例で説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、グラインダ６２を配管１２の中心軸と垂直な方向に角度調節することによって、配管１２の端面を加工することもできる。
【００４０】
図８に示すように、第２の実施の形態の管端加工装置７６は、リニアガイド５４にスライド部材７８が配管１２の軸方向（矢印８２方向）にスライド自在に取り付けられている。スライド部材７８には、ベース８６が配管１２の径方向（矢印８４方向）にスライド自在に設けられており、スライド部材７８の端部に設けられたモータ８０を駆動することによって、ベース８６がスライド移動する。なお、図１で示した第１の実施の形態と同一若しくは類似の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
上記の如く構成された管端加工装置７６は、モータ８０を駆動することによって、グラインダ６２を配管１２の径方向に移動させることができる。したがって、配管１２の大きさによらず、配管１２の端部を加工することができる。
【００４２】
また、管端加工装置７６によれば、モータ５０、５８、６６、８０を同時に駆動することによってグラインダ６２を３次元的に自由に移動させることができる。したがって、配管１２の端部の内側も任意の角度で開先加工することができる。
【００４３】
なお、グラインダ６２を配管１２の軸方向に移動させず、径方向にのみ移動させるようにしてもよい。この場合、グラインダ６２を配管１２の径方向に進退移動させることによって配管１２の切削を行うことができる。
【００４４】
また、グラインダ６２の移動方向は、配管１２の中心軸方向や径方向に限定されるものではなく、配管１２の中心軸に対して斜め方向であってもよい。
【００４５】
さらに、グラインダ６２の移動手段として、油圧シリンダ等のリニア駆動アクチュエータを用いてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係る管端加工装置によれば、加工手段の位置と加工手段にかかる切削力とに応じて加工手段を移動させるようにしたので、配管の端部を自動加工することができる。これにより、短時間で精度のよい管端加工作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る管端加工装置の第１の実施の形態を示す斜視図
【図２】図１に示した固定治具の正面図
【図３】図１に示した固定治具の側面図
【図４】図１に示した加工部の構造を説明する平面図
【図５】図１に示した加工部の構造を説明する正面図
【図６】加工部と固定治具との連結部分を示す断面図
【図７】本発明に係る管端加工装置を用いた管端加工作業のフローチャート
【図８】本発明に係る管端加工装置の第２の実施の形態の特徴部分を示す正面図
【符号の説明】
１０…管端加工装置、１２…配管、１４…加工部、１６…固定治具、１８…軸部材、３４…当接部材、５０…周回用モータ、５８…軸移動用モータ、６６…角度用モータ、６８…力センサ、７０…角度センサ、７２…制御装置
【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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