(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フランジの位置決め孔に位置決めピン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旋回用モータと、
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、
前記ベースの保持部材に保持され、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、
前記加工手段を前記配管に押し付けた際の押付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旋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、前記制御手段は、前記旋回用モータが前記加工手段を旋回させた際の、前記力検出手段の検出値の偏差を補正する補正機能を備えていることを特徴とする管端加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記加工手段を前記旋回手段で一回転させて前記偏差を求め、該偏差を補正した目標値となるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１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】
そこで、本願発明の発明者らは、特願平１１−３７０２０４号記載の管端加工装置を発明した。この管端加工装置は、管端を自動で加工するので、高い加工精度で短時間で加工することができる。本願発明は、さらに高い加工精度を得ることのできる管端加工装置に関する発明である。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、高い加工精度で加工する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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本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フランジの位置決め孔に位置決めピン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旋回用モータと、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、前記ベースの保持部材に保持され、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、前記加工手段を前記配管に押し付けた際の押付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旋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、前記制御手段は、前記旋回用モータが前記加工手段を旋回させた際の、前記力検出手段の検出値の偏差を補正する補正機能を備えていることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、旋回手段が前記加工手段を旋回させた際の、力検出手段の検出値の偏差を補正することができるので、加工精度をさらに向上させることができる。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
ディスク２８の周囲に設けられた三つの当接部材３４、３４、３４は、スライド部材３２Ａ、及び３２Ｂにリンク３６を介して連結される。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。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。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、当接部材３４が軸部材１８の径方向に移動する。即ち、固定治具１６を配管１２の内部に挿入し、スライド部材３２Ａ、３２Ｂを支持して軸部材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。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。
【００１３】
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とを備えている。取付部材４０は、図６に示すように、円筒状に形成され、固定治具１６の軸部材１８が挿入される。取付部材４０の端部には、フランジ４０Ａが形成され、このフランジ４０Ａに２本の位置決めピン４６、４６が取り付けられる。この位置決めピン４６を前記固定治具１６の位置決め孔２６に挿入すると、フランジ４０Ａをフランジ２４に位置決めして取り付けることができる。位置決めしたフランジ４０Ａは、軸部材１８のねじ部２０に、ワッシャ４９を介してナット４８を締め込むことによって固定される。
【００１４】
前記取付部材４０には、固定ギア４４が固設される。前記回動板４２は、この固定ギア４４とフランジ４０Ａとの間に配置され、取付部材４０にベアリング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（図１参照）の内部に挿入可能な大きさに形成される。また、回動板４２には、旋回用モータ５０が設置され、この旋回用モータ５０の出力軸に可動ギア５２が取り付けられる。可動ギア５２は、固定ギア４４と噛合した状態に設けられる。したがって、旋回用モータ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、前記旋回用モータ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センサが内蔵されている。
【００１５】
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が取り付けられている。リニアガイド５４は、回動板４２に対して垂直に取り付けられ、このリニアガイド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センサが内蔵されている。
【００１６】
ベース５６には、角度用モータ６６が取り付けられている。図７に示すように、角度用モータ６６の回転軸６６ＡにはＬ字状の支持部材６０が固定され、この支持部材６０に、保持部材７２がスプリング７０、７０を介して取り付けられている。保持部材７２には、管端加工用の加工手段、例えばグラインダ６２が保持される。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、例えば超鋼バー６２Ａが回転する。回転する超鋼バー６２Ａを配管１２の端部に押し付けることによって、配管１２の端部を切削加工することができる。また、前記角度用モータ６６を駆動することによってグラインダ６２が回転軸６６Ａを中心に揺動し、加工角度を調節することができる。なお、角度用モータ６６には、グラインダ６２の加工角度を計測するセンサが内蔵されている。
【００１７】
支持部材６０と保持部材７２との間には、力センサ６８が配設されている。力センサ６８は、グラインダ６２を配管１２に押し付けてスプリング７０、７０が縮んだ際に、保持部材７２が支持部材６０側に力センサ６８を押し付ける力を押付力として検知するようになっている。
【００１８】
前記旋回用モータ５０、軸移動用モータ５８、角度用モータ６６、力センサ６８は、制御装置６４に接続される。制御装置６４は、力センサ６８、及びモータ５０、５８、６６に内蔵された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。即ち、制御装置６４は、前記センサの検出値に基づいてグラインダ６２の加工位置を調整するとともに、力センサ６８で検出した押付力が目標値となるようにフィードバック制御を行う。制御方法については後に説明する。
【００１９】
次に、管端加工装置１０による管端加工方法について図８に基づいて説明する。
【００２０】
まず、溶接を行う二つの配管１２の端部形状を、図示しない計測装置によって計測する。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、算出したデータを制御装置６４に入力する。
【００２１】
次に、不具合部（修正を要する部分）の有無を確認し、不具合部がある場合に配管１２を加工する。
【００２２】
配管１２の加工は、まず、角度用モータ６６を駆動し、図８（Ａ）に示すようにグラインダ６２の加工面を所定の角度に調節する。
【００２３】
次に、旋回用モータ５０を駆動し、グラインダ６２を配管１２と接触させないようにして一周旋回させる。そして、このときの力センサ６８の検出値を制御装置６４で記録する。これにより、図９の各グラフに点線で示すようなデータを得ることができる。以下、この値をバイアス値とする。なお、図９については、後に詳説する。
【００２４】
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側へ移動させる。そして、図８（Ｂ）に示すように、グラインダ６２の超鋼バー６２Ａを配管１２の端部に当接させる。
【００２５】
次に、グラインダ６２を駆動して超鋼バー６２Ａを回転させるとともに、旋回用モータ５０を駆動させてグラインダ６２を旋回させる。これにより、図８（Ｃ）に示すように、配管１２の端部がグラインダ６２で加工される。このとき、制御装置６４は、図９に実線で示すように、前記バイアス値に一定値αを加えた目標値となるようにフィードバック制御する。即ち、力センサ６８で検出した値が前記目標値となるように、各モータ５０、５８、６６を制御し、加工を行う。そして、各モータ５０、５８、６６のセンサの検出値が設定した値になるまで切削を繰り返す。これにより、配管１２の端部を所定の形状に加工することができる。
【００２６】
次に上記の如く構成された管端加工装置１０の作用について図９及び図１０に基づいて説明する。
【００２７】
図９は、３つの制御例を示しており、図９（Ａ）は配管１２の外径加工時、図９（Ｂ）は配管１２の端面加工時、図９（Ｃ）は配管１２の内径加工時を示している。また、図１０は、旋回角度０°の時と旋回角度１８０°の時に作用する力を模式的に示した図であり、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）はそれぞれ、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に対応している。図１０において、実線は、力センサ６８に作用するグラインダ６２の自重を示し、点線は、グラインダ６２の押付力を示し、二点鎖線は、加工反力を示している。なお、図９、図１０における旋回角度は、図１１に示すように、上端を０°として時計周りに回転させて設定している。
【００２８】
図１０（Ａ）、図１０（Ｃ）に示すように、外径加工時、内径加工時には、グラインダ６２を傾けて旋回させる。このようにグラインダ６２を傾けて旋回させると、力センサ６８は、グラインダ６２の自重の影響を受けるため、グラインダ６２の姿勢に応じて偏差が発生する。
【００２９】
例えば、図１０（Ａ）の場合、グラインダ６２の自重は、旋回角度が０°（３６０°）の時に、力センサ６８に引っ張り力として作用し、旋回角度が１８０°の時に圧縮力として作用する。したがって、グラインダ６２を配管１２に接触させずに旋回させると、力センサ６８は、図９（Ａ）に点線で示すように、バイアス値を検出する。外径加工時のグラインダ６２は、常に力センサ６８を圧縮する方向に押し付けられるので、前記バイアス値に一定値αを加えた値、即ち図９（Ａ）に実線で示す値が目標値となる。制御装置６４は、力センサ６８の検出値がこの目標値になるように各モータ５０、５８、６６を制御して加工する。したがって、グラインダ６２は、一定の押付力αで配管１２を切削するので、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。
【００３０】
また、図１０（Ｃ）に示すように内径加工の場合にも、グラインダ６２の自重は、旋回角度が０°（３６０°）の時に、力センサ６８に引っ張り力として作用し、旋回角度が１８０°の時に圧縮力として作用する。内径加工時のグラインダ６２は、常に力センサ６８の引っ張り方向に押し付けられるので、図９（Ｃ）に点線で示したバイアス値から一定値αを引いた実線が目標値となる。制御装置６４は、力センサ６８の検出値がこの目標値となるように各モータ５０、５８、６６を制御して加工する。これにより、グラインダ６２が一定の押付力αで配管１２を切削するので、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。
【００３１】
また、図１０（Ｂ）に示すように、配管１２の端面を加工する場合は、グラインダ６２を傾けずに旋回させる。したがって、力センサ６８の検出方向が水平方向なので、検出値はグラインダ６２の自重に影響されない。したがって、バイアス値は常に一定であり、この値に押付力αを加えた値が目標値となる。この目標値にフィードバック制御することによって、一定の押付力αで加工することができる。
【００３２】
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、グラインダ６２を旋回させてバイアス値を測定し、このバイアス値に押付力αを加えた目標値にフィードバック制御するので、グラインダ６２の自重による偏差を補正して、一定の押付力αで加工することができる。したがって、より高い加工精度で配管１２を切削加工することができる。
【００３３】
図１２に示すように、第２の実施の形態の管端加工装置は、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。
【００３４】
上記の如く構成された管端加工装置は、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。
【００３５】
また、この管端加工装置によれば、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る管端加工装置によれば、旋回手段が前記加工手段を旋回させた際の、力検出手段の検出値の偏差を補正することができるので、加工精度をさらに向上させることができる。
【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】グラインダの支持部分を示す斜視図
【図８】管端加工装置による加工方法を示す説明図
【図９】管端加工装置の制御例を示す説明図
【図１０】管端加工装置の作用を説明する説明図
【図１１】旋回角度の設定を説明する説明図
【図１２】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…旋回用モータ、５８…軸移動用モータ、６２…グラインダ、６４…制御装置、６６…角度用モータ、６８…力センサ
【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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【図１１】
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【図１２】
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