(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接鋼管の外面の溶接ビードを長手方向に研削する方法において、
前記溶接ビードのビード形状を検出し、
検出されたビード形状に基づいて、研削手段を溶接ビードに追従させるとともに、前記研削手段の研削量および傾斜を設定し、
粗研削段階では前記研削手段の研削部をほぼ水平に保って研削し、仕上研削段階において前記研削部を溶接ビードに対して傾斜させて、該研削部により溶接ビードを溶接鋼管の外面に一致するように研削することを特徴とする溶接鋼管の外面ビード研削方法。
【請求項２】
前記研削手段にベルトサンダを用いることを特徴とする請求項１記載の溶接鋼管の研削方法。
【請求項３】
溶接鋼管の側方において溶接鋼管の長手方向に走行する走行台車と、
前記走行台車に搭載された一台または複数台の研削手段と、
前記研削手段を昇降させる昇降手段と、
前記研削手段をビード幅方向に移動させる揺動手段と、
前記研削手段の研削部を溶接ビードに対して傾斜させる傾動手段と、
走行方向の前後に配設され、溶接鋼管の外面の溶接ビード形状を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする溶接鋼管の外面ビード研削装置。
【請求項４】
前記検出手段により検出された溶接ビード形状から溶接ビードの変位量、前記研削手段の研削量および傾斜、並びに研削速度を演算する演算手段を含み、前記走行台車、昇降手段、揺動手段および傾動手段の各駆動部に制御信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の溶接鋼管の外面ビード研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接鋼管の外面に盛り上がった溶接ビードを鋼管外面と一致するように研削する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接鋼管を例えば建築材料として柱などに利用する際、美観や施工上の観点から溶接鋼管の外面上に盛り上がった溶接ビードを削り取る必要がある。この外面溶接ビードを、ハンドグラインダやベルトサンダを用いて、人手によって研削するのでは、能率が悪く、非効率的であり、また所定の形状に仕上げるためにはかなりの修練を要するため、機械加工により外面溶接ビードを削除する方法がとられている。この種の機械加工装置として、例えば実開昭６２−１１０８０７号公報に開示された溶接ビード切削装置がある。
【０００３】
上記公報に示す装置は、溶接ビードを倣う倣いローラと一体的に移動する切削刃物（エンドミル）を備えた切削機構を管軸方向に移動可能に構成したものである。しかし、切削刃物による切削では切削面が平面もしくは一定の曲率となるため、鋼管が厳密に真円でない場合、鋼管外面の曲率に合わせて仕上げることは不可能である。また、切削面の両端にエッジができたり、これを防ぐため切り込みすぎると減肉を生じるといった問題がある。さらに、これに溶接ビードのねじれや曲がりなども加わるので、問題はより複雑となり、切削刃物による切削ではきれいに仕上げることは不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来技術では、溶接鋼管が真円でない場合や、溶接ビードのねじれや曲がり等がある場合には対応不可能であり、溶接ビードを鋼管外面の曲率に一致するように仕上げるのに多大な時間と労力を要していた。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、溶接鋼管の外面の溶接ビードを外面曲率に一致するように効率的かつ自動的に研削することができる外面ビード研削方法および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】
本発明に係る溶接鋼管の外面ビード研削方法は、溶接鋼管の外面の溶接ビードを長手方向に研削する方法において、前記溶接ビードのビード形状を検出し、検出されたビード形状に基づいて、研削手段を溶接ビードに追従させるとともに、前記研削手段の研削量および傾斜を設定し、粗研削段階では前記研削手段の研削部をほぼ水平に保って研削し、仕上研削段階において前記研削部を溶接ビードに対して傾斜させて、該研削部により溶接ビードを溶接鋼管の外面に一致するように研削することを特徴とするものである。
【０００７】
溶接鋼管の外面の溶接ビード形状を検出することにより、ビード幅（余盛幅）および高さ（余盛高さ）がわかるので、これからビード中心位置、ビード変位量（溶接鋼管の垂直中心線に対するビード中心位置の変位量）、研削手段の研削量および傾斜を制御手段の演算手段にて求めることができる。また、演算手段により前記研削量および傾斜に基づいて最適な研削速度（走行速度）を算出することができる。
したがって、研削手段を溶接ビードに追従させ、かつ研削部を溶接ビードに対して傾斜させて研削することにより、溶接ビードが鋼管の真上に真っ直ぐに存在せず、ねじれや曲がりがあっても、溶接ビードを鋼管外面の曲率に一致するように研削することができる。このため、ビード研削面の両端にエッジ部が発生せず、鋼管が真円でなくてもビード研削面は鋼管の外径の曲率にほぼ一致するので減肉も生じない。
【０００９】
また、能率の良い研削を行うために、粗研削段階と仕上研削段階に分けて実施する。粗研削段階では研削手段の研削部をほぼ水平に保ち、研削量および研削速度を大にして研削し、仕上研削段階においてのみ、研削部を傾斜させ、研削量および研削速度を小にして研削する。これによって、研削時間を短縮することができ、また良好なビード研削面が得られる。
【００１０】
本発明においては、前記研削手段にベルトサンダを用いることが適当である。砥石車等を用いることもできるが、砥石車では火花が飛ぶので、ベルトサンダに比べて粉塵の処理が難しくなる。また、切削刃物を用いた切削方法では加工速度が遅く、ビード切削面も良好に仕上がらない。
【００１１】
本発明の溶接鋼管の外面ビード研削装置は、溶接鋼管の側方において溶接鋼管の長手方向に走行する走行台車と、前記走行台車に搭載された一台または複数台の研削手段と、前記研削手段を昇降させる昇降手段と、前記研削手段をビード幅方向に移動させる揺動手段と、前記研削手段の研削部を溶接ビードに対して傾斜させる傾動手段と、走行方向の前後に配設され、溶接鋼管の外面の溶接ビード形状を検出する検出手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記検出手段により検出された溶接ビード形状から溶接ビードの変位量、前記研削手段の研削量および傾斜、並びに研削速度を演算する演算手段を含み、前記走行台車、昇降手段、揺動手段および傾動手段の各駆動部に制御信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
このように本研削装置を構成することによって、前述した本発明の研削方法を効率よくかつ自動的に実施することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の溶接鋼管の外面ビード研削装置の概要を示す正面図（ただし、図１では溶接鋼管は省略してある）、図２は側面図である。
この研削装置は、溶接鋼管１の側方に設置され、鋼管外面の溶接ビード２を長手方向に研削する構成となっている。すなわち、レール１１上を走行する走行台車１２を設置し、この走行台車１２上に、本体であるところの研削機構１３、並びに研削機構１３の昇降機構１４、揺動機構１５、および傾動機構１６、さらにビード検出器１７、１８が設置してある。なお、走行台車１２の駆動機構は公知手段であるため図示していない。
【００１５】
フレーム状の昇降体２０が走行台車１２上に立設した昇降ガイド２１に沿って昇降するように設けられている。この昇降機構１４の駆動は、スクリューシャフト２２に昇降体２０のナット部２３を螺合し、昇降用モータ２４によりスクリューシャフト２２を回転する例で示されている。
【００１６】
昇降体２０にはさらに、研削機構１３、揺動機構１５、傾動機構１６、およびビード検出器１７、１８が設けられている。これらの各装置は、この例ではそれぞれ２台ずつで示されているが、もちろん１台ずつでもよいし、それ以上の複数台ずつでもよいものである。
【００１７】
図３は、主として研削機構、揺動機構および傾動機構を示す正面図で、図４、図５はそれぞれ図３のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線の断面図である。
これらの図に示すように、研削機構１３は、ベルトサンダ（あるいはベルトグラインダ）３０の例で示されている。ベルトサンダ３０を上部の駆動プーリ３１、下部の従動プーリ３２、およびテンションプーリ３３に巻回し回転させる構成となっている。駆動プーリ３１の駆動モータ（図示せず）は傾動枠体３４に取り付けられている。
【００１８】
このベルトサンダ３０による研削機構１３は傾動枠体３４に設けられ、さらに図３、図４に示すようにベルトサンダ３０が下部の研削部３０ａを中心として図４において左右方向に傾動するようになっている。すなわち、研削部３０ａの中心３０ｂを曲率中心とする円弧状のガイド３５を昇降体２０に設け、この円弧状ガイド３５にローラまたはシュー３６等を介して傾動枠体３４を係合し、傾動枠体３４上には同心状の円弧状ラック３７を設け、円弧状ラック３７に噛み合わせたピニオンギヤ３８を傾動用モータ３９で回転させることにより、ベルトサンダ３０を傾動させる。これによって、ベルトサンダ３０の下部の研削部３０ａが溶接ビード２に対して傾斜する。
【００１９】
傾動枠体３４は、図３、図５に示すようにビード幅方向に横移動するスライド枠体４０内に設けられる。スライド枠体４０は、昇降体２０に設けたリニアガイド４１にローラまたはシュー４２等を介して図５において左右方向（ビード幅方向）に摺動自在に係合しており、さらにスライド枠体４０上に設けたラック４３にピニオンギヤ４４を噛み合わせ、このピニオンギヤ４４を昇降体２０上に設置した揺動用モータ４５により回転させることにより、研削機構１３および傾動機構１６ごとビード幅方向に移動させることができる。これによって、研削機構１３の研削部３０ａを溶接ビード２の中心線上に位置合わせすることが可能となる。なお、上記傾動用モータ３９はこのスライド枠体４０上に設置されている。
【００２０】
上記ビード検出器１７、１８は、図１に示すように昇降体２０の左右に取り付けられている。ビード検出器１７、１８の取付個所は昇降体２０でなくても、固定部材例えば、昇降ガイド２１でもよい。また、ビード検出器１７、１８には例えば、レーザセンサの距離計を用いている。レーザビームを溶接ビード２と直交する方向に走査することによって、各走査点の距離を計測することでビード形状および位置を検知することができる。また、ビード幅および高さを計測することによって、ビード中心位置、研削部３０ａの研削量および傾斜（角度）を求めることができる。さらに、溶接鋼管１の垂直中心線からのビードの位置ズレ（ビード変位量）、および前後２点のビード中心位置を結ぶ直線から該直線の管軸方向との角度を求めることができ、これから溶接ビード２のねじれや曲がりを検知することができる。これらの演算は、図６に示すように演算装置５０にて行われる。演算装置５０では上記研削量および傾斜に基づいて走行台車１２の最適な走行速度（研削速度）を算出し、これらの演算結果は制御装置５１に転送され、制御装置５１によって走行台車１２、昇降機構１４、揺動機構１５、傾動機構１６の各駆動部をそれぞれ制御する。したがって、本研削装置の進行方向の前後に配設したビード検出器１７、１８によるビード形状の検出結果に基づいて、研削機構１３のベルトサンダ研削部を最適な走行速度で溶接ビード２に自動的に追従させることができ、この溶接ビード倣いのもとで、ベルトサンダ３０を傾動させることにより溶接ビード２を鋼管１の外面（外径）の曲率に一致させるように研削することができる。
【００２１】
次に、本研削装置の一連の動作について概要を説明する。
▲１▼溶接ビード２を研削する鋼管１を図２に示すようにコンベアロール６０などで所定の位置に移動させ、溶接ビード２がほぼ真上にくるようにして静置する。
▲２▼走行台車１２をレール１１上を走行させ、本研削装置を鋼管端部に移動させる。管端位置は走行方向前方、例えば図１において左方へ移動する場合は左側のレーザセンサ１７によって検知する。
▲３▼レーザセンサ１７、１８によってビード位置および形状を検出する。この検出データは演算装置５０に送られる。
▲４▼レーザセンサ１７、１８からの検出データに基づいて、演算装置５０により最適なベルトサンダ３０の下降量（研削量）、傾斜（角度）、走行速度を算出し、制御装置５１へデータを送る。
▲５▼ベルトサンダ３０を起動（回転）する。
▲６▼また、制御装置５１により昇降機構１４、揺動機構１５、傾動機構１６をそれぞれ制御して、上昇限で停止していたベルトサンダ３０を昇降体２０とともに演算装置５０の算出した位置へ下降させるとともに、ベルトサンダ３０をビード中心上に位置決めし、さらに仕上研削段階ではベルトサンダ３０を傾動させて研削する。
▲７▼ベルトサンダ３０の起動後、走行台車１２は演算装置５０の算出した走行速度で走行を開始する。
▲８▼溶接ビードの研削中、レーザセンサ１７、１８は随時ベルトサンダ直前のビード位置および形状データを演算装置５０へ転送し、演算装置５０では最適な研削量、傾斜、走行速度を算出し、演算結果を制御装置５１へ転送する。
▲９▼進行方向後方のレーザセンサ１８が鋼管１の左端を検出すると、ベルトサンダ３０を上昇限まで上昇させ、ベルトサンダ３０を停止する。
【００２２】
次に、本発明の研削方法を図７〜図９を参照して説明する。図７は研削機構であるベルトサンダ３０が傾動機構１６を持たないか、あるいは傾動させない場合を示すものである。このように、ベルトサンダ３０をほぼ水平に保って研削しただけでは、研削後のビード研削面２ａの両側にエッジ部２ｂが残り、ビード研削面２ａは鋼管１の外面（外径）の曲率に一致しない。
【００２３】
そこで、溶接ビード２の中心がほぼ鋼管１の真上にあれば、図８に示すように、ベルトサンダ３０を左上がりの傾斜（図８（ａ））、右上がりの傾斜（図８（ｂ））に傾動させて溶接ビード２を研削することにより、前記エッジ部２ｂがなくなり、ほぼ鋼管１の外径の曲率に一致させて溶接ビード２を研削することができる（図８（ｃ））。ベルトサンダ３０の傾動は、傾動枠体３４を傾動用モータ３９によりピニオンギヤ３８、円弧状ラック３７を介して右または左へ回動させることによって傾動させることができる。
【００２４】
しかし、図８は溶接ビード２の中心がほぼ鋼管１の真上にある場合を示すものであり、実際の鋼管１の溶接ビード２は必ずしも真っ直ぐではなく、かなりねじれていたり曲がっている場合が多い。このようなねじれや曲がりのある溶接ビードが研削中常に真上になるように鋼管の円周方向位置を制御することは困難である。
【００２５】
そこで、本発明では、ベルトサンダ３０の傾動機構１６に加えて、ベルトサンダ３０をビード幅方向に平行に移動する揺動機構１５を設けたものである。
まず、図９（ａ）に示すように、ベルトサンダ３０を溶接ビード２のほぼ中心上に平行移動して位置合わせする。１ａは鋼管１の中心線、２ｃは溶接ビード２の中心線である。
溶接ビード２の鋼管中心線１ａからの横方向の変位量は、前述のようにレーザセンサ１７、１８のビード形状検出データに基づいて演算装置５０により求めることができるので、この変位量を制御装置５１から揺動機構１５に出力することにより、すなわちスライド枠体４０を揺動用モータ４５によりピニオンギヤ４４、ラック４３を介して左右に横移動（揺動）させることにより、ベルトサンダ３０を常に溶接ビード２の中心線２ｃ上に保持し、したがって、溶接ビード２のねじれや曲がりがあっても、ベルトサンダ３０を溶接ビード２に自動的に追従させることができる。
【００２６】
そして次に、図９（ｂ）〜（ｄ）に示すように、ベルトサンダ３０を傾斜させた状態で溶接ビード２を研削することにより、溶接ビード２の中心が鋼管１の真上になくても、ベルトサンダ３０を追従させ、溶接ビードを鋼管の外径の曲率にほぼ一致させて研削することができる。
なお、本発明では、図７の水平研削を粗研削段階、図８および図９の傾斜研削を仕上研削段階とすることができる。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を示す。ベルトサンダを４台装備した外面ビード研削装置を使用し、下記のパイプの外面ビードを研削した。
１．パイプ仕様
▲１▼管外径          ６００ｍｍ
▲２▼管厚            ３０．０ｍｍ
▲３▼管長            １２ｍ
▲４▼ビード高さ      約３．０ｍｍ
▲５▼ビード幅        約３５ｍｍ
▲６▼原板引張強度    ５９０Ｎ／ｍｍ2
【００２８】
外面ビード研削作業は概念上、盛り上がったビードを概略の形状まで削る粗研削と、管の外径に一致した形状に仕上げる仕上研削のに段階に分けられる。
粗研削では能率よく研削するため、研削量および研削速度は極力大きくして行う。
２．粗研削設定条件
▲１▼研削速度                ３．０ｍ／min
▲２▼研削設定量              各０．２ｍｍ
▲３▼ベルトサンダ使用台数    ４台
▲４▼ベルト仕様              ＃36×幅50ｍｍ×周速1,600ｍ／min
上記設定条件で、３パス（１．５往復）研削した結果、残りビード高さは約０．３〜０．８ｍｍ程度となった。なお、粗研削では傾動機構は使用せず、揺動機構のみ（±５ｍｍ程度）パイプの曲がりに追従して使用した。
【００２９】
粗研削完了後、仕上研削を行った。
３．仕上研削設定条件
▲１▼研削速度                １．５ｍ／min
▲２▼研削設定量              各０．１ｍｍ
▲３▼ベルトサンダ使用台数    ２台
▲４▼ベルト仕様              粗研削と同様
仕上研削では管の外径に沿って仕上げる必要がある。したがって、研削速度を低めに設定し、ベルトサンダの追従性を確保する必要がある。
上記設定条件で、４パス（２往復）研削した結果、ほぼ管の外径に一致した形状で仕上げることができた。研削中の傾斜角度は土４．０゜、平行移動量は土６．５ｍｍ程度であった。
【００３０】
研削開始から完了までの所要時間は以下のとおりであった。
粗研削１５min＋仕上研削３６min＝５１min（設定変更時関東を含む）
市販のベルトサンダを使用して、人手で同様の作業を行う際、研削作業完了まで２時間以上を要するため、本装置の使用により大幅な能率の向上につながる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研削手段の研削部を溶接ビードに対して傾斜させて研削するようにしたので、ビード研削面が溶接鋼管の外面の曲率に一致するように良好に仕上がる。
また、溶接ビード形状を検出することにより、研削手段を溶接ビードに追従させることができるため、溶接ビードのねじれや曲がりがあっても、あるいは溶接鋼管が真円でなくても、溶接ビードの研削が可能であり、かつ減肉等がなく、良好に研削することができる。
したがって、研削時間の大幅な短縮が可能となり、自動で能率よく、溶接鋼管の外面の溶接ビードを研削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接鋼管の外面ビード研削装置の概略正面図である。
【図２】同装置の側面図である。
【図３】研削機構およびその揺動機構、傾動機構を示す概略正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】制御装置のブロック図である。
【図７】ベルトサンダ研削部を水平にして水平に研削したときのビード研削面を示す図である。
【図８】ベルトサンダ研削部を傾斜させて研削したときのビード研削面を示す図である。
【図９】溶接ビードが鋼管の真上にない場合における傾斜研削の方法を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接鋼管
２  溶接ビード
１２  走行台車
１３  研削機構
１４  昇降機構
１５  揺動機構
１６  傾動機構
１７、１８  ビード検出器
２０  昇降体
３０  ベルトサンダ
３４  傾動枠体
４０  スライド枠体
５０  演算装置
５１  制御装置
【図１】
0003799517.tif 000002
【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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