JP2021531169A - 筒状構造のためのフランジ取付けのためのシステム、及び筒状部にフランジを取り付ける方法 - Google Patents
筒状構造のためのフランジ取付けのためのシステム、及び筒状部にフランジを取り付ける方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
この出願は、2018年7月11日に出願された米国仮出願第62/696,717号に基づく優先権を主張するものである。この仮出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、アメリカ合衆国農務省の国立食品・農業研究所による補助金USDA SBIRフェーズ2補助金2016−33610―25675の下で政府の支援を受けて行われた。アメリカ合衆国政府は、本発明に関して一定の権利を有している。
さまざまな工業上の応用事例に役立つ多くの大規模な筒状構造は、筒状部を相互に接続し、又は、1つ以上のフランジ接続を使用して筒状部を基礎に接続することによって形成される。各フランジ接続は、通常、フランジをそれぞれの筒状部に取り付けることによって形成される。ただし、フランジを筒状部に取り付けるプロセスは、特にマルチピースフランジのような非標準的形状が必要な場合、多くの場合、困難で時間がかかる。したがって、筒状部へのフランジの取付けは、筒状構造の製造において速度に限界のある工程であることがあり、適当な製造処理速度を実現する上で、余分な装置や労力を必要とすることがある。
装置、システム、及び方法は、種々の工業上の応用事例(例えば、風力タワー及びパイプライン)で使用される大規模構造のような筒状構造の形成に使用される筒状部にフランジを取り付けるための自動化技術に向けられている。本開示の装置、システム、及び方法によれば、フランジを筒状部に取り付けるための手動技術と比べて、フランジの高速な取付けが容易になり、これは、費用対効果の高いスループットを達成するのに役立つ場合がある。また、本開示の装置、システム、及び方法によれば、追加又は代替として、手動技術と比べて、厳しい寸法公差を達成することが容易になる場合がある。さらに、そのような厳しい寸法公差は、より薄い壁を有し、より軽く、及び、より低コストの筒状構造を形成するのに役立つ場合がある。追加又は代替として、フランジを筒状部に取り付けるための自動化された技術によれば、マルチピースフランジや、他の非伝統的なフランジ形状の取付けが容易になる場合がある。
次に、例示的実施形態が示された添付の図を参照して、種々の実施形態について、より完全に以下に説明する。ただし、上記は、多くの異なる形態で具体化されることができ、それらを本明細書に記載された例示的実施形態に限定されるものと解釈してはならない。
Claims (40)
- 筒状部が回転方向に回転するときに前記筒状部を支持可能な複数の筒ローラーと、
互いに間隔を置いて配置された位置決めローラー及びプッシャーローラーを含み、それらの間に挟み込み部が規定された取付けユニットであって、前記挟み込み部を通してフランジが前記回転方向に回転可能である、取付けユニットと、
前記回転方向に移動中の前記フランジと前記筒状部との間の半径方向のオフセットを検出するように前記挟み込み部に対して相対的に配置された1つ以上のセンサを含む、感知ユニットと、
前記感知ユニット及び前記取付けユニットと通信するコントローラと
を含み、
前記コントローラは、前記半径方向のオフセットを示す1つ以上の信号を受信し、前記半径方向のオフセットを示す前記1つ以上の信号を目標値と比較し、前記比較に少なくとも部分的に基づいて前記位置決めローラーを動かすことにより、前記回転方向に移動中の前記フランジと前記筒状部との間の前記半径方向のオフセットを調節するように構成されている、システム。 - 前記複数の筒ローラーは、前記筒ローラーの第1のセット及び前記筒ローラーの第2のセットを含み、
前記筒ローラーの前記第1のセットと前記筒ローラーの前記第2のセットは、前記筒状部が前記回転方向の移動経路に沿って移動するときに、前記筒状部の円周に沿って互いに離れている、請求項1に記載のシステム。 - 前記筒ローラーの前記第1のセットと前記筒ローラーの前記第2のセットは、相対的に移動するように作動させることができる、請求項2に記載のシステム。
- 前記筒ローラーの前記第1のセットと前記筒ローラーの前記第2のセットは、前記筒状部が前記回転方向に移動するときに、相対的に移動するように作動させることができる、請求項3に記載のシステム。
- 前記1つ以上のセンサは、前記筒状部の前記回転方向の前記移動経路に沿って、前記筒ローラーの前記第1のセットと前記筒ローラーの前記第2のセットとの間で、前記フランジと前記筒状部との間の前記半径方向のオフセットを検出するように配置されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記位置決めローラー及び前記プッシャーローラーによって規定された前記挟み込み部は、前記筒状部の前記回転方向の移動経路に沿って、前記複数の筒ローラーのうちの少なくとも2つの前記筒ローラーの間にある、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の筒ローラーのうちの少なくとも1つの前記筒ローラーは、受動的である、請求項1に記載のシステム。
- 前記取付けユニットは、前記挟み込み部を規定する前記位置決めローラー及び前記プッシャーローラーに機械的に結合された第1のアクチュエータを含み、
前記コントローラは、前記第1のアクチュエータを作動させて前記挟み込み部を動かすことにより、前記回転方向に移動中の前記フランジと前記筒状部との間の前記半径方向のオフセットを調節するように構成されている、請求項1に記載のシステム。 - 前記位置決めローラーは、前記フランジと係合可能な溝であって、前記フランジが前記挟み込み部を通って前記回転方向に回転するときに前記フランジの軸方向の動きを制限する溝を規定する、請求項1に記載のシステム。
- 前記取付けユニットは、前記位置決めローラーに機械的に結合された第2のアクチュエータを含み、
前記第2のアクチュエータは、前記回転方向に移動中の前記フランジと前記筒状部との間の軸方向ギャップを変更するように作動させることができる、請求項1に記載のシステム。 - 前記位置決めローラー及び前記プッシャーローラーのうちの少なくとも一方は、前記フランジの前記回転方向の移動に関して受動的である、請求項10に記載のシステム。
- 前記フランジの点が前記挟み込み部を通って前記回転方向に移動した後、前記フランジの前記点を前記筒状部に接合するように前記挟み込み部に対して相対的に配置された接合ユニットをさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つ以上のセンサは、前記フランジの前記点が前記接合ユニットを通過した後、前記フランジの前記点における前記半径方向のオフセットを測定するように前記接合ユニットに対して相対的に配置されている、請求項12に記載のシステム。
- 前記感知ユニットは、前記1つ以上のセンサが前記接合ユニットに対して相対的に固定された位置で前記半径方向のオフセットを測定するように、前記接合ユニットに対して相対的に固定されている、請求項13に記載のシステム。
- 流体入口と、流体出口と、前記流体入口及び前記流体出口と流体的に連通している冷却室とを含む冷却器をさらに含み、
前記接合ユニットは、溶接機を含み、
前記感知ユニットは、前記1つ以上のセンサの各々の少なくとも一部が内部に配置された容積を規定しており、前記容積は、前記冷却器の前記冷却室と熱的に連通している、請求項13に記載のシステム。 - 前記1つ以上のセンサの各々は、前記回転方向に移動中の前記フランジ又は前記筒状部のうちの1つ以上と接触して配置可能である、請求項1に記載のシステム。
- 前記位置決めローラーは、前記複数の筒ローラーが係合する前記筒状部に対して軸方向に相対的に移動可能である、請求項1に記載のシステム。
- 前記回転方向に移動中の前記フランジと前記筒状部との間の軸方向ギャップを測定するように配置されたギャップセンサをさらに含み、
前記コントローラは、前記回転方向に移動中の前記フランジと前記筒状部との間の前記軸方向ギャップを示す信号を受信し、前記軸方向ギャップを目標ギャップと比較し、前記軸方向ギャップと前記目標ギャップとの比較に基づいて、前記位置決めローラーを、前記複数の筒ローラーが係合する前記筒状部に対して前記軸方向に相対的に移動させるようにさらに構成されている、請求項17に記載のシステム。 - 前記フランジと前記筒状部との間の前記軸方向ギャップを示す前記信号は、ユーザ入力を含む、請求項18に記載のシステム。
- 前記半径方向のオフセットを示す前記1つ以上の信号は、ユーザ入力を含む、請求項1に記載のシステム。
- フランジを筒状部に取り付ける方法であって、
複数の筒ローラー上に支持された前記筒状部を接合ユニットに向かう方向に回転させ、
前記フランジの少なくとも一部を前記接合ユニットに向かう前記方向に回転させ、
前記筒状部と前記フランジの前記少なくとも一部との間の半径方向のオフセットを示す1つ以上の信号を受信し、
前記半径方向のオフセットを示す前記1つ以上の信号を目標値と比較し、
前記筒状部及び前記フランジの前記少なくとも一部が前記接合ユニットに向かう前記方向にそれぞれ回転するときに、前記1つ以上の信号と前記目標値との比較に少なくとも部分的に基づいて、前記フランジの前記少なくとも一部と前記筒状部との間の前記半径方向のオフセットを調節すること
を含む方法。 - 前記筒状部及び前記フランジの前記少なくとも一部の前記接合ユニットに向かう前記方向への回転は、重力の方向に対して垂直な軸を中心とする、請求項21に記載の方法。
- 前記フランジの前記少なくとも一部は、半径方向において、前記筒状部よりも高い剛性を有している、請求項21に記載の方法。
- 前記複数の筒ローラーの各筒ローラーが、前記筒状部の外面に沿って円周方向に互いに離れて配置されている、請求項21に記載の方法。
- 前記筒状部を回転させることは、前記筒状部の前記外面と接触した状態にある少なくとも1つのローラーを駆動することを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記フランジの前記少なくとも一部を前記接合ユニットに向かう前記方向に回転させることは、前記フランジの前記少なくとも一部の第1の表面をプッシャーローラーと係合させ、前記フランジの前記少なくとも一部の第2の表面を位置決めローラーと係合させることにより、前記フランジの前記少なくとも一部が、前記位置決めローラーと前記プッシャーローラーとの間に挟み込まれるようにすることを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記半径方向のオフセットを示す前記1つ以上の信号は、前記筒状部、及び前記フランジの前記少なくとも一部が前記接合ユニットに向かう前記方向に移動するときに、1つ以上のセンサから受信される、請求項21に記載の方法。
- 前記半径方向のオフセットを示す前記1つ以上の信号は、
前記複数の筒ローラーのうちの2つの前記筒ローラー間の前記筒状部の曲率半径、
前記筒状部の応力レベル、
前記筒状部の円周に沿った2点間の距離、
前記筒状部上の位置と前記フランジ上の対応する円周方向の位置との間における半径方向の距離、又は、
前記筒状部上の点と前記筒状部の外部の固定点との間の距離
のうちの1つ以上を含む、請求項21に記載の方法。 - 前記半径方向のオフセットを示す前記1つ以上の信号は、
前記複数の筒ローラーのうちの少なくとも1つの筒ローラーを作動させるのに必要なトルク、
前記複数の筒ローラーのうちの少なくとも1つの前記筒ローラーの回転速度、又は、
前記複数の筒ローラーのうちの少なくとも1つの前記筒ローラーの位置
のうちの1つ以上を含む、請求項21に記載の方法。 - 前記半径方向のオフセットを示す前記1つ以上の信号は、ユーザ入力を含む、請求項21に記載の方法。
- 前記フランジの前記少なくとも一部は、単一のフープであり、
前記半径方向のオフセットの前記目標値は、前記筒状部の第2の円周に対する前記単一のフープの第1の円周に基づく、請求項21に記載の方法。 - 前記目標値は、前記フランジの前記少なくとも一部、及び前記筒状部が前記接合ユニットに向かう前記方向に回転するときに変化する、請求項21に記載の方法。
- 前記半径方向のオフセットを調節することは、前記筒状部における第1の目盛りと前記フランジの前記少なくとも一部における第2の目盛りとの間の円周方向の間隔の指示を受け取り、前記第2の目盛りに対する前記第1の目盛りの円周方向の間隔の前記指示に基づいて、前記半径方向のオフセットの前記目標値を調節することを含む、請求項32に記載の方法。
- 前記半径方向のオフセットを調節することは、前記筒状部及び前記フランジの前記少なくとも一部が前記接合ユニットに向かう前記方向に回転するときに、前記複数の筒ローラーのうちの少なくとも1つの前記筒ローラーを、前記筒状部に対して半径方向の成分を有する方向に移動させることを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記半径方向のオフセットを調節することは、前記複数の筒ローラーのうちの前記少なくとも1つの前記筒ローラーが前記筒状部に対して半径方向の成分を有する前記方向に移動するときに、前記フランジの前記少なくとも一部を、前記フランジの前記少なくとも一部に対して半径方向の成分を有する方向に押すことをさらに含む、請求項34に記載の方法。
- 前記半径方向のオフセットを調節することは、前記フランジの前記少なくとも一部及び前記筒状部がそれぞれ前記接合ユニットに向かう前記方向に回転するときに、前記複数の筒ローラーが固定された半径方向の位置及び固定された軸方向の位置に留まっている場合、前記フランジの前記少なくとも一部を、前記フランジの前記少なくとも一部に対して半径方向の成分を有する方向に押すことを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記筒状部が静止しているときに、前記複数の筒ローラーのうちの少なくとも1つの筒ローラーの前記固定された半径方向の位置又は前記固定された軸方向の位置のうちの1つ以上を調節することをさらに含む、請求項36に記載の方法。
- 前記筒状部と前記フランジの前記少なくとも一部との間の軸方向ギャップを調節することをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記筒状部と前記フランジの前記少なくとも一部との間の前記軸方向ギャップを調節することは、前記筒状部が軸方向に固定された状態に留まっているときに、前記フランジの前記少なくとも一部を前記軸方向に移動させることを含む、請求項38に記載の方法。
- 前記筒状部及び前記フランジの前記少なくとも一部が前記接合ユニットに向かう前記方向に回転するときに、前記フランジの前記少なくとも一部を前記筒状部に接合することをさらに含む、請求項21に記載の方法。
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