JP3799517B2 - 溶接鋼管の外面ビード研削方法および装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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