JP4813698B2

JP4813698B2 - 現場合せ管製作用三次元計測装置

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Publication number: JP4813698B2
Application number: JP2001215884A
Authority: JP
Inventors: 尚人今泉; 勝士石垣; 英久中谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP2003028625A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶又は各種プラント等の配管用の現場合せ管製作時の三次元計測に用いる現場合せ管製作用三次元計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶又は各種プラント等において各種装置間の流体の移送には管（パイプ）装置が使用される。管装置の管の間には弁(バルブ)等が設置されることもある。管装置の管は、一体の管の場合や分割した管をまとめた管系統の場合とがある。
【０００３】
管装置は各種流体の移送圧力に応じた漏洩防止及び圧力損失等の性能を維持する為に、管の径・肉厚及びフランジ又は接手の形状等を所定値に設定して、船舶又は各種プラントの各装置間を接続するようにしている。
【０００４】
この管装置は各種装置の位置及び管装置の荷重受け・振動防止の観点から帯金・Ｕバンド等の管保持金物等を通る経路に合せて、かつ曲がり経路を考慮して導設される。
【０００５】
管装置の管は、その取扱いを容易にする為に数１０センチメートルから数メートルの長さ毎に分割され、分割端には管継手としてフランジもしくは管接手等が取付けられ、その管継手を介して分割された管同士が接続される。
【０００６】
この様な分割された管を配管設計図に沿って接続していくと、配管経路・管継手位置等に幾何学誤差が発生する。例えば、図面には描き表わせられない位置関係・装置位置・管保持金物位置が現場据付けにより図面位置と数ミリメートルずれる等の幾何学誤差が生じる。
【０００７】
この為、管を図面通りに製作して図面通りに取付けようとすると、管端の管継手面方向及び距離が一致しなかったり、管保持金物等に管経路が一致しないことが起きてしまう。
【０００８】
そこで、これらの幾何学誤差を解消する為に管装置の管の一部を適宜抜き取り、現場合せにより管模型を一旦製作して、その管模型の通りに正規の管を製作して、最終取付けを行なうようにしている。この場合の管模型を一般に現場金型管と呼んでいる。
【０００９】
図５は前述の現場金型管を配管する方法を説明する要領図である。
図中の左側の管１の管端部を(F1)とし、右側の管２の管端部を(F2)としてある。この場合の管端部(F1、F2)は例えばフランジ継手である。
【００１０】
一方の管端部(F1)と他方の管端部(F2)とを接続する途中の区間には管保持金物３，４の帯金(B1、B2)が有り、これら帯金(B1、B2)の中心に管（正規管）を通して管端部(F1、F2)間に導設するわけであるが、その正規管を導設経路に寸法通りに取付けるために事前にその管模型としての現場金型管を製作する。
【００１１】
現場金型管の製作方法を図６に示す。
【００１２】
まず、図６(イ)に示すように、管１の管端部(F1)に合せてフランジ(F3)をボルトにて取付け、また管２の管端部(F2)に合せてフランジ(F4)をボルトにて取付ける。次に所定の管経路に沿うように帯金(B1)及び帯金(B2)に小径管を通して型取りし、この小径管の端部を前記フランジ(F3)及びフランジ(F4)にそれぞれを溶接固定して現場金型管(PlA)を製作する。この現場金型管(PlA)に用いる小径管としては、その取扱いを比較的容易に行なえるように、例えば呼び径φが25mm程度の管を用いる。
【００１３】
現場金型管(PlA)を現場で一旦製作すると、現場においてフランジ(F3、F4)の中心軸の幾何学方向及びフランジ(F3、F4)のねじ孔位置の回転方向の角度がそれぞれ決定できる。また、管の導設経路中心線位置・方向も現場金型管(PlA)により復元することができる。
【００１４】
この現場金型管(PlA)を図６(ロ)に示すように工場内の定盤６の上におき、管の導設経路を計測する。また、定盤６の上に現場金型管(PlA)のフランジ(F3)及びフランジ(F4)に相対向してフランジ(F5)及びフランジ(F6)を設置する。この場合のフランジ(F5)が現場での管端部(F1)に、フランジ(F6)が現場での管端部(F2)に相当する。
【００１５】
この後、現場金型管(PlA)を取り除き、フランジ(F5、F6)間に、前述の計測に基づき、現場金型管(PlA)の小径管に合せて切断及び曲げ加工を行った正規の管径の管を配置すると共に、この管の各端部にフランジ(F5)に相対向して正規のフランジ(F7)を、フランジ(F6)に相対向して正規のフランジ(F8)を溶接等にて接合して取付ける。これにより、フランジ(F7)及びフランジ(F8)のねじ孔位置の回転方向並びに同フランジ継手の幾何学方向性が現場金型管(PlA)のフランジ(F3)及びフランジ(F4)と一致する正規管(P2)が完成する。そしてこの正規管(P2)を図６(ハ)に示すように現場に搬入して現場合せ管として取付ける。このような過程を繰り返すことによって、船舶もしくは各種プラントの配管工事が完成する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の現場合せ管は実際の現物寸法に合せた現場金型管(PlA)を実測して製作するので、正確な寸法が得られるが、次の欠点がある。
【００１７】
（１）工場内の定盤上で計測の際に三次元の計測が必要になるので、計測時間が膨大になり、非常に手間が掛かる。
【００１８】
（２）フランジ継手のねじ孔位置の回転角度を計測することが困難である。
【００１９】
（３）現場金型管は現場合せの為に正規管の材質・管径・板厚等が考慮されていないので、管端継手と管本体との接合部位の溶接開先形状確保（平行・同心度確保）が確保されていないために修正計算に膨大な時間を要する。
【００２０】
（４）長尺管（2〜4m）の場合、現場金型管の計測に誤差が生じ易い。
【００２１】
（５）精密な寸法を要する船舶・航空機車両及びプラント等では現場金型管に計測誤差が生じると正規管の寸法にも誤差が発生して、帯金（管保持金物）中心線及び継手取合い位置が一致し難くなる。
【００２２】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、その目的とするところは、現場金型管から容易に能率よく、かつ正確に三次元幾何学寸法及びフランジ取付ねじ孔位置回転方向角度を測定することができる現場合せ管製作用三次元計測装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような目的を達成するために、現場金型管を固定設置するための設置部と、関節部位にロータリーエンコーダ角度検出器有する多軸多関節アームと、この多軸多関節アームの先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子と、前記現場金型管の両端のフランジのねじ孔部に嵌入する突起部と、突起部と交差して前記接触探触子が接触される円筒部分とを備えて、前記現場金型管の両端に取り付けられるフランジ継手ねじ孔位置回転角度計測用ジョイントと、前記接触探触子を介して前記円筒部分の中心線位置と現場金型管の選択した各曲がり部位の三次元計測値(座標位置)とを検知すると共にこの三次元計測値から現場金型管における小径管の管軸心上を通る管経路を演算する演算処理装置とから構成された金型管計測装置と、前記演算処理装置による三次元計測値(座標位置)から演算された管軸心上を通る管経路を基礎にして、異なる管径、材質、板厚を入力指示することで異なる管径、材質、板厚の管の曲げ位置掴み代を演算するとともに、前記円筒部分の中心線位置を基礎にして呼び圧力と呼び径を入力指示することでフランジ継手ねじ孔位置取付回転角度を演算する加工データ管理盤と、この加工データ管理盤からの演算値により管曲げを実施する管ベンダー装置と、前記加工データ管理盤からの演算値により管本体の両端にフランジをそのねじ孔位置回転方向を合せて溶接する手段と、を備えるようにしたものである。
【００２４】
そして、請求項２の発明では、現場金型管を固定設置するための設置部と、関節部位にロータリーエンコーダ角度検出器を有する多軸多関節アームと、この多軸多関節アームの先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子と、この接触探触子を介して現場金型管の選択した各曲がり部位の三次元計測値(座標位置)を検知すると共にこの三次元計測値から現場金型管における小径管の管軸心上を通る管経路を演算する演算処理装置とから構成された金型管計測装置と、前記演算処理装置による三次元計測値(座標位置)から演算された管軸心上を通る管経路を基礎にして、異なる管径、材質、板厚を入力指示することで異なる管径、材質、板厚の管の曲げ位置掴み代を演算する加工データ管理盤と、この加工データ管理盤からの演算値により管曲げを実施する管ベンダー装置と、を備え、現場金型管に接触する干渉物があるときに、その現場金型管における干渉物に接触する位置に棒材を仮付し、金型管計測装置に金型管干渉物位置計測用アタッチメントを取付け、その棒材にアタッチメントを接触させてその干渉位置を三次元座標で計測演算することを特徴としている。
【００２５】
請求項３の発明では、その金型管干渉物位置計測用アタッチメントが、多軸多関節アームの先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子のＶ型の股部に嵌脱自在の棒状となっていることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１には本発明による現場金型管(PlB)を示してあり、この現場金型管(PlB)は小径管７の各端部にフランジ(F3、F4)を取付けてなり、従来と同様の手順により現場において型取りして製作する。
【００２７】
現場で製作した現場金型管(PlB)は、工場内の金型管計測装置(M1)の上に搭載し、三次元計測装置により各寸法の計測を行なう。本発明による三次元計測装置は、現場金型管(PlB)を固定設置する設置部としてのテーブル(D)と、関節部位にロータリーエンコーダ角度検出器を有する多軸多関節アームとしての５軸多関節アーム(A)と、多軸多関節アーム(A)を上記テーブル(D)に固定する固定部材としての支持柱(B)と、５軸多関節アーム(A)の先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子(C)と、この接触探触子(C)を介して現場金型管(PlB)の所定の各曲がり部位の三次元計測値(座標位置)を検知すると共に、この三次元計測値(座標位置)から現場金型管(PlB)における小径管７の管軸心上を通る管経路を演算する演算処理装置としてのＣＰＵ(E)とから構成された金型管計測装置(M1)と、ＣＰＵ(E)による三次元計測値(座標位置)から演算された管軸心上を通る管経路を基礎にして、異なる管径、材質、板厚等を入力指示することで異なる管径、材質、板厚等の管の曲げ位置掴み代等を演算する加工データ管理盤(M2)と、この加工データ管理盤(M2)からの演算値により管曲げを実施する管ベンダー装置(M3)とから構成されている。
【００２８】
金型管計測装置(M1)で計測した現場金型管(PlB)の計測データは加工データ管理盤(M2)に転送し、この管理盤(M2)で管加工データとして保存を行い、この管加工データを管ベンダー装置(M3)へ転送して正規管(P2)とすべき管本体に曲げ加工を施す。
【００２９】
そして所定の加工を施した管本体の両端末を正確に切り揃えて溶接前の開先処理を行い、その両端末にフランジ(F7)・(F8)をそのねじ孔位置回転方向を合せて取付けて溶接する。これにより正規管(P2)が完成する。この後、正規管(P2)を現場に搬入し、現場合せ管として取付ける。このような作業の繰返しにより、船舶もしくは各種プラントの配管工事を完成させる。
【００３０】
正規管(P2)とすべき管本体の両端末を正確に切り揃えて溶接前の開先処理を行い、その両端末にフランジ(F7)・(F8)のねじ孔位置回転方向を合せて取付けて溶接するときの工程は次のようにして実施する。
【００３１】
図２(イ)にフランジ継手ねじ孔位置回転角度計測用ジョイント(J1)・(J2)を示してある。ジョイント(J1)・(J2)は現場金型管フランジ(F3)・(F4)に相対する側にフランジ(F3)・(F4)のねじ孔部に嵌入する突起部(H)を備えている。そして図２(ロ)に示すように、突起部(H)を現場金型管(PlB)のフランジ(F3)・(F4)のねじ孔部に嵌入してジョイント(J1)・(J2)をフランジ(F3)・(F4)に接続する。
【００３２】
ジョイント(J1)・(J2)は管中心線延長部上においてフランジ(F3)・(F4)のねじ孔中心線の延長部と９０度の角度をなす円筒部分(G)を持ち、この円筒部分(G)に金型計測装置(M1)の５軸多関節アーム(A)のＶ型形状の接触探触子(C)を接触させて円筒部分(G)の中心線位置および方向を計測し、管加工デ一夕管理盤(M2)で呼び圧力と呼び径を入力してフランジ継手ねじ孔位置取付回転角度を自動演算する。
【００３３】
図３に金型管計測値による実曲げ管のマーキング及びフランジ位置調整図を示してある。金型管計測装置(M1)で計測した現場金型管(F3)・(F4)・(PlB)の計測値から実曲げ寸法を加工データ管理盤(M2)で自動演算すると同時に、プリンター装置(PR)で管加工用位置マーキング及びフランジ位置図(マーキングリスト)として実製作管の各曲げ節点の位置と両端末の幾何学位置を基準位置から算出して、実曲げ管を工場定盤上に仮置きして、曲げ寸法通りに曲げているか(曲げられていなければ修正曲げを行なう)を確認し、端末の切り合せ位置のマーキングを行い、切断面にて切断する(この時、相対する正規のフランジ(F7)・(F8)の寸法が既に入力されているので、溶接開先形状のマーキングも可能になって切断最終寸法が決定できる)。
【００３４】
フランジ継手ねじ孔位置回転角度についても同様にマーキングリスト(ML)上にて回転角度を出力して、開先加工後に回転角度(θ1・θ2)に従って位置あわせを行い、最終溶接をする。
【００３５】
このような手順によれば、従来の現場合せ管計測及び正規管製作手順と比較して次の利点が有る。
（１）工場内の専用計測装置で行い、自動演算で寸法が決定されて、誰でも計測誤差が無く、簡便にかつ短時間に計測が可能になる。
【００３６】
（２）フランジ継手計測のねじ孔位置回転角度も簡便にかつ短時間に計測が可能で、しかも正規管端末のフランジ取付角度も自動演算後の数値で簡便・短時間に取付・位置決めができる。
【００３７】
（３）正規管の端末の開先位置、すなわち管の曲げ加工後の切断位置も自動演算により簡単に切断でき、開先形状位置決めも簡便・短時間にできる。
【００３８】
（４）長尺管(2〜4m)の金型管でも連続計測により位置・管中心線方向の重ね合せが可能になり、計測誤差も無く計測及び正規管による復元が可能である。
【００３９】
（５）金型管自動計測装置が５軸多関節アームによりロータリーエンコーダ角度検出器で高精度のデジタル計測が可能になり、精密な寸法が要求される船舶及びプラント等での取合い寸法位置関係確保及び帯金位置の復元も可能になる。
【００４０】
図４には、現場金型管に干渉する干渉物取合い位置計測要領図を示してある。狭隘なプラント等では金型管計測を行っても、最終取付現場ではバルブ・艤装品等の干渉物(Q)が近傍に配置する場合が多く、実際にはこれらの干渉物(Q)を回避しながら最終曲げ寸法を決定していく必要がある。
【００４１】
この場合、現場金型管(PlB)上の干渉物に接触する位置に棒材等(L)を仮付して、金型管計測装置(M1)に金型管干渉物位置計測用アタッチメント(AT)を取付け、点接触にて干渉位置を三次元座標で計測演算する。
【００４２】
金型管干渉物位置計測用アタッチメント(AT)は、５軸多関節アーム(A)の先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子(C)のＶ型の股部に嵌脱自在の棒状をなした部材であって、干渉物に接触する位置に仮付けされた棒材等(L)にこの棒状をなしたアタッチメント(AT)を接触させることにより、金型管計測装置(M1)にて三次元座標で計測演算して管実曲げデータ上で干渉するか否かの判定を行い、干渉しない様な実曲げデータに修正を行なう。このようにして製作された正規管(P2)は、取付現場で干渉すること無く、容易に取付けが可能になる。
【００４３】
すなわち、図４に示す通り、現場にて干渉する位置に、現場金型管(P1B)の管表面に棒材等(L)を仮付けして、これを工場内に持ち帰り金型管計測装置(M1)に金型管干渉物位置計測用アタッチメント(AT)を取付け、点接触にて干渉位置を三次元座標で計測演算する。金型管計測装置(Ml)にて三次元座標で計測演算して管実曲げデータ上で干渉するか否かの判定を行い、干渉する場合は干渉しない様な実曲げデータに修正指示を行なう。アウトプットされた実曲げデータに沿って製作された正規管(P2)は、取付現場で干渉すること無く、容易に取付けが可能になる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、現場合せ管を製作する際に、現場金型管から容易に能率よく、かつ正確に三次元幾何学寸法及びフランジ取付ねじ孔位置回転方向角度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】現場金型管の計測・製作手順を示す説明図。
【図２】現場金型管のフランジ継手部計測要領を示す説明図。
【図３】現場金型管計測値による実曲げ管のマーキング及びフランジ位置調整についての説明図。
【図４】現場金型管に干渉する干渉物取合い位置計測要領を示す説明図。
【図５】現場金型管を配管する方法を説明する説明図。
【図６】現場金型管を製作する方法を説明する説明図。
【符号の説明】
Ｐ１Ｂ…現場金型管
Ｆ３，Ｆ４…フランジ
Ｄ…テーブル（設置部）
Ａ…５軸多関節アーム
Ｂ…支持柱（固定部材）
Ｃ…接触探触子
Ｅ…ＣＰＵ（演算処理装置）
Ｍ１…金型管計測装置
Ｍ２…加工データ管理盤
Ｍ３…管ベンダー装置
Ｐ２…正規管
Ｆ７，Ｆ８…フランジ
Ｊ１，Ｊ２…ジョイント

Claims

現場金型管を固定設置するための設置部と、
関節部位にロータリーエンコーダ角度検出器を有する多軸多関節アームと、
この多軸多関節アームの先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子と、
前記現場金型管の両端のフランジのねじ孔部に嵌入する突起部と、突起部と交差して前記接触探触子が接触される円筒部分とを備えて、前記現場金型管の両端に取り付けられるフランジ継手ねじ孔位置回転角度計測用ジョイントと、
前記接触探触子を介して前記円筒部分の中心線位置と現場金型管の選択した各曲がり部位の三次元計測値(座標位置)とを検知すると共にこの三次元計測値から現場金型管における小径管の管軸心上を通る管経路を演算する演算処理装置とから構成された金型管計測装置と、
前記演算処理装置による三次元計測値(座標位置)から演算された管軸心上を通る管経路を基礎にして、異なる管径、材質、板厚を入力指示することで異なる管径、材質、板厚の管の曲げ位置掴み代を演算するとともに、前記円筒部分の中心線位置を基礎にして呼び圧力と呼び径を入力指示することでフランジ継手ねじ孔位置取付回転角度を演算する加工データ管理盤と、
この加工データ管理盤からの演算値により管曲げを実施する管ベンダー装置と、
前記加工データ管理盤からの演算値により管本体の両端にフランジをそのねじ孔位置回転方向を合せて溶接する手段と、
を備えることを特徴とする現場合せ管製作用三次元計測装置。
現場金型管を固定設置するための設置部と、
関節部位にロータリーエンコーダ角度検出器を有する多軸多関節アームと、
この多軸多関節アームの先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子と、
この接触探触子を介して現場金型管の選択した各曲がり部位の三次元計測値(座標位置)を検知すると共にこの三次元計測値から現場金型管における小径管の管軸心上を通る管経路を演算する演算処理装置とから構成された金型管計測装置と、
前記演算処理装置による三次元計測値(座標位置)から演算された管軸心上を通る管経路を基礎にして、異なる管径、材質、板厚を入力指示することで異なる管径、材質、板厚の管の曲げ位置掴み代を演算する加工データ管理盤と、
この加工データ管理盤からの演算値により管曲げを実施する管ベンダー装置と、を備え、
現場金型管に接触する干渉物があるときに、その現場金型管における干渉物に接触する位置に棒材を仮付し、金型管計測装置に金型管干渉物位置計測用アタッチメントを取付け、その棒材にアタッチメントを接触させてその干渉位置を三次元座標で計測演算することを特徴とする現場合せ管製作用三次元計測装置。
金型管干渉物位置計測用アタッチメントは多軸多関節アームの先端部に備えられたＶ型形状の接触探触子のＶ型の股部に嵌脱自在の棒状をなしていることを特徴とする請求項２に記載に現場合せ管製作用三次元計測装置。