JP4836889B2

JP4836889B2 - ピーニング施工装置およびピーニング施工方法

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Publication number: JP4836889B2
Application number: JP2007196545A
Authority: JP
Inventors: 信一宮川; 智美久保; 亮治高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2027-07-27
Also published as: JP2009032107A

Description

本発明は、ピーニング施工装置およびピーニング施工方法に係り、特に、ワークの外内面側の施工位置を的確に求め、施工の際、外内面を同時に並行してピーニング施工を可能とするピーニング施工装置およびピーニング施工方法に関する。

一般に、工業製品として用いられる、例えば円筒状の圧力容器等のワークにおいては、錆やスケール等の除去、研削加工後のばり取り、あるいは溶接施工部分の表面硬化処理にピーニング施工を行うことがある。

例えば、応力集中が高くなっている溶接部分には、ワークの当該部分に粒状の投射材を投射し、圧縮応力を高くさせるピーニング施工を行うことが多い。

このピーニング施工を行う溶接部分は、加熱、冷却が繰り返し行われるため、熱膨張と収縮が繰り返され、この間、溶接中の周囲の部分に塑性ひずみが発生し、さらに溶接部分が凝固してから室温に至るまでの間に収縮に伴う塑性ひずみが発生し、これらの事象が重なり合って、引張応力が発生する。

このような引張応力が発生すると、溶接部分には、疲労による材料寿命が低下し、最悪の場合、溶接割れが起る。

このため、最近では、品質保証強化の点から、溶接部分に、ピーニング施工を行い、ワークに引張の塑性変形を与え、残留塑性ひずみを小さくする措置策を採ることが多くなってきている。

なお、ワークにピーニング施工を行う技術は、多くの技術分野に適用されており、このため、例えば、特許文献１〜３に見られるように、数多くの発明が提案されている。
特開２００７−６９２９１号公報特開２００４−１３６３１１号公報特開平１１−２７７４３６号公報

従来、例えば円筒状のワークの溶接部分にピーニング施工を行う場合、外内面のうち、例えば、まず内面側を施工し、次に外面側を施工していた。

しかしながら、例えば、原子炉圧力容器に組み込まれる炉心シュラウド等の超大形の円筒状のワークになると、内外面側を順次施工することに多くの時間を要し、作業者に多くの負担を強いていた。

特に、この種のワークにピーニング施工を行うのは、定期検査等、限られた時期、時間のため、作業者により多くの労力を強いていた。

このため、ピーニング施工の工期短縮や作業者の労力軽減の点から新たな技術の開発が求められていた。

このような課題を解決する一つの手法としてワークの外内面側を同時に並行してピーニング施工することが提案されている。

しかしながら、ワークの外内面を同時に、並行してピーニング施工を行う場合、いくつかの問題点を備えている。その一つに、例えば、ワークの外側面をピーニング施工するときに、ピーニング装置の施工位置への的確な位置決めがある。

例えば、原子炉圧力容器に組み込まれている炉心シュラウドのように、その外側面と圧力容器内壁との間は、狭隘なダウンカマ領域になっている上に、配管やジェットポンプ等の付属物が数多く設置され、複雑に絡み合っている。このため、ピーニング装置を仮位置決めし、目的とする溶接部分の施工位置に移動させようとしても、手探りのまま探し求めなければならず、多くの時間と労力の負担を必要としている。

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、ワークの外内面側を、同時に並行してピーニング施工を行うとき、例えばワークの内側面の基準位置と内側面のピーニング位置との情報を基にしてワークの外側面のピーニング施工位置を演算し、ピーニング装置を的確に、より早く移動させることができるように図ったピーニング施工装置およびピーニング施工方法を提供することを目的とする。

本発明に係るピーニング施工装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、ワークの内側面に設置する内側ピーニング装置と、前記ワークの外側面に仮設置する外側ピーニング装置と、この外側ピーニング装置にセンサと制御演算装置を設けるとともに、この制御演算装置は、前記内側ピーニング装置の設置基準位置からワーク内側面のピーニング施工位置までの内側面施工位置ベクトル情報を予め入力する内側面ピーニング施工位置入力装置と、前記センサから検出され、前記内側ピーニング装置のピーニング施工中に発生する物理量情報を基にして前記外側ピーニング装置が前記内側ピーニング装置のピーニング施工位置に対し、どの位置、方向にあるかの相対位置ベクトル情報を算出する相対位置算出部と、この相対位置算出部からの出力と前記内側面ピーニング施工位置入力装置からの出力とに基づいて外側ピーニング装置位置ベクトル情報を算出する外側ピーニング装置絶対位置算出部と、この外側ピーニング装置絶対位置算出部からの出力と外側面ピーニング施工開始位置保存部からの外側面ピーニング施工位置ベクトル情報とに基づいて外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報を算出する外側ピーニング装置移動量算出部と、この外側ピーニング装置移動量算出部からの出力を基に前記仮設置の外側ピーニング装置を外側面ピーニング施工開始位置に移動指令を出す移動指令装置とを備えたものである。

また、本発明に係るピーニング施工方法は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、外側ピーニング装置と内側ピーニング装置を用いてワークの外内側を並行して同時にピーニング施工する際、前記内側ピーニング装置の設置基準位置からワーク内側面のピーニング施工位置までの内側面施工位置ベクトル情報を算出する一方、前記内側ピーニング装置のピーニング施工中に発生する物理量情報を基にして仮設置された前記外側ピーニング装置が前記内側ピーニング装置のピーニング施工位置に対し、どの位置、方向にあるかの相対位置ベクトル情報を算出し、算出した相対位置ベクトル情報と前記内側面施工位置ベクトル情報とに基づいて外側ピーニング装置位置ベクトル情報を算出し、この算出した外側ピーニング装置位置ベクトル情報と予め設定しておいた外側面ピーニング施工開始位置保存部からの外側面ピーニング施工位置ベクトル情報とに基づいて外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報を算出し、この算出した外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報を前記仮設置された外側ピーニング装置に与えてワークの外側面ピーニング施工開始位置に移動させる方法である。

本発明に係るピーニング施工装置およびピーニング施工方法は、ワークの外内面側を同時に並行してピーニング施工を行うとき、ワークの内側面基準位置からワークの内側面ピーニング施工位置までの内側面施工位置ベクトル情報、ワークの外側面に仮設置した外側ピーニング装置の中心からワークの内側面ピーニング施工位置までの相対位置とベクトル情報および上述外側ピーニング装置の中心から上述ワークの内側面基準位置までの外側ピーニング装置位置ベクトル情報を求めるとともに、求めた外側ピーニング装置位置ベクトル情報と予め定められたワークの外側面ピーニング施工開始位置から上述ワークの内側面基準位置までの外側面ピーニング施工位置ベクトル情報とで外側ピーニング装置のピーニング施工位置を演算・算出するので、外側ピーニング装置のピーニング施工位置への移動を的確に、より早く指示させることができ、ピーニング施工工期をより一層短縮させることができる。

以下、本発明に係るピーニング施工装置およびピーニング施工方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

なお、本発明に係るピーニング施工装置およびピーニング施工方法は、適用対象としてのワークを、例えば原子炉圧力容器に組み込まれる炉心シュラウドを例に採って説明するが、この例に限定されるものではない。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係るピーニング施工装置およびピーニング施工方法の第１実施形態を示す概念図である。

図１には、超大口径円筒形の炉心シュラウドの一部がワーク１として示される。

このワーク１には、例えば、内側ＩＮに内側ピーニング装置２が設けられ、その外側ＯＵＴに外側ピーニング装置３がそれぞれ設けられる。

内側ピーニング装置２は、ピーニング装置本体４ａと、マニピュレータ５ａと、ピーニングヘッド部６ａとで構成し、例えば、スタブチューブ等の固定部７を基準位置として設定し、ピーニングヘッド部６ａからの、例えばレーザ光等を水中または気中において、ワーク１に投射し、ワーク１の内側面のピーニング施工位置Ｐが定められる。

一方、外側ピーニング装置３は、ピーニング装置本体４ｂ、マニピュレータ５ｂ、ピーニングヘッド部６ｂ、移動装置８ａ，８ｂ、複数のセンサ９ａ，９ｂ等を備えるとともに、ピーニング装置本体４ｂに、例えば距離を置いて制御演算装置１０を配置し、この制御演算装置１０の演算に基づいてピーニング装置本体４ｂをピーニング施工位置により早く、的確に移動させる構成になっている。

移動装置８ａ，８ｂは、モータ等の駆動力で駆動される、例えば車輪を備えるとともに、気中ピーニング施工の場合、ワーク１に対して磁石や吸盤装置等を用いて外側ピーニング装置３を着脱自在に吸着させ、水中ピーニング施工の場合、ワーク１に対してスラスタを用いて外側ピーニング装置３を縦断方向、横断方向に自在に移動させることができるようにしている。

また、外側ピーニング装置３に設けた複数のセンサ９ａ，９ｂは、例えば振動、熱、音等のうち、いずれかの物理量を検出するもので、超音波振動計、圧電式振動計、レーザ振動計、放射温度計、接触式温度計、集音装置等のうち、いずれかが選択され、ワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐから出る物理量を検出し、検出した物理量情報１４を制御演算装置１０に与えている。

なお、複数のセンサ９ａ，９ｂは、ピーニングヘッド部６ｂの移動に応じて移動できる構成になっている。

制御演算装置１０は、図１および図２に示すように、固定部７の基準位置に設置された内側ピーニング装置２の中心からワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐまでの内側面施工位置ベクトル情報１１を作業者によって計測し、計測した情報１１を予め入力しておく内側面ピーニング施工位置入力装置１２と、この内側面ピーニング施工位置入力装置１２から出力する内側面施工位置ベクトル情報１１と複数のセンサ９ａ，９ｂで検出した物理量情報１４とに基づいて演算し、ワーク１の外側面の任意位置に仮設置された外側ピーニング装置３の中心がワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐに対し、どの位置、方向に設置されるかの外側ピーニング装置位置ベクトル情報１５を算出する外側ピーニング装置絶対位置算出部１３とを備えている。

また、制御演算装置１０は、外側ピーニング装置絶対位置算出部１３から出力する外側ピーニング装置位置ベクトル情報１５と外側面ピーニング施工開始位置保存部１７から出力する外側面ピーニング施工位置ベクトル情報１６とに基づいて演算し、外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報２２を算出する外側ピーニング装置移動量算出部２１と、この外側ピーニング装置移動量算出部２１から算出された情報に基づいて外側ピーニング装置３を目標ピーニング施工位置に移動させる移動指令装置１８を備えている。

なお、外側面ピーニング施工開始位置保存部１７には、内側ピーニング装置２が設置される固定部７の基準位置から外側ピーニング装置３がピーニング施工を行う外側面目標ピーニング施工開始位置までの外側面ピーニング施工位置ベクトル情報１６が予め入力される。

このような構成を備える制御演算装置１０において、内側ピーニング装置２が固定部７の基準位置に設置され、ワーク１の内側面ピーニング施工が開始されると、これに並行して外側ピーニング装置３のワーク１の外側面に対するピーニング施工が開始される。

まず、内側ピーニング装置２のピーニング施工中、ワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐから出る、例えば振動、熱、音等のいずれかの物理量を外側ピーニング装置３に設けたセンサ９ａ，９ｂが検出する。

センサ９ａ，９ｂによって物理量が検出されると、その物理量情報１４は、相対位置算出部１９に送られる。相対位置算出部１９は、その物理量情報１４に基づいてワーク１の外側面任意位置に仮設置された外側ピーニング装置３の中心からワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐに対する自己位置の相対位置ベクトル情報２０を演算算出する。

演算、算出された相対位置ベクトル情報２０が外側ピーニング装置絶対位置算出部１３に送られると、外側ピーニング装置絶対位置算出部１３は、相対位置ベクトル情報２０と内側面ピーニング施工位置入力装置１２から送られてくる内側面施工位置ベクトル情報１１とに基づいて演算し、外側ピーニング装置位置ベクトル情報１５を算出する。

この外側ピーニング装置位置ベクトル情報１５は、ワーク１の内側面における固定部７の基準位置に設置された内側ピーニング装置２の中心に対するワーク１の外側面任意位置に仮設置された外側ピーニング装置３の中心までの位置、方向を示すものである。

演算、算出された外側ピーニング装置ベクトル情報１５が外側ピーニング装置移動量算出部２１に送られると、外側ピーニング装置移動量算出部２１は、外側ピーニング装置ベクトル情報１５と外側面ピーニング施工開始位置保存部１７から送られてくる外側面ピーニング施工位置ベクトル情報１６とに基づいて演算し、外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報２２を算出する。

演算、算出された外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報２２が移動指令装置１８に送られると、移動指令装置１８は、ワーク１の任意位置に仮設置された外側ピーニング装置３に移動指令を出し、外側ピーニング装置３をピーニング施工位置に移動させ、ワーク１の外側面のピーニング施工を開始させる。

このように、本実施形態は、固定部７の基準位置に設置された内側ピーニング装置２の位置から内側面ピーニング施工位置Ｐまでの内側面施工位置ベクトル情報１１とワーク１の外側面に仮設置した外側ピーニング装置３の内側面ピーニング施工位置Ｐまでの相対位置ベクトル情報２０とから外側ピーニング装置３が上述の固定部７の基準位置に対してどの位置、方向にあるかを表わす外側ピーニング装置位置ベクトル情報１５を演算、算出するとともに、この外側ピーニング装置位置ベクトル情報１５と予め設定しておいた外側面ピーニング施工位置ベクトル情報１６とから外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報２２を演算、算出し、この情報２２に基づいて外側ピーニング装置３をワーク１の外側面のピーニング施工開始位置に移動させるので、外側ピーニング装置３をピーニング施工位置に的確に、より早く移動させることができ、作業者の労力をより一層軽減させてワーク１の外内側面のピーニング施工を並行して、同時に行わせることができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明に係るピーニング施工装置およびらピーニング施工方法の第２実施形態を示す概念図である。

なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付し、重複説明を省略する。

本実施形態は、ワーク１の内側面における固定部７の基準位置に設置された内側ピーニング装置２の中心からワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐまでの内側面施工位置ベクトル情報１１の計測を自動化して自動送信するものであり、内側面施工位置ベクトル計測手段２３と、ここで計測した内側面施工位置ベクトル情報１１を制御演算装置１０の内側面ピーニング施工位置入力装置１２に自動的に送るベクトル情報送信手段２４とを設けたものである。

このように、本実施形態は、固定部７の基準位置に設置された内側ピーニング装置２の中心からワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐまでの内側面施工位置ベクトル情報１１を計測する内側面施工位置ベクトル計測手段２３と、計測した内側面施工位置ベクトル情報１１を内側面ピーニング施工位置入力装置１２に送るベクトル情報送信手段２４とを備えたので、内側面施工位置ベクトル情報１１を内側面ピーニング施工位置入力装置１２に自動的に送ることができ、作業者の労力負担をより一層軽減させてワーク１の外内側面の並行ピーニング施工による工期の短縮を図ることができる。

なお、本実施形態は、ワーク１の内側面における固定部７の基準位置に設置された内側ピーニング装置２の中心からワーク１の内側面ピーニング施工位置Ｐまでの内側面施工位置ベクトル情報１１を自動計測および自動送信したが、この例に限らず、例えば、図４に示すように、内側面施工位置ベクトル計測手段２３に表示装置２５を設け、この表示器２５に表示されたベクトル計測情報を見た内側面ピーニング施工作業者２６が外側面ピーニング施工作業者２７に伝え、外側面ピーニング施工作業者２７が、例えばパーソナルコンピュータを介してその情報を内側面ピーニング施工位置入力装置１２に入力させてもよい。

本発明に係るピーニング施工装置およびピーニング施工方法の第１実施形態を示す概念図。本発明に係る制御演算装置を示すブロック図。本発明に係るピーニング施工装置およびピーニング施工方法の第２実施形態を示す概念図。本発明に係るピーニング施工装置およびピーニング施工方法の第２実施形態における変形例を示す概念図。

符号の説明

１ワーク
２内側ピーニング装置
３外側ピーニング装置
４ａ，４ｂピーニング装置本体
５ａ，５ｂマニピュレータ
６ａ，６ｂピーニングヘッド部
７固定部
８ａ，８ｂ移動装置
９ａ，９ｂセンサ
１０制御演算装置
１１内側面施工位置ベクトル情報
１２内側面ピーニング施工位置入力装置
１３外側ピーニング装置絶対位置算出部
１４物理量情報
１５外側ピーニング装置位置ベクトル情報
１６外側面ピーニング施工位置ベクトル情報
１７外側面ピーニング施工開始位置保存部
１８移動指令装置
１９相対位置算出部
２０相対位置ベクトル情報
２１外側ピーニング装置移動量算出部
２２外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報
２３内側面施工位置ベクトル計測手段
２４ベクトル情報送信手段
２５表示装置
２６内側面ピーニング施工作業者
２７外側面ピーニング施工作業者

Claims

ワークの内側面に設置する内側ピーニング装置と、前記ワークの外側面に仮設置する外側ピーニング装置と、この外側ピーニング装置にセンサと制御演算装置を設けるとともに、この制御演算装置は、前記内側ピーニング装置の設置基準位置からワーク内側面のピーニング施工位置までの内側面施工位置ベクトル情報を予め入力する内側面ピーニング施工位置入力装置と、前記センサから検出され、前記内側ピーニング装置のピーニング施工中に発生する物理量情報を基にして前記外側ピーニング装置が前記内側ピーニング装置のピーニング施工位置に対し、どの位置、方向にあるかの相対位置ベクトル情報を算出する相対位置算出部と、この相対位置算出部からの出力と前記内側面ピーニング施工位置入力装置からの出力とに基づいて外側ピーニング装置位置ベクトル情報を算出する外側ピーニング装置絶対位置算出部と、この外側ピーニング装置絶対位置算出部からの出力と外側面ピーニング施工開始位置保存部からの外側面ピーニング施工位置ベクトル情報とに基づいて外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報を算出する外側ピーニング装置移動量算出部と、この外側ピーニング装置移動量算出部からの出力を基に前記仮設置の外側ピーニング装置を外側面ピーニング施工開始位置に移動指令を出す移動指令装置とを備えたことを特徴とするピーニング施工装置。
前記内側ピーニング装置は、その設置基準位置からワーク内側のピーニング施工位置までの内側面施工位置ベクトル情報を自動計測する内側面施工位置ベクトル計測手段と、この内側面施工位置ベクトル計測手段からの出力を前記制御演算装置の内側面ピーニング施工位置入力装置に送るベクトル情報送信手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のピーニング施工装置。
前記内側面施工位置ベクトル計測手段は、表示装置を備えたことを特徴とする請求項２記載のピーニング施工装置。
前記物理量情報は、前記内側ピーニング装置のピーニング施工中に発生する振動、熱、音のいずれであることを特徴とする請求項１記載のピーニング施工装置。
前記センサは、超音波振動計、レーザ振動計、圧電式振動計のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のピーニング施工装置。
前記センサは、放射温度計、接触式温度計のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のピーニング施工装置。
前記センサは、集音装置であることを特徴とする請求項１記載のピーニング施工装置。
前記センサは、前記外側ピーニング装置のピーニングヘッド部の移動に応じて移動できる構成にしたことを特徴とする請求項１記載のピーニング施工装置。
外側ピーニング装置と内側ピーニング装置を用いてワークの外内側を同時に並行してピーニング施工する際、前記内側ピーニング装置の設置基準位置からワーク内側面のピーニング施工位置までの内側面施工位置ベクトル情報を算出する一方、前記内側ピーニング装置のピーニング施工中に発生する物理量情報を基にして仮設置された前記外側ピーニング装置が前記内側ピーニング装置のピーニング施工位置に対し、どの位置、方向にあるかの相対位置ベクトル情報を算出し、算出した相対位置ベクトル情報と前記内側面施工位置ベクトル情報とに基づいて外側ピーニング装置位置ベクトル情報を算出し、この算出した外側ピーニング装置位置ベクトル情報と予め設定しておいた外側面ピーニング施工開始位置保存部からの外側面ピーニング施工位置ベクトル情報とに基づいて外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報を算出し、この算出した外側ピーニング装置目標ピーニング施工位置移動ベクトル情報を前記仮設置された外側ピーニング装置に与えてワークの外側面ピーニング施工開始位置に移動させることを特徴とするピーニング施工方法。