JP5225867B2 - ウェイトバランサ及びパイプ結合方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェイトバランサ及びパイプ結合方法に関し、より詳しくは、船舶やプラント、配管工事現場などでパイプを配置及び溶接する時にパイプの荷重を低減することができるウェイトバランサ及びパイプ結合方法に関する。

船舶、プラント、配管工事現場などには、数多くの軽量または重量パイプが存在する。即ち、各種流体、気体または電気配線などを通すパイプが、まるで蜘蛛の糸のように複雑に設置されている。

実際には、このようなパイプは１本の長さに限界があるので、溶接作業者は複数のパイプを互いに溶接してパイプを所望の長さにする。

特に、主パイプラインに用いられる１本のパイプと重量パイプとでさえも、相互に連結され、比較的長いがパイプラインまたは配管のデザインに適したパイプが作られる。

ここで、基準パイプ（以下、「第１パイプ」と呼ぶ。）と、整合される対象物に相当し、第１パイプに突き合わせ溶接されることになるパイプ（以下、「第２パイプ」と呼ぶ。）とは、突き合わせ溶接の前に整合が要求される。

ユーザは、クレーンのワイヤまたはベルトを用いて、第２パイプの方向、位置及び高さを手作業で調整することによってレベリング作業を行い、それによって第１パイプ及び第２パイプが整合されるようにする。

ユーザは、第１パイプを定盤などの台に置き、第２パイプを定盤と反対の位置に載置されたＹ字ブロックなどの簡易治具に置く。簡易治具は、第２パイプの下部で第２パイプを支持し、第２パイプの自重とＹ字ブロックにより第２パイプを固定するように働く。

ユーザは、第２パイプをクレーンのワイヤで僅かに持ち上げた後に、第２パイプを前、後、左、右、上、下などあらゆる方向に少しずつ移動させるか、または動きに従って簡易治具の高さ及び方向を調整し、それによって第２パイプを第１パイプに整合させる。

しかしながら、このような手作業によるパイプの整合作業は、第２パイプの長さが長くかつ荷重が大きいときに非常に困難であり、例え熟練した作業者であっても、第２パイプの形状に応じて体積の中心と重心がずれている（偏心している）ような不均衡な状態があるときには特に、パイプの高さ、角度、位置、揺れなどによってパイプの整合及び溶接のための作業時間が長く掛かるという短所がある。

更に、手作業によるパイプの整合作業を精密に行うことが困難であるので、パイプの溶接作業を迅速に行うことができない。例えば、第１パイプと第２パイプを溶接する溶接作業中には、一般的には作業者がパイプの中に入って結合部分をタック溶接し、その後、正規の方法で外側から本溶接を行う必要がある。

それゆえに、パイプを支持する２枚板タイプの作動板に６自由度が与えられるので、パイプの高さ、位置、傾き、揺れを精密に調整することによって溶接の品質を向上させることができるようなウェイトバランサが要求される。

また、一般に、複数のパイプは、突き合わせ溶接の前に相互に連結されているように整合される必要がある。従来技術による２本のパイプの突き合わせ溶接前の結合作業は、以下の通りである。結合作業とは、例えばＴＩＧによって２本のパイプを溶接するために、目の前にあるパイプ同士の間隔と段差を特定の許容範囲に合わせることである。このとき、２本のパイプが互いに一貫してぴったり合わされる（フィットされる）ように、真円度補正が行われなければならない。

ここで、真円とは、円周に沿って計測した直径または半径が一定である円を指す。パイプに関しては、真円は更に、最大内径と最小内径の差に相当する真円度が許容範囲内に収まる円を指す。

従来技術のパイプ結合方法においては、作業者は、全てのパイプを定盤上に置き、ワイヤまたはベルトを用いることによって互いに接触するようにそれらの間隔を一様に維持し、その後、パイプの外径の一方の側に第１タブピースを接合することによってタック溶接が行われる。その後、作業者は、パイプ内に電源ジャックを挿入し、その電源ジャックを繰り返し利用してパイプの真円を補正しながら段差をぴったり合わせ、その後、第１タブピースが最初に接合されたパイプの反対側に第２タブピースを接合するようにタック溶接が行われる。その後、作業者は、パイプの第２タブピースから９０°の方向に相当する位置に第３タブピースを接合するために連続的にタック溶接を行い、それに続けて第３タブピースが接合されたパイプの反対側に第４タブピースを接合する。その後、作業者は、へら形のたがねを２本のパイプ間の間隔に挿入した後、そのへら形のたがねをパイプの円周方向に移動させてパイプの間隔を補正する。最後に、作業者は、第１タブピースと第２タブピースの間、第２タブピースと第３タブピースの間、第３タブピースと第４タブピースの間、第４タブピースと第１タブピースの間に他のタブピースをタック溶接によって更に接合する。このとき、他のタブピースの数は、パイプの直径によって決まる。

しかしながら、従来技術によるパイプの結合作業は、手作業で進められるので作業時間が長いだけでなく、溶接品質の偏りも作業者の熟練度次第でばらつきがあるという問題がある。従って、パイプの結合作業が円滑に行われないときには、後で行われることになるパイプの溶接作業に影響を及ぼすという短所がある。

また、従来技術によるパイプの結合作業は、パイプが大きければより困難である。即ち、１本の大きなパイプが定盤上に置かれ、その後にこの大きなパイプに連結するために、クレーンを用いて別の大きなパイプが定盤のレベルと同じ高さを有する複数の治具上に置かれる。その後、作業者は、クレーンを操作しながら２本の大きなパイプの間にワイヤを挿入するか、治具の高さを調整するか、あるいは両パイプを左右に移動させることによって間隔を補正し、その上部に水準器を一時的に取り付けることによって段差を合わせ、その後、タック溶接法によって上部からタブピースが固定される。その後、その下にタブピースがタック溶接されるが、これはパイプ内に電源ジャックを挿入することによって段差及び真円を補正した後に行われる。その後、残りのタブピースがパイプ円周に沿って溶接される。

しかしながら、従来技術によるパイプの結合作業は、大きなパイプが過度の重量（例えば約６００ｋｇ）及び長さ（例えば約６ｍ）を有していることから、真円度を補正するために別のクレーンなどの運搬装置を用いて大きなパイプを移動させることになる点で不便であり、また、パイプの形状、例えば、曲管、エルボー管、Ｔ字管などに応じて重心が体積中心からずれているという不均衡な状態があるために、たとえ作業者が熟練していても、パイプの高さ、角度、位置、揺れなどによりパイプの整合及び溶接の作業時間が長く掛かるという短所がある。

また、溶接工程での酸化及び窒化を防止するために、パイプ内の全空間に高価なアルゴン（Ａｒ）ガスが注入され、注入されたアルゴンガスはパイプの両側端部の開口部から大気中に放出されるので、ガスパージングの費用がかさむという問題がある。

上記を解決するために、本出願人は、特許文献１に開示されているような自動パイプ整合装置及び整合方法を提案した。

しかしながら、特許文献１の自動パイプ整合装置に関して、別のパイプに整合されるパイプのフィッティング部の重量に打ち勝ちながらパイプを整合することが困難であることが分かっている。

例えば、フィッティング部に相当するパイプの重量及び長さが約６００ｋｇ及び６ｍである場合、６自由度運動が実現されない場合が生じるが、その理由は、自動パイプ整合装置内に取り付けられているスチュワートプラットフォームなどの６軸パラレルロボットがフィッティング部の重量を支持できないからであり、それによって、パイプの整合または取付け（フィットアップ）ができない。ここで、６自由度運動とは、３軸並進運動及び３軸回転運動を含む。３軸並進運動は、Ｘ軸方向の前後の動き（サージ）と、Ｙ軸方向の左右の動き（スウェイ）と、Ｚ軸方向の上下の動き（ヒーブ）とを含み、３軸回転運動は、Ｘ軸方向を基準に回転する横揺れ（ローリング：ｒｏ）と、Ｙ軸方向を基準に回転する縦揺れ（ピッチング：ｐｉ）と、Ｚ軸方向を基準に回転する船首揺れ（ヨーイング：ｙａ）とを含む。

また、小型フィッティング部の整合のために、６軸パラレルロボットは、フィッティング部をパイプまで移動させることができるが、フィッティング部とウェイトバランサの上部の間に摩擦が発生する。それゆえ、フィッティング部及び自動パイプ整合装置に過剰な負荷が掛かることがあり、フィッティング部にスクラッチなどの損傷が生じることがあり、フィッティング部及び自動パイプ整合装置のクランピング位置が変わることがある。

更に、先行技術の自動パイプ整合装置は、別のウェイトバランサとの協働を考慮せず、単に自動パイプ整合装置によるパイプ自動整合方法のみを提示しているため、実際には、パイプをウェイトバランサと一緒に接合する方法について言及されていないことからパイプの自動整合を行う際に多くの困難が生じる。

例えば、先行技術のパイプ自動整合方法は、クランピング直前に装置のバランスを取るための動作が開示されていないので、クランピング位置が安定せず、真円の補正の精度またはパイプとフィッティング部間の整合の精度が比較的低いという短所を有する。

特に、先行技術の自動パイプ整合装置の説明に記載されているウェイトバランサは、単純な構造を含む。パイプに整合されるフィッティング部は上部に取り付けられ、ウェイトバランサは、フィッティング部をパイプと接触するように置くことによって継ぎ部を形成するように働くように地面の上を移動する。

しかしながら、ウェイトバランサが先行技術の自動パイプ整合装置に用いられる場合、ペイロードであるフィッティング部に対する荷重は積極的に低減されることができず、６自由度に対応するように並進運動または回転運動させる一方でフィッティング部を支持することができない。更に、フィッティング部を支持するウェイトバランサの上部は固定されており、その結果、上記したように、フィッティング部とウェイトバランサの上部の間に摩擦が発生するという問題が生じる。
韓国特許登録第６３９６０７号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、パイプの荷重を低減しながら、パイプを支持する２枚板タイプの作動板に６自由度を与えることによって、パイプの高さ、位置、傾き、揺れを精密に調整して溶接の品質を向上させることができるウェイトバランサを提供することにある。

本発明の別の目的は、複数のロードセルを用いて対応するシリンダのレベリング作業にウェイトバランシング作業が連動させているので手作業またはパイプ整合自動ロボットによるパイプの整合作業を迅速に行うように適応できるウェイトバランサを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、ウェイトバランサと自動パイプ整合装置を連動させて制御するように適応できるパイプの結合方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、荷重の減少、６自由度支持、並進運動、回転及び微調節の機能を有するウェイトバランサが、パイプ内壁に取り付けられかつ緻密な整合作業を行うことができるような自動パイプ整合装置と関連付けられているために、パイプの突き合わせ溶接前のフィットアップ作業を自動化することによって作業の効率を最大にするように適応できるパイプの結合方法を提供することにある。

本発明に従って、固定された被整合対象物に整合対象物を整合させるためのウェイトバランサであって、整合対象物を載置するための作動板と、作動板の下部に取り付けられる複数のロードセルと、ロードセルから発生した検出信号を受信し、整合対象物の情報を分析して、制御信号を発生させる制御部と、制御部から制御信号を受信して複数の圧力供給ラインそれぞれの作動圧力を制御する作動力駆動部と、作動力駆動部により制御される作動圧力の大きさに対応するように作動板の位置及び姿勢を調節するために圧力供給ラインに接続され、前記ロードセルをそれぞれ取り付けている複数のレベリングシリンダ及びバランシング装置とを含むウェイトバランサを提供する。

ウェイトバランサにおいては、レベリングシリンダ及びバランシング装置は、圧力調節が可能な空気バネ、長さの調節が可能な線形伝達装置であるリニアモータ、油圧サーボシリンダ、モータ及びラック・アンド・ピニオン機構、ボールスクリュから選択される任意のものである。

ウェイトバランサにおいては、傾き情報を入力するために制御部に接続されている傾きセンサが作動板に取り付けられている。

ウェイトバランサにおいては、レベリングシリンダ及びバランシング装置は、各々、本体フレームに取り付けられており、本体フレームの下部には複数の高さ調節軸と、ストッパ・リミットを有する移動ローラとが備えられている。

ウェイトバランサにおいては、作動板は、上板及び下板、並びに前記上板を前記下板に固定させるための固定ピンを含み、両板の間に複数の摺動接触部が配置されており、上板のエッジの底面にエッジビームが取り付けられている。そのため、前記上板は前記下板を基盤として有限な範囲内で平面方向に自由に動くことができる。

ウェイトバランサは、下板と本体フレームの間に取り付けられた複数のガイド部を更に含み、ガイド部の各々が、下板に結合されるボール型ピボットと、ボール型ピボットのボールから軸方向に沿って延在し、レベリングシリンダ及びバランシング装置の最大ストローク距離より相対的に更に長い軸長を有するガイド軸と、スライド挿入方式によってガイド軸に結合されるように本体フレームの上板に取り付けられているガイドブッシュとを有する。

ウェイトバランサにおいては、下板からの間隔を維持するための複数の間隔維持軸が、エッジビームに更に取り付けられている。

ウェイトバランサにおいては、上板は、脱着可能でありかつ整合対象物を支持する複数のローラ治具を配置するための複数の溝型取付孔を含み、溝型取付孔は、少なくとも直管、エルボー管、Ｔ字管を含む複数のパイプレイアウトの各形状に対応する配置間隔及び方向を有する。

本発明に従って、第１パイプ及び第２パイプが定盤及びウェイトバランサにそれぞれ配置され、第１パイプ内に適所に取り付けられるように自動パイプ整合装置が挿入されるようなパイプの結合方法であって、自動パイプ整合装置を駆動した後に停止する作業位置を確認するように感知するステップと、自動パイプ整合装置を水平に維持するための真円補正装置を拡張するステップと、第１及び第２の各パイプの真円を補正するステップと、整合のために第１及び第２の両パイプ間に形成される継ぎ部の形状を１次計測するステップと、１次計測の結果に対応するように第２パイプを第１パイプに整合させるステップと、整合されているものを確認するために継ぎ部の形状を２次計測するステップと、２次計測の結果値が予め設定した許容範囲に含まれるときに自動パイプ整合装置を密閉し、溶接のためにガスを注入するステップとを含むパイプの結合方法を提供する。ここで、前記ウエイトバランサは、前記第２パイプを載置するための作動板を含み、前記作動板は上板及び下板を備え、前記上板及び下板の間に複数の摺動接触部が配列されており、前記上板のエッジの底面にエッジビームが取り付けられているため、前記上板は前記下板を基盤として平面方向に自由に動くことができる。

パイプの結合方法は、第１及び第２の両パイプの真円を補正するステップの前に前方の真円補正装置の内圧部材が第２パイプ内に配置されるように継手部の第１及び第２のパイプ間の間隔を調節する間隔調節装置を前方（第１パイプ内部の中心から第２パイプ内部の中心に向かう方向）に動かすステップを更に含む。

パイプの結合方法は、パイプを整合させるステップにおいて、第１パイプと第２パイプ間の間隔及び段差が溶接されることができるように第１パイプ及び第２パイプを整合させる細部整合ステップを更に含み、細部整合ステップが、第１パイプから離れるように第２パイプを第２パイプ内部の中心から第１パイプ内部の中心に向かうＸ軸方向に移動させるステップと、目標の姿勢に変換されるための回転成分の値に対応するように第２パイプを回転させるステップと、目標の姿勢に対する上板平面方向及びＸ軸方向に垂直なＺ軸方向及び上板平面と並行でありＸ軸方向に垂直なＹ軸方向の運動値に対応するように第２パイプを移動させるステップと、Ｘ軸方向におけるオフセットを最終的調整するステップとを含む。

パイプの結合方法において、ウェイトバランサは、ウェイトバランサで感知された荷重及び傾き情報のフィードバックを受信し、統合制御部を介して送信された自動パイプ整合装置の動作情報を受信し、その後、情報は、ウェイトバランサを自動パイプ整合装置に連動させるために、バランシングシリンダの動作制御値を算出するため及びウェイトバランサを水平にするために必要な条件値として用いられる。

パイプの結合方法において、２次計測された結果値が許容範囲に含まれていない場合に、２次計測の結果が許容範囲に含まれているか否かをチェックするステップが、第２パイプ整合ステップを再び行った後に繰り返し行われる。

パイプの結合方法において、作業位置を確認するステップにおいてレーザビームが用いられる。

本発明のパイプの結合方法は、重量超過のフィッティング部をパイプに精密に整合させる具体的な方法を提示することによって、整合エラーを取り除くことを可能にするという効果を奏する。

更に、本発明のパイプの結合方法は、パイプとフィッティング部の間のクロス干渉による誤作動を生じさせないので、パイプの整合品質を最大化させることができ、溶接の品質を向上させることができるという長所がある。

更に、本発明のパイプの結合方法は、統合制御部を採用し、ウェイトバランサと自動パイプ整合装置を連動させているので、静的または動的荷重、傾き、揺れ、重量または重量不均衡が減少した状態で、フィッティング部とパイプとを速やかに配置することができるという効果が得られる。

（ウェイトバランサ）

以下に、本発明の好適な実施形態によるウェイトバランサについて、添付する図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態によるウェイトバランサ１００は、箱形の本体フレーム１１０内に、制御部１２０及び作動力駆動部１３０を備えている。

制御部１２０は、外部電源または自家電源、例えば蓄電池と連結され、種々のセンサ、作動力駆動部１３０、レベリング／バランシング動作処理モジュール、入／出力回路構成などに用いられることができる作動電力を発生させるような電力供給回路を有する。

制御部１２０のレベリング／バランシング動作処理モジュールは、静的荷重、例えば上下方向に伝達される単一荷重、または動的荷重、例えばセンサインターフェースを介して入力された種々のセンサ、例えば、傾きセンサ１４２またはロードセル１４５、１４６の検出信号を用いて、作動板１８０に入力された並進運動（サージ、スウェイ、ヒーブ）及び回転運動（ロール、ピッチ、ヨー）によって複合的に伝達される複数の荷重を分析し、次に、静的または動的荷重、傾き及び揺れを低減または制御するストローク調節信号などのシリンダ制御信号を作動力駆動部１３０に送信する役割をする。

ロードセル１４５、１４６は、パイプなどの荷重を検出し、電気的信号に変換された検出信号を制御部１２０に送信するように働く。

制御部１２０のレベリング／バランシング動作処理モジュールは、少なくとも１つの一般的な自動レギュレータまたはそれと等価なものである場合があるが、それに限定されるものではない。

制御部１２０は、作動力駆動部１３０と、複数個、例えば８個のロードセル１４５、１４６及び表示部１７０を後述する作動方法に対応するように制御するコンピュータなどの構成を有するレベリング／バランシング動作処理モジュールと、制御部１２０に電気的に接続されているようなセンサインターフェース、電源スイッチ、複数の操作スイッチ、ボタンなど入力回路構成とを含む。

制御部１２０は、ウェイトバランサ１００の作動状態に対応するアナログ信号を表示部１７０のディスプレイ装置及び種々の動作ランプに送信するための一般的な出力回路構成を有する。

作動力駆動部１３０は、外部作動源（図示せず）、例えば、空圧ポンプ、油圧ポンプなどから作動圧力が供給されるように接続されている接続ライン構成と、接続ライン構成の圧力供給ライン（図示せず）に各々取り付けられている複数個、例えば８個の電子弁の開閉を選択的かつ精密に制御しながら、作動圧力の大きさまたは増減を調整する駆動回路構成とを含む。

ここで、圧力供給ラインの一方の側のラインは、作動力駆動部１３０の一方の側のポートで各レベリングシリンダ１５０に接続され、圧力供給ラインの他方の側のラインは、作動力駆動部１３０の他方の側のポートで各バランシング装置１６０に接続されている。

作動力駆動部１３０は、制御部１２０のシリンダ制御信号に対応するように関連する圧力供給ラインの電子弁の開閉を精密に制御するので、作動力駆動部１３０は、複数個、例えば４個のレベリングシリンダ１５０と複数個、例えば４個のバランシング装置１６０の軸方向の力を、関連する作動圧力の大きさに対応するように変化させるか、または伸縮方向の軸長を変えるように働く。

本発明の説明において、レベリングまたはウェイトバランシングの役割を果たす関連するレベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０は、パイプの荷重を低減するか、またはパイプの荷重と同じ大きさの軸方向の力を重力方向と反対の方向に発生させ、それによってパイプの荷重とシリンダの荷重との和が０になるようにすることによって作動圧力が供給されるシリンダケーシング内のピストンにより作動軸を直線的に移動させるアクチュエータとして理解されよう。

即ち、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０は、作動軸を有限ストローク距離内で軸方向に上昇（例えば前進作動）または下降（例えば後進作動）させるか、またはベローズチューブを上下方向に動かすことによって、（それが、制御部１２０によって制御されるような外部作動源、例えば、空圧、油圧、その他の流体圧から供給される作動圧力を調節するので、）有限ストローク距離内で軸長を伸縮させるような圧力装置である。

更に、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０は、ボールスクリュ軸及びボールスクリュ軸に螺合されているボールスクリュナットブロックを回転させるサーボモータまたはリニアモータなどのように電気的に構成されることができ、油圧サーボシリンダのように空圧式であるように構成されることができ、ボールスクリュナットブロックが上下するときに作動板１８０のレベリング及びウェイトバランシングを行うように構成されることができる。

即ち、本実施形態において空圧式構成を用いる場合、レベリングシリンダ１５０及び複数のバランシング装置１６０は、圧力調節が可能な空気バネ、長さの調節が可能な線形伝達装置であるリニアモータ、油圧サーボシリンダ、モータ及びラック・アンド・ピニオン機構、ボールスクリュから選択される任意のものであることが好ましい。

特に、本発明におけるバランシング装置１６０は、空気圧の注入または放出を制御するので、ベローズチューブを軸方向に伸縮させることができるチューブタイプの復元バネが使用され得る。

レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０のそれぞれの作動軸の伸張または縮小長さは、ロードセル１４５、１４６で発生した検出信号の大きさに対応するように制御部１２０のストローク調節信号により調節されることが好ましい。

更に、傾きセンサ１４２や水準器などが作動板１８０の中心に更に取り付けられることが好ましい。

例えば、傾きセンサ１４２の場合、傾きセンサ１４２で発生されかつ検出される検出信号、例えば傾き情報は、関連する入力電線及びセンサインターフェースを介して制御部１２０に入力される。

更に、本発明では、手動すべり弁、ＦＲＬ、圧力スイッチ、吸音器、マニホールド、分配器、フィルタ、消音器などが、外部作動源とレベリングシリンダ１５０とバランシング装置１６０の間に、一般的な圧力回路構成及び結合技術を用いて、更に取り付けられることが好ましい。

各ロードセル１４５、１４６は、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０の作動軸に取り付けられ、関連する入力電線及びセンサインターフェースを介して、制御部１２０に、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０のそれぞれの作動軸に加えられる荷重に対応するように発生及び検出された測定荷重などの電気的検出信号を入力する。

表示部１７０は、制御部１２０から入力された出力信号に対応するように、作動力駆動部１３０、ロードセル１４５、１４６、レベリングシリンダ１５０、バランシング装置１６０のそれぞれの作動状態を表示するように働く。

図２を参照すると、本体フレーム１１０は、その下部に位置しかつネジ締め式で可変幅が数百ミリメートル（ｍｍ）であるような複数の高さ調節軸１１１と、本体フレーム１１０を自由に動かすためのストッパ機構を有する移動ローラ１１２とを更に含むことが好ましい。

更に、本体フレーム１１０は、その側面に複数のハンドルバー１１３を更に形成していることが好ましい。

２枚板タイプであり、治具として働く作動板１８０は、本体フレーム１１０の上部に取り付けられる。

作動板１８０は、ロードセル１４５、１４６をそれぞれ有するレベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０によって支持される。

複数のガイド部１９０が、詳細に後述する構成及び結合関係に従って、レベリングシリンダ１５０またはバランシング装置１６０の軸の伸縮をガイドするように働く。

図３に示すように、作動板１８０は、上述したように２枚板タイプの治具であり、上板１８１と、下板１８２と、エッジビーム１８３とを含む。

上板１８１は、本体フレーム１１０の表面積と同じかそれに近い表面積を有する定盤タイプの板部材である。

上板１８１は、種々の形状のパイプのうち関連するパイプ（例えば、整合対象物に対応する図６の第２パイプ１３を参照）の形状に対応するように支持し、パイプの自重、形状及び配列位置によってパイプを軸方向または直径方向に動かないようにする代わりにパイプをパイプの円周方向に回転させることができるような、複数のローラ治具１８４に結合されている。

ローラ治具１８４を結合するために、上板１８１の上面に、複数の溝型取付孔Ｈが形成されているが、これは、ローラ治具１８４の基底ボス（突起）がそれぞれその中に挿入された後、基底ボスの軸方向を基準にローラ治具１８４が回転できるように、軸受タイプのものである。

溝型取付孔Ｈは、その配置間隔、方向及び個数に従って、上板１８１の上面上に、格子型、螺旋型、設計型のうち任意の１つの配置形式で配置されることができる。

例えば、配置形式がデザインタイプである場合、上板１８１の上面上には、直管レイアウト１０３のための第１群の溝型取付孔Ｈ１〜Ｈ１０と、エルボー管レイアウト１０４のための第２群の溝型取付孔Ｈ１１〜Ｈ２０と、Ｔ字管レイアウト１０５のための第３群の溝型取付孔Ｈ２１〜Ｈ２３とが、図５に示すように、配置されることができる。

即ち、溝型取付孔Ｈ１〜Ｈ２２は、少なくとも直管、エルボー管、Ｔ字管を含む複数のパイプレイアウト１０３、１０４、１０５のそれぞれの形状に対応した配置間隔及び方向を有することが好ましい。

図３を参照すると、上板１８１の下部に、上板１８１の表面積より小さな表面積を有する下板１８２が位置している。下板１８２の上面には、格子型、螺旋型などの配置形式を有する複数の摺動接触部１８５が配置されている。

摺動接触部１８５は、下板１８２を基盤として上板１８１を支持し、上板１８１は、摺動接触部１８５によって平面方向に自由に動くことができる。この点で、摺動接触部１８５は、上板１８１の底面とそれぞれ点または線接触する部材であって、ボール軸受、スラスト軸受、キャスタなどから選択される任意の１つであることが好ましい。

例えば、ボール軸受の場合、下板１８２の上面には、摺動接触部１８５の配置形式と同じ様に複数の軸受定着溝１８６が形成され、固定リングが軸受定着溝１８６の周囲にそれぞれ結合されている。このように、固定リングによりボール軸受の離脱を防止した状態でボール軸受の動作を安定させるようにすることが好ましい。例えば、固定リングの結合において、その内側エッジには下方に突出した雄ネジが形成され、雄ネジと係合されることができる雌ネジが、軸受定着溝１８６の内周面に形成されることが好ましい。

エッジビーム１８３は、矩形のリング軸の形状を含み、下板１８２の側辺と離隔空間とを維持できるような大きさを有し、下板１８２の厚さより相対的に厚い厚さを有し、上板１８１のエッジ底面に取り付けられる。

エッジビーム１８３は、複数の補強ビーム１８７を更に含み、そのヘッド部は、その４辺の中央部の底面から作動板１８０の中心を向いている。ここで、各補強ビーム１８７は、溶接によりエッジビーム１８３の底面に固定される。

ここからは、上板１８１と、下板１８２と、エッジビーム１８３との結合関係について説明する。

下板１８２は、エッジビーム１８３の内側に配置され、エッジビーム１８３に固定されている補強ビーム１８７は、下板１８２が下方に離脱することを防止している。

上板１８１は、その側辺がエッジビーム１８３の側面にそれぞれ一致するように、エッジビーム１８３の上面に置かれる。

次に、上板１８１とエッジビーム１８３を結合する方法において、上板１８１の側辺部とエッジビーム１８３とに形成される複数のボルト孔１８８と、ボルト孔１８８に係合されることができる固定ボルトとが用いられる。

このとき、摺動接触部１８５を有する下板１８２の上面は、上板１８１の底面と平行であるように維持され、両表面は互いから離間している。

摺動接触部１８５によって、上板１８１は、下板１８２を基準にＸ−Ｙ軸が通過するＸ−Ｙ平面方向に沿って有限範囲内で平面方向に摺動することができ、即ち、Ｘ軸またはＹ軸方向に動くことができ、上板１８１は、例えば回転基準軸としてＺ軸を基準にヨーイングのために自由に回転可能な状態であるように構成される。

更に、上板１８１は、下板１８２との結合関係下で、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０からレベリングまたはウェイトバランシングのための上昇力及び下降力を受け取ることができる。それゆえ、Ｚ軸方向に動くことができ、あるいは、回転基準軸としてＸ軸を基準にしたローリングまたは回転基準軸としてＹ軸を基準にしたピッチングなどの回転が可能な状態になる。

ここで、軸方向運動とは、関連するＸ、ＹまたはＺ軸方向に沿って動くことを意味し、回転基準軸は、回転の主軸を指す。

一方で、作業者が手作業でパイプを整合するとき、パイプを動かす必要がある。これに関して、従来技術では、パイプを支持するＹ字ブロックなどの簡易治具を移動させることになり、作業時間が長いという問題がある。そして、単純なウェイトバランシングを除く別個の並進運動及び回転のために、パイプ整合作業を可能にするように別のクレーンの助けを借りて整合されることになるパイプに現行の多軸運動などの複雑な動きが与えられるという短所があった。

しかしながら、本発明では、作動板１８０の上板１８１及びその上に置かれるパイプなどの整合対象物（図６に示す第２パイプ１３）が、Ｘ軸運動、Ｙ軸運動、ヨーイングを、摺動接触部１８５の助けを借りて、以下の予め設計される範囲内でできるようにし、同時に、レベリングシリンダ１５０またはバランシング装置１６０によって、Ｚ軸運動、ローリング、ピッチングを可能にする。このとき、作動板１８０の下板１８２は、下板１８２が本体フレーム１１０を基準にＸ軸運動、Ｙ軸運動及びヨーイングできないように、ガイド部１９０によってバランスを維持することができる。

結局のところ、本発明のウェイトバランサは、作動板１８０によるレベリングとウェイトバランシングのみならず、パイプ整合と完全に連動され得る特徴を有する。

予め設計される範囲とは、Ｘ軸運動またはサージタイプの並進運動は例えば±２０ｍｍ、Ｙ軸運動またはスウェータイプの並進運動は例えば±２０ｍｍ、Ｚ軸運動またはヒーブタイプの並進運動は例えば±２０ｍｍ、ロール角度は例えば±１.５゜、ピッチ角度は例えば±１.５゜、ヨー角度は例えば±５゜のように、設定されるパイプの直径、例えば６００〜８００ｍｍを基準にして、設定される測定値において画定される作業領域範囲あることが理解できよう。ただし、作業領域範囲の測定値は、例示的でしかなく、これに限定されるものではない。

図４の拡大された円「Ａ」に示すように、複数の間隔維持軸１８９、例えば、スペーサ、スクリューシャフトなどが、エッジビーム１８３の幅方向に貫通している取付孔、例えばネジ孔を介して、エッジビーム１８３に更に取り付けられることが好ましい。

これを詳細に説明すれば、間隔維持軸１８９は、エッジビーム１８３の４辺の中央部をそれぞれ貫通する取付孔に螺合されている。間隔維持軸１８９は、そのネジ回転に対応する軸方向の運動により、エッジビーム１８３の内面から突出する長さを調節することができる。

即ち、間隔維持軸１８９は、六角ボルト型ヘッド部位とネジ本体軸とを含む。取付孔内で作業者によってネジ回転がなされるとき、間隔維持軸１８９は、下板１８２から前または後に動く。更に、六角ボルト型ヘッド部位の反対側を基準に間隔維持軸１８９のネジ本体軸の端部にはエンドブロック１８９ａが結合される。

間隔維持軸１８９のエンドブロック１８９ａと下板１８２との間の離間距離は、間隔維持軸１８９の軸方向運動の比率に応じて調節される。エンドブロック１８９ａは、衝撃を弱めるために弾性材料で製作されることができる。

間隔維持軸１８９は、上述した上板１８１の運動または回転を設定された範囲内で制限するか、上板１８１がエッジビーム１８３の内面または下板１８２と衝突しないようにするように働く。

作動板１８０は、上述したように、レベリングシリンダ１５０またはバランシング装置１６０によって機能的に支持される。

ここからは、これに対する機械的結合関係について、より詳細に説明する。

再び図３を参照すると、複数のガイド部１９０が、作動板１８０の下板１８２の底面に位置する複数の結合基準部を基準に結合され、複数のロードセル１４５、１４６が、下板１８２の底面に位置する接触領域の下部を基準に配置されている。

例えば、ガイド部１９０は、ガイド軸１９１とガイドブッシュ１９２とを含む。ガイドブッシュ１９２は、本体フレーム１１０の上板１１９に設けられ、ガイドブッシュ１９２のガイド孔は、スライド挿入方式でガイド軸１９１が結合される。ガイド軸１９１の上端にボール型ピボット１９３が設けられている。

ここで、ガイド軸１９１は、後述するボール型ピボット１９３のボールから軸方向に沿って延在し、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０の最大ストローク距離より相対的に更に長い軸長を有していることが好ましい。

ボール型ピボット１９３は、ボールハウジングとボールとを含み、ボールは、ボールハウジング内で自由に動くことできるように保護されており、ガイド軸１９１の端部がボールハウジングの開口部に入って、ボールの球面と一体となって結合される。

ボールハウジングは、下板１８２の固定位置に固定されるが、ボールハウジング内部のボールは、ボールハウジング内の空間を自由に動くことができるので、ガイド軸１９１により歪み応力を受けずに、軸方向に回転しかつ傾けられるようになり、それにより、下板１８２の昇降作動はガイド軸１９１とガイドブッシュ１９２によりガイドされる。更に、下板１８２を含む作動板１８０全体の傾き、例えばピッチングやローリングは、ボール型ピボット１９３を基準に行われることができる。

即ち、ボール型ピボット１９３によって、ガイド軸１９１は、作動板１８０の下板１８２を軸方向に支持しながら、ガイドブッシュ１９２と共にガイドとしての役割を果たすことができ、作動板１８０が有限な角度範囲内で傾けられることができるようにする。

一方、ロードセル１４５、１４６は、下板１８２を接触しながら支持することができるだけであるが、そこに固定はされていない。

例えば、複数のロードセル１４５、１４６のうち、一方の側に配置されているロードセル１４５は、レベリングシリンダ１５０のためのものであって、作動板１８０の一方の側の部分、より詳細には、作動板１８０の下板１８２の中央接触領域の下部に配置され、即ち、中央配置に基づく。レベリングシリンダ１５０のシリンダケーシングは、本体フレーム１１０の上板１１９の一部分のような中央部分で一定の配置間隔を維持するように固定される。このとき、レベリングシリンダ１５０のシリンダケーシングは、本体フレーム１１０の内側に位置する。これに対し、レベリングシリンダ１５０の各作動軸は、本体フレーム１１０の上板１１９の作動軸ブッシュを通過するので、作動軸は、ロードセル１４５と結合されるように上板１１９の上側に突出される。

特に、レベリングシリンダ１５０が複数個、例えば４個あり、本体フレーム１１０の上板１１９の中心を基準に一定の配置間隔を維持するときには、Ｘ軸方向の配置間隔は、パイプの軸方向を考慮してＹ軸方向の配置間隔より相対的に大きいことが好ましい。

レベリングシリンダ１５０は、作動力駆動部から供給される作動圧力の大きさに対応するように、作動板１８０の位置を調節することによって整合対象物に相当する第２パイプ１３の高さが目標値に到達するように働くことができる。

一方、ロードセル１４５、１４６のうち、他方の側に配置されているロードセル１４６は、バランシング装置１６０のためのものであって、作動板１８０の他方の側の部分、より詳細には、作動板１８０の下板１８２の隅側の接触領域の下部に配置され、即ち、隅配置に基づく。各ロードセル１４６は、隅配置に基づいてバランシング装置１６０の作動軸と結合される。このとき、バランシング装置１６０のシリンダケーシングは、本体フレーム１１０の上板１１９の他方の側部分などの隅部分に固定及び支持される。

バランシング装置１６０は、作動力駆動部から供給される作動圧力の大きさに対応するように、作動板１８０の傾斜及び揺れを防止する役割を果たすことができる。

このとき、上述したように、上板１８１、下板１８２、エッジビーム１８３、摺動接触部１８５、補強ビーム１８７を備えた作動板１８０と、ガイド部１９０のボール型ピボット１９３との間の結合関係特性、または作動板１８０とロードセル１４５、１４６との結合関係特性によって、有限な範囲内で６自由度を得ることができる。

即ち、本実施形態の６自由度を有する作動板１８０は、並進運動及び回転にも敏感に対応する動きを有し、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０によるレベリング及びウェイトバランシングを行う治具としての役割を果たすので、より精密かつ迅速なレベリングとウェイトバランシングを行うことができる。

図６に示すように、第１パイプ１２が運搬手段などによって運ばれて定盤１１上に載置され、ウェイトバランサ１００には電力が印加され、外部作動源から作動圧力が供給されて、レベリングとウェイトバランシングを行える整合待ち状態となる。上述したように、上板１８１、下板１８２及び摺動接触部により、下板１８２とガイド部１９０のボール型ピボットの結合関係、下板１８２とロードセル１４５、１４６とが固定されていないような構造的関係やその他によって、作動板１８０は、地面の上に置かれた本体フレーム１１０を基準に、６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ｒｏ、ｐｉ、ｙａ）を有するように、有限または予め設計された範囲内で受動的な動きを含む。

作動板１８０の受動的な動きとは、作動板１８０が、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０の作動力または例えば作業者によって供給される手動力により動くようにされるか、あるいは作動板が、自動パイプ整合ロボットに対して必要な作動力を受け取ることによって有限範囲内で動くことであると定義される。

定盤１１の高さとウェイトバランサ１００の作動板１８０の高さは、予め一致させてあり、本発明において言及した目標値は、定盤１１の高さが作動板１８０に一致する高さであり、または、定盤１１上の第１パイプ１２が作動板１８０上の第２パイプ１３に一致する高さを基準に予め設定されることができ、測定はウェイトバランサ１００に限定されるものではない。

第２パイプ１３が運搬手段などによって運ばれかつロードされるとき、作動板１８０は、第２パイプ１３の重量または重量不均衡によって下に下がるかまたは傾けられ、このとき、第２パイプ１３の正確な重量は、作動板１８０を介してロードセル１４５、１４６によって検出される。

その後、自動パイプ整合装置１０が第１パイプ１２内に入れられ、次に、自動パイプ整合装置１０が第２パイプ１３に動くときに動的荷重がロードセル１４５、１４６上で検出される。

更に、自動パイプ整合装置１０は、第１及び第２パイプ１２、１３に完全に取り付けられ、第１及び第２パイプ１２、１３のルート間隔及び段差補正のために整合機能が始まるならば、ウェイトバランサ１００は、第１及び第２パイプ１２、１３を容易に配置されることができかつ定盤１１の高さと作動板１８０の高さとが第２パイプ１３の動きを助けるために固定されるように、静的または動的荷重によって生じる並進運動及び回転を低減する。

例えば、ウェイトバランサ１００は、ロードセル１４５、１４６から検出された静的または動的荷重と、傾きセンサ１４２で検出された第２パイプ１３または作動板１８０の傾き情報とを、制御部に入力する。

制御部のレベリング／バランシング動作処理モジュールは、上述したように、ロードセル１４５、１４６及び傾きセンサ１４２の各検出信号を用いることによって、上板１８１及びその上に載置される第２パイプ１３の複合的な動き及び荷重を低減または除去するためのストローク調節信号などのシリンダ制御信号を発生させる。その後、制御部のレベリング／バランシング動作処理モジュールは、発生させた信号を作動力駆動部１３０に送信する。

ここで、シリンダ制御信号は、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０の作動軸の、前進作動量、例えば軸長伸び量または後進作動量、例えば軸長縮み量を調節するためのものである。シリンダ制御信号は、電気的信号に変換されることになるダンピングまたは水平調節システムか、または一般的な自動調整装置において用いられる一般的なソフトウェアアルゴリズムによって獲得されるかまたは算出される。

作動力駆動部は、送信されたシリンダ制御信号に対応するように電磁弁の開閉及び作動圧力の増減制御を行う。結局、作動力駆動部は、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０の作動軸の長さの伸縮を調節し、その結果、作動板１８０を介して伝達された静的または動的荷重、傾き及び揺れを減少させ、それによって第１パイプ１２と第２パイプ１３とが一貫して配置されるのに役立つ。

即ち、複数のレベリングシリンダ１５０は、作動板１８０の高さ、位置、方向を調節して、荷重が減少するか、または第２パイプ１３の高さが固定されるようにする。例えば、予め記録されて格納されている目標値よりも荷重が大きい一方の側のレベリングシリンダ１５０に、作動圧力が相対的に多く加えられ、それによってレベリングシリンダの一方の側のレベルを他方の側と一致させる。それに加えて、複数のバランシング装置１６０は、作動板１８０の高さ、位置、方向、傾き、揺れを微細に調節してバランスを調整する、即ち、第２パイプ１３の傾き及び揺れを防止するように働く。例えば、予め記録されて格納されている目標値と傾き及び揺れが異なる場所の一方の側または他方の側のバランシング装置１６０を基準に、一般的な傾斜角調整アルゴリズム及びダムダンピング防止アルゴリズムのそれぞれに対応するように空気圧が増減され、それゆえ、作動板１８０の並進運動及び回転が弱められる。

表示部１７０は、ロードセル１４５、１４６または傾きセンサ１４２から検知された種々の測定値を表示する役割をする。もちろん、表示部１７０は、第２パイプ１３のレベリング及びバランシングに関して、測定値を表示または出力でき、これは制御部により演算処理される。というのも、ロードセル１４５、１４６から検出される測定値は、制御部に入力されるからである。

上記したような本発明のウェイトバランサは、重量パイプを整合または溶接する作業を行うとき、複数のロードセルを有するバランシング装置及びレベリングシリンダによって、パイプを整合させるときに発生する荷重を低減し、パイプの高さ及び位置を正確に調節するかまたは揺れ及び傾きを防止する。

更に、本発明のウェイトバランサは、関連するパイプの形状を適応させつつ関連するパイプが支持されることができるように、複数のローラ治具を作動板に脱着し、ローラ治具を作動板上で配置することができ、それゆえ、ウェイトバランサは、特定形状のパイプと同様に多様な形状のパイプを配置する作業において用いられることができる。

更に、本発明によるウェイトバランサは、作動板を用いるが、これは、２枚板タイプのもので、６自由度を有し、作動板の上板及び第２パイプが予め設計されている範囲内で動くことができるようにパイプ支持治具として有限範囲内で微細に動くことができる。それゆえ、ウェイトバランシングとレベリングを行いながら本体フレーム全体を動かす不便さを取り除くことが可能であり、作動板の上板はパイプ整合と完全に連動されることができるので、パイプの配置が容易であるという構造的特徴を有する。

従って、本発明によるウェイトバランサは、パイプの高さ及び位置の精度を向上させることができ、加えて、溶接の品質も向上させることができるという効果がある。

（パイプの結合方法）

以下、ウェイトバランサと自動パイプ整合装置を連動させて制御するパイプの結合方法について添付する図面を参照して詳細に説明する。

図７は、パイプの結合方法を説明するブロック図であり、図８Ａないし図８Ｎは、パイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。

先ず、図６に示すように、本発明によるパイプの結合方法は、ウェイトバランサ１００と自動パイプ整合装置１０及びこれらを連動させるために統合制御を行う統合制御部３０及びその他の装置的構成を含むことができる。

本発明に必要な装置構成のうち、定盤１１は、ウェイトバランサ１００に対応する高さを有するが、国際規格を満たす標準的な定盤であることが好ましい。

第１パイプ１２は、定盤１１に載せられている１本のパイプまたはそれに相当するもの、例えば、種々のサイズの管部材または連結管など指す。

第２パイプ１３は、第１パイプ１２と共に継ぎ部を形成し、別のパイプまたはそれに相当するもの、例えば、Ｔ字状管、エルボー管、拡張管、縮小管などであり、これは第１パイプ１２に対応するように配置及び整合される。

上述したように、ウェイトバランサ１００は、パイプの荷重の減少、６自由度の支持、並進運動、回転運動及び微細調節機能を有するように、複数のロードセル、傾きセンサ、レベリングシリンダ、バランシングシリンダ、制御部１２０、作動力駆動部、２枚板タイプの作動板１８０などを含む。作動板１８０は、上板、下板、エッジビーム、上板を下板に固定させるための固定ピン２１９などを含む。

実際には、第２パイプ１３は、作動板１８０の上板に載置される。固定ピン２１９が除去されれば、上板は、下板上に位置する複数の摺動接触部を介して自由に動くことができる。下板は、ウェイトバランサ１００のレベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０により支持されている。固定ピン１９の連結または除去に応じて、固定ピン１９は、下板を基準に上板を固定された状態かまたは自由に動くことができる自由状態に維持するように働く。

自動パイプ整合装置１０は、後述するパイプの結合方法を実質的に実現することができるハードウェア的手段であって、特許文献１に開示された自動パイプ整合装置であることがある。このような理由で、自動パイプ整合装置１０についての説明は、特許文献１に明確、かつ、詳細に説明されているので、絶対的に必要な内容以外は本実施形態の簡略化のために省略する。

例えば、自動パイプ整合装置１０は、複数のクランピング／真円補正装置、複数の密閉装置、駆動装置、ガイド装置、６軸パラレルロボットのような間隔調節装置、検査装置、グラインダ装置、保護装置、制御部２１などを有する。

統合制御部３０は、別のコントローラボックスに取り付けられることができ、あるいはウェイトバランサ１００の制御部１２０または自動パイプ整合装置１０の制御部２１のいずれか一方において集積回路装置として製作されることができる。

統合制御部３０は、ウェイトバランサ１００の制御部１２０及び自動パイプ整合装置１０の制御部２１と接続されており、その統合制御信号、例えば自動パイプ整合装置の作動情報などを互いに送信させる仲裁者としての役割を果たす。このため、統合制御部３０は、回路電源モジュールと、通信モジュールと、入出力モジュールと、統合モーション制御モジュールとを含む。

図７に示すように、本発明によるパイプの結合方法は、上述したような装置構成により実現されることができる。

本発明によるパイプの結合方法は、セッティングのための第１のステップ（Ｓ１０）と、自動パイプ整合装置を前進させる第２のステップ（Ｓ２０）と、作業位置を確認する第３のステップ（Ｓ３０）と、レベリング（水平維持）のために両真円補正装置を拡張する第４のステップ（Ｓ４０）と、間隔調節装置を前方に移動させる第５のステップ（Ｓ５０）と、パイプの真円を補正する第６のステップ（Ｓ６０）と、フィッティング部の真円を補正する第７のステップ（Ｓ７０）と、整合のために継ぎ部形状を１次計測する第８のステップ（Ｓ８０）と、フィッティング部をパイプに整合する第９のステップ（Ｓ９０）と、整合確認のために継ぎ部形状を２次計測する第１０のステップ（Ｓ１００）と、２次計測による結果値を予め定められた許容範囲と比較することによってチェックする第１１のステップ（Ｓ１１０）と、溶接のために密閉及びガス噴射する第１２のステップ（Ｓ１２０）と、ブラシ作業及び吸込みの第１３のステップ（Ｓ１３０）と、クランピングを解除し、間隔調節装置を初期化する第１４のステップ（Ｓ１４０）と、自動パイプ整合装置を後退させる第１５のステップ（Ｓ１５０）とを含む。

セッティング−第１のステップ（Ｓ１０）

図８Ａに示すように、基本的には、作業者が作業の準備を行う。

作業者は、定盤１１上に第１パイプ１２を載置する。作業者は、第１パイプ１２に整合させようとする他のパイプに相当する第２パイプ１３をウェイトバランサ１００上に載置する。ここで、ウェイトバランサ１００は、第１パイプ１２と仮想線上で互いに一致するように、作業場の地面上で定盤１１を基準として直列に配置される。そして、第１パイプ１２及び第２パイプ１３は、作業者によって、間に許容間隔（ｇ）を設けて互いに接触させられる。ウェイトバランサ１００は、上述したように、２枚板タイプの治具に対応する作動板１８０を含む。固定ピン２１９は、上板をウェイトバランサ１００の下板を基準に固定された状態に維持している。

このような状態で、ウェイトバランサ１００は、ウェイトバランサ１００で検知された荷重及び傾き情報のフィードバックを受信し、統合制御部を介して送信されてきた自動パイプ整合装置１０の作動情報を受信し、その後、これらの情報をウェイトバランサ１００のレベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１６０の作動制御値の算出に必要な条件値として用いる。そして、ウェイトバランサ１００は、自動パイプ整合装置１０と連動されている。計算の結果、作動板１８０を介して伝達された第２パイプ１３の静的または動的荷重、傾き及び揺れ、重量または重量不均衡が減少され、それによって、第２パイプ１３と第１パイプ１２の間の配置または整合を助けるようなバランサ動作（以下、「バランサ動作」と呼ぶ。）を行う。

ウェイトバランサ１００のバランサ動作は、以下の自動パイプ整合装置１０の各動作ステップに連動して行われ得る。

一方、作業者は、作業台車４０を用いて、自動パイプ整合装置１０を第１パイプ１２内に挿入する。

その後、作業者は、統合制御部、ウェイトバランサ１００及び自動パイプ整合装置１０の各システムをオンにする。

この場合、自動パイプ整合装置１０は、初期化動作を開始し、その後、自動パイプ整合装置１０に搭載されている検査装置のＬＶＳ（Laser Vision System：レーザヴィジョンシステム）からレーザビーム２２が放射される。

ここで、放射されたレーザビーム２２は、作業台車４０の片腕ホルダ部と第１パイプ１２とが重なる部分を通過して投影されることが好ましい。

自動パイプ整合装置を前進させる−第２のステップ（Ｓ２０）

図８Ｂに示すように、第１パイプ１２内に挿入された自動パイプ整合装置１０は、自動パイプ整合装置１０の前方部分にガイド装置を備え、自動パイプ整合装置１０の後方部分に駆動装置を備えている。

自動パイプ整合装置１０は、その制御部に予めプログラムされている駆動アルゴリズムにより、ガイド装置及び駆動装置のホイールを第１パイプ１２の内周面に密着するように作動させる。その後、駆動力がホイールに伝達される。この場合、自動パイプ整合装置１０は、第１パイプ１２と第２パイプ１３との間の連結部へ自律走行を始める。

自動パイプ整合装置１０は、動作途中に放射されたレーザビーム２２の画像検出を行う。走行は、自動パイプ整合装置１０の両端に位置するクランピング／真円補正装置の間の中心に相当するレーザビーム２２の中心が第１パイプ１２と第２パイプ１３の連結部に配置されるまでを続く。

このとき、ウェイトバランサ１００において、上板固定ピン２１９が、上板及びその上の第２パイプ１３を固定された状態に維持する。

作業位置を確認する−第３のステップ（Ｓ３０）

図８Ｃに示すように、自動パイプ整合装置は、作業位置確認を行う、即ち、前方への移動即ち走行の後にレーザビームを用いて作業位置を検知した後で停止する。詳細に説明すれば、放射されたレーザビーム２２の中心が第１パイプ１２と第２パイプ１３の連結部に位置することを作動の停止条件として駆動装置の動作が停止すると、自動パイプ整合装置１０の走行は停止する。ここで、動作停止条件は、後述するグラインダ装置のブラシの位置を考慮して決めることができる。

このとき、自動パイプ整合装置１０の前方部分は、第２パイプ１３内に位置し、自動パイプ整合装置１０の後方部分は、第１パイプ１２内に位置する。

レベリングのために両真円補正装置を拡張する−第４のステップ（Ｓ４０）

図８Ｄに示すように、自動パイプ整合装置１０は、水平を維持するように、自動パイプ整合装置１０の後方クランピング／真円補正装置の複数の内圧部材２３を第１パイプ１２の内周面に移動させて部分的なストローク距離だけ拡張されるようにし、自動パイプ整合装置１０の前方クランピング／真円補正装置の複数の内圧部材２５を第２パイプ１３の内周面に移動させて部分的なストローク距離だけ拡張されるようにする。

間隔調節装置を前方に移動させる−第５のステップ（Ｓ５０）

図８Ｅに示すように、自動パイプ整合装置１０は、比較的安定した位置で第２パイプ１３の真円を補正するために、前方クランピング／真円補正装置の複数の内圧部材２５を第２パイプ１３内に配置するように間隔調節装置２４の６軸パラレルロボットを作動させる。

このとき、内圧部材２５は完全なクランピング状態にはないため、内圧部材２５は、第２パイプ１３の内周面に沿って摺動することができる。このような状態で、間隔調節装置２４の６軸パラレルロボットの動作に対応するように、内圧部材２５が前方に動かされる（ｍ１）。

パイプの真円を補正する−第６のステップ（Ｓ６０）

図８Ｆに示すように、自動パイプ整合装置１０は、その後方クランピング／真円補正装置の複数の内圧部材２３を更に第１パイプ１２の内周面に移動させる力を制御し、それゆえ、内圧部材２３は第１パイプ１２の内周面に完全にクランピングされ、第１パイプ１２の真円が形成される。

第２パイプの真円を補正する−第７のステップ（Ｓ７０）

図８Ｇに示すように、このステップで固定ピン２１９が除去されるので、作動板１８０の上板は下板を基準として自由に動くことができるようになる。

この場合、自動パイプ整合装置１０は、その前方クランピング／真円補正装置の複数の内圧部材２５を更に第２パイプ１３の内周面に移動させる力を制御し、それゆえ、内圧部材２５は第２パイプ１３の内周面に完全にクランピングされ、第２パイプ１３の真円が形成される。

第２パイプ１３の真円を形成する間、第２パイプ１３に加えられる動的荷重または重量不均衡は、自動パイプ整合装置１０と連動するウェイトバランサ１００のバランサ動作により低減されるので、第２パイプ１３の真円をより精密に形成することが可能になる。

整合のために継ぎ部形状を１次計測する−第８のステップ（Ｓ８０）

図８Ｈに示すように、自動パイプ整合装置１０に搭載されている検査装置のＬＶＳ（Ｌ）は、継ぎ部の内周面に沿って３６０度回転し、それによって第１パイプ１２と第２パイプ１３の間隔及び段差を１次計測する。

その後、自動パイプ整合装置１０の制御部は、１次計測値を用いて、互いに向かい合う第１パイプ１２及び第２パイプ１３の端部に対しサークルフィッティングを行い、端部サークル（円）の中心の座標系を計算して目標の姿勢を生成する。

更に、自動パイプ整合装置１０の制御部は、所定の目標姿勢に対する動作指令値を、自動パイプ整合装置１０の間隔調節装置の動き制御器に送信する。

第２パイプを第１パイプに整合する−第９のステップ（Ｓ９０）

図８Ｉに示すように、自動パイプ整合装置１０の間隔調節装置２４のための動き制御器は、送信された動作指令値を用いて、目標姿勢に対する６自由度運動値を、間隔調節装置２４の６軸パラレルロボットの各リニアアクチュエータに送信し、それによって、溶接が行われることができる状態で第１パイプ１２と第２パイプ１３の間隔及び段差を整合させるための細部整合ステップを行う（ｍ２）。

ここで、細部整合ステップは、第１パイプ１２と第２パイプ１３間のクロス干渉による誤作動を生じさせないように、以下の順に行われることが好ましい。

即ち、細部整合ステップは、（ａ）第１パイプ１２から離れるように第２パイプ１３をＸ軸方向に移動させるステップと、（ｂ）目標の姿勢に変換されるための回転成分の値に対応するように第２パイプ１３を回転させるステップと、（ｃ）目標の姿勢に対するＺ軸方向及びＹ軸方向の運動値に対応するように第２パイプ１３を移動させるステップと、（ｄ）Ｘ軸方向におけるオフセットを最終的調整するステップとを含む。

このとき、ウェイトバランサ１００は、自動パイプ整合装置１０がパイプを動かすことができる程度まで第２パイプ１３の重量または重量不均衡が低減されることができるように、レベリングシリンダ１５０及びバランシング装置１４と同様にバランサ動作を行う。

整合確認のために継ぎ部形状を２次計測する−第１０のステップ（Ｓ１００）

図８Ｊに示すように、自動パイプ整合装置１０に搭載されている検査装置のＬＶＳ（Ｌ）は、継ぎ部の内周面に沿って３６０度回転し、それによって第１パイプ１２及び第２パイプ１３の間隔及び段差を２次計測する。２次計測の結果値は、自動パイプ整合装置１０の制御部に送信される。

許容範囲をチェックする−第１１のステップ（Ｓ１１０）

自動パイプ整合装置１０の制御部は、２次計測結果値を、整合された第１パイプ１２及び第２パイプ１３断面の円周全体の予め設定された間隔及び段差の許容範囲と比較し、比較結果をチェックする。

２次計測結果値が許容範囲に含まれるならば、後述する第１２のステップ（Ｓ１２０）を行う。

これに対し、２次計測結果値が許容範囲に含まれなければ、第８のステップ（Ｓ８０）と同様に、２次計測結果値を用いて、互いに向かい合う第１パイプ１２及び第２パイプ１３の端部に対しサークルフィッティングを行い、端部サークルの中心の座標系を計算して第２の目標の姿勢を生成し、その後で第９のステップ（Ｓ９０）を行う。

溶接のために密閉及びガス噴射する−第１２のステップ（Ｓ１２０）

図８Ｋに示すように、自動パイプ整合装置１０の制御部は、複数の気密装置２６、２７を拡張させて、第１パイプ１２の内周面及び第２パイプ１３の内周面に緊密に密着するようにする。

その後、自動パイプ整合装置１０は、溶接が行われることになる部分にアルゴンガスを噴射するパージング工程を行う。パージされたアルゴンガスは、内部に気密装置２６、２７によって維持されるので、ガスの使用量を従来技術に比べて著しく減少させることができる。

そのような状態で、作業者は、整合された第１パイプ１２と第２パイプ１３の継ぎ部に複数のタブピースが一時的に取り付けられるようにタック溶接を行う。

更に、局部遮断膜装置に関連する自動パイプ整合装置１０の保護装置は、作業者の制御下で、タック溶接の進展範囲と同じ程度に動くように回転動作を行う。

その後、作業者は、タック溶接に用いたタブピースを１つ１つ除去しつつ、継ぎ部全体にわたってＴＩＧ溶接を行い、このときにも、保護装置はまたＴＩＧ溶接に対応するように回転して動作させられる。

ブラシ作業及び吸込み−第１３のステップ（Ｓ１３０）

図８Ｌに示すように、自動パイプ整合装置１０の制御部は、複数の密閉装置２６、２７を元の位置に戻す。

その後、自動パイプ整合装置１０は、グラインダ装置２８を始動させた後にグラインダ装置２８を溶接部分の近くまで移動させ、その後、グラインダ装置２８は、自力で動作して溶接時に形成されたバックビーズや酸化膜をブラッシングし、このようなブラッシングにより剥がれ落ちたバックビーズや酸化膜を吸い込んで清掃作業を行う。

クランピングを解除し、間隔調節装置を初期化する−第１４のステップ（Ｓ１４０）

図８Ｍに示すように、自動パイプ整合装置１０の制御部は、３６０°回転することができるビデオシステムでバックビーズ部分をモニタするので、作業者は、外側から溶接部分の目視検査を行うことができる。

その後、自動パイプ整合装置１０の制御部は、真円補正装置の内圧部材２３、２４を元の位置に戻すことによってクランピングを解除し、間隔調節装置２４の６軸パラレルロボットを初期状態に戻すことによって初期化を行う。

自動パイプ整合装置を後退させる−第１５のステップ（Ｓ１５０）

最後に、図８Ｎに示すように、自動パイプ整合装置１０は、作業者によって元の状態に戻されるように元の出発点まで戻る。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想の範囲から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

本発明の一実施形態によるウェイトバランサの電気的構成を示すブロック図である。 図１に示したウェイトバランサの機械的構成を示す斜視図である。 図２に示したウェイトバランサの分解斜視図である。 図２において円で表示したＡ部分の拡大断面図である。 図２に示したウェイトバランサの作動板を説明する平面図である。 図２に示したウェイトバランサと自動パイプ整合装置の配列状態図である。 本発明によるパイプの結合方法を説明するブロック図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。 本発明によるパイプの結合方法の各ステップの作動状態図である。

Claims (13)

1. 固定された被整合対象物に整合対象物を整合させるためのウェイトバランサであって、
   前記整合対象物を載置するための作動板と、
   前記作動板の下部に取り付けられる複数のロードセルと、
   前記ロードセルから発生した検出信号を受信し、整合対象物の情報を分析して、制御信号を発生させる制御部と、
   前記制御部から前記制御信号を受信して複数の圧力供給ラインそれぞれの作動圧力を制御する作動力駆動部と、
   前記作動力駆動部により制御される前記作動圧力の大きさに対応するように前記作動板の位置及び姿勢を調節するために前記圧力供給ラインに接続され、前記ロードセルをそれぞれ取り付けている複数のレベリングシリンダ及びバランシング装置とを含み、
   前記作動板は上板及び下板、並びに前記上板を前記下板に固定させるための固定ピンを含み、前記上板及び下板の間に複数の摺動接触部が配列されており、前記上板のエッジの底面にエッジビームが取り付けられているため、前記上板は前記下板を基盤として有限な範囲内で平面方向に自由に動くことができることを特徴とするウェイトバランサ。
2. 前記レベリングシリンダ及び前記バランシング装置が、圧力調節が可能な空気バネ、及び油圧サーボシリンダから選択される任意のものであることを特徴とする請求項１に記載のウェイトバランサ。
3. 傾き情報を入力するために前記制御部に接続されている傾きセンサが、前記作動板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のウェイトバランサ。
4. 前記レベリングシリンダ及びバランシング装置は、各々、本体フレームに取り付けられており、前記本体フレームの下部には、複数の高さ調節軸と、ストッパ・リミットを有する移動ローラとが備えられていることを特徴とする請求項１に記載のウェイトバランサ。
5. 前記下板と前記本体フレームの間に取り付けられた複数のガイド部を更に含み、
   前記ガイド部の各々が、
   前記下板に結合されるボール型ピボットと、
   前記ボール型ピボットのボールから軸方向に沿って延在し、前記レベリングシリンダ及び前記バランシング装置の最大ストローク距離より相対的に更に長い軸長を有するガイド軸と、
   スライド挿入方式によって前記ガイド軸に結合されるように前記本体フレームの上板に取り付けられているガイドブッシュとを有することを特徴とする請求項１に記載のウェイトバランサ。
6. 前記下板からの間隔を維持するための複数の間隔維持軸が、前記エッジビームに更に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のウェイトバランサ。
7. 前記上板は、脱着可能でありかつ整合対象物を支持する複数のローラ治具を配置するための複数の溝型取付孔を含み、
   前記溝型取付孔が、少なくとも直管、エルボー管、Ｔ字管を含む複数のパイプレイアウトの各形状に対応する配置間隔及び方向を有することを特徴とする請求項１に記載のウェイトバランサ。
8. 第１パイプ及び第２パイプが定盤及びウェイトバランサにそれぞれ配置され、前記第１パイプ内に適所に取り付けられるように自動パイプ整合装置が挿入されるようなパイプの結合方法であって、
   前記自動パイプ整合装置を駆動した後に停止する作業位置を確認するように感知するステップと、
   前記自動パイプ整合装置を水平に維持するための真円補正装置を拡張するステップと、
   前記第１及び第２の各パイプの真円を補正するステップと、
   整合のために前記第１及び第２の両パイプ間に形成される継ぎ部の形状を１次計測するステップと、
   前記１次計測の結果に対応するように前記第２パイプを前記第１パイプに整合させるステップと、
   整合されているものを確認するために前記継ぎ部の形状を２次計測するステップと、
   前記２次計測の結果値が予め設定した許容範囲に含まれるときに前記自動パイプ整合装置を密閉し、溶接のためにガスを注入するステップとを含み、
   前記ウエイトバランサは、前記第２パイプを載置するための作動板を含み、
   前記作動板は上板及び下板、並びに前記上板を前記下板に固定させるための固定ピンを含み、前記上板及び下板の間に複数の摺動接触部が配列されており、前記上板のエッジの底面にエッジビームが取り付けられており、前記上板は前記下板を基盤として有限な範囲内で平面方向に自由に動くことができることを特徴とするパイプの結合方法。
9. 前記第１及び第２の両パイプの真円を補正するステップの前に前記真円補正装置の一方の内圧部材が前記第２パイプ内に配置されるように前記継手部の前記第１及び第２のパイプ間の間隔を調節する間隔調節装置を前記第１パイプ内部の中心から前記第２パイプ内部の中心に向かう方向に動かすステップを更に含むことを特徴とする請求項８に記載のパイプの結合方法。
10. 前記パイプを整合させるステップにおいて、前記第１パイプと前記第２パイプ間の間隔及び段差が溶接されることができるように前記第１パイプ及び前記第２パイプを整合させる細部整合ステップを更に含み、
    前記細部整合ステップが、
    前記第１パイプから離れるように前記第２パイプを前記第２パイプ内部の中心から前記第１パイプ内部の中心に向かうＸ軸方向に移動させるステップと、
    目標の姿勢に変換されるための回転成分の値に対応するように前記第２パイプを回転させるステップと、
    前記目標の姿勢に対する前記上板平面方向及び前記Ｘ軸方向に垂直なＺ軸方向及び前記上板平面と並行であり前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向の運動値に対応するように前記第２パイプを移動させるステップと、
    前記Ｘ軸方向におけるオフセットを最終的調整するステップとを含むことを特徴とする請求項８に記載のパイプの結合方法。
11. 前記ウェイトバランサが、前記ウェイトバランサで感知された荷重及び傾き情報のフィードバックを受信し、統合制御部を介して送信された前記自動パイプ整合装置の動作情報を受信し、その後、前記情報が、前記ウェイトバランサを前記自動パイプ整合装置に連動させるために、前記バランシングシリンダの動作制御値を算出するため及び前記ウェイトバランサを水平にするために必要な条件値として用いられることを特徴とする請求項８に記載のパイプの結合方法。
12. ２次計測された結果値が許容範囲に含まれていない場合に、前記２次計測の結果が許容範囲に含まれているか否かをチェックするステップが、前記第２パイプ整合ステップを再び行った後に繰り返し行われることを特徴とする請求項８に記載のパイプの結合方法。
13. 前記作業位置を確認するステップにおいてレーザビームが用いられることを特徴とする請求項８に記載のパイプの結合方法。

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