JP5431881B2 - 管材の溶接ビード測定方法並びに溶接ビード切削方法及び溶接ビード切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、管材の溶接成形時に発生する溶接ビードを測定する管材の溶接ビード測定方法と溶接ビード測定方法を用いた溶接ビード切削方法及び溶接ビード切削装置に関するものである。

巻きシェル工法によって製造される管材の溶接ビードによる突出部は、他の部材との接合において間隙を生じさせ、密封性を確保することが困難となり、製品性能を低下させる要因となる。このため、切削により溶接ビードを除去して使用する必要がある。この切削加工時に、管材の母材を切削することのないよう、精度よく溶接ビード形状を計測し、この計測情報に基づいて切削装置を制御することが求められている。

従来の鋼管の内面溶接ビードの切削方法及び装置においては、鋼管内面の溶接ビード部の横方向表面形状を管軸方向複数位置で非接触式光学変位計により測定し、測定された横方向表面形状が、複数種に区分した横方向表面形状のどれに属するかにより、傾斜式フライスカッタの傾斜角、横方向及び上下方向移動量を設定して鋼管の内面ビードの切削を行っている（例えば、特許文献１参照。）。

また、他の従来の管端の形状測定装置では、管体を円周方向に回転させる回転装置を備え、管体の直径線上において相対する２つの管端肉厚部のそれぞれに対応する測定部に備えられた外面および内面との距離を測定する外面センサおよび内面センサを有する測定装置と、これらの測定結果に基づいて、管端の肉厚、外径、内径等を演算する演算装置を有しており、内面溶接ビード高さ、外面溶接ビード高さも測定可能としている（例えば、特許文献２参照。）。

特開昭６２−１０７９１１号公報 特開昭６３−１６５７０６号公報

しかしながら、特許文献１に示される鋼管の内面溶接ビードの切削方法及び装置においては、鋼管の内面を光学変位計により計測を行っているため、巻きシェル工法と呼ばれる管材の製造方法によるものでは、管材に薄板を使用した場合に、シュリンク加工後、溶接により接合部に管材の変形が生じ、溶接ビードによる突起か管材の折れ曲がりによるものか判定できず、切削条件を求めるために必要な形状パターンが決定できないという問題があった。

また、特許文献２に示される管端の形状測定装置においては、外面センサ及び内面センサからの距離情報によって管端の寸法形状を求めることを目的とし、局所的な変位を伴う溶接ビードを計測することを想定しておらず、また、管材に溶接に伴う複雑な変形がある場合には溶接ビードによるものか管材の変形によるものか判別できない。また、外面溶接ビ−ドの回転角度位置と内面溶接ビードの回転角度位置が異なる場合、管材の厚さデータに２つのピークが表れ、内面溶接ビードか外面溶接ビードのいずれのピークに対応するか判定できず、溶接ビードの切削条件を求めるために必要な情報が得られないという問題が
あった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、管材の溶接部に変形が生じていても、管材の変形と溶接ビードの突出部とを判別することができ、溶接ビードの切削加工に適切な情報を提供できる管材の溶接ビード測定方法並びに溶接ビード切削方法及び溶接ビード切削装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の管材の溶接ビード測定方法は、板材が筒状に曲げられ、前記板材の対抗端部を溶接により接合して製造される管材の前記溶接により形成された溶接ビードの突出部の切削領域を決定するための管材の溶接ビード測定方法において、前記管材の厚さの閾値を設定し、前記管材の管周に亘って前記溶接ビードの突出部を含む前記管材の表面凹凸を計測し、前記管材の表面凹凸の計測データから前記管材の厚さを算出し、前記算出された前記管材の厚さが前記板材の厚さの閾値よりも厚い部分を演算処理により抽出し、前記抽出された範囲内で前記管材の表面凹凸の計測データから前記溶接ビードを特定し、前記特定された溶接ビードの突出部を切削領域とするものである。

また、本発明の管材の溶接ビード切削方法は、板材が筒状に曲げられ、前記板材の対抗端部が溶接により接合して製造される管材の前記溶接により形成された溶接ビードの突出部を切削除去する管材の溶接ビード切削方法において、前記管材の厚さの閾値を設定し、前記管材の管周に亘って前記溶接ビードの突出部を含む前記管材の表面凹凸を計測し、前記管材の表面凹凸の計測データから前記管材の厚さを算出し、前記算出された前記管材の厚さが前記板材の厚さの閾値よりも厚い部分を演算処理により抽出し、前記抽出された範囲内で前記管材の表面凹凸の計測データから前記溶接ビードを特定し、前記特定された溶接ビードの突出部を切削除去するものである。

さらに、本発明の管材の溶接ビード切削装置は、板材が筒状に曲げられ、前記板材の対抗端部が溶接により接合して製造される管材の前記溶接により形成された溶接ビードの突出部を切削除去する管材の溶接ビード切削装置において、前記管材の厚さの閾値を設定し、前記管材の管周に亘って前記管材の表面凹凸を計測する計測装置と、前記管材の表面凹凸の計測データから前記管材の厚さを算出し、前記算出された前記管材の厚さが前記板材の厚さの閾値よりも厚い部分を抽出し、前記抽出された範囲内で前記管材の表面凹凸の計測データから前記溶接ビードを特定する演算処理装置と、前記演算処理装置により特定された溶接ビードの突出部を切削除去する切削装置と、を備えたものである。

本発明によれば、溶接された管材に変形が生じていても、管材の厚み計測データから管材の厚さが板材の厚さよりも厚い部分を抽出し、抽出された範囲内で溶接ビードを特定することにより、管材の変形による影響を取り除き、目的とする溶接ビードのみを切削除去することができるといった顕著な効果を奏するものである。

実施の形態１における管材の溶接ビード切削装置の概略全体構成を示す図である。 巻きシェル工法による管材の製造方法を示す工程図である。 巻きシェル工法による板材の形状変化を示す図である。 実施の形態１に適用されるシュリンク加工された板材と溶接された管材の形状例を示す図である。 実施の形態１の管材の溶接ビード切削装置の計測装置による計測結果を示す図である。 実施の形態１に適用される内外面の溶接ビードの突出部の回転角度位置が異なる管材の形状例を示す図である。 実施の形態１の管材の溶接ビード切削装置の計測装置による内外面の溶接ビードの突出部の回転角度位置が異なる場合の計測結果を示す図である。 実施の形態１における管材の溶接ビード切削装置における溶接ビードの突出部の切削領域を決定する手順を示すフローチャートである。 実施の形態１における距離センサの回転角度位置がずれている場合の距離センサ部の断面を示す図である。 実施の形態１における管材の溶接ビード切削装置による計測値の平均値データを用いる場合の溶接ビードの内面突出部の切削領域を決定する方法を示す図である。 実施の形態１における管材の溶接ビード切削装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２における管材の溶接ビード切削装置の概略全体構成を示す図である。 実施の形態２における管材の溶接ビード切削装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３における管材の溶接ビード切削装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態における管材の溶接ビード切削装置の管材の他の支持方法を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る溶接ビード切削装置について説明する。

実施の形態１．
図１を参照して、実施の形態１における管材の溶接ビード切削装置の構成を説明する。
図１（ａ），（ｂ）において、溶接ビード切削装置１は、被切削対象である管材２と、この管材２を回動自在に載置する回転テーブル３と、この回転テーブル３を保持する架台４と、管材２を挟持し、枢軸５にて回転させるクランプローラ６と、このクランプローラ６を支持、移動させるクランプ装置７と、管材２の回転角度位置を検出するエンコーダ８と、管材２の内外面に一定の間隙をもって対抗して配置された一対の内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂと、これら内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂを移動させるセンサ移動装置１０と、このセンサ移動装置１０を固定する支柱１１と、これら内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂからの信号により解析処理する演算処理装置１２と、管材２の溶接ビード１３の突出部を切削する切削ツールであるフライスカッタ１４と、フライスカッタ１４を移動させる切削ツール移動装置１５と、この切削ツール移動装置１５を固定する支柱１６と、で構成されている。上記以外の溶接ビード切削装置１を制御するコンピュータ等の制御装置については説明を省略する。

次に、実施の形態で使用される管材の製造方法の一種である巻きシェル工法について図２を用いて説明する。巻きシェル工法は、工程順にロール工程、シュリンク工程、溶接工程、溶接ビードの突出部除去工程、拡管工程から構成される。

ロール工程（図２（ａ））は、まず、管材２となる板材１７を回転するロール１８群に挟み込み、曲げ応力を加え、板材１７を概ねＣ形の形状に加工するものである。次に、シュリンク工程（図２（ｂ））は、内面が半円の断面を持つ一組のシュリンク金型１９（１９ａ，１９ｂ）に入れ、上下から圧力を加えることにより、ロール工程でＣ形の形状に加工された板材１７をさらに円筒状に加工するもので、板材１７の対抗端部１７ａ，１７ｂが突き合わされ、概ね円形になるように成形するものである。溶接工程（図２（ｃ））は、突き合わされた端部１７ａ，１７ｂを内面側あるいは外面側から溶接トーチ２０により１回〜複数回溶接を行い、板材１７を管状に成形して、管材２を製造するものである（図では例としてアーク溶接による溶接方法を示している）。このとき、溶接部には溶接ビード１３が形成される。溶接ビードの突出部除去工程（図２（ｄ））は、溶接工程で生じた溶接ビード１３の突出部を切削除去するものである。溶接ビード１３の突出部の切削除去は、突出部があることにより管材２を他の部材と精度よく接合することを妨げるだけでなく、耐圧強度が低くなり、また、疲労強度の低下を引き起こす原因となることがあるので、これらの要因を取り除く目的で行われる。最後に拡管工程（図２（e））は、管材２を精度よく円形に修正する工程であり、分割された円筒形状の外金型３５の円錐状の穴に円錐状の内金型３６（芯金ロッド３４を介して芯金引き機構３７に連結されている）を挿入し、芯金引き方向３８に引き込むことにより、外金型３５の外周に配置された管材２の内径を矯正し、所望の寸法に拡管する工程である。

図３に、ロール工程後（図３（ａ））、シュリンク工程後（図３（ｂ））及び溶接工程後（図３（ｃ））の板材１７の断面形状を示す。一般に、溶接後の管材２の形状は、溶接による熱歪により涙形に変形することが知られている（図３（ｃ））。しかしこれでは、溶接後の形状が歪んだ円形であり、通常、溶接時に発生する熱の影響により、溶接部が硬化していたり、ビード部の板厚が厚かったりすると、塑性変形しにくいため、拡管工程で精度よく円形に矯正することが困難になる。例えば、Φ＝２００ｍｍ以下の小径管において、板厚が７ｍｍ以下と薄い場合に顕著になる。

巻きシェル方式で管材を製造する場合に、ロール工程後の端部の曲げ残り部（ストレート部とも呼ばれる）をシュリンク工程で矯正するために、理論的な展開長寸法よりも若干長く設定する（板厚、曲げ半径により変化する）。そこで、図４に示すように、溶接後の管材２の断面形状が涙形にならないように、シュリンク工程で板材１７の突き合わせ端部１７ａ，１７ｂを内側に少し折り曲げた形状（図４（ａ））に加工する。これにより、溶接後の管材２の形状は、シュリンク加工後の突き合わせ部の両側に（図４（ｂ））に示すような変形部２１が生じるが、図３（ｃ）のような涙型より真円度形状に近い形状になるため、後工程の拡管工程でより精度の高い円形形状に矯正することができる。結果、管材２の断面を０．２以下の真円度を有する精度の高い円形状に修正することが可能になる。

次に、実施の形態１の溶接ビード切削装置による溶接ビードの測定方法について説明する。溶接ビード切削装置１には、管材２の内外面に一定の間隔をもって内面距離センサ９ａと外面距離センサ９ｂが対抗して配置されている。ここで、内面距離センサ９ａと外面距離センサ９ｂの間隔をＨとし、内面距離センサ９ａと管材２の内面との距離をＨａ、外面距離センサ９ｂと管材２の外面との距離をＨｂとする。板材１７の厚さをｔｏとして、板材１７の厚さのばらつき、表面の微小な凹凸を考慮して、それよりも厚く閾置ｔｃを設定する。管材２の厚さｔ（θ）は、Ｈ−（Ｈａ（θ）＋Ｈｂ（θ））で求められる。

まず、図４（ｂ）に示す形状を持つ場合の管材２の溶接ビード回転角度位置を特定する場合について説明する。管材２を時計回りにクランプローラ６により回転させ、エンコーダ８を用いて回転角度θに対する内面距離Ｈａ（θ）と外面距離Ｈｂ（θ）を同期させて計測すると、それぞれ、図５上段、図５中段に示すようになる。また、管材２の厚さｔ（θ）の結果を、図５下段に示す。内面距離Ｈａ（θ）と外面距離Ｈｂ（θ）から、溶接ビード１３付近に凹凸が認められる。図４（ｂ）の形状を持つ管材２では、内面距離Ｈａ（θ）に溶接ビード１３の内面突出部１３ａのピークＰａの他に両側に管材２の変形によるピークＰＳａが観察される。同様に外面距離Ｈｂ（θ）においても、溶接ビード１３の外面突出部１３ｂのピークＰｂの他、両側に管材２の変形部２１によるピークＰＳｂが観察される。図４（ｂ）の形状を持つ管材２では、溶接ビード１３の内面突出部１３ａの回転角度θａと溶接ビード１３の外面突出部１３ｂの回転角度θｂとが一致しているため、管材２の厚さｔ（θ）の結果に、溶接ビード１３の突出部の回転角度位置に対応する単峰性のピークｔａ（ｔｂ）が表れる。閾置ｔｃの値を超える範囲内に着目して管材２の厚さｔ（θ）の単峰性ピーク回転角度位置に相当する内面距離Ｈａ（θ）、外面距離Ｈｂ（θ）でのピーク回転角度θａ，θｂに対応したものを選び出すことにより、管材２の変形部２１によるピークＰＳａ，Ｐｓｂと区別することができ、溶接ビード１３の内面突出部１３ａ、溶接ビード１３の外面突出部１３ｂの回転角度θａ，θｂを特定することができる。従って、特定された溶接ビード１３の内面突出部１３ａ、溶接ビード１３の外面突出部１３ｂを切削除去するためには、溶接ビード１３の内面突出部１３ａ、溶接ビード１３の外面突出部１３ｂに相当する内面距離Ｈａ（θ）、外面距離Ｈｂ（θ）でのピーク部分（斜線部）を切削すればよいことがわかる。

これは、内面距離センサのみで溶接ビードを計測している先行技術１では、管材に薄板を使用した場合には、シュリンク加工後、溶接により接合部に管材の変形が生じ、計測されたピークが溶接ビードによるものか管材の折れ曲がりによるものか区別できず、切削条件を求めるために必要な形状パターンが決定できない。

さらに、内面溶接ビード回転角度位置と外面溶接ビード回転角度位置が異なる場合として、図６に示すものがある。図６（ａ）は、複数回溶接を行った場合に、それぞれの溶接ビード回転角度位置２２，２３が異なる場合である。図６（ｂ）は、溶接トーチ２０が傾いていたため、溶接ビード１３の内面突出部１３ａと外面突出部１３ｂの回転角度位置が異なる場合である。

ここでは、図６（ａ）の形状を持つ場合の溶接ビード回転角度位置を特定する場合について説明する。管材２を時計回りにクランプローラ６により回転させて、回転角度θに対する内面距離Ｈａ（θ）と外面距離Ｈｂ（θ）を計測すると、それぞれ、図７上段、図７中段に示すようになる。また、管材２の厚さｔ（θ）の結果を、図７下段に示す。図７上段、図７下段から、溶接ビード２２，２３付近に凹凸が認められる。図６（ａ）の形状を持つ管材２では、内面距離Ｈａ（θ）に溶接ビード２２の内面突出部２２ａのピークＰａの他に両側に管材２の変形によるピークＰＳａが観測される。同様に外面距離Ｈｂ（θ）においても、溶接ビード２３の外面突出部２３ｂのピークＰｂの他、両側に管材２の変形部２１によるピークＰＳｂが観察される。しかし、図５の場合と違って、管材２の溶接ビード２２の内面突出部２２ａの回転角度θａと溶接ビードの外面突出部２３ｂの回転角度θｂが一致していないため、管材２の厚さｔ（θ）の結果に、溶接ビード２２の内面突出部２２ａと溶接ビード２３の外面突出部２３ｂの回転角度位置に相当する双峰性のピークｔａ、ｔｂが表れる。閾値ｔｃの値を超える範囲内に着目して管材２の厚さｔ（θ）の双峰性ピーク回転角度位置に相当する内面距離Ｈａ（θ）、外面距離Ｈｂ（θ）でのピーク回転角度θａ，θｂに対応したものをそれぞれ選び出すことにより、管材２の変形部２１によるピークＰＳａ，Ｐｓｂと区別することができ、溶接ビード２２の内面突出部２２ａ、溶接ビード２３の外面突出部２３ｂの回転角度θａ，θｂを特定することができる。従って、特定された溶接ビード２２の内面突出部２２ａ、溶接ビード２３の外面突出部２３ｂの突出部を切削除去するためには、溶接ビード２２の内面突出部２２ａでは内面距離Ｈａ（θ）でのピーク部分（斜線部）を、溶接ビード２３の外面突出部２３ｂでは外面距離Ｈｂ（θ）でのピーク部分（斜線部）をそれぞれ切削すればよいことがわかる。

なお、図６（ｂ）の溶接トーチ２０が傾いていることによる溶接ビード１３の内面と外面の突出部１３ａ，１３ｂの回転角度位置が異なる場合においても上記の場合と同様であるので説明を省略する。

これは、先行技術２では、外面センサ及び内面センサからの距離情報によって管端の寸法形状を求めることを目的とし、局所的な変位を伴う溶接ビードを計測することを想定しておらず、また、管材に溶接に伴う複雑な変形がある場合には、計測されたピークが溶接ビードによるものか管材の変形によるものか判別できない。また、外面溶接ビ−ドの回転角度位置と内面溶接ビードの回転角度位置が異なる場合、管材の厚さデータに２つのピークが表れ、内面溶接ビードか外面溶接ビードのいずれのピークに対応するか判定できず、溶接ビードの切削条件を求めるために必要な情報が得られない。

図７を参照して、上述した溶接ビードの測定方法により溶接ビードの突出部の切削領域（切削回転角度位置、切削量）を決定する手順について図８により説明する。先ず、管材２を挟むように対抗する内面距離センサ９ａと外面距離センサ９ｂを間隔Ｈでセットし（ステップＳ１）、内面距離センサ９ａ、外面距離センサ９ｂにて管材２との内面距離Ｈａ（θ），外面距離Ｈｂ（θ）を計測し（ステップＳ２）、管材２の厚さｔ（θ）（＝Ｈ−（Ｈａ（θ）＋Ｈｂ（θ）））を求める（ステップＳ３）。続いて、演算処理装置１２により管材２の厚さｔ（θ）と閾値ｔｃを比較し、ｔ（θ）＞ｔｃとなる回転角度θｓとθｅを算出し（ステップＳ４）、内面距離Ｈａ（θ）と外面距離Ｈｂ（θ）から回転角度θｓとθｅの範囲２４内にあるｔ（θ）のピーク値ｔａ、ｔｂに相当する内面ピークＰａ、外面ピークＰｂを探索し、溶接ビード２２の内面突出部２２ａと溶接ビード２３の外面突出部２３ｂを特定する（ステップＳ５）。さらに内面距離Ｈａ（θ）から特定された溶接ビード２２の内面突出部２２ａの回転角度θａと内面突出部２２ａのピーク値Ｈａｐと裾値Ｈａｄ（管材２の内表面に相当する）を求め、ＨａｐとＨａｄまでの高さの範囲２５を切削領域として切削回転角度位置、切削量を決定する（図７上段の斜線部の領域）。同様に溶接ビード２３の外面突出部２３ｂについても外面距離Ｈｂ（θ）から特定された溶接ビード２３の外面突出部２３ｂの回転角度θｂと外面突出部２３ｂのピーク値Ｈｂｐと裾値Ｈｂｄ（管材２の外表面に相当する）を求め、ＨｂｐとＨｂｄまでの高さの範囲２６を切削領域として切削回転角度位置、切削量を決定する（図７中段の斜線部の領域）（ステップＳ６）。このような測定動作が完了した後、この測定結果を用いてフライスカッタを操作して溶接ビードの突出部を切削することになる。

閾値ｔｃを決定するには、板厚ｔｏにばらつきがある場合や、図９に示すように内面距離センサ９ａと外面距離センサ９ｂを結ぶ線が管材２の中心を通る直線よりずれている場合には、板厚がｔｏより大きく計測されることが想定されため、閾値ｔｃはｔｏよりも大きく設定しておく必要がある。

また、切削量（切削代）を決定するには、図７のように溶接ビード２２の内面突出部２２ａのピーク値Ｈａｐから裾値Ｈａｄまでを高さとして切削量としてもよいが、図１０に示すように管材２の内面の基準を、閾値ｔｃを超える回転角度θｓとθｅの範囲２７を除いた一定角度範囲での内面距離Ｈａ（θ）の平均値Ｈａｄ’を採用して、溶接ビード２２の内面突出部２２ａピーク値Ｈａｐ’から裾値Ｈａｄ’までの高さの範囲２８を切削量としてもよい。ここでは、溶接ビードの内面突出部の切削量について説明したが、溶接ビードの外面突出部の切削量についても同様である。

次に、図１、図７及び図１１を参照して、実施の形態１の管材の溶接ビード切削装置の動作について説明する。まず、管材２を回転テーブル３に載置して、クランプ装置７のクランプローラ６で挟持し（ステップＳ１１）、センサ移動装置１０を操作し、内面距離センサ９ａと外面距離センサ９ｂを所定の間隔Ｈで管材２の内面距離Ｈａ（θ）、外面距離Ｈｂ（θ）を計測する位置に移動（ステップＳ１２）、クランプローラ６により管材２を回転させ、エンコーダ８で回転角度位置を監視しながら内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂにて同時に管材２との内面距離Ｈａ（θ）及び外面距離Ｈｂ（θ）を計測し、演算処理装置１２により管材２の厚さｔ（θ）（＝Ｈ−（Ｈａ（θ）＋Ｈｂ（θ）））を算出する（ステップＳ１３）。続いて、図９に示す手順により溶接ビード回転角度θａ，θｂと溶接ビードの突出部の切削量（領域）を決定する（ステップＳ１４）。センサ移動装置１０を操作し、内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂを退避させ（ステップＳ１５）、管材２の回転を停止させた状態で、切削ツール移動装置１５によりフライスカッタ１４を管材２の内部に移動させ、切削位置にセットする（ステップＳ１６）。決定された切削条件にて、溶接ビード２２の内面突出部２２ａを切削、必要があれば、フライスカッタ１４を管材２の外部に移動させ、溶接ビード２３の外面突出部２３ｂを切削する（ステップＳ１７）。切削ツール移動装置１５によりフライスカッタ１４を所定の位置に退避させる（ステップＳ１８）。切削加工が終了した管材２は、クランプ装置７を開放して、回転テーブル３から取り外される（ステップＳ１９）。

このように、実施の形態１における管材の溶接ビード切削装置では、溶接された管材に変形部があっても、管材の内外面に一定の間隙をもって対抗して配置される一対の内面距離センサ及び外面距離センサにより管材の厚さを計測し、管材の厚み計測データから管材の厚さが板材の厚さよりも厚い部分を抽出し、抽出された範囲内で溶接ビードを特定することにより、変形による影響を取り除き、目的とする溶接ビードのみを切削除去することができるという顕著な効果がある。また、管材を取り外さず計測した同じ位置で研削を行うため精度よく、溶接ビードの突出部を研削することができるという効果がある。

実施の形態２．
図１２は、実施の形態２における管材の溶接ビード切削装置の概略全体構成を示す図である。
図１２に示すように、実施の形態２における溶接ビード切削装置２９は、実施の形態１の図１に示すものと同様であるが、管材の軸方向に複数の位置で内外面距離センサにより管材の厚さを計測できるようにしたものである。このため、複数の位置で位置決め計測できるようにセンサ移動装置にステップ移動機能を持たせたものである。

次に、図７、図１２及び図１３を参照して、実施の形態２の管材の溶接ビード切削装置２９の動作について説明する。まず、管材２を回転テーブル３に載置して、クランプ装置７のクランプローラ６で挟持し（ステップＳ２１）、センサ移動装置１０を操作し、内面距離センサ９ａと外面距離センサ９ｂを所定の間隔Ｈで管材２の内外面までの距離Ｈａ（θ）、Ｈｂ（θ）を計測する位置（Ｎ＝１）に移動（ステップＳ２２）、クランプローラ６により管材２を回転させ、エンコーダ８で回転角度位置を監視しながら内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂにて同時に管材２との内面距離Ｈａ（θ）及び外面距離Ｈｂ（θ）を計測し、演算処理装置１２によりＮ＝１の位置での管材２の厚さｔ（θ）（＝Ｈ−（Ｈａ（θ）＋Ｈｂ（θ）））を算出する（ステップＳ２３）。続いて、図９に示す手順によりＮ＝１の位置での溶接ビード回転角度θａ，θｂと溶接ビードの突出部の切削量（領域）を決定する（ステップＳ２４）。Ｎ＝ｎであるか判定し（ステップＳ２５）、Ｎ＝ｎではない場合には、Ｎ＝Ｎ＋１として、内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂの位置を調整移動する（ステップＳ３１）。内面距離Ｈａ（θ）及び外面距離Ｈｂ（θ）を計測し、演算処理装置１２によりＮ＝Ｎ＋１の位置での管材２の厚さｔ（θ）（＝Ｈ−（Ｈａ（θ）＋Ｈｂ（θ）））を算出する（ステップＳ２３）。Ｎ＝Ｎ＋１の位置での溶接ビード回転角度θａ，θｂと溶接ビードの突出部の切削量（領域）を決定する（ステップＳ２４）。所定の複数の位置（Ｎ＝ｎ）での計測が終了した段階で（ステップＳ２５）、センサ移動装置１０を操作し、内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂを退避させ（ステップＳ２６）、管材２の回転を停止させた状態で、切削ツール移動装置１５によりフライスカッタ１４を管材２の内部に移動させ、切削位置にセットする（ステップＳ２７）。それぞれの管材２の位置Ｎで決定された切削条件にて、溶接ビード２２の内面突出部２２ａを切削、必要があれば、フライスカッタ１４を管材２の外部に移動させ、溶接ビード２３の外面突出部２３ｂを切削する（ステップＳ２８）。切削ツール移動装置１５によりフライスカッタ１４を所定の位置に退避させる（ステップＳ２９）。切削加工が終了した管材２は、クランプ装置７を開放して、回転テーブル３から取り外される（ステップＳ３０）。

これにより、管材の軸方向の溶接ビードの位置、突出量が変化する場合においても、切削量を突出量に応じて軸方向に切削ツールを制御することにより、調整しながら精度よく溶接ビードの突出部を切削することができる。

このように、実施の形態２における管材の溶接ビード切削装置では、実施の形態１の効果の他、管材の軸方向に溶接ビード回転角度位置、突出量が変化する場合であっても、切削回転角度位置、切削量を突出量に応じて軸方向に切削ツールを制御することにより、溶接ビードの回転角度位置、突出量に応じて精度よく溶接ビードの突出部を切削することができるという顕著な効果がある。

実施の形態３．
実施の形態３における溶接ビード切削装置は、実施の形態１の図１に示すものと同様であるが、溶接ビードの突出部の切削が所定の許容範囲内に入っているかを確認し、必要に応じて再切削を行うようにしたものである。切削の切り込み深さは、フライスカッタの刃物の磨耗具合等により必ずしも一定ではない、その為、一度の切削では、必要な切削量が得られない場合があるので、切削を追加して、切削精度を向上させる。

次に、図１、図７及び図１４を参照して、実施の形態３の管材の溶接ビード切削装置の動作について説明する。まず、管材２を回転テーブル３に載置して、クランプ装置７のクランプローラ６で挟持し（ステップＳ４１）、センサ移動装置１０を操作し、内面距離センサ９ａと外面距離センサ９ｂを所定の間隔Ｈで管材２の内面距離Ｈａ（θ）、外面距離Ｈｂ（θ）を計測する位置に移動（ステップＳ４２）、クランプローラ６により管材２を回転させ、エンコーダ８で回転角度位置を監視しながら内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂにて同時に管材２との内面距離Ｈａ（θ）及び外面距離Ｈｂ（θ）を計測し、演算処理装置１２により管材２の厚さｔ（θ）（＝Ｈ−（Ｈａ（θ）＋Ｈｂ（θ）））を算出する（ステップＳ４３）。続いて、図９に示す手順により溶接ビード回転角度θａ，θｂと溶接ビードの突出部の切削量（領域）を決定する（ステップＳ４４）。センサ移動装置１０を操作し、内面距離センサ９ａ及び外面距離センサ９ｂを退避させ（ステップＳ４５）、管材２の回転を停止させた状態で、切削ツール移動装置１５によりフライスカッタ１４を管材２の内部に移動させ、切削位置にセットする（ステップＳ４６）。決定された切削条件にて、溶接ビード２２の内面突出部２２ａを切削、必要があれば、フライスカッタ１４を管材２の外部に移動させ、溶接ビード２３の外面突出部２３ｂを切削する（ステップＳ４７）。切削量が所定の許容範囲に入っているかどうか確認するため切削形状を判定し（ステップＳ４８）、切削量が不足している場合は再度、厚さ計測、切削を行うためにステップＳ４３に戻す。切削量が所定の許容範囲に入っている場合には、切削ツール移動装置１５によりフライスカッタ１４を所定の位置に退避させる（ステップＳ４９）。切削加工が終了した管材２は、クランプ装置７を開放して、回転テーブル３から取り外される（ステップＳ５０）。

これにより、フライスカッタの刃の磨耗等により、溶接ビードの突出部の切削量が所定の範囲内に入っていない場合においても、形状を確認し、不足している場合には、再切削を行うことにより、精度よく溶接ビードの突出部を切削することができる。

このように、実施の形態３における溶接ビードの切削装置では、実施の形態１の効果の他、フライスカッタの刃の磨耗等により切削量が不足する場合であっても、切削後形状を判定する工程を追加し、必要に応じて再切削を行うことにより、精度よく溶接ビードの突出部を切削することができるという顕著な効果がある。

なお、実施の形態では、使用される切削ツールとしては、フライスカッタを使用する場合について説明したが、研削研石、エンドミル等であってもよい。距離センサ９としては、渦電流方式のものを用いる場合について説明したが、接触方式、光切断方式、レーザ光方式、画像方式によるもの等、他の方式のものも利用できる。センサ移動装置１０、研削ツール移動装置１５を駆動する動力としては電動、油圧、空圧で動作するものが利用できる。

また、図１５は、管材２をクランプ、回転させる他の方式を示すものである。図１５（ａ）は、実施の形態では、図１で示すように、それぞれクランプローラ６が２ケ取り付けられた一対のクランプ装置７により４点で管材２をクランプし、回転させる場合について説明したが図１５（ａ）に示すように、一方のクランプ装置７にクランプローラ６を１ケ取り付け、３点で支持するものであっても構わない。図１５（ｂ）は、管材２のクランプ、回転させるために回転テーブル３に載せられた管材２を内部からクランプ爪３１でクランプするクランプ装置３０を示すものである。図１５（ｃ）は、管材２のクランプ、回転させるために回転テーブル３に載せられた管材２を外部からクランプ爪３３でクランプするクランプ装置３２である。上記図１５（ｂ）、（ｃ）では、クランプ爪３１，３３を３本爪とした場合について説明したが、爪の数は３本に限らず複数本であってもよい。

また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１ 溶接ビード切削装置
２ 管材
３ 回転テーブル
７，２９，３１ クランプ装置
９ａ 内面距離センサ
９ｂ 外面距離センサ
１０ センサ移動装置
１２ 演算処理装置
１３，２２，２３ 溶接ビード
１３ａ，１３ｂ，２２ａ，２３ｂ 溶接ビードの突出部
１４ フライスカッタ
１５ 切削ツール移動装置

Claims (9)

1. 板材が筒状に曲げられ、前記板材の対抗端部を溶接により接合して製造される管材の前記溶接により形成された溶接ビードの突出部の切削領域を決定するための管材の溶接ビード測定方法において、
   前記管材の厚さの閾値を設定し、前記管材の管周に亘って前記溶接ビードの突出部を含む前記管材の表面凹凸を計測し、前記管材の表面凹凸の計測データから前記管材の厚さを算出し、前記算出された前記管材の厚さが前記板材の厚さの閾値よりも厚い部分を演算処理により抽出し、前記抽出された範囲内で前記管材の表面凹凸の計測データから前記溶接ビードを特定し、前記特定された溶接ビードの突出部を切削領域とすることを特徴とする管材の溶接ビード測定方法。
2. 前記管材の厚さの計測は、前記管材の内外面に間隙をもって対抗して設置された一対の距離センサにて行うことを特徴とする請求項１に記載の管材の溶接ビード測定方法。
3. 板材が筒状に曲げられ、前記板材の対抗端部が溶接により接合して製造される管材の前記溶接により形成された溶接ビードの突出部を切削除去する管材の溶接ビード切削方法において、
   前記管材の厚さの閾値を設定し、前記管材の管周に亘って前記溶接ビードの突出部を含む前記管材の表面凹凸を計測し、前記管材の表面凹凸の計測データから前記管材の厚さを算出し、前記算出された前記管材の厚さが前記板材の厚さの閾値よりも厚い部分を演算処理により抽出し、前記抽出された範囲内で前記管材の表面凹凸の計測データから前記溶接ビードを特定し、前記特定された溶接ビードの突出部を切削除去することを特徴とする管材の溶接ビード切削方法。
4. 前記管材の厚さの計測は、前記管材の内外面に間隙をもって対抗して設置された一対の距離センサにて行うことを特徴とする請求項３に記載の管材の溶接ビード切削方法。
5. 前記溶接ビードの突出部の切削除去は、前記距離センサによる前記管材の計測位置にて行うことを特徴とする請求項４に記載の管材の溶接ビード切削方法。
6. 板材が筒状に曲げられ、前記板材の対抗端部が溶接により接合して製造される管材の前記溶接により形成された溶接ビードの突出部を切削除去する管材の溶接ビード切削装置において、
   前記管材の厚さの閾値を設定し、前記管材の管周に亘って前記管材の表面凹凸を計測する計測装置と、
   前記管材の表面凹凸の計測データから前記管材の厚さを算出し、前記算出された前記管材の厚さが前記板材の厚さの閾値よりも厚い部分を抽出し、前記抽出された範囲内で前記管材の表面凹凸の計測データから前記溶接ビードを特定する演算処理装置と、
   前記演算処理装置により特定された溶接ビードの突出部を切削除去する切削装置と、
   を備えたことを特徴とする管材の溶接ビード切削装置。
7. 前記計測装置は、前記管材の内外面に間隙をもって対抗して設置された一対の距離センサであることを特徴とする請求項６に記載の管材の溶接ビード切削装置。
8. 前記管材は、前記管材の軸を中心として回動可能に保持され、前記距離センサにて管材までの距離が計測されることを特徴とする請求項７に記載の管材の溶接ビード切削装置。
9. 前記切削装置は、前記距離センサによる計測位置にて前記溶接ビードの突出部を切削することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の管材の溶接ビード切削装置。

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