JP5545115B2

JP5545115B2 - 穿孔方法及び装置

Info

Publication number: JP5545115B2
Application number: JP2010180274A
Authority: JP
Inventors: 明之西谷; 浩齋藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: JP2012035395A

Description

本発明は穿孔方法及び装置に関するものである。

水平に設置した長尺部材に複数の孔を形成する装置としては、モータによって回転するドリル刃を装備した複数の穿孔手段と、各穿孔手段を昇降させる昇降機構とを備えたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている装置は、サッシ枠を構成する棒材や形材などの断面形状が小さい部材に、水抜用の孔や組立用の孔を効率良く形成させることを目的としているが、この装置を大型化して、水平に設置した大径で長尺の円筒体に複数の孔を、円筒体の軸線方向に一列に並ぶように上方から穿設する場合は、円筒体の横方向（平面視で軸線に対して交差する方向）への蛇行（屈曲）を考慮しなければならない。

円筒体の外周面に穿孔加工位置の基準となる罫書き線を、円筒体の一端部外周面の最も高い位置と円筒体の他端部外周面の最も高い位置とを結ぶように引くと、円筒体が横方向に蛇行していなければ、罫書き線は平面視における円筒体の中心線に重なるが、円筒体が横方向に蛇行していると、円筒体の長手方向中間部の蛇行個所では、罫書き線は平面視における円筒体の中心線から外れてしまう。

この円筒体の長手方向中間部の蛇行個所において、罫書き線を目標に穿孔加工を行うと、形成される孔も円筒体の中心線から外れてしまい、孔の内周縁部に対する開先加工や、孔に挿入される別の部材と円筒体との溶接作業が困難になる。

このため、円筒体の長手方向中間部の数個所で、円筒体の横方向への偏差量を計測し、この計測値に基づき、円筒体の蛇行状態に近似するように罫書き線を修正して、円筒体の長手方向中間部における穿孔加工位置が、円筒体の中心線から大きく外れないようにする。

特開２０００−０７１２０５号公報

しかしながら、円筒体の横方向への偏差量を計測して、円筒体の全長にわたって延びる罫書き線を修正することは熟練が要求される作業であるので、人手と時間が掛かり、個人ごとに精度に差が出てしまう。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、円筒体が蛇行していても円筒体の中心線上に容易に孔を形成させることができるようにすることを目的としている。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の穿孔方法は、
複数の孔を軸線方向に一列に並ぶように形成するために円筒体を水平に設置し、
円筒体の穿孔予定個所上方に配置した外周面位置計測手段を円筒体の中心線に交差する方向に走査させて、円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置を検出する第一の工程と、
円筒体上方に配置した穿孔手段によって、前記第一の工程で得た円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置を中心に円筒体に孔を形成させる第二の工程とを、
円筒体の各穿孔予定個所で行う。

請求項２に記載の穿孔装置は、
水平に配置された円筒体に沿って移動し得る走行体と、
該走行体に対して平面視で円筒体の中心線に交差する方向へ横行可能に設けた第一の横行体、及び第二の横行体と、
前記走行体に対する第一の横行体の横行位置を検出する横行位置検出手段と、
前記第一の横行体とともに横行して円筒体の穿孔予定個所における外周面の垂直方向の高さ位置を該外周面の円弧に追従して検出する外周面位置計測手段と、
前記第二の横行体とともに移動して上方から円筒体に孔を形成する穿孔手段と、
前記外周面位置計測手段の検出値、及び横行位置検出手段の検出値に基づいて円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置を求める演算器とを備えている。

本発明の穿孔方法及び穿孔装置によれば、下記のような優れた作用効果を奏し得る。

（１）請求項１に記載の穿孔方法では、円筒体の上方に配置した外周面位置計測手段を平面視で円筒体の中心線に交差する方向へ走査させ、円筒体の中心線位置を円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置として把握し、この円筒体の外周面の最も高い位置を中心に穿孔加工を行うので、円筒体が蛇行してしても円筒体の中心線上に容易に孔を形成させることができる。

（２）請求項２に記載の穿孔装置では、走行体により外周面位置計測手段を円筒体の穿孔予定位置の上方に移動させた後、第一の横行体により前記外周面位置計測手段を平面視で円筒体の中心線に交差する方向へ走査させ、円筒体の中心線位置を円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置として把握し、前記走行体により穿孔手段を円筒体の穿孔予定位置の上方に移動させた後、第二の横行体により穿孔手段を円筒体の外周面の最も高い位置の真上に移動させて円筒体に孔を形成するので、円筒体が蛇行してしても円筒体の中心線上に容易に孔を形成させることができる。

本発明の穿孔装置の一例を示す側面図である。（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視図である。本発明の穿孔装置の一例における演算器と表示器のブロック図である。平面視で軸線に対して交差する方向への蛇行した円筒体を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１〜図４は本発明の穿孔装置の一例を示すもので、床面２に設置され且つ大径で長尺の円筒体１を水平に支持する複数の架台３と、前記円筒体１に沿って移動可能な走行体４と、該走行体４に平面視で円筒体１の軸線に交差する方向へ移動可能に取り付けた第一の横行体５、及び第二の横行体６と、前記第一の横行体５に上下方向へ移動可能に取り付けた第一の昇降体７と、該第一の昇降体７に装着され且つ上方から円筒体１の外周面までの距離を測定する外周面位置計測手段８と、前記第二の横行体６に上下方向へ移動可能に取り付けた第二の昇降体９と、該第二の昇降体９に装着され且つ上方から円筒体１に対して孔を形成する穿孔手段１０と、演算器４２及び表示器４３とを備えており、前記床面２には、架台３に支持される円筒体１と同方向に延びる軌道部材１１が、架台３の両側方に位置するように台座１２を介して敷設してある。

走行体４は、架台３に支持されている円筒体１を跨ぐ門型状で、上下方向に延びる一対の柱部４ａと、該柱部４ａの上端を連結する梁部４ｂとで構成されている。各柱部４ａの下端には、前記軌道部材１１に係合してその長手方向へ移動可能な移動部材１３が装着されている。一方の台座１２の側面には、その全長にわたって軌道部材１１と平行に延びるラックギヤ１４が取り付けられている。ラックギヤ１４が取り付けられている側の柱部４ａには、ラックギヤ１４に噛み合うピンオンギヤ１５を駆動する電動モータ１６が装着されており、該電動モータ１６の正逆回転に応じて、走行体４が前進あるいは後退する。また、電動モータ１６には、軌道部材１１に対する走行体４の走行位置（Ｘ軸方向位置）を検出するためのロータリエンコーダ３９が付帯している。

走行体４と第一の横行体５との間には、走行体４の梁部４ｂの前面に水平に取り付けた案内部材１７（図２（ａ）参照）と、第一の横行体５に取り付けられ且つ案内部材１７に係合してその長手方向へ移動可能な移動部材１８（図１参照）とからなる周知の運動案内装置Ｇ１、並びに梁部４ｂに水平に枢支したねじ軸１９、該ねじ軸１９に螺合し且つ第一の横行体５に取り付けたナット４８、梁部４ｂに装着したねじ軸１９駆動用の電動モータ２０を主な構成要素とする周知の駆動機構Ｍ１（図１、図２（ａ）参照）が介在しており、前記電動モータ２０の正逆回転に応じて、第一の横行体５が一側あるいは他側へと横行する。また、電動モータ２０には、走行体４に対する第一の横行体５の横行位置（Ｙ軸方向位置）を検知するためのロータリエンコーダ４０が付帯している。

走行体４と第二の横行体６との間には、走行体４の梁部４ｂの後面に水平に取り付けた案内部材２１（図２（ｂ）参照）と、第二の横行体６に取り付けられ且つ案内部材２１に係合してその長手方向へ移動可能な移動部材２２（図１参照）とからなる周知の運動案内装置Ｇ２、並びに梁部４ｂに水平に枢支したねじ軸２３、該ねじ軸２３に螺合し且つ第二の横行体６に取り付けたナット４９、梁部４ｂに装着したねじ軸２３駆動用の電動モータ２４を主な構成要素とする周知の駆動機構Ｍ２（図１、図２（ｂ）参照）が介在しており、前記電動モータ２４の正逆回転に応じて、第二の横行体６が一側あるいは他側へと横行する。また、電動モータ２４には、走行体４に対する第二の横行体６の横行位置（Ｙ軸方向位置）を検知するためのロータリエンコーダ４１が付帯している。

第一の横行体５と第一の昇降体７との間には、第一の横行体５に垂直に取り付けた案内部材２５と、第一の昇降体７に取り付けられ且つ案内部材２５に係合してその長手方向へ移動可能な移動部材２６とからなる周知の運動案内装置Ｇ３（図１、図２（ａ）参照）、並びに第一の横行体５に垂直に枢支したねじ軸２７、該ねじ軸２７に螺合し且つ第一の昇降体７に取り付けたナット５０、第一の横行体５に装着したねじ軸２７駆動用の電動モータ２８を主な構成要素とする周知の駆動機構Ｍ３が介在しており、前記電動モータ２８の正逆回転に応じて、第一の昇降体７が上昇あるいは下降する。

外周面位置計測手段８は、第一の昇降体７に装着した変位センサ２９であり、下方に突出して昇降可能なロッド３０を有し、該ロッド３０の突出量に応じた位置信号３１を出力するようになっている。位置信号３１は、ロッド３０の突出量が少なくなるほど大きな値になり、ロッド３０の突出量が多くなるほど小さな値になる。また、ロッド３０の下端は、円筒体１の外周面を滑らかに摺動し得るように球状に形成されている。よって、ロッド３０の下端が円筒体１の外周面に当接した状態で、第一の横行体５を横行させると、円筒体１の外周面の円弧に追従してロッド３０が昇降し、位置信号３１が変動することになる。
第二の横行体６と第二の昇降体９との間には、第二の横行体６に垂直に取り付けた案内部材３２と、第二の昇降体９に取り付けられ且つ案内部材３２に係合してその長手方向へ移動可能な移動部材３３とからなる周知の運動案内装置Ｇ４（図１、図２（ｂ）参照）、並びに第二の横行体６に垂直に枢支したねじ軸３４、該ねじ軸３４に螺合し且つ第二の昇降体９に取り付けたナット５１、第二の横行体６に装着したねじ軸３４駆動用の電動モータ３５を主な構成要素とする周知の駆動機構Ｍ４が介在しており、前記電動モータ３５の正逆回転に応じて、第二の昇降体９が上昇あるいは下降する。

穿孔手段１０は、ドリル３６をその先端が下方を向くように把持するチャック機構３７と、該チャック機構３７を介してドリル３６を回転させる電動モータ３８とを主な構成要素としている。

演算器４２は、走行体４に対して第一の横行体５を横行させたときに、外周面位置計測手段８の変位センサ２９からの位置信号３１、並びに走行体４に対する第一の横行体５の横行位置を検知するためのロータリエンコーダ４０からのＹ軸方向位置信号４５に基づき、円筒体１の穿孔予定個所において外周面が最も高くなるＹ軸方向の位置Ｐを求め、Ｙ軸方向最高位置信号４７として発信する機能を有している。

表示器４３には、軌道部材１１に定めた原点に対する走行体４の走行位置（Ｘ軸方向位置）、走行体４に定めた原点に対する第一の横行体５の横行位置（Ｙ軸方向位置）、走行体４に定めた原点に対する第二の横行体６の横行位置（Ｙ軸方向位置）、及び走行体４に定めた原点に対する円筒体１の穿孔予定個所の外周面が最も高くなるＹ軸方向の位置Ｐ、及び走行体４に定めた原点に対する穿孔手段１０のドリル３６先端のＹ軸方向の位置Ｑのそれぞれが数値表示されるようになっている。

走行体４のＸ軸方向位置は、ロータリエンコーダ３９から送信されるＸ軸方向位置信号４４に基づくものであり、第一、第二の横行体５，６のＹ軸方向位置は、ロータリエンコーダ４０，４１から送信されるＹ軸方向位置信号４５，４６に基くものであり、円筒体１の穿孔予定個所の外周面が最も高くなるＹ軸方向の位置Ｐは、演算器４２から送信されるＹ軸方向最高位置信号４７に基づくものであり、ドリル３６先端のＹ軸方向に位置は、ロータリエンコーダ４１から送信されるＹ軸方向位置信号４６に基づくものである。

次に、図１〜図４に示す穿孔装置の作動を、円筒体１を水平に支持する前段工程、円筒体１の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置Ｐを検出する第一の工程、及び位置Ｐを中心に円筒体１に孔Ｈ１〜Ｈ９を形成させる第二の工程に分けて説明する。

前段工程では、複数の孔Ｈ１〜Ｈ９を軸線方向に一列に並ぶように形成すべき円筒体１を、複数の架台３によって水平に支持し、変位センサ２９のロッド３０が円筒体１の一端面の真上に位置するように、走行体４をＸ軸方向へ移動させる。このとき、第一の昇降体７を第一の横行体５に対して上昇させておき、外周面位置計測手段８の構成要素である変位センサ２９のロッド３０の下端が、円筒体１の外周面に当接することを防ぐとともに、第二の昇降体９を第二の横行体６に対して上昇させておき、穿孔手段１０の構成要素であるドリル３６の先端が、円筒体１の外周面に当接することを防ぐ。

円筒体１の一端面から形成すべき孔Ｈ１〜Ｈ９の中心までの距離Ｌ１〜Ｌ９は、設計値として予め定められているので、孔Ｈ１を形成する際には、変位センサ２９のロッド３０が円筒体１の一端面の真上に位置した初期状態の走行体４を、円筒体１の他端側に向けて距離Ｌ１だけ移動させ、変位センサ２９のロッド３０を孔Ｈ１の穿孔予定個所の上方まで前進させる。

初期状態の走行体４が距離Ｌ１だけ移動したか否かは、初期状態時に表示器４３に数値表示される走行体４のＸ軸方向位置と、走行体４が移動開始後に表示器４３に数値表示される走行体４のＸ軸方向位置との差を、距離Ｌ１と対比することにより容易に判断できる。

第一の工程では、第一の昇降体７を第一の横行体５に対して下降させて、外周面位置計測手段８の構成要素である変位センサ２９のロッド３０の下端を円筒体１の外周面に当接させる。この状態で、第一の横行体５を走行体４に対して横行させると、円筒体１の外周面の円弧に追従してロッド３０が昇降し、変位センサ２９から発信される位置信号３１が変動する。

演算器４２では、変位センサ２９からの位置信号３１、並びにロータリエンコーダ４０からのＹ軸方向位置信号４５に基づき、円筒体１の孔Ｈ１の穿孔予定個所において外周面が最も高くなるＹ軸方向の位置Ｐが求められ、Ｙ軸方向最高位置信号４７が表示器４３に送信される。円筒体１の孔Ｈ１の穿孔予定個所において外周面が最も高くなるＹ軸方向の位置Ｐは、平面視における円筒体１の中心線Ｃに重なるので、表示器４３には、円筒体１の孔Ｈ１の穿孔予定個所の中心が数値表示されることなる。

第二の工程では、第一の昇降体７を第一の横行体５に対して上昇させて、外周面位置計測手段８の構成要素である変位センサ２９のロッド３０の下端を円筒体１の外周面から離隔させる。この後、走行体４を円筒体１の他端側へ向けて、変位センサ２９のロッド３０中心から穿孔手段１０のドリル３６の中心までの間隔Ｘ１に応じた距離だけ移動させて、ドリル３６を孔Ｈ１の穿孔予定個所の上方まで前進させる。

走行体４が上記間隔Ｘ１に応じた距離だけ移動したか否かは、第一の工程完了時に表示器４３に数値表示される走行体４のＸ軸方向位置と、走行体４が移動開始後に表示器４３に数値表示される走行体４のＸ軸方向位置との差を、間隔Ｘ１に応じた距離と対比することにより容易に判断できる。

更に、表示器４３に表示される穿孔手段１０のドリル３６先端のＹ軸方向の位置Ｑと、円筒体１の孔Ｈ１の穿孔予定個所の外周面が最も高くなるＹ軸方向の位置Ｐとが一致するように、第二の横行体６を走行体４に対して適宜移動させることによって、ドリル３６の中心を円筒体１の中心線Ｃの真上に位置させる。そして、電動モータ３８によりドリル３６を回転させ、第二の昇降体９を第二の横行体６に対して下降させると、円筒体１の中心線Ｃ上に孔Ｈ１が形成される。

円筒体１に孔Ｈ１を形成した後に走行体４を、円筒体１の他端側に向けて移動させて、変位センサ２９のロッド３０を孔Ｈ２の穿孔予定個所の上方まで前進させる場合には、孔Ｈ１の穿設完了時に表示器４３に数値表示される走行体４のＸ軸方向位置と、走行体４が移動開始後に表示器４３に数値表示される走行体４のＸ軸方向位置との差を、距離Ｌ２から距離Ｌ１及び前述した間隔Ｘ１に応じた距離を引いた値と対比することにより容易に判断できる。更に、変位センサ２９のロッド３０やドリル３６を孔Ｈ３〜Ｈ９の穿孔予定個所の上方まで前進させる場合も同様である。

以上述べたように、図１〜図４に示す穿孔装置では、走行体４により外周面位置計測手段８である変位センサ２９を円筒体１の穿孔予定位置の上方に移動させた後、第一の横行体５により前記変位センサ２９を平面視で円筒体１軸線に交差する方向へ走査させ、円筒体１の中心線Ｃの位置を円筒体１の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置として把握し、前記走行体４により穿孔手段１０を円筒体１の穿孔予定位置の上方に移動させた後、第二の横行体６により穿孔手段を円筒体１の外周面の最も高い位置の真上に移動させて円筒体１に孔Ｈ１〜Ｈ９を形成するので、円筒体１が蛇行していても円筒体１の中心線Ｃ上に容易に孔Ｈ１〜Ｈ９を容易に形成させることができる。

なお、図１〜図４に示す事例では、第一、第二の昇降体７，９を第一、第二の横行体５，６に対して昇降させるために、ねじ軸２７，３４、ナット、電動モータ２８，３５を主な構成要素とする駆動機構を用いているが、第一、第二の昇降体７，９は厳密な位置決めは不要であるので、油圧シリンダや空圧シリンダを昇降手段に用いてもよい。また、変位センサ２９に替えて、タッチセンサ、または非接触方式であるレーザ距離計測計を外周面位置計測手段に用いてもよい。

１円筒体
４走行体
５第一の横行体
６第二の横行体
８外周面位置計測手段
１０穿孔手段
４０ロータリエンコーダ（横行位置検出手段）
４２演算器
Ｃ中心線
Ｈ１〜Ｈ９孔
Ｐ位置

Claims

複数の孔を軸線方向に一列に並ぶように形成するために円筒体を水平に設置し、
円筒体の穿孔予定個所上方に配置した外周面位置計測手段を円筒体の中心線に交差する方向に走査させて、円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置を検出する第一の工程と、
円筒体上方に配置した穿孔手段によって、前記第一の工程で得た円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置を中心に円筒体に孔を形成させる第二の工程とを、
円筒体の各穿孔予定個所で行うことを特徴とする穿孔方法。
水平に配置された円筒体に沿って移動し得る走行体と、
該走行体に対して平面視で円筒体の中心線に交差する方向へ横行可能に設けた第一の横行体、及び第二の横行体と、
前記走行体に対する第一の横行体の横行位置を検出する横行位置検出手段と、
前記第一の横行体とともに横行して円筒体の穿孔予定個所における外周面の垂直方向の高さ位置を該外周面の円弧に追従して検出する外周面位置計測手段と、
前記第二の横行体とともに移動して上方から円筒体に孔を形成する穿孔手段と、
前記外周面位置計測手段の検出値、及び横行位置検出手段の検出値に基づいて円筒体の穿孔予定個所における外周面の最も高い位置を求める演算器とを備えたことを特徴とする穿孔装置。