JP5780459B2 - 回転位置決め装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、円筒体をその軸回りに回転させることにより、円筒体の外周面にある切削位置を周方向において切削装置の位置に位置決めする回転位置決め装置と方法に関する。

切削対象の円筒体は、例えば、ボイラから発生した蒸気を集めるための管寄せである。管寄せの外周面には、スタブ管が溶接される。そのために、管寄せの外周面を切削することにより、この外周面に、スタブ管が挿入される孔を形成しておく。

この孔を形成する際には、水平に配置した円筒体を台座上で回転させる。これにより、円筒体の外周面にある切削位置を、周方向において、切削装置の位置（例えば円筒体の真上）に位置決めする。その後、円筒体を、台座においてクランプにより固定する。この状態で、円筒体の外周面における切削位置を切削装置（例えばドリル）で切削することにより、円筒体に孔を形成する。

また、円筒体における別の周方向位置にある切削位置に孔を形成する場合には、クランプを外して、円筒体を回転させる。これにより、別の切削位置を切削装置の位置にして、上述と同様に孔を形成する。

円筒体を回転させるために、ローラを用いることができる。ローラは、円筒体と平行に配置され円筒体に接触する。ローラは、回転駆動されることにより、円筒体を回転させる。円筒体を回転させるローラは、下記の特許文献１に記載されている。

また、円筒体の回転位相を検出するために、チャック機構を設けることができる。チャック機構は、円筒体の一端部を把持して、円筒体と共に回転する。このチャック機構の回転位相を検出することにより、円筒体の回転位相を検出できる。
円筒体には、周方向の基準位置を示すマークが設けられている。このマークをチャック機構における周方向の基準位置（例えばマーク）に合わせた状態で、円筒体とチャック機構の回転位相を合わせることができる。これにより、チャック機構の回転位相を、円筒体の回転位相として検出できる。検出した円筒体の回転位相に基づいて、円筒体の切削位置を切削装置の位置へ回転させる。

特開平７−８０６４０号公報

しかし、ローラと円筒体の間に、切削により生じた切粉が入り込むと、ローラは、円筒体の外周面上を滑ってしまう。

そこで、下記の構成（１）を採用できる。または、構成（１）に加えて後述の構成（２）を採用できる。

（１）ローラを、円筒体の軸方向に間隔をおいた複数位置に設ける。これにより、いずれかの軸方向位置におけるローラと円筒体の間に切粉が入り込んでも、他の軸方向位置のローラにより円筒体を回転させることができる。

しかし、この構成において、いずれかの軸方向位置におけるローラと円筒体の間に切粉が入り込んだ場合に、切粉が入り込んだ軸方向位置では、円筒体に回転駆動力が作用せず、他のローラの軸方向位置では円筒体に回転駆動力が作用する結果、円筒体が捩じれてしまう可能性がある。

（２）そこで、さらに、チャック機構を回転駆動させる。これにより、いずれかの軸方向位置におけるローラと円筒体の間に切粉が入り込んでも、他の軸方向位置のローラとチャック機構とで、円筒体に生じる捩れを抑えながら円筒体を安定して回転させることができる。

しかし、チャック機構が、円筒体を把持して回転駆動されると、チャック機構と円筒体との間に滑りが生じる可能性がある。例えば、円筒体の端部にも孔開け位置（切削位置）が存在する場合には、チャック機構が、円筒体を把持できる部分は小さい。従って、チャック機構の把持力が小さくなるので、チャック機構と円筒体との間に滑りが生じる可能性がある。また、すべてのローラと円筒体の間に切粉が入り込んだ場合には、チャック機構だけで円筒体を回転させると、チャック機構と円筒体との間に滑りが生じる可能性がある。このような滑りにより、円筒体の回転位相が検出できなくなる。

さらに、この滑りが生じない場合において、すべてのローラと円筒体の間に切粉が入り込むと、円筒体の端部には、チャック機構により回転駆動力が作用し、円筒体の他の部分には、回転駆動力が作用しなくなる。その結果、円筒体が捩じれてしまう可能性がある。

そのため、上述の構成（１）を採用した場合に、または、上述の構成（１）（２）を採用した場合に、円筒体に捩じれが発生したり、チャック機構と円筒体との間に滑りが発生しても、このような異常を検出できるようにすることが望まれる。

そこで、本発明の目的は、切粉が発生する環境において円筒体を回転して位置決めする場合に、円筒体の捩じれ、または、チャック機構と円筒体との滑りを検出できる手段を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明によると、円筒体をその軸回りに回転させることにより、円筒体の外周面にある切削位置を、前記軸回りの周方向において切削装置の位置に位置決めする回転位置決め装置であって、
円筒体の軸方向に間隔をおいて、円筒体と平行に配置された複数のローラを備え、各ローラは、円筒体に接触しながら回転駆動されることにより、円筒体を回転させ、
さらに、円筒体の一端部を把持して、円筒体と共に回転する第１のチャック機構と、
円筒体の他端部を把持して、円筒体と共に回転する第２のチャック機構と、
第１のチャック機構の回転位相を検出する第１の回転センサと、
第２のチャック機構の回転位相を検出する第２の回転センサと、
第１または第２の回転センサが検出した回転位相に基づいて、前記切削位置を切削装置の位置へ位置決めするように前記各ローラを同期して回転させる制御装置と、を備える、ことを特徴とする回転位置決め装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によると、第１の回転センサが検出した回転位相が、第２の回転センサが検出した回転位相と異なる場合には、その旨を示すエラー信号を出力するエラー検出部を備える。

本発明の別の実施形態によると、第１の回転センサが検出した回転位相と、第２の回転センサが検出した回転位相とを表示する表示装置を備える。

本発明の好ましい実施形態によると、第１および第２のチャック機構の一方は、円筒体の一端部を把持して、ローラと同期して回転駆動されることにより、ローラと協働して円筒体を回転させ、
第１および第２のチャック機構の他方は、円筒体の他端部を把持して、円筒体の回転に従動して回転し、
制御装置は、第１または第２の回転センサが検出した回転位相に基づいて、前記切削位置を切削装置の位置へ位置決めするように前記各ローラと一方のチャック機構を同期して回転させる。

また、上述した目的を達成するため、本発明によると、円筒体をその軸回りに回転させることにより、円筒体の外周面にある切削位置を、前記軸回りの周方向において切削装置の位置に位置決めする回転位置決め方法であって、
円筒体の軸方向に間隔をおいた複数位置において、それぞれ円筒体と平行に配置され、円筒体に接触しながら回転駆動されることにより、円筒体を回転させるローラと、
円筒体の一端部を把持して、円筒体と共に回転する第１のチャック機構と、
円筒体の他端部を把持して、円筒体と共に回転する第２のチャック機構と、
第１のチャック機構の回転位相を検出する第１の回転センサと、
第２のチャック機構の回転位相を検出する第２の回転センサと、を設け、
（Ａ）第１または第２の回転センサが検出した回転位相に基づいて、前記切削位置を切削装置の位置へ位置決めするように前記各ローラを回転させ、
（Ｂ）第１の回転センサが検出した回転位相が、第２の回転センサが検出した回転位相と同じであるかを判断する、ことを特徴とする回転位置決め方法が提供される。

上述した本発明によると、第１および第２のチャック機構の回転位相をそれぞれ検出する第１および第２の回転センサを設けることにより、第１の回転センサが検出した回転位相と、第２の回転センサが検出した回転位相とが同じであるかどうかを検出できる。すなわち、第１のチャック機構の回転位相と第２のチャック機構の回転位相が、同じであれば、円筒体の回転が正常であると判断でき、異なっていれば、円筒体が捩じれているか、または、チャック機構と円筒体との間に滑りが生じている異常な状態であると判断できる。

図１は、本発明の実施形態による回転位置決め装置の構成図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。 本発明の実施形態による回転位置決め方法を示すフローチャートである。 図１のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。 切削装置の構成例を示す。 本発明の実施形態による回転位置決め装置の変更例を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態による回転位置決め装置１０の構成図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。

回転位置決め装置１０は、円筒体１の軸回りに円筒体１を回転させることにより、円筒体１の外周面にある切削位置を、周方向において、後述する切削装置３０の位置に位置決めする。円筒体１は、この例では管である。なお、周方向とは、円筒体１の軸回りの方向を意味する（以下同様）。

回転位置決め装置１０は、ローラ３、第１のチャック機構５、第２のチャック機構７、第１の回転センサ９、第２の回転センサ１１、制御装置１３、および、エラー検出部１５を備える。

ローラ３は、円筒体１と平行に配置され、円筒体１に接触しながらモータ４により回転駆動されることにより、円筒体１を回転させる。ローラ３は、円筒体１の軸方向に間隔をおいた複数位置に設けられる。好ましくは、ローラ３は、円筒体１の重力を受けて円筒体１を支持する。図１と図２の例では、２つのローラ３を１組として、円筒体１の軸方向に間隔をおいた複数位置の各々に、１組のローラ３が設けられている。この場合、各組の２つのローラ３は、共に同期して回転駆動されるように構成されるのがよい。ただし、各組において、２つのローラ３のうち、一方は回転駆動され、他方は回転自在に構成されてもよい。

第１のチャック機構５は、円筒体１の一端部を把持して、ローラ３と同期して回転駆動されることにより、ローラ３と協働して円筒体１を回転させる。第１のチャック機構５は、円筒体１の端縁部を把持する爪１７を有する回転部１９と、ベアリング２１を介して回転部１９を回転可能に支持する支持部２３とを備える。回転部１９は、モータ２５により回転駆動される。

第２のチャック機構７は、円筒体１の他端部を把持して、円筒体１の回転に従動して回転する。第２のチャック機構７は、円筒体１の端縁部を把持する爪１７を有する回転部１９と、ベアリング２１を介して回転部１９を回転可能に支持する支持部２３とを備える。

第１の回転センサ９は、時々刻々と、第１のチャック機構５の回転位相を検出して、検出した回転位相を制御装置１３とエラー検出部１５へ出力する。

第２の回転センサ１１は、時々刻々と、第２のチャック機構７の回転位相を検出して、検出した回転位相をエラー検出部１５へ出力する。

制御装置１３は、第１の回転センサ９または第２の回転センサ１１（図１の例では、第１の回転センサ９）が検出した回転位相に基づいて、各ローラ３と第１のチャック機構５の回転を制御する。すなわち、制御装置１３は、第１の回転センサ９または第２の回転センサ１１が検出した回転位相に基づいて、切削位置を切削装置３０の位置へ位置決めするように各ローラ３と第１のチャック機構５を同期して回転させる。なお、切削位置は、周方向において、間隔をおいて複数存在し、軸方向においても、間隔をおいて複数存在する。例えば、第１の軸方向位置において、周方向に間隔をおいて複数の切削位置があり、第１の軸方向位置と異なる第２の軸方向位置において、周方向に間隔をおいて複数の切削位置がある。

エラー検出部１５は、第１の回転センサ９が検出した回転位相が、この回転位相の検出時点に第２の回転センサ１１が検出した回転位相と異なる場合には、その旨を示すエラー信号を出力する。好ましくは、エラー検出部１５は、エラー信号を制御装置１３に出力する。制御装置１３は、第１のチャック機構５およびローラ３を回転させている時に、エラー信号を受けると、第１のチャック機構５およびローラ３の回転を止める。

円筒体１の両端部には、円筒体１の周方向の基準位置にマークが付されている。このマークを第１のチャック機構５の基準位置（例えば、マークの位置）および第２のチャック機構７の基準位置（例えば、マークの位置）に合わせる。この整合状態で、第１のチャック機構５および第２のチャック機構７は、それぞれ、円筒体１の両端部を把持する。これにより、第１および第２の回転センサ９、１１は、それぞれ、第１および第２のチャック機構５、７の回転位相を円筒体１の位相として検出できる。
これについて、切削位置は、周方向において、円筒体１の前記マークに対する既知の位置にある。従って、制御装置１３は、上述の整合状態において、円筒体１の切削位置が切削装置３０の位置にある時に、第１の回転センサ９または第２の回転センサ１１が検出する回転位相を目標位相として記憶している。制御装置１３は、第１の回転センサ９または第２の回転センサ１１が検出する回転位相が目標位相となるように、各ローラ３と第１のチャック機構５を回転させる。

なお、上述の整合状態で、第１および第２のチャック機構５、７が、それぞれ、円筒体１の両端部を把持した時に、第１および第２の回転センサ９、１１がそれぞれ検出する回転位相は同じ値になる。

図３は、上述した回転位置決め装置１０を用いた回転位置決め方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、円筒体１をローラ３に設置する。

ステップ２において、チャック機構５、７が円筒体１を把持する。すなわち、円筒体１の周方向の基準位置に設けられたマークと、第１および第２のチャック機構５、７の基準位置（例えば、マークの位置）とを、周方向において一致させ、この状態で、第１および第２のチャック機構５、７が、それぞれ、円筒体１の両端部を把持する。

ステップＳ３において、制御装置１３が、第１または第２の回転センサ９、１１が検出した回転位相に基づいて、切削装置３０の位置へ切削位置を位置決めするように各ローラ３と第１のチャック機構５を互いに同期させて回転させる。すなわち、第１のチャック機構５により回転させられる円筒体１の回転速度と、ローラ３により回転させられる円筒体１の回転速度とが同じになるように、各ローラ３と第１のチャック機構５が互いに同期して回転させられる。なお、切削装置３０の位置とは、図１や後述の図５の例では、周方向における、円筒体１の最上点（真上）の位置を意味する。

ステップＳ４において、第１の回転センサ９が検出した回転位相が、この回転位相の検出時点で第２の回転センサ１１が検出した回転位相と同じであるかを判断する。本実施形態では、エラー検出部１５は、第１の回転センサ９が検出した回転位相が、第２の回転センサ１１が検出した回転位相と異なる場合には、その旨を示すエラー信号を制御装置１３に出力する。これにより、制御装置１３は、その後において、第１のチャック機構５およびローラ３の回転を止めた状態にする。例えば、制御装置１３は、第１のチャック機構５およびローラ３を回転させている時に、エラー信号を受けると、第１のチャック機構５およびローラ３の回転を止める。

なお、ステップＳ４は、ステップＳ３の後に行われてもよいが、ステップＳ３で円筒体１を回転している時に行われてもよい。

上述した回転位置決め方法により、周方向において、円筒体１の切削位置を切削装置３０の位置に位置決めしたら、固定装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより、円筒体１を固定する。この例では、切削装置３０の位置は、円筒体１の真上の位置である。

図１の例では、複数の固定装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃが設けられる。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。図４に示すように、固定装置２０ａは、昇降部２７と、２つのシリンダ装置２９と、べース部３１とを有する。
各シリンダ装置２９は、べース部３１に固定されたシリンダ２９ａと、シリンダ２９ａ内の油圧室に供給される油圧により往復運動するピストン２９ｂと、を有する。

昇降部２７は、上昇することにより、円筒体１に下方から接触して円筒体１を支持する。昇降部２７は、例えば、シリンダ装置またはジャッキにより構成されてよい。

２つのシリンダ装置２９は、ピストン２９ｂを前進させて円筒体１に押し付けることにより、円筒体１を固定する。図４において、２つのシリンダ装置２９は、水平方向に対して下方に傾いて、ピストン２９ｂの軸が互いに交差するように配置される。従って、円筒体１は、２つのシリンダ装置２９により昇降部２７に押し付けられることにより安定して固定される。

他の固定装置２０ｂ、２０ｃも、固定装置２０ａと同じ構成を有していてよい。好ましくは、中央の固定装置２０ｂのべース部３１は、円筒体１の軸方向を向くレール上（図示せず）を走行可能に構成されてよい。この場合、固定装置２０ｂにおいて、昇降部２７は、べース部３１に昇降可能に取り付けられる。この構成で、後述する切削装置３０の加工具３９を円筒体１の軸方向に移動させて、軸方向における複数の切削位置で切削する場合に、各切削位置の近傍に固定装置２０ｂを移動させることにより、該切削位置を切削する時に、該切削位置の近傍で円筒体１を固定できる。従って、切削加工の安定性が高まる。

このような構成の固定装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより、円筒体１を固定したら、円筒体１の切削位置を切削装置３０で切削する。

図５は、切削装置３０の構成例を示す。図５（Ａ）は、図１の一部に相当するが、切削装置３０と円筒体１のみを示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、切削装置３０と円筒体１と固定装置２０ｂのみを示す。

切削装置３０は、鉛直フレーム３３、水平フレーム３５、水平移動部３７、および、加工具３９を有する。

１対の鉛直フレーム３３が、円筒体１を間に挟むように配置される。各鉛直フレーム３３は、互いに同期して円筒体１の軸方向に移動可能である。そのために、例えば、各鉛直フレーム３３の下端部には、円筒体１の軸方向を向くレール４１上を転動可能な車輪４３を有する。また、図示しない駆動機構により、各鉛直フレーム３３は、互いに同期して円筒体１の軸方向に駆動されてよい。

水平フレーム３５は、１対の鉛直フレーム３３に架け渡されるように、これらの鉛直フレーム３３に水平に取り付けられる。水平フレーム３５は、鉛直フレーム３３に対して上下方向に移動可能である。

水平移動部３７は、水平フレーム３５に取り付けられる。水平移動部３７は、水平フレーム３５に対して水平方向に移動可能である。

加工具３９は、水平移動部３７に取り付けられる。加工具３９は、この例では、円筒体１の切削位置において円筒体１の外周面に孔を切削により形成するドリルである。

このような構成により、鉛直フレーム３３の移動により、円筒体１の軸方向に関して、円筒体１の切削位置（図５（Ｂ）において符号Ｐで示す位置）に加工具３９を位置させる。
次いで、水平移動部３７の移動により、円筒体１の軸方向に直交する水平方向に関して、円筒体１の切削位置Ｐに加工具３９を位置させる。
その後、水平フレーム３５を下降させて、真上を向いている円筒体１の切削位置Ｐに孔を加工具３９で切削形成する。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜３のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜３を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、他の点は上述と同じであってよい。

（変更例１）
第１のチャック機構５は、回転駆動されずに、第２のチャック機構７と同様に、円筒体１の一端部を把持した状態で、円筒体１の回転に従動して円筒体１と一体で回転するように構成されてもよい。

（変更例２）
上述では、エラー検出部１５は、エラー信号を制御装置１３に出力していた。これについて、本発明によると、エラー検出部１５は、エラー信号を警告装置に出力してもよい。警告装置は、エラー信号を受けると、異常である旨の音や光などのアラームを発生させる。ステップＳ３で円筒体１を回転させている時に、このアラームが発生した場合には、人が、操作装置を操作することにより、ローラ３とチャック機構５の回転を停止させる。

（変更例３）
上述では、第１の回転センサ９が検出した回転位相と、第２の回転センサ１１が検出した回転位相は、エラー検出部１５に入力されていた。これについて、本発明によると、図６のように、エラー検出部１５の代わりに表示装置４５を設けてもよい。この場合、表示装置４５には、第１の回転センサ９が検出した回転位相と、第２の回転センサ１１が検出した回転位相が入力される。これにより、表示装置４５は、第１の回転センサ９が検出した回転位相と、第２の回転センサ１１が検出した回転位相を表示する。表示された回転位相を人が見ることにより、円筒体１の回転が正常かどうかを人が判断できる。異常と判断されたら、例えば、その後の切削加工を中止する。

１ 円筒体、３ ローラ、４ モータ、５ 第１のチャック機構、７ 第２のチャック機構、９ 第１の回転センサ、１０ 回転位置決め装置、１１ 第２の回転センサ、１３ 制御装置、１５ エラー検出部、１７ 爪、１９ 回転部、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 固定装置、２１ ベアリング、２３ 支持部、２５ モータ、２７ 昇降部、２９ シリンダ装置、２９ａ シリンダ、２９ｂ ピストン、３０ 切削装置、３１ べース部、３３ 鉛直フレーム、３５ 水平フレーム、３７ 水平移動部、３９ 加工具、４１ レール、４３ 車輪、４５ 表示装置

Claims (4)

1. 円筒体をその軸回りに回転させることにより、円筒体の外周面にある切削位置を、前記軸回りの周方向において切削装置の位置に位置決めする回転位置決め装置であって、
   円筒体の軸方向に間隔をおいて、円筒体と平行に配置された複数のローラを備え、各ローラは、円筒体に接触しながら回転駆動されることにより、円筒体を回転させ、
   さらに、円筒体の一端部を把持して、円筒体と共に回転する第１のチャック機構と、
   円筒体の他端部を把持して、円筒体と共に回転する第２のチャック機構と、
   第１のチャック機構の回転位相を検出する第１の回転センサと、
   第２のチャック機構の回転位相を検出する第２の回転センサと、
   第１または第２の回転センサが検出した回転位相に基づいて、前記切削位置を切削装置の位置へ位置決めするように前記各ローラを同期して回転させる制御装置と、
   第１の回転センサが検出した回転位相が、第２の回転センサが検出した回転位相と異なる場合には、その旨を示すエラー信号を出力するエラー検出部と、を備える、ことを特徴とする回転位置決め装置。
2. 円筒体をその軸回りに回転させることにより、円筒体の外周面にある切削位置を、前記軸回りの周方向において切削装置の位置に位置決めする回転位置決め装置であって、
   円筒体の軸方向に間隔をおいて、円筒体と平行に配置された複数のローラを備え、各ローラは、円筒体に接触しながら回転駆動されることにより、円筒体を回転させ、
   さらに、円筒体の一端部を把持して、円筒体と共に回転する第１のチャック機構と、
   円筒体の他端部を把持して、円筒体と共に回転する第２のチャック機構と、
   第１のチャック機構の回転位相を検出する第１の回転センサと、
   第２のチャック機構の回転位相を検出する第２の回転センサと、
   第１または第２の回転センサが検出した回転位相に基づいて、前記切削位置を切削装置の位置へ位置決めするように前記各ローラを同期して回転させる制御装置と、
   第１の回転センサが検出した回転位相と、第２の回転センサが検出した回転位相とを表示する表示装置と、を備える、ことを特徴とする回転位置決め装置。
3. 第１および第２のチャック機構の一方は、円筒体の一端部を把持して、ローラと同期して回転駆動されることにより、ローラと協働して円筒体を回転させ、
   第１および第２のチャック機構の他方は、円筒体の他端部を把持して、円筒体の回転に従動して回転し、
   制御装置は、第１または第２の回転センサが検出した回転位相に基づいて、前記切削位置を切削装置の位置へ位置決めするように前記各ローラと一方のチャック機構を同期して回転させる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転位置決め装置。
4. 円筒体をその軸回りに回転させることにより、円筒体の外周面にある切削位置を、前記軸回りの周方向において切削装置の位置に位置決めする回転位置決め方法であって、
   円筒体の軸方向に間隔をおいた複数位置において、それぞれ円筒体と平行に配置され、円筒体に接触しながら回転駆動されることにより、円筒体を回転させるローラと、
   円筒体の一端部を把持して、円筒体と共に回転する第１のチャック機構と、
   円筒体の他端部を把持して、円筒体と共に回転する第２のチャック機構と、
   第１のチャック機構の回転位相を検出する第１の回転センサと、
   第２のチャック機構の回転位相を検出する第２の回転センサと、を設け、
   （Ａ）第１または第２の回転センサが検出した回転位相に基づいて、前記切削位置を切削装置の位置へ位置決めするように前記各ローラを回転させ、
   （Ｂ）第１の回転センサが検出した回転位相が、第２の回転センサが検出した回転位相と同じであるかを判断する、ことを特徴とする回転位置決め方法。