JP7312731B2

JP7312731B2 - 自動拡管装置

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Publication number: JP7312731B2
Application number: JP2020124610A
Authority: JP
Inventors: 憲二澤崎; 正杉森
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2023-07-21
Anticipated expiration: 2040-07-21
Also published as: JP2022021162A; KR20220011566A; CN113953395A; KR102427837B1

Description

本発明は、自動拡管装置に関する。

従来、チューブの拡管加工を行う拡管装置と、この拡管装置を支持して移動させるロボットとを備える自動拡管装置が提案されている（例えば、特許文献１：実公平７－３１８５３号公報参照）。
拡管装置は、例えば熱交換機を構成するチューブと該チューブを取付ける管板との接合を、エキスパンダによってチューブの外径を広げて管板に形成された取付け孔の内面に圧接固定することで行う。
特許文献１に記載の自動拡管装置では、拡管装置は、拡管対象であるチューブの位置までロボットによって移動させられる。

実公平７－３１８５３号

しかしながら、チューブの内径とエキスパンダの外径との間の隙間が小さい。たとえば小さいものになると０．２ｍｍ程度しかない。また、チューブ自体の垂れ下がり、ツールのたわみ、チューブ端面の状態による画像処理結果の変動など、正常な挿入を妨げる要因が多々あるため、挿入出来ないという問題が発生する。さらに、挿入ミスによるツールの損傷を発生させるほか、摩耗したツールで拡管を続けると品質不良を発生させる虞れがある。
このため、エキスパンダの挿入時の管板との衝突、及びチューブとローラのひっかかりを検知し、挿入ミスを防ぐためには、さらなる改善の余地があった。
本発明は、これらの問題を鑑み、拡管作業の効率を向上させることができる自動拡管装置を提供することを目的とする。

本発明の自動拡管装置は、チューブの拡管加工を行う拡管装置と、拡管装置を支持して移動させるロボットと、前記拡管装置および前記ロボットを制御する制御装置と、備える自動拡管装置であって、拡管装置は、先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、およびフレーム部材に回転自在に保持されフレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、エキスパンダのマンドレルを回転駆動する回転駆動機と、エキスパンダのフレーム部材をクランプするクランプ装置と、クランプ装置をエキスパンダの軸方向に移動させる移動装置と、移動装置における移動部の位置を検出する検出装置と、を備える。制御装置は、ロボットによりエキスパンダがチューブ内に挿入される際に、移動部の位置を検出装置で検出した結果に基づいて、異常を判定することを特徴とする。

本発明によれば、拡管作業の効率を向上させた自動拡管装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る自動拡管装置の概略側面図である。実施形態の自動拡管装置の要部の構成を示す斜視図である。実施形態の自動拡管装置の操作部を示す正面図である。実施形態の自動拡管装置で、管板もしくはチューブ端面とエキスパンダ先端とが衝突する様子を示す模式図である。実施形態の自動拡管装置で、エキスパンダとチューブとが傾くことで生じる干渉の様子を示す模式図である。実施形態の自動拡管装置で、チューブ端面とローラ端面との干渉の様子を示す模式図である。実施形態の自動拡管装置に用いる自動拡管方法で、事前検査工程の順序を示すフローチャートである。実施形態の自動拡管装置に用いる自動拡管方法で、図７の事前検査工程に続く拡管工程の順序を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る自動拡管装置１について、図１～図８を適宜参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自動拡管装置１の概略側面図である。
図１に示すように、本実施形態の自動拡管装置１は、ロボット２と、拡管装置３と、制御装置１０と、少なくとも一つのエキスパンダ４を保管するツールストッカ１１とを備えている。本実施形態のロボット２としては多関節ロボットが使用されている。ロボット２は、拡管装置３を支持して移動させる。
なお、図１においては、ロボット２によって拡管装置３が移動させられて拡管装置３の位置および姿勢が３通りに変化させられた状態を同時に示している。

拡管装置３は、チューブＴの拡管加工を行う。拡管装置３は、熱交換機を構成するチューブＴとこのチューブＴを取付ける管板ＴＢとの接合を、エキスパンダ４によってチューブＴの外径を広げて管板ＴＢに形成された取付け孔ＴＢａの内面に圧接固定することで行う。
図２に示すように、拡管装置３は、ロボット２のアーム２１の先端部２１ａに固定されている。拡管装置３には、ビジョンセンサ５が固定されている。
拡管装置３は、エキスパンダ４と、回転駆動機６と、移動装置８と、カップリング９とを有している。
図４に示すように、エキスパンダ４は、マンドレル４１、筒状のフレーム部材４２、および複数のローラ４３を有している。マンドレル４１には、先端側が小径となるテーパ部４１１が外周面に形成されている。フレーム部材４２は、マンドレル４１にスライド自在かつ回転自在に外嵌されている。複数のローラ４３は、フレーム部材４２に回転自在に保持されている。

マンドレル４１は、このマンドレル４１の先端側（以下、「前側」ともいう）に位置するテーパ部４１１と、テーパ部４１１の基端側（以下、「後側」ともいう）に位置する円柱形状の円柱部４１２とを有している。マンドレル４１の先端部には、キャップナット４１３がねじ締結によって固定されている。また、マンドレル４１の後端部には、角型シャンク（図示せず）が設けられていて、カップリング９を介して、回転駆動機６の回転軸と接続されている。

図６に示すように、フレーム部材４２は、ローラ４３を保持する円筒状のフレーム４４と、フレーム４４の外周面に取り付けられた環状のカラー４５とを有している。カラー４５は、フレーム４４の外周面に固定されたカラー後輪４５１と、カラー後輪４５１に対して前側（エキスパンダ４の先端側）にボールリテーナ４５０を介して回転自在に配置されるカラー前輪４５３とを有する。

フレーム４４の中空部の内径はマンドレル４１の円柱部４１２の外径より僅かに大きくなっている。マンドレル４１は、円筒状のフレーム４４の中空部を貫通して挿入されている。フレーム４４の先端側には例えば１２０度の間隔で周方向均等に長溝であるローラ溝４２１が複数形成されている。各ローラ溝４２１はフレーム４４の長手方向に関し同一位置に配置されている。ローラ溝４２１には裁頭円錐形状の複数のローラ４３が係止されて保持されている。ローラ４３は、ローラ溝４２１から、フレーム４４の径方向の外側および内側に一部露出している。

ローラ４３は、フレーム４４の径方向内側において、マンドレル４１のテーパ部４１１の外周面に、その長手方向中心軸まわりに回転しながら、その側面が接触する。一方、ローラ４３は、フレーム４４の径方向外側において、拡管加工時に、拡管されるチューブＴの内周面に、その長手方向中心軸まわりに回転しながら、マンドレル４１との接触部とはほぼ反対側の側面が接触する。

ローラ４３は、その中心軸がフレーム部材４２の軸方向（マンドレル４１の軸方向と同じ）に対して所定角度θだけ傾斜しているフィードアングルが与えられて配置されている。ローラ４３は、マンドレル４１のテーパ部４１１のテーパとは方向が逆で傾きが半分のテーパをカラー４５側の本体部に有する裁頭円錐形状である。

フレーム４４のカラー４５は、一段外径を小さくして内周面に雌ねじが形成されたカラー後輪４５１と、ボールリテーナ４５０と、カラー前輪４５３と、を有している。
このうち、カラー後輪４５１の雌ねじは、フレーム部材４２後部の外周面に形成された雄ねじ４５２に螺合されている。カラー後輪４５１は、止めナット部材によってフレーム４４に固定されている。なお、カラー後輪４５１のフレーム４４への固定方法は、止めナット部材を用いた方法以外に、例えば六角穴付止めねじ４５１ａ等を用いた方法であってもよい。
また、カラー４５は、カラー後輪４５１の前面にボールリテーナ４５０を配置する。ボールリテーナ４５０の前面には、さらに、カラー前輪４５３が配置されている。そして、カラー４５は、カラー後輪４５１と、カラー前輪４５３との間にボールリテーナ４５０を介装した状態で、リング部材等を用いて一体となるように固定されている。

本実施形態の回転駆動機６は、エキスパンダ４のマンドレル４１をカップリング９（図２参照）を介して回転駆動する。回転駆動機６として、ここではサーボモータが使用されている。サーボモータは、制御装置１０（図１参照）に接続されていて、回転数を制御可能である。また、制御装置１０は、回転駆動の際に生じる駆動電流を測定することにより表示面部１０１（図３参照）によって回転トルクをモニタリングできるように構成されている。さらに、制御装置１０は、ロボット２のアーム２１の駆動電流を測定することにより負荷トルクをモニタリングできるように構成されている。

クランプ装置７（図２参照）は、一対のクランパおよび、エアチャックを有して、支持部材７３によって支持されている。クランパは、エキスパンダ４のカラー４５のうち、カラー前輪４５３（図６参照）をクランプまたは開放する。クランパは、エキスパンダ４をクランプして支持部材７３に装着した状態で、エキスパンダ４の先端４ａから支持部材７３までの寸法を所定の寸法に規制する。

図２に示すように、移動装置８は、支持部材７３に設けられたクランプ装置7をエキスパンダ４の軸方向に沿わせて移動させる。移動装置８は、回転駆動機６のケーシングに図示しない取付部材を介して固定されている。
本実施形態の移動装置８としては、電動シリンダ装置が使用されている。電動シリンダ装置は、制御装置１０に接続されていて、エキスパンダ４を軸方向に沿わせて移動させる制御が行われる。なお、移動装置８として電動シリンダ装置を使用した場合、流体圧シリンダと比べて、精度よく自由な位置に止めることができるメリットがある。
移動装置８としては、電動シリンダ装置に限らず、流体圧を用いる流体圧シリンダ装置が使用されてもよい。特に精度を要求しない場合は、移動装置８として流体圧シリンダ装置を使用することもできる。これによりコストを抑えることができる。移動装置８は、駆動力を発生させる本体部８１と、本体部８１によって進退移動させられる上下一対のロッド８２とを有している。ロッド８２の先端は、移動部としての支持部材７３に固定されている。

また、支持部材７３のうち、ロッド８２の先端が固定される同じ取付面には、位置センサ２００から延出された検知ロッド２００ｂの先端２００ａが固定されている。
ここで、駆動源に電動シリンダのサーボモータを使用する場合は、位置センサ２００としてサーボモータのエンコーダを使用することで位置を検出することが可能となる。また、駆動源に汎用モータを使用する場合は、汎用の位置センサ２００を使用することができる。さらに、駆動源として流体圧シリンダを使用する場合は、上記の汎用の位置センサと同じものが使用される。汎用の位置センサ２００としては、レーザセンサ、磁気センサ等を用いてもよい。
検知ロッド２００ｂの先端２００ａがロッド８２の先端を固定する同じ取付面に固定されることにより、検知ロッド２００ｂの先端２００ａから支持部材７３に装着されているエキスパンダ４の先端４ａまでの寸法はほぼ一定となる。このため、移動装置８による支持部材７３のストローク量Ｌは、先端４ａのストローク量とほぼ同一となる。
したがって、位置センサ２００は、検知ロッド２００ｂの延出量によって、先端２００ａから所定の距離に存在するエキスパンダ４の先端４ａの位置情報を検知することができる。

一方、図１に示す制御装置１０は、記憶手段に予め記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することで、自動拡管装置１の各部の動作を制御するコンピュータである。
制御装置１０には、表示面部１０１が設けられている。図３に示すように表示面部１０１は、ユーザとのインターフェースとなるタッチパネル１０２を有している。
タッチパネル１０２は、設定トルク設定部１０３、ストローク表示部１０４、Ｘ，Ｙ座標表示部１０５、ＮＯ.が個別に振られたチューブごとに表示するＸ，Ｙ座標部１０６、検出トルク表示部１０７、検出ストローク表示部１０８、動作状態を示すインジケータ表示ランプ部１０９、および操作ボタン部１１０等を有している。
なお、本実施形態では、表示面部１０１に設けられたタッチパネル１０２を使用するものを示して説明している。しかしながら、特にこれに限らず、たとえば、操作用のペンダント等、他のインターフェース機器を使用してもよい。

このうち、検出トルク表示部１０７は、回転駆動の際に生じる回転トルクを表示する。そして、個別に振られたチューブごとにＸ，Ｙ座標部１０６によって、検出された回転トルクがモニタリングされる。
制御装置１０には、位置センサ２００が接続されている。そして、移動装置８によって移動した支持部材７３の位置を位置センサ２００は検出して、制御装置１０に位置信号として送信する。
検出ストローク表示部１０８は、位置センサ２００により検出されたストロークＬを表示する。そして、個別に振られたチューブごとにＸ，Ｙ座標部１０６によって、検出されたストロークＬがモニタリングされる。

制御装置１０には、トルク変動検出部１０ａ、ストローク位置検出部１０ｂ、ストローク変化判定部１０ｃが設けられている。制御装置１０は、ロボット２によりエキスパンダ４がチューブＴ内に挿入された際に、移動装置８の支持部材７３のストローク位置を位置センサ２００によって検出することに基づいて、異常を判定する。
このように支持部材７３の位置を用いて、エキスパンダ４がチューブＴ内に挿入された際に挿入ストロークを監視する。これにより、拡管トルクを検出するタイミングを正確なものとして、異常を判定できる。
また、拡径工程に移行する前の事前検査工程で異常を発見できる。このため、拡管ミスを防止して、歩留まりを向上させることができる。

トルク変動検出部１０ａは、拡管装置３に備えたエキスパンダ４の先端４ａが管板ＴＢまたはチューブＴの端面ｔｅに衝突する（図４参照）と、拡管装置３を支持するロボット２のトルク変動により衝突したことが検出される。
このように、トルク変動検出部１０ａは、エキスパンダ４の先端４ａが管板ＴＢまたはチューブＴの端面ｔｅに衝突すると、拡管装置３を支持するロボット２のトルク変動を検出して衝突であるか否か判定する。このため、エキスパンダ４の先端４ａが管板ＴＢまたはチューブＴの端面ｔｅに衝突するストロークでトルク変動を判定することにより挿入異常であると正確に判定することができる。

ストローク位置検出部１０ｂは、エキスパンダ４を挿入する際、ローラ４３またはフレーム４４がチューブＴに引っかかったこと（図５参照）を、移動装置８の支持部材７３のストローク位置に基づいて検出して、異常を判定する。
このため、ストローク位置検出部１０ｂは、図1に示すストロークＬの途中であっても、エキスパンダ４を挿入する際に引っかかった位置がローラ４３またはフレーム４４がチューブＴに引っかかった場合に予め想定された位置であると、ローラ４３またはフレーム４４がチューブに引っかかった挿入異常であると正確に判定することができる。

ストローク変化判定部１０ｃは、移動装置８によるエキスパンダ４の拡管に要するストローク量の変化を位置センサ２００で検出した位置の変化に基づいて判定を行う。
エキスパンダ４は使用により摩耗すると、チューブＴの管径に比して外形寸法を減少させる。このため、ストローク変化判定部１０ｃは、ストローク量の変化が大きくなるとエキスパンダ４が寿命を迎えていると判定できる。したがって、規定回数でエキスパンダ４を交換する管理方法と比較して、正確にエキスパンダ４の劣化の管理を行うことが出来、耐用性を向上させることができる。

次に、本実施形態の自動拡管装置１の動作について説明する。自動拡管装置１の動作は、制御装置１０によって制御される。
まず、図７，図８に示すフローチャートに沿って、本実施形態の自動拡管装置１を用いる自動拡管作業について説明する。自動拡管作業では、事前検査工程と拡管工程とが連続して行われる。図７は、自動拡管作業のうち、拡管工程に先立って事前に行われる、事前検査工程の順序を示すフローチャートである。また、図８は、事前検査工程に続いて行われる拡管工程の順序を示すフローチャートである。

図７に示すように、まず、自動拡管作業をスタートすると、ステップＳ１では、クランプ装置７がエアチャックをアンクランプ状態とする。
次に、ステップＳ２ではツール径を最小（Ｍｉｎ）とする。このとき、移動装置８は、クランプ装置７をフレーム部材４２のカラー前輪４５３に当接させた状態で、フレーム部材４２をマンドレル４１の先端側に移動させる。これにより、ローラ４３は、マンドレル４１のテーパ部４１１の小径側に位置して、各ローラ４３の径方向外側への突出量が最も小さくなる。つまり、ツール径が最小となる。

ステップＳ３でクランプ装置７は、カラー前輪４５３をクランプする。ここから移動装置８の電動シリンダ装置は、フリー状態となる。
すなわち、クランプ装置７がフレーム部材４２のカラー前輪４５３をクランプすると、移動装置８によるクランプ装置７の軸方向位置の保持力が解除される。このため、移動装置８はブレーキ解除状態、つまり外力に倣って動くフローティング状態となる。
そして、この際、位置センサ２００により、検出された電動シリンダの位置が記憶され、記憶された位置がシリンダの原点となる。また、クランプによりエキスパンダ４のストロークと支持部材７３のストロークＬとは、ほぼ同じとなる。このため、位置センサ２００により検出された電動シリンダの位置を用いて、エキスパンダ４の先端の位置が精度よく測定可能となる。
さらにフローティング状態では、カラー４５がチューブＴや管板ＴＢによって押されるとシリンダの位置との間隔を縮ませることができる。

ステップＳ４でロボット２を起動する。
ステップＳ５で拡管装置３のエキスパンダ４を送出し、拡管対象となるチューブＴの端面ｔｅに対向する位置に移動させる。拡管対象となるチューブＴの位置は、管板ＴＢの取付け孔ＴＢａの位置データ(設計データ)を取り込むことや、管板ＴＢの取付け孔ＴＢａの画像をビジョンセンサ５から取込んで画像処理することによって特定できる。
ステップＳ６では、エキスパンダ４の先端がチューブＴの端面に対向する位置まで所定の速度で移送される（早送り制御）。ロボット２は、エキスパンダ４がチューブＴの端面の手前数ｍｍに到達すると減速を開始する。ビジョンセンサ５から取込まれた画像は、制御装置１０で画像処理される。これにより拡管対象となるチューブＴの位置、管板ＴＢの取付け孔ＴＢａの位置データ(設計データ)等が取り込まれる。
ステップＳ７では、エキスパンダ４が減速状態を維持しながらチューブＴの内部に挿入される。

ステップＳ８では、ロボット２を駆動している駆動電流の電流変化から、エキスパンダ４の先端４ａがチューブＴの内部に挿入される際に抵抗が生じたか否かを判定する。
ステップＳ８でロボット２が抵抗を検出する（ステップＳ８でＹＥＳ）と、ステップＳ１０に処理が進み、ロボット２を停止させる。
たとえば、図４に示すように、エキスパンダ４の先端４ａがチューブＴの端面ｔｅに衝突すると、挿入の際にロボット２が抵抗を検出する。このため、チューブＴの端面ｔｅの位置で駆動電流の電流変化を検出すると、エキスパンダ４の先端４ａがチューブＴの端面ｔｅに衝突したとみなして、制御装置１０はロボット２を即座に停止させる（ステップＳ１０参照）。
ステップＳ８で抵抗が検出されない（ステップＳ８でＮＯ）と、制御装置１０は、ステップＳ９に処理を進める。ステップＳ９では、ローラ４３端面をチューブＴの端面ｔｅから１ｍｍ、チューブＴ内部に挿入するようにロボット２を動作させる。

本実施形態のステップＳ９では、たとえば、図６に示すように。ローラ４３端面とチューブＴ端面とが引っ掛かると原点からシリンダ位置までの距離が1ｍｍ縮む。このため、移動装置８は、この距離の短縮が移動により位置センサ２００にて検出されると（ステップＳ９にてＹＥＳ）、ステップＳ１０に処理を進め、ロボット２を停止させることができる。
また、ステップＳ９にて距離の短縮が検出されないと（ステップＳ１０にてＮＯ）、正常にローラ４３先端がチューブ内に挿入されているため、ステップＳ１１に処理を進める。

ステップＳ１１では、ロボット２の動作によりフレーム４４全体をチューブＴ内に収まる位置まで移動させる。
ステップＳ１２では、図５に示すようにチューブＴとフレーム４４とが干渉しているか否かが判定される。
このため、ステップＳ１３で移動装置８により検出されたシリンダ位置が原点に位置しているか否かが判定される。シリンダ位置が原点に位置していない場合（ステップＳ１３でＮＯ）は、ステップＳ１０へ進み、挿入が異常であると判定して、ステップＳ１０にてロボット２を停止させる。
ステップＳ１３でシリンダ位置が原点に位置している場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）は、挿入は正常であるとしてステップＳ１４へ進み、事前検査工程を終えて、次の拡管工程（ステップＳ２０～Ｓ３２）へ進む（ステップＳ１５）。

図８は、図７の事前検査工程に続いて行われる拡管工程の順序を示すフローチャートである。
ステップＳ２０で拡管工程をスタートすると、ステップＳ２１で回転駆動機６が回転動作を開始する。サーボドライブを正回転させ、ロボット２でマンドレル４１が送られる。
ステップＳ２２で送り方向に負荷がかかるとステップＳ２３で拡管を開始する。
ステップＳ２３では、拡管加工中、カラー４５のカラー前輪４５３がチューブＴの端面ｔｅに接触し、回転も軸方向の位置移動もしない。
しかし、マンドレル４１は、回転駆動機６により回転駆動される。このため、マンドレル４１の回転により、ローラ４３はチューブＴの内周面上を自転しながらフレーム４４とともに公転するが軸方向には移動しない。フレーム４４はローラ４３の自転により自己の中心軸線まわりを公転するのみであり、軸方向には移動しない。

一方、マンドレル４１の中心軸とローラ４３の中心軸とにはフィードアングルが設けられている。
このため、マンドレル４１は回転させられると自然と軸方向に送られる作用が働く。このため、マンドレル４１は、回転しながら、ローラ４３のフィードアングルの作用によって先端側に移動、すなわち自己推進する。マンドレル４１の前方移動によってローラ４３のマンドレル４１との接触位置がテーパ部の大径側に移動する。したがって、ツール径が増大し、チューブＴは拡管加工を受ける。

ステップＳ２４でエキスパンダ４は自己推進し、ロボット２はエキスパンダ４の自己推進速度に自動追従する。エキスパンダ４が自己推進させられる軸方向外力を受けている間、エキスパンダ４を軸方向外力の方向に移動させるようにロボット２が動作させられる。これにより、ロボット２による拡管装置３の支持位置がエキスパンダ４のマンドレル４１の軸方向の動きに追従させられる。
ステップＳ２５でサーボドライブが設定したトルクを検出すると回転を停止し、逆回転を開始する。
ステップＳ２６では、正常な位置までエキスパンダ４が挿入されているかストローク判定を行うため、位置センサ２００によってストロークが検出される。ここでは、シリンダ位置が原点から縮んで位置がずれているか否かを監視する。たとえば、拡管チューブが細い時など設定トルクが微小で検出不安定な場合は、トルクではなく、位置センサ２００で検出されるストロークをしきい値として用いる。これにより、正確にエキスパンダ４のチューブＴ内への挿入状態を判定することができる。

ステップＳ２７でトルク到達の際のストロークが所定範囲に入っているか否かが確認される。この際、トルク到達の際のストロークが所定範囲に入っているか否かを確認することで、トルクとストロークとによるダブルチェックが行える。
ステップＳ２７でトルク到達を示す予め設定された設定トルクでストロークが所定範囲から外れている（ステップＳ２７でＮＯ）と、ステップＳ２５に戻り、設定トルクでストロークが所定範囲内に入っている（ステップＳ２７でＹＥＳ）と、ステップＳ２８に処理を進める。

ステップＳ２８では、ストロークが所定量に到達すると回転を停止し、逆回転を開始する。
ステップＳ２９でエキスパンダ４は逆回転により自己後退する。このため、ロボット２はエキスパンダ４の逆回転による自己後退の速度に自動追従して後退する。
ステップＳ３０で逆回転による負荷が無くなると、ロボット２はエキスパンダ４をチューブＴから抜去る。

ステップＳ３１で拡管工程終了後の後工程が行われる。
後工程では、拡管に要したストロークＬの推移がチェックされる。
たとえば、ローラ４３もしくはマンドレル４１が消耗してくると同じ拡管トルク（拡管径）を得るのにも、必要とされるストロークは増加する。したがって、位置センサ２００にて得られるストロークを管理し、しきい値を超えたら寿命と判断して新しいエキスパンダ４に交換する。これにより、回数管理よりも確実な消耗具合の判断が行える。

本実施形態では、エキスパンダ４は、拡管加工時に自ら前進（自己推進）する方向に軸方向外力がかかり、拡管後に抜き出す際にも自ら抜き出る（自己後退）方向に軸方向外力がかかる。この軸方向外力とロボット２の動力とが互いに押し付け合わないように、ロボット２は、軸方向外力である負荷に合わせて、ロボット２に備わる駆動用モータのトルク制御を行う。具体的には、ロボット２の動作がエキスパンダ４の自己推進および自己後退に追従させられるよう、モータ電流の制御によって制限をかけ、ロボット２に外力が印加されると、ロボット２はこの外力に従って動作する。

なお、ステップＳ１０で、ロボット２を停止させる際、あるいは回転駆動機６は、予め設定された負荷トルクが検出された場合等、回転を停止し逆回転する。負荷トルクは、回転駆動機６に流れる電流値に基づいて得られる。
そして、ロボット２は、回転駆動機６によって逆回転させられるマンドレル４１をエキスパンダ４の基端側に送る。マンドレル４１は、逆回転しながら、ローラ４３のフィードアングルの作用によって基端側に移動、すなわち自己後退する。このマンドレル４１の後方移動によってローラ４３のマンドレル４１との接触位置がテーパ部４１１の小径側に移動するので、ツール径が減少する。

エキスパンダ４が自己後退させられる軸方向外力を受けている間、エキスパンダ４を軸方向外力の方向に移動させるようにロボット２が動作させられる。これにより、ロボット２による拡管装置３の支持位置がエキスパンダ４のマンドレル４１の軸方向の動きに追従させられる。続いて、ロボット２は、拡管装置３のエキスパンダ４をチューブＴから抜き去り、回転駆動機６による回転駆動を停止させる。

上述してきたように、本実施形態の自動拡管装置１では、拡管作業の効率を向上させることができる。
具体的には、自動拡管装置１がエキスパンダ４を軸方向に移動させる移動装置８における支持部材７３の位置を検出する位置センサ２００を備える。
これにより、エキスパンダ４のフレーム部材４２もしくはローラ４３がチューブＴに引っ掛かって正常に入らなかったことをエキスパンダ４の軸方向の移動または、位置の変化により検出して、異常と判断することができる。したがって、拡管ミスを防止して拡管作業の効率を向上させることができる。

このように、回転駆動機６によって検知される拡管トルクとは別に、位置センサ２００によって挿入ストロークを監視することで、拡管ミスを防止して、拡管作業の効率を向上させることができる。
また、位置センサ２００により検出されたマンドレル４１の位置によって拡管完了とするストローク制御が可能となった。このため、寸法公差を減少させることができる。

さらに、位置センサ２００により検出された支持部材７３の位置情報から得られるストロークに基づいて、ロボット２によりエキスパンダ４がチューブＴ内に挿入された際に、異常を判定することができる。
このように、支持部材７３の位置を用いて、エキスパンダ４がチューブＴ内に挿入された際に挿入ストロークを監視する。これにより、拡管トルクを検出するタイミングを正確なものとして、異常を判定できる。
また、拡径工程に移行する前の事前検査工程で異常を発見できる。このため、拡管ミスを防止して、歩留まりを向上させることができる。

さらに、制御装置１０は、トルク変動検出部１０ａを有している。トルク変動検出部１０ａは、拡管装置３に備えたエキスパンダ４の先端４ａが管板ＴＢまたはチューブＴの端面ｔｅに衝突したことを、拡管装置３を支持するロボット２のトルク変動により検出して異常を判定する。
すなわち、位置センサ２００は、制御装置１０へ支持部材７３の位置情報を、支持部材７３の位置情報から得られる、支持部材７３から設定された距離に存在するエキスパンダ４の先端４ａの位置情報として送る。
制御装置１０に設けられたトルク変動検出部１０ａは、図４に示すように、先端４ａが管板ＴＢまたはチューブＴの端面ｔｅに衝突したことを、拡管装置３を支持するロボット２のトルク変動により検出することができる。
このように、エキスパンダ４の先端４ａが管板ＴＢまたはチューブＴの端面ｔｅに衝突すると、トルク変動検出部１０ａは、拡管装置３を支持するロボット２のトルク変動として異常を検出することができる。
このため、トルク変動検出部１０ａは、エキスパンダ４の先端４ａがチューブＴ内に挿入される前に、このまま挿入動作および拡径工程を強行しても挿入異常を生じさせる可能性が高い状態であることを正確に判定することができる。

また、制御装置１０は、ストローク位置検出部１０ｂを有している。ストローク位置検出部１０ｂは、エキスパンダ４を挿入する際、ローラ４３またはフレーム４４がチューブＴに引っかかったことを支持部材７３の位置を位置センサ２００の検出に基づいて判定する。
本実施形態では、位置センサ２００による支持部材７３の位置の検出によって、支持部材７３から設定された距離に存在するエキスパンダ４の先端４ａの位置情報を得ることができる。
そして、エキスパンダ４を挿入する際に引っかかった位置がローラ４３またはフレーム部材４２がチューブＴに引っかかった場合に予め想定された位置であると、ローラ４３またはフレーム部材４２がチューブＴに引っかかった挿入異常であると正確に判定することができる。

また、制御装置１０は、ストローク変化判定部１０ｃを有する。ストローク変化判定部１０ｃは、移動装置８によるエキスパンダ４の拡管に要するストローク量の変化を位置センサ２００で検出する。
このため、ストローク変化判定部１０ｃは、ストローク量の変化が大きくなるとエキスパンダ４が摩耗等により寿命を迎えていると判定できる。したがって、正確にエキスパンダの劣化の管理を行うことが出来、耐用性を向上させることができる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではない。本発明は、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

例えば、前記した実施形態では、ロボット２として、多関節ロボットが使用されているが、これに限定されるものではなく、例えば直交座標型ロボット等の各種ロボットが使用されてもよい。

また、実施形態では、移動装置８として電動シリンダ装置を使用する場合を示して説明してきたが、特にこれに限らない。例えば、駆動源にサーボモータからなる電動シリンダ装置を用いてエンコーダで位置を検出するように構成してもよい。
さらに、移動装置８の駆動源として汎用モータを使用したり、あるいは、駆動源として流体圧シリンダを使用してもよい。これらの場合は、レーザセンサまたは磁気センサ等の汎用の位置センサを使用出来るため、さらにコストの上昇を抑制できる。

１自動拡管装置
２ロボット
３拡管装置
４エキスパンダ
６回転駆動機
７クランプ装置
８移動装置
４１マンドレル
４２フレーム部材
４３ローラ
７３支持部材（移動部）
２００位置センサ（検出装置）

Claims

チューブの拡管加工を行う拡管装置と、
前記拡管装置を支持して移動させるロボットと、
前記拡管装置および前記ロボットを制御する制御装置と、
を備える自動拡管装置であって、
前記拡管装置は、
先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、
前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記エキスパンダの前記フレーム部材をクランプするクランプ装置と、
前記クランプ装置を前記エキスパンダの軸方向に移動させる移動装置と、
前記移動装置における移動部の位置を検出する検出装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ロボットにより前記エキスパンダが前記チューブ内に挿入される際に、前記移動部の位置を前記検出装置で検出した結果に基づいて、異常を判定することを特徴とする、自動拡管装置。
チューブの拡管加工を行う拡管装置と、
前記拡管装置を支持して移動させるロボットと、
前記拡管装置および前記ロボットを制御する制御装置と、
を備える自動拡管装置であって、
前記拡管装置は、
先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、
前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記エキスパンダの前記フレーム部材をクランプするクランプ装置と、
前記クランプ装置を前記エキスパンダの軸方向に移動させる移動装置と、
前記移動装置における移動部の位置を検出する検出装置と、を備え、
前記制御装置は、前記拡管装置に備えた前記エキスパンダの先端が管板またはチューブ端面に衝突したことを、前記拡管装置を支持するロボットのトルク変動により検出して異常を判定するトルク変動検出部を有することを特徴とする、自動拡管装置。
チューブの拡管加工を行う拡管装置と、
前記拡管装置を支持して移動させるロボットと、
前記拡管装置および前記ロボットを制御する制御装置と、
を備える自動拡管装置であって、
前記拡管装置は、
先端側が小径となるテーパ部が外周面に形成されたマンドレル、前記マンドレルにスライド自在かつ回転自在に外嵌された筒状のフレーム部材、および前記フレーム部材に回転自在に保持され前記フレーム部材の軸方向に対して傾斜して配置された複数のローラを有するエキスパンダと、
前記エキスパンダの前記マンドレルを回転駆動する回転駆動機と、
前記エキスパンダの前記フレーム部材をクランプするクランプ装置と、
前記クランプ装置を前記エキスパンダの軸方向に移動させる移動装置と、
前記移動装置における移動部の位置を検出する検出装置と、を備え、
前記制御装置は、前記エキスパンダを挿入する際、前記ローラまたは前記フレーム部材が前記チューブに引っかかったことを、前記移動部の位置の検出に基づいて検出するストローク位置検出部を有していることを特徴とする、自動拡管装置。
前記制御装置は、前記移動装置による前記エキスパンダの拡管に要するストローク量の変化を前記検出装置で検出するストローク変化判定部を有することを特徴とする、請求項１に記載の自動拡管装置。