JPH0361542B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフランジ及びパイプの組立装置に関す
る。

化学機械を構成する塔・槽類など種々の機器に
設けられる計装用・配管用のノズル部品は、主に
フランジとパイプとを突合せ円周溶接することに
よつて作られている。

現状のノズル部品製作では、塔・槽類そのもの
が圧力容器的なものであるから、製品品質の面か
ら裏波を確保し且つ溶接時あるいは溶接後の材料
割れの防止を図るため、フランジ及びパイプの予
熱（100〜200℃）を行つて仮付け溶接して製作を
行つている。しかし、フランジ及びパイプが予熱
されていること、並びに、溶接品質面及び溶接安
定性からフランジとパイプの突合せ部の溶接時の
裏波確保に必要な互いの芯合せ及び板厚変化に対
する開先ギヤツプ調整が必要であることにより、
現状では作業者の手作業によつて仮組み及び溶接
がなされており、また予熱による高温物の取扱い
等もあつて作業性が悪く、能率が上らないという
問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み、予
熱されたフランジとパイプの取扱い作業を自動的
に行え、またフランジとパイプの突合せ溶接時に
必要となる互いの芯位置の合せ作業及び開先ギヤ
ツプの調整作業を自動的に行えるようにした組立
装置を提供することを目的とする。

この目的を達成した本発明によるフランジ及び
パイプの組立装置の構成は、ベース台上に接近・
離反可能に設けられた一対の走行台と、各走行台
に立設されたコラムに昇降可能に設けられた昇降
台と、各昇降台に設けられフランジ及びパイプを
互いに対向させて回転可能に保持するフランジ及
びパイプチヤツク装置と、これらフランジ及びパ
イプチヤツク装置の相対向する側に設けられたそ
れぞれ複数のチヤツク爪を有するフランジ及びパ
イプ用チヤツク本体と、フランジ及びパイプの相
対向する端面を検出する装置と、前記チヤツク爪
を開閉させる装置とを有することを特徴とする。

上述した構成のフランジ及びパイプの組立装置
を自動溶接装置とを組合せることにより、フラン
ジとパイプとから突合せ円周溶接によつて作られ
る塔・槽類用など各種のノズル部品を自動的に且
つ無人で製作することができる。本発明は、化学
機械の塔・槽類用ノズル部品の製作はもとより、
プラントや造船における配管用のフランジとパイ
プの組立など種々のものに適用することができ
る。

以下、図面に示す一実施例により本発明を説明
する。なお、第１図は一実施例に係るフランジ及
びパイプの組立装置の平面図、第２図はそのＡ−
Ａ線断面図、第３図は側面図、第４図と第５図は
夫々フランジ及びパイプの端面検出装置の説明
図、第６図はチヤツク爪開閉装置の構成図、第７
図はそのＢ矢視概要図である。

これらの図において、まずフランジチヤツク装
置の構成を説明する。１はベース台、２はベース
台１上に設けたレール、３はベース台１上に設け
た駆動モータ、４はネジ、５はレール２上の走行
台、６はナツト、７はベアリングである。走行台
５は駆動モータ３の作動によりネジ４及びナツト
６を介してベアリング７によつてレール２上を摺
動する。８は走行台５上に設けたコラム、９はコ
ラム８上に設けた昇降用レール、１０は昇降用駆
動モータ、１１は減速機、１２はネジ、１３はレ
ール９上の昇降台、１４はナツト、１５はベアリ
ングである。昇降台１３は駆動モータ１０の作動
により減速機１１、ネジ１２及びナツト１４を介
してベアリング１５によつてレール９上を昇降す
る。１６は昇降台１３に設けた回転可能なチヤツ
クサポート、１７はチヤツクサポート１６の後端
部に設けたギヤ、１８は昇降台１３に設けたチヤ
ツク回転用駆動モータ、１９はピニオン、２０は
チヤツクサポート１６の先端部に設けたフランジ
チヤツク用チヤツク本体、２１は複数本のフラン
ジチヤツク用爪、２２は昇降台１３に設けたガイ
ドローラ、２３はチヤツクサポート１６に設けた
ピン穴、２４はチヤツク原点位置決め装置であ
る。このチヤツク原点位置決め装置２４は昇降台
１３に設けられており、シリンダ２５とピン２６
からなる。２７は昇降台１３に設けられたフラン
ジ及びパイプの端面検出装置であり、ブラケツト
２８、回転シリンダ２９、ストローク調整可能な
シリンダ３０、ステー３１、このステー３１に設
けたフランジ及びパイプ端面の接触検出器（図示
省略）並びにシリンダ３０のストローク検出器
（図示省略）から構成されている。３２は昇降台
１３に設けたフランジチヤツク装置本体であり、
ブラケツト３３、レール３４、ベアリング３５、
シリンダ３６、摺動台３７及びモータ３８から構
成されるチヤツク爪開閉装置を有する。このチヤ
ツク爪開閉装置は、シリンダ３６の作動とモータ
３８の作動により、チヤツク本体２０に設けたチ
ヤツク爪開閉駆動口部（第６図１００）にモータ
３８先端のピン（第６図１０１）を嵌合させてチ
ヤツク爪２１の開閉を行う。ここでチヤツク爪開
閉装置について第６図、第７図により詳述する
と、ブラケツト３３は昇降台１３に設けられてお
り、レール３４及びシリンダ３６はブラケツト３
３に設けられており、摺動台３７はシリンダ３６
の作動によりベアリング３５を介してレール３４
上を摺動する。モータ３８は摺動台３７に設けら
れており、モータ軸先端にはチヤツク本体２０の
外周側面部に設けたチヤツク爪開閉駆動口部１０
０の形状に相似なピン１０１が設けられている。
チヤク爪開閉装置は、ワークを把持するチヤツク
本体には旋盤のチヤツクの如く複数本の爪が設け
られていてワークサイズに応じて爪を動かしてワ
ークを爪で把持するようになつているのでこの爪
を動かす装置である。図示の一般的なスクロール
チヤツクでは、チヤツク本体の外周側面部に複数
のチヤツク爪開閉駆動口部１００が設けられてお
り、これにピン１０１を差込んで回転させること
により、チヤツク爪開閉駆動口部１００に連結さ
れたギヤ１０２によつてスクロール１０３が回転
させられる。一方、爪２１の裏面部にはスクロー
ル１０３と噛合した歯形が設けられており、スク
ロール１０３の回転に伴つて爪２１がチヤツク本
体２０の中心に対して出入りして開閉する。即
ち、チヤツク本体２０が円周方向に原点位置決め
された場合、チヤツク爪開閉口部１００の円周方
向の位相位置はモータ３８の軸芯方向の位置と一
致するようになつている。そこでモータ３８を駆
動してピン１０１を低速回転させると同時にシリ
ンダ３６を作動させて摺動台３７全体をチヤツク
本体２０側へ移動させると、ピン１０１はチヤツ
ク開閉駆動口部１００に嵌合し、ピン１０１の回
転力がチヤツク開閉駆動口部１０１に連結したギ
ヤ１０２を介してスクロール１０３を回転させ
る。スクロール１０３の回転に伴い、これと噛合
している爪２１が第６図中央印Ｃの如く中心に対
し出入りする。なお、シリンダ３６のストローク
はチヤツク爪開閉駆動口部１００の深さに一致す
る。また爪２１のチヤツク力の制御はモータ３８
のトルク制御で回転の制御が行われる。爪２１の
開閉はピン１０１の回転方向に対応する。

以上はフランジチヤツク装置の構成についてで
あるが、パイプチヤツク装置については、１〜３
８の各部材中でフランジ及びパイプの端面検出装
置２７が重複のため無いことと、走行台の走行ス
トロークが異なることを除き、上述のフランジチ
ヤツク装置と全く同じ機能の部材からなる。この
パイプチヤツク装置とフランジチヤツク装置とが
対向して配置されてフランジ及びパイプの組立装
置が構成される。なお、パイプチヤツク装置の各
構成部材にはフランジチヤツク装置の対応する各
部材と同じ符号にダツシユを付してある。

次に、予熱、搬送等に関する装置を説明する。
３９はフランジ及びパイプの予熱炉であり、組立
装置の前段に設置されている。４０は予熱炉３９
と組立装置間に敷いたレール、４１はレール間に
設けた突起物付きのチエーン、４２は台車であ
る。この台車４２は、通常通路走行用車輪４３、
レール走行用車輪４４、ローラコンベア４５及び
裏面の突起物４６から構成されている。この台車
４２は通常通路では車輪４３を用いて人手により
押して運ぶことができ、予熱炉３９と組立装置間
では、モータとスプロケツト（ともに図示省略）
で駆動される突起物付きチエーン４１により、突
起物４６を介してレール４０上を車輪４４により
一定の移動ストローク毎に間欠的にあるいは連続
的にけん引される。４７はパレツトであり、これ
にフランジ倒立治具４８とパイプ芯出し治具４９
とが複数セツト、一定のピツチ間隔で設置されて
いる。このパレツト４７は台車４２のローラコン
ベア４５により台車４２上に容易に搬入・搬出で
きると共に、ピン（図示省略）により台車４２上
に固定できるようになつている。５０は組立前の
フランジであり、パレツト４７上のフランジ倒立
治具４８にセツトされている。５１は組立前のパ
イプであり、パレツト４７上のパイプ芯出し治具
４９にセツトされている。５２と５３はそれぞれ
溶接するために突合わされたフランジとパイプで
ある。

次に作用を説明する。まず段取りとして、台車
４２のパレツト４７の複数セツトのフランジ倒立
治具４８とパイプ芯出し治具４９上にそれぞれ作
業者が生産計画に基づきフランジ５０とパイプ５
１をセツトし、次いで台車４２を予熱炉３９の入
口まで運ぶ。これに対し制御装置（図示省略）に
は生産計画及び生産手順に基づくワーク情報がイ
ンプツトされており、台車４２を予熱炉３９の入
口にセツトすると、リミツトスイツチや押ボタン
操作によるセツト信号で自動的にチエーン４１が
駆動され台車４２が予熱炉３９内に搬入位置決め
される。この際、台車４２はレール４０により車
輪４３から車輪４４で支えられるような乗換え、
レール４０上をけん引される。

予熱炉３９にセツトされた台車４２上のパレツ
ト４７に搭載されたフランジ５０とパイプ５１は
タイマ等の制御によつて所定の温度に熱され、そ
の後台車４２は再びチエーン４１で駆動され、一
定のピツチ間隔で設けられた複数の治具セツト４
８，４９の当該ピツチ間隔に見合う距離だけ移動
されて位置決めされる。これにより、パレツト４
７上の治具セツト４８，４９のうち先頭の治具セ
ツト上に搭載されたフランジ５０とパイプ５１と
が予熱炉３９から出て組立装置に対し位置決めさ
れる。

一方、フランジチヤツク装置側では、制御装置
からの信号によつて全て準備位置に退避してい
る。即ち、走行台５が後退位置に位置決めされて
いる。またチヤツク回転用駆動モータ１８に設け
た回転検出器（図示省略）によるチヤツク本体２
０の回転方向原点位置決めと、昇降台１３に設け
たチヤツク原点位置決め装置２４のシリンダ２５
の作用によつてピン２６がチヤツク本体２０に連
結されたチヤツクサポート１６のピン穴２３内に
挿入されることにより、機械的にチヤツク本体２
０の回転方向の原点位置決めがなされている。こ
のチヤツク本体２０の回転方向原点位置決めの状
態で更に、チヤツク爪開閉装置３２のシリンダ３
６とモータ３８の作用によりモータ軸先端のピン
１０１がチヤツク本体２０の回転方向原点位置か
ら所定の位相角度ずらされ、且つチヤツク爪開閉
駆動口部１００に挿入・駆動されることにより、
チヤツク爪２１がワークサイズに対応した位置に
開かれている。

前述のパレツト４７の治具４８，４９にそれぞ
れセツトされたフランジ５０とパイプ５１が予熱
炉３９から出て位置決めされると、これを示す信
号により、フランジチヤツク装置本体では生産計
画及び生産手順によつて既にインプツトされてい
るデータに基づいてまず昇降用駆動モータ１０が
作動され、減速機１１、ネジ１２及びナツト１４
を介して昇降台１３がレール９に沿つて下降し、
昇降台１３のチヤツク本体２０の軸芯位置がフラ
ンジ５０のサイズで決まる中心位置高さに一致す
るように位置決めされる。その後、駆動モータ３
の作動により、走行台５がレール２上を摺動し、
パレツト４７上のフランジ倒立治具４８が設置さ
れている位置関係によつて決るストローク量だけ
前進して位置決めされる。この状態では、チヤツ
ク爪２１にフランジ５０の厚さ方向の基準面とな
るボルト締結面が密着した状態となる。

その後、チヤツク爪開閉装置３２のモータ３８
を駆動してモータ軸先端のピン１０１によつてチ
ヤツク爪２１を３個とも同時に閉じたフランジ５
０の外周面を一定力でチヤツクする。モータ３８
は一定トルク以上になると回転が停止され、且つ
シリンダ３６が作動されて摺動台３７が上方に退
避されてピン１０１がチヤツク爪開閉駆動口部１
００から外されると共に、チヤツク原点位置決め
装置２４のシリンダ２５を作動させることにより
チヤツクサポート１６のピン穴２３に挿入されて
いるピン２６が引抜かれる。

次いで昇降用駆動モータ１０を作動させ、フラ
ンジ５０をチヤツクしたチヤツク本体２０を昇降
台１３と共にレール９に沿つて上昇させ、原点位
置に戻す。また駆動モータ３により走行台５を前
進させ、前進限の位置に位置決めする。

その後、フランジ及びパイプ端面検出装置２７
の回転シリンダ２９を作動させ、回転シリンダ２
９の軸端に設けたストローク調整可能なシリンダ
３０のステー３１を第４，５図の如く、90°倒立
させる。この倒立状態でシリンダ３０を作動さ
せ、このシリンダ３０の原点位置にあるステー３
１をチヤツクされたフランジ５２の端面側に移動
させる。これにより、ステー３１に設けた接触検
出器がフランジ５２の端面に接触する。この接触
の信号によつてシリンダ３０の動作を停止させる
と共にストローク検出器によつてステー３１の原
点位置からの移動量ｌを計測し、制御装置内でフ
ランジ５２の端面位置を記憶する。この計測後、
シリンダ３０を再び作動させてステー３１を原点
位置に復帰させる。

一方、パイプチヤツク装置でも、上述の如くフ
ランジチヤツク装置においてパレツト４７上の治
具４８にセツトしたフランジ５０をチヤツクした
と同じ動作で、パレツト４７上の治具４９にセツ
トしたパイプ５１をチヤツクする。即ち、このパ
イプチヤツク装置本体ではパイプ５１のチヤツク
後一定量だけ後退して昇降台１３′を上昇させ、
パイプ５１用のチヤツク本体２０′の軸芯がフラ
ンジチヤツク装置本体の昇降台１３の原点位置に
おけるそのチヤツク本体２０の軸芯位置に一致す
るように調整されている原点位置に位置決めす
る。

次いで、パイプチヤツク装置側の走行用駆動モ
ータ３′を作動させて走行台５′を前進させ、第５
図に示す如くチヤツクしたパイプ５３の端面が、
フランジ及びパイプ端面検出装置２７の原点位置
にあるステー３１の接触検出器に接触したところ
で走行台５′を停止させ、このパイプ５３の端面
位置をステー３１の原点位置に位置決めする。こ
の後、フランジ及びパイプ端面検出装置２７の回
転シリンダ２９を作動させ、倒立したステー３１
を元に戻して退避させる。

しかるのち、ともにチヤツクしたフランジ５２
とパイプ５３の突合せ溶接時において、溶接品質
及び溶接の安全性から必要な突合せ面の所定の開
先ギヤツプ量（約0.5〜1.0mm程度）と、フランジ
５２の端面位置を検出して記録した量ｌと、ステ
ー３１に設けた接触検出器の間隔とから、パイプ
チヤツク装置本体の走行台５′の前進移動距離が
制御装置内で計算され、この計算値に従つて走行
台５′が駆動モータ３′によつて走行されることに
より、チヤツクされたパイプ５３が位置決めされ
る。これらの動作により、フランジ５２とパイプ
５３との突合せ溶接前の組立が完了する。

その後は、フランジチヤツク装置の上部あるい
は別に設置された自動溶接装置（図示省略）の溶
接トーチがチヤツクされたフランジ５２とパイプ
５３の突合せ溶接部上に位置決めされる。溶接時
には、フランジチヤツク装置のチヤツク回転用駆
動モータ１８とパイプチヤツク装置のチヤツク回
転用駆動モータとを電気的に同期回転させ、チヤ
ツクされたフランジ５２とパイプ５３とを同一の
溶接速度になる回転速度で回転させ溶接トーチに
より両者の突合せ部の溶接を行う。

溶接完了後は、パイプチヤツク装置のチヤツク
回転用駆動モータによりパイプ用チヤツク本体２
０′の回転方向の位置決めと、チヤツク原点位置
決め装置２４′を作動させることにより機械的に
パイプ用チヤツク本体２０′の回転方向の原点位
置決めを行つた後、チヤツク爪開閉装置３２′を
作動させることによりパイプ５３をチヤツクして
いる爪２１′を開放する。その後、走行駆動モー
タ３′を作動させて走行台５′を後退させて後退限
に位置決めする。

一方、パイプ５３に溶接されたフランジ５２を
チヤツクしているフランジチヤツク装置では、チ
ヤツク回転用駆動モータ１８によりフランジ用チ
ヤツク本体２０の回転方向の位置決めと、チヤツ
ク原点位置決め装置２４を動作させることにより
機械的にフランジ用チヤツク本体２０の回転方向
の原点位置決めを行つた後、先にフランジ５０を
セツトした動作手順とは逆の手順により、まずは
走行駆動モータ３によつて走行台５を一定距離後
退させて位置決めし、しかるのち昇降用駆動モー
タ１０によつて昇降台１３を一定距離だけ下降さ
せる。下降後は、チヤツク爪開閉装置３２を作動
させることにより、フランジ５２をチヤツクして
いる爪２１を開放し、一体になつているフランジ
とパイプを台車４２のパレツト４７上の治具４
８，４９上に移し換える。その後は、走行用駆動
モータ３によつて走行台５を後退限位置まで戻し
て位置決めして待機させる。これにより、フラン
ジとパイプの組立・溶接のシーケンスが完了す
る。

完了後は、再びチエーン４１が作動され、台車
４２はパレツト４７に設けられた一定のピツチ間
隔の複数の治具セツト４８，４９の当該ピツチ間
隔に見合う距離だけ移動され位置決めされる。こ
れにより、次に溶接されるべきフランジとパイプ
が予熱炉３９から出されて位置決めされる。以後
は前述のシーケンス動作を繰返すことにより、
次々と台車４２上にセツトしたフランジとパイプ
とが組付けられて溶接され、再び完成品として台
車４２上に搭載されることになる。

上述した実施例においては、一定のピツチ間隔
で設けられた複数個のフランジ倒立治具４８及び
パイプ芯出し治具４９を設けたパレツト４７を搭
載し且つチエーン４１によつて間欠走行させられ
る台車４２と、フランジチヤツク装置と、パイプ
チヤツク装置との作用により、パレツト４７上に
設けた治具４８，４９にセツトされているフラン
ジ５０とパイプ５１とを各々チヤツクし、両者の
突合せ溶接に必要な突合せ位置、開先ギヤツプの
セツテイングを精度良く行うことができる。これ
により、別途設けられた溶接装置によるフランジ
とパイプの突合せ部の安定した自動溶接が形成さ
れる。また、溶接後は一体となつたフランジ５２
とパイプ５３とがパレツト４７上の治具４８，４
９上に移し換えられることにより、パレツト４７
上にセツトされた複数のフランジ５０及びパイプ
５１の順次取上げ、チヤツクによる組付セツテイ
ング、溶接及び完成品のパレツト４７への搭載が
自動的に且つ無人で行われる。更に、台車４２を
複数台連ねることにより、台車４２上のパレツト
４７にセツトしたフランジ５０とパイプ５１との
組立・溶接を長時間無人で運転することができ
る。

以上説明したように本発明のフランジ及びパイ
プの組立装置によれば、予熱されたフランジとパ
イプの取扱い作業を自動化することができ、また
フランジとパイプの突合せ溶接時に必要となる互
いの芯位置の合せ作業及び開先ギヤツプの調整作
業を自動的に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の平面図、第２
図はそのＡ−Ａ線断面図、第３図は同側面図、第
４図と第５図は夫々フランジ及びパイプの端面検
出装置の説明図、第６図はチヤツク爪開閉装置の
構成図、第７図はそのＢ矢視概要図である。 図面中、１はベース台、５と５′は走行台、８
と８′はコラム、１３と１３′は昇降台、２０と２
０′はチヤツク本体、２１と２１′はチヤツク、２
７はフランジ及びパイプ端面検出器、３２と３
２′はチヤツク爪開閉装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベース台上に接近・離反可能に設けられた一
   対の走行台と、各走行台に立設されたコラムに昇
   降可能に設けられた昇降台と、各昇降台に設けら
   れフランジ及びパイプを互いに対向させて回転可
   能に保持するフランジ及びパイプチヤツク装置
   と、これらフランジ及びパイプチヤツク装置の相
   対向する側に設けられたそれぞれ複数のチヤツク
   爪を有するフランジ及びパイプ用チヤツク本体
   と、フランジ及びパイプの相対向する端面を検出
   する装置と、前記チヤツク爪を開閉させる装置と
   を有することを特徴とするフランジ及びパイプの
   組立装置。