JPH0422667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ この発明は、角形鋼管の溶接、切断などの加工
を目的とした装置にかかわるものである。 ＜従来の技術＞ 角形鋼管とは、断面が正方形であるが四隅は丸
みをもつた形状を呈している。近年建築分野では
特に低層、中層の鉄骨部の柱材に此の種の角形鋼
管（以下通称名 角コラムと呼ぶ）が多用される
ようになつた。この断面形状並びに用途開発は比
較的近年のことでその施工には各種の工夫が行な
われている。例えば切断では実開昭63−111266の
ごとく、定置した角コラムの外周にレールを設け
て切断トーチで加工する方法、機械切削による方
法など各種の手段が採用されている。それ等を
個々に論ずるのは難しいが、あるものは設備コス
トが高い。又、角コラムが固定による溶接切断作
業は切断溶接の姿勢が変化し、作業条件が連続的
に変化する。この作業姿勢の変化は溶接にとつて
は致命的で実開昭63−111266の方法を適用するこ
とは不可能である。 また角コラムは形態上異なつた平面より構成さ
れているので、加工を分断して行う方法もとられ
ているが、溶接、切断などの接点における不具合
を防止することができない。特に溶接において、
コーナー部の溶接品質は特に重要視され、溶接施
工を分断して行うことは品質保証のうえ極めて不
都合である。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 以上現行の手段に対し、解決すべき問題点は下
の３点である。 (イ) 角コラムの全周にわたり連続的に切断、溶接
などの加工を行うこと。 (ロ) 常に水平上面に対して加工を行い、加工姿勢
が変わらないこと。 (ハ) 加工速度を一定に保ち、加工条件を一定にす
ること。 ＜問題解決の為の手段＞ 本発明は以上の要件を満たす方法と手段を提起
するものである。即ち、(イ)の作業の連続性に対し
ては、角コラムの如き閉断面材の加工に対して、
角コラムを回転させる。 (ロ)の下向き水平加工に対して、上記の対策に加
えて角コラムが平面と４分の１円筒により構成さ
れるので、平面部に対しては切断或いは溶接トー
チを水平方向に駆動し、コーナー部に対しては、
角コラムの回転とトーチ駆動との合成により所定
の加工を行わしめ、常に水平面に対して下向き垂
直加工を維持せしめる。(ハ)の作業速度を一定に保
たしめる点については、角コラムの断面は標準化
されており、角コラムの回転と切断、溶接トーチ
の加工点の位置は数学モデル化が可能であるの
で、本発明に於いては角コラムの回転と加工具の
駆動との合成速度、即ち角コラムに対する加工速
度を一定ならしめる制御を行うことにより達成し
た。 ＜作用＞ 本発明の方法によれば、角コラムの切断や溶接
が常に下向きで一定の作業条件で連続的に行うこ
とができ、且つ加工条件の設定は数学モデルに基
づいた角コラムの前記加工モードの切換位置の指
定と加工速度を入力することにより簡単に行うこ
とができることを特徴とし、サイズの変更に伴う
段取り替えの短縮、最適な作業姿勢の維持による
切断、溶接などの加工能率の向上と製品の品質を
確保することが可能である。 ＜実施例＞ 第１図は本発明の機能を説明する構成図。第２
図は角コラムの断面図。第３図は角コラムの回転
と切断、溶接トーチの運動の軌跡を解析する図を
示す。先づ第２図において、角コラムの断面を説
明する。図において、１は角コラムの平面部でｂ
は平面部の長さを示す。２は角コラムのコーナー
部で各コーナーは４分の１円により構成される。
３は円弧の中心、ｒは該部の外面の半径を示す。
４は角コラムの中心軸でＲは中心軸４とコーナー
円の中心との距離を示し、Ｔは角コラムの肉厚を
示す。通常角コラムはＡ寸法と肉厚Ｔで与えら
れ、炭部のｒ及び平面部の長さｂ及びＲは規格に
より従属的に決る値である。第３図は角コラムの
回転と切断或いは、溶接トーチの運動の法則を説
明する図である。図において５は角コラムを水平
に置いた状態、５′はコラムの中心０を原点とし
てθだけ回転した位置を示す。Ｕ、Ｖ点はコラム
表面の平坦部とコーナー曲がり部の交点を表し、
V′点はコラムを回転せしめた時のＶ点を位置を
示す。 又、S₁、S₂、S₃、S₄はコラムの水平位置におけ
るコーナー円筒の中心、S₁′、S₂′、S₃′、S₄′は回
転位置におけるコーナー曲がりの中心を示す。Ｗ
点はコラム姿勢５′に対するツールポイント、６
は加工トーチ（垂直姿勢）を示す。 図において△VS₁Oと△V′、S₁′、Ｏは等しく∠
V′、S₁′、Ｗ＝∠S₁′、Ｏ、S₁＝θに等しいことは
幾何学的に容易に証明されることである。太線で
示した弧UVはコラムが５′の状態におけるツー
ルポイントの軌跡、弧VWUはコラム回転とトー
チ６の運動時におけるツールポイントの軌跡を示
す。各点の座標は第３図により、 Ｕ（−ｂ／２、Ａ／２） Ｖ（ｂ／２、Ａ／２） Ｗ〔Rcos（45°＋θ）、 Rsin（45°＋θ）＋ｒ〕 で示される。本発明の要点は、コラムの回転とト
ーチの運動を、トーチを常に垂直方向に向けて、
連動させる方法に係るもので、Ｗ点の位置制御手
段を提案するものである。第２図によつても又、
Ｗ点座標のモデルによつても弧VWUは定点であ
るUV点を始点、終点とし、半径Ｒの1/4円弧で
あることは容易に証明され、θ＝０〜90°である。 第１図は本発明の実施例を示すもので、図にい
て７は角コラム材、８〜１１及び１３〜１５はそ
れぞれ各コラムに回転を与える装置、並びに各コ
ラムの回転を支える中間装置を示し、９は各コラ
ムのクランプ装置をもつた回転盤でハウジング８
に支えられ回転モータ１０により回転を行うよう
にしたものであり、１１は装置の基盤を示す。１
３はコラムに対して回転を円滑に行わしめるよう
に外側に設置した回転ハウジング、１４は回転を
支えるローラ、１５はその基盤を示す。１２は各
コラム７の軸方向にそれ等回転機構及び中間支持
機構を移動しうるようにしたレールを示す。１６
はコラム７に対する加工線で１７，１８は切断又
は、溶接トーチ及び保持機構、１９はトーチの側
部に配して表面に一定の高さに保ちうる案内ロー
ラ装置で且つトーチの対物速度を検出しうるうよ
うにしたもの。２０〜２２は切断又は溶接トーチ
の案内部を示し、２１はトーチ案内のクロスレー
ルで角コラム７の軸に対して直角方向に設けられ
たもので、サドル２０及び駆動モータ２２により
トーチをクロスアーム２１に沿わせて駆動せてめ
るようにしたものである。２３〜２７はクロスア
ームの保持機構を示し、２３は基盤、２４は垂直
案内コラムでクロスアームを垂直方向に上下せし
める上下ブロツク２５を駆動モーター２６により
駆動し、クロスアーム２１とは２７の接合金物
で、回転自在なピン接合としたものである。本実
施例につき若干付加的な説明を行うと、クロスア
ーム２１は加工中常に略々水平に保ち得るようモ
ータ２６で制御する共に、場合によりクロスアー
ムが下方に落下しないように紐による吊り上げ装
置などの保護機構を設けるなどアーム先端荷重に
よる偶力を少なくする様な配慮も必要である。 又、先に第３図において説明したＷ（W_x、W_y）
点の位置について、W_yの垂直座標はクロスアー
ムの上下、回転によつて得られるようにしたもの
で、形状の制御の対称外としている。但し、クロ
スアームが著しく水平位置からずれると正確度を
損なうので、クロスレールが略々水平となるよう
に制御を行うが、この制御は加工トーチを略々垂
直に保たしめるための独立した制御となる。第４
図は、第３図に示した論理に基づく制御回路方式
例を示し、先に特開昭64−53768に於いて提示し
た制御方式を更に簡略化したものである。 ２８は角パイプで２９は角パイプを銜えるチヤ
ツクである。３０は加工トーチで３１はパルスエ
ンコーダである。先に第１図に於いてトーチ高さ
を一定に保つようにトーチの側面に設けた案内ロ
ーラ１９の回転を伝達する役割をもたせ、トーチ
３０の対物速度をパルスで検出せしめるようにし
たものである。 次に回路について第４図で説明すると、３２は
制御電源を示し、３３，３４〜３７はトーチの駆
動系を示す。３３は速度設定ボリユームで駆動方
向と速度を正負の電圧で出力し、増幅器３４を介
してトーチ駆動サーボモーター３５を正負の方向
に駆動せしめる。３６は速度フイードバツク用タ
コジエネレータ、３７は対物速度フイードバツク
用パルスジエネレーター３１による発生パルスの
周波数を電圧にかえるFVコンバータで３３より
与えた速度信号に対し、運動の合成に対する補正
の役割をもつものである。 ３８〜４２はコラムの回転制御回路を示し、３
８は回転装置の角速度を電圧で与える速度設定ボ
リウム、３９は回転と停止の切換装置、４０は増
幅器、４１はコラム回転用サーボモータ、４２は
アナログサーボ系のフイードバツク用タコジエネ
レータである。 尚、速度設定ボリユームに対する設定調整は回
転角速度ω＝ｖ／ｒである。 本装置は先に第３図に於いて説明せる如く、コ
ラム上面の平坦部の水平位置における加工UVと
コーナー部の加工UVWの２種類の加工モードが
あり、第１モードはUVの直線定速運動、第２モ
ードの弧VWUは直線VUとコラムの回転との合
成により得られ、直線VUは定速運動ではない。 この加工モードの切換はＵ点、Ｖ点の検出によ
つて切換えが行われ、第４図に示される４３，４
４はそれぞれＵ点、Ｖ点をトーチの駆動により検
出する装置で、簡単な手段としてはリミツトスイ
ツチ又はカウンタによる位置検出で、４５は前記
信号により切断モードの切換えを行うものであ
る。尚付け加えるならば本制御システムでは平面
加工に対する速度Ｖ並びにコーナー部加工に対す
る 回転角速度ω＝ｖ／ｒ の関係を入力すれば自動的に対物加工速度を一定
に保たしめることを特徴としたものである。４５
は切断モード切換回路で、例えばフリツプフロツ
プ回路が用いられる。表はコラムの１回転に対す
る加工モードの変換順序とその動機との関係を示
す。

【表】 この回路システムに於いて、第１モードでの切
断、溶接はトーチの駆動単独の制御で行われる
が、第２モードでの加工時には、コーナー部の周
速度を加工速度に等しくなるように回転を制御
し、トーチの駆動は従属的にコラムの回転に伴う
トーチ位置の補正の働きを行わしめる。 本制御システムにおいては、加工トーチのスト
ロークの設定に対しては厳密な位置を与える必要
はないと考える。トーチのストロークを厳密に与
えない場合は、第３図で示したＳ点、第２図で示
した３の点がずれることになるが、多少のずれは
加工トーチの姿勢に若干の影響を与えることにな
つてもそれが溶接、切断の許容する範囲であれば
問題はないと判断されるので、直接材料の呼称に
より得られる外づらの寸法Ａに比例した概数、例
えばｂは0.85Aと考えても実用上差支えはない。 ＜効果＞ 本発明の方法によれば、溶接又は切断を行うべ
き角コラムの断面形状、加工長さ、操作速度を入
力することにより、常に加工トーチを加工上面に
対し、垂直に保ち、一定の速度で切断、溶接など
を行うことができ、加工の品質と精度の向上、並
びに加工の能率化が図られ、増大しつつある角コ
ラムの処理に多大の便宜を与えることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明の機能を説明する構成図。第２図
角コラム断面。第３図角コラムの回転と切断、溶
接トーチの運動軌跡の解析図。第４図制御ブロツ
ク図。 ７……コラム材、８……クランプ装置、９……
クランプ装置、１０……回転モーター、１３……
回転ハウジング、１４……ローラ、１７……加工
線、１８……溶接、切断トーチ、２１……クロス
アーム、２２，２６……駆動モーター、２４……
垂直コラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 四隅にコーナー曲がりを有する角形鋼管を該
   角形鋼管の管軸に直交して切断又は溶接を行う角
   形鋼管の加工装置に於いて、前記角形鋼管を回転
   させる回転モーターと、前記角形鋼管の管軸の直
   交する方向に配置されたクロスアームと、前記ク
   ロスアームに移動可能に搭載され角形鋼管に所定
   の加工を行う加工トーチと、前記加工トーチをク
   ロスアームに沿つて移動させる駆動モーターと、
   前記加工トーチの移動範囲を角形鋼管の直線部の
   長さに対応するように規定すると共に加工トーチ
   が移動範囲の限界に達したことを検出して信号を
   発生する複数の検出手段とを有し、角形鋼管の直
   線部を加工するに際し角形鋼管を回転させること
   なく加工トーチを一方向に定速移動させ、且つ加
   工トーチが移動限界に達したことを検出手段によ
   つて検出したとき、加工トーチを前記移動方向と
   は反対方向に移動させると同時に角形鋼管を該加
   工トーチの移動方向と同一方向に回転させるよう
   に構成したことを特徴とした角形鋼管の加工装
   置。 ２ 加工トーチの移動速度を設定する速度設定手
   段と、加工トーチの側部に配設され角形鋼管の表
   面と接触して回転する回転ローラと、前記回転ロ
   ーラの回転を検出するパルスエンコーダとを有
   し、パルスエンコーダによつて角形鋼管の表面に
   対する加工トーチの速度を検出すると共に、この
   検出値によつて速度設定手段によつて設定した加
   工トーチの移動速度を維持するように補正するこ
   とを特徴とした請求項１記載の角形鋼管の加工装
   置。