JPH0641100B2

JPH0641100B2 - 手入装置

Info

Publication number: JPH0641100B2
Application number: JP60028936A
Authority: JP
Inventors: 日出男菊池; 恭之古川; 裕片山
Original assignee: OSUTETSUKUSU KK; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: OSUTETSUKUSU KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPS61188070A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば管に存在する内面疵，内面ビード不良
部又は塗装不良部等の手入部を研削除去（手入）する装
置に関し、更に詳述すれば手入作業に先立って管内に位
置せしめられ３次元的な位置の自動制御可能になしてあ
る手入用工具を、管外に配した操作部材を操作すること
によりバイラテラル方式のマスタースレーブ制御の下で
手入部に追随せしめ、この際に手入用工具の位置情報を
手入時における手入用工具の移動制御情報として用いる
こととして、能率の良い手入作業が行える手入装置を提
案するものである。

〔従来技術〕

一般に金属管はその製管後探傷検査を行い管内，外面の
有疵部分にマークを施し、次いでこのマーク位置につい
て手入を行うこととしている。

そして、管内面の手入は、従来、長尺棒の先端に手入用
グラインダを装着し、該長尺棒を管内に挿入して手探り
で行うものであった。

しかしながら、上述の様な手入は無駄が多く、また、精
度の良い手入が行えないという欠点があった。

そこで、近年上述の如き欠点を解消し、管内面疵の手入
（研削）を自動的に且つ能率よく正確に行える手入装置
の開発が進められている。第１図はその一例を示すもの
であるが、この例は後述する本発明を管内面手入装置と
して構成した場合の全体の模式と外観上同一である。こ
の装置は、有疵部分にペイントマークを施された管Ｐ内
に挿入された手入装置本体20と、管Ｐ外にあって手入装
置本体20に装備された手入用グラインダ20aの図示しな
い駆動制御回路に操作入力を与える３次元操作装置40
と、手入装置本体20に装備されたテレビカメラ（図示せ
ず）に電気的に連なるモニタテレビ30等で構成されてい
る。

操作装置40に備えられた操作軸40aは前後方向への移動
並びに左右及び上下方向への揺動が可能になされてお
り、操作軸40aのこれらの各方向への移動に追随して手
入装置本体20が管Ｐ内を軸長方向（以下Ｘ軸方向とい
い、前記操作軸40aの前後方向と対応している）に往復
移動し、また、手入用グラインダ20aが左右、上下方向
（以下同様にＹ軸，Ｚ軸方向といい夫々操作軸40aの左
右，上下方向と対応している）に移動するように構成さ
れている。

従って、この装置を用いた管Ｐの内面疵の手入方法は、
作業者がモニタテレビ30に表示される疵位置に手入用グ
ラインダ20aを位置せしめるべく操作軸40aを前記各方向
に操作して両者を位置合せし、然る後に手入用グライン
ダ20aを回転せしめ、内面疵を研削除去せんとするもの
であり、疵取り手入が無駄なく正確に行えるという特徴
を有する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の如き手入方法においては、作業者
は手入作業中、１基の手入装置の操作に常時専従しなけ
ればならず、この間他の作業を併せて行えず、また、こ
のような手入装置を同時に複数操作できず、この結果省
人化を充分に図れず、能率の良い手入作業が行えないと
いう難点があった。

この難点を解決するには自動化することが考えられる。
そして、この自動化の方法として、例えば予め手入位置
を手入装置本体20の駆動制御装置にキー入力しておき、
グラインダ20aを手入位置に沿って移動させるティーチ
ング・プレイバック方式が考えられるが、この方式はキ
ー入力が煩わしく、また、管内面疵が視認し難い種類の
場合には適用できないという欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、入手
作業に先立って３次元的な位置の自動制御可能になして
ある手入用工具を、これに連繋してある３次元操作装置
を操作することによりバイラテラル方式のマスタースレ
ーブ制御の下で手入対象部材の手入部に追随させるよう
に移動せしめ、この際の位置情報を記憶し、記憶情報を
手入時における手入用工具の移動制御情報として用いる
こととし、手入作業中における作業者の３次元操作装置
への専従を不要とし、この結果省人化が図れ、能率の良
い手入作業を享受できる手入装置を提供することを目的
とする。

なお、ここに手入用グラインダ（手入用工具）の移動と
は、管内周面に常時接触する状態で管内面疵を囲繞する
ような移動のみならず管内面疵の周囲の適宜の点に順次
接触するような移動をも含む概念である。

本発明に係る手入装置は、手入対象部材の手入部を手入
すべく３次元的な位置の自動制御可能になしてある手入
用工具と、該手入用工具に連繋してある操作部材と、該
操作部材をマスター側とし、手入用工具をスレーブ側と
するバイラテラル方式の制御を行わせるマスタースレー
ブ制御回路と、手入作業に先立って、前記操作部材を操
作することにより前記手入部に追随せしめられる手入用
工具の位置情報を記憶する記憶装置と、手入作業時にお
いて、該記憶装置の記憶情報に基づき前記手入用工具を
前記手入部に自動的に追随せしめるべくその移動位置を
制御する位置制御回路と、手入作業時において、前記記
憶装置の記憶情報に基づき前記手入用工具を前記手入部
に自動的に追随せしめるべくその移動位置及びその前記
手入対象部材に対する押付力を制御する位置，力制御回
路と、前記マスタースレーブ制御回路と、位置制御回路
と、位置，力制御回路とを選択的に動作せしめる切換手
段とを具備することを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係る手入装置を管内面疵の手入に
適用した実施例を示す全体斜視図、第２図は手入用グラ
インダ20aと３次元操作装置40との駆動制御系Ｃを示す
模式図である。

管Ｐは既に検査（探傷）工程を経ており、有疵部分には
ペイントマーク等が施された状態となっている。そし
て、このマーキング位置，疵の種類，疵深さ情報等は後
述する演算制御装置13に与えられるようになっている。
手入装置本体20と３次元操作装置とは途中に制御盤20b
を介在させて保護管20c内に配したケーブルにて連結さ
れており、手入装置本体20は管Ｐ内に挿入位置せしめら
れ、また、３次元操作装置40，モニタテレビ30及び制御
盤20bは管Ｐの外部に配置されている。

作業者は手入作業に先立って、手入装置本体20に備えた
手入用グラインダ20aを非回転状態で次に述べるような
操作により前記有疵部分に後述するような態様により追
随せしめる。そうすると、この間のグラインダ20aの位
置変化が手入装置本体20に備えたロータリエンコーダ10
（第２図ではＸ軸方向のもののみが現れている）にて検
出され、駆動制御系Ｃの演算制御装置13に与えられる。
演算制御装置13はロータリエンコーダ10出力に基づき後
述するような演算を実行することにより管内面疵の手入
範囲を算出し、これをメモリ18に蓄積する。而して、こ
のメモリ18内の蓄積データを用いることにより後で述べ
るように手入作業時にあって、グラインダ20aが疵を自
動的に手入することができるようになっている。

さて、作業者は手入装置本体20に備えられたテレビカメ
ラ（図示せず）にて撮像され、これに連結されたモニタ
テレビ30の画面上に表示される疵の位置にグラインダ20
aを非回転状態で位置せしめるべく操作軸40aをＸ，Ｙ，
Ｚ軸方向へ各操作する。

操作軸40aを上記３方向のいずれかに移動せしめると、
これに対応して本体20に備えた、グラインダ20aの姿勢
制御用の各モータMx,My,Mzに駆動制御系Ｃを介して所定
の速度指令信号が発せられ、グラインダ20aは疵の位置
に占位せしめられる。そして、更に後述するような疵の
形態，種類に応じて疵を囲繞するようにして管内周面に
常時接触する状態で移動せしめられ、また、疵の周囲の
適宜の複数の点に順次接触するように位置せしめられ
る。グラインダ20aのこの際の移動経路又は占位位置変
化はロータリエンコーダ10等により検出され演算制御装
置13に与えられ、演算制御装置13の所定の演算により手
入範囲情報としてメモリ18に蓄積される。

上述した如くグラインダ20aが移動した結果、管Ｐの内
周面に接触してその反力がグラインダ取付用のアーム20
dに作用すると、これによって生ずるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の各歪量が手入装置本体20に備えた図示しない３個の歪
計にて夫々検出される。各歪計の検出信号は夫々操作軸
40aに連繋されたトルクモータMx′，My′，Mz′に与え
られる。而してトルクモータMx′，My′，Mz′は操作軸
40aを手動操作するとき、これに所定の抗力を与えるべ
く機能する。

即ち、操作軸40aとグラインダ20aとはマスター側である
操作軸40aの操作に際し、管Ｐからスレーブ側であるグ
ラインダ20aが受ける反力を力感覚として操作軸40aを通
じて感得し得る、力逆送形のバイラテラル方式のマスタ
ースレーブ制御を行いうるように構成されている。

次に第２図に基づき駆動制御系Ｃの詳細について説明す
る。

なお、グラインダ20aの姿勢制御を行う構成は３軸方向
とも同様であるので、以下Ｘ軸方向を代表して説明す
る。また、駆動制御系Ｃは後述するように上述のバイラ
テラル方式のマスタースレーブ制御モードの他、グライ
ンダ20aの管Ｐに対する位置決めを行う位置制御モード
及び該位置制御と併せてグラインダ20aの管Ｐ内周面に
対する押付力をも制御する、位置，力制御モードの３つ
の制御モードを選択的に行い得るようになっている。

さて、手入装置本体20を管Ｐ内に位置せしめた後、操作
軸40aをＸ軸方向に所要量操作すると、該操作軸40aに連
結したロータリエンコーダ１はこの操作量に応じた数だ
けのパルスＡを発し、これを切換器３に与えるようにな
っている。このパルスＡは、また、パルス／電圧変換器
２にて電圧信号に変換され、補償回路14に与えられるよ
うになっている。切換器３には演算制御装置13からスイ
ッチ切換信号が入力されるようになっており、このスイ
ッチ切換信号が入力された場合は、演算制御装置13から
の所定の駆動信号Ｂを偏差カウンタ４に与える。一方、
スイッチ切換信号が入力されない場合は、ロータリエン
コーダ１出力Ａを偏差カウンタ４に与える。偏差カウン
タ４出力Ａ（又はＢ）は位置可変ゲイン発生器５にて所
要量増幅されて加算器６に与えられる。位置可変ゲイン
発生器５の増幅量は、前述の各制御モードの選択を行わ
せる演算制御装置13からの位置ゲイン調整信号により、
各制御モードに応じて定められる。加算器６には、ま
た、力可変ゲイン発生器17にて所要量増幅された力偏差
検出信号ΔＦが入力されるようになっている。力可変ゲ
イン発生器17の増幅量も同様に演算制御装置13からの力
ゲイン調整信号により定められる。

加算器６は両入力信号を補償回路７に与える。補償回路
７はこれを整形してサーボ増幅器８に出力する。サーボ
増幅器８は補償回路７出力を増幅し、モータMxに速度指
令信号として与え、アーム20d、つまりグラインダ20aを
Ｘ軸方向に所定の速度にて移動させる。モータMxにはロ
ータリエンコーダ10を連結してあり、ロータリエンコー
ダ10はモータMxの回転速度、つまりグラインダ20aのＸ
軸方向への移動速度に対応した、単位時間当たりの数の
パルスを発し、パルス／電圧変換器11に与える。パルス
／電圧変換器11はこの入力パルスを電圧信号に変換し、
サーボ増幅器８にフィードバック信号として与える。ロ
ータリエンコーダ10出力は、また、前記偏差カウンタ４
及び演算制御装置13に与えられる。偏差カウンタ４はロ
ータリエンコーダ１出力とロータリエンコーダ10出力と
の間の偏差、つまり操作軸40aの操作量とグラインダ20a
の移動量との間の制御偏差を解消するように作用し、グ
ラインダ20aを操作軸40aの動きに追随させる。

演算制御装置13はロータリエンコーダ10出力を読込み、
グラインダ20aの移動位置情報としてメモリ18内に一旦
格納する。

一方、前記補償回路14には、また、前述の歪計からグラ
インダ20aが移動中に管内周面から受けるＸ軸方向の反
力検出信号Ｆが与えられるようになっている。補償回路
14は両入力信号を整形してサーボ増幅器15に与える。サ
ーボ増幅器15は入力信号を所要量増幅し、これをトルク
モータMx′に与える。トルクモータMx′は操作軸40aに
抗力を与えるべく駆動する。

反力検出信号Ｆは、また、加算器12に与えられるように
なしてある。加算器12は反力検出信号Ｆと前記各モード
の選択に応じて演算制御装置13により設定入力される力
信号Ｆ_０との偏差ΔＦを検出し、これを前記力可変ゲイ
ン発生器17に与える。

さて、駆動制御系Ｃの前述の各モードの選択は３次元操
作装置40に備えたスイッチ40b（第１図参照）を操作す
ることにより行えるようになっており、後述するような
教示方法，手入方法の内容に応じて所定のスイッチを入
力することにより前記３モードの内の何れかでの制御を
実行させ得るようになっている。

即ち、マスタースレーブ制御モード用のスイッチ40bが
選択された場合は、演算制御装置13は切換器３にスイッ
チ切換信号を発せず、ロータリエンコーダ１出力Ａは切
換器３，偏差カウンタ４を介して位置可変ゲイン発生器
５に与えられる。位置可変ゲイン発生器５には、この場
合に演算制御装置13からその増幅量を最大限に迄増幅す
べきゲイン調整信号が発せられる。

また、力可変ゲイン発生器17には前記力偏差検出信号Δ
Ｆのレベルを減衰して零にすべき、つまりゲインを零に
すべきゲイン調整信号が与えられる。従って、マスター
スレーブ制御モードにあっては、加算器６出力はロータ
リエンコーダ１出力Ａのみとなり、マスター側である操
作軸40aの操作によりスレーブ側であるグラインダ20aが
移動し、グラインダ20aに作用する反力が操作軸40aに抗
力として伝達され、マスター側とスレーブ側が一体とな
ったバイラテラル動作が行われることになる。

そして、位置制御モード用のスイッチ40bが選択された
場合は、演算制御装置13は切換器３にスイッチ切換信号
を発し、また、所定の駆動信号Ｂを偏差カウンタ４に与
える。この場合に、位置可変ゲイン発生器５に与えられ
るゲイン調整信号は、その増幅量を最大限とするもので
あり、また、力可変ゲイン発生器17に与えられるゲイン
調整信号はゲインを零とすべきものとなる。

従って、位置制御モードにあっては、演算制御装置13か
らの駆動信号Ｂによりグラインダ20aの位置制御を自動
的に行う構成となる。

また、位置，力制御モード選択用のスイッチ40bが選択
された場合は、演算制御装置13は同様にして駆動信号Ｂ
を偏差カウンタ４に与える。この場合に位置可変ゲイン
発生器５及び力可変ゲイン発生器17に与えられるゲイン
調整信号は夫々、入力信号をと適量増幅させるものとな
る。

従って、位置，力制御モードにあっては、演算制御装置
13からの駆動信号Ｂによりグラインダ20aの位置決め及
び該グラインダ20aのＸ軸方向における管内周面に対す
る押付力が制御される構成となる。

このように切換器３，位置可変ゲイン発生器５及び力可
変ゲイン発生器17を制御することにより、駆動制御系Ｃ
に上記３つの制御モードを選択的に行わせることができ
る。下記第１表にこの制御内容を一覧表にして示す。

このような駆動制御系Ｃの構成はＹ，Ｚ軸についても同
様であるが、位置，力制御モードを選択する場合に、グ
ラインダ20aの押付力の制御方向は３軸方向とも行うこ
とは必ずしも必要でなく、後述の手入作業時においてグ
ラインダ20aの研削面（周面又は両側面）の移動方向
（研削方向）に応じて１軸方向のみ又は何れか２軸方向
について行うこととしてもよい。

なお、駆動制御系Ｃにおいて、切換器３をＢに接続し位
置可変ゲイン発生器５出力を零にし、また、力可変ゲイ
ン発生器17出力を最大にする場合は、グラインダ20aの
管内周面に対する押付力のみを制御する、力制御モード
を行うことになる。

次に、このような手入装置を用いて手入れに先立つ管内
面疵の手入範囲を教示する方法について説明する。本発
明で行う教示方法は以下の２通りある。１つは上記マス
タースレーブ制御の下で作業者がモニタ装置30に表示さ
れる管内面疵の位置を監視しつつ、操作軸40aを操作し
てグラインダ20aを非回転状態で所定の教示開始位置に
位置せしめ、手入対象の疵の形態，種類に応じた手入範
囲を得るべくグラインダ20aを管内周面に常時接触する
状態で疵を囲繞するようにして移動せしめ、この間のグ
ラインダ20aの位置変化をロータリエンコーダ10等にて
検出して演算制御装置13に与え或いはグラインダ20aを
疵の周囲の適宜の複数の点に順次接触するように移動せ
しめ、各点でのロータリエンコーダ10等の出力を演算制
御装置13に与え、演算制御装置13の所定の演算により手
入範囲を算出し、これをメモリ18に蓄積する、いわば手
動教示方法とでも呼ぶべき教示方法である。

いま１つは、上記マスタースレーブ制御の下で，同様に
してグラインダ20aを管内周面の疵の周囲の適宜の複数
の点に順次接触する状態で位置せしめ、この位置変化に
相当するロータリエンコーダ10等の出力を位置データと
して得、次いで前述の位置，力制御モードにて上記各点
間を疵の形態，種類に応じて直線補間又は円弧補間すべ
くグラインダ20aを自動的に移動させ、この間のロータ
リーエンコーダ10等の出力を演算制御装置13に所定ピッ
チで読込ませることにより手入範囲を求め、これをメモ
リ18に蓄積する、いわば半自動教示方法とでも呼ぶべき
教示方法である。

〔手動教示方法〕

次に手動教示方法について第３，４図に基づき具体的に
説明する。第３図は管内面疵及びその教示パターンを示
す模式図、第４図は手動教示方法の手順を示すフローチ
ャートである。管内面疵としては第３図(a)，(b)に示す
ように管径方向に延びる穴状のピット疵或いは第３図
(c)，(d)に示すような線状の割れ疵又はかぶれ疵があ
る。

メモリ18には手入対象の管Ｐの軸長寸法，管径等の作業
情報及び前工程である検査工程により得られる疵の位
置，疵の深さ，疵の種類等の探傷データが、疵の種類毎
にその位置及びその深さを対応付けた形で前工程より自
動的に設定入力されるようになっている。

なお、探傷データは疵の種類に関係なく管端寄りに位置
する疵から順次その深さを対応付けた形でメモリ18に設
定入力することとしてもよく、また、入力方法として作
業者が１つ１つの疵毎にキー入力することとしてもよ
い。

作業者はマスタースレーブ制御モード用スイッチ40bを
オンし、次いで操作軸40aを操作することによりグライ
ンダ20aを管Ｐ内の所定の原点位置Ｏ〔例えば第３図(a)
に平面視で示すように管端の底部内周面位置〕に位置せ
しめる。グラインダ20aが原点位置Ｏに位置すると、所
定のスイッチ40bを操作してロータリエンコーダ10等の
出力を読込む、演算制御装置13内のカウンタ（図示せ
ず）を零にリセットさせる。つまり原点位置ＯはＸ−Ｙ
−Ｚ３次元直交座標軸上における座標原点となる。

次いでCRTディスプレイ19の画面上に描画される画像表
示パターン選択スイッチ40bをオンし、所定の表示パタ
ーンを選択する。表示パターンとしては、例えば第５図
(a)に示すように管Ｐをその軸心を対象にして上，下，
左，右に４分割した画像として表示するもの或いは第５
図(b)に示すように管Ｐ内周面を軸長方向に透視図法表
示するものがある。

そして、後述するように教示作業が進行すると、画面図
形内にメモリ18内に蓄積される教示点，手入範囲等が順
次重畳して表示されるようになっている。

次いで教示スタートスイッチ40bをオンして、マスター
スレーブ制御の下で、モニタ装置30を監視しつつグライ
ンダ20aを疵の位置に占位せしめる。なお、テレビカ
メラの撮像視野はグラインダ20aの移動域を充分カバー
できるようになっている。次いで、モニタ装置30の画像
により疵の種類を判断し、然る後教示パターン選択スイ
ッチ40bをオンし、疵の種類に応じた所定の教示パター
ンを選択する。

次に教示パターンについて説明する。疵の種類がピット
疵である場合は、例えば点教示スイッチ40bをオンし
て、点教示パターンを選択する。即ち、第３図(a)に示
すように管内周面のピット疵の周囲の４点Ｑ，Ｒ，Ｓ，
Ｔにグラインダ20aを順次接触する状態で位置せしめ
る。そして、教示データ受入スイッチ40bをオンして、
この教示データ受入スイッチ40bがオフされる迄の間
にグラインダ20aが４点Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔに順次位置する
ときのロータリエンコーダ10等の出力を演算制御装置13
に読込ませる。そうすると、演算制御装置13はＱ，Ｒ，
Ｓ，Ｔ４点の、原点位置Ｏを座標原点とするＸ−Ｙ−Ｚ
３次元直交座標軸上における座標値を算出する。この算
出データは手動教示が継続中はメモリ18に一旦格納され
る。次に演算制御装置13はメモリ18の格納データに基づ
き第３図(a)に破線で示すようにＱ〜Ｒ，Ｒ〜Ｓ，Ｓ〜
Ｔ，Ｔ〜Ｑ間を夫々結ぶ線分▲▼，▲▼，▲
▼，▲▼を演算する。そして、前述の手入作業情
報に基づき３次元直交座標軸上における線分▲▼，
▲▼，▲▼，▲▼を、第６図に示すような
管Ｐの円筒座標（Ｘ′，ｒ，ψ）上における線分（何れも図示せず）に変換する。そうすると、線分で囲まれる領域が手入範囲となる。

演算制御装置13は線分に関するデータをメモリ18に格納し、また、CRTディス
プレイ19の画像上に前述の如く管内面疵に重畳させて表
示する。

なお、ここにＸ′は管Ｐの管端面からの軸方向寸法、ｒ
は半径方向寸法、またψは管Ｐの断面中心を通る鉛直軸
からの角度を示す。また、メモリ18に格納する教示デー
タとしては線分▲▼，▲▼，▲▼，▲
▼に替えて、４点Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔの位置データとしても
よく、また、線分▲▼，▲▼，▲▼，▲
▼上の複数の位置データとすることとしてもよい。

次に、作業者はCRTディスプレイ19の画像を監視するこ
とにより前記手入範囲が修正を要しないもの、つまりピ
ット疵が正しく手入範囲内にある場合は終了スイッチ40
bをオンして教示を終了する。一方、手入範囲の修正を
要する場合は、ライトペン，ジョイスティック等により
線分の画像修正を行うことにより教示データを修正し
、修正後のデータをメモリ18に格納する。なお、この
場合に必要に応じて上述の４点教示データに替えて後述
する閉曲線パターンに替えてもよい。

この教示データは後述する手入作業時において演算制御
装置13により以下の手順にて、ピット疵を手入し得るグ
ラインダ20aの移動制御情報（以下手入情報という）に
加工される。即ち、演算制御装置13はメモリ18に格納し
てある前述の探傷データより手入対象の疵の深さデータ
を、また、教示データより手入対象の疵の手入範囲デー
タを取出し、両データに基づき所定の演算を実行するこ
とにより、第７図に示す如き疵の手入のパターンを求
め、これを手入情報としてメモリ18に蓄積する。

第７図は第３図(a)に示すピット疵の疵手入パターンを
管Ｐの半径方向及び周方向における分布並びに半径方向
及び軸長方向における分布について具体的に示す模式図
である。

Δｒは上述の位置，力制御モードの下で、グラインダ20
aの管内周面に対する押付力を所定の値に制御する場合
のグラインダ20aの１回の走査当たりの研削代であり、
また、位置制御モードの下で、グラインダ20aを複数回
走査させたときの研削代である。ａは管内周面がΔｒだ
け研削されるごとに減少する手入範囲の管軸方向におけ
る長さであり、またψ_２はこれに対応して研削代がΔｒ
である場合に減少する管周方向における長さに相当する
管Ｐの中心角であり、ψ_１は研削代が２Δｒである場合
の中心角である。ｂ，ψ_３はこのように階段状にピット
疵を研削して行く場合の最終のΔｒを研削する際に必要
な両方向における長さである。

これらの値は手入対象のピット疵の手入範囲，疵深さ，
グラインダ20aの半径，肉厚寸法等により適宜の値に定
められる。即ち、例えばａ，ｂ，ψ_１，ψ_２，ψ_３を固
定し、Δｒを適宜の値に定める（グラインダ20aの１回
の走査あたりの手入範囲について、例えば、管内周面上
を手入する場合は押付力を大きく、また、疵部を手入す
る場合は押付力を小さくする）ことにより当該ピット疵
の全面手入が行える疵手入パターンとしてもよく、ま
た、Δｒを固定（手入範囲内の管内周面部，疵部の別な
く押付力を一定にする）し、手入範囲に応じてａ，ｂ，
ψ_１，ψ_２，ψ_３を適宜の値に定めることとしてもよ
い。

次に閉曲線教示パターンについて説明する。閉曲線教示
スイッチ40bをオンし、第３図(b)に示すようにグライン
ダ20aを管内周面に常時接触する状態でピット疵を囲繞
するように閉曲線状に連続的に移動させ、ロータリエン
コーダ10等により検出される。グラインダ20aのこの移
動の間の位置変化データを演算制御装置13により所定の
ピッチで読込み、この読込みデータを手入範囲としてメ
モリ18に格納する。

〔半自動教示方法〕

次に半自動教示方法について第８図に示すフローチャー
トに基づき説明する。半自動教示方法には以下に述べる
ように疵の周囲の２点間を直線で結ぶ直線補間と、２点
間を円弧で結ぶ円弧補間とがある。

先ず、直線補間について説明する。作業者は上述したよ
うにマスタースレーブ制御の下で、手動教示にて第３図
(c)に示す如く割れ疵の周囲に４点Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔを位
置データとして演算制御装置13に読込まさせる。そうす
ると、演算制御装置13はＱを次に述べる直線補完のため
の開始点、また、Ｒをその終点として特定し、また、同
様にＲを開視点，Ｓを終点として、Ｓを開始点，Ｔを終
点として、Ｔを開始点，Ｑを終点として特定する。次に
作業者は直線補完スイッチ40bをオンする。そうする
と、演算制御装置13はＱを開始点，Ｒを終点とする線分
▲▼を演算し、また、同様に線分▲▼，▲
▼，▲▼を演算する。次いで、作業者は位置制御モ
ード用スイッチ40bをオンする。そうすると、演算制御
装置13はＱ〜Ｒ，Ｒ〜Ｓ，Ｓ〜Ｔ及びＴ〜Ｑ間を直線補
間すべくグラインダ20aを線分▲▼，▲▼，▲
▼，▲▼に沿わせて自動的に移動せしめる。演
算制御装置13はこの移動の間のロータリエンコーダ10等
の出力を所定のピッチで読込み、この読込データに基づ
き手入範囲を算出し、このデータを円筒座標上のデータ
に変換してCRTディスプレイ19の画像上に表示させる。
作業者はこれを監視して割れ疵が手入範囲内に正しくあ
る場合は終了スイッチ40bをオンして教示を終了する。
この読込データはメモリ18に蓄積される。

次に円弧補間について説明する。作業者は同様にマスタ
ースレーブ制御の下で、第３図(d)に示すように疵外の
２点Ｑ，Ｒを位置データとして演算制御装置13に与え、
次いで円弧補間スイッチ40bをオンして円弧補間を行
う。この円弧補完には次の２通りの方法がある。１つは
作業者がＱ〜Ｒ間の疵外の１点Ｖを指定し、Ｑ，Ｖ，Ｒ
３点を通り円弧Ｔを演算制御装置13に算出させ、また、
これを座標変換させてCRTディスプレイ19に表示させ、
ついでCRTディスプレイ19の画像を監視しつつジョイス
ティック又はライトペンにより円弧Ｔを修正し、然る後
位置制御モード用スイッチ40bをオンし、演算制御装置1
3によりグラインダ20aを円弧Ｔに沿わせるようにして移
動させ、この移動の間のロータリエンコーダ10等の出力
を所定ピッチで読込まさせる。次いで同様にして演算制
御装置13に第３図(d)に示すようにＱ，Ｒ及びＱ〜Ｒ間
の疵外の１点Ｗを通る円弧Ｕを算出させ、次いでグライ
ンダ20aを円弧Ｕに沿わせるようにして移動させ、この
移動の間のロータリエンコーダ10等の出力を読込まさせ
る。而して、円弧Ｔ，Ｕに関する読込データに基づき両
円弧Ｔ，Ｕで囲まれる領域を手入範囲として算出させる
方法である。いま一つは作業者がCRTディスプレイ19の
画面上に種々の円弧パターンを表示させ、この円弧パタ
ーンよりＱ_１，Ｒ_１（円筒座標上における値）２点を通
り、わり疵を囲繞するような円弧Ｔ，Ｕを定め、以下同
様にしてグラインダ20aを自動的に移動させて手入範囲
を得る方法である。

両パターンの選択はパターン選択スイッチ40bを操作す
ることにより行える。そして、上述の手動教示方法と同
様にピット疵が正しく手入範囲内にあるか否かを判断
し、正しく手入範囲内にある場合は、読込データをメモ
リ18に蓄積する。

〔手入方法〕

次に手入方法について第９図に示すフローチャートに基
づき説明する。管Ｐ内の全ての疵の教示作業が終了する
と、作業者は上述した如く操作によりグラインダ20aを
管Ｐ内の原点位置Ｏに位置せしめる。次いで、スイッチ
40bを操作して上記３つの制御モードの内の１つを選択
させる。今、位置，力制御モード選択スイッチ40bがオ
ンされたものとすると、演算制御装置13から切換器３に
スイッチ切換信号が入力され、演算制御装置13〜切換器
３間が閉路されることになる。

次いで、演算制御装置13はメモリ18から上述のａ，ｂ，
Δｒ，ψ_１，ψ_２，ψ_３を読出し、グラインダ20aを回
転させ、これを手入範囲内の任意の位置に占位せしめ、
この位置を手入開始位置に定める。この手入開始位置と
しては、例えば前述の４点教示方法に基づく場合は手入
範囲内の管Ｐの周長方向における一側端のＱ点を選定す
ればよい。

そして、上述の如く設定した手入情報に合致させるよう
に、全手入範囲に亘ってグラインダ20aを所定の移動経
路、移動速度及び押付力にて移動させるべく偏差カウン
タ４に駆動信号Ｂを、また、位置可変ゲイン発生器５及
び力可変ゲイン発生器17に夫々所定のゲイン調整信号を
与え、自動手入を行う。なお、グラインダ20aの移動経
路としては、例えば第10図に示すように▲▼（又は
▲▼）に平行に往復移動させることとしてもよく、
また▲▼（又は▲▼）に平行に首振りを行わせ
ることとしてもよい。

また、上記自動手入作業中、手入開始時から手入終了時
迄位置，力制御モードにて手入を行う必要はなく、必要
に応じて他の制御モードに切換えることとしてもよい。
例えば、手入作業開始直後の管Ｐの内周面を研削する場
合はグラインダ20aの位置が高精度に、また、研削代が
一定量に制御される位置制御モードを選択し、その後位
置，力制御モードを選択することとすればよい。また、
グラインダ20aを位置制御モード又は位置，力制御モー
ドにて往復移動させる場合に、グラインダ20aがターニ
ング点に位置する際にマスタースレーブ制御モードを選
択し、手動にてグラインダ20aを次順の移動開始点に位
置せしめることにすればよい。

この制御モードの切換は予め作成した制御プログラムに
より自動的に行うこととしてもよい。

なお、上述の説明では管Ｐ内の全ての疵の教示作業が終
了した後に、手入作業を行うものとしたが、１つの疵の
教示作業が終了する都度、また、複数の疵の教示作業が
終了する都度、手入作業を行うこととしてもよいことは
勿論である。

〔作用〕

このように本発明は手入作業に先立って、手入情報、つ
まりグラインダ20aの手入時における移動制御情報の教
示を行うものであるので、手入作業時においてグライン
ダ20aの制御モードとして上述の位置制御モード又は位
置，力制御モードを選択し、教示データに基づきグライ
ンダ20aを手入位置に自動的に追随せしめて手入を行う
場合は、作業者の介在を要しない。従って、この自動手
入作業を行っている間、作業者は他の作業を行え、ま
た、このような手入作業を並列して行える。

〔他の実施例〕

なお、上述の実施例では本発明を管内面疵の手入に適用
した場合について説明したが、第11図に示すように溶接
管Ｐ_１の内面ビードIBの不良位置を検出し、これを研削
除去する手入方法にも適用できる。

即ち、マスタースレーブ制御モードの下、グラインダ20
aを非回転状態で、その回転面を内面ビードIBの側面に
当接させて溶接管Ｐ_１の軸長方向に移動せしめ、内面ビ
ードIBの曲りを感得し、また、図中斜線で示す曲り部Ｂ
ｅの位置を手入位置情報としてメモリ18に蓄積する。そ
して、この蓄積されたデータに基づきグラインダ20aを
回転状態で曲り部Ｂｅに位置せしめ、この部分を削り取
ることにより手入を行う。この削り取られた部分は再溶
接されることになる。

また、管内周面に施した塗装の不良部（所定の塗装厚み
がない部分）の位置を検出し、これを研削除去する手入
方法にも適用できる。

即ち、モニタ装置30を監視しつつ、上述の実施例と同様
マスタースレーブ制御モードの下、グラインダ20aを非
回転状態で同様の教示パターンにて不良部に位置せし
め、不良部の手入範囲を教示データとして得、この教示
データに基づき当該手入範囲を削り取り、然る後再塗装
を施す。

また、第12図に示すように曲面上に存在するバリの位置
を検出し、これを研削除去する手入方法にも適用でき
る。

即ち、マスタースレーブ制御モードの下、先ずグライン
ダ20aを非回転状態で、母材41上にてバリ42の延在方向
に首振らせ、母材41表面のこの方向における高さ位置情
報を得る。次に、グラインダ20aをバリ42上に乗せて、
その延設方向に移動させ、その移動経路及びその高さ位
置情報を得る。次にこれらの情報に基づきバリ42の延在
方向における研削代を求める。そして、前記移動経路情
報及び研削代を教示データとして蓄積し、然る後、この
蓄積されたデータに基づきグラインダ20aをＸ，Ｙ軸方
向に位置制御モードにて、また、Ｚ軸方向に前述の力制
御モードにてバリ42の延在方向に一定の押付力にて移動
せしめ、バリを研削除去する。

〔効果〕

以上の如く、本発明に係る手入装置にあっては操作部材
をマスター側とし、手入用工具をスレーブ側とするバイ
ラテラル方式の制御を行うマスタースレーブ制御回路
と、手入工具の位置制御回路と、手入工具の位置，押付
力を制御する位置，力制御回路と、これらを切替える切
替手段とを備えるから、手入工具の操作を手入対象部に
対して自動的に移動制御し得ることは勿論、手入対象の
手入の程度に応じて手入工具に位置，押付力の制御を行
うことで正確に、しかも自動的に所望の手入を施すこと
が可能となる優れた効果を奏するものである。

なお、上述の実施例ではバイラテラル方式として、力逆
送形のものとしたが、これに限らず従来知られている対
称形、即ちスレーブ側である手入用グラインダ20aの位
置変更量を操作軸40aにフィードバックする構成、或い
は力帰還形、即ちマスター側である操作軸の操作力を軽
減して操作性を高める構成等を適宜採用してよいことは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明を管内面疵の手入に適用した実施例を示す全体斜視
図、第２図は手入用グラインダと３次元操作装置との駆
動制御系を示す模式図、第３図は疵の種類及び教示パタ
ーンを示す模式図、第４図は手動教示方法の手順を示す
フローチャート、第５図はCRTディスプレイの表示画像
を示す斜視図，透視図、第６図は円筒座標を示す斜視
図、第７図は疵分布パターンを示す模式図、第８図は半
自動教示方法の手順を示すフローチャート、第９図は手
入方法の手順を示すフローチャート、第10図は手入用グ
ラインダの移動経路を示す模式図、第11図は管内面ビー
ドの曲りを示す平面図、第12図は曲面上に存在するバリ
を示す斜視図である。 13……演算制御装置、18……メモリ、20……手入装置本
体、20a……手入用グラインダ、40……３次元操作装
置、40a……操作軸、Ｐ……管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片山裕和歌山県和歌山市湊1850番地住友金属工業株式会社和歌山製鉄所内 (56)参考文献特開昭59−30658（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−187438（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】手入対象部材の手入部を手入すべく３次元
的な位置の自動制御可能になしてある手入用工具と、該手入用工具に連繋してある操作部材と、該操作部材をマスター側とし、手入用工具をスレーブ側
とするバイラテラル方式の制御を行わせるマスタースレ
ーブ制御回路と、手入作業に先立って、前記操作部材を操作することによ
り前記手入部に追随せしめられる手入用工具の位置情報
を記憶する記憶装置と、手入作業時において、該記憶装置の記憶情報に基づき前
記手入用工具を前記手入部に自動的に追随させるための
移動位置を制御する位置制御回路と、手入作業時において、前記記憶装置の記憶情報に基づき
前記手入用工具を前記手入部に自動的に追随させるため
の移動位置及び前記手入対象部材に対する押付力を制御
する位置，力制御回路と、前記マスタースレーブ制御回路と、位置制御回路と、位
置，力制御回路とを選択的に動作せしめる切換手段とを具備することを特徴とする手入装置。