JPH07155949A

JPH07155949A - スパイラル鋼管自動溶接方法

Info

Publication number: JPH07155949A
Application number: JP33876593A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kawahara; 守河原; Haruo Koe; 春雄向江; Kazuhiro Tanaka; 和博田中
Original assignee: KANSAI TEC KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: KANSAI TEC KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1995-06-20
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JP2632289B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】内面溶接を自動做い方式による効率の良いス
パイラル鋼管自動溶接方法の提供。【構成】接合部のギャップが一定となるように成形角
を制御しながら溶接し、その接合線に沿って外面溶接し
た後の内面溶接方法であって、成形直前の平板状の鋼板
ＰＬにその端縁ｐから一定距離ａを隔てた位置に基準線
２１を引いておき、内面溶接時に溶接トーチ４３及びＴ
Ｖカメラ４４が一定の間隔を保持して取付けられ、かつ
成形されたスパイラル鋼管ＰＴの管軸Ｐｘに沿って前後
動可能に該鋼管内に挿入された内面溶接手段４のＴＶカ
メラにて基準線を撮影し、基準線を含む映像信号から画
面内での基準線の位置Ｄ_１を検出し、画面内に予め定め
られた基準線目標値Ｄ_０上に上記検出位置を一致させる
ように溶接装置を移動し、溶接トーチ４３が接合線を辿
るように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスパイラル鋼管の溶接方
法に関し、さらに詳しくはそれを自動化した改良方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】スパイラル鋼管の製造工程は図４に示す
ように、工程の入り口に平板状で送給される材料(PL)は
次段で多数のロールによって管状に成形され、鋼管に成
形された部分(PT)は管軸を回転中心として自転しながら
図中左方向に生産されて行く。

【０００３】上記工程において、平板から管状に曲げら
れて再び平板部と接合する部分が第１の溶接部(A)とさ
れ、例えばＥＲＷ溶接（高周波抵抗溶接）が施される。
上記溶接線（＝接合線）が鋼管の自転によって管の天の
部分に至る場所が第２の溶接部(B)とされ、ここでは外
面溶接が施される。更に、上記溶接線が鋼管の自転によ
って管の地の部分に至る場所が第３の溶接部とされ、こ
こでは内面溶接が行われる。

【０００４】送給される平板状材料の幅は完全に一定で
はないので、第１溶接部(A)の接合部分のギャップが変
動することとなる。このギャップの変動は溶接に悪影響
を与えるので、ギャップを一定にするための制御が必要
不可欠となる。

【０００５】上記制御は、鋼管に成形された部分全体を
第１溶接部(A)の近傍を中心として旋回させることによ
り、成形角（平板部の送給方向と鋼管に成形された部分
の水平面とのなす角度をいう）を僅かに変化させてギャ
ップ間隔を一定にするものであって、これは通常ギャッ
プコントロールと呼ばれている。

【０００６】ところで、上記第３溶接部では鋼管内での
溶接作業となるのでこの鋼管内に内面溶接装置(4a)を設
置して行われるが、人の入るスペースが無いので、溶接
トーチ(43a)が溶接線を辿って行く倣い方法が採用され
ている。上記倣い方法は、内面溶接の部分にＴＶカメラ
(44a)をセットし、このカメラで撮影された映像を見な
がら操作員が手動で溶接トーチ(43a)の位置決めを行う
ものであるが、上記ギャップコントロヘールが作動する
と鋼管の位置が変化するため、ＴＶカメラ側から見ると
溶接線が故意に大きく変動させられることとなる。従っ
て、このような状況下での手動による溶接は困難を極
め、精度良く溶接線を追従して行くことは不可能であ
り、この溶接部での溶接の自動化が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の解決し
ようとする課題は、前記内面溶接を精度良好な自動倣い
とし、優良なスパイラル鋼管を生産することができるス
パイラル鋼管自動溶接方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かくして本願『請求項
１』にかかる発明によれば、『平板状で送給される鋼板
(PL)を曲げて端縁同志を接合すると共にその接合部のギ
ャップが一定となるように成形角(θ)を制御しながら溶
接し、その接合線に沿って外面溶接した後内面溶接して
スパイラル鋼管を製造する方法であって、成形直前の平
板状の鋼板(PL)にその端縁(p)から一定距離(a)を隔てた
位置に基準線(21)を引いておき、内面溶接時に、溶接ト
ーチ(43)及びＴＶカメラ(44)が一定の間隔を保持して取
付けられかつ成形されたスパイラル鋼管部(PT)の管軸(P
x)に沿って前後動可能に該鋼管部内に挿入された内面溶
接手段(4)の上記ＴＶカメラ(44)にて上記基準線(21)を
撮影し、基準線を含む映像信号から画面内での基準線の
位置(D₁)を検出し、画面内に予め定められた基準線位置
目標値(D₀)に上記検出位置(D₁)を一致させるように内面
溶接手段(4)を前後動して、溶接トーチ(43)が接合線を
辿るよう制御することからなり、所定の成形角(θ)下で
の基準線位置目標値(D₀)を、ギャップ制御時の成形角の
変化（△Ｌ）に基づいて補正し、この補正された基準線
位置目標値(D₀a)に上記検出位置(D₁)を一致させること
を特徴とするスパイラル鋼管自動溶接方法』が提供され
る。

【０００９】本発明の自動溶接方法において、成形直前
に平板状鋼板(PL)に引かれる基準線(21)は、その平板状
鋼板(PL)の端縁(p)から一定の距離(a)を保持したもので
あり、従って端縁の形状がそのまま転写されたものとな
る。上記一定距離(a)は、後述する内面溶接手段(4)にお
ける溶接トーチ(43)とＴＶカメラ(44)との間隔に基づい
て設定されることが好ましい。上記基準線(21)は白線で
あることがＴＶ画面上での判別しやすさの点から好まし
いが、別段これに限定されない。

【００１０】本発明の自動溶接方法において、成形され
たスパイラル鋼管部(PT)内の内面溶接以外の溶接、すな
わち平板状鋼板(PL)の端縁同志を接合する溶接及びその
接合線の外面溶接に関しては、いずれも当該分野で公知
の方法が用いられる。本発明の自動溶接方法において、
上記内面溶接は、いわゆる自動倣いの構成とされる。上
記自動倣いは、例えば、溶接トーチ(43)及びＴＶカメラ
(44)が一定の間隔を保持して取付けられかつ成形された
スパイラル鋼管部(PT)の管軸(Px)に沿って前後動可能に
該鋼管部(PT)内に挿入された内面溶接手段(4)と、入力
信号に基づいて内面溶接手段(4)を所定の距離前後動さ
せる内面溶接手段駆動部(6)と、ＴＶカメラ(44)により
撮影された基準線(21)のＴＶ画面内における位置を検出
し、この検出位置(D₁)をＴＶ画面内に予め設定された所
定位置(D₀)と比較し、上記検出位置(D₁)を上記所定位置
に一致させるように内面溶接手段駆動部(6)に信号出力
する制御部(5)とから構成することができる。

【００１１】上記内面溶接手段駆動部(6)は、主とし
て、信号入力部を有し所定の順序で信号出力し得る信号
処理部(61)と、該信号処理部(61)からの出力信号に基づ
いて内面溶接手段(4)を所定距離移動させる駆動機構と
から構成される。この駆動機構は例えば油圧サーボ機構
とすることが好ましいが、別段これに限定されない。

【００１２】上記制御部(5)は、例えば、所定の成形角
の鋼管内面の予め設定された位置において溶接トーチ(4
3)が接合線上に位置したときの基準線(21)を撮影してそ
の基準線のＴＶ画面における位置を基準線位置目標値(D
₀)と設定できるサンプルホールド(52)と、ギャップ制御
時の成形角の変化に基づく基準線位置目標値(D₀)の変動
量を算出して上記基準線位置目標値(D₀)を補正する補正
手段(53)と、基準線を含む映像信号からＴＶ画面内での
基準線の位置(D₁)を画像処理方式によって算出する基準
線位置算出手段(51)と、該算出手段により算出される位
置(D₁)を上記基準線位置目標値(D₀)又は補正された基準
線位置目標値(D₀a)と比較して前記内面溶接手段駆動部
(6)に信号出力する比較手段(54)とから構成することが
できる。

【００１３】上記補正手段(54)に入力される変動量の算
出については、成形角の変化を例えばスパイラル鋼管部
(PT)を載せたフレーム(3)の位置変化として検出し、こ
の検出値に基づいて成形角(θ)をパラメータとする補正
式を案出し、この補正式に基づいて算出することができ
る。上記補正式については、後述する実施例の記載が参
照される。

【００１４】

【作用】本願『請求項１』にかかる発明によれば、成形
されたスパイラル鋼管部(PT)の内面溶接時において、Ｔ
Ｖカメラ(44)にて撮影された基準線(21)がＴＶ画面にお
いてその位置(D₁)が検出され、その検出位置(D₁)が、Ｔ
Ｖ画面内に所定の成形角(θ)下で予め定められた基準線
位置目標値(D₀)と比較されるが、それに先立って基準線
位置目標値(D₀)はギャップ制御による成形角の変化に基
づく変動分が補正され、この補正された基準線位置目標
値(D₀a)に上記検出位置(D₁)が一致するように内面溶接
手段(4)が駆動制御され、溶接トーチ(43)が接合線上に
位置することとなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳述する
が、これによって本発明が限定されるものではない。実施例１図１は本発明のスパイラル鋼管自動溶接方法を実施する
自動倣い装置の一例を含む概略構成図、図２は図１の自
動倣い装置の概略ブロック図である。これらの図は、主
として内面溶接に関する構成を中心にした自動倣い装置
(1)を示しており、内面溶接に関する構成を除いた部分
すなわち平板状鋼板の送給装置、鋼管部への成形装置、
第１溶接部(A)における溶接装置、第２溶接部(B)におけ
る溶接装置等は従来例と同様であるため、これらについ
ての図示又は説明は省略してある。

【００１６】上記自動倣い装置(1)は、白線引き装置
(2)、ギャップコントロールフレーム(3)、内面溶接機
(4)、自動倣い制御部(5)、内面溶接機駆動部(6)から主
として構成されている。

【００１７】白線引き装置(2)は、成形直前の平板状鋼
板(PL)に白線(21)を引くもので、平板状鋼板(PL)の端縁
(p)から一定の間隔(a)を保持して白線を引くよう構成さ
れている。

【００１８】ギャップコントロールフレーム(3)は、成
形されたスパイラル鋼管部(PT)をその管軸(Px)を中心と
して自転可能に支持し、かつ第１溶接部(A)の近傍の定
点(P₀)を中心としてスパイラル鋼管部(PT)を旋回可能に
支持できるよう構成されている。上記ギャップコントロ
ールフレーム(3)の所定部位には位置センサー(31)が取
付けられており、この位置センサー(31)はギャップコン
トロールフレーム(3)が旋回したときのベース変位量を
検出することができる。このベース変位量は後述する数
式により説明する。

【００１９】内面溶接機(4)は、スパイラル鋼管部(PT)
内に挿入されかつスパイラル鋼管部(PT)と非接触状態で
支持された棒状の内面溶接主材(41)と、この内面溶接主
材(41)を往復動させる油圧シリンダー(42)と、上記内面
溶接主材(41)の先端に取付けられた溶接トーチ(43)と、
この溶接トーチ(43)から所定の間隔を隔てて上記主材(4
1)に取付けられたＴＶカメラ(44)とから主として構成さ
れている。なお、上記内面溶接主材(41)にも位置センサ
ー(45)が取付けられている。

【００２０】自動倣い制御部(5)は、上記ＴＶカメラ(4
4)にて撮影された映像信号を受信するＴＶ画面を有し、
白線を含む映像信号からＴＶ画面内での白線位置を算出
する画像処理手段(51)と、ギャップコントロールフレー
ム(3)の任意のベース位置（例えば成形角＝θのとき）
において、溶接トーチ(43)が接合線上に位置したときの
ＴＶ画面内における白線の位置を白線位置目標値(D₀)と
設定するためのサンプルホールド手段(52)、ギャップコ
ントロールフレーム(3)が駆動されてベース位置が変化
したとき、このベース変位量に基づいて白線位置目標値
の変動量（△Ｌ）を演算しかつ補正する補正手段(53)、
画像処理手段(51)により算出された白線位置(D₁)と補正
手段(53)によって補正された白線位置目標値(D₀a)とを
比較してその差を“ずれ量”として信号出力する比較手
段(54)とから主として構成されている。なお、(55)は手
動による補正手段、(56)は手動ボタンである。

【００２１】上記補正手段(53)における変動量（△Ｌ）
の演算方法について図３を参照して説明する。ギャップ
コントロールフレーム(3)の旋回中心(P₀)と成形中心
〔＝第１の溶接点〕(A)との距離(Ｄ)、スパイラルピッ
チ(Ｐ)、ギャップコントロールフレーム(3)における旋
回中心(P₀)から位置センサー(31)までの距離(Ｌs)が、
同図に示される関係にあるとき、位置センサー(31)で検
出される変位量(Ｂ_S)とピッチ点での変位量(Ｂ_B)との関
係はＢ_B＝（Ｐ−Ｄ)・Ｂ_S／Ｌs … として得られる。ピッチ点でのスパイラル鋼管部の変位
量(Ｂ_P)は、Ｂ_P＝ｋ・Ｂ_B （ｋ：比例定数） … と表すことができる。また、成形角の変位量(φ)は、
φ＝Ｂ_P／Ｐと表すことができる。従って、，よ
り、 φ＝｛ｋ・(Ｐ−Ｄ)｝・Ｂ_S／｛Ｐ・Ｌｓ｝となる。一方、ＴＶ画面におけるギャップコントロール
に伴う変動を含めた白線位置を表す関数を、ｆ(φ)＝ａ／cos(θ＋φ)−ａ／cos(θ)−ＯＣ・cos
(θ)・｛tan(θ＋φ)−tan(θ)｝だだし、ａ：鋼板端部から白線までの距離 θ ：ベース位置での成形角ＯＣ：ＴＶカメラの検出点から管軸方向へ延ばした線分
と溶接線との交点と溶接線との距離とすれば、ギャップコントロールによる白線位置目標値
の変動量（△Ｌ）は、 △Ｌ＝ｆ(φ)−ｆ(φ0) ただし、ｆ(φ0)はサンプルホールド時（＝成形角θの
とき）のｆ(φ)を示す。となり、演算式が与えられることとなる。

【００２２】内面溶接機駆動部(6)は、前記比較手段(5
4)に接続されるシーケンサ(61)と、シーケンサ(61)から
の出力を増幅するアンプ(62)と、このアンプ(62)からの
出力に基づいて作動されかつ油圧シリンダ(42)への油量
を調節する油圧弁(63)と、前記内面溶接主材(41)に取付
けた位置センサー(45)により検出されるデータをシーケ
ンサ(61)にフィードバックして油圧シリンダ(42)の駆動
量を調節する油圧サーボ機構(6A)とから構成されてい
る。

【００２３】以上のように構成された自動倣い装置(1)
の作動について説明する。まず、ギャップコントロール
フレーム(3)の作動前に、該フレーム位置をベース位置
（このときの成形角＝θ）とし、この状態で接合線上に
溶接トーチ(43)を位置させ、このときＴＶカメラ(44)に
て白線を撮影し、自動倣い制御部(1)のサンプルホール
ド手段(52)を作動させて、ＴＶカメラ(44)からの白線を
含む映像信号を画像処理してＴＶ画面内での白線位置を
算出する。この算出値を白線位置目標値(D₀)とする。以
後、順次撮影される白線位置の映像信号に基づいて算出
されるＴＶ画面における白線検出位置(D₁)が自動倣い制
御部(5)に出力されて上記白線位置目標値(D₀)と比較さ
れ、その差が内面溶接機駆動部(6)のシーケンサ(61)に
出力されて、油圧サーボ機構を介して内面溶接機(4)の
溶接トーチ(43)が接合線を辿るように制御される。

【００２４】一方、ギャップコントロールを作動させた
ときフレーム(3)の位置変動が生じて成形角が変動し、
上記設定した白線位置目標値(D₀)自身が変動させられる
こととなる。この場合、まず自動倣い制御部(5)の補正
手段(53)が作動し、白線位置目標値(D₀)の変動量（△
Ｌ）が上記のごとく演算される。次いで、得られた変動
量（△Ｌ）により白線位置目標値が補正されて、この補
正白線位置目標値(D₀a)に対して、白線検出位置(D₁)が
合わさるように、上記と同様に自動倣い制御部(5)が内
面溶接機駆動部(6)に作動を指令し、これによって内面
溶接機(4)の溶接トーチ(43)が接合線を辿ることができ
る。

【００２５】なお、フレーム(3)に設けられた位置セン
サー(31)により検出される位置変位量を、シーケンサ(6
1)にフィードフォワード量として入力することにより、
瞬間的な追従を実行することができるので好ましい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、スパイラル鋼管の内面
溶接に関して、精度良好な自動倣い方式とすることがで
き、優良なスパイラル鋼管を効率良く量産することがで
きる。また、スパイラル鋼管製造時の溶接工程すなわち
第１溶接、第２溶接（外面溶接）及び第３溶接（内面溶
接）がすべて自動に行えるので、手動による溶接工程を
含まず溶接工程の管理が容易になり、均一な品質のスパ
イラル鋼管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパイラル鋼管自動溶接方法を実施す
る自動倣い装置の一例の要部概略構成図

【図２】図１の自動倣い装置の概略ブロック図

【図３】ギャップコントロールに基づく補正値の演算方
法を説明するためのギャップコントロールフレームを中
心とする相対位置関係図

【図４】従来例のスパイラル鋼管自動溶接方法を説明す
る要部概略図

【符号の説明】

(1)…自動倣い装置 (2)…白線引
き装置 (3)…ギャップコントロールフレーム (4)…内面
溶接機 (5)…自動倣い制御部 (6)…内面溶
接機駆動部 (21)…白線 (31)…位置セ
ンサー (41)…内面溶接主材 (42)…油圧シ
リンダー (43)…溶接トーチ (44)…ＴＶカ
メラ (45)…位置センサー (51)…画像処
理手段 (52)…サンプルホールド手段 (53)…補正手
段 (54)…比較手段 (61)…シーケ
ンサ (62)…アンプ (63)…油圧弁 (PL)…平板状鋼板 (PT)…スパイ
ラル鋼管部 (Px)…管軸 (p)…平板状
鋼板の端縁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中和博千葉県君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状で送給される鋼板を曲げて
端縁同志を接合すると共にその接合部のギャップが一定
となるように成形角を制御しながら溶接し、その接合線
に沿って外面溶接した後内面溶接してスパイラル鋼管を
製造する方法であって、成形直前の平板状の鋼板にその端縁から一定距離隔てた
位置に基準線を引いておき、内面溶接時に、溶接トーチ
及びＴＶカメラが一定の間隔を保持して取付けられかつ
成形されたスパイラル鋼管部の管軸に沿って前後動可能
に該鋼管部内に挿入された内面溶接手段の上記ＴＶカメ
ラにて上記基準線を撮影し、基準線を含む映像信号から
画面内での基準線の位置を検出し、画面内に予め定めら
れた基準線位置目標値に上記検出位置を一致させるよう
に内面溶接手段を前後動して、溶接トーチが接合線を辿
るよう制御することからなり、所定の成形角下での基準線位置目標値を、ギャップ制御
時の成形角の変化に基づいて補正し、この補正された基
準線位置目標値に上記検出位置を一致させることを特徴
とするスパイラル鋼管自動溶接方法。