JPH07195172A - 管とリングの自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 鉄管と離脱防止用鋼製リングの自動溶接装
置。 【構成】 リングＲが外嵌装着された鉄管Ｐを、鉄管ク
ランプ装置Ｂで水平状にクランプした状態で、センサ主
軸５を上下に動かし位置決めした後、管端から鉄管の長
手方向に移動してセンサから鉄管までの距離を測定し、
リングの装着位置を検出し、装着位置がずれている場
合、制御部Ｄからの指令でリングクランプ装置部Ｃが作
動し装着位置を補正する。センサ主軸をリングの直上に
移動し、鉄管を回転させ、センサとリングとの距離から
リングのスリット位置を検出し、リングと鉄管との溶接
開始位置が決まり、鉄管クランプ装置部を駆動し鉄管を
回転させながら鉄管とリングとを自動的に全周すみ肉溶
接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばダクタイル鋳
鉄管（以下鉄管という）と離脱防止用鋼製リングの自動
溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スリットの入った鋼製リングを鉄管の端
部に外嵌装着した後溶接するに際し、まず、該リングが
鉄管の所定位置に装着されているかどうかは、作業者に
よるスケールなどで１本１本計測する手作業に委ねられ
ていた。もし、該リングが所定位置になければ作業者が
ハンマーなどでリングを叩き込んで調整を行っていた。

【０００３】次いで、リングを鉄管に溶接する場合、ス
リットの部分は最後に溶接を行う必要がある。その理由
は、リングにはスリットがあるため溶接の熱によって膨
張・収縮を起こそうとするが、先にスリット部分の溶接
を行うとこれが自由にできなくなりリングと鉄管の間に
隙間が生じたり、溶接後大きな溶接残留応力を生じたり
するためである。このため、従来は作業者がローラ台の
上に載置された鉄管を手で回しながら、リングのスリッ
ト位置を見つけ、溶接開始位置を決めていた。さらに、
溶接終了後のスリットの幅（隙間量）が基準値内である
かどうかを作業者がスケールなどでこれを一つ一つ検査
を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の技術で
は、リングが鉄管の端面から所定位置に装着されている
か否かの測定やリングの調整が手作業であったため非能
率的であり、また測定忘れや個人差が生じ、品質上の低
下は免れないものであった。溶接の開始位置も作業者が
手で鉄管を回し、目視でスリットの位置から溶接開始位
置を調整していた。このため、品質の均一性に欠け、手
直しなどに多大の時間を費やしていた。さらに、溶接終
了後のスリットの幅が基準値内であるがどうかも作業者
が一本一本スケールなどで測定を行っていたため非能率
的であった。

【０００５】この発明は、以上に述べたような問題を解
決するためになしたものであり、一切の手作業を省き、
これにより作業能率の向上、製品の品質の向上および均
一性の向上を可能とする鉄管とリングの自動溶接装置を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明の鉄管とリングの自動溶接装置は、前記自
動溶接装置Ａの本体１に設けた前記鉄管Ｐに対して上下
方向と長手方向に独立して移動可能なセンサ主軸５と、
前記センサ主軸５に設けたセンサ５２と、前記鉄管Ｐを
ほぼ水平状にクランプし、かつ回転させる鉄管クランプ
装置部Ｂと、前記リングＲの装着位置を補正するリング
クランプ装置部Ｃと、前記センサ５２による測定結果に
基づき、前記センサ主軸５、前記鉄管クランプ装置部Ｂ
および前記リングクランプ装置部Ｃを制御する制御部Ｄ
とからなるものである。

【０００７】

【作用】スリットＳのある鋼製のリングＲが外嵌装着さ
れた鉄管Ｐを、鉄管クランプ装置部Ｂによりほぼ水平状
にクランプした状態で、センサ主軸５を上下方向に動か
してセンサ５２と鉄管Ｐの間に適宜の間隔をあけて位置
決めした後、管端から鉄管Ｐの長手方向に移動させる。
この過程で、センサ５２によりセンサ５２から鉄管Ｐま
での距離を測定し、このデータをもとに管端からリング
Ｒの装着位置を検出する。そして、前記検出結果に基づ
きリングＲの装着位置がずれている場合、制御部Ｄから
の指令に基づいてリングクランプ装置部Ｃが作動してリ
ングＲの装着位置を補正する。すなわち、リングＲを規
定位置に移動させる。

【０００８】その後、センサ主軸５をリングＲの直上に
横移動し、次いで、鉄管クランプ装置部Ｂを駆動して鉄
管Ｐを回転させる。この過程で、センサ５２により該セ
ンサ５２と鉄管Ｐまでの距離を測定し、このデータをも
とにリングＲのスリットＳ位置を検出する。前記スリッ
トＳ位置の検出によって、リングＲと鉄管Ｐとの溶接開
始位置が決る。前記溶接開始位置が決ると、前記鉄管ク
ランプ装置部Ｂを駆動し、鉄管Ｐを回転させながら鉄管
ＰとリングＲとを自動的に全周すみ肉溶接する。以上の
ように装着位置の検出、装着位置ずれの補正および溶接
開始位置の決定が全て自動化され、手作業が省かれるの
である。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１〜図３において、Ａは溶接、距離のセンシ
ングを行う溶接装置部、Ｂは鉄管Ｐをクランプ・回転さ
せる鉄管クランプ装置部、ＣはリングＲをクランプ・補
正（矯正）・ガイドするリングクランプ装置部およびＤ
はセンサからのデータを処理するとともに前記各装置部
への制御（作動）を司どる制御部から構成されている。

【００１０】自動溶接装置部Ａは、基盤１ａ上に立設し
た架台１ｂと架台１ｂの上部から水平に張出したアーム
２とからなる本体１と、アーム２に上下方向に配設した
２本の溶接主軸３，４および１本のセンサ主軸５とから
構成されている。溶接主軸３，４はそれぞれ上下ねじ軸
３ａ，４ａ、左右ねじ軸３ｂ，４ｂ、前後ねじ軸３ｃ，
４ｃ、旋回軸３ｄ，４ｄの４軸を組合せ、各軸をそれぞ
れ上下用モータ３１，４１、左右用モータ３２，４２、
前後用モータ３３，４３、旋回用モータ３４，４４およ
び後述の溶接用トーチの回動用モータ３５，４５によっ
て別個独立して駆動するものである。溶接用トーチの回
動用モータ３５，４５の先端には、溶接用トーチ（４５
゜カーブドトーチ）３６，４６がそれぞれ取付けられて
おり、これによって、鉄管ＰとリングＲを両側から同時
にすみ肉溶接を行う。センサ主軸５は、図示省略した
が、溶接主軸３の上下ねじ軸３ａおよび左右ねじ軸３ｂ
と同様の構成であり、上下ねじ軸、左右ねじ軸の２軸を
組合せ、各軸を上下用モータ５３、移動用モータ５４に
よって別個独立して駆動するものである。センサ主軸５
の下端には、張出し材５１を介してレーザ距離センサ５
２が取付けられている。センサ５２は溶接時のスパッタ
やヒュームまたは防塵対策として板金で全体を覆われて
おり、レーザ投光部と受光部は簡単に取り替えできる耐
熱ガラスで保護されている。

【００１１】鉄管クランプ装置部Ｂは、基盤１ａ上の機
台６，７上に間隔をおいて、移動台８，９を配設し、移
動台８，９をそれぞれエアシリンダ１０、移動用モータ
１１により離間・接近させる。移動台８，９上にそれぞ
れ水平軸１４，１５が同一軸線上に対向して支承され、
水平軸１４の一端に傘状の押え部材１２を取付け、他端
に回転用モータ１６を連結し、回転用モータ１６により
押え部材１２を回転させる。水平軸１５の一端に傘状の
押え部材１３を回動自在に嵌装し、他端にエアシリンダ
１７を連結する。１８は移動台９のロック手段である。
これらによって、鉄管Ｐを両側からそれぞれのエアシリ
ンダ１０，１７を介して押え部材１２，１３により押え
つけると共に回転用モータ１８によって回転させる。

【００１２】リングクランプ装置部Ｃは、基盤１ａ上に
水平状のねじ軸１９を介して移動台２０を配設し、移動
台２０を移動用モータ２１により駆動する。移動台１７
上に対向かつ傾斜して２本のエアシリンダ２２を配設
し、その先端にＶ形ローラ２３を軸支する。また、支持
台２４の上端に可回動にアーム（レバー）２５を軸支
し、アーム２５の基端部にエアシリンダ２６を設け、前
端部にＶ形ローラ２７を軸支する。これによって、リン
グＲを下部の２個のＶ形ローラ２３と上部の１個のＶ形
ローラ２７の３個で押えつける。そして、３個のＶ形ロ
ーラ２３，２７でリングＲのガイドを行うと共にセンサ
５２によってリングＲの装着位置にずれを検出した場
合、移動用モータ２１を駆動して移動台２０を移動させ
てリングＲの装着位置を補正する。

【００１３】制御部Ｄは、図１２に示すように、ＣＰ
Ｕ、メモリ、入力回路および出力回路から構成され、セ
ンサ５２からの距離データの処理と溶接装置部Ａ、鉄管
クランプ装置部Ｂおよびリングクランプ装置部Ｃの作動
制御を行う。

【００１４】スリットＳの入った鋼製のリングＲが外嵌
装着された鉄管（ダクタイル鋳鉄管）Ｐを、図示しない
搬送手段によって、鉄管クランプ装置部Ｂの位置まで搬
送し、左右の押え部材１２，１３によって把持する。つ
ぎに、この状態で図４に示すごとく、センサ主軸５を介
してセンサ５２を鉄管Ｐの端面から長手方向へ移動させ
ながら、センサ５２から鉄管面までの距離（Ｌ）と、セ
ンサ５２の移動距離（Ｘ）を検出し、この両距離データ
を制御部Ｄに入力し記憶する。すなわち、センサ５２で
リングＲが鉄管Ｐ端から所定位置に装着されているか否
かをセンシングする。

【００１５】そして、上記のようにして得られるデータ
を図５に模式的に示し、この図において縦軸はセンサ５
２によって得られたセンサ５２から鉄管Ｐまでの距離
（Ｌ）、横軸はセンサ主軸５の移動用モータ５４によっ
て得られた鉄管Ｐの長手方向に移動したセンサ５２の移
動距離（Ｘ）を示す。センサ５２が鉄管Ｐ端に達すれ
ば、センサ５２から鉄管Ｐまでの距離データ（Ｌ1） が
得られ、またリングＲの位置まではリングＲの厚み分だ
け距離に変化が生じるため、この距離の変化点を求める
ことによってリングＲの装着位置を検出することができ
る。これから、センサ５２の移動距離Ｘ1 で鉄管Ｐ端が
検出され、同移動距離Ｘ2でリングＲの一端が検出さ
れ、同移動距離Ｘ3 でリングＲのもう一端が検出された
ことになる。したがって、同移動距離の差 Ｘ2−Ｘ1 が
鉄管Ｐ端からリングＲまでの距離、同移動距離の差 Ｘ3
−Ｘ2 がリングＲの幅となる。また、センサ５２からの
距離の差 Ｌ1−Ｌ2 がリングＲの厚みとなる。これか
ら、鉄管Ｐ端からリングＲまでの距離ＸはＸ＝ Ｘ2−Ｘ
1 で求められる。もし、リングＲが所定位置に装着して
いなければ、すなわち距離Ｘが所定量からずれていれ
ば、制御部Ｄからの指令によりリングクランプ装置部Ｃ
が作動する。つまり、Ｖ形ローラ２３，２７によるクラ
ンプ状態で、移動用モータ２１が起動して移動台２０を
リングＲのずれ量だけ、リングＲを長手方向に移動させ
ることによってリングＲの位置を補正するのである。

【００１６】次に、センサ５２を、センサ主軸５を介し
て先に検出されたリングＲの位置（リングＲの直上）に
横移動させた後、鉄管Ｐを鉄管クランプ装置部Ｂの回動
用モータ１６を起動して回転させながら、センサ５２か
らリングＲまでの距離を検出し、この時の距離データ
と、鉄管Ｐの回転量を検出し、この回転量データとを制
御部Ｄに入力し記憶する。すなわち、リングＲのスリッ
トＳは任意の位置にある（図６参照）鉄管Ｐを矢印の方
向に回転させる。前記鉄管Ｐの回転につれて、リングＲ
のスリットＳの始端位置をセンサ５２が検出する（図７
参照）。さらに鉄管Ｐが回転するとスリットＳの終端位
置をセンサ５２が検出する（図８参照）。そして、上記
のようにして得られるデータの模式的な図を図９に示
し、この図において、縦軸はセンサ５２によって得られ
たセンサ５２から鉄管Ｐまでの距離（Ｌ）、横軸は回転
用モータ１６によって得られた鉄管Ｐの回転量を示す。
リングＲのスリットＳ位置ではリングＲの厚み分だけ距
離に変化が生じるため、この距離の変化点を検出するこ
とによってスリットＳ位置を検出することができる。こ
のときの回転量（角）θは回転量θ1 でリングＲのスリ
ットＳの一端が検出され、回転量θ2 でもう一端が検出
されたことになる。なお、回転量θ3 は回転量θ1 と回
転量θ2 の中心点でスリットＳの中心となる。

【００１７】上記スリットＳの位置検出によって溶接開
始位置が求められる。すなわち、溶接の開始に当り、ス
リットＳの位置を回転用モータ１６により鉄管Ｐを回転
させて、少なくとも直上から若干（数１０ミリ以内）右
方の位置になるようにしておく（図１０参照）。この状
態から２本の溶接用トーチ３６，４６をそれぞれの溶接
主軸３，４を介して鉄管Ｐの直上でリングＲの両側に溶
接開始位置に移動し、次いで、鉄管Ｐを回転用モータ１
６によって時計方向に回転させながらリングＲの両側か
ら同時に全周（一周）すみ肉溶接を行う。

【００１８】このとき、リングクランプ装置部Ｃは溶接
時にもリングＲをクランプしておくことによりガイドに
なるが、場合によっては、解除しておくことができる。

【００１９】溶接終了後、鉄管Ｐを溶接の方向と逆方向
に回転させ、センサ５２でセンサ５２までの距離（Ｌ）
を測定しながら、最後の溶接を行ったスリットＳ部分を
検出する（図１１参照）。このときのデータの模式的な
図は省略したが先に説明したスリットＳ位置の検出（図
９参照）と同様である。ここで、図１１に示すように、
スリットＳの幅をα、鉄管Ｐの半径をｒ、溶接終了時か
らスリットＳの一端までの回転量をθ1 、スリットＳの
他端までの回転量θ2 とすると、スリットＳの幅αはα
＝ｒ（θ2 −θ1） で求められる。このスリットＳの幅
αを求め、これがあらかじめ設定された基準値内である
か否かのを判定を行う。この後、溶接を行った鉄管Ｐを
搬送手段によって搬出する。

【００２０】なお、溶接中にセンサ５２から管Ｐまでの
距離を測定し、この情報をもとに制御部Ｄから指令して
溶接主軸３，４を上下させることによって、鉄管Ｐが楕
円状になっている場合でも溶接の狙い位置が一定とな
り、より良い精度の溶接が可能となる。

【００２１】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成したか
ら、次に述べるような効果を奏する。センサ５２と制御
部Ｄの組合せにより、リングＲが鉄管Ｐの所定位置に装
着されているか否かを検出し、リングＲがずれている場
合には、リングクランプ装置部Ｃにより自動的に所定位
置に移動補正することができるとともに、リングＲのス
リットＳ位置を検出することによって最も望ましい溶接
開始位置を精度良く再現できる。さらに、場合によって
は、溶接後スリットＳの幅が所定基準値内であるか否か
を自動的に判定できる。したがって、従来のような手作
業をほぼ完全に解消でき、生産性の向上、品質の向上お
よび均一性の向上、さらに作業者の安全性の向上が図ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る鉄管とリングの自動溶接装置の
一実施例を示す一部破断正面図。

【図２】図１の右側から視た一部破断側面図。

【図３】図１の左側から視た一部破断側面図。

【図４】この発明に係るリングの装着位置の検出状態を
示す模式図。

【図５】この発明に係るリングの装着位置検出時のデー
タを示す模式図。

【図６】この発明に係るリングのスリット位置の検出状
態を示す模式図。

【図７】この発明に係るリングのスリット位置の検出状
態を示す模式図。

【図８】この発明に係るリングのスリット位置の検出状
態を示す模式図。

【図９】この発明に係るリングのスリット位置検出時の
データを示す模式図。

【図１０】この発明に係るリングのスリット幅の検出状
態を示す模式図。

【図１１】この発明に係るリングのスリット幅の検出状
態を示す模式図。

【図１２】この発明に係る制御部のブロック図。

【符号の説明】

Ａ 自動溶接装置部 Ｂ 鉄管クランプ装置部 Ｃ リングクランブ装置部 Ｄ 制御部 Ｐ 鉄管 Ｒ リング Ｓ スリット １ 自動溶接装置部の本体 ３，４ 溶接主軸 ５ センサ主軸 ５２ レーザ距離センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄管Ｐと該鉄管Ｐの端部に外嵌装着した
   スリットＳ入り鋼製のリングＲとをすみ肉溶接するよう
   にした自動溶接装置において、 前記自動溶接装置Ａの本体１に設けた前記鉄管Ｐに対し
   て上下方向と長手方向に独立して移動可能なセンサ主軸
   ５と、前記センサ主軸５に設けたセンサ５２と、前記鉄
   管Ｐをほぼ水平状にクランプし、かつ回転させる鉄管ク
   ランプ装置部Ｂと、前記リングＲの装着位置を補正する
   リングクランプ装置部Ｃと、前記センサ５２による測定
   結果に基づき、前記センサ主軸５、前記鉄管クランプ装
   置部Ｂおよび前記リングクランプ装置部Ｃを制御する制
   御部Ｄとからなることを特徴とする管とリングの自動溶
   接装置。