JPH1158074A - 配管溶接方法及び配管溶接治具並びに配管形状検査方法及び配管形状検査治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配管のチューブに管継手を溶接する際に、前
記両者の相対位置及び角度を配管製作図面通りに固定で
きるようにする。 【解決手段】 テーブル１上をＸ，Ｙ方向に移動し、水
平旋回する管継手固定治具７を設ける。テーブル１に立
設したサポート９に、昇降及びＹ軸の回りに旋回する第
３キャリア１０を設け、取付台１０ｂ上に旋回可能なチ
ューブクランプ装置１３を設ける。管継手２１を仮付け
溶接する際に、チューブの端部が垂直となるようにチュ
ーブの任意の位置Ａをチューブクランプ装置１３でクラ
ンプするものとし、位置Ａを原点とする管継手中心の座
標（ｘ，ｙ）、管継手の端面から位置Ａまでの高さｚ、
位置ＡにおけるチューブのＸ軸回りの傾き角θX とＹ軸
回りの傾き角θY 、管継手の水平面内における回転角θ
Z を配管製作図面から算出し、その結果に基づいてチュ
ーブ、管継手の位置、姿勢を調整して仮付け溶接を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械、工作機
械等に使用する配管の製作に係り、特に配管のチューブ
に管継手を仮付け溶接するための配管溶接方法及び配管
溶接治具並びに配管形状検査方法及び配管形状検査治具
に関する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械、工作機械等には各種の油圧配
管が使用されている。油圧配管は、一般にチューブとそ
の両端に溶着された管継手とによって構成される。図６
はその一例を示すもので、所定の管材に切断及び曲げ加
工を施して得られたチューブ２２の両端に管継手２１、
２３を取り付けて仮付け溶接した後、所定の溶接を行
い、更に手入れ、表面処理等を施して油圧配管２０が完
成する。油圧配管は、装着箇所ごとにそれぞれ最適な形
状となるように設計されるため、長さ、形状は千差万別
で、チューブは三次元に屈曲したものが多い。このた
め、図７に示すように油圧配管ごとに製作した専用の配
管溶接治具３０を使用して管継手の仮付け溶接作業を行
っている。

【０００３】また、三次元に屈曲した配管またはチュー
ブの形状を検査する場合、定盤上にチューブの任意の部
位を固定した上、屈曲部の高さや角度をハイトゲージ、
分度器等を用いて測定したり、三次元計測機を用いた
り、または配管ごとに製作した専用の配管検査治具を用
いたりしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による配
管溶接方法、検査方法には次のような問題点がある。 （１）配管の共通化に努めても、新規設計の配管の出現
に伴う仮付け溶接治具の増加は避けられず、治具製作費
がかさむとともに治具管理が煩雑になる。 （２）配管の初回製作時には、新規治具による試作品の
寸法、形状精度を確認する必要があり、三次元計測機ま
たは汎用測定器による検査に多大な工数を要する。 （３）多品種少量生産の場合は頻繁に治具の段取り換え
をしなければならず、そのつど多大な工数を必要とす
る。 （４）チューブ単体の形状検査においても、前記と同様
の問題点がある。

【０００５】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、立体的な形状並びに寸法がそれぞれ異なる
多種類の配管を製作あるいは検査する際に共通に使用す
ることができ、かつ、管継手とチューブとの相対位置及
び角度を配管製作図面の通りに固定することが可能な配
管溶接方法及び配管溶接治具並びに配管形状検査方法及
び配管形状検査治具を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記目的
を達成するため、本発明に係る配管溶接方法の第１は、
配管の構成部品であるチューブに管継手を溶接するため
の配管溶接方法であって、三次元に屈曲したチューブの
一端が垂直になるようにチューブの任意の位置Ａを保持
するものとし、位置Ａを三次元空間座標軸の原点とした
ときの管継手端面の中心位置の座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び
垂直軸の回りの回転角（θZ ）と、保持位置Ａにおける
チューブのＸ軸の回りの傾き角（θX ）及びＹ軸の回り
の傾き角（θY ）とを配管製作図面から算出し、これら
の値に基づいてチューブと管継手とを所定の位置、角度
に固定して溶接することを特徴とする。

【０００７】上記構成によれば、チューブは任意の位置
Ａを三次元空間座標軸の原点として一端が垂直となるよ
うに保持され、管継手の端面の中心位置は前記原点に対
して配管製作図面に基づく所定の位置及び角度に固定さ
れる。従って、チューブの形状が配管製作図面通りであ
れば、垂直に保持されているチューブの一端の中心軸は
管継手の中心軸と一致し、かつ、Ｘ軸またはＹ軸に対す
る管継手の回転角は所定の角度となるので、管継手をチ
ューブの所定の位置に所定の角度で設定溶着させること
ができる。また、この方法で管継手の中心軸にチューブ
の一端の中心軸が一致しない場合は、チューブの形状不
良と判定することができるため、チューブの簡易的な検
査を兼ねることになる。

【０００８】また、本発明に係る配管溶接方法の第２
は、上記配管溶接方法の第１において、原点Ａから管継
手の端面までの垂直距離及び垂直軸の回りの管継手の回
転角と、原点Ａにおけるチューブの傾き角とを三次元Ｃ
ＡＤにより三次元空間座標値に変換して求めることを特
徴とする。

【０００９】本発明の配管溶接方法では、チューブの任
意の位置Ａを原点としたときの管継手の位置や、位置Ａ
におけるチューブの傾き角等をあらかじめ把握しておく
必要がある。上記構成のように配管製作図面に記載され
た形状、寸法データを三次元ＣＡＤに入力して処理すれ
ば、チューブ及び管継手の位置決めに必要な数値を迅
速、正確に得ることができる。

【００１０】また、本発明に係る配管形状検査方法は、
三次元ＣＡＤデータからチューブの屈曲部ごとのパラメ
ータをチューブ上の任意の位置Ａを原点とする三次元空
間座標値に変換し、チューブに溶着した管継手を管継手
固定治具に固定してチューブの一端を垂直に保持した
後、前記三次元空間座標値に基づいて管継手固定治具及
び位置Ａ保持装置を動かしてチューブの形状をなぞるこ
とにより、チューブ形状を検査することを特徴とする。

【００１１】本発明は配管溶接方法の応用である。上記
構成によれば、配管は管継手固定治具により管継手の部
分で固定され、管継手溶接時にチューブを保持した位置
Ａ保持装置は自由状態となる。そして、三次元空間座標
値に基づいて管継手固定治具及び位置Ａ保持装置を動か
すと、位置Ａ保持装置に装着したチューブ接触子等でチ
ューブの形状、特に屈曲部をなぞることができ、チュー
ブ形状の良否を容易に検査することができる。

【００１２】本発明に係る配管溶接治具は、チューブの
任意の位置Ａを保持し、Ｚ軸に沿って昇降可能かつＸ軸
の回り及びＹ軸の回りに旋回可能としたチューブクラン
プ装置と、管継手の位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に沿っ
て移動可能かつＺ軸の回りに旋回可能とした管継手固定
治具とを備えていることを特徴とする。

【００１３】上記構成によれば、チューブクランプ装置
を昇降させるとともに２次元で旋回させることにより、
任意の位置Ａをクランプしたチューブを所望の姿勢及び
高さに調整することができ、管継手固定治具を２方向に
移動させることにより、管継手を所望の位置に設置する
ことができるとともに、管継手を指定の方向に位置決め
することができる。このように、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向
における位置とこれらの各軸回りの角度とを自在に調整
することが可能な配管溶接治具であるが、構造が簡単で
安価に製作でき、立体的な形状並びに寸法がそれぞれ異
なる多種類のチューブに管継手を溶着する際に共通に使
用することが可能である。従って、従来の技術による配
管別専用溶接治具は不要となり、溶接治具の製作費、管
理費、治具の段取り換え工数が低減するとともに、従来
実施していた新規治具製作時の試作品検査の迅速化を図
ることができる。

【００１４】また、本発明に係る配管形状検査治具は、
上記配管溶接治具において、チューブクランプ装置にチ
ューブ接触子を装着したことを特徴とする。

【００１５】本発明の配管溶接治具を配管形状検査治具
として使用する場合、配管は管継手固定治具により管継
手の部分で固定される。そこで、管継手溶接時にチュー
ブを保持したチューブクランプ装置にチューブ接触子を
装着し、三次元空間座標値に基づいて管継手固定治具及
びチューブクランプ装置を動かすと、チューブ接触子は
チューブに沿って移動し、屈曲部の位置や方向の良否を
容易に検査することができる。従って、配管の検査工数
を低減するとともに、各種の配管検査に共通に使用する
ことが可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態及び実施例】次に、本発明に係る配
管溶接方法及び配管溶接治具の実施例について図面を参
照して説明する。なお、本実施例では、配管を構成する
チューブの少なくとも端部の中心線と板状の管継手の端
面（相手側への取付面）とが直交している場合について
説明する。

【００１７】図１は配管溶接治具の概略構成を示す斜視
図である。テーブル１の上面前部には複数のガイドレー
ル２がＹ軸方向に平行に敷設され、その上に前記ガイド
レール２に沿って摺動し、かつ、任意の位置で固定可能
な第１キャリア３が設けられている。第１キャリア３の
上面には、複数のガイドレール４がＸ軸（Ｙ軸と水平面
内で直交する）方向に平行に敷設され、その上に前記ガ
イドレール４に沿って摺動し、かつ、任意の位置で固定
可能な第２キャリア５が設けられている。そして、第２
キャリア５の上面には旋回テーブル６を介して管継手固
定治具７が設置されている。管継手固定治具７は、管継
手を固定するとともに、旋回テーブル６に設けられたハ
ンドル８の操作によりＺ軸に平行なθZ 軸の回りに旋回
することができる。

【００１８】また、テーブル１の上面後部にはサポート
９が立設され、このサポート９には第３キャリア１０が
設けられている。第３キャリア１０は摺動板１０ａとＬ
字状の取付台１０ｂとを有し、摺動板１０ａはサポート
９に沿ってＸ軸及びＹ軸と直交するＺ軸の方向に摺動
し、かつ、任意の位置で固定可能である。取付台１０ｂ
はシャフト１０ｃを旋回軸としてＹ軸に平行なθY 軸の
回りに旋回することができるとともに、任意の位置に固
定可能である。また、取付台１０ｂにはハンドル１１の
操作により旋回する旋回テーブル１２を介してチューブ
クランプ装置１３が設置されている。前記第３キャリア
１０はハンドル１４の操作によりサポート９に沿って上
下動し、ハンドル１５の操作により取付台１０ｂが旋回
する。従って、チューブクランプ装置１３は、取付台１
０ｂを図１に示した位置からθY 軸の回りに９０°回転
させたときＸ軸に平行となるθx 軸の回りに旋回し、か
つ、任意の角度に固定することもできる。

【００１９】第１キャリア３、第２キャリア５の移動
は、図示しないそれぞれのハンドル操作により回転する
ピニオンとラックとの噛み合い等によって行われ、取付
台１０ｂの旋回には、図示しないウォームとウォームホ
イールとの噛み合い等が利用されている。

【００２０】図２（ａ）は管継手固定治具の一例を示す
平面図、図２（ｂ）は管継手固定治具の縦断面図であ
る。管継手２１が板状で、２個の取付穴を有する場合、
管継手固定治具７に立設された位置決めピン７ａを管継
手２１の一方の取付穴に挿入し、他方の取付穴に挿入し
た取付ボルト７ｂを管継手固定治具７に螺着する。これ
により、管継手２１のチューブ取付穴２１ａの中心は旋
回テーブル６の中心と一致する。なお、管継手固定治具
は管継手の形状、寸法等に応じて交換する。

【００２１】図３はチューブクランプ装置１３の正面図
である。チューブクランプ装置１３は、Ｖ字状の溝を備
えたクランプ金具１３ａと先端が球面または平面のクラ
ンプ金具１３ｂとを有し、クランプ金具１３ａを空圧等
で駆動してチューブ２２を挟持する。チューブ２２を挟
持したとき、挟持位置におけるチューブ２２の中心は旋
回テーブル１２の中心線と一致する。なお、クランプ金
具１３ｂの先端位置を調整することにより、直径の異な
るチューブに対応することができる。

【００２２】上記配管溶接治具を用いて配管のチューブ
に管継手を仮付け溶接する場合の手順について、図１及
び図４、図５を参照して説明する。なお、対称ワークは
図６に示した油圧配管２０である。第１工程では下記の
通り数値算出を行う。 （１）管継手２１の仮付け溶接に先立ち、配管溶接治具
のチューブクランプ装置１３によってクランプするチュ
ーブ２２上の任意の位置Ａを配管製作図面に基づいて設
定する。前記任意の位置Ａは、チューブ２２の一側の端
部２２ａに管継手２１を仮付け溶接する際に端部２２ａ
を垂直に保持しうる位置とする。 （２）図４はチューブ２２の一側の端部２２ａを垂直に
保持した場合の斜視図、図５は前記姿勢に保持したチュ
ーブ２２をＸ軸方向から見た場合の側面図である。これ
らの図において、位置Ａを原点とした場合の端部２２ａ
の中心線の座標（ｘ，ｙ）及び水平面内における管継手
２１の取り付け角度θZ と、管継手２１の端面から位置
Ａまでの高さｚ及び位置Ａの近傍におけるチューブ２２
のＹ軸回りの傾き角θY 、位置Ａの近傍におけるチュー
ブ２２のＸ軸回りの傾き角θX を、配管製作図面のデー
タを入力した３次元ＣＡＤにより算出する。

【００２３】第２工程では上記の算出数値を用いて配管
溶接治具にチューブ及び管継手を固定し、仮付け溶接作
業を行う。これらの手順は下記の通りである。 （１）管継手２１を管継手固定治具７に固定し、第１キ
ャリア３、第２キャリア５の位置を調整して管継手固定
治具７の中心を座標（ｘ，ｙ）に一致させ、管継手固定
治具７の水平面内角度がθZ となるように調整する。 （２）ハンドル１４を操作してチューブ２２の位置Ａの
高さがｚ＋α（αは任意の値）となるように第３キャリ
ア１０の高さを調整した後、ハンドル１５を操作して取
付台１０ｂを図１に示した水平状態から角度θY だけ回
転させ、チューブクランプ装置１３でチューブ２２の位
置Ａをクランプする。このとき、チューブ２２の一側の
端部２２ａが水平となるようにクランプ位置を調整す
る。 （３）ハンドル１１を操作して旋回テーブル１２を回転
させ、チューブ２２のＺ軸に対するＸ方向への傾き角θ
X が算出値と一致するように調整する。 （４）チューブ２２の端部２２ａがテーブル１に近接す
る方向に取付台１０ｂを９０°回転させる。これによ
り、チューブ２２の端部２２ａは垂直姿勢となり、端部
２２ａの下端面は所定の位置よりαだけ上方にある。 （５）ハンドル１４を操作して第３キャリア１０をαだ
け下降させる。これにより、チューブ２２の位置ＡはＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向について原点に一致し、端部２
２ａは所定の深さだけ管継手２１に挿入される。端部２
２ａが管継手２１のいずれかの部分に干渉する場合また
は端部２２ａの管継手２１に対する挿入深さが所定寸法
と異なる場合は、チューブ２２の形状不良または寸法不
良と判定する。 （６）チューブ２２に管継手２１を仮付け溶接する。 （７）前記と同一の手順でチューブ２２の他側の端部に
管継手を仮付け溶接する。

【００２４】本実施例では、第３キャリア１０の取付台
１０ｂを図１に示した水平状態から角度θY だけ回転さ
せた状態でチューブ２２の位置Ａをチューブクランプ装
置１３にクランプしたが、取付台１０ｂを水平状態から
角度θY ＋９０°または角度θY −９０°だけ回転させ
た後、チューブクランプ装置１３でチューブ２２の位置
Ａをクランプしてもよい。この場合は、クランプされた
チューブ２２の端部２２ａは垂直姿勢となる。また、第
１キャリア３、第２キャリア５及び第３キャリア１０の
摺動板１０ａの移動距離は前記の各位置に設けられた距
離目盛りによって確認するものとし、同一の配管を量産
する場合は所定の位置にストッパを設置するか、または
位置センサ等を用いてもよい。なお、図２に示した管継
手固定治具は、管継手の形状、寸法に合わせた専用治具
とする。

【００２５】次に、本発明に係る配管形状検査方法及び
配管形状検査治具の実施例について図面を参照して説明
する。なお、本実施例では、配管を構成するチューブの
少なくとも端部の中心線と板状の管継手の端面（相手側
への取付面）とが直交している場合について説明する。
配管形状検査治具は図１に示した配管溶接治具を流用
し、チューブクランプ装置１３にチューブ接触子をクラ
ンプする。チューブの両端に管継手を溶着した配管は一
側の管継手を管継手固定治具７に固定され、チューブの
一端が垂直に保持された状態となる。そして、管継手固
定治具７とチューブクランプ装置１３とを動かし、三次
元ＣＡＤにより得られた三次元空間座標値に基づいてチ
ューブ接触子をチューブの屈曲部の位置に合わせたと
き、チューブ接触子が屈曲部に接触すれば、その屈曲部
は適正な位置にあると判定される。前記手順を屈曲部ご
とに繰り返す。

【００２６】チューブ単体について形状検査を行う場合
は、管継手固定治具に代えてチューブの端部を垂直に保
持するチューブ端部クランプ装置を旋回テーブル６に設
置し、上記方法を用いればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】配管溶接治具の概略構成を示す斜視図である。

【図２】管継手固定治具の一例を示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図３】チューブクランプ装置の正面図である。

【図４】チューブの一側の端部を垂直に保持した場合の
斜視図である。

【図５】一側の端部を垂直に保持したチューブを、Ｘ軸
方向から見た場合の側面図である。

【図６】配管の一例を示す図で、（ａ）は正面図、
（ｂ）は（ａ）のＺ視図、（ｃ）は（ａ）のＹ視図であ
る。

【図７】従来技術による配管溶接治具の一例を示す説明
図である。

【符号の説明】

１ テーブル ３ 第１キャリア ５ 第２キャリア ６，１２ 旋回テーブル ７ 管継手固定治具 ９ サポート １０ 第３キャリア １０ｂ 取付台 １３ チューブクランプ装置 ２０ 油圧配管 ２１，２３ 管継手 ２２ チューブ ２２ａ 端部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管の構成部品であるチューブに管継手
   を溶接するための配管溶接方法であって、三次元に屈曲
   したチューブの一端が垂直になるようにチューブの任意
   の位置Ａを保持するものとし、位置Ａを三次元空間座標
   軸の原点としたときの管継手端面の中心位置の座標
   （ｘ，ｙ，ｚ）及び垂直軸の回りの回転角（θZ ）と、
   保持位置ＡにおけるチューブのＸ軸の回りの傾き角（θ
   X ）及びＹ軸の回りの傾き角（θY ）とを配管製作図面
   から算出し、これらの値に基づいてチューブと管継手と
   を所定の位置、角度に固定して溶接することを特徴とす
   る配管溶接方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の配管溶接方法において、
   原点Ａから管継手の端面までの垂直距離及び垂直軸の回
   りの管継手の回転角と、原点Ａにおけるチューブの傾き
   角とを三次元ＣＡＤにより三次元空間座標値に変換して
   求めることを特徴とする配管溶接方法。
3. 【請求項３】 三次元ＣＡＤデータからチューブの屈曲
   部ごとのパラメータをチューブ上の任意の位置Ａを原点
   とする三次元空間座標値に変換し、チューブに溶着した
   管継手を管継手固定治具に固定してチューブの一端を垂
   直に保持した後、前記三次元空間座標値に基づいて管継
   手固定治具及び位置Ａ保持装置を動かしてチューブの形
   状をなぞることにより、チューブ形状を検査することを
   特徴とする配管形状検査方法。
4. 【請求項４】 チューブの任意の位置Ａを保持し、Ｚ軸
   に沿って昇降可能かつＸ軸の回り及びＹ軸の回りに旋回
   可能としたチューブクランプ装置と、管継手の位置をＸ
   軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能かつＺ軸の回りに
   旋回可能とした管継手固定治具とを備えていることを特
   徴とする配管溶接治具。
5. 【請求項５】 請求項４記載の配管溶接治具において、
   チューブクランプ装置にチューブ接触子を装着したこと
   を特徴とする配管形状検査治具。