JPS61262431A

JPS61262431A - パイプ自動加工システム

Info

Publication number: JPS61262431A
Application number: JP10448385A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Yada; 矢田　良男; Hiroshi Kato; 浩加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-05-16
Filing date: 1985-05-16
Publication date: 1986-11-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はパイプ自動加工システム、さらに詳細には、パ
イプに３次元立体曲げ加工を連続的にほどこすパイプ自
動加工システムの改良に関するものである。

〔発明の背景〕

発電プラントや化学プラントに代表される大型プラント
の分野では、配管制作・据付作業の合理化が進められて
おり、その１つとして、従来一般に採用されている配管
継手（エルボ）の使用をやめ、直管状のパイプに直接曲
げ加工をほどこして屈曲配管を製作する方法が挙げられ
る。

上記した屈曲配管を実際に製作するにらたっては、パイ
プロ径の歪や屈曲部の肉厚減小など、いわゆる寸法精度
の面で厳しい規準が設けられているが、近時、屈曲配管
含製作するパイプベンディング方式としては、被加工材
であるパイプに曲げモーメントを付与しつつこれに曲げ
加工をほどこす方式が主流となっている。また、被加工
材であるパイプに３次元立体曲げを連続して付与し、屈
曲配管の製作時間を短縮すべく、パイプを周方向に旋回
させる機構を備えたパイプベンダーも先に提案されてい
る。

被加工材であるパイプに３次元立体曲げを連続して付与
すべく、パイプを周方向に旋回させる機構を備えたパイ
プベンダーとしては、たとえば特開昭５９−７３１２６
号公報に記載のものを挙げることができる。

しかして、特開昭５９−７３１２６号公報に示されてい
るパイプベンダーにあっては、品質の安定した配管の製
作を目的とし、この点において十分大きな効果を達成で
きるものであるが１曲げ加工途中におけるパイプの軌跡
を予知する機能を備えていないため、比較的単純な３次
元立体曲げ形状を有する配管を製作する場合はともかく
、複雑な３次元立体曲げ形状を有する配管を製作する場
合、たとえばパイプベンダーが設置されている建屋床に
対し、曲げ加工途中にあるパイプの先端が衝突するおそ
れのあることを考慮する必要がある。

〔発明の目的〕

本発明は、以上の点を考慮してなされたものでろって、
その目的とするとζろは、複雑な３次元立体曲げ形状を
有する配管の曲げ加工をおこ表うに際し、曲げ加工途中
にあるパイプの先端が九とえは建屋床などに衝突するの
を未然に防止し、パイプあるいはパイプベンダーに破損
をきたすことなく、複雑な３次元立体曲げ形状を有する
配管の連続曲げ加工を自動的におこなうことのできる、
改良されたパイプ自動加ニジステムを提供しようとする
ものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成する九め１本発明は、パイプに曲げモー
メントを付゛与しつつこれに曲げ加工をほどこし、かつ
上記パイプの３次元立体曲げ加工を連続しておこなうパ
イプ自動加ニジステムにおいて１曲げ加工途中にあるパ
イプの軌跡を演算処理によって予知し、加工パイプと他
物との干渉を回避する最大曲げ範囲内で当該パイプに連
続曲げ加工をほどこすことｆ、特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を、第１図ないし第３図の一実施例にもと
づいて説明すると、第１図はパイプ加工ラインの全体系
を示すブロックダイヤグラム、第２図は本発明システム
に採用して好適なパイプベンダーの平面図、第３図〜第
９図は本発明システムの動作）！］序を説明するフロー
チャートである。

第１図において、１は製作を希望する配管の曲げ形状を
入力し、次に上記データから′パイプ曲げ加工途中の軌
跡を求め、パイプと周辺機器、さらにはパイプと建屋床
、柱などとの間に干渉を生じるか否かを判定する演算処
理装置、２は演算処理装置１の判定結果にもとづき、後
述する各種機器を制御する制御装置、３は被加工材で゛
ちるパイプに曲げ加工をほどこすパイプベンダーを示し
、パイプベンダー３は、パイプ回転機３３％パイプ押出
し機３ｂおよびパイプ曲げ加工機３ｃから構成されてい
る。４はパイプ自動切断装置で、当該切断装置４は、一
連の曲げ加工終了後、制御装置２からの指令によって曲
げパイプを自動的に切断する。５は出発材料である−へ
のパイプと他のパイプとを自動的に溶接するパイプ自動
溶接装置であるが、この溶接装置５は１本発明システム
を実現する上で必ずしも必要とするものではなく、自動
溶接装置５に代えて、−のパイプと他のパイプとを手作
業で溶接するようにしてもよい。

パイプベンダー３の詳細を示す８２図において。

６はベッドであり、ベッド６には、左右（矢印Ｌｅおよ
びＢ、を方向）に移動可能なベース７が装着されている
。ベース７には、油圧シリンダ８が取り付けられており
、シリンダ８のピストンロッド９には、パイプ１０ｆ：
矢印Ｐ方向に送り込むサドル１１が取り付けられておシ
、サドル１１には、パイプ１０の途中を把持するチャッ
ク１２が、ベアリング１３および１４を介して堰シ付け
られており、チャック１２は、モータ１５によって駆動
される小歯車１６および小歯車１６と噛み合う大歯車１
７を介して回転するよう構成されている。

５は第１図に同符号で示すパイプ自動溶接装置、Ｗは出
発材料である−のパイプ１０と他のパイプ１０′とを溶
接した溶接線であって、溶接装置５は、パイプベンダー
３のベース７に取シ付けられている。なお、本発明シス
テムにおいて、パイプ自動溶接装置５を付設し次ことに
よる利点は、下記のとおシである。

すなわち、１本のパイプに３次元立体曲げ加工をほどこ
す場合、パイプ長の制限から往々にして残材を生じ、材
料の歩留りが悪くなることがあるが、パイプ長に制限の
おる−のパイプに他のバイプを＠接接続し、この作業を
繰返しおこなうようにすれば、トータルとして材料の歩
留りを向上させることができる。１Ｂはパイプ１０を曲
げ方向に旋回させるパイプ旋回アーム、１９は高周波電
源釦接続され九パイプ加熱用のコイルで、高周波加熱コ
イル１９は、旋回アーム１８の旋回中心Ｃからパイプ１
０の中心軸に対して垂線を下した交点位置（パイプ１０
の曲げ部）ＰＫ設けられている。ま食、旋回アーム１８
上には、パイプ１０の先端側を保持するクランプ２０お
よび第１図に符号４で示したパイプ自動切断装置が位置
しており、クランプ２０とパイプ自動切断装置４とは、
共にねモータ２１によって回転される送、りＫじ２２に螺合し
ている。

ここで、第１■および第２図に示す各部の動作を、第３
図ないし第９因に示すフローチャートを用いて説明する
。

まず、製作を希望する配管の形状を演算処理装置１に入
力する。演算処理装置ＩＫ大入力れるデータは、各配管
ルートの始点１曲夛点、終点の３次元座標系であっても
、配管各部の具体的な寸法データであってもよく、上記
入力データにもとづき、第Ｎ回目の曲げ加工をおこなう
場合に必要とするパイプ１０の周方向の回転量を尊出し
く１０１）。

次いでパイプ回転時におけるパイプ１０の軌跡を算出す
る（１０２）。なお、第１回目の曲げ加工時、パイプ１
０ｔ−回転させる必要はないが、演算処理装置１の計算
結果でも、パイプ１００回転角は「０」となるので問題
はない。

次に、上記のようにして求められたパイプ軌跡のデータ
と演算処理装置１にあらかじめ入力されている制約条件
（パイプベンダー３や当該ベンダー３が設置されている
建屋床、柱などの外形データ）とから、パイプ１０の回
転軌跡を表わす方程式と上記各制約条件を表わす方程式
との交点を求め（ｉｏａ）、ステップ（１０４）におい
て、解が実根であれば、パイプ１０の回転時、当該パイ
プ１０と他物との干渉有りと判断する。

上記のごとく、パイプ１０と他物との干渉有りの場合は
、第７図に示すように、演算処理装置１から制御装置２
に対し、パイプ１０の切断指令が送られる。−（２０１
）。演算処理装置１から制御装置２にパイプ切断指令が
送られると、制御装置２は、パイプ自動切断装置４に切
断指令を出しく２０２）、パイプ１０を切断して、３次
元立体曲げ形状を有するパイプ１０の曲げ加工を完了す
る（２０３）〜（２０４）。他方、第３図のステップ（
１０４）において、パイプ１０と他物との干渉無しの場
合は、演算処理装置１によって先に求められたパイプ１
０の回転角データを制御装置２に転送する（１０５）。

パイプ１００回転角データを受は比制御装置２は、パイ
プ回転機３３のモータ１５を駆動させ（１０６）、パイ
プ１００回転位置決めをおこなう（１０７）〜（１０９
）。

続いて、演算処理装置１にあらかじめ入力されているデ
ータにもとづき、第４図に示すように、第Ｎ回目の曲げ
加工をおこなう場合に必要どするパイプ１０の押出し竜
を計算しく１１Ｇ）、以下、パイプ押出し時におけるパ
イプ１０の軌跡計算（１１１）ならびにパイプ１０と他
物との干渉判定をおこなう（１１２）。そして、ステッ
プ（１１３）において、パイプ１０と他物との干渉有り
の場合は、ｉ４７図にステップ（２０１）〜ｔ２０４）
で示すパイプ切断工程へと移行する。

他方、第４図のステップ（１１３）において、パイプ１
０と他物との干渉無しの場合は、演算処理装置１によっ
て先〈求められ次パイプ１０の押出し量データを、以下
に説明するステップ（１１４）〜（１１７）ｔ−経て制
御装置２に転送する（１１８）。

すなわち、ステップ（１１４）〜（１１７）の系は、パ
イプ１０の押出し量と油圧シリンダ８のストローク限界
との関係から、シリンダ８の押出し回数を決定する系で
あって、最初「０」を力ヴントしてい九カウンタ（１１
５）がシリンダ８の押出し回数をカウントすると（１１
６）、その計算データは、ステップ（１１７）から制御
装置２に転送される（１１ｇ）。なお、ステップ（１１
６）において、パイプ１０の押出し量（第Ｎ回目の全押
出し量。以下同じ〕に対して油圧シリンダ８の押出し回
数を決定するには、第８図に示すシミュレーションが実
行される。すなわち、演算処理装置１から制御装置２に
対し、油圧シリンダ８の定ストローク移動が指示される
と（３０１）、制御装置２からシリンダ８に対し、パイ
プ１０の押出し指令が出され（３０２）、シリンダ８の
ストロークエンドが検出されると（３０３）、制御装置
２からシリンダ８に対し、停止指令が出される（３０４
）。しかして、パイプ１０の押出し量に対する油圧シリ
ンダ８の押出し回数が２回以上となる場合は、ステップ
（３０５）を経て第９図に示すように、制御装置２から
クランプ２０に対し、パイプ１０の把持指令が出され（
４０１）、チャック１２に対し、パイプ１０の解放指令
が出され（４０２）、油圧シリンダ８に対し、戻り指令
が出される（４０３＞。油圧シリンダ８が原点に復帰す
ると（４０４）、シリンダ８に対し、停止指令が出され
（４０５）、チャック１２に対し、パイプ１０の把持指
令が出され（４０６）、クランプ２０に対し、パイプ１
０の解放指令が出され（４０７）、パイプ１０の押出し
量に対するシリンダ８の押出し回数に応じ、上記（４０
１１〜　。

（４０７）のステップが繰返しおこなわれる。すなわち
、第９図に示すステップ（４０１）〜（４０７）により
、チャック１２およびクランプ２０によってパイプ１０
のつかみ換えがおこなわれ、当核パイプ１０の落下が防
止される。

以上のようにして、パイプ１０の押出し量に対する油圧
シリンダ８の押出し回数が決定されると〔第８図のステ
ップ（３０６））１ｇ４図のステップ（１ｉ９＞〜（１
２２）において、第８図のステップ（３０１）〜（３０
６）に示したシミュレーションにもとづいて主システム
が動作し、パイプ１０の押出しが完了すると、制御装置
２からクランプ２０に対し、パイプ１０の把持指令が出
され〔第４図のステップ（１２３））、その後。

制御装置２から演算処理装置１に対し、パイプ１０の押
出し完了信号が転送される（１２４）。

上記のようにして、パイプ１０の押出しが完了したなら
ば、続いて、演算処理装置１にあらかじめ入力されてい
るデータにもとづき、第５図に示すよう知、第Ｎ回目の
曲げ加工をおこなう場合に必要とするパイプ１０の曲げ
角度を計算しく１２５）。

以下、パイプ曲げ加工時におけるパイプ１０の軌跡計算
（１２６）ならびにパイプ１０と他物との干渉判定をお
こなう（１２７）。そして、ステップ（１２８）におい
て、パイプ１０と他物との干渉有りの場合は、第７図に
ステップ（２０１）〜（２０４１で示すパイプ切断工程
へと移行する。

他方、第５図のステップ（１２８）において、パイプ１
０と他物との干渉無しの場合は、演算処理装置１によっ
て先に求められたパイプ１０の曲げ角度データを制御装
置２に転送する（１２９）。

パイプ１０の曲げ角度データを受けた制御装置２は、パ
イプ曲げ加工機３Ｃの旋回アーム１８および油圧シリン
ダ８を駆動させ（１３０）、旋回アーム１８およびシリ
ンダ８ｔ−同期させて、パイプ１０の曲げ加工をおこな
う（１３１）〜（１３３）。

なお、上記のようにしてパイプ１０の曲げ加工がおこな
われ念後は、旋回アーム１Ｂ上に位置するクランプ２０
がアンクランプされ、旋回アーム１８がパイプ屈曲時と
反対方向に旋回されて原点に復帰する。

３次元立体曲げ形状を有するパイプ１０の１べ上ントは以１のようにして屈曲加工されるが、続いて、演
算処理装置１にあらかじめ入力されているデータ（パイ
プ１０のベント数）と現在までに加工されたベント数と
を比較しく１３４）、上記両ベント数が一致しない場合
は、さらにパイプ曲げ加工があるものとして（１３５）
、第３図のステップ（１０１）に戻る。他方、演算処理
装置１にあらかじめ入力されているデータ、すなわちパ
イプ１０のベント数と現在までに加工されたベント数と
が一致している場合は、予定のパイプ曲げ加工が完了し
九ことになるので、第６図に示すように、パイプ１０の
最終直管部の位置決めをおこなって切断する工程へと移
行する。

す壜わち、第６図において、演算処理装置１にあらかじ
め入力されているデータにもとづき、最終パイプ押出し
量を計算しく１３６）、以下、最終パイプ押出し時にお
けるパイプ１０の軌跡計算（１３７）ならびにパイプ１
０と他物との干渉判定をおこなう（１３８）。そして、
ステップ（１３９）において、パイプ１０と他物との干
渉有りの場合は、第７図に示すステップ（２０１）〜（
２０４）で示すパイプ切断工程へと移行する。

他方、第６図のステップ（１３９）において、パイプ１
０と他物との干渉無しの場合は、演算処理装置１によっ
て先に求められたパイプ１０の最終押出し量データを、
次に説明するステップ（１４Ｇ）〜（１４３）を経て制
御装置２に転送する。す々わち、ステップ（１４０）〜
（１４３）の系は。

パイプ１０の最終押出し量と油圧シリンダ８０ストロー
ク限界との関係から、シリンダ８の押出し回数を決定す
る系であって、最終「０」をカウントしてい九カウンタ
（１４１）がシリンダ８の押出し回数をカウントすると
（１４２）、その計算データは、ステップ（１４３）か
ら制御装置２に転送される（１４４）。なお、ステップ
（１４２）において、パイプ１０の最終押出し量七対し
て油圧シリンダ８の押出し回数を決定するには、ステッ
プ（１１６）の場合と同様、第８図に示すシミュレーシ
ョンが実行される。すなわち、演算処理装置１から制御
装置２に対し、油圧シリンダ８の定ストローク移動が指
示されると（３０１）、制御装置２からシリンダ８に対
し、パイプ１ｏの押出し指令が出され（３０２）、シリ
ンダ８のストロークエンドが検出される七（３０３）、
制御装置２からシリンダ８に対し、停止指令が出される
（３０４）。しかして、パイプ１ｏＳ最終押出し量に対
する油圧シリンダ８の押出し回数が２回以上となる場合
は、ステップ（３０５）を経て第９図に示すように、制
御装置２からクランプ２０に対し、パイプ１０の把持指
令が出され（４０２）。

油圧シリンダ８に対し、戻り指令が出される（４０３）
。油圧シリンダ８が原点に復帰すると（４Ｇ４）、シリ
ンダ８に対し、停止指令が出され（４０５）、チャック
１２に対し、パイプ１０の把持指令が出され（４０６）
、クランプ２０に対し、パイプ１０の解放指令が出され
（４０７）。

パイプ１０の最終押出し童に対するシリンダ８の押出し
回数に応じ、上記ステップ（４０１）〜（４０７）が繰
返しおこなわれる。

以上のようにして、パイプ１０の最終押出し量に対する
油圧シリンダ８の押出し回数が決定されると〔第８図の
ステップ（３０６））、第６図のステップ（１４５）〜
（１４７）において、第８図のステップ（３０１）〜（
３０６）に示したシミュレーションにもとづいて主シス
テムが動作し、パイプ１０の押出しが完了すると、演算
処理装置１から制御装置２に対し、パイプ１０の切断指
令が送られる（１４８）。演算処理装置１から制御装置
２にパイプ切断指令が送られると、制御装置２は、パイ
プ自動切断装置４に切断指令を出しく１４９）、パイプ
１０を切断して、３次元立体曲げ形状を有するパイプ１
０の曲げ加工を完了する（１５（Ｎ〜（１５１）。

本発明は以上のごときであり１本発明は、パイプ１０に
曲げ七−エンドを付与しつつこれに曲げ加工をほどこし
、かつ上記パイプ１００３次元立体曲げ加工を連続して
おこなうパイプ自動加工シシステにおいて、曲げ加工途
中にあるパイプ１０の軌跡を演算処理によって予知し、
加工パイプ１０と他物との干渉を回避する最大曲げ範囲
内で当該パイプｌＯに連続曲げ加工をほどこすようにし
念ものであり、配管設計情報、すなわちＣＡＤ（Ｃｏｍ
ｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　ｌ）ｅｓｉｇｎ）情報にもと
づイテパイプ１０の曲げ加工をおこなうことができ、複
雑な３次元立体曲げ形状を有する配管の曲げ加工をおこ
なうに際し１曲げ加工途中におるパイプ１０の先端が建
屋床などに衝突するのを未然に防止することができ、曲
げ管製作工場の自動化・無人化に大きく寄与し、作業性
、経済性にすぐれるばかシでなく、コンピュータによる
データのオンライン転送により、人的ミスをなくして製
品の信頼性を向上させることができるという副次的効果
をも有する。

また、複雑な３次元立体曲げ形状を有する配管を連続し
て裏作できるということは、配管全体としての溶接線の
減少、ひいては溶接作業の減少、さらには材料歩留りの
向上化につながシ、これまた作業性、経済性に大きく貢
献する。

なお、第２図の実施例においては、本発明を、高周波加
熱コイル１９を用いた熱間管曲げ方式のパイプベンダー
３に適用した場合について例示したが１本発明はこれＫ
のみ限定されるものではなく、上記高周波加熱コイル１
９に代えて曲げ型を使用する、いわゆる冷間管曲げ方式
のパイプベンダーに適用することもできる。

また、第３図〜第９図のフローチャートにおいては、第
１図および第２図に符号５で示すパイプ自動溶接装置の
動作手順について説明を省略したが、溶接装置５による
ーのパイプ１０と他のパイプ１０′との溶接作業は、た
とえばパイプベンダー３に先に送り込まれているパイプ
１０ｆ：周方向に回転させる前や後、さらにはパイプ１
０の押出し後など、適宜のステップ間に割り込ませるこ
とに問題はなく、パイプ自動溶接装置５としては。

通常一般に用いられている固定パイプ用の溶接装置、す
なわち溶接トーチがパイプ１０の外周を回転する方式の
溶接装置（たとえば、特開昭５５−２７４２２号公報に
示されている溶接装置）を用いることができる。

〔発明の効果〕以上、図示実施例の説明からも明らかなように、本発明
によれば、複雑な３次元立体曲げ形状を有する配管の曲
げ加工をおこなうに際し、曲げ加工途中にあるパイプの
先端がたとえば建屋床などに衝突するのを未然に防止し
、パイプあるいはパイプベンダーに破損ｔ−きたすこと
なく、複雑な３次元立体曲げ形状を有する配管の連続曲
げ加工を自動的におこなうことができる、改良されたパ
イプ。

！自動加ニジステムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るパイプ自動加ニジステムの一実施例
を示し、８１図はパイプ加工ラインの全体系を示すブロ
ックダイヤグラム、第２図は本発明システムに採用して
好適なパイプベンダーの平面図、第３図〜第９図は本発
明システムの動作順序を説明するフローチャートである
。１・・・演算処理装置、２・・・制御装置、３・・・パ
イプベンダー、３ａ・・・パイプ回転機、３ｂ・・・パ
イプ押出し機、３ｃ・・・パイプ曲げ加工機、４・・・
パイプ自動切断装置、５・・・パイプ自動溶接装置、６
・・・ベッド、７・・・ベース、８・・・油圧シリンダ
、９・・・ピストンミツド、１０および１０′・・・パ
イプ、１１・・・サドル。１２・・・チャック、１３および１４・・・ベアリング
、１５・・・モータ、１６・・・小歯車、１７・・・大
歯車、１８・・・パイプ旋回アーム、１９・・・高周波
加熱コイル、２０・・・クランプ、２１・・・モータ、
２２・・・送シねじ。

Claims

【特許請求の範囲】

１、パイプに曲げモーメントを付与しつつこれに曲げ加
工をほどこし、かつ上記パイプの３次元立体曲げ加工を
連続しておこなうパイプ自動加工システムにおいて、曲
げ加工途中にあるパイプの軌跡を演算処理によつて予知
し、加工パイプと他物との干渉を回避する最大曲げ範囲
内で当該パイプに連続曲げ加工をほどこすことを特徴と
するパイプ自動加工システム。