JP3397311B2 - 管体断面中心位置計測方法および管体加工案内装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、大型管の自動加工
機に適用するための加工案内装置に関し、特に管の軸に
沿った加工を行う場合に適正な位置を指定するために用
いる断面中心位置計測装置および加工案内装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】管体をベッドに載置して回転させながら
加工を行う大型管加工装置では、従来、管体の中心軸と
管体の回転軸が一致するものとして、与えられた管の半
径値に基づいて加工を行っていた。しかし、加工装置に
搭載する際の位置決め精度や被加工管の製作精度が低い
ときには、軸心が一致しなかったり、管の真円度や半径
寸法に誤差が含まれたりして、管の回転角度により中心
軸位置がずれる場合がある。このような場合に、加工装
置に固定した座標系に基づいて加工するのでは製作誤差
が大きくなる問題があった。例えば図１１に示すよう
に、回転ポジショナの回転軸を基準として、他の部材と
接続するための端面の加工をしたり管同士を繋ぐガセッ
ト板を受け入れるスリットを形成すると、適正な組立加
工ができない場合がある。

【０００３】なお、特開平１０−１５６５４０には、管
体を回転したときの振れを検出し溶接トーチの位置を修
正して管外周にリングを溶接するようにしたリング溶接
方法が開示されている。開示された方法は、予め管体を
回転させたときの管中心位置の軌跡を測定しておいて、
位置センサで検知された被溶接位置が溶接トーチの位置
に到達するときに管中心位置の軌跡に基づいて溶接トー
チの位置を修正するようにしたものである。管中心位置
は、管表面を異なる２箇所で測定し、予め与えられた管
半径に基づいて決定する。

【０００４】管体の軸心方向に加工を行うときにも、こ
の開示方法を適用することが考えられる。しかし、この
方法を適用した場合は、加工位置を含む管断面毎に中心
位置を測定して加工の基準とするため、例えば、図１２
に示すように、管体が曲がっているときには加工位置も
中心線に沿って曲がることになり、特に管端同士の位置
関係が重要になる場合や他の管と合わせて組み立てる際
の組み付け誤差が重要になる場合などに問題となる。な
お、開示方法により測定した管中心位置の軌跡は、管半
径が一定であることを前提とするものであって、管断面
が真円でないときには誤差を含むことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、大型管の自動加工機において、特
に他の部材と合わせて組立てるための加工を行う場合に
適正な位置を指定することができるような加工案内装置
を提供することであり、また、管体の製作精度の如何に
かかわらず管の中心位置を計測する方法を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、管体の加工装置に軸心周りに回転可能に載置された
管体の断面における中心点を測定する本発明の管体断面
中心位置計測方法は、任意に定められた基準径方向が管
体の直径の両端で計測できる直径測定方向に一致するよ
うに管体を載置し、測定断面において直径測定方向に最
も突出している最凸点同士の測定方向の距離Ｄ１を測定
する。

【０００７】次に、基準径方向が直径測定方向に垂直に
なるように管体を回転させて、測定断面において基準径
方向に最も突出している最凸点を検出し、この最凸点か
ら先に測定した最凸点間距離Ｄ１の半分Ｌ１の距離にあ
って基準径方向に垂直な線と管体表面と交わる点を見出
す。この交点の内一方を天芯、他方を地芯と呼ぶ。天芯
と地芯を結ぶ長さＤ２の線分の中点を求める。この中点
を測定断面の中心点と見なす。

【０００８】さらに、基準径方向が直径測定方向に合う
ところを基準として目的とする回転角θだけ管体を軸心
周りに回転させ、この回転角θと同じ角度だけ傾いた傾
斜線にそって計測器を移動させてその線と垂直な方向す
なわち基準径方向に最も突出している最凸点を検出す
る。そして、その最凸点から上記の半分の距離Ｌ１だけ
離れ上記基準径方向と垂直な線と管体の表面との交点か
ら天芯点または地芯点を決定する。上記基準径方向と垂
直な線に沿ってこの天芯点もしくは地芯点から上記の天
芯点と地芯点間の距離Ｄ２の半分の距離Ｌ２だけ離れた
位置をもって中心点の位置とすることを特徴とする。

【０００９】本発明の管体断面中心位置計測方法によれ
ば、断面がほぼ点対称になった管体であれば、管体の半
周分を測定できるようにした計器であっても管断面の中
心位置を求めることができる。また、一旦中心位置と管
体表面との関係が求まると、管体を回転させてはその回
転角における中心位置を測定することにより、管体の回
転に伴って形成される中心位置の移動軌跡を求めること
ができる。

【００１０】次に、管体を回転させて加工する加工装置
に適用する本発明の管体加工案内方法は、被加工管体の
２つの端面基準位置における管体断面の中心位置が回転
角にしたがって変化する中心点軌跡を求め、被加工管体
を回転させた状態における端面基準位置における２つの
中心位置を結ぶ直線を被加工管体の軸と見なして加工位
置を定めることを特徴とする。なお、本発明の管体加工
案内方法において、上に記載した本発明の管体断面中心
位置計測方法を利用し、管体の回転角を変化させては中
心位置を算出することにより上記中心点軌跡を求めるよ
うにしてもよい。

【００１１】本発明の管体加工案内方法によれば、たと
えば管体を回転させて加工位置を頂点付近に持って来た
上で加工具を当てて加工する場合に、切り出す管体の両
断面における中心点を基準として加工寸法を指示するこ
とができるため、被加工管体で組み立てた構造物が適正
な形状になるようにすることができる。特に、複数の管
体を繋ぎ合わせて構造体を形成するための管体を加工す
るときに、接続する管体同士の軸芯線がずれにくく、ま
た継ぎ手としてガセット板を使用する場合にもガセット
溝を適正に形成することができる。

【００１２】さらに、上記課題を解決するため、被加工
管体を載置するベッドと被加工管体を周方向に回転させ
る回転ポジショナを備えた管体加工装置に並置して使用
する本発明の管体加工案内装置は、被加工管体の表面ま
での距離を測定する測距装置と、この測距装置を被加工
管体の外周の少なくとも半周以上に亘って移動させる回
転装置と、この回転装置を少なくとも被加工管体の軸方
向に２つの端面基準位置まで相対的に並進させる並進装
置と、演算処理装置を備える。

【００１３】並進装置は回転装置を２つの端面基準位置
に順次相対的に移動させ、回転装置は回転ポジショナが
被加工管体を回転させる回転角に対応して測距装置を移
動させて回転角毎に端面基準位置における被加工管体表
面位置を測定し、演算処理装置は測定された被加工管体
表面位置に基づいて基準端面の管体断面の中心位置を求
め、２つの端面の断面における中心位置を結ぶ直線を被
加工管体の軸と見なして加工位置の指定をすることを特
徴とする。

【００１４】なお、多関節型ロボットアームを上記の移
転装置として利用することが好ましい。また、移転装置
は測距装置と加工具を持ち替えて使用するようにするこ
とができる。さらに、並進装置は回転装置を搭載して、
管体加工装置のベッドの軸方向に平行に走行するように
した走行架台であることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について実施例に基
づき図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
管体断面中心位置計測方法、管体加工案内方法、および
管体加工案内装置を管の自動加工機に適用した例につい
て説明する図面である。自動加工機は、被加工管体を芯
軸の周りに回転させる管体回転機構１と、作業ツールを
交換取り付けできる多軸式ロボットアーム２と、ロボッ
トアームを管体の軸方向に走行させる走行機構３を備え
ている。管体回転機構１は、被加工管体４を回転可能に
載置する管体受台１１と、チャックで管体の端部を掴ん
で軸心を中心に回転させる回転ポジショナ１２と、管体
受台１１の位置を調整するため受台を載せるレール１３
から構成される。

【００１６】多軸式ロボットアーム２は、作業ツール２
１の作業位置を調整する３軸と姿勢を調整する３軸の合
計６軸の駆動機構を備えた公知の装置である。端末の軸
にはボルト、アダプタなどにより作業ツール２１の交換
が可能になっている。作業ツール２１は、管体を切断す
る切断ツールや、管体の表面に情報印を記入する罫書き
ツールなど、管体の加工を行うツールであるが、さらに
管体を計測するセンサツールが含まれる。なお、ロボッ
トアーム１は、これらツール２１を自動的に持ち替える
ことができる。

【００１７】走行機構３は、走行台車３１と台車を走行
させる走行レール３２から構成される。走行台車３１
は、ロボットアーム２を支持する支持台３３と、作業ツ
ールに接続される駆動源部、測定信号処理部、制御盤な
どを含む機器類３４を搭載している。走行レール３２
は、被加工管体４の軸に平行になるように敷設されてお
り、走行台車３１は図外の台車駆動モータ等により走行
レール３２上を被加工管体４と平行に走行することがで
きる。

【００１８】ロボットアーム２は把持したツール２１を
上側稜線から両側にそれぞれほぼ９０度の範囲で管体４
表面に当てることができるように構成されている。レー
ザ加工ツールを使用する場合は、下方向に照射する方が
周辺に人間がいるときにも安全である。また、切断の場
合にも、施工性の点から頂点付近で工具を下向きにして
加工することが好ましい。しかし、機械的加工ツールを
用いた加工や溶融物などが問題にならない罫書き１６の
加工などでは必ずしも作業ツールを上方から作用させる
必要はない。一方、センサツールを把持して管体寸法の
測定をするためには、管の周囲をできるだけ広い範囲で
適用できるようになっていることが好ましい。

【００１９】図２と図３は、本発明の管体中心位置測定
方法の１実施例をロボットアームを用いて実施する様子
を示す説明図である。本実施例におけるロボットアーム
２は、図２の正面図に示すような姿勢で支持台３３に対
して固定される根元側の軸をほぼ管体４の芯軸の直上に
配置し、図３の側面図に実線で示す位置から点線で示す
位置までの範囲で、ロボットハンドの姿勢を巧妙に調整
して、芯軸とほぼ垂直な測定面４１内で先端軸に把持し
たツール２１を管体４の表面に対してほぼ垂直な姿勢を
維持しながら、一方の側壁から他方の側壁まで管体の外
周をほぼ半周に亘って移動させることができるようにし
てある。

【００２０】次に、本自動加工機による作業の例とし
て、切断加工する場合について説明する。ロボットアー
ム２に切断ツール２１を取り付けた後、走行台車３１を
並進させて切断位置まで移動すると共に、回転ポジショ
ナ１２により管体４を回転させて切断加工位置が頂点付
近に来るようにして、管体４を切断する。切断加工位置
が管体の周方向に移動するときは回転ポジショナ１２が
回転して軌跡に追従し、軸方向に移動するときにはロボ
ットアーム２が伸縮して軌跡に追従する。このように、
回転ポジショナ１２の回転とロボットアーム２の伸縮を
制御することにより、予め決められた切断加工軌跡１５
に沿って切断することができる。

【００２１】本実施例の管体加工案内装置は、管体の自
動加工機において、加工する管部材４の両端部断面につ
いてそれぞれの中心位置を求めた上で、求めた中心位置
同士を結ぶ直線の位置を求める。さらに、この直線４７
を芯軸とし所定の半径を持つ仮想的な直管５０を想定
し、設計データに基づいてこの仮想直管上に画定した加
工位置に従って作業ツール２１を案内して実際の管体４
を加工する。このような仮想直管に基づいて加工した実
際の管体は、管体が不測の曲率を有する場合や、自動加
工機の回転ポジショナの回転軸と管体の軸心とがずれて
いる場合でも、他の部材と組み合わせたときの形体異常
や組合せ誤差が小さくなる。

【００２２】図４と図５は、管体の加工案内方法の概念
を説明する図面で、図４は加工案内方法の原理を説明す
る概念図、図５は管の切断やスリット形成、罫書きなど
を行った管体の例を表す平面図である。被加工管体４
は、管体受台１１の上に載置され、回転ポジショナ１２
に端部を把持される。管体４が厳密な寸法を有する直管
４０であれば、管軸と回転ポジショナ１２の回転軸１４
とは一致するが、たとえば図示するように管体４の管軸
４２が曲っている場合には、切断位置４３，４４におけ
る端面の中心点４５，４６は回転ポジショナの回転軸１
４とずれを生じる。そして、回転ポジショナ１２により
管体４を回転させると、中心点４５，４６はそれぞれ回
転ポジショナ１２の回転軸１４に対し回転角に従って位
置が変わるような軌跡を描く。

【００２３】そこで、被加工管体４の基準姿勢を適当に
決め、これを回転角決定の基準として回転ポジショナ１
２によって被加工管体４を僅かずつ回転させては、被加
工管体４の切り出し部分の端面位置４３もしくは４４に
おける中心位置４５もしくは４６を測定し、回転角θを
パラメータとしてそれぞれの端面の中心点軌跡を空間座
標として求める。そして、管体４を加工するときは、上
記のようにして求めた中心点軌跡中の回転角θに対応す
る点同士を結んだ直線４７を芯軸とする仮想直管５０を
基準として、管体４の加工位置を決定して加工ツール２
１を案内する。自動加工機は回転ポジショナ１２の回転
軸１４を基準として作業ツール２１の位置決定を行う
が、本実施例では、仮想直管５０の芯軸４７の回転軸１
４との偏差を補正値として加工位置データに加えて、補
正加工位置とする。

【００２４】本実施例の方法により管体４を切断すれ
ば、切り出された管体の端面４８，４９は仮想管体５０
の芯軸４７に対して垂直で芯軸を中心にした円形面にな
るので、同様の方法で形成された切り出し管体と接続し
たときには芯軸同士が直線的に繋がり、組み立て後の構
造体にゆがみは生じない。また、管体同士をガセット板
で繋ぐ場合にも、ガセット板を挿入するスリット５２，
５３を芯軸４７を含む平面中に形成するため、端面４
８，４９に垂直で中心点位置４５，４６に対して対称に
配置されるので、２つの管体の接合面は密着して構造体
にゆがみが生じないようにすることができる。

【００２５】また、たとえば管体４の中心軸と交わるよ
うに組み立てる目的で罫書きを入れる場合などでも、罫
書き位置５１は仮想管体５０の芯軸４７を基準として定
める。芯軸４７を基準として位置決定をすることによ
り、構造体として組み上げたときの構造力学的対応がよ
り正確になり、設計性能をより忠実に具現することが可
能となる。さらに、接合部における誤差や加工位置の補
正結果を記録しておいて、これに接合される相手側部材
の加工を行うときに記録されたデータを加味して加工位
置の補正を行えば、組み付け誤差をさらに減縮すること
が可能である。

【００２６】図６、図７および図８は、管体４の端部切
断位置における端面の中心位置を計測する方法を説明す
る図面である。図６は管体の外形寸法測定値と断面の中
心位置の関係を説明する図面、図７は中心位置軌跡の測
定手順を説明するフロー図、図８は測定手順の工程を追
って測定状態を表す工程図である。この方法では、図６
で原理を示すように、管体４に対して固定された基準径
方向６１を任意に決めて、基準径方向６１の両側で基準
径方向に最も突出した最凸点６２，６３を検出して、最
凸点間の水平方向の幅Ｄ１を求める。このような最凸点
６２，６３は管体４の表面状態に基づいて決められる定
点となる。

【００２７】２つの最凸点６２，６３の中点を通り基準
径方向に垂直な線が管体の表面と交わる点の一方を天芯
６５、他方を地芯６６と呼ぶ。天芯６５と地芯６６を結
ぶ線分６４の中点６７を対象断面の中心点とする。天芯
６５もしくは地芯６６は最凸点６２，６３と基準径方向
６１の方向に基づいて決めることができるので、天芯６
５と地芯６６の距離Ｄ２の半分の長さＬ２を知れば、中
心位置６７が求められる。

【００２８】この中心位置計測方法により、ほぼ半周し
か測定できない装置を用いて、軸心周りに回転可能な管
体について、任意の角度θで回転させたときの対象断面
における中心位置を知ることができる。対象断面の中心
点としては、本実施例では算定の容易性に鑑みて天芯と
地芯を結ぶ線分の中点としているが、断面の重心や適当
な２本の直径の交点などを用いてもよいことはいうまで
もない。

【００２９】図７のフローチャートと図８の工程図を用
いて、本実施例の中心位置計測方法をより具体的に説明
する。まず準備工程として、管体に固定する基準径方向
を任意に定める（Ｓ１）。基準径方向の位置を決めると
きには、たとえば溶接線など特異な部分が基準径方向部
分や天芯、地芯の付近に来ないようにすることが好まし
い。そして、対象断面が測定可能位置に来るようにロボ
ットアームを移動させ、回転ポジショナで回転軸１４の
周りに管体４を回転させて、管体４の基準径方向６１が
径の両端を測定できるような位置に来るようにする。本
実施例の管体加工案内装置ではロボットアームが管体の
上方半周に亘って移動できるようになっているので、図
８（ａ）に示すように、基準径方向６１が水平方向に来
るようにすれば、センサツール２１により直径を測定す
ることができる。

【００３０】ロボットアームはセンサツール２１を端面
内において基準径方向６１の向きに対して垂直に走査さ
せて、管体４の表面が最も突出している最凸点６２，６
３を検出し、それぞれの最凸点とセンサツール２１の距
離を測定する。センサツール２１の位置はロボットアー
ムの位置から知ることができるので、上記の方法により
最凸点６２，６３の水平位置を計測することができる。
センサツール２１はたとえば光学式の非接触１次元測距
センサである。勿論２次元以上の測距センサを用いるこ
ともでき、その場合は、走査しなくても最凸部の検出と
距離測定が可能である。この方法を基準径方向６１の両
側で実施して、最凸点６２，６３の水平位置と両側の最
凸点間の水平方向の幅Ｄ１、およびその半分の距離Ｌ１
（第１距離と呼ぶ）を求める（Ｓ２）。なお第１距離Ｌ
１は必ずしも最凸点間幅の半分でなくてもよく、適当な
配分率を選択してもよい。

【００３１】次に、図８（ｂ）に示すように、回転ポジ
ショナにより回転軸１４の周りに管体４を回転させて基
準径方向６１に対する垂直線６４が径の両端を測定でき
るような位置に来るようにする。本実施例では、回転ポ
ジショナを９０度回転させて基準径方向６１が鉛直にな
るようにすればよい。そして、センサツール２１を管体
４の直上に移動させて、基準径方向６１に対して垂直な
方向に走査して基準径方向６１付近における最凸点を探
索する（Ｓ３）。検出された最凸点は先に検出された最
凸点６２（または６３）と同じ点である。最凸点６２か
ら先に測定された第１距離Ｌ１だけ離れた位置において
基準径方向に立てた垂線６４の上にセンサツール２１を
移動させる。センサツール２１は管体４の側壁に位置す
るようになる。垂線６４と管体４表面の交点が天芯６５
（または地芯６６）である。この交点とセンサツール２
１の距離を測定すれば、天芯６５（または地芯６６）の
位置がセンサツール２１の位置を基準として与えられ
る。

【００３２】センサツールを管体の反対側に移動し、同
じように上記垂直線と管体表面との交点とセンサツール
の距離を測定して、両交点間の距離Ｄ２およびその半分
の距離Ｌ２（第２距離と呼ぶ）を算出する（Ｓ４）。断
面の中心位置は天芯６５と地芯６６の中点６７にある。
したがって、天芯または地芯の位置を検出すれば、その
点から基準軸に垂直な方向に第２距離Ｌ２だけ離れた位
置が断面の中心位置になる（Ｓ５）。この方法によれ
ば、センサツールを管体の上半分で移動させることがで
きれば第２距離Ｌ２を求めることができ、天芯６５また
は地芯６６の位置から断面の中心位置を検知することが
できる。なお、第２距離Ｌ２は必ずしも天芯地芯間距離
の半分でなくてもよく、適当な分割係数を選択してもよ
い。

【００３３】次に、基準径方向６１の位置を初めの位置
に戻して、図８（ｃ）に示すように、さらに回転ポジシ
ョナで回転軸１４の周りに所定の回転角θ回転させる。
このとき、基準径方向６１が同じ角度θの傾きを持つよ
うになる（Ｓ６）。センサツール２１を角度θの傾きを
持つ線上で走査し、すなわち基準径方向６１に対して垂
直な方向に走査して、基準径方向付近における最凸点を
探索する（Ｓ７）。こうして検出された最凸点は最初に
検出された最凸点６２と同じ点である。

【００３４】さらに、最凸点６２から第１距離Ｌ１だけ
離れた位置として確定できる基準径方向６１に対する垂
直線６４の上にセンサツール２１を移動して、その垂直
線６４に沿って管体表面の交点までの距離を測定する。
この交点は天芯６５または地芯６６であるから、図８
（ｄ）に示すように、その交点から基準軸６１に垂直な
方向に第２距離Ｌ２だけ離れた位置として断面の中心位
置６７を求めることができる（Ｓ８）。この方法によれ
ば、センサツールが管体の上半周部分で移動可能であれ
ば、断面中心位置を正確に求めることができる。また、
天芯と地芯のうち１個と、基準径方向の一方の端部位置
にある最凸点を測定すれば足りる。

【００３５】管体が１回転するまで、回転ポジショナの
回転角θを変化させては同様の測定を行って中心位置６
７の空間座標を求めると、管体の回転角θをパラメータ
とする中心位置軌跡が得られる（Ｓ９）。同じ測定を、
被加工管体４のもう一方の対象断面について行って、管
体の回転角θをパラメータとする中心位置軌跡を得る
（Ｓ１０）。このようにして任意の回転位置における両
端面の中心位置が得られるので、仮想管体の芯軸４７を
求めることができる。

【００３６】作業ツールで加工するときには、回転ポジ
ショナの回転角度θに従って変化する芯軸４７の位置を
求めて、回転ポジショナ１２の回転軸１４との偏差を算
出し、その位置における設計上の加工位置を仮想直管５
０上の位置に修正する。さらに、被加工管体４の表面位
置を測定し、仮想直管５０の表面位置との差異を補償し
た最終加工位置を求めて、実際の管体４の自動加工を行
う。

【００３７】図９は、実際の管体において外表面位置の
誤差に基づく補正が必要となる例を示した概念図であ
る。被加工管体４の表面位置が径方向にずれている場合
は、たとえば端部切断位置を図中に矢印７１で示すよう
に加工位置を含む管断面内で径方向に修正しなければな
らない。また、部材名を銘記するために行う罫書きは管
の表面位置に同じ深さで書き込むため矢印７２で示すよ
うに径方向に修正する必要がある。また、部材や枝管の
取付位置を示す罫書きの位置は単に径方向にずらすだけ
では足らず、矢印７３，７４に示すように、部材や枝管
等の取付向きに平行に補正する。

【００３８】また、実際の被加工管体の径に誤差がある
ときは、加工位置に取り付ける部材の形状や取付方向を
考慮して補正方向を決めて、この補正方向に沿って被加
工管体の外表面位置に投影した位置に修正する必要があ
る。図１０は管体に半径誤差があるときに部材の切断面
を修正する例を説明する図面である。たとえば、図に示
すように管体４が仮想直管５０と比較して縦につぶれて
いた場合は、単に予め決められた接合位置のまま接合面
を小さくすると、組立の際に接合する部材７５のルート
ギャップなど開先の誤差を大幅に修正する必要が生じ
る。したがって、接合部材７５の形状と管軸方向の相貫
を考慮し、接合表面の接線方向７６に補正の方向を決め
て、その補正方向に沿って被加工管体４の切断面位置を
ずらすようにする。このとき切断面の傾きφは変えなく
てもよい。このような切断面修正方法を用いることによ
り、組立時に開先修正のためのグラインダ作業が少なく
なり、溶接作業の悪影響を抑えることができる。

【００３９】なお、本実施例は、ロボットアームが加工
用工具とセンサツールを持ち替えて作業するものである
が、汎用のロボットアームに変えて測定専用アームを備
えるようにしてもよい。計測専用アームを使用する場合
は、測定作業と加工作業を分離することができるので作
業能率が向上する。また、測定専用アームは軽量かつケ
ーブルの取り回しを容易にすることができるので、計測
領域を管体の全周に広げてより精度の高い加工位置案内
を行うことが可能になる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明により、切り
出す管の両端部の断面の中心位置を結ぶ線を基準として
加工位置を決定するので、管の真円度や半径寸法の工作
精度が低い場合でも、他の部材との取り合いに合わせて
接合部の位置形状を適正に形成することができる。した
がって、他の部材と組合せる際の組み付け誤差が小さ
い。また、自動加工機が工具をほぼ頂点付近に据えたま
ま管を軸心周りに回転させながら加工するタイプのもの
であるときに、加工対象部分における端面の中心位置の
軌跡を管の１回転に亘って高精度に求めて利用するの
で、複数箇所を加工する場合にも相対的な位置誤差が小
さく、精度のよい構造体を構築することができる。な
お、本発明は、管体を回転させながら加工する自動加工
機において、ロボットアームが把持する加工ツールを測
定用ツールに持ち替えて実施することができるので、既
存の自動加工機などにそのまま適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の管体加工案内装置の１実施例を管体加
工装置に適用した例を説明する斜視図である。

【図２】本発明の管体中心位置測定方法の１実施例をロ
ボットアームを用いて実施する様子を示す説明する正面
図である。

【図３】図２に対応する側面図である。

【図４】本発明の管体加工案内方法の原理を説明する概
念図である。

【図５】本発明方法により管体の切断やスリットの形成
を行った管体の例を示す平面図である。

【図６】本発明の管体中心位置測定方法における管体の
外形寸法測定値と断面の中心位置の関係を説明する図面
である。

【図７】本発明方法における中心位置軌跡の測定手順を
説明するフロー図である。

【図８】本発明方法における測定手順の工程を追って測
定状態を表す工程図である。

【図９】本発明の管体加工案内方法により実際の管体に
おいて外表面位置の誤差に基づく補正を行う例を示した
概念図である。

【図１０】本発明方法により管体に半径誤差があるとき
に部材の取付位置を修正する例を説明する図面である。

【図１１】従来方法により加工した管体の例を示す平面
図である。

【図１２】別の従来方法により加工した管体の例を示す
平面図である。

【符号の説明】

１ 管体回転機構 ２ 多軸式ロボットアーム ３ 走行機構 ４ 被加工管体 １１ 管体受台 １２ 回転ポジショナ １３ レール １４ 回転軸 １５ 切断加工軌跡 １６ 罫書き ２１ 作業ツール ３１ 走行台車 ３２ 走行レール ３３ 支持台 ３４ 機器類 ４０ 厳密な直管 ４１ 測定面 ４２ 管軸 ４３，４４ 切断端面位置 ４５，４６ 端面の中心点 ４７ 中心位置を結ぶ直線（仮想直管５０の芯軸） ４８，４９ 管体の端面 ５０ 仮想直管 ５１ 罫書き ５２，５３ ガセット板用スリット ６１ 基準径方向 ６２，６３ 最凸点 ６４ 基準径方向の垂線（天芯と地芯を結ぶ線分） ６５ 天芯 ６６ 地芯 ６７ 中心位置 ７５ 接合部材 ７６ 接合表面の接線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春田 泰之 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工 業株式会社 野田工場内 (56)参考文献 特開 昭61−61745（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−36682（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−141643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−71613（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−128113（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−71307（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 17/22 B23K 37/047 B23K 37/053 G01B 21/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管体の加工装置に軸心周りに回転可能に
   載置された管体において基準径方向を任意に定め、所定
   の測定断面において前記基準径方向に最も突出している
   最凸点同士の前記基準径方向の距離Ｄ１を測定する工程
   と、該最凸点から前記測定距離Ｄ１の半分の第１の距離
   Ｌ１にあって前記基準径方向に垂直な線と該管体の表面
   と交わる２点を結ぶ線分の半分の第２の距離Ｌ２を測定
   する工程と、前記基準径方向を軸心周りに所定の回転角
   θ回転させたときに、該基準径方向に対し垂直方向に検
   出器を走査して該基準径方向に最も突出している最凸点
   を検出する工程と、該最凸点から前記第１距離Ｌ１だけ
   離れ前記基準径方向に垂直な垂線と管体の表面との交点
   を検出する工程と、該交点から前記垂線に沿って前記第
   ２距離Ｌ２だけ離れた位置を中心点の位置として求める
   工程とを備える管体断面中心位置計測方法。
2. 【請求項２】 管体の加工装置に軸心周りに回転可能に
   載置された管体において基準径方向を任意に定め、該基
   準径方向が該管体の直径の両端で計測できる直径測定方
   向にほぼ一致するように該管体を載置する工程と、該測
   定を行う測定断面において前記直径測定方向に最も突出
   している最凸点同士の前記直径測定方向の距離Ｄ１を測
   定する工程と、該基準径方向が前記直径測定方向に垂直
   になるように該管体を回転させて、該測定断面において
   前記直径測定方向に垂直の方向に最も突出している最凸
   点を検出する工程と、該最凸点から前記測定距離Ｄ１の
   半分Ｌ１の距離にあって前記基準径方向に垂直な線と該
   管体の表面と交わる点を天芯点および地芯点とし両点を
   結ぶ長さＤ２の線分の中点を検出して該測定断面の中心
   点と見なす工程と、該管体を前記基準径方向が前記直径
   測定方向に合うところを基準として軸心周りに所定の回
   転角θ回転させたときに、該基準径方向に最も突出して
   いる最凸点を検出する工程と、該最凸点から前記半分の
   距離Ｌ１離れ前記基準径方向と垂直な垂線と管体の表面
   との交点から前記天芯点または地芯点を検出する工程
   と、該天芯点もしくは地芯点から前記垂線に沿って前記
   天芯点と地芯点間の距離Ｄ２の半分の距離Ｌ２だけ離れ
   た位置から中心点の位置を求める工程とを備える管体断
   面中心位置計測方法。
3. 【請求項３】 管体を回転させて加工する加工装置にお
   いて、回転角θを順次 変化させて請求項１または２記載
   の管体断面中心位置計測方法を実施することにより、被
   加工管体の２つの端面基準位置における管体断面の中心
   位置の回転角に対応する軌跡を求め、前記被加工管体を
   回転させた状態における前記２つの中心位置を結ぶ直線
   を前記管体の軸と見なして加工位置を定めることを特徴
   とする管体加工案内方法。
4. 【請求項４】 被加工管体を載置するベッドと該被加工
   管体を周方向に回転させる回転ポジショナを備えた管体
   加工装置に並置して使用する管体加工案内装置であっ
   て、前記被加工管体の表面までの距離を測定する測距装
   置と、該測距装置を前記被加工管体の外周の少なくとも
   半周以上に亘って移動させる回転装置と、該回転装置を
   少なくとも前記被加工管体の軸方向に該被加工管体の２
   つの端面基準位置まで相対的に並進させる並進装置と、
   演算処理装置を備えて、前記並進装置が前記回転装置を
   ２つの端面基準位置に順次相対的に移動させ、前記回転
   ポジショナが前記被加工管体を回転させる回転角に対応
   して前記回転装置が前記測距装置を移動させて前記被加
   工管体の回転角毎に前記端面基準位置における前記被加
   工管体表面位置を測定し、前記演算処理装置が該被加工
   管体表面位置に基づいて該基準端面の管体断面の中心位
   置を求め、該２つの端面の断面における中心位置を結ぶ
   直線を該被加工管体の軸と見なして加工位置の指定をす
   る管体加工案内装置。
5. 【請求項５】 前記回転装置が多関節型ロボットアーム
   であることを特徴とする請求項４記載の管体加工案内装
   置。
6. 【請求項６】 前記回転装置が前記測距装置と管体加工
   工具を持ち替えて操作することができることを特徴とす
   る請求項４または５記載の管体加工案内装置。
7. 【請求項７】 前記並進装置が前記ベッドの軸方向に平
   行に走行軸を有し前記回転装置を搭載して走行する走行
   架台であることとを特徴とする請求項４から６のいずれ
   かに記載の管体加工案内装置。