JP6159005B1 - 溶接管製造装置および溶接管製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質の溶接管を製造すること。【解決手段】金属板を湾曲させて突き当てた端部を溶接して溶接管を製造する溶接管製造装置であって、金属板を湾曲させる湾曲手段と、湾曲した金属板の内面に指向性光を照射する発光手段と、発光手段によって照射され、金属板によって反射された反射光を撮像する撮像手段と、反射光の形状に応じて、湾曲手段の調整を支援する調整支援手段と、を備え、反射光の形状を観察しつつ溶接管を製造する。【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接管製造装置および溶接管製造方法に関する。

上記技術分野において、特許文献１には、サイドロール１３、１４で金属帯板の幅方向端部を上方に湾曲させ、フィンパスロール１５で形を整え、スクイズロール１６で両端部を突合せて溶接する溶接管製造装置が開示されている。この装置では、溶接の後工程で、レーザー平行光線とＣＣＤカメラの組み合わせで造管された溶接管の形状を確認している。そして、確認した形状に基づいてサイドロール１３，１４ならびにスクイズロール１６の位置を微調整し、溶接前の突合せ性を高めている。

特開2005-199293号公報

しかしながら、上記文献に記載の技術では、溶接後の突合せ部分のずれしか検出できないため、成形途中の金属板の形状を確認できなかった。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
金属板を湾曲させて突き当てた端部を溶接して溶接管を製造する溶接管製造装置であって、
前記金属板の端部を連続的に拘束する一対の金型列と、前記金属板の中央部を当接支持するローラー群とを含み、前記金属板を湾曲させる湾曲手段と、
湾曲した前記金属板の内面に指向性光を照射する発光手段と、
前記発光手段によって照射され、前記金属板によって反射された反射光を撮像する撮像手段と、
前記反射光の形状に応じて、前記金型列及び前記ローラー群の少なくともいずれか一方の位置調整を支援する調整支援手段と、
を備えた溶接管製造装置である。

上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
金属板を湾曲させて突き当てた端部を溶接して溶接管を製造する溶接管製造方法であって、
前記金属板の端部を一対の金型列で連続的に拘束し、前記金属板の中央部をローラー群で当接支持して前記金属板を湾曲させる湾曲ステップと、
発光手段を用いて湾曲した前記金属板の内面に指向性光を照射する発光ステップと、
前記発光手段によって照射され、前記金属板によって反射された反射光を撮像する撮像ステップと、
前記反射光の形状に応じて、前記金型列の位置調整、前記ローラー群の調整のいずれかあるいは両方の調整を支援する調整支援ステップと、
を備えた溶接管製造方法である。

本発明によれば、より精度の高い溶接管を製造できる。

本発明の第１実施形態に係る溶接管製造装置の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接管製造装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接管製造装置の詳細構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る面形状検査ユニットの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る面形状検査ユニットの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る面形状検査ユニットの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る面形状検査ユニットの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る面形状検査ユニットの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る調整支援部の表示画面例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る面形状検査ユニットの構成を示す図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての溶接管製造装置１００について、図１を用いて説明する。溶接管製造装置１００は、金属板１１０を湾曲させて突き当てた端部１１１、１１２を溶接して溶接管を製造する装置である。

図１に示すように、溶接管製造装置１００は、湾曲部１０１と発光部１０２と撮像部１０３と調整支援部１０４とを含む。

湾曲部１０１は、金属板１１０に力を加えて湾曲させる。発光部１０２は、湾曲した金属板１１０の内面に指向性を有する光を照射する。撮像部１０３は、発光部１０２によって照射され、金属板１１０によって反射された反射光を撮像する。調整支援部１０４は、反射光の形状に応じて、湾曲部の調整を支援する。

以上の構成によれば、溶接管製造の途中段階における溶接管の形状変化を観察することで、金属板１１０の湾曲の不具合を発見して装置の調整を行なうことができ、より品質の高い溶接管を製造できる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る溶接管製造装置２００について、図２以降を用いて説明する。

図２Ａは、溶接管製造装置２００の特徴部分を抽出した概略構成図である。図２Ａに示すとおり、金型列２１３およびローラ群２２０を用いて被成形素材としての平板状の金属板２７０を連続的に拘束して曲げ成形を行う。

対向する一対の金型列２１３は、搬送される金属板２７０と同じ速度で矢印方向に移動するための進入抵抗が小さく、ローリングも完全に抑制でき、エッジ部の突き合わせ状態も極めて良好になることが分かる。面形状検査ユニット２８０は、金属板２７０に沿って移動可能であり、金属板２７０のＹ方向の各位置において、その湾曲具合を検知することができ、結果として、必要な装置の調整を非常に迅速に行なうことができる。

図２Ｂは、本実施形態に係る溶接管製造装置２００の構成を詳しく示す平面図である。溶接管製造装置２００は、２つの無限軌道ユニット（continuous track unit）２０１、２０２を備えている。無限軌道ユニット２０１、２０２は、起動輪２１１と、遊動輪２１２とそれらを囲む長円形状（oval）のベルトとを備えている。長円形状（oval）のベルトは、複数の連続する金型（bending die, bending clamp）２１３を備えており、起動輪２１１でベルトを動かすことによって、全ての金型２１３が無限軌道上を旋回する。

金型２１３が図中Ｙ方向右側から挿入される被成形材としての長尺金属板（図２Ｂでは不図示）の幅方向両端部と接触し、その両端部に対して連続的に方向を変えながら力を加えることにより、長尺金属板を湾曲させ金属管を成形する。被成形材の移動に合わせて金型２１３が移動することにより、その両端部と金型２１３とが十分な接触面積をもって密着し、すべりが生じないため、極薄肉の大径管から厚肉の小管まで安定して成形することが可能である。

無限軌道ユニット２０１、２０２は、Ｘ方向にもＺ方向にも傾斜させて支持され、それぞれの傾斜角度を調整できるように構成されている。また無限軌道ユニット２０１、２０２は、傾斜用フレーム２０５、２０６を介してベッド２０７に載置され、さらに、ベッド２０７は、基台２０８に対し、Ｚ方向に昇降可能に支持される。

無限軌道ユニット２０１、２０２のＹ方向位置を制御するため、ベッド２０７には、４つのリンク機構２０３が設けられており、それぞれハンドル２３１によって無限軌道ユニット２０１、２０２のＹ方向位置および傾斜を調整可能である。このような、リンク機構２０３によって、無限軌道ユニット２０１、２０２の対向間隔が入口側（図中右側）から出口側（図中左側）に向けて、Ｙ方向に進むに従いＸ方向に狭くなるように配置される。

このような溶接管製造装置２００において、金属板が搬送される成形領域２５０の下方には、湾曲した金属板のＸ方向中央部を下方から当接して支持し、下方の湾曲面を規定する複数のサポートロール列２１４がＹ方向に配列されている。

本実施形態では、この成形領域２５０において、図３に示すように、面形状検査ユニット２８０をＹ方向に移動可能に配置する。面形状検査ユニット２８０は、湾曲した金属板２７０の内面に対して、指向性を有する光を照射して、線３１１を描く発光部３０１と、描かれた線３１１を撮像する撮像部３０２とを備えている。面形状検査ユニット２８０は、さらに、金属板２７０の内面の最下面に当接する当接部材３０３を備え、発光部３０１と撮像部３０２と当接部材３０３とを懸架支持する支持部３０４を備えている。支持部３０４は、２本の垂直軸３０５に沿って上下にスライド可能である。結果的に、金属板２７０の湾曲が進んでも、常に、当接部材３０３がその内面に当接する。発光部３０１と撮像部３０２とを支持する支持部３０４をＹ方向にスライドさせると、金属板２７０内面の最下面からの距離を一定に保ちつつＹ方向、Ｚ方向にスライドして、湾曲部内面の形状を検知する。このときの金属板２７０内面の最下面からの距離は、製品溶接管寸法に応じて変えなければならない。つまり、当接部材３０３は、作ろうとする溶接管の内径に応じた長さのものを用いる。

調整支援部３４０は、線３１１（反射光）の形状に応じて、湾曲手段としての、サポートロール列２１４の調整を支援する。

図４は、発光部３０１と撮像部３０２の光学的な関係を示す図である。発光部３０１に含まれるレーザ発振器４０１から発光された光は、円錐ミラー４０２によって反射されて、リングレーザ光として、金属板２７０の湾曲した内面全周にわたって照射され、線３１１を描く。例えばイメージセンサのような撮像部３０２は、線３１１の形状を撮像する。調整支援部３４０は、撮像された線３１１をそのままモニタに表示してもよいし、設計上の内面形状と重畳表示して、その違いまたは、要調整寸法を提示してもよい。

図５は、無限軌道ユニット２０１、２０２および面形状検査ユニット２８０を、Ｙ方向入り口側からみた場合のＡ−Ａ端面図である。分かりやすくするため、出口側の構成については省略して要部のみを示している。

図５に示すとおり、対向する金型２１３同士が水平になるように無限軌道ユニット２０１、２０２は昇降機構により同じ高さに配置されるが、Ｙ方向から見ると無限軌道ユニット２０１、２０２同士で断面Ｖ字型を構成するように傾斜配置される。

このように配置された無限軌道ユニット２０１、２０２の金型２１３間で、金属板２７０を保持しつつ変形していく。破線５０２は、金属板の変形の過程をしめすロールフラワーである。

面形状検査ユニット２８０は、無限軌道ユニット２０１、２０２間の中央に配置され、駆動部５０１により、Ｙ方向にスライド移動する。これにより、図５において手前から奥方向に向けて徐々に変形する金属板２７０の内面形状を随時捉えることができる。

さらに、金属板２７０がない状態で面形状検査ユニット２８０を用いることにより、サポートロール列２１４の実際の表面形状を画像データとして取得することができる。金属板２７０の変形具合とサポートロール列２１４の表面形状とを見比べることにより、サポートロール列２１４のＹ方向およびＺ方向の配置を見直したり、サポートロールそのものの形状を見直したりすることもできる。

図６は、面形状検査ユニット２８０の詳細構成図である。面形状検査ユニット２８０は、サポートロール列２１４の上方に設けられたレール６０１に沿ってスライド移動する。その際、当接部材３０３が金属板２７０の内面最下面に当接することによって支持部３０４が上下動し、これに合わせて発光部３０１および撮像部３０２も上下に移動する。つまり、面形状検査ユニット２８０をＹ方向にスライドさせると、金属板２７０内面の最下面からの距離を一定に保ちつつＹ方向、Ｚ方向にスライドして、湾曲部内面の形状を検知する。右図のハッチングは、光の照射範囲を示す。

図７は、サポートロール２１４の表面形状を検査する面形状検査ユニット７８０について説明するための図である。面形状検査ユニット７８０は、サポートロール列２１４の上方に設けられたレール６０１に沿ってスライド移動する点は、図６の面形状検査ユニット２８０と同じだが、当接部材３０３を有さない点で異なる。昇降部７０３によって支持部７０４が上下動し、これに合わせて発光部７０１および撮像部７０２も上下に移動する。発光部７０１で照射された光は、サポートロール列２１４の上面で反射し、撮像部７０２がその反射光を撮像することで、サポートロール列２１４の位置および形状を検知する。右図のハッチングは、光の照射範囲を示す。

以上のような面形状検査ユニット２８０、７８０を用いたことによる調整支援部３４０における表示画面を図８〜図１６に示す。面形状検査ユニット２８０がＹ方向に進むに従って、成形段階に応じて表示画面が図８から図１６まで変化する。

これらの画像によれば、リングレーザ光の照射によって形成された線３１１の撮像画像８０１と、サポートロール列２１４の表面形状の撮像画像８０２と、金型２１３の設計上の位置を示す描画像８０３とを見比べることができる。これにより金属板２７０の変形具合を確認でき、サポートロール列２１４などの調整寸法を決定することが可能となる。

調整支援部３４０は、反射光の形状と共に、金属板２７０の内面の設計上の形状を表示してもよい。

以上の構成によれば、溶接管製造の途中段階で金属板１１０の湾曲の不具合を発見して装置の調整を行なうことができ、より精度の高い溶接管を製造できる。なお、サポートロール列２１４の表面に光沢がある場合、リングレーザ光が全反射してしまい（拡散光が少なくなり）、撮像部７０２が反射光を捉えにくくなるという問題が生じる。そこで、サポートロール列２１４に表面処理を行なうことにより、表面の光沢を失わせて反射光を撮像しやすくしてもよい。例えば、サポートロールに窒化処理を施して黒色としたり、単純に表面に着色したりしてもよい。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る溶接管製造装置について、図１７を用いて説明する。

溶接管の材料となるアルミニウム材、銅材、ステンレス鋼材などには、表面に光沢を有する材料が存在する。そのような表面に光沢を有する材料の場合、レーザ光を照射しても全反射に近い状態となってしまう。つまり、拡散反射する角度（臨界角）の範囲が狭くなってしまう。そこで、本実施形態では、図１７に示すように、材料の光沢度合いに応じて、その臨界角の範囲内に撮像部３０２を配置する。

一方、表面の光沢が強くなると、正反射光成分に起因する多重反射光などのノイズ成分が増えるという問題も生じる。

そこで、本実施形態では、やはり図１７に示すごとく、リングレーザ光が拡散する平面を挟むＹ軸方向の対称の位置、つまり上流側および下流側の両方に、撮像部３０２をそれぞれ１つずつ配置し、輝線３１１からのＹ軸上の対称方向の反射光を撮像する。そして、一対の撮像部３０２により得られた２つの撮像データを画像処理、例えば差分処理して多重反射光成分（ノイズ）を除去することで輝線３１１からの面形状を得る。

なお、スペクトルノイズがなく、乱反射も少ないＬＥＤのスリット光を採用することで形状の検出精度を向上させることができる。また、例えば被測定材料の光沢の有無に応じて撮像部３０２の配置を変化させたり、レンズの焦点距離を望遠側から広角側へと変化する光学系を採用することもできる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範疇で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

Claims (6)

1. 金属板を湾曲させて突き当てた端部を溶接して溶接管を製造する溶接管製造装置であって、
   前記金属板の端部を連続的に拘束する一対の金型列と、前記金属板の中央部を当接支持するローラー群とを含み、前記金属板を湾曲させる湾曲手段と、
   湾曲した前記金属板の内面に指向性光を照射する発光手段と、
   前記発光手段によって照射され、前記金属板によって反射された反射光を撮像する撮像手段と、
   前記反射光の形状に応じて、前記金型列及び前記ローラー群の少なくともいずれか一方の位置調整を支援する調整支援手段と、
   を備えた溶接管製造装置。
2. 前記調整支援手段は、前記反射光の形状を表示する表示手段を含む請求項１に記載の溶接管製造装置。
3. 前記表示手段は、前記反射光の形状と共に、前記金属板の内面の設計上の形状を表示する請求項２に記載の溶接管製造装置。
4. 前記湾曲手段は、前記金属板を下方から支持するサポートロールを含み、
   前記調整支援手段は、前記サポートロールの上下方向の位置調整を支援する請求項１、２または３に記載の溶接管製造装置。
5. 前記発光手段を用いて前記サポートロールの表面に前記指向性光を照射し、
   前記撮像手段は、前記発光手段によって照射され、前記サポートロールの表面によって反射された反射光を撮像し、
   前記調整支援手段は、前記金属板によって反射された反射光の形状と、前記サポートロールの表面によって反射された反射光の形状とによって前記湾曲手段の調整を支援する請求項４に記載の溶接管製造装置。
6. 金属板を湾曲させて突き当てた端部を溶接して溶接管を製造する溶接管製造方法であって、
   前記金属板の端部を一対の金型列で連続的に拘束し、前記金属板の中央部をローラー群で当接支持して前記金属板を湾曲させる湾曲ステップと、
   発光手段を用いて湾曲した前記金属板の内面に指向性光を照射する発光ステップと、
   前記発光手段によって照射され、前記金属板によって反射された反射光を撮像する撮像ステップと、
   前記反射光の形状に応じて、前記金型列の位置調整、前記ローラー群の調整のいずれかあるいは両方の調整を支援する調整支援ステップと、
   を備えた溶接管製造方法。