JPS649116B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、UO鋼管の溶接時に使用するタブ板
の処理方法に関する。

UO鋼管は厚鋼板をパイプ状に曲げ、両側縁を
突合せ溶接してなるが、溶接始終端の溶接品質は
良好でないので補助板（タブ板）を該始終端に取
付け、溶接は該補助板で始つて補助板で終るよう
にし、溶接後は該補助板を切除し、こうして鋼管
部には溶接始終端がなく中間の溶接良好部のみと
する。かゝるタブ板の取付け、切除は従来作業者
によつて行なわれているが、本発明はこれをロボ
ツトにより行なつて省力化を図ろうとするもので
ある。

UO鋼管も溶接段階では正しい円筒形状にはな
つておらず、断面が非円形に歪み、端面が軸心に
直角でない。一方、ロボツトは一般にテイーチン
グプレイバツク方式をとり、一度教えられたこと
を何度も正確にその通りに繰り返すから、正確な
円筒形状（標準形状）のものについての教示内容
で個々のUO管に対するタブ板取付け、切除を行
なわせるとずれが生じ、タブ板取付け切除不良も
しくは不能となる恐れがある。

本発明はかゝる問題を解決して正しいタブ板処
理即ち取付け切除を行なうことができるようにし
ようとするものである。

本発明のUO鋼管タブ板処理方法は、センサと
溶接トーチ又は切断機を併設して取付けたロボツ
トを用い、UO鋼管をロボツト位置へ移送し、他
のセンサで該鋼管の端面位置を粗検出し、その検
出出力に従つてロボツトを制御してロボツト先端
のセンサが該鋼管の端面上にあるように位置決め
し、その位置で該センサに管端面を走査させて、
その走査出力により正確な管端形状を求め、該正
確な管端形状情報によりロボツトを制御してロボ
ツト先端の溶接トーチ又は切断機にてタブ板取付
け又は切除を行なうことを特徴とするが、次に図
面を参照しながらこれを詳細に説明する。

第１図は本発明で用いる装置の概要を説明する
図で、１０はロボツト、２０はその先端に取付け
たセンサ（２次センサと呼ぶ）、３０は１次セン
サ、４０はUO鋼管である。ロボツト１０は多関
節型で、基台１１、該基台に垂直にかつ回転自在
に取付けられる第１の腕１２、該腕１２に枢着さ
れて回動自在な第２の腕１３、該腕１３に枢着さ
れて回動自在な第３の腕１４を備える。センサ２
０はロボツト１０の先端に取付けられる。センサ
２０と併設してタブ板取付時には溶接トーチ、又
タブ板切除にはガストーチ、プラズマトーチなど
の切断機が取付けられる。センサ３０は移動架台
３１、マグネスケールなどの移動量検出器３２、
光マイクロ１２（詳しくはその投受光部）３３等
からなる。

第２図はタブ板取付け状態を示し、４１はUO
鋼管の帯鋼両側線突合せ部で、これから溶接する
部分である。４２はタブ板で、200〜300mm幅、
250mm長さ程度の板であり、UO鋼管に合せて彎
曲させてあり、溶接部４１が中央にくるように
UO鋼管端面に仮付け溶接する。UO鋼管の端面
が第６図に示すように斜めになつているとタブ板
４２も斜めにして取付け、切断もUO鋼管端面に
沿つて従つて斜めに行なう必要があるが、ロボツ
トに教えるのは標準線４３である（実際の端面は
標準線４３にほゞ等しいもの、図示のように傾い
ているもの、これとは逆に傾いているものなど
種々様々であるから、予め教授できるのは標準線
のみ）から、個々のUO鋼管につき修正する必要
がある。

またロボツトでタブ板を溶接、切除するには
UO鋼管をロボツト位置まで移送するが、UO鋼
管は大径、長尺のものが多いので停止精度は高く
ないのが実情である（高精度にすると設備費が大
になる）。従つて鋼管端面は予定位置からずれ、
溶接部も予定の最下方位置からずれるのが避けら
れず、従つて実際の鋼管位置を検出し、その検出
結果に従つて修正してタブ板取付け、切除を行な
う必要がある。この目的で発明では１次センサと
２次センサを用いる。

第３図は１次センサによるUO鋼管端面の粗検
出を説明する図で、１５はロボツト中心線であ
り、UO鋼管４０はこの直前に移送されてきて停
止するが、移送方向（管中心軸方向）で±300mm
程度、円周方向で±100mm程度のバラつきがある。
光マイクロ３３はかゝる鋼管端面の軸方向位置ず
れを検出する。光マイクロは投光部３３ａ、受光
部３３ｂ、及びスケール３２などを備え、投受光
部３３を移動させて投射光が受光される限界位置
として鋼管４０の端縁を検出する。測定位置は鋼
管４０の側方であり（溶接部４１が最下部）、従
つて端面が斜傾している場合はその側方の一点を
検出するだけであるが、測定精度は誤差±３〜４
mm程度に収まる。ロボツト制御装置に入力する測
定結果は、移動架台位置から分るスケール３２の
ロボツト側端部位置とロボツト中心位置１５まで
の距離Ｌと投受光装置３３の移動量ｌとの和Ｌ＋
ｌである。

ロボツト制御装置はこの１次センサ情報を受
け、これと別途入力される径、肉厚などの鋼管情
報から２次センサ２０の設定位置を計算し、該セ
ンサを第４図に示すように鋼管端面中心に設定
し、かつ所定幅に亘つて左、右に回動する。セン
サ２０は第５図に示すように光学系２１、荷電転
送装置（CCD）２２、光源２３などからなり、
被写体４０の像をCCD２２上に結んで波形２４
で示す如き出力を生じる。センサ２０の視野中心
を２５とすればこれよりの鋼管端面のずれはδで
あり、このずれは波形２４の立上りの予定位置か
らのずれδ′として検出できる。視野中心２５を第
６図の基準線４３に一致させ、視野範囲を線４３
の両側の線４４，４５内としてセンサ２０を第４
図矢印で示すように回動すると、得られる出力波
形２４は第６図の如くなる。この図で、……
は各位置を示し、２４１，２４２……２４６は
当該各位置における出力波形を示す。これらの波
形の各変化点が鋼管端面位置を示しており、タブ
板部では変化点は存在しないものの、その両側の
波形の変化点からタブ板部の鋼管端面を推定し、
ひいてはタブ板取付けのための仮付け溶接点位
置、および鋼管端面に沿つてのタブ板切除線を正
確に決定することができる。

２次センサの検出情報はロボツト制御装置に伝
えられ、該制御装置は仮付け溶接点の座標位置、
切断線の座標群を演算し、これらに基ずきロボツ
トの各関節を制御して予定のタブ板取付け又は切
断を行なう。

第７図は上記の測定を行なう装置の構成を示す
ブロツク図である。鎖線ブロツク５０は管端粗検
出部で、前述の光マイクロ３３およびスケール３
２の出力を受け、管端、詳しくは管中心軸の端の
座標を演算、出力する。５２は設定器で、前記演
算を行なうに必要な外径、肉厚などの管理情報を
演算器５１に入力する。鎖線ブロツク５５は管端
精検出部で、ロボツトに取付けたセンサ２０の出
力（第５図の２４）パルスを計数するカウンタ５
６、メモリ５７、タブ板認識部５８、エツジ部演
算器５９を備え、センサ２０の各位置ｘ，β（ｘ
は管軸方向のロボツト中心位置からの距離でこゝ
では一定、βはセンサ２０の回動角）におけるセ
ンサ２０の出力パルス（明るい部分つまり管部分
を示すパルス）の計数値を記憶する。センサ２０
のCCDのビツト数はＷとすると、カウンタ５６
の計数値W′がＷに等しいときは走査がタブ板部
で行なわれている時であり、これを利用して認識
部５８はタブ板幅を検出する。またセンサ２０の
分解能をＫ（mm／ビツト）として各β位置におけ
るｘ＋W′kの集まりは管端プロフイルを示してお
り、これを利用して演算器５９はエツチング部形
状を算出する。

また６０はロボツト制御装置で指令値出力装置
６１、比較器６２、Ｄ／Ａ変換器６３、サーボア
ンプ６４、カウンタ６５、座標変換装置６６を備
える。ロボツト１０には各関節を駆動するモータ
１５、各関節の移動量を測定するエンコーダ１６
が設けられる。なおこれらは各１つしか示してい
ないが関節数だけあり、これは制御装置５０など
においても同様である。エンコーダ１６の出力パ
ルスをカウンタ６５で計数すると各関節の移動量
が求まり、比較器６２はこれを各関節の指令値と
比較して差が０になるまでモータ１５を駆動し、
従つてロボツトの各関節は指令値通りの連動を行
なう。カウンタ６５の出力は座標変換装置６６に
も入力し、該装置６６は各関節の移動量からロボ
ツト先端位置つまりセンサ２０の位置を求める。
本例ではロボツト１０は６軸としており、変換装
置６６はセンサ２０の現在位置をｘ，ｙ，ｚ，
α，β，τで表わす。

また７０はテイーチングボツクスで、ロボツト
先端のセンサ２０を標準軌跡に沿つて移動させる
に必要な情報を与える。この指令値は鋼管端面の
精検出部５５の出力により補正され、センサを各
鋼管端面に沿つて正しく移動させる。粗検出器５
０の出力は鋼管端面の中心位置を出力するのでこ
れを指令値としてロボツトを駆動するとセンサ２
０は第４図に示すように鋼管端面の中心に位置決
めされ、この状態で矢印方向に回動（スキヤニン
グ）することにより前述の鋼管端面の精検出を行
なうことができる。

タブ板取付けの場合の手順は、UO鋼管をロボ
ツト位置まで移送して、停止させ次に前述の粗検
出を行なつてロボツト先端のセンサ２０を該鋼管
の端面中心に位置決めできるようにし、その位置
でセンサ２０を回動して端面走査をしてそのプロ
フイルの正確な情報を得、これに基ずいて予定溶
接点座標の修正を行ない、座標位置修正後の該溶
接点へトーチ先端を向けて溶接を行なう、であ
る。タグ板切除の場合は溶接トーチを切断器に代
えるだけで、あとは取付けの場合と同様である。

１次センサ３０としては光マイクロの代わり
に、非接触スイツチ等として広く使用される投受
光器型のセンサ、又は磁気センサなどを用いるこ
とができる。

また２次センサ２０としては機械式のタツチセ
ンサを用いこれを鋼管端面の各点で測定動作させ
てもよい。また光マイクロを用いて第２図に示す
軌跡，，で測定させ、これより端面検出を
してもよい。即ち光マイクロで軌跡に沿う走査
を行なうとタブ板端点Ａ，Ｂの座標測定ができ、
また軌跡，に沿う走査を行なうと鋼管端点
Ｃ，Ｄの座標測定ができ、鋼管端縁は点Ｃ，Ｄを
結ぶ直線で近似できる。円軌跡、直線軌跡，
は鋼管端面の中心座標、内、外径が分つている
ので容易に決定できる。

タブ板切断をプラズマトーチにより行なう場合
は、切断板厚に応て切断速度を変える必要があ
る。従つてUO鋼管の厚みに応じて切断速度を設
定するが、同じ鋼管内での厚み変動は大きくはな
いから一度設定したらその速度で切断してよく、
厚み変動に応じて切断速度を調整する必要はな
い。但しプラズマノズルが常に垂直方向を向いて
いると、管最下部から離れるにつれてプラズマ流
は厚み方向に対して斜めになり、切断厚みが変る
ことになる。そこでプラズマノズルは常に半径方
向を向くように角度制御し、かつ管内面とトーチ
の間隔がほぼ一定距離になるようにするとよい。
これは、トーチ現在位置および管径により該半径
と距離が演算できるから、垂線と該方向のなす角
だけトーチを回動させることにより実行できる。

タブ板はUO鋼管の先、後端に取付けられるか
ら、ロボツトは180゜回転可能としておくと１台の
ロボツトでこれら先、後端のタブ板を切断するこ
とができる。第８図にその実施例設備を、第９図
にその動作のフローを示す。第８図で７１はUO
鋼管の外面溶接場、７２，７４はタブ板切除のた
めの第１、第２ステージ、７３はロボツト稼動
部、７５は第１超音波探傷機、７６，７７は初検
場である。矢印は鋼管搬送方向を示す。ロボツト
１０は点線退避位置と実線動作位置をとることが
でき、また180゜回転することができる。

第９図のフローチヤートを参照しながら動作を
説明すると、第１ステージ７２に送られると溶接
後のUO鋼管はタブ板が最下方にあるように回転
され、所定位置へ前進、停止する。退避位置にあ
つたロボツト１０は所定位置へ前進し、次いで
粗、精センシングが行なわれる。こうして鋼管先
端のタブ板位置が決定され、切断が行なわれる。
切断後ロボツトは退避位置へ後退し、鋼管は前進
して第２ステージ７４へ進み、後端のタブ板がロ
ボツトに対向する位置で停止する。ロボツトは前
進し、アームを180゜回転させ、センシング、次い
でタブ板切断を行なう。その後ロボツトは再びア
ームを180゜回転させ、一方上記の後端タブ板切断
のための鋼管前進と共に次の鋼管が第１ステージ
７２へ運ばれ、回転してタブ板が最下方にくるよ
うにされ、所定位置へ前進、停止しているので、
ロボツトは直ちにセンシング、タブ切断となり、
以下同様操作を繰り返す。後端タブ板を切断され
た鋼管は前進し、第２ステージ７４から超音波探
傷場７５へ送り出される。

以上説明したように本発明によればUO鋼管の
タブ板をロボツトにより正確に取付け、切除する
ことができ、省力化に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のタブ板取付け、切除のための
ロボツト等の概要を説明する図、第２図は鋼管に
取付けられたタブ板の説明図、第３図、第４図は
粗、精測定要領の説明図、第５図は第２センサの
原理説明図、第６図は端部プロフイル測定要領の
説明図、第７図は本発明の実施例装置の構成を示
すブロツク図、第８図はタブ板切断工程の具体例
を示す概略平面図、第９図は第８図の動作説明用
のフローチヤートである。 図面で、１０はロボツト、２０はセンサ、４０
はUO鋼管、３０は他のセンサ、４２はタブ板で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ センサと溶接トーチ又は切断機を併設して取
   付けたロボツトを用い、UO鋼管をロボツト位置
   へ移送し、他のセンサで該鋼管の端面位置を粗検
   出し、その検出出力に従つてロボツトを制御して
   ロボツト先端のセンサが該鋼管の端面上にあるよ
   うに位置決めし、その位置で該センサに管端面を
   走査させて、その走査出力により正確な管端形状
   を求め、該正確な管端形状情報によりロボツトを
   制御してロボツト先端の溶接トーチ又は切断機に
   てタブ板取付け又は切除を行うことを特徴とする
   UO鋼管のタブ板処理方法。