JPH02104474A - 管内溶接位置測定装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、管の内面を円周溶接する自動溶接機にあらか
じめ溶接すべき位置を教示するための溶接位置測定装置
に関する。

［従来の技術］ 新設管の配管における管の継手溶接において、管外周か
らの溶接が困難な場合や厚肉の場合には、管内からの溶
接が必要となる。また、既設管における溶接欠陥部（裏
波不足、目違い部）の補修または補強のために管内から
溶接が行われる。

これらの管内溶接は管径が小さい場合は、人間が管内に
入ることが出来ないため、管外からテレビカメラ等を用
いて溶接すべき位置を検出して遠隔操作により自動溶接
される。この自動溶接は、あらかじめ管内全周に亘って
溶接すべき位置の三次元座標（管軸方向Ｘ、円周方向Ｙ
、半径方向Ｚ）を測定し記憶させた後、この座標に溶接
トーチを位置せしめて行わせるティーチングプレイバッ
ク方式が採用されてきている。

従来、このティーチングプレイバック溶接における溶接
すべき位置の測定装置は、第８図に示すような管内を移
動する台車４１に、駆動装置により管軸中心を回転中心
として回転し、管軸方向（Ｘ方向）に移動可能にした面
板４２を取付け、該面板に、管壁に向けてテレビカメラ
４３を固定し、このテレビカメラ４３の視野内に面板４
２から半径方向に向は管壁に当接された機械式変位計４
４を設けておき、テレビカメラ４３で撮影した溶接しよ
うとする管壁の所定位置（開先または溶接欠陥）に変位
計４４の先端が合致するように、面板を回転および管軸
方向に移動させて、Ｘ、Ｙ、Ｚの座標を測定する装置が
用いられていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来方式では、第８図に示すように、溶接しよ
うとする位置に目違いがあったり、またマイターベンド
部のように折れ角部では正確に半径方向の変位（Ｚ）を
測定できないことに加え、管軸方向、円周方向に移動す
る際、機械変位計の先端が曲げられて損傷する欠点があ
った。この欠点を解消するため、機械的変位計に替えて
、渦電流等を用いた非接触変位計を用いることが考えら
れる。しかし、この場合は変位計の損傷を防止すること
は出来るが、これらの非接触変位計は成る面積の平均的
な変位を測定するため、点の測定を正確に行うことは出
来なかった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、故障が生じ
にくく、かつ、正確に溶接しようとする位置を教示して
自動溶接を行わせることができる管内溶接位置測定装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明の溶接位置測定装置は
、次のように構成される。すなわち、管内の軸方向に移
動可能な台車に搭載され、溶接位置をあらかじめ教示し
て自動溶接を行う管内溶接装置において、管軸心を中心
として回転可能かつ管軸方向に移動可能に前記台車に面
板を取付け、該面板に、半径方向に案内駆動される溶接
トーチと、同じく半径方向に光軸中心を一致させ、管内
壁を指向するように固定されたテレビカメラと、テレビ
カメラの光軸中心に対して一定の傾斜角を保持して、テ
レビカメラの光軸中心と平行に案内駆動される光源とを
備えるとともに、前記テレビカメラの光軸中心と光源の
光軸中心は、前記面板と平行な同一平面内に位置するよ
うに配置され、さらに前記面板の回転量を検出する角度
センサと、面板の管軸方向移動量を検出する変位センサ
と、光源の移動量を検出する変位センサと、および溶接
トーチの半径方向移動を検出する変位センサとを設置し
たことを特徴とする管内溶接位置測定装置である。

［作用］ 本発明では、面板の管周方向の角度と管軸方向の変位、
また光軸及び溶接トーチの半径方向の変位を正確に検出
すると共に、特にテレビカメラと一定の位置関係を保持
する光学的手段を利用して非接触状態で溶接すべき位置
の測定を行う。このため管内溶接位置を精度よく把握で
きる。

［実施例］ 以下図面に基いて実施例を説明する。第１図は本発明の
実施例の縦断面図、第２図はその第１図のＡ−Ａ矢視、
第３図は第２図のＢ−Ｂ矢視である。

この発明の測定装置は、管１内を管軸方向に走行する台
車２の先端部に溶接トーチ、クリーニング装置等ととも
に設けられる。台車２は図示しない管内移動装置に連結
されて管１内を移動し、所定位置にて円筒状の本体の外
部に設けた複数のピストンシリンダ３で管壁に押圧クラ
ンプされて固定される。

台車本体４の内部には、外周と台車車体内面の間隙にベ
アリング６で支持されたドラム５が、台車本体４に固定
されたモータＡに連結されて、管軸用りに回転駆動され
るようにしである。モータ回転軸には角度センサ、例え
ばエンコーダ７が連結され、モータ軸の回転角度からド
ラム５の回転角を測定するようになっている。

トラム５および台車２の前部には対応する貫通孔が設け
られ、面板１３が先端に固定されたシャフト８が前記貫
通孔を通してドラム５内部に挿通されている。該シャフ
ト８にはキー溝９が設けてあり、ドラム貫通孔に固定さ
れたガイドｌＯの突状に嵌合されて、ドラム５との回転
が拘束された状態で管軸方向に移動自在にされている。

また、シャフト８にはラック１１が設けられ、該ラック
１１はドラム５に固定されたモータＢで駆動される歯車
１２に噛み合っている。

以上の構成により、モータＡを駆動することによってド
ラム５を介して面板１３が回転され、またモータＢを駆
動することによって面板１３を管軸方向に一定の範囲に
わたって移動させることができる。なお、モータＡ、モ
ータＢは管外から遠隔操作により駆動される。

一方、前記歯車１２の回転軸には変位センサ、例えばエ
ンコーダ１４が固定されており、歯車１２の回転、即ち
モータＢの回転量からシャフト８の管軸方向移動ｆｆ１
（Ｘ方向変位）を測定するようにな７ている。

ドラム５を介して回転駆動され、かつ管軸方向に移動さ
れる面板１３の前面にはテレビカメラ１５、光源１７、
溶接トーチ１６等が設けられている。テレビカメラ１５
は半径方向に光軸中心を一致させて管壁を撮影するよう
に指向させて面板１３に固定されている。

テレビカメラ１５の側方には管壁に向は十字スリットま
たはスポット光を投射する光源１７が、テレビカメラ１
５の光軸中心に対し角度θをもって指向するように配置
されている。また、カメラと光源の両光軸中心は管軸と
垂直な同一平面内に位置するようにして配置され、しか
も光源１７はテレビカメラ１５の光軸中心と平行に面板
１３に固定されたスライド部材１８に取付けられている
。更に、スライド部材１８の側方にはモータＣで駆動さ
れるチェーン１９がスライド部材と平行に配置され、チ
ェーン１９の一部には光源１７の支持部２３が連結され
ている。

カメラの光軸中心と光源の光軸中心を管軸に垂直な同一
平面内に位置させる理由は、このようにすれば管壁との
間隔（Ｚ）が変化しても、常に十字スリット光（又はス
ポット光）をテレビ画面のＸ軸中央基準線に一致させる
ことができ、溶接位置を基準線に一致させた時のＸ軸座
標を測定すれば良いからである。両光軸が同一平面内に
ない場合には、十字スリット光（又はスポット光）はＸ
軸中央基準線とズしてしまい、又Ｚが変化するとテレビ
画面上でＸ軸方向に動くことになり、Ｘ軸中央基準線に
合致させた溶接位置から外れてしまい、正確な溶接位置
の座標が測定できない不都合が生じる。

チェーン１９はモータＣに連結した駆動歯車（プーリ）
２０と従動歯車２１の間に平行状に張設されている。従
動歯車２１の回転軸にはＺ方向変位センサ２２（例えば
ポテンショメータ）が取付けられ、光源の移動量を測定
するようにされている。この結果、光源の十字スリット
またはスポットはテレビカメラ１５の光軸中心と一定の
角度θを保持しながら平行移動がきる。なお、この角度
θは大きくした方が測定精度が良くなるが、取付は配置
上の都合から、実用的には４５°〜１５°　（望ましく
は約３０°）の範囲とする。

溶接トーチＩ６は管の半径方向に案内駆動され、かつ、
移動量を測定する手段を備える必要がある。また、溶接
トーチ１６はアーク発生時の飛散スパッタが、テレビカ
メラ１５および光源１７等に悪影習を生じさせないよう
に配置しなければならない。このため本実施例では、溶
接トーチ１６はテレビカメラ１５の反対側（１８０°）
の位置に配置し、案内駆動および移動量の測定手段を光
源の案内駆動および移動量測定手段と兼用させている。

勿論、溶接トーチの半径方向の移動とその移動量測定手
段は独立して設けてもよい。なお、本実施例に示す各部
の駆動手段、測定手段は１例を示すものであり、他の公
知の手段に替えて用いても何ら差しつかえない。

なお、前記テレビカメラから送られる映像を写すテレビ
の画面上には、中央を交点としたＸ軸、Ｙ軸の基準線を
設けておく。

次に、本発明の装置を用いて溶接位置を測定する方法を
説明する。

■テレビカメラ１５によって撮影されるテレビ画面（画
面のＸ軸が管軸方向の撮影された範囲、Ｙ軸が管周方向
の撮影された範囲）を監視しながら台車２を走行させ、
テレビ画面の基準線Ｘ軸の中央例近で停止させ、台車を
クランプする。

■モータＡを駆動させて面板１３を管軸周りに回転させ
、管内の一ヒ、下または左君のいずれかに面板位置をセ
・ソトする（この時の面板回転角ψ＝０と才ろ） ■溶接１７ようとする位置（継子中央部）Ｗ１４にテレ
ビ画面の基準線のＸ軸中央が一致するようにモータＢを
駆動し、面板を移動す５５、（第４図）■ブー１ビ画面
において管壁に光源１７から投影さ］−ている十字スリ
ットまたはスポット光ＳＬが基準％Ｑ　Ｙ軸中央に一致
するようにモータＣを駆動し、光源を点線の如く移動す
る。（第５図）■この状態で図示しないデータ収録器に
初期値データとしてデータを取込む３゜ ψ”０’　、Ｘ＝Ｘｏ　、Ｚ＝ＺＱ ■次にモータＡを駆動して所定の角度（ψ＝５０または
ψ＝１０°程度）面板を管軸周りに回転させて停止する
。

■角度ψの位置において溶接しようとする位置とテレビ
画面の基準線Ｘ軸の中央にＣうのズｌノがあわば、一致
するようにモータＢを駆動して面板をＸ方向に調整する
。この時エンコーダ７にて面板の管軸方向変位を測定す
る。（第６図）■十字スリットまたはスポット光が基準
線Ｙ１袖中央とズレｅ′７があれば一致するようにモー
タＣを駆動する。この時の光源の半径方向変位をポテン
ショメータ２２により測定する。（第７ｉ１）■この状
態でヂ・−・・夕をデ・−タ収録器にて取込み記憶させ
る。

［相］以下、同様にして面板を所定ピッチ角ψ毎に３［
ｉｌ）’回転させて、管軸方向変位＜Ｘ＞と半径方向変
位（Ｚ）のデータを記憶させる。

この結果以下の表に示すデータが記（ｇされる。

■以下、記憶された溶接位置のデータを読み出し所定の
演算を行いながら溶接トーチをＸ方向、Ｚ方向に位置を
制御しなから管周方向に駆動して、自動溶接を行う。

なお、データを取込む角度ピッチψが粗い場合は、その
中間の値を演算で補間する。

［発明の結果］ この発明によれば、溶接しようとする位置の測定を非接
触で行うため、開先の目違いや、マイターベンドのよう
に傾斜した継手部でも装置を故障させることが無く、ま
た、光学的に半径方向の変位を測定できるため溶接しよ
うとする位置が複雑な形状（目違い、傾斜等）であって
も、点で測定でき、正確なデータが得られ、高品質の溶
接を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測定装置の全体を示す断面図、第
２図は第１図８７Ｂ矢視図、第３図は第１図８７Ｂ矢視
図、第４図及び第５図は本発明における操作の手順を示
す説明図、第６図及び第７図は本発明装置を用いて行う
テレビ画面上における操作状況を示す説明図、第８図は
従来例の説明図である。 １・・・管、２・・・台車、３・・・ピストンシリンダ
、４・・・台車本体、５・・・ドラム、６・・・ベアリ
ング、７゜１４・・・エンコーダ、８・・・シャフト、
９・・・キー溝、１０・・・ガイド、１１・・・ラック
、１２・・・歯車、１３・・・面板、１５・・・テレビ
カメラ、１　Ｂ−・・溶接トーチ、１７・・・光源、１
８・・・スライド部材、】９・・・チェーン、２０・・
・駆動歯車、２１−・・従動歯車、２２・・・ポテンシ
ョメータ、２３−・・支持部、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・モータ 出願人代理人　弁理士　矢　葺　知　之（ほか１名） 第２図 第４図 邑 第５　面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管内の軸方向に移動可能な台車に搭載され、溶接位
   置をあらかじめ教示して自動溶接を行う管内溶接装置に
   おいて、 管軸心を中心として回転可能かつ管軸方向に移動可能に
   前記台車に面板を取付け、該面板に、半径方向に案内駆
   動される溶接トーチと、同じく半径方向に光軸中心を一
   致させ、管内壁を指向するように固定されたテレビカメ
   ラと、テレビカメラの光軸中心に対して一定の傾斜角を
   保持して、テレビカメラの光軸中心と平行に案内駆動さ
   れる光源とを備えるとともに、前記テレビカメラの光軸
   中心と光源の光軸中心は、前記面板と平行な同一平面内
   に位置するように配置され、さらに前記面板の回転量を
   検出する角度センサと、面板の管軸方向移動量を検出す
   る変位センサと、光源の移動量を検出する変位センサと
   、および溶接トーチの半径方向移動を検出する変位セン
   サとを設置したことを特徴とする管内溶接位置測定装置
   。