JPH02126110A - 姿勢検知器 - 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、例えば輸送用管路（パイプライン）等に挿入
されて管内の溶接作業等を行う作業機に装備される姿勢
検知器に関する。

〔従来技術〕

地下に埋設された気体、又は液体等の輸送用管路（バイ
ブライン）が老朽化した場合には、これを敷設状態のま
ま修復することが要求される。このような場合には、管
路内へ挿入され、管内面から溶接等の補修作業を行う自
動制御の作業機が使用される。

ところで、例えば自動溶接機を使用して管内面の全周溶
接を行う場合には、管路の姿勢がどのようになっている
かという情報が必要である。つまり、管路が略鉛直の場
合は、トーチのアーク発生方向と重力方向とは常に直交
し７たままであるが、管路が略水平の場合は、トーチの
アーク発生方向と重力方向との位置関係は刻々と変化す
る。前者の場合は溶接電流等の溶接条件は一定のままで
良いが、後者の場合に適切な溶接を行う為には周方向に
変化するトーチの位置、即ち周面の位置に応じて溶接条
件を変える必要がある。

そこで予め管路の姿勢を検知する姿勢検知器が必要とな
る。

従来、このような検知器として一般的なものは、ポテン
ショメータと重錘とを組み合せてダンパ（！！衝材の役
割をする油）内に封入した振子式の例えば■緑測器製の
ＰＭＰ−４５０の如きものがあり、これを溶接機に装備
し、作業時に管内に固定された溶接機において重錘が重
力方向に作用してポテンショメータの回転軸を回転させ
る量を角度として検出することによって、溶接機の姿勢
、即ち管路の姿勢が検知される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述の如き検知器においては、検知精度は高
いものの検知範囲が９０度以下に制限されている。管路
の姿勢を検知するには水平方向ムこ対して最低上下方向
に９０度ずつの１８０度の検知範囲が必要なので検知範
囲が不足する。また、検知器はこれの検知方向が管路の
管軸方向に向けて溶接機等の作業機に取付けられるので
あるが、作業機の管内におけるローリング姿勢によって
検知方向、即ち重錘の振れる方向と垂直な方向に重力方
向が働く場合は、検知器は完全に検知不能となり、僅か
にローリングしている場合にも正常に検知することがで
きなくなるという問題が生じる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、被検
知物の姿勢を重力方向の影響を受けることなく、３６０
度以上に亘って確実に検知できる姿勢検知器の提供を目
的とし、更にこの姿勢検知器を用いて作業機が固定され
ている管の姿勢及び作業機のローリング姿勢の両方を検
知可能な姿勢検知器の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る姿勢検知器は、径方向に突設された重錘に
よって重力方向へ回転される回転軸の回転角度を検出す
るポテンショメータを用いてなる姿勢検知器において、
前記ポテンショメータを、前記回転軸と直交する方向に
軸支する支持部打出、前記回転軸の一端部に取付けられ
る前記重錘と、１ｊ；１記支持部材による軸支部分を中
心として前記重錘と釣り合いをとって前記回転軸を水平
方向に維持すべく、前記回転軸の他端部、又はこれを配
する前記ポテンショメータの端部に取付けられる他の重
錘とを具備することを特徴とし、 また、管内に挿入される作業機に装備され、作業機が管
内に固定された場合の管の姿勢及び作業機のローリング
姿勢を検知する姿勢検知器において、前記姿勢検知器は
、請求項１記載の姿勢検知器を２つ用いてなり、夫々前
記支持部材の軸支方向を管軸方向及び管軸方向吉直交さ
せて作業機に取付けるように構成してあることを特徴と
する。

〔作用〕

ポテンショメータはこれの回転軸と直交する方向で支持
部材によって軸支され、この軸支部分を中心として２つ
の重錘によって回転軸が常に水平方向に維持される。そ
うすると重錘の振れる方向は、常に重力方向と一致され
て検知に支障を来すことはない。

管内に挿入される作業機に装備され、請求項１記載の姿
勢検知器を２つ用いてなる姿勢検知器は、前記支持部材
の軸支方向を管軸方向として作業機に取付けられた姿勢
検知器によって管路の姿勢が検知され、また、前記支持
部材の軸支方向を管軸方向と直交させて取付けられた姿
勢検知器にて作業機のローリング姿勢が検知される。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。第１図及び第２図は本発明に係る姿勢検知器
を装備した管内面自動溶接機の側断面図及び正面図であ
る。溶接台車Ａは、管路Ｓ内に挿通されて張架されたガ
イドロープＲを伝って溶接ワイヤ等を備えるカート台車
及び走行の為の駆動力を発生する走行台車（共に図示せ
ず）等と連結されて管路内を走行移動する。溶接台車Ａ
はこれの軸心位置に前記ガイドローブＲを挿通させるガ
イドロープ挿通筒１を配してあり、該ガイドロープ挿通
筒１には、これと同軸的に円形周面を有する内筒２及び
外筒３を外嵌させてあり、内筒２の先端側に溶接ヘッド
４を設けである。内筒２は両端部に面板２０１，２０２
を備え、これらの中心部に各々設けた軸受１ａ、　ｌｂ
によって前記ガイドロープ挿通筒１を軸支してあり、内
部に溶接ヘッド４の管軸方向及び径方向の移動を行わせ
る駆動機構を配設しである。内筒２と外筒３とは、両端
部に設けた例えばクロスローラベアリング３０１，３０
２によって相互に支持してあり、外筒３に対して内筒２
を回転させることにより、溶接ヘッド４を周方向に移動
させてこれの径方向の一端に装備したトーチ５により管
内面の全周溶接に対処するようになっている。

外筒３は、管内を移動する場合に管内面と接触する走行
部８及び９と、溶接を行う場合に管内に溶接台車を固定
する為のクランプ機構ＩＯとを夫々外周面に備えてなり
、走行部８及び９は外筒３の周面の６等配の位置の夫々
両端部近傍に、またクランプ機構１０において管内面に
当接されるクランプアーム１１は走行部の位置と異なる
３等配の位置の同じく両端部近傍に夫々設けである。ク
ランプ機構１０は、外筒３の中央部に外嵌された環状の
エアシリンダ１０１にてクランプアーム１１を作動させ
るようになっており、エアシリンダ１０１ばビス１−ン
１０３をその中央部の外周面に周設したピストン筒１０
２を外筒３に遊嵌させた状態で、このピストン筒１０２
を外筒３に対して管軸方向の移動が可能なようにピスト
ン１０３を気密封止してシリンダ室を形成するシリンダ
チューブ１０４をピストン筒１０２に外嵌させて管軸方
向の両側から固定具１０５．１０５・・・により外筒３
に取付けである。シリンダデユープ１０４にはこれの両
端部に夫々圧縮空気の吸排気孔（図示せず）が設けであ
る。

クランプアーム１１は、前後３本ずつの計６本設けてあ
り、夫々管路Ｓの内周面に当接される側の端部を、前方
、即ち台車の進行方向に向けて管の径方向に外筒３から
起立倒伏するように中間部近傍を外筒３に固着した支持
具１１１にて枢支しである。また、これらのクランプア
ーム１１の他端部と１１１記ピストン筒１０２の前端部
及び後端部とは夫々リンク１１２及び１１３にて連結さ
せである。つまり、ピストン筒１０２を前方−・伸出さ
せた場合は、図示の如く前後の全てのクランプアーム１
１は外筒３から同期しながら起立して管路Ｓの内周面に
当接した状態となる。これにより、台車は管路Ｓ内に、
台車の軸心と管路Ｓの軸心とが一致された状態で固定さ
れる。また、ピストン筒１０２を後方へ伸出させた場合
は、全てのクランプアーム１１は、外筒３側へ倒伏し、
台車の外径を可及的に小さくでき、管路内の通過を容易
に行わしめる。

外筒３の内面の軸方向中央部近傍にはラック３１が周設
してあり、該ラック３１は、内筒２の周面に設けられた
開口部から突出され、内筒２に設けられた旋回モータ２
１の駆動力が伝達されるギヤ２２１と噛合されている。

旋回モータ２１は、内筒２内のガイドロープ挿通筒１の
上方（図示しである状態を基本姿勢とする）にあって、
径方向と平行に取付けられた台座２０３上に、回転軸を
後方に向けて前寄りの位置に取付けてあり、この回転軸
は軸継手２１０を介して同軸上の後方に取付けられた減
速機２２の入力軸に連結され、該減速機２２の出力軸に
前記ギヤ２２１が嵌着されている。

つまり、クロスローラベアリング３０１，３０２を介し
て外筒３に内嵌されている内筒２において、外筒３がク
ランプ機構１０によって管路内に固定された状態で、旋
回モータ２１が駆動され、ギヤ２２１か回転されると、
内筒２は外筒３に対して周方向に回転されるようになっ
ている。

前記ギヤ２２１を備える減速器２２の後方には、本発明
に係る姿勢検知器２０８が内筒２の内周面に取付けであ
る。該姿勢検知器２０８は、第３図の外観斜視図に示す
如き振子式のポテンショメータ２０８ａを用いてなり、
ポテンショメータ２０８ａは回転軸２０８ｂを備え、こ
れの回動角度を検出するものであり、一方に突出された
回転軸２０８ｈの端部に径方向の−方へ突出させて数例
けた重錘２０８ｃにより、水平状態において回転軸２０
８ｂの回転が重力方向に保持されるようになっている。

また、ポテンショメータ２０８ａは、これの外枠部分が
回転軸２０８ｂと直交する方向でローリング軸２０８ｆ
の中間部分に固定されており、該ローリング軸２０８ｆ
の両端部は支持部材２０８ｅに軸支されている。つまり
ポテンショメータ２０８ａは、ローリング軸２０８ｆを
中心に回動可能に支持されるようになっており、ポテン
ショメータ２０８ａの回転軸２０８ｂが突出されていな
い側の端部には、重錘２０８ｃとの釣り合いを取る為の
バランスウェイト２０８ｄが設けである。支持部材２０
８ｅは、重錘２０８ｃの回転軸２０８ｂを中心とした回
転と、重錘２０８ｃ及びバランスウェイト２０８ｄを備
えるポテンショメータ２０８ａのローリング軸２０８ｆ
を中心とした回転との両方が可能なように間隔を設けて
ローリング軸２０８ｆを支持してあり、該軸２０８ｆの
軸長方向を内筒２の軸長方向として内周面に取付けであ
る。

このように構成された姿勢検知器２０８においては、管
路Ｓ内にある溶接台車Ａが、どのようなローリング姿勢
にあってもポテンショメータ２０８ａはローリング軸２
０８ｆを中心として回動されるので、ポテンショメータ
２０８ａの回転軸２０８ｂは常に管軸方向と直交する水
平方向に保持される。そして管路Ｓが傾斜している場合
には、回転軸２０８ｂは重錘２０８Ｃの作用により、ロ
ーリング軸２０８ｆの水平状態からの傾斜量だけ回転さ
れ、この回転角度力ｑ容接合車Ａの姿勢、即ち管路Ｓの
傾斜として検出されるのである。ここでポテンショメー
タ２０８ａとしては、３６０度以上回転できるものを用
い、アブソリュート型、又はインクリメント型のいずれ
を使用しても良い。例えば前記０萄緑測器製のＰＭＰ−
，１５０を使用することができる。これは検出角度が０
〜９０度のものであるが、これを２個、位相をずらして
回転軸を連結して配することにより、台車の進行方向の
傾斜角度を上下夫々９０度の範囲、即ち１８０度の範囲
内で検知することができ、更に２個同様に連結すること
によって３６０度の範囲で検知することもできる。

なお、回転軸２０８ｂにはフリクションがあるので、重
錘２０８ｃはそれ以」ニの回転Ｉ・ルクを発生できる重
電のものであれば良く、また重錘の形状についても本実
施例のものに限定されず、例えば径方向の２方向へ突出
させたへの字型のものでも良く、得ようとする検知精度
に応じて重錘の重力方向への追随性を考慮した適宜の形
状のものを用いれば良い。

姿勢検知器２０８が取付けられた内筒２の内周面におけ
る周方向の異なる位置には、姿勢検知器２０８と同一構
造の姿勢検知器（図示せず）が、前記ローリング軸２０
８ｆの軸長方向を内筒２の軸長方向と直交させて取付け
である。この姿勢検知器は、内筒２の管路Ｓ内における
ローリング姿勢を検知し、これを利用して全周溶接時の
トーチ５の基点を重力方向に合せる為に設けである。つ
まり、通常、溶接のアーク開始位置は重力方向、即ち周
方向の時計位置６時としてあり、この位置を基点として
内筒２を回転させて全周溶接を開始して行くことによっ
て、内筒２の周回量（累積角度）から被溶接部の位置を
求め、その各位置に適切な溶接条件を指令することがで
きるのである。この検知動作はまず、溶接台車Ａが固定
されている部分の管路Ｓの姿勢がどのような姿勢にあっ
ても、ポテンショメータ２０８ａは、ローリング軸２０
８ｆを中心として回動され、回転軸２０８ｂが常に水平
方向に保持される。そして回転軸２０８ｂは重錘２０８
Ｃの作用によって常に重力方向に保持されるので、その
回転角度が内筒２のローリング姿勢として検出されるの
である。

これを利用してｌ・−チ５を基点位置に設定するには、
予めトーチ５が重力方向にある場合の姿勢検知器の出力
値を認識しておき、この値を示すように内筒２を回動さ
せることによって行われる。

この場合、姿勢検知器に用いるポテンショメータは、広
い検出域を必要としないので、例えば前記ＰＭＰ−４５
０は１個使用すれば良い。

なお、本実施例においては、ポテンショメータ２０８ａ
における重錘２０８ｃと釣り合いをとる為の重錘として
ポテンショメータ２０８ａにバランスウェイト２０８ｄ
を設ける構成としであるが、これに代えて凹転軸２０８
ｂをポテンショメータ２０８ａの反対側にも突出させて
これの端部に重錘２０８ｃと同様の重錘を取付ける構成
としても良い。

〔効果〕

以上の如（本発明に係る姿勢検知器においては、ポテン
ショメータの回転軸に取付けられた重錘の振れる方向が
常に重力方向と一致するように構成されているので、検
知不能になることがなく、正確にしかも３６０度の範囲
に亘って被検知物の姿勢を検知できる。

また、これを２つ用いる管内作業機用の姿勢検知器にお
いては、ポテンショメータを軸支する支持部材の軸支方
向を管軸方向として取付けたものにおいては、作業機が
固定されている管の姿勢を作業機のローリング姿勢に影
響されることなく、検知でき、また、支持部材の軸支方
向を管軸方向と直交させて取付けたものにおいては、管
の姿勢に影響されることなく、作業機のローリング姿勢
を検知でき、これらの検知結果により作業機の作業精度
を高めることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る姿勢検知器を装備した
管内用作業機（自動溶接機）の側断面図及び正面図、第
３図は姿勢検知器の外観斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、径方向に突設された重錘によって重力方向へ回転さ
   れる回転軸の回転角度を検出するポテンショメータを用
   いてなる姿勢検知器において、 前記ポテンショメータを、前記回転軸と直交する方向に
   軸支する支持部材と、 前記回転軸の一端部に取付けられる前記重錘と、 前記支持部材による軸支部分を中心として前記重錘と釣
   り合いをとって前記回転軸を水平方向に維持すべく、前
   記回転軸の他端部、又はこれを配する前記ポテンショメ
   ータの端部に取付けられる他の重錘と を具備することを特徴とする姿勢検知器。 ２、管内に挿入される作業機に装備され、作業機が管内
   に固定された場合の管の姿勢及び作業機のローリング姿
   勢を検知する姿勢検知器において、 前記姿勢検知器は、請求項１記載の姿勢検知器を２つ用
   いてなり、夫々前記支持部材の軸支方向を管軸方向及び
   管軸方向と直交させて作業機に取付けるように構成して
   あることを特徴とする姿勢検知器。