JPH0312996B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は相交わる２本のパイプに於ける主管の
加工を溶断によつて自動的に行う装置に係るもの
である。

＜従来の技術＞ 従来、パイプの主管側の貫通部の孔明け切断に
於いては、パイプの回転と切断トーチの該パイプ
軸方向への運動との合成により行われていた。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかし、上記切断方法では、切断トーチが常に
被加工回転パイプの軸心方向に向いている為、パ
イプの軸方向に傾斜した切断面が出来、後処理と
して切断面の削り落とし等の作業を必要としてい
る。また、既に曲げられたパイプ軸心を中心とし
て回転せしめることは不可能である等の問題があ
る。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は上記の問題点を解決する手段として、
定置したパイプに対して相貫部の切り明けを行う
に際し、常に相手枝管の内面の母線に沿う方向に
切断を行うようにしたものである。

次に図面を参照して上記問題点を解決するため
の本発明に係る一手段を説明する。第１図に於い
て１は主管、２は枝管を示し、貫入部は主管１の
軸心をＸ軸とする円筒座標で示されている。第２
図はパイプ接合部の主管１及び枝管２の軸芯に平
行な面で切断断面を示し、３は主管１に対する切
り取り部、４は主枝管の接合溶接部を示し、第３
図に相貫部の横断面を示す。

パイプによる配管に於いては主管１に対する相
貫部の切り取り部３は、前記第２図及び第３図に
示すように、切断縁は常に枝管の内面の延長（枝
管内面円筒の母線）上にあるのが普通であるが、
時に加工線に沿い一定の開先角度を必要とするこ
ともある。

この切断をガス切断又はプラズマ切断で行う場
合、火口より噴出する切断酸素ジエツト、プラズ
マジエツトは枝管２内面に沿つて移動し、且つ主
管１の曲がりに対して、火口高さを一定に保よう
に切断トーチ、ノズルを主管１の曲面に沿わせて
移動してやる必要がある。即ち、主管１を固定し
て前記の切断を行うには、切断トーチに枝管２の
内面の母線に沿う運動と該母線方向に切断トーチ
の先端の火口と主管１の距離を一定に保つ手段と
の組合わせが必要となる。

前記の第１図乃至第３図に於いて、主管１上の
加工線ａは、主管１を基準とした座標系では母線
の座標角、即ち中心角をΦ、パイプの相貫角度を
φで示せば、加工線ａはＦ（Ｘ、Φ、φ）、溶接開
先条件はωで定義される。

一方、加工線ａを空間の曲線とすれば、加工線
ａは直交座標系でＧ（ｘ、ｙ、ｚ）で定義され、
加工面の傾きを管軸方向に対してα、それと直角
方向に対してβとすれば一般式としてＧ（ｘ、ｙ、
ｚ、α、β）で示される。

尚、加工線ａの定義Ｆ（Ｘ、Φ、φ）とＧ（ｘ、
ｙ、ｚ、α、β）の関係を整合させるために、
Ｘ、ｘ座標は平行な軸とし、ｙ軸は水平軸、ｚ軸
は垂直軸とする。

また、枝管２と主管１の関係は枝管２の軸芯が
ｘ−ｚ軸で規定される垂直面に平行に位置するも
のとする。

第４図はＧ（ｘ、ｙ、ｚ、α、β）で与えられ
た運動を行うようにした加工装置の軸組図の例を
示し、ｘ、ｙ、ｚにα軸β軸を加えてこれをデジ
タル制御し、溶接トーチ等の加工具の位置を制御
して所定の加工を行わしめることを目的とした例
である。

図に於いて５は切断すべき主管、６は加工線を
示す。７ｘ〜１０ｘ，７ｙ〜１０ｙ，７ｚ〜１０
ｚ，７α〜１０α，７β〜１０βはそれぞれｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸、α軸、β軸に対するデジタル制
御の駆動部を示し、７ｘ，７ｙ，７ｚ，７α，７
βは各軸の直線案内レール又は摺動軸或いは回転
軸であり、８ｘ，８ｙ，８ｚ，８α，８βは駆動
体を示し、例えば９ｘ，９ｙ，９ｚで示すスクリ
ユーナツト等で原動機１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ，
１０α，１０βの回転により駆動体を滑動又は摺
動回転せしめるものである。次に１１は切断トー
チ等の加工具で、ｚ軸駆動部に加工具ホルダー１
２を介して、ｙ軸の駆動体８ｙに固着され、ｚ軸
方向の運動伝達がされるようになつている。各軸
の原動機１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ，１０α，１０
βはモータの他、減速機構、エンコーダ、パルス
ヂエネレータ等のフイードバツクエレメントを伴
うものである。

第５図は交角φで交わる２円筒の幾何学的な説
明図であり、１３は内径ｄで示した枝管、１４は
外径Ｄで示した主管を示し、１５は両円管の接合
線であり、１３′，１４′は夫々枝管１３及び主管
１４の軸芯線を示す。

図の側面図に於ける枝管１３の軸芯１３′の投
影が主管１４の軸芯１４′と交わる点を原点Ｏと
し、主管１４の軸芯１４′をx′軸、垂直軸をz′軸、
x′，z′軸と直交する軸をy′軸とし、接合線１５上
の点Ｐに於ける枝管１３の母線の座標角をΘ、そ
れと対応する主管１４の母線の座標角をΦとすれ
ば、Ｐ点の座標Ｆ（Ｘ、Φ、φ）は x′＝ｄ／２Cosecφ・CosΘ＋Ｄ／２Cotφ・CosΘ ………(1) y′＝Ｄ／２SinΦ ………(2) z′＝Ｄ／２CosΦ ………(3) 両円筒の軸芯の距離をδとすれば ｄ／２SinΘ＋δ＝Ｄ／２SinΦ 従つて Φ＝Sin^-1dSinΘ＋2δ／Ｄ ………(4) （Θ＝0゜〜360゜） なる関係が成り立つ。

x′、y′、z′座標は式(1)〜(3)を一見してみればΘ
を変数とする関数であることが明らかであり、こ
のＰ点の軌跡を傲うのが加工装置の役割であり、
また加工装置の座標系ｘ、ｙ、ｚは座標系x′、
y′、z′と平行とすれば、座標系の変換は問題でな
く、特に数値制御に於いて区間増分（インクリメ
ンタル）制御を行う場合、直交座標系の原点移動
は無視される。

第６図は第４図に示した切断装置をパルスによ
り駆動する数値制御法を説明する図で、演算処理
の手順としては主管外径Ｄ、枝管内径ｄ両円筒の
軸芯間の距離δ、交角φで示すパイプの接合条件
を入力し、座標Ｆ（Ｘ、Φ、φ）は仮定の数式モ
デルとて前記式(1)〜(3)に示すＧ（x′、y′、z′、α
、
β）の式を枝管の円周角を等分割或いは式(1)〜(3)
に示す工線を等しい長さの線分ΔLに分割し、該
当する枝管の座標角Θに対応する角度θ₀（＝0゜）、
θ₁、θ₂、……、θ_i、θ_i+1、……、θ_o（＝360゜）と
し、
式(1)〜(3)よりθ_i、θ_i+1に対応するx′、y′、z′の
座標
値x′_i、y′_i、z′_i及びx′_i+1、y′_i+1、z′_i+1を演算
し、 x′_i+1−x′_i＝Δx′ y′_i+1−y′_i＝Δy′ z′_i+1−z′_i＝Δz′ とすれば、ｘ、ｙ、ｚ座標系とx′、y′、z′座標系
は単なる平行移動であるから、加工機械系の運動
量Δx、Δy、Δzは Δx＝Δx′＝（x′_i+1−x′_i） Δy＝Δy′＝（y′_i+1−y′_i） Δz＝Δz′＝（z′_i+1−z′_i） となり、該区間の加工線に沿う短線分の長さΔL
は ΔL＝√²＋²＋² に近似される。切断トーチを加工線に沿わせて移
動する速度ｖを外挿すれば、ΔL区間を移動する
時間ΔTは ΔT＝ΔL／ｖ で求められ、数値制御を行うに際してはΔT時間
にΔx、Δy、Δzだけ夫々の値に比例した速度と数
のパルスを送り各座標軸を駆動せしめれば、加工
線に沿う加工具の運動を行わせることが出来る。
若し加工具の傾きを連続的に１方向又は２方向に
変えたい場合もΔx、Δy、Δzと同時にΔω、Δφを
演算し、同様にして同時に３軸、４軸、５軸の輪
郭数値制御を行えばよい。

尚、Δx_i、Δ_i、Δz_i、Δω_i、Δφ_i………などは初
期の入力条件 Ｆ（Ｘ、Φ、φ）＝Ｄ ｄ δ φ を入力した時にθ＝0゜〜360゜の間の各軸の区間増
分値を一挙に演算して一時記憶部にフアイルし、
逐次インクリメンタル制御を行わせる方が逐次演
算しながらパルス分配を行うより容易である。

次に第６図により制御論理を説明すると、図に
於いて１６はパイプの接合条件Ｄ，ｄ，δ，φ及
び切断速度ｖ、加工線分割の基準となるΔL又は
Δθを入力する入力部、１７は前記式(1)〜(3)に基
づき演算し、Δx_i、Δy_i、Δz_i、Δω_i、Δφ_i等の区間
の長さと移動時間ΔT_iを連続的に演算する演算処
理部、１８は上記のインクリメンタル値及びΔT_i
をフアイルするメモリー部を示し、１９はパルス
分配器で、更に２０はΔTを入力してタイミング
パルスを発生するタイミングパルス発生器であ
る。２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，………はパルス分
配器を示し、Δx、Δy、Δz、………に比例した速
度でパルスに分解するパルス分解器でパルスを２
２ｘ，２２ｙ，２２ｚ，………に示す加減演算バ
ツフアレジスタに入力する。２３〜２８はサーボ
機構を示し、２３ｘ，２３ｙ，２３ｚ，………は
Ｄ／Ａ変換器であつてバツフアレジスタの数値を
電圧（アナログ量）に変換するもの、２４ｘ，２
４ｙ，２４ｚ，………はプレアンプ、２５ｘ，２
５ｙ，２５ｚ，………はパワーアンプ、２６ｘ，
２６ｙ，２６ｚ，………はサーボモータ、２７，
２８はサーボモータの回転をパルスに変えるパル
スジエネレータ及び回転速度を電圧に変えるタコ
ジエネレータを示し、夫々前者は加減算バツフア
レジスタに、後者はD/A変換の後にフイードバ
ツクする。

＜発明の効果＞ 従来のパイプを回転させると共にパイプの軸線
方向に加工具を動かす方法では主管の孔明けに際
して常に加工具を枝管の内径に対する母線方向に
向けることが出来ず、また曲がつたパイプ或いは
曲げ加工後のパイプを回転せしめることが不可能
であつたが、本発明によれば主管を定置し、加工
具を相貫線に沿わせて移動し且つ所要の形状に加
工（切断又は溶接）を行わせることが出来る。更
に被加工パイプとは座標系を異にする加工装置に
対して元座標系に対する加工線の定義Ｆ（Ｘ、Φ、
φ）を、加工装置の座標系Ｇ（ｘ、ｙ、ｚ、α、
β）に変換し、且つ加工線を線分に分割して各点
の区間運動量を求め、更にこれをパルス分割する
２段階のパルス分解法を取ることにより、NC制
御装置を安価に、しかも容易ならしめる等の特徴
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はパイプの接手の説明図、第２図はパイ
プ接手部の側断面説明図、第３図はパイプの正断
面説明図、第４図はパイプ切断機の軸組説明図、
第５図はパイプ接手部の幾何説明図、第６図はパ
イプ切断機の数値制御法の説明図である。 １，１４は主管、２，１３は枝管、１５は主管
による接合線、４はパイプ接手部の溶接部、７ｘ
〜１０ｘ，７ｙ〜１０ｙ，７ｚ〜１０ｚは各制御
軸駆動部、１１は加工具、１２は加工具ホルダ
ー、１３′は枝管の軸芯、１４′は主管の軸芯、１
６は入力装置、１７は処理装置、１８はメモリ
ー、１９，２１はパルス分配器、２０，２２はタ
イミングパルス発生器、２３はD/A変換器、２
４はプレアンプ、２５はパワーアンプ、２６はサ
ーボモータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相交わる枝管と主管の相貫に於いて、主管側
   の開口部を切断するに際し、主管をｘ、ｙ、ｚ直
   交座標のｘ軸と平行に定置し、主管の軸心を基準
   として主管上の加工線をＦ（Ｘ、Φ、φ）と仮定
   し、且つ主枝管の管径Ｄ，ｄ、偏心量δ、交角φ
   により定義し、これらの数値を入力して、ｘ、
   ｙ、ｚ直交座標を基幹として加工装置を構成し、
   その先端に加工具を管軸方向及びそれと直交する
   方向に傾けられるようにしたＧ（ｘ、ｙ、ｚ、…
   ……）で示される運動方程式に変え、且つ加工線
   を等長の線分ΔL又は枝管の回転座標角Θを等分
   割して加工線を線分に分割すると共に該線分に対
   する加工具の移動速度ｖを外挿して区間ΔLの移
   動時間ΔTを求め、対応する運動系の移動区間長
   さ（インクリメンタル値）を演算し、パルス数と
   パルス速度に換えて制御することを特徴とした数
   値制御によるパイプ切断機。 ２ 相交わる枝管と主管の相貫に於いて、主管側
   の開口部を切断するに際し、主管ｘ、ｙ、ｚ直交
   座標のｘ軸と平行に定置し、主管上の加工線を、
   主管の軸心を基準としてＦ（Ｘ、Φ、φ）と仮定
   し、主枝管の管径Ｄ，ｄ、偏心量δ、交角φによ
   り定義し、これらの数値を入力して、ｘ、ｙ、ｚ
   直交座標を基幹として構成した加工装置に、必要
   に応じて加工角度α，βを付加したＧ（ｘ、ｙ、
   ｚ、α、β………）で示される運動方程式に変
   え、且つ加工線を等長の線分ΔL又は枝管の回転
   座標角Θを等分割して加工線を線分に分割すると
   共に該線分に対する加工具の移動速度ｖを外挿し
   て区間ΔLの移動時間ΔTを求め、対応する運動
   系の移動区間長さ（インクリメンタル値）を演算
   し、パルス数とパルス速度に換えて制御すること
   を特徴としたパイプ切断の数値制御方法。