JPH0616949B2 - 管内溶接位置測定装置 - Google Patents

管内溶接位置測定装置

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JPH0616949B2
JPH0616949B2 JP63255809A JP25580988A JPH0616949B2 JP H0616949 B2 JPH0616949 B2 JP H0616949B2 JP 63255809 A JP63255809 A JP 63255809A JP 25580988 A JP25580988 A JP 25580988A JP H0616949 B2 JPH0616949 B2 JP H0616949B2
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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42から半径
方向に向け管壁に当接された機械式変位計44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或る面積の平均
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、管軸周りに回転駆動され
るようにしてある。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。
ドラム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10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の管軸方向移動量(X方向変
位)を測定するようになっている。
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け十字スリットまた
はスポット光を投射する光源17が、テレビカメラ15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と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
軸中央基準線とズレてしまい、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できる。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、取付け配置上の都合か
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16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等に悪影響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軸の中央付近で停止させ、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、
管内の上、下または左右のいずれかに面板位置をセット
する(この時の面板回転角=0とする) 溶接しようとする位置(継手中央部)WL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、面板を移動する。(第4図) テレビ画面において管壁に光源17から投影されている
十字スリットまたはスポット光SLが基準線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。
=0゜,X=X0 ,Z=Z 次にモータAを駆動して所定の角度(=5゜または
=10゜程度)面板を管軸周りに回転させて停止する。
角度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ex のズレがあれば、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X軸中央とズ
レe′z 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7図) この状態でデータをデータ収録器にて取込み記憶させ
る。
以下、同様にして面板を所定ピッチ角毎に360゜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憶される。
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
制御しなが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A−A矢視図、第3図は第1図B−B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、16……溶接トーチ、17……光源、18
……スライド部材、19……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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 迫間 隆司 大阪府大阪市此花区酉島5―11―61 大阪 瓦斯株式会社導管技術センター内 (72)発明者 土谷 雅敏 大阪府大阪市此花区酉島5―11―61 大阪 瓦斯株式会社導管技術センター内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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。
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