JPS60187466A - ２軸倣い機構による鋼管矢板管状継手の自動スリツト切断装置 - 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］ 本発明は鋼管矢板の製造工程における管状継手のスリン
１〜切断装置に関する。

［従来技術］ 護岸、岸壁工事等に使用される鋼管矢板は、母管外面の
両側に、隣り合う矢板に対応する継手を管軸方向に溶接
により取り付けたものであり、この継手の形状は各種の
タイプのものがある。

本発明の対象とする鋼管矢板は、母管の片側または両側
に管状継手を取り付けたものであり、具体的な例として
は第１ａ図、第１ｈ図に示すＣ−Ｔタイプ、Ｃ−Ｃタイ
プといわれる鋼管矢板である。

第１ａ図および第１ｂ図において、母管１の継手２，３
の取すイ４け方法、特に管状継手２の取り付は方法とし
ては、溶接前に小径鋼管２ａをスリッ１・切断して切欠
部２ｂを設けてから母管に溶接して取り付ける方法と、
小径鋼管２ａを母管１′に溶接して取り付けた後にスリ
ット切断して切欠部２ｂを形成する方法の２つの方法が
ある。

しかし前者の方法では、溶接時の熱影響により切欠部２
ｂが変形しり矢部の直線性を保つことが困難なため、一
般には後者の方法が広く用いられている。

小径鋼管２ａを母管１に溶接して取り付けた後のスリッ
ト切断は、従来つぎのように行なわれていた。

これを、Ｃ−Ｃタイプの鋼管矢板で説明すると、第２ａ
図に示すように母管１に小径鋼管２ａを溶接して取り付
けた状態の被加工材を、スキッド４に載置し、小径鋼管
２ａの切断線（ＰｌとＰ２を結ぶ線）が真」二に来る位
置でストッパー５にて固定する。小径鋼管２ａの切断線
はあらかじめ定まった切断開始点Ｐ１と切断終了点Ｐ２
を結ぶ線を、作業者かけかきにより描く。

つぎに第２ｂ図および第２ｃ図に示すように、レールつ
きガイド６を母管１と小径鋼管２ａとの間に渡し、この
ガイド６のレール上に切断１〜−チを搭載した自走台車
８を載せ自走台車８を切断線ｐ１−ｐ２と平行に走行さ
せながら小径鋼管２ａのスリット切断を行なう。

上記のような従来のスリット切断作業は、被加工材２ａ
の１本毎にガイド６の設置および切断機の載置ならびに
除去が必要で、そのため人手を要しかつ作業が非能率で
あり、また作業の安全性の点からも問題があった。

またガイド６の長さは通常２〜３ｍ程度であり、数ｍか
ら数１０ｍに及ぶ被加工材のスリット切断を行なうため
には、ガイド６を順次接合していかねばならず、この際
ガイド６と切断線ｐｉ　、、−ｐ２との平行度を正確に
保つことが灘しく、結果としては切欠部の直線性が良く
ないという欠点を有していた。

上述の難点を解決するスリット切断方法として、本発明
者等は特願昭５３−１０９９６９号で２軸（ｘ、ｙ軸）
制御の数値制御装置を塔載した走行３− 切断機で、継手切断開始点と終了点を結ぶ仮想直線を演
算してめ、この仮想直線に倣って数値制御切断を行う方
法を提案した。しかし上記方法ではガス切断中に鋼管継
手が切断入熱により熱変形を受け演算によりめた仮想直
線が曲がってしまい所期の切欠部の直線性が得れないこ
とが判明した。

［発明の目的］ 本発明は、従来方法による切断作業における上記の切欠
部の直線性を損なうという問題点を解消する２軸（Ｘ、
Ｚ軸）倣い機構によるｍ管矢板管状継手の自動スリット
切断装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ 上記目的を達成するための本発明においては、被加工材
をほぼ水平に載置するターニングロールにより被加工材
を回転させて継手用小径鋼管のスリット切断位置頂点と
なる様位置せしめ、該被加工材の長手方向両側に設けた
レール上の台車に搭載した切断装置で母管の外面管軸方
向に取り付け＝４− た継手用小径管のスリット切断を行なうスリン１−切断
装置において、該切断装置に切断トーチと２軸（Ｘ、Ｚ
軸）倣い機構、を取り付け、該２軸倣い機構に該切断ト
ーチのＺ軸方向距離を一定に保つタッチロールセンサを
そなえたタッチロールを備え、管状継手スリット切断位
置にあらかじめ引かれたけかき線に該切断トーチの位置
が合致するように固体素子カメラではがき線を検出し、
制御装置により画像処理をして該１・−チを自動的にＸ
軸方向に倣わせる構成とする。

以下図面に示す実施例に基づいて本発明装置を詳細に説
明する。

第３ａ図に本発明の一実施例の外観を示す。第３ａ図は
、作業床面上に設置された４個のターニングロール９の
上に被加工材を載置し、該被加工材をまたぐ自動倣い走
行切断装置３０にて、該被加工材を長さ方向にスリン１
〜切断作業を行う状態を示す。

母管１に溶接して取り付けた小径鋼管２ａには、スリッ
ト切断位置を示す倣い線Ｐ１−Ｐ２があらかじめ白色塗
料等によってけがかれている。図において、Ｙ軸は自動
倣い走行切断台車３０の走行方向であり、Ｘ軸はＹ軸に
直交した方向で切断装置１０の横行方向であり、Ｚ軸は
Ｘ軸とＹ軸の両方に直交した方向であって、切断装置１
０の上下移動方向である。

台車３０上の門型フレーム２０には横桁１９が設けられ
、該横桁１９は管径差に対応して上下移動する構造にな
っている。横桁１９に取り付けられた切断袋［１１０は
切断トーチ（例えばプラズマ切断トーチ）と、倣い機構
部とからなり、横桁１９上でＸ軸方向に移動自在である
。１１は倣い制御装置、１２は切断装置１０と台車３０
の操作盤、１３は白線倣い監視モニタ、１４は手動介入
時の白線監視モニタ、１５は切断１−−チ電源装置、１
６は切断１〜−チ及び走行台車制御盤、および１７は集
電装置であり、これらは台車３０上に塔載されている。

Ｉ８は電源給電トロリーである。

２１は台車下部に取り付けられた停止検出器、２２は作
業床」二に設けられたストライカ−１２５はレールであ
る。

切断トーチのための補機装置（コンプレツサー。

冷却水循環装置等）および配線類が台車３０上に搭載さ
れているが図示していない。

操作盤１２および監視モニター１３．１４は、門型フレ
ーム２０の左右の支柱に同じものが設けられているが、
スリット切断装置の違いにより使い分けを行なうもので
ある。

第３ｂ図および第４ａ図に、第３８図中の切断装置ｌＯ
の切断トーチ、およびＸ軸、Ｚ軸の倣い機構部、の詳細
を示す。１．０　ａは２本の切断トーチ１０ｃ、１０ｅ
の上下機構を取り付けたサドルであり、１０ｂはサドル
の上下駆動モータである。

このモータ１０ｂでサドルに取り付けられているすべて
のものが上下駆動される。

１０ｃ＋　１０ｅは切断トーチ、］、Ｏｄ、］、Ｏｆは
それぞれのトーチの」二下駆動モータ、］Ｏｇはサドル
１０ａに取り付けられたけかき線検出用自動絞りレンズ
付固体素子カメラ、］Ｏｍはカメラｔｏｇによるけがき
線検出のための必要照度を確７− 保するランプ、ｌｏｈ、１０ｉおよび１０ｊは、サドル
上下倣い及び、トーチ倣い用の差動１〜ランス式タッチ
ロールセンサ、１０ｈ’　、１０ビ　および１０ｊ′は
タッチロール、１０には被加工材終端検出用リミットス
イッチである。

次に、２軸の倣い機構と自動倣い切断機構の動作につい
て説明する。

Ｚ軸方向の倣い機構については、通常の差動１〜ランス
式タッチロールセンサによる倣い方式であり詳細な説明
は省略するが、サドル上下倣い機構並びに２組のトーチ
上下機構を備え、被加工材２ａの撓みに対応して、サド
ル上下倣いは後述するＸ軸倣い用カメラの垂直方向距離
、またトーチ上下倣いはそれぞれの切断トーチの垂直方
向距離を一定に保つよう独立した上下倣い機構を持ち、
その追従速度はサドル上下倣いの追従速度の２倍のゲイ
ンとし、安定して切断トーチの垂直方向距離を一定に保
つよう調整されている。

Ｘ軸方向の倣い機構は、第４ａ図に示す自動絞りレンズ
付き固体素子カメラ１０ｇ、ランプ８− １０ｍ、倣い制御装置１１内の信号処理装置１０ｑ、サ
ドルＸ軸方向駆動装置１０ｒ、サドルＸ軸方向駆動機構
１０１．サドル１０ａ、トーチ１０ｃ＋１０ｅｙモニタ
ー１３および警報器ｔｏｐで構成される。

サドル部］Ｏａには第３ｂ図に示す機器が取り付けられ
ている。またサドル１０ａ上に取り付けられているカメ
ラ］Ｏｇは、後述するカメラの走査線方向と走行台車３
０の走行方向（Ｙ軸）とほぼ平行になるように配置され
ている。

第４ｂ図に、固体素子カメラ１．０　ｇによって得られ
る画像（モニターＩ３に映し出される）と、信号処理装
置１０ｑよるカメラ１０ｇのビデオ信号処理後のヒス１
ヘゲラムである。

第４ｂ図において、２３は画像中のけかき線（白線）、
２４はけかき線と同一信号レベルの外乱である。Ｘ＋’
ｌはカメラによって決定される素子数（画素）区分であ
り、各素子毎に得られる電気信号を信号処理装置１０ｑ
内において、あらかじめ白線に相当する信号レベルを定
めＹ軸に平行な走査線（Ｘ　Ｉ　＋　Ｘ２　＋　・・・
ｘｎ）単位に白線に相当する信号レベル以」二の画素と
そうでない画素に二値化し、白線に相当する画素を計数
しその数値を記憶しかつＸ軸方向に順次走査する。ｘｌ
からＸｌ＋までの走査完了後、記憶された数値からＸ軸
方向のヒストグラムを作成し、その最大のものをけがき
線２３として抽出しＸ軸との交点Ｘ１＋Ｘ２の中心値を
けがき線２３位置として認識し、切断トーチ１０ｃをそ
れに合せるものである。なお、走査線とけかき線はほぼ
平行でありかつカメラ視野内においては、けがき線はほ
ぼ連続的な線であり、外乱は走査線方向にはけかき線よ
り短かいので、上述の処理によりけがき線を検出し得る
。

以」二の処理を一定時間（約１／３秒）毎に繰り返しカ
メラ視野内における白線位置を連続的に検出する。これ
らの信号処理の中で信号処理開始直後のけかき線位置を
基準位置とし、以後連続的に検出されるけがき線位置と
の偏差信号をサドルＸ軸駆動装置１０ｒに与え、基準位
置と検出されるけがき線位置が合致するように１Ｏｒ、
＋０１を介してサドル１０ａを移動し、トーチＩＯｃが
白線２３の中心にくるように制御する制御装置からなる
。検出するけがき線は、下地処理がされていない被加工
材２ａ表面」二に作業者が水系によってけがくので、け
がき線幅、＃淡が一様でないので。

けがき線を安定して検出するためけがき線と被加工材の
下地とのコントラストが十分とれるようランプ１．０ｍ
によってカメラ検出視野内の必要照度を確保し、ランプ
の経時的な光束変化に対しては、自動絞りレンズによっ
て検出信号レベルが一定になるように自動調節する。

また信号処理装置ＩＱｑにおいて、けがき線の誤検出防
止及び倣い不良防止のため、基準位置より一定の領域以
外の信号については除外し、一定量数処理をしてもけが
き線位置が検出できない場合は警報器１０ｐで作業者に
警報を発す。

またモニターには基準位置と連続的に検出されるけがき
線位置が表示されており、倣い制御状態を常時監視でき
るようにされており、更にけがき線位置の検出ができな
い状態が持続した場合は作業１１− 者が手動時のモニター１４を見ながら手動介入によって
切断できるように１０ｑとは別のカメラ（図示せず）が
設けられている。

次に、切断装置１０に２軸（Ｘ、Ｚ軸）倣い機構を取す
イ」けた自動倣い走行切断台車３０を用いた切断方法に
ついて、説明する。

第３ａ図において、被加工材２ａのけがき線２３が頂点
となる位置にターニングロール９を回転して母管ｌを回
転駆動し、けがき線２３位置を調整した後、走行台車３
０を操作盤１２によりレール２５上をＸ軸方向に移動さ
せ被加工材をまたぐ位置で停止させ、切断トーチ１０を
手動運転で切断開始点Ｐｌ上近傍に位置させる。

第３ｂ図に示すタッチロール１０ｈ’　、１０ｉ’　。

１０ｊ’　を操作器１２で降下させ、各タッチロールが
被加工材上に接触している状態でサドルＬＯａと切断ト
ーチ１０ｃ、１０ｅの２軸倣いを自動運転状態にし、切
断トーチ１０ｃとけがき線２３が合致するようにＸ軸方
向の位置調整する。

その後切断トーチ］、Ｏｃ、１０ｅ上下倣いをロッ１２
− り信号により仮の停止状態とし、１・−チＩ　Ｏｃ　’
。

１０ａが被加工材より外れる位置まで走行台車３０を手
動にて移動（Ｘ軸方向）させ待機する。

その状態で作業者より与えられる切断開始信号により、
第４ａ図に示すＸ軸倣い機構が作動し、前述の信号処理
を始め同時に切断トーチ１０ｃ。

１０ｅのパイコツ１−アークが着火され、走行台車３０
があらかじめ設定された所定の速度で走行し自動倣い切
断が開始され、１ヘーチ（］、　Ｏｃ　）かけかき線の
中心にくるように制御される。また各１−−チのＺ軸の
上下倣い機構は、切断トーチ１０ｃ。

１０ｅが被加工材を切断しはじめた時のメインアーク電
圧を検出し、各々トーチの」二下倣いの仮停止状態を解
除され全ての倣い装置が作動する。

このようにして切断中に切断入熱によりけがき線が変形
しても１曲がったけがき線に倣って確実な切断が行われ
る。

切断作業が終端に近づき被加工材終了端検出器１０ｋが
被加工材の終端を検出するとサドル１０ａの２軸の上下
倣いを停止し、その状態を保持すると共に走行台車３０
の移動距離を計数し、検出器］Ｏｋとそれぞれのタッチ
ロールセンサまでの距離に達すると、順次トーチ」二下
倣いを停止する。

一方切断終了時は、被加工材の残留応力による瞬間的な
スリン１へ部の開きによる１ヘーチ］Ｏｅの損傷、切断
不良等を防止するため、先行１ヘーチ］Ｏｃを切断完了
前で切断動作を停止し、後行ト−チ１０ｅで被加工材を
切断してしまう。そして、先行１ヘーチ］Ｏｃの切りの
こしは後で手操作により切断して作業は終了する。

その後走行台車３０は、レール近傍に設置されたス１ヘ
ライカ２２に接触することにより、走行台車３０に取り
つけられた停止用検出器２１を作動させ走行台車３０は
停止し、自動倣い切断は完了する。

尚、切断１〜−チとしては、プラズマ切断１−−チが使
用可能である。又、けがき線は白線に代え、テープの使
用も考えられるが、テープを数十ｍにわたって貼りつけ
るランニグコストが高くつく」二、非能率であり、貼っ
た時の直線性も白線に比べ劣るという不利益があるので
、 ［実施例］ プラズマアーク切断ｉ・−ヂを塔載した自動スリット切
断装置で直径］１４．３−２１６．３ｍｎ　（４，５−
８，５ｊｎｃｈ）、管の長さ最長３９ｍの鋼管継手に「
旧〜３ｍの水性白色塗料によろけかき線をつけ、２５〜
３５ｎｍｉｌのスリットを切断して切欠部を形成する場
合、台車速度を３．２ｍ／ｍｊｎの一定速度で移動させ
ながら、本発明のＹ、Ｚ軸倣い制御機構を作動させて切
断を行った。

その結果、従来方法では直線性が平均５〜６ｍｍであっ
たのが、本発明では平均３．５ｍｍであった。

［発明の効果コ 本発明の自動スリット切断装置は台車に塔載した切断装
置の切断１−−チとシンプルな２軸（Ｘ。

Ｚ軸）倣い機構とにより、ロボットアームの如く複雑な
機構を不用とし、けがき線倣いにおいてもカメラアング
ルを工夫することにより簡単な信号処理で事足り、かつ
充分な検出能力と高精度の倣１５− い精度が得られる。これにより、切断入熱により継手が
変形しても曲がったけかき線によく追従出来て、切断終
了後、切欠部は曲って切れているが継手が常温にもどっ
た時は最初に引いた直線のけかき線にもどり、直線性の
良い切欠部が得られる。

従来方法に比べ、直線性は１．６倍に、又作業時間も１
／７と向上し、効果大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は、従来知られている鋼管矢板
管状継手の端部を示す正面図である。 第２ａ図、第２ｂ図および第２ｃ図は、従来の、鋼管矢
板管状継手製造各工程を示す斜視図、正面図および」二
面図である。 第３ａ図は本発明の一実施例の外観を示す斜視図、第３
ｂ図は該実施例の切断装置１０の切断トーチ部および倣
い機構部の詳細を示す斜視図、第４ａ図は倣い制御電気
制御装置部の構成を示すブロック図である。第４ｂ図は
固体素子カメラ１０　ｇによって得られた画像の概要を
示すグラフである。 １６− １：母管　２，３：継手 ２ａ：小径鋼管　２ｂ：切欠部 Ｐ１：切断開始点　Ｐ２：切断終了点 ４ニスキツド　５：ストッパー ６：ガイド　７：切断１〜−チ ８：自走台車　９：ターニングロール １０：切断装置　１０ａ：サドル １０ｃ、ｌｏｅ：切断トーチ ］、Ｏｄ、１０ｆ：トーチ上下駆動モータ１０ｇ：固体
素子カメラ １ｏｈ−ｊ：タッチロールセンサ １０に＝終端検出用リミットスイッチ １０１：サドルＸ軸方向駆動機構 １０ｍ：ランプ　１０ｐ：警報器 １０ｑ　：信号処理装置 １０ｒ＝サドルＸ軸方向駆動装置 １１：倣い制御装置　１２：操作盤 １３：白線倣い監視モニタ １４：白線監視モニタ　１５：切断トーチ電源装置１６
：制御盤　１７：集電装置 １８：電源給電トロリー　１９：横桁 ２０：門型フレーム　２１：停止検出器２２ニストライ
カー　２３＝白線（けがき線）２４：外乱　２５：レー
ル ３０：走行台車

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被加工材をほぼ水平に支持し、被加工材を回転させて継
   手用小径鋼管のスリット切断位置が頂点となる様位置せ
   しめるターニングロールと；該被加工材の長手方向両側
   に設けたレール上に走行自在に設けた台車と；台車に搭
   載された切断装置と；を備えて、母管の外面管軸方向に
   取りつけた継手用小径管のスリット切断を行なう鋼管矢
   板管状継手の自動スリット切断装置において： 該切断装置に切断１−−チと２軸（Ｘ、Ｚ軸）倣い機構
   を取り付け；該２軸倣い機構に該切断ｈ−チの２軸方向
   距離を一定に保つタッチロールセンサをそなえたタッチ
   ロールを備え；管状継手スリット切断位置にあらかじめ
   引かれたけかき線を検出するに固体素子カメラを備えか
   つ該固体素子カメラの検出画像情報を処理して該トーチ
   をけがき線に合せて自動的にＸ軸方向に倣わせる制御装
   置を備えることを特徴とする、鋼管矢板管状継手の自動
   スリン１〜切断装置。